KR20140077811A

KR20140077811A - 전지모듈

Info

Publication number: KR20140077811A
Application number: KR1020130021203A
Authority: KR
Inventors: 정제유
Original assignee: 타이코에이엠피(유)
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-06-24

Abstract

전지모듈이 개시된다. 일실시예에 따른 전지모듈은 적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스, 복수의 전지셀을 포함하며, 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 삽입되는 셀 모듈 및 상기 케이스의 개방된 면을 덮어 밀봉하는 커버모듈을 포함할 수 있다.

Description

전지모듈{BATTERY MODULE}

이하의 설명은 전지모듈, 더 자세하게는 밀폐 구조를 통해 방수 및 외부 물질의 차단이 가능하고, 전지셀에서 발생하는 가스를 원하는 곳으로 배출할 수 있으며, 조립이 매우 간단한 전지모듈에 관한 것이다.

충전 및 방전이 가능한 이차전지모듈은 복수의 전지셀이 직렬 혹은 병렬로 연결되어 일정 전압을 출력하도록 설계된다. 이차전지모듈은 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.

그런데 리튬이온전지 등의 경우, 고온의 환경에 노출되거나 과전압/과충전이 있는 경우 전해액의 분해 반응이 일어나고, 이로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지모듈의 외부 케이스가 폭발할 수 있다. 또한, 상기 가스는 인체에 해로울 수 있으며 다른 부품에도 악영향을 끼칠 수 있다.

따라서, 위와 같은 가스를 원활하게, 원하는 방향으로 배출시킬 수 있어야 하고, 또 그 전제로서 가스가 임의의 방향으로 누출되는 것을 방지해야 하기 때문에 전지모듈의 실링(sealing)이 중요하다. 뿐만 아니라, 실링은 외부의 습기 또는 이물질로부터 전지모듈 내부의 각 부품을 보호하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

일실시예에 따른 전지모듈은, 적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스, 복수의 전지셀을 포함하며 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 삽입되는 셀 모듈 및 상기 케이스의 개방된 면을 덮어 밀봉하는 커버모듈을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 케이스의 하면에는 개구가 형성되고, 상기 개구에 결합되며 상기 복수의 전지셀과 접촉하는 방열판이 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 케이스 하면의 개구와 방열판 사이의 간극은 실링재료에 의하여 폐쇄될 수 있다.

또한, 상기 커버모듈 및/또는 케이스에는 상기 복수의 전지셀에서 발생하는 가스를 배출시키기 위한 배출공이 형성될 수 있다.

이 때, 상기 배출공은 상기 복수의 전지셀에서 상기 가스의 발생이 예측되는 지점에 인접하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 셀 모듈을 지지하는 프레임이 더 포함될 수 있다.

이 때, 상기 프레임은 상기 셀 모듈의 상부 및 하부에 각각 제공되어 상기 셀 모듈을 지지하는 상부프레임 및 하부프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 전지셀 각각의 일부분은 상기 하부프레임을 관통할 수 있다.

또한, 상기 셀 모듈의 일측에 제공되는 BMS를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 BMS와 연동 가능한 스위치를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 스위치는 상기 커버모듈의 내측면에 제공될 수 있다.

또한, 상기 전지모듈 내부의 부품과의 전기적 연결을 이루고, 상기 커버모듈의 내측면에 제공되는 버스바를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 전지모듈은, 적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스, 복수의 전지셀을 포함하는 셀 모듈 및 상기 케이스의 개방된 면을 덮는 커버모듈을 포함하고, 상기 셀 모듈 및 커버모듈은 상호 결합하여 셀-커버 어셈블리를 구성하고, 상기 셀-커버 어셈블리는 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 슬라이드 방식으로 삽입될 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 전지모듈은, 적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스, 파우치 타입의 복수의 전지셀을 포함하며 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 삽입되는 셀 모듈, 상기 셀 모듈을 지지하는 프레임 및 상기 케이스의 개방된 면을 덮는 커버모듈을 포함할 수 있다.

도 1a 및 1b는 일실시예에 따른 전지모듈의 사시도.
도 2는 일실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도.
도 3은 일실시예에 따른 전지모듈의 사시도.

이하, 전지모듈의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1a 및 1b는 일실시예에 따른 전지모듈(100)의 사시도이다. 도 1a는 전지모듈(100)의 상부에서, 도 1b는 하부에서 각각 바라본 모습을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지모듈(100)은 케이스(110) 및 커버모듈(120)을 포함할 수 있다. 또한, 케이스(110)에는 도 2 및 3에서 확인할 수 있듯이 셀 모듈(130)이 삽입된다.

케이스(110)는 일면이 개방된 상태로, 박스형으로 일체로 제작된다. 상기 개방된 일면을 통해 셀 모듈(130)이 케이스(110) 내부로 삽입될 수 있고, 셀 모듈(130)의 삽입 후 커버모듈(120)로 상기 개방된 일면을 덮어 밀봉하는 것이다. 이 때, 케이스(110)와 커버모듈(120) 사이의 간극은 실링재료(예를 들어, 고무, 실리콘, 합성 수지, 유성 코킹 등)에 의해 폐쇄될 수 있다. 링 형상의 실링부재로서 상기 간극을 폐쇄할 수도 있고, 접착제처럼 결합 부위에 도포되어 상기 간극을 폐쇄할 수도 있다.

또한, 전지모듈(100)의 조립 전, 셀 모듈(130)과 커버모듈(120)이 먼저 결합되어 셀-커버 어셈블리를 구성할 수 있다. 이러한 셀-커버 어셈블리를 도출한 후 이를 상기 케이스(110)에 밀어 넣어 간단히 전지모듈(100)의 조립을 완성할 수 있다. 상기 셀-커버 어셈블리는 슬라이드 방식으로 케이스(110) 내부로 진입이 가능하다.

위와 같은 구성에 의하면, 셀 모듈(130)을 서랍에 넣듯이 간단하게 케이스(110)에 삽입할 수 있어 전지모듈(100)의 조립 용이성이 현격히 증가할 수 있다. 또한, 케이스(110)는 완벽하게 밀봉된 구조로서 방수는 물론 외부의 이물질의 침투를 방지하여 전지모듈(100)의 내구성 및 수명을 증가시킬 수 있다.

상술하였듯이, 복수의 전지셀(131)에서는 가스가 발생할 수 있는데, 이를 방치하면 케이스(110)의 내압 증가로 인해 케이스(110)가 폭발할 위험이 있다. 본 실시예에서는 이를 커버모듈(120)에 형성된 배출공(125)을 통해 해결하는 방식을 제안한다. 전지모듈(100) 전체적으로 실링이 되어 있기 때문에 가스는 임의의 방향으로 누출되지 않고 설계자가 원하는 위치(배출공(125))로 배출될 수 있어, 인체나 다른 부품에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 필요에 따라 배출공(125)은 개폐가 가능하도록 설계될 수 있다. 또한, 배출공(125)은 전지셀(131)에서 가스의 발생이 예측되는 지점에 인접하게 형성되어 가스가 발생 즉시 바로 배출될 수 있도록 함으로써 가스가 케이스(110) 내부를 유동하여 다른 부품에 영향을 미칠 위험을 사전에 제거할 수 있다. 예를 들어, 파우치 타입의 전지셀이 채용된 경우, 양쪽으로 형성된 전극 쪽으로 가스가 배출되도록 전지셀이 설계될 수 있고, 이러한 때에는 배출공(125)은 커버모듈(120)과 커버모듈(120)과 대향하는 케이스(110)의 타면에 형성될 수 있다. 다시 말해, 배출공(125)은 커버모듈(120) 및/또는 케이스(110)에 형성될 수 있고, 복수 개로 형성될 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지모듈(100)은 방열판(150)을 포함할 수 있다. 케이스(110)의 하면에 방열판(150)의 크기와 일치하는 개구가 형성될 수 있고, 방열판(150)은 상기 개구에 결합하여 전지셀(131)을 냉각시키는 동시에 케이스(110)의 하면의 일부를 구성할 수 있다. 이 때, 상기 방열판(150)과 케이스(110) 하면의 개구 사이에는 실링 구조가 채용될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 방열판(150)와 케이스(110) 하면의 개구 사이의 간극은 실링재료(예를 들어, 고무, 실리콘, 합성 수지, 유성 코킹 등)에 의해 폐쇄될 수 있다. 링 형상의 실링부재로서 상기 간극을 폐쇄할 수도 있고, 접착제처럼 결합 부위에 도포되어 상기 간극을 폐쇄할 수도 있다.

또한, 방열판(150)은 케이스(110) 내부의 전지셀(131)과 직접 접촉하여 열전달을 이룰 수 있으며, 이를 위해 하부프레임(133)은 전지셀(131)의 관통을 허용하도록 설계될 수 있다. 이에 관하여는 후술하기로 한다.

도 2는 일실시예에 따른 전지모듈(100)의 분해사시도이고, 도 3은 케이스(110)를 제외하고 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 복수의 전지셀(131)이 셀 모듈(130)을 구성하여 케이스(110)에 삽입된다. 또한, BMS(Battery Management System)(140), 스위치(160) 등이 포함될 수 있다.

전지모듈(100)의 견고성을 위해 셀 모듈(130)을 지지하는 프레임이 제공될 수 있는데, 본 실시예에 있어서, 상기 프레임은 셀 모듈(130)의 상부 및 하부에 각각 제공되는 상부프레임(132) 및 하부프레임(133)을 포함할 수 있다. 상부프레임(132) 및 하부프레임(133)은 셀 모듈(130)의 상부 및 하부에서 셀 모듈(130)을 지지할 수 있다. 특히, 파우치 타입의 전지셀은 표면적이 넓어 열 발산이 용이하고, 성형성이 우수하며, 수명이 길다. 또한, 용량 대비 중량이 낮고, 높은 집적도로 적층이 가능하며, 가격 역시 저렴해 이차전지 분야는 파우치 타입의 전지셀을 중심으로 발전하는 추세이다. 다만, 파우치 타입의 전지셀은 기계적 강성이 떨어져 외부 충격이나 진동 등에 영향을 비교적 많이 받는데, 상기 프레임(132, 133) 구조를 적용하면 이와 같은 단점을 커버하면서 파우치 타입 전지셀의 장점을 십분 살릴 수 있다.

상술하였듯이, 전지모듈(100)은 케이스(110)의 하면에 방열판(150)을 포함할 수 있다. 방열판(150)은 전지셀(131)과 직접 접촉하여 열전달함으로써 전지셀(131)을 냉각시킬 수 있는데, 이를 위해 하부프레임(133)은 복수의 전지셀(131) 각각의 일부분이 하부프레임(133)을 관통하여 하부프레임(133) 아래에 위치한 방열판(150)과 접촉할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 하부프레임(133)에는 전지셀(131)의 두께 및 길이에 상응하는 홀이 복수 개로 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통해 열전달 효율을 높이며 결과적으로는 전지모듈(100)의 성능 및 수명을 증가시킬 수 있다.도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지모듈(100)은 그 내부에 BMS(140) 및 스위치(160)를 포함할 수 있다. BMS(140)는 셀 모듈(130)의 일측(본 실시예에서는 상부프레임(132) 위)에 제공되어 셀 모듈(130)과 함께 케이스(110) 내부로 진입이 가능하다. BMS(140)는 스위치(160)와 연결되어 연동이 가능한데, 입력 신호에 따라 전지모듈(100)의 출력을 자체적으로on/off할 수 있다. 입력 신호로는 외부로부터의 전지모듈(100) 제어 신호, 각 전지셀(131)의 전압 또는 전류 신호, 전지모듈(100) 내부의 온도 신호 등이 있을 수 있다. 또한, BMS(140)는 아웃와이어(143)를 통해 외부와 각종 명령, 정보 또는 신호를 송수신할 수 있다. 아웃와이어(143)는 도시된 바와 같이 커넥터 등을 통해 외부와 연결될 수 있고, 커버모듈(120)을 통해 외부와 연결되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 케이스(110)를 통할 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 스위치(160)를 제어하기 위한 선(line)이 BMS(140)와 스위치(160)를 연결할 수 있다.

또한, 상기 전지셀(131)의 전압 또는 전류 신호를 위해 센싱모듈(미도시)이 포함될 수 있고, 상기 센싱모듈은 예를 들어 BMS(140)의 일측 또는 내부에 배치될 수 있다. 커버모듈(120)의 내측면에 배치될 수도 있다. 복수의 전지셀(131) 각각의 성능이 전지모듈(100)의 성능에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 따라서, 전지셀(131) 각각의 성능을 측정하기 위하여, 각각의 전압 혹은 전류를 측정할 필요가 있고, 이를 위해 전지모듈(100)에는 전압 혹은 전류의 측정을 위한 센싱모듈이 장착될 수 있다. 센싱모듈에 의해 모이는 전기 신호는 BMS(Battery Management System)로 전달되어 각 셀(131)의 성능 측정 등이 이루어지게 되는데, 본 실시예에서는 파우치 타입의 전지셀(131)을 상정하였기 때문에 셀 모듈(130)의 양 쪽에 연결된 하니스(harness)(141, 142)를 통해 BMS(140)로 전달된다. 구체적으로, 하니스(141, 142)는 양방향으로 형성된 셀 리드에 각각 연결될 수 있고, 이 때 하니스(141, 142)에 구비된 접속단자가 셀 리드에 결합될 수 있다(도면의 간략화를 위해 이는 도시하지 않음). 상기 하니스(141, 142)는 상부프레임(132) 상에 기장착되어 제공되어 BMS(140)가 조립될 때 동시에 체결될 수 있다.

스위치(160)는 각종 스위치, 릴레이, 차단기일 수 있고, 이들의 조합일 수도 있다. 스위치(160)는 커버모듈(120)의 내측면 또는 케이스(110)의 내부에 기장착된 채로 제공되어 전지모듈(100)의 조립과 동시에 각 부품과 연결될 수 있다.

한편, 전지모듈(100) 내부의 부품들이 외부 장치와 연결되어 연동될 필요가 있으므로 전지모듈(100)을 케이스(110) 또는 커버모듈(120)을 관통하여 내외부를 연결하는 버스바가 요구될 수 있다. 본 실시예에서는 커버모듈(120)을 관통하는 버스바(121, 122)가 제공되었다. 예를 들어, 버스바(121, 122)는 셀 모듈(130)의 출력을 외부로 전달할 수 있고, 본 실시예에 있어서 직렬 연결된 복수의 전지셀로 구성된 셀 모듈(130)은 셀 모듈(130)의 전극에 직접 연결된 단자(134, 135)를 통해 외부로 출력을 내보낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 모듈(130) 측의 단자(134)는 버스바(121)를 통해 외부로 출력을 내보내고, 다른 하나의 셀 모듈(130) 측의 단자(135)는 스위치(160)에 연결되며, 역시 스위치(160)에 연결된 버스바(122)를 통해 셀 모듈(130)의 출력을 내보낼 수 있다. 이러한 버스바(121, 122)는 방수/밀폐를 위해 커버모듈(120)과 일체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 인서트(insert) 사출 성형 등을 통해 제작되어 버스바(121, 122)가 커버모듈(120)을 관통하는데 따른 간극을 방지할 수 있다. 또는, 버스바(121, 122)가 커버모듈(120)을 관통하도록 하되, 관통 부위의 내측 및/또는 외측에 실링재료(예를 들어, 고무 링)를 제공하여 방수/밀폐 효과를 얻을 수도 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 전지모듈 110 : 케이스
120 : 커버모듈 125 : 배출공
130 : 셀 모듈 131 : 셀
132 : 상부프레임 133 : 하부프레임
140 : BMS 150 : 방열판
160 : 스위치

Claims

적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스;
복수의 전지셀을 포함하며, 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 삽입되는 셀 모듈; 및
상기 케이스의 개방된 면을 덮어 밀봉하는 커버모듈;
을 포함하는 전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 케이스의 하면에는 개구가 형성되고,
상기 개구에 결합되며, 상기 복수의 전지셀과 접촉하는 방열판을 더 포함하는 전지모듈.
제2항에 있어서,
상기 케이스 하면의 개구와 방열판 사이의 간극은 실링재료에 의하여 폐쇄되는 전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 커버모듈 및/또는 케이스에는 상기 복수의 전지셀에서 발생하는 가스를 배출시키기 위한 배출공이 형성되는 전지모듈.
제4항에 있어서,
상기 배출공은 상기 복수의 전지셀에서 상기 가스의 발생이 예측되는 지점에 인접하게 형성되는 전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 셀 모듈을 지지하는 프레임을 더 포함하는 전지모듈.
제6항에 있어서,
상기 프레임은 상기 셀 모듈의 상부 및 하부에 각각 제공되어 상기 셀 모듈을 지지하는 상부프레임 및 하부프레임을 포함하는 전지모듈.
제7항에 있어서,
상기 복수의 전지셀 각각의 일부분은 상기 하부프레임을 관통하는 전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 셀 모듈의 일측에 제공되는 BMS를 더 포함하는 전지모듈.
제9항에 있어서,
상기 BMS와 연동 가능한 스위치를 더 포함하는 전지모듈.
제10항에 있어서,
상기 스위치는 상기 커버모듈의 내측면에 제공되는 전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 전지모듈 내부의 부품과의 전기적 연결을 이루고, 상기 커버모듈의 내측면에 제공되는 버스바를 더 포함하는 전지모듈.
적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스;
복수의 전지셀을 포함하는 셀 모듈; 및
상기 케이스의 개방된 면을 덮는 커버모듈;
을 포함하고,
상기 셀 모듈 및 커버모듈은 상호 결합하여 셀-커버 어셈블리를 구성하고, 상기 셀-커버 어셈블리는 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 슬라이드 방식으로 삽입되는 전지모듈.
적어도 일면이 개방된 박스형의 케이스;
파우치 타입의 복수의 전지셀을 포함하며, 상기 케이스의 개방된 면을 통해 상기 케이스에 삽입되는 셀 모듈;
상기 셀 모듈을 지지하는 프레임; 및
상기 케이스의 개방된 면을 덮는 커버모듈;
을 포함하는 전지모듈.