KR20140140679A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀을 구속시키는 고정부재; 상기 배터리 셀의 바닥면에 인접하도록 구비되는 열교환부재; 및 상기 열교환부재의 하부에 구비되는 하나 이상의 탄성부재;를 포함하고, 상기 탄성부재는 지지부 상에 구비되되 상기 고정부재는 상기 지지부와 체결되는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 {BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환효율이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 모듈이 개발되고 있으며, 상기한 고출력 배터리 모듈은 고전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다.
통상, 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀로 이루어질 수 있는데, 상기 배터리 셀은 전기화학적 반응에 의하여 외부 전자기기에 에너지를 전달한다. 이때, 전기화학적 반응 중에 배터리 셀은 발열하고, 이러한 열이 축적되는 경우에는 배터리 셀의 열화뿐 아니라 심한 경우에는 안전성에도 문제가 될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 온도를 제어하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 열교환효율이 향상된 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 신규한 부재를 적용하여 생산성이 향상된 배터리 모듈을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 상기 배터리 모듈은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀을 구속시키는 고정부재; 상기 배터리 셀의 바닥면에 인접하도록 구비되는 열교환부재; 및 상기 열교환부재의 하부에 구비되는 하나 이상의 탄성부재;를 포함한다. 또한, 상기 탄성부재는 지지부 상에 구비되되 상기 고정부재는 상기 지지부와 체결될 수 있다.
상기 고정부재에는 제1 체결부가 구비되고 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지부에는 상기 제1 체결부와 체결되는 제2 체결부가 구비될 수 있다.
상기 고정부재는 상기 배터리 셀의 외측에서 상기 배터리 셀의 넓은 면에 대면하도록 구비되는 한쌍의 엔드플레이트와, 상기 한쌍의 엔드플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함하고, 상기 제1 체결부는 상기 한쌍의 엔드플레이트에 구비될 수 있다.
상기 제1 체결부는 상기 한쌍의 엔드플레이트의 하단에서 상기 배터리 셀에 반대방향으로 절곡되어 구비될 수 있다.
상기 지지부는 상기 복수개의 배터리 모듈을 수납하는 하우징의 일면을 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 하우징의 일면과 상기 탄성부재 사이에 구비되는 별도의 프레임을 포함할 수 있다.
상기 프레임에는 상기 제1 체결부와 체결되는 제2 체결부가 구비될 수 있다.
상기 프레임은 내부에는 열교환부재가 구비되는 수용부를 포함할 수 있다.
상기 프레임의 수용부는 상기 열교환부재의 형태에 대응하도록 구비되는 그루브 (groove)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은 상기 수용부에 구비되되 상기 제1 체결부는 상기 수용부의 가장자리에 구비되는 제2 체결부와 중첩되도록 구비될 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 지지부와 상기 열교환부재 사이에 개재될 수 있다.
상기 열교환부재는 상기 복수개의 배터리 셀의 바닥면에 대응하는 크기로 구비되는 쿨링플레이트를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 복수개의 배터리 셀의 바닥면에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 탄성부재는 러버 또는 스폰지 중 어느 하나 이상으로 구비될 수 있다.
상기 탄성부재의 표면은 엠보싱 (embossing) 형태로 구비될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 열교환효율이 향상된 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 신규한 부재를 적용하여 생산성이 향상된 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해사시도.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 A-A에 따른 단면도.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환부재의 사시도.
도 4b는 도 4a의 열교환부재의 B-B에 따른 단면도.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 6는 도 5의 배터리 모듈의 분해사시도.
도 7은 도 5의 배터리 모듈의 C-C에 따른 단면도.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 (100)은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 (10); 상기 복수개의 배터리 셀 (10)을 구속시키는 고정부재 (18, 19); 상기 배터리 셀 (10)의 바닥면 (17)에 인접하도록 구비되는 열교환부재 (110); 및 상기 열교환부재 (110)의 하부에 구비되는 하나 이상의 탄성부재 (120);를 포함하고, 상기 탄성부재 (120)는 지지부상에 구비되되 상기 고정부재 (18)는 상기 지지부와 체결된다. 또한, 상기 고정부재 (18)에는 제1 체결부 (18a)가 구비되고, 상기 배터리 모듈 (100)을 지지하는 지지부에는 상기 제1 체결부 (18a)와 체결되는 제2 체결부 (32)가 구비될 수 있다.
배터리 셀 (10)은 전지 케이스와 상기 전지 케이스 내에 수납된 전극 조립체 및 전해액으로 이루어질 수 있다. 전극 조립체와 전해액은 서로 반응하여 전기화학적 에너지를 발생하고, 상기 전지 케이스는 캡 조립체 (14)에 의하여 밀폐된다. 캡 조립체 (14)에는 서로 다른 극성을 갖는 양극단자 (11) 및 음극단자 (12)와, 벤트 (13)가 구비될 수 있다. 상기 벤트 (13)는 배터리 셀 (10)의 안전수단으로 배터리 셀 (10)의 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용한다. 서로 이웃하는 배터리 셀 (10)의 양극단자 (11)와 음극단자 (12)는 버스바 (15)를 통하여 전기적으로 연결되고, 상기 버스바 (15)는 너트 (16) 등에 의하여 고정될 수 있다.
상기 배터리 모듈 (100)은 고정부재 (18, 19)를 이용하여 복수개의 배터리 셀 (10)을 한데 묶어 하나의 전력원으로 이용할 수 있다. 이때 상기 고정부재 (18, 19)는 상기 배터리 셀 (10)의 외측에서 상기 배터리 셀 (10)의 넓은 면에 대면하도록 구비되는 한쌍의 엔드플레이트 (18)와, 상기 한쌍의 엔드플레이트 (18)를 연결하는 연결플레이트 (19)를 포함할 수 있다.
통상, 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀로 이루어져 있고, 상기 배터리 셀들은 충방전을 하면서 다량의 열을 발생한다. 이러한 열은 배터리 셀에 축적되어 배터리 셀을 열화를 가속화시키고, 심한 경우에는 폭발 등의 안전성의 문제를 유발할 수 있다. 특히, 고전력을 위한 배터리 모듈에서는 더 큰 문제가 되므로, 이를 제어하기 위하여 냉각장치가 구비된다. 반면, 복수개의 배터리 셀을 온도편차없이 제어하는데 어려움이 있으며, 이는 배터리 모듈의 신뢰성을 저하시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 신규한 구조를 이용하여 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들 사이의 온도의 편차없이 상기 배터리 셀들을 균일하게 냉각시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈에 적용되는 신규한 구조에 의하여 배터리 모듈의 제작공정이 추가됨을 없으므로, 배터리 모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈을 마운팅할때, 상기 배터리 모듈에 대한 조립공차를 제공하여 배터리 모듈의 제작공정에서의 불량률을 저하시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 A-A에 따른 단면도이다.
도 3을 참조하면, 한쌍은 엔드플레이트 (18)는 서로 대면하도록 구비되고, 상기 엔드플레이트 (18) 사이에는 복수개의 배터리 셀 (10)이 이웃하는 배터리 셀 (10)의 넓은 면이 서로 대면하도록 일방향으로 정렬되어 구비된다. 상기 한쌍의 엔드플레이트 (18)는 상기 배터리 셀 (10) 상기 배터리 셀 (10)을 내측으로 가압하고, 상기 연결플레이트 (19)는 상기 한쌍의 엔드플레이트 (18)를 연결하면서 상기 배터리 셀 (10)의 측면을 고정한다. 또한, 상기 한쌍의 엔드플레이트 (18)에는 제1 체결부 (18a)가 구비될 수 있다. 상기 제1 체결부 (18a)는 상기 한쌍의 엔드플레이트 (18)의 하단에서 상기 배터리 셀 (10)에 반대방향으로 절곡되어 구비될 수 있다. 상기 제1 체결부 (18a)는 지지부와 중첩하여 체결되면 족하므로 고정부재 (18, 19)의 어디에도 구비될 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈 (100)에 있어서, 상기 지지부는 상기 배터리 모듈 (100)이 안착되는 부분으로, 예컨대, 하우징 (30)의 일면 (31)을 포함할 수 있다. 상기 제1 체결부 (18a)는 상기 하우징 (30)의 일면 (31)과 중첩되도록 구비되고, 상기 하우징 (30)의 일면 (31)에는 상기 제1 체결부 (18a)에 대응하는 위치에 제2 체결부 (32)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 체결부 (18a, 31)는 별도의 체결부재 (40)에 의하여 체결되어, 상기 배터리 모듈 (100)을 고정할 수 있다. 예컨대, 상기 체결부재 (40)는 볼트 또는 스터드 등을 포함할 수 있다.
배터리 모듈 (100)은 배터리 셀 (10)의 바닥면 (17)에 접하도록 구비되어, 상기 배터리 셀들 (10)을 냉각시키는 열교환부재 (110)와 탄성부재 (120)를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성부재 (120)는 상기 하우징 (30)의 일면 (31)과 상기 열교환부재 (120) 사이에 개재될 수 있다.
상기 열교환부재 (110)는 상기 복수개의 배터리 셀 (10)의 바닥면 (17)에 대응하는 크기로 구비되는 쿨링플레이트를 포함할 수 있다. 즉, 상기 쿨링플레이트인 열교환부재 (110) 내부에는 냉각된 열교환매체가 이동할 수 있는 통로가 제공되며, 상기 열교환매체는 열교환부재 (110) 내에서 순환하면서 배터리 셀들 (10)과 열교환한다.
상기 탄성부재 (120)는 상기 복수개의 배터리 셀 (10)의 바닥면 (17)에 대응하도록 구비될 수 있다. 예컨대, 탄성부재 (120)는 일정한 압축하중을 갖는 것으로 러버 또는 스폰지 중 어느 하나 이상으로 구비될 수 있다. 즉, 탄성부재 (120)는 복수개의 배터리 셀 (10)들의 무게에 의하여 소정의 두께로 압축될 수 있다. 즉, 탄성부재 (120)의 압축되기 전 두께 (a1, 도 2 참조)는 상기 탄성부재 (120)가 배터리 셀들 (10)에 의하여 압축된 후 두께 (a2, 도 1 참조)에 비하여 두껍게 구비될 수 있다.
즉, 하우징 (30)의 일면 (31)에 소정의 압축하중의 갖는 탄성부재 (120)를 구비시킨 후, 그 위에 열교환부재 (110)를 위치시킨다. 이어서, 복수개의 배터리 셀 (10)들을 장착하되, 엔드플레이트 (18)의 제1 체결부 (18a)와 하우징 (30)의 일면 (31)의 제2 체결부 (32)를 체결시킨다. 이때, 상기 배터리 셀들 (10)이 탄성부재 (120)를 압축하도록 상기 제1 및 제2 체결부 (18a, 32)를 체결시킨다. 따라서, 상기 탄성부재 (120)의 복원력에 의하여 열교환부재 (110)와 배터리 셀들 (10)은 더 인접하게 중첩될 수 있으므로 배터리 셀들 (10)의 열교환효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 탄성부재 (120)는 배터리 셀들 (10)을 하우징 (30)의 일면 (31) 상에 고정시킬 때 조립공차를 제공할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 도 4a 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 후술할 내용을 제외하고는, 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예에 기재된 내용과 유사하므로 이에 대한 자세한 내용은 설명한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환부재의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 열교환부재의 B-B에 따른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈은 열교환부재의 하부에 탄성부재 (220)가 구비되 수 있다. 상기 탄성부재 (220)는 배터리 셀들에 의하여 가해지는 압력에 대하여 소정의 두께로 압축될 수 있다. 예컨대, 상기 탄성부재 (220)의 표면은 엠보싱 (embossing) 형태로 구비될 수 있다. 탄성부재 (220)는 표면 (221)에 복수개의 돌출부 (222)를 구비할 수 있는데, 상기 돌출부 (222)는 상기 탄성부재 (220)의 일면 또는 양면의 표면 (221)에 구비될 수 있다. 상기 복수개의 돌출부 (222)는 엠보싱 형태로 구비되어, 배터리 셀들이 상기 탄성부재 (220)를 효과적으로 압축할 수 있고, 또한 배터리 셀들의 바닥면의 형태에 따라 적절하게 상기 돌출부 (222)의 형상을 변형시킴으로써 배터리 모듈의 설계변경에 용이하게 대응할 수 있다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도이고, 도 6는 도 5의 배터리 모듈의 분해사시도이다. 도 7은 도 5의 배터리 모듈의 C-C에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈 (300)은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 (10)과 상기 배터리 셀들 (10)을 고정하는 엔드플레이트 (18) 및 연결플레이트 (19), 상기 배터리 셀들 (10)의 바닥면 (17)과 접하여 상기 배터리 셀들 (10)과 열교환하는 열교환부재 (310)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 엔드플레이트 (18)에는 제1 체결부 (18a)가 구비되고, 지지부에는 상기 제1 체결부 (18a)와 체결되는 제2 체결부 (332)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 열교환부재 (310)의 하부에는 탄성부재 (320)가 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈 (300)에서, 상기 지지부는 상기 하우징 (30)의 일면 (31)과 상기 탄성부재 (320) 사이에 구비되는 별도의 프레임 (330)을 포함할 수 있다. 상기 탄성부재 (320)는 프레임 (330) 상에 구비되되 엔드플레이트 (18)의 제1 체결부 (18a)는 상기 프레임 (330)에 구비되는 제2 체결부 (332)와 체결될 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈 (300)은 하우징 (30)에 수납되어, 상기 하우징 (30)의 일면 (31)에 구비되는 별도의 프레임 (330)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 프레임 (330)은 내부에는 열교환부재 (310)가 구비되는 수용부 (333)를 포함할 수 있는데, 상기 프레임 (330)의 수용부 (333)는 상기 열교환부재 (310)의 형태에 대응하도록 구비되는 그루브 (groove)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프레임 (330)에는 상기 제1 체결부 (18a)와 체결되는 제2 체결부 (332)가 구비될 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈은 상기 수용부 (333)에 구비되되 상기 제1 체결부 (18a)는 상기 수용부 (333)의 가장자리 (331)에 구비되는 제2 체결부 (332)와 중첩되도록 구비될 수 있다.
상기 수용부 (333)에는 탄성부재 (320)가 구비되고, 그 위에 열교환부재 (310) 및 배터리 셀들 (10) 순으로 구비되어, 상기 탄성부재 (320)는 배터리 셀들 (10)에 의하여 일정한 압축하중을 받을 수 있다. 상기 프레임 (330)을 복수개의 배터리 셀 (10)을 지지하는 지지부로 이용함으로써, 상기 배터리 모듈 (300)의 이동이 용이하도록 할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 (300)을 중간점검하는 동안에 하우징 (30)에서 상기 배터리 모듈 (300)를 분리하지 않고도 가능하므로, 배터리 모듈 (300)을 장기간 효율적으로 사용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11, 12: 양극단자, 음극단자
13: 벤트 14: 캡플레이트
18: 엔드플레이트 18a: 제1 체결부
100, 300: 배터리 모듈 30: 하우징
32: 제2 체결부 110, 310: 열교환부재
120, 220, 320: 탄성부재 330: 프레임

Claims (15)

  1. 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 복수개의 배터리 셀을 구속시키는 고정부재;
    상기 배터리 셀의 바닥면에 인접하도록 구비되는 열교환부재; 및
    상기 열교환부재의 하부에 구비되는 하나 이상의 탄성부재;를 포함하고,
    상기 탄성부재는 지지부 상에 구비되되 상기 고정부재는 상기 지지부와 체결되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재에는 제1 체결부가 구비되고 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지부에는 상기 제1 체결부와 체결되는 제2 체결부가 구비되는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 배터리 셀의 외측에서 상기 배터리 셀의 넓은 면에 대면하도록 구비되는 한쌍의 엔드플레이트와, 상기 한쌍의 엔드플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함하고, 상기 제1 체결부는 상기 한쌍의 엔드플레이트에 구비되는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 체결부는 상기 한쌍의 엔드플레이트의 하단에서 상기 배터리 셀에 반대방향으로 절곡되어 구비되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 복수개의 배터리 모듈을 수납하는 하우징의 일면을 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 하우징의 일면과 상기 탄성부재 사이에 구비되는 별도의 프레임을 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프레임에는 상기 제1 체결부와 체결되는 제2 체결부가 구비되는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프레임은 내부에는 열교환부재가 구비되는 수용부를 포함하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프레임의 수용부는 상기 열교환부재의 형태에 대응하도록 구비되는 그루브 (groove)를 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 수용부에 구비되되 상기 제1 체결부는 상기 수용부의 가장자리에 구비되는 제2 체결부와 중첩되도록 구비되는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 지지부와 상기 열교환부재 사이에 개재되는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부재는 상기 복수개의 배터리 셀의 바닥면에 대응하는 크기로 구비되는 쿨링플레이트를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 복수개의 배터리 셀의 바닥면에 대응하도록 구비되는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 러버 또는 스폰지 중 어느 하나 이상으로 구비되는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재의 표면은 엠보싱 (embossing) 형태로 구비되는 배터리 모듈.
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