KR20140102785A - 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 제1케이스와 제2케이스에 다수개의 배터리 셀의 가장자리가 삽입되어 고정되고, 배터리 셀들 사이의 간격이 유지되도록 하며 제1케이스 또는 제2케이스에 형성되는 간격 유지부에 온도센서가 설치될 수 있도록 하여, 배터리 셀의 온도를 측정하기 위한 온도센서의 설치가 용이하며 배터리 셀의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 {Battery module case and battery module having the same}
본 발명은 배터리 셀이 수용되는 케이스에 배터리 셀의 온도 측정을 위한 온도센서를 고정하기 용이한 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있으며, 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
이러한 리튬 이차전지는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수개의 파우치형 배터리 셀을 적층시킨 배터리 모듈(또는 배터리 팩)의 형태로 구성된다. 그리고 배터리 모듈은 다수개의 배터리 셀들이 적층되어 전기적으로 연결되도록 구성되어, 다수개의 배터리 셀들은 이웃하는 배터리 셀의 전극탭이 연결되어 직렬 또는 병렬로 연결된다.
이때, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀은 충,방전이 반복되면서 배터리 셀의 온도가 상승되어 열화가 발생하여 수명이 단축되거나, 또는 파우치 내부에서 가스가 발생하여 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상으로 인해 폭발 및 발화의 위험성이 존재한다.
이로 인해 배터리 모듈은 충,방전에 따른 배터리 셀들에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 공랭식 도는 냉매식(수냉식)의 냉각 구조가 필요하며, 배터리 셀들의 온도를 측정하여 그 온도에 따라 냉각되는 정도를 조절하거나 배터리 모듈을 제어할 수 있도록 온도센서가 설치된다.
그런데 배터리 모듈은 이와 같이 배터리 셀들의 적층, 고정, 전기적인 연결 및 냉각 구조 등으로 인해 구조가 복잡하여 온도센서를 설치하기 위한 구조 및 위치 선정이 어려우며, 이로 인해 배터리 셀의 정확한 온도를 측정하기 어려운 문제점이 있다.
이와 관련된 종래 기술로는 미국공개특허(2012/01488876)인 "BATTERY MODULE"이 개시되어 있다.
US 2012/01488876 A1 (2012.06.14.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 셀의 온도를 측정하기 위한 온도센서의 설치가 용이하며 배터리 셀의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 모듈 케이스는, 배터리 셀들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈이 형성되고, 상기 배터리 셀들의 사이에 위치되어 배터리 셀들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부가 형성되는 제1케이스; 및 상기 배터리 셀들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈이 형성되고, 상기 배터리 셀들의 사이에 위치되어 배터리 셀들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부가 형성되며, 상기 제1케이스와 결합되어 상기 배터리 셀들이 고정되도록 하는 제2케이스; 를 포함하며, 상기 제1케이스 또는 제2케이스의 간격 유지부에는 온도센서가 설치되는 온도센서 안치홈이 형성된다.
또한, 상기 온도센서 안치홈은 상기 배터리 셀과 접촉되는 면에 형성된다.
또한, 상기 온도센서 안치홈에 연결되어 센서라인이 안치되는 센서라인 안치홈 및 상기 센서라인이 케이스의 외부로 인출되도록 하는 센서라인 인출공이 형성된다.
또한, 상기 센서라인 안치홈은 상기 셀 삽입홈 사이를 따라 형성되어, 상기 센서라인 안치홈의 일측은 온도센서 안치홈과 연결되고 타측은 수직 지지부에 형성되는 센서라인 인출공과 연결된다.
또한, 상기 센서라인 인출공이 형성되는 케이스의 일측에는 커넥터가 형성된다.
또한, 상기 온도센서 안치홈에 삽입되어 설치되는 온도센서를 더 포함한다.
그리고 본 발명의 배터리 모듈은 상기 배터리 모듈 케이스; 및 상기 배터리 모듈 케이스의 제1케이스와 제2케이스에 가장자리가 삽입되어 고정되는 다수개의 배터리 셀; 을 포함한다.
본 발명의 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈은, 배터리 셀들이 삽입되어 수용되는 케이스에 온도센서를 설치하기 용이하고, 온도센서 고정을 위한 별도의 부재가 필요하지 않은 장점이 있다.
또한, 케이스를 온도센서가 일체화된 형태로 형성할 수 있어 배터리 모듈의 조립이 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 나타낸 분해사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈의 부분 조립사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 나타낸 조립사시도.
도 4는 도 3의 AA'방향 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 온도센서가 설치된 제1케이스를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 센서라인 및 커넥터의 연결구조를 나타낸 제1케이스의 부분사시도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 나타낸 분해사시도, 배터리 모듈의 부분 조립사시도 및 조립사시도이며, 도 4는 도 3의 AA'방향 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스(1000)는, 배터리 셀(100)들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈(201)이 형성되고, 상기 배터리 셀(100)들의 사이에 위치되어 배터리 셀(100)들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부(230)가 형성되는 제1케이스(200); 및 상기 배터리 셀(100)들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈(301)이 형성되고, 상기 배터리 셀(100)들의 사이에 위치되어 배터리 셀(100)들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부(330)가 형성되며, 상기 제1케이스(200)와 결합되어 상기 배터리 셀(100)들이 고정되도록 하는 제2케이스(300); 를 포함하며, 상기 제1케이스(200) 또는 제2케이스(300)의 간격 유지부(201,301)에는 온도센서(400)가 설치되는 온도센서 안치홈(231)이 형성된다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스(1000)는 크게 상측에 배치되는 제1케이스(200) 및 하측에 배치되는 제2케이스(300)를 포함하며, 두 개의 케이스(200,300)가 결합되도록 구성된다. 그리고 제1케이스(200) 및 제2케이스(300)에는 다수개의 배터리 셀(200)의 가장자리가 삽입되어 고정되도록 각각 셀 삽입홈(201,301)이 형성된다. 그리하여 제2케이스(300)에 형성된 셀 삽입홈(301)에 배터리 셀(100)들의 하측이 삽입되고, 상측에서 제1케이스(200)가 제2케이스(300)에 결합되면서 제1케이스(200)에 형성된 셀 삽입홈(201)에 배터리 셀(200)의 상측이 삽입되어 고정된다.
보다 상세하게는 제1케이스(200)는 길이 방향으로 수평 지지부(210)가 형성되고, 수평 지지부(210)의 양측에는 높이 방향 하측으로 수직 지지부(220)가 형성되며, 수평 지지부(210)의 하면에는 길이 방향으로 셀 삽입홈(201)이 형성된다. 이때, 한 쌍의 수직 지지부(220)의 마주보는 면에도 셀 삽입홈이 형성될 수 있다. 그리고 한 쌍의 수직 지지부(220) 사이에는 수평 지지부(210)의 하면에서 연장되어 간격 유지부(230)가 형성된다.
그리고 제2케이스(300)는 길이 방향으로 수평 지지부(310)가 형성되고, 수평 지지부(310)의 양측에는 높이 방향 상측으로 수직 지지부(320)가 형성되며, 수평 지지부(310)의 상면에는 길이 방향으로 셀 삽입홈(301)이 형성된다. 이때, 한 쌍의 수직 지지부(320)의 마주보는 면에도 셀 삽입홈이 형성될 수 있다. 그리고 한 쌍의 수직 지지부(320) 사이에는 수평 지지부(310)의 상면에서 연장되어 간격 유지부(330)가 형성된다.
여기에서 제1케이스(200) 또는 제2케이스(300)의 간격 유지부(201,301)에는 온도센서(400)가 설치되는 온도센서 안치홈(231)이 형성된다. 이하에서는 제1케이스(200)의 간격 유지부(230)에 온도센서 안치홈(231)이 형성되는 것으로 설명한다.
그리하여 배터리 셀(100)들 사이에 삽입되어 배터리 셀(100)들 간의 간격을 유지하는 간격 유지부(230)에 온도센서 안치홈(231)이 형성되어, 배터리 셀(100)들의 냉각을 위해 배터리 셀(100)들 사이에 삽입되어 간격을 유지(냉각공기의 유로를 형성)하도록 하는 간격 유지부(230)에 온도센서(400)를 설치할 수 있는 것이다.
이와 같이 간격 유지부(230)에 의해 배터리 셀(100)들의 간격을 유지하면서 온도센서 안치홈(231)에 온도센서(400)가 설치될 수 있어 배터리 셀(100)의 온도 측정을 위한 온도센서(400)의 설치가 용이하며, 온도센서의 설치 및 고정을 위한 별도의 구조 및 부재가 필요하지 않은 장점이 있다.
이때, 간격 유지부(230,330)가 결합된 수평 지지부(210,310)에는 간격 유지부(230,330)의 좌측 및 우측에 상하를 관통하는 슬롯이 형성될 수 있다. 그리하여 일측의 슬롯으로 유입된 냉각공기가 간격 유지부(230,330)에 의해 형성된 배터리 셀(100)들 사이를 통과하여 타측의 슬롯으로 배출되어 배터리 셀(100)들을 냉각시킬 수 있다. 또한, 간격 유지부(230)가 다수개 형성될 경우 중앙의 간격 유지부에 온도센서 안치홈(231)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도센서 안치홈(231)은 상기 배터리 셀(100)과 접촉되는 면에 형성될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 4와 같이 간격 유지부(230)의 폭 방향 일면에 온도센서 안치홈(231)이 형성되어, 온도센서(400)가 설치되었을 때 배터리 셀(100)과 온도센서(400)가 잘 접촉될 수 있도록 형성되는 것이다. 그리하여 배터리 셀의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상기 온도센서 안치홈(231)에 연결되어 센서라인(410)이 안치되는 센서라인 안치홈(211) 및 상기 센서라인(410)이 케이스(200,300)의 외부로 인출되도록 하는 센서라인 인출공(221)이 형성될 수 있다.
이는 도 5 및 도 6과 같이 온도센서(400)에 연결되는 센서라인(410)이 안치될 수 있도록 센서라인 안치홈(211)이 형성되는 것이며, 또한 온도센서(400)에 일측이 연결되는 센서라인(410)의 타측이 케이스(200,300)의 외부로 인출될 수 있도록 제1케이스(200)에 센서라인 인출공(221)이 형성되는 것이다. 그리하여 온도센서 안치홈(231)에 설치되는 온도센서(400)에 연결되는 센서라인(410)을 케이스(200,300) 외부의 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에 연결하기 용이하도록 할 수 있다.
또한, 상기 센서라인 안치홈(211)은 상기 셀 삽입홈(201) 사이를 따라 형성되어, 상기 센서라인 안치홈(211)의 일측은 온도센서 안치홈(231)과 연결되고 타측은 수직 지지부(220)에 형성되는 센서라인 인출공(221)과 연결될 수 있다. 즉, 센서라인 안치홈(211)은 제1케이스(200)의 수평 지지부(210) 하면에 형성되는 셀 삽입홈(201)의 사이를 따라 형성되고, 일측 수직 지지부(220)에 형성되는 센서라인 인출공(221)과 연결되도록 형성될 수 있다. 그리하여 온도센서(400)에 일측이 연결된 센서라인(410)이 제1케이스(210)의 내측에 배치되어 컴팩트하게 형성될 수 있으며, 센서라인(410)의 타측이 외부로 인출되기 용이하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 센서라인 인출공(221)이 형성되는 케이스(200)의 일측에는 커넥터(420)가 형성된다. 이는 제1케이스(200)에 온도센서 안치홈(231)이 형성되는 경우, 도 6과 같이 센서라인 인출공(221)이 형성되는 제1케이스(200)의 수직 지지부(220) 측에 커넥터(420)가 형성되어, 센서라인 인출공(221)을 통해 외부로 인출되는 센서라인(410)을 커넥터(420)에 연결되도록 하기 위함이다. 그리하여 온도센서(400)와 연결된 센서라인(410)을 커넥터(420)에 연결하여, 외부의 배터리 관리 시스템(BMS)과의 연결을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 케이스(1000)는, 상기 온도센서 안치홈(400)에 삽입되어 설치되는 온도센서(400)를 더 포함할 수 있다. 즉, 간격 유지부(230)에 형성되는 온도센서 안치홈(231)에 온도센서(400)가 일체형으로 설치된 상태로 형성되어 배터리 모듈의 조립이 용이한 장점이 있다.
이때, 온도센서(400)에 연결되는 센서라인(410)은 센서라인 안치홈(211)을 따라 센서라인 인출공(221)을 통과하여 커넥터(420)에 연결될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(2000)은 상기 배터리 모듈 케이스(1000); 및 상기 배터리 모듈 케이스(1000)의 제1케이스(200)와 제2케이스(300)에 가장자리가 삽입되어 고정되는 다수개의 배터리 셀(100); 을 포함한다.
즉, 배터리 모듈 케이스(1000)는 제1케이스(200), 제2케이스(300) 및 온도센서(400)로 구성되고, 제1케이스(200)와 제2케이스(300)에 의해 다수개의 배터리 셀(100)이 고정되어 온도센서(400)에 의해 배터리 셀(100)의 온도를 측정할 수 있도록 배터리 모듈(2000)이 형성될 수 있다.
이때, 다수개의 배터리 셀(100)은 높이 방향으로 세워진 상태로 나란히 배열되어 제1케이스(200)와 제2케이스(300)에 배터리 셀(100)의 상측과 하측 가장자리가 삽입되어 고정될 수 있도록 배치된다. 이때, 배터리 셀(100)은 도시된 바와 같이 전극체(110)의 양측에 전극탭(120)이 형성된 파우치형 셀이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 전극탭(120)이 일측에만 형성된 형태로도 구현될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(2000)은 배터리 셀(100)들이 전극탭 연결장치(500)에 의해 전극탭(120)들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(2000)은 배터리 모듈 케이스(1000)의 폭 방향 양측에 사이드 커버(600)가 결합되어 최 외측에 배치되는 배터리 셀(100)을 보호할 수 있으며, 길이 방향 양측의 전극탭 연결장치 외측에도 측면 커버(700)가 결합될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 배터리 모듈 케이스
100 : 배터리 셀
110 : 전극체 120 : 전극탭
200 : 제1케이스 201 : 셀 삽입홈
210 : 수평 지지부 211 : 센서라인 안치홈
220 : 수직 지지부 221 : 센서라인 인출공
230 : 간격 유지부 231 : 온도센서 안치홈
300 : 제2케이스 301 : 셀 삽입홈
310 : 수평 지지부 320 : 수직 지지부
330 : 간격 유지부
400 : 온도센서
410 : 센서라인 420 : 커넥터
500 : 전극탭 연결장치
600 : 사이드 커버
700 : 측면 커버
2000 : 배터리 모듈

Claims (7)

  1. 배터리 셀들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈이 형성되고, 상기 배터리 셀들의 사이에 위치되어 배터리 셀들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부가 형성되는 제1케이스; 및
    상기 배터리 셀들의 가장자리가 삽입되는 다수개의 셀 삽입홈이 형성되고, 상기 배터리 셀들의 사이에 위치되어 배터리 셀들 사이의 간격이 유지되도록 하는 간격 유지부가 형성되며, 상기 제1케이스와 결합되어 상기 배터리 셀들이 고정되도록 하는 제2케이스; 를 포함하며,
    상기 제1케이스 또는 제2케이스의 간격 유지부에는 온도센서가 설치되는 온도센서 안치홈이 형성되는 배터리 모듈 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서 안치홈은 상기 배터리 셀과 접촉되는 면에 형성되는 배터리 모듈 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서 안치홈에 연결되어 센서라인이 안치되는 센서라인 안치홈 및 상기 센서라인이 케이스의 외부로 인출되도록 하는 센서라인 인출공이 형성되는 배터리 모듈 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서라인 안치홈은 상기 셀 삽입홈 사이를 따라 형성되어, 상기 센서라인 안치홈의 일측은 온도센서 안치홈과 연결되고 타측은 수직 지지부에 형성되는 센서라인 인출공과 연결되는 배터리 모듈 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서라인 인출공이 형성되는 케이스의 일측에는 커넥터가 형성되는 배터리 모듈 케이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도센서 안치홈에 삽입되어 설치되는 온도센서를 더 포함하는 배터리 모듈 케이스.
  7. 제6항의 배터리 모듈 케이스; 및
    상기 배터리 모듈 케이스의 제1케이스와 제2케이스에 가장자리가 삽입되어 고정되는 다수개의 배터리 셀; 을 포함하는 배터리 모듈.
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