KR20170027543A - 개선된 체결구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀과, 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 내부에 수용하며 높이 방향을 따라 층상 배열되는 다수의 적층용 카트리지를 구비하는 셀 카트리지 어셈블리; 및 셀 카트리지 어셈블리의 적어도 일측에 장착되고, 배터리 셀의 전기적 특성을 센싱하는 센싱 어셈블리를 포함하며,
상기 적층용 카트리지는 적어도 일측 코너 영역에 다른 쪽보다 돌출 형성된 볼트 조립용 핑거를 구비하며, 상기 볼트 조립용 핑거는 슬롯 형태로 마련된 조립 가이드부 구비하며, 상기 센싱 어셈블리는 다수의 센싱 부재가 장착된 판형 구조물 형태의 센싱 어셈블리 본체와, 센싱 어셈블리 본체와 일체로 형성되고 볼트 조립용 핑거의 조립 가이드부에 삽입 가능하게 마련되는 조립용 플레이트를 포함한다.

Description

개선된 체결구조를 갖는 배터리 모듈{Battery Module having an improved coupling structure}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 구성품들 간의 고정력이 안정적인 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 모듈이 사용되며, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 구현된 배터리 팩이 이용되기도 한다.
중대형 배터리 모듈은, 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다.
특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 배터리 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 중대형 배터리 모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 배터리 셀들을 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
중대형 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 배터리 셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열되는 경우, 이를 센싱하여 제어하기 위한 센싱 수단이 필수적이다. 이러한 센싱 수단은 배터리 셀들과 안정적으로 연결될 수 있어야 신뢰성 있는 전압/전류 정보를 BMS 등에 제공할 수 있다.
일례로, 종래의 배터리 모듈은 배터리 셀들과 배터리 셀들을 적층시키기 위해 적층용 카트리지로 구성된 셀 카트리지 어셈블리를 포함한다. 셀 카트리지 어셈블리는 층상 배열될 수 있다. 층상 배열된 셀 카트리지 어셈블리의 일측에 센싱 수단이 결합될 수 있는데 조립 편의성을 위해 후크 체결 방식이 많이 적용된다.
그런데, 후크 체결 방식을 적용한 배터리 모듈은, 후크 체결 과정에서 센싱 수단의 손상 우려가 크고, 또한 공차로 인해 후크 체결 부위에 유격이 존재할 수 있어 센싱 수단의 고정 상태가 불안정해질 수 있다.
한편, 자동차 등에 적용되는 중대형 배터리 모듈은 진동 및 충격에 쉽게 노출될 수 있으므로 구조적, 전기적 안정성이 매우 높아야 한다. 그런데, 종래의 배터리 모듈은, 위와 같이 센싱 수단의 고정 상태가 불안정해 충격 및 진동에 대한 내구성이 약한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 센싱 어셈블리를 구비한 배터리 모듈에 있어서, 충격 및 진동에 대한 센싱 어셈블리와 셀 카트리지 어셈블리 간의 체결 구조의 안정성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀과, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 내부에 수용하며 높이 방향을 따라 층상 배열되는 다수의 적층용 카트리지를 구비하는 셀 카트리지 어셈블리; 및 상기 셀 카트리지 어셈블리의 적어도 일측에 장착되고, 상기 배터리 셀의 전기적 특성을 센싱하는 센싱 어셈블리를 포함하며, 상기 적층용 카트리지는, 적어도 일측 코너 영역에 다른 쪽보다 돌출 형성된 볼트 조립용 핑거를 구비하고, 상기 볼트 조립용 핑거는, 슬롯 형태로 마련된 조립 가이드부 구비하며, 상기 센싱 어셈블리는, 다수의 센싱 부재가 장착된 판형 구조물 형태의 센싱 어셈블리 본체와, 상기 센싱 어셈블리 본체와 일체로 형성되고 상기 볼트 조립용 핑거의 상기 조립 가이드부에 삽입 가능하게 마련되는 조립용 플레이트를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 적층용 카트리지는 적어도 일측에 개구부를 구비하고, 상기 볼트 조립용 핑거는, 상기 개구부를 사이에 두고 상기 개구부에 대해 전방 돌출된 형태로 양쪽 코너 영역에 하나씩 2개가 마련됨으로써, 상기 셀 카트리지 어셈블리는, 적어도 일 측면이 오목한 형태로 구성된 만입부를 구비할 수 있다.
상기 센싱 어셈블리 본체는 판면이 수직으로 세워져 상기 셀 카트리지 어셈블리의 만입부에 인입되고, 상기 조립용 플레이트는 다수 개이며, 상기 센싱 어셈블리 본체를 사이에 두고 양쪽 측면 방향으로 돌출되고, 상기 센싱 어셈블리 본체의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격 배치되어 상기 볼트 조립용 핑거들의 조립 가이드부에 슬라이드 방식으로 삽입될 수 있다.
상기 볼트 조립용 핑거는, 상하 방향으로 볼트가 삽입되어 통과되는 제1 볼트 통과홀을 더 구비하고, 상기 조립용 플레이트는, 상기 제1 볼트 통과홀과 연통되는 제2 볼트 통과홀을 구비할 수 있다.
상기 적층용 카트리지는, 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기를 구비하고, 나머지 한 곳에 상기 결합 돌기에 대응되는 결합 홈을 구비할 수 있다.
상기 적층용 카트리지는, 상호간 상하로 조립 가능하게 마련된 상부 프레임과 하부 프레임을 포함하고, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 어느 하나는 후크를 구비하며, 나머지 하나는 상기 후크에 대응되는 후크 걸림공을 구비할 수 있다.
상기 센싱 부재는, 상기 셀 카트리지 어셈블리에서 돌출된 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 각각 접촉되는 다수의 버스 바와, 상기 다수의 버스 바의 일단과 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함할 수 있다.
상기 센싱 부재는, 상기 회로기판과 연결되어 상기 배터리 셀의 전기적 특성을 측정하는 외부 디바이스가 접속되는 커넥터 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 회로기판은 상기 센싱 어셈블리 본체의 정면 중앙에 장착되고, 상기 다수의 버스 바는 상기 회로기판을 사이에 두고 분지 구조로 상기 회로 기판 양쪽에 다단으로 배치될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리는, 상기 회로기판과 상기 센싱 어셈블리의 정면과 배면을 관통하도록 설치되는 써미스터 장착용 단자을 더 포함할 수 있다.
상기 셀 카트리지 어셈블리는, 각각 상기 다수의 적층용 카트리지의 최상단과 최하단을 커버하는 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와, 기계적 강성을 갖는 스트랩 형태로(strap)마련되고, 일단은 상기 상부 엔드 플레이트의 상단면에 결합되고 타단은 하부 엔드 플레이트에 하단면 결합되는 밴드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 센싱 어셈블리와 셀 카트리지 어셈블리가 서로 견고하게 고정될 수 있어, 진동 및 충격에 대한 구조적, 전기적 안정성이 향상된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 셀 카트리지 어셈블리의 볼트 조립용 핑거들에 의해 센싱 어셈블리의 조립이 가이드될 수 있어 배터리 모듈의 조립 용이성이 향상될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 부분 분해 사시도이다.
도 3은, 도 2의 다수의 적층용 카트리지와 상부 및 하부 엔드 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층용 카트리지의 사시도이다.
도 5는, 도 2의 층상 배열된 다수의 적층용 카트리지의 사시도이다.
도 6은, 도 5의 측면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 어셈블리의 정면 사시도이다.
도 8은, 도 7의 센싱 어셈블리의 정면도이다.
도 9는, 도 7의 배면 사시도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는, 도 1의 부분 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 카트리지 어셈블리(100)와, 센싱 어셈블리(200)를 포함한다.
셀 카트리지 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)들을 구비하는 배터리 셀(110)의 집합체일 수 있다.
여기서 셀 카트리지 어셈블리(100)에 포함되는 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀(110)일 수 있다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(110)은 일 방향, 이를테면, 도 2에 도시된 것처럼 상하 방향으로 적층될 수 있다.
각각의 파우치형 배터리 셀(110)은, 전극 리드(111,112)를 구비할 수 있으며, 이러한 전극 리드(111,112)에는 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)가 포함될 수 있다. 여기서, 각각의 전극 리드(111,112)는 파우치 외장재의 외부로 돌출된다. 특히, 각 파우치형 배터리 셀(110)의 전극 리드(111,112)는, 수평 방향으로 돌출되다가 단부가 상하 방향으로 절곡될 수 있으며, 이와 같이 상하 방향 절곡 부분이 다른 배터리 셀(110)의 전극 리드(111,112)의 절곡 부분과 맞닿게 될 수 있다. 그리고 이와 같이 맞닿은 2개의 전극 리드(111,112)는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있으며, 이를 통해 카트리지 어셈블리(100) 내부의 배터리 셀(110)간 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
셀 카트리지 어셈블리(100)는 파우치형 배터리 셀(110)을 적층시키기 위해 적층용 카트리지(120)를 구비할 수 있다. 이러한 적층용 카트리지(120)는 배터리 셀(110)을 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 배터리 셀(110)을 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 배터리 셀(110)의 조립을 가이드할 수 있다.
도 3은, 도 2의 다수의 적층용 카트리지와 상부 및 하부 엔드 플레이트의 분해 사시도이고, 도 4는, 도 2의 적층용 카트리지의 사시도이고, 도 5는, 도 2의 층상 배열된 다수의 적층용 카트리지의 사시도이고, 도 6은, 도 5의 측면도이다.
이들 도면을 참조하면, 적층용 카트리지(120)는 상부 프레임(120a)과 하부 프레임(120b)을 포함할 수 있다. 상부 프레임(120a)과 하부 프레임(120b)은 상호간 상하로 조립 가능하게 마련될 수 있다. 이를 위해, 상부 프레임(120a) 및 하부 프레임(120a) 중 어느 하나는 후크(121)를 구비하고, 나머지 하나는 후크(121)에 걸림 결합되는 후크 걸림공(122)을 구비할 수 있다.
이를테면, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 프레임(120b)의 양쪽 대변측 테두리의 측면에 길이 방향을 따라 3개의 후크(121)가 구성될 수 있고, 상부 프레임(120a)의 양쪽 대변측 테두리의 측면에 상기 3개의 후크(121)들에 대응되는 3개의 후크 걸림공(122)이 구성될 수 있다. 예컨대, 하부 프레임(120b)의 상면에 2개의 배터리 셀(110)들을 적층시키고 상부 프레임(120a)과 하부 프레임(120b)을 후크(121) 체결시킴으로써 하나의 적층용 카트리지(120)가 마련될 수 있다.
또한, 적층용 카트리지(120)는 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기(123)가 마련되고, 나머지 한 곳에 상기 결합 돌기(123)에 대응되는 결합 홈(124)이 마련될 수 있다.
본 실시예의 도 3 및 도 4와 같이, 결합 돌기(123)는 하부 프레임(120b)의 양쪽 대변측 테두리 양단부의 하면에서 하방향을 향하도록 총 4개가 마련될 수 있고, 결합 홈(124)은 상부 프레임의 양쪽 대변측 테두리 양단부의 상면에서 오목한 홈 형태로 총 4개가 마련될 수 있다. 결합 홈(124)의 직경은 결합 돌기(123)에 대응되는 크기로 구성된다.
이러한 구성에 의해, 어느 하나의 적층용 카트리지(120)의 결합 홈(124)에 다른 하나의 적층용 카트리지(120)의 결합 돌기(123)를 끼움으로서 다수의 적층용 카트리지(120)들이 안정적으로 적층될 수 있다. 또한, 결합 돌기(123)와 결합 홈(124)에 의해 적층용 카트리지(120)들 간에 조립 위치가 가이드됨 있음으로 조립 용이성이 증대될 수 있다.
적층용 카트리지(120)는 적어도 일측에 개구부(125)를 구비할 수 있다. 상기 개구부(125)에 의해 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111,112)들이 적층용 카트리지(120) 외부로 노출된다.
예컨대, 본 실시예는 적층용 카트리지(120)의 개구부(125)가 일 방향으로만 형성된다. 이는 (양극 리드와 음극 리드과 동일 방향에 위치한)단방향 배터리 셀(110)에 대응되는 구성이다. 그러나 본 실시예와 달리, (양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향에 위치한)양방향 배터리 셀(110)들을 사용하여 배터리 모듈(10)을 구성할 경우, 적층용 카트리지(120)의 개구부(125)가 적층용 카트리지(120)의 전,후 양 방향에 형성될 수도 있다.
특히, 본 발명에 따른 적층용 카트리지(120)는 적어도 일측 코너 영역에 다른 쪽보다 돌출 형성된 볼트 조립용 핑거(126)가 마련될 수 있다. 즉, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 적층용 카트리지(120)의 개구부(125)를 사이에 두고 양쪽 코너 영역에 하나씩 2개의 볼트 조립용 핑거(126)가 마련될 수 있다. 볼트 조립용 핑거(126)는, 볼트가 조립되는 장소로 사용될 수 있다.
이러한 볼트 조립용 핑거(126)에는 볼트(B)가 삽입되어 통과되는 제1 볼트 통과홀(H1)이 형성된다. 이때, 볼트 조립용 핑거(126)의 상부와 하부는 개방된 형태를 취하며, 볼트 조립용 핑거(126)의 중앙 영역에 제1 볼트 통과홀(H1)이 마련된다.
이러한 구성에 의하면, 다수의 적층용 카트리지(120)들을 적층시킨 다음, 볼트 조립용 핑거(126)들에 숄더 볼트(B)를 체결시킴으로써 다수의 적층용 카트리지(120)가 하나의 몸체로 간단히 조립될 수 있다.
본 발명의 볼트 조립용 핑거(126)는 조립 가이드부(126a)를 더 포함한다. 조립 가이드부(126a)는 볼트 조립용 핑거(126)의 몸체에 대해 수평 방향의 슬롯 형태로 구성될 수 있다. 이러한 조립 가이드부(126a)는 후술할 센싱 어셈블리(200)의 조립용 플레이트(220)가 슬라이드 결합되는 장소로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지 어셈블리(100)는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상부 엔드 플레이트(130), 하부 엔드 플레이트(140), 및 밴드 플레이트(150)를 더 포함할 수 있다.
상부 엔드 플레이트(130)는 제일 상부에 위치한 적층용 카트리지(120)의 상부에 배치되어 상부에서 셀 카트리지 어셈블리(100)를 지지하는 판형 구조물이다. 그리고 하부 엔드 플레이트(140)는 제일 하부에 위치한 적층용 카트리지(120)의 하부에 배치되어 하부에서 셀 카트리지 어셈블리(100)를 지지하는 판형 구조물이다. 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)는 거의 유사한 형태로 마련된다.
이를테면, 도 3에 도시된 것처럼 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)의 표면에는 다수의 볼록 패턴이 형성될 수 있다. 그리고 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)는 볼트 조립용 핑거(126)에 대응되는 위치에 조립용 플랜지(130a,140a)가 마련된다.
이러한 조립용 플랜지(130a,140a)에는 제1 볼트 통과홀(H1)과 연통되어 볼트가 통과되는 플랜지 통과홀(H3)이 형성된다. 플랜지 통과홀(H3)의 직경은 볼트(B)의 직경과 거의 유사하게 형성된다.
상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)는 대략 넓은 면적을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 각각 층상 배열된 다수의 적층용 카트리지(120)들의 상부와 하부에 위치되어 다수의 적층용 카트리지(120)들의 하부와 상부를 커버할 수 있다.
이러한 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)는 배터리 모듈(10)에 대한 기계적 지지력을 제공하고, 적층용 카트리지(120)들의 하부와 상부에서 적층용 카트리지(120)들을 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)는 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 제작될 수 있다.
밴드 플레이트(150)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 층상 배열된 다수의 적층용 카트리지(120)를 기준으로 센싱 어셈블리(200)의 반대편에 위치하고, 상부 및 하부 엔드 플레이트(130,140)와 결합된다. 밴드 플레이트(150)는 기계적 강성을 갖는 스트랩(strap) 형태로 마련될 수 있다.
특히, 본 실시예의 밴드 플레이트(150)는 절곡된 양단부를 구비하여 일단은 상부 엔드 플레이트(130)의 상단면에 결합되고, 타단은 하부 엔드 플레이트(140)의 하단면에 결합된다. 따라서, 밴드 플레이트(150)는 다수의 적층용 카트리지(120)들을 상하로 압박할 수 있다.
이러한 밴드 플레이트(150)는 셀 카트리지 어셈블리(100)에 가해지는 외부 충격을 부분적으로 흡수하고, 적층용 카트리지(120)들의 변형을 억제한다. 특히, 밴드 플레이트(150)는 배터리 셀(110) 스웰링에 대한 적층용 카트리지(120)의 변형을 방지하는 효과도 있다.
한편, 센싱 어셈블리(200)는 셀 카트리지 어셈블리(100)의 일측에 장착될 수 있다. 특히, 센싱 어셈블리(200)는 셀 카트리지 어셈블리(100)에서 전극 리드(111,112)들이 돌출된 부분에 장착될 수 있다.
센싱 어셈블리(200)는, 배터리 셀(110)의 전압과 같은 전기적 특성에 대한 센싱 정보를 배터리 모듈(10) 외부의 다른 디바이스(미도시)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)에는 BMS(Battery Management System)와 같은 장치가 연결되어, 충전이나 방전 등 배터리 모듈(10)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 이때, 센싱 어셈블리(200)는, 이러한 BMS와 연결되어, 배터리 셀(110)의 센싱된 전압 정보 등을 BMS에 제공할 수 있으며, BMS는 이러한 정보를 바탕으로 배터리 모듈(10)을 제어할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 어셈블리의 정면 사시도이고, 도 8은, 도 7의 센싱 어셈블리의 정면도이며, 도 9는, 도 7의 배면 사시도이다.
이들 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 어셈블리(200)는, 센싱 어셈블리 본체(210)와 조립용 플레이트(220)를 포함한다.
센싱 어셈블리 본체(210)는 판형 구조물 형태로 마련되고, 다수의 센싱 부재를 구비한다. 상기 다수의 센싱 부재는 다수의 버스바(211)와, 회로기판(212) 및 커넥터 단자(213)를 포함할 수 있다.
다수의 버스바(211)는 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어 배터리 셀(110)의 양극 리드나 음극 리드와 직접 접촉하여 전기적으로 연결됨으로써, 배터리 셀(110)들의 전기적 특성을 센싱할 수 있도록 한다.
예를 들어, 다수의 버스바(211)는 개별적으로 셀 카트리지 어셈블리(100)에 구비된 모든 배터리 셀(110)의 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)에 연결되어 모든 배터리 셀(110)에 대하여 양단 전압을 센싱하도록 구성될 수 있다. 이러한 다수의 버스바(211)는 일단부가 회로기판(212)에 전기적으로 연결될 수 있다.
회로기판(212)은 다수의 버스바(211)가 독립적으로 커넥터 단자(213)에 연결될 수 있도록 구성된 내부 회로를 구비하는 것으로서, 예를 들어 이러한 내부 회로의 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판(212) 형태로 구현될 수 있다.
커넥터 단자(213)는 배터리 셀(110) 각각의 전압을 측정하는 외부 디바이스, 즉 BMS가 접속되는 단자에 해당한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 센싱 어셈블리 본체(210)의 정면 중앙에 회로기판(212)이 장착될 수 있다. 그리고 다수의 버스바(211)는 회로기판(212)을 사이에 두고 분지 구조로 회로기판(212) 양쪽에 다단으로 배치될 수 있다. 다수의 버스바(211) 각각은 일단부가 절곡된 형태로 마련되어, 상기 버스바(211)의 일단부가 회로기판(212)의 배면에서 정면 방향으로 회로기판(212)에 삽입되도록 구성된다.
이와 같은 본 발명의 센싱 어셈블리 본체(210) 구성에 의하면, 배선용 케이블을 생략할 수 있어 배터리 셀(110) 데이터 전송용 배선 구조가 매우 간단해진다. 센싱 어셈블리(200)의 직접화됨으로써 공간효율성이 증대될 수 있다.
또한, 센싱 어셈블리 본체(210)는 써미스터 장착용 단자(214)를 더 포함할 수 있다. 써미스터 장착용 단자(214)는 배터리 모듈(10) 외측에서 내측으로 써미스터(thermistor)를 끼워넣을 수 있도록 구성된다. 도 7 내지 도 9를 참조하면, 회로기판(212)과 센싱 어셈블리 본체(210)에는 서로 연통하는 관통공(P)이 마련되며, 써미스터 장착용 단자(214)는 상기 관통공(P)에 개재될 수 있다. 즉, 회로기판(212)은 센싱 어셈블리 본체(210)의 정면에 장착되고, 써미스터 장착용 단자(214)는 이러한 회로기판(212)과 센싱 어셈블리 본체(210)의 정면과 배면을 관통하도록 설치될 수 있다.
써미스터(미도시)는 바아(bar) 형태로 마련되어 상기 써미스터 장착용 단자(214)를 통해 배터리 모듈(10) 내부까지 삽입될 수 있다. 상기 써미스터는 온도에 따라 저항값이 달라지는 현상을 이용한 반도체 소자일 수 있다. 이러한 써미스터는, 크기가 작고, 빠른 온도 변화나 세밀한 온도 변화에도 측정이 가능한 장점이 있다.
써미스터에 의해 측정된 배터리 모듈(10)의 온도 정보는, 배터리 모듈(10) 외부의 다른 디바이스로 전달될 수 있다. 예를 들어, 써미스터에 의해 온도가 측정되면, 측정된 온도 정보는, 배터리 모듈(10) 외부의 BMS로 전달되어, 배터리 모듈(10)을 제어하는데 이용될 수 있다.
조립용 플레이트(220)는 다수의 적층용 카트리지(120)의 볼트 조립용 핑거(126)에 슬라이드 방식으로 삽입되어 볼트 체결되는 구성이다. 이러한 조립용 플레이트(220)는 센싱 어셈블리(200)와 일체로 형성되고, 볼트 조립용 핑거(126)의 조립 가이드부(126a)에 삽입 가능한 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 조립용 플레이트(220)는 상하 방향으로 관통 형성된 제2 볼트 통과홀(H2)을 구비한다. 조립용 플레이트(220)가 볼트 조립용 핑거(126)의 조립 가이드부(126a)에 개재된 때, 제2 볼트 통과홀(H2)은 볼트 조립용 핑거(126)에 구비된 제1 볼트 통과홀(H1)과 연통될 수 있다. 이때 제1 볼트 통과홀(H1)과 제2 볼트 통과홀(H2)은 상호 대응되는 직경으로 형성될 수 있다.
이어서 센싱 어셈블리(200)와 셀 카트리지 어셈블리(100)의 체결 구조에 대해 보다 자세히 설명한다.
먼저, 본 실시예의 도 2를 참조하면, 셀 카트리지 어셈블리(100)는 층상 배열된 3개의 적층용 카트리지(120)를 포함한다. 3개의 적층용 카트리지(120)에 구비된 볼트 조립용 핑거(126)들은 양쪽 코너 영역에 3개씩 총 6개가 구성된다. 그러므로 조립 가이드부(126a)들도 양쪽 코너 영역에 3개씩 총 6개가 구성된다. 물론, 이러한 구성에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 즉 배터리 셀과 적층용 카트리지의 적층 개수를 늘려서 본 실시예의 배터리 모듈보다 고용량의 배터리 모듈을 구현할 수도 있다.
여기서, 다수의 적층용 카트리지(120)들의 볼트 조립용 핑거(126)들은 각각 개구부(125)에 대해 전방 돌출됨으로써, 층상 배열된 다수의 적층용 카트리지(120)들의 개구부(125)들, 다시 말해 셀 카트리지 어셈블리(100)의 정면부는 내측으로 오목한 형태의 만입부(S)(도 5 참조)를 갖는다.
센싱 어셈블리 본체(210)는 판면이 수직으로 세워져 상기 셀 카트리지 어셈블리(100)의 만입부(S)에 끼워 넣어질 수 있다. 이러한 셀 카트리지 어셈블리(100)에 의하면, 센싱 어셈블리 본체(210)가 배터리 모듈(10) 외측으로 돌출되지 않을 수 있어 주변 공간 효율성이 증대되고, 배터리 모듈(10)이 컴팩트하게 구현될 수 있다.
그리고 조립용 플레이트(220)는 볼트 조립용 핑거(126)의 개수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다. 이를테면, 본 실시예의 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 셀 카트리지 어셈블리(100)의 6개의 볼트 조립용 핑거(126)와 대응되도록 6개의 조립용 플레이트(220)가 마련될 수 있다. 다만, 조립용 플레이트(220)의 개수가 볼트 조립용 핑거(126)의 개수보다 적더라도 무방할 수도 있다.
6개의 조립용 플레이트(220)는 센싱 어셈블리 본체(210)를 사이에 두고 양쪽 측면 방향, 즉 센싱 어셈블리 본체(210)의 좌,우측면에 각각 3개씩 구비되고, 각각 센싱 어셈블리 본체(210)의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격 배치된다. 그리고 조립용 플레이트(220)들은 셀 카트리지 어셈블리(100)의 정면부 좌,우측 코너 영역의 볼트 조립용 핑거(126)들, 보다 정확하게는 각각의 조립 가이드부(126a)들에 일대일 대응될 수 있다.
이러한 6개의 조립용 플레이트(220)들은 조립 가이드부(126a)들을 통해 6개의 볼트 조립용 핑거(126)들에 끼워 넣어질 수 있다. 이때, 제1 볼트 통과홀(H1)들과 제2 볼트 통과홀(H2)들은 상호 연통될 수 있다. 그리고 상기 연통된 제1 볼트 통과홀(H1)들과 제2 볼트 통과홀(H2)들에 숄더 볼트(B)의 몸체를 삽입하여 통과시키고 솔더 볼트(B)의 하단부에 스크류 나사를 체결함으로써, 센싱 어셈블리(200)와 셀 카트리지 어셈블리(100)가 하나의 몸체로 결속될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 센싱 어셈블리(200)와 셀 카트리지 어셈블리(100)가 보다 견고하게 결속될 수 있어 배터리 모듈(10) 전체가 거동을 함께할 수 있다. 따라서, 진동 및 충격이 배터리 모듈(10)에 가해지더라도 센싱 어셈블리(200)가 쉽게 분리되지 않는다. 또한, 슬롯 또는 슬라이드 방식에 의해 센싱 어셈블리(200)와 셀 카트리지 어셈블리(100)가 조립됨으로 조립 용이성이 우수하고, 조립 중 구조물 손상 우려가 적다.
또한, 센싱 어셈블리 본체(210) 양측부가 볼트 조립용 핑거(126)에 의해 에워싸여 있어, 배터리 모듈(10)에 외부 충격 및 진동이 가해지더라도 센싱 어셈블리 본체(210)가 보호될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 모듈 100: 셀 카트리지 어셈블리
110: 배터리 셀 111,112: 전극 리드
120: 적층용 카트리지 121: 후크
122: 후크 걸림공 123: 결합 돌기
124: 결합 홈 125: 개구부
126: 볼트 조립용 핑거 126a: 조립 가이드부
130: 상부 엔드 플레이트 140:하부 엔드 플레이트
150: 밴드 플레이트 200: 센싱 어셈블리
210: 센싱 어셈블리 본체 211: 버스바
212: 회로기판 213: 커넥터 단자
214: 써미스터 장착용 단자 220: 조립용 플레이트
S: 만입부 H1: 제1 볼트 통과홀
H2: 제2 볼트 통과홀

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀과, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 내부에 수용하며 높이 방향을 따라 층상 배열되는 다수의 적층용 카트리지를 구비하는 셀 카트리지 어셈블리; 및
    상기 셀 카트리지 어셈블리의 적어도 일측에 장착되고, 상기 배터리 셀의 전기적 특성을 센싱하는 센싱 어셈블리를 포함하며,
    상기 적층용 카트리지는,
    적어도 일측 코너 영역에 다른 쪽보다 돌출 형성된 볼트 조립용 핑거를 구비하고, 상기 볼트 조립용 핑거는 슬롯 형태로 마련된 조립 가이드부 구비하며,
    상기 센싱 어셈블리는,
    다수의 센싱 부재가 장착된 판형 구조물 형태의 센싱 어셈블리 본체와, 상기 센싱 어셈블리 본체와 일체로 형성되고 상기 볼트 조립용 핑거의 상기 조립 가이드부에 삽입 가능하게 마련되는 조립용 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층용 카트리지는 적어도 일측에 개구부를 구비하고,
    상기 볼트 조립용 핑거는, 상기 개구부를 사이에 두고 상기 개구부에 대해 전방 돌출된 형태로 양쪽 코너 영역에 하나씩 2개가 마련됨으로써,
    상기 셀 카트리지 어셈블리는, 적어도 일 측면이 오목한 형태로 구성된 만입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리 본체는 판면이 수직으로 세워져 상기 셀 카트리지 어셈블리의 만입부에 인입되고,
    상기 조립용 플레이트는 다수 개이며, 상기 센싱 어셈블리 본체를 사이에 두고 양쪽 측면 방향으로 돌출되고, 상기 센싱 어셈블리 본체의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격 배치되어 상기 볼트 조립용 핑거들의 조립 가이드부에 슬라이드 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼트 조립용 핑거는, 상하 방향으로 볼트가 삽입되어 통과되는 제1 볼트 통과홀을 더 구비하고,
    상기 조립용 플레이트는, 상기 제1 볼트 통과홀과 연통되는 제2 볼트 통과홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적층용 카트리지는, 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기를 구비하고, 나머지 한 곳에 상기 결합 돌기에 대응되는 결합 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층용 카트리지는, 상호간 상하로 조립 가능하게 마련된 상부 프레임과 하부 프레임을 포함하고,
    상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 어느 하나는 후크를 구비하며, 나머지 하나는 상기 후크에 대응되는 후크 걸림공을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센싱 부재는,
    상기 셀 카트리지 어셈블리에서 돌출된 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 각각 접촉되는 다수의 버스 바와, 상기 다수의 버스 바의 일단과 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센싱 부재는,
    상기 회로기판과 연결되어 상기 배터리 셀의 전기적 특성을 측정하는 외부 디바이스가 접속되는 커넥터 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 센싱 어셈블리 본체의 정면 중앙에 장착되고, 상기 다수의 버스 바는 상기 회로기판을 사이에 두고 분지 구조로 상기 회로 기판 양쪽에 다단으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 회로기판과 상기 센싱 어셈블리의 정면과 배면을 관통하도록 설치되는 써미스터 장착용 단자을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 상기 셀 카트리지 어셈블리는,
    각각 상기 다수의 적층용 카트리지의 최상단과 최하단을 커버하는 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와, 기계적 강성을 갖는 스트랩 형태로(strap)마련되고, 일단은 상기 상부 엔드 플레이트의 상단면에 결합되고 타단은 하부 엔드 플레이트에 하단면 결합되는 밴드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.






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