KR20180092061A

KR20180092061A - 카트리지형 배터리 셀 및 그것을 포함하는 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20180092061A
Application number: KR1020170017375A
Authority: KR
Inventors: 정근태; 류재연
Original assignee: 에이치엘그린파워 주식회사
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-17

Abstract

본 발명은 전기를 동력으로 사용하는 자동차의 동력원으로서, 양 측면에 리드(lead)가 형성된 판 형상의 배터리 셀 및 측면이 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸는 형태를 가지며, 양 측면에 버스바(busbar)가 일체로 형성된 카트리지를 포함하는 카트리지형 배터리 셀로서, 본 발명에 의하면, 배터리 팩의 제조 사양에 관계없이 제작되는 배터리 셀을 통해 다양한 변경 사양에 용이하게 배터리 모듈을 제작할 수 있다.

Description

카트리지형 배터리 셀 및 그것을 포함하는 배터리 모듈{CARTRIDGE TYPE BATTERY CELL AND BATTERY MODULE COMPRISING THIS}

본 발명은 전기자동차 등의 동력원으로 이용되는 배터리 셀과 그것을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

하이브리드 자동차, 전기 자동차와 같은 친환경 자동차에는 구동 모터에 전원을 인가하기 위한 배터리 팩이 장착된다.

배터리 팩은 복수의 단위 배터리 모듈로 이루어지고, 하나의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀로 이루어진다.

도 1은 하나의 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.

배터리 모듈은 제조 사양에 따라 2개 이상의 배터리 셀(1)을 전기적으로 연결하고, 연결된 배터리 셀(1)을 케이스(2)에 삽입한 후, 버스 바(3, Busbar)를 용접하여 제작된다.

도 2는 복수의 배터리 셀(1)이 직렬로 연결된 것을 도시한 것이고, 도 3은 복수의 배터리 셀(1)이 병렬로 연결된 것을 도시한 것이다.

도시와 같이, 직렬일 경우 하나의 배터리 셀(CELL)의 리드(LEAD)를 이웃한 배터리 셀의 다른 극의 리드와 연결시키고, 연결된 배터리 셀을 케이스에 삽입 후 버스바를 용접시킨다.

그리고, 병렬일 경우 리드에 먼저 서브 버스바(SUB BUSBAR)를 용접시키고, 서브 버스바 간에 용접을 한 후, 케이스에 삽입하고 메인 버스바를 용접시켜 제작된다.

이와 같이 제조되는 배터리 팩은 제조 사양에 따라 여러 가지 형태(즉, 셀의 개수와 직렬 또는 병렬의 배열)로 제조되게 된다.

그러므로, 그 사양에 따라서 각각 별개의 형태로 설계되어 제조가 이루어질 수밖에 없고, 배터리 셀 간에 용접된 후 조립되는 구조이기 때문에 조립된 배터리 셀을 재조립하는 것이 불가능하다.

즉, 직렬이나 병렬 또는 셀의 수량이 변경될 경우에 케이스도 아울러 신규로 제작하여야 하고, 더구나 병렬 연결시에는 서브 버스바가 반드시 추가되어야 하는 구조가 된다.

또한, 리드 간에 간격이 좁기 때문에 조립 시에 불량이 발생할 가능성도 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2014-0084564호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 배터리 팩의 제조 사양에 관계없이 제작되는 배터리 셀을 통해 다양한 변경 사양에 용이하게 대처 가능한 배터리 셀과 그것을 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 카트리지형 배터리 셀은, 전기를 동력으로 사용하는 자동차의 동력원으로서, 양 측면에 리드(lead)가 형성된 판 형상의 배터리 셀 및 측면이 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸는 형태를 가지며, 양 측면에 버스바(busbar)가 일체로 형성된 카트리지를 포함한다.

상기 카트리지에 삽입되는 상기 배터리 셀의 리드는 상기 카트리지의 버스바와 접하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 카트리지의 측면의 일 측 단부는 상기 카트리지와 동일한 형태의 카트리지의 측면의 타 측 단부와 탈착 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 결합된 카트리지 간의 버스바는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 카트리지의 개방된 일 면에는 패드(pad)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패드가 형성된 일 면에 대향하는 상기 카트리지의 타 면에는 냉각 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 버스바는 상기 카트리지에 인서트 사출에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 배터리 모듈은, 양 측면에 리드(lead)가 형성된 판 형상의 배터리 셀이 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸는 측면 형상을 가지고 양 측면에 버스바(busbar)가 일체로 형성된 카트리지에 삽입된 복수의 카트리지형 배터리 셀이 상기 카트리지 간에 탈착 가능하게 결합되어 직렬 또는 병렬로 배열된다.

그리고, 상기 카트리지에 삽입되는 상기 배터리 셀의 리드는 상기 카트리지의 버스바와 접하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 결합된 상기 카트리지 간의 버스바는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 카트리지형 배터리 셀과 그것을 포함하는 배터리 모듈에 의하면, 배터리 셀을 카트리지형으로 하나의 단위로 제작하고, 직렬이나 병렬 또는 개수의 사양에 따라서 이를 단순 연결시켜 배터리 팩을 제작 가능하게 함으로써 제조 공정을 단순화시킨다.

그에 따라 일일이 변경되는 사양에 따라 신규로 제작할 필요가 없고 제조 공정이 단순하여 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 리드 간 거리에 의해 셀 간 용접시 작업 불량을 해소할 수 있고, 하나의 배터리 셀이 각형 구조를 이룸으로써 외부 충격에도 보다 강한 효과를 가진다.

도 1은 일반적인 배터리 모듈의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서 직렬 배열되는 배터리 셀을 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩에서 병렬 배열되는 배터리 셀을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 카트리지형 배터리 셀을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 두 개의 카트리지형 배터리 셀의 배열 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 세 개의 카트리지형 배터리 셀의 배열 상태를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 카트리지형 배터리 셀을 도시한 것이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지형 배터리 셀 및 그것을 포함하는 배터리 모듈을 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 배터리 모듈은 전기를 동력으로 사용하는 친환경 자동차의 동력을 제공하는 수단으로서, 배터리 팩을 구성하는 일 단위를 구성한다.

이를 위해, 복수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결되어 구성된다.

본 발명의 배터리 모듈은 본 발명에 의한 카트리지형 배터리 셀이 카트리지 간에 탈착하는 것에 의해서 단순하게 조립이 가능하고, 제조하고자 하는 배터리 셀의 수만큼 결합시키고, 직렬이나 병렬에 맞도록 버스바를 배열하는 것에 의해서 단순한 조립이 가능하게 한다.

본 발명에 의한 카트리지형 배터리 셀은 이를 위해서 카트리지형 배터리 셀 간에 결합을 위해서 하나의 셀을 포함하여 하나의 단위로 구성된다.

이를 위해 카트리지형 배터리 셀은 하나의 배터리 셀(10), 카트리지(20) 및 냉각 플레이트(30)를 포함하여 구성된다.

배터리 셀(10)은 일 측면에 (+), 다른 측면에 (-)의 리드(lead)가 형성되는 판 형상의 단위이다.

카트리지(20)는 판상의 배터리 셀(10)이 삽입될 수 있는 대응하는 판상의 둘레를 가져서, 카트리지(20)의 측면을 감싸는 형태가 되도록 구성된다.

배터리 셀(10)은 카트리지(20)의 측면에 의해 감싸지는 형태로 삽입되고, 리드는 카트리지(20)의 측면으로 돌출된다.

돌출된 리드는 카트리지(20)의 양 측면에 형성된 버스바(22, busbar)에 전기접으로 접하게 되며, 이를 위해 카트리지(20)의 양 측면에는 버스바(22)가 일체로 인서트 사출 성형에 의해 형성된다.

버스바(22)는 전도체로서, 후술하겠지만 이웃하는 카트리지의 버스바와 연결되어 리드 간에 전기적으로 연결될 수 있게 하는 것이다.

본 발명에 의한 카트리지(20)는 이와 같이 버스바(22)가 배터리 셀(10)의 리드에 대응되게 일체로 형성됨으로써, 복수의 카트리지 간에 결합시 버스바(22)를 통해 배터리 셀 간의 리드가 연결될 수 있게 하는 것이다.

그러므로, 종래와 같이 배터리 셀의 리드 간에 일일이 용접을 요하지 않고, 재작업을 용이하게 한다.

카트리지(20)의 측면을 제외한 양 면은 개방 형성되고, 측면의 일 측 단부(도시상 우측 단부)가 결합될 카트리지(20)의 타 측 단부와 탈착 가능하게 구성이 되어 카트리지 간에 탈착된다.

나아가, 카트리지(20)의 측면의 일 측 단부에는 배터리 셀(10)에 면압을 부가하기 위한 패드(21)가 일체로 결합되어 제작되고, 타측 단부에는 배터리 셀(10)을 냉각시키기 위한 냉각 플레이트(30)가 결합되게 된다.

본 발명의 카트리지형 배터리 셀은 이와 같이 구성됨으로써, 카트리지 간에 탈착에 의해서 배터리 셀의 수와 직렬/병렬을 구성할 수 있게 하고, 그것만으로 용접 등의 작업 없이 전기적 연결이 가능하게 한다.

도 5는 본 발명에 의한 두 개의 카트리지형 배터리 셀의 배열 상태를 도시한 것이다. 여기서, 도 5(a)는 배터리 셀 간에 직렬로 연결된 것을 나타낸 것이고, 도 5(b)는 배터리 셀 간에 병렬로 연결된 것을 나타낸 것이다.

그리고, 도 6은 본 발명에 의한 세 개의 카트리지형 배터리 셀의 병렬 배열 상태를 도시한 것이다. 여기서, 도 6(a)는 배터리 셀 간에 직렬로 연결된 것을 나타낸 것이고, 도 6(b)는 배터리 셀 간에 병렬로 연결된 것을 나타낸 것이다.

도시와 같이, 두 개 또는 세 개의 배터리 셀을 카트리지 간의 조립에 의해서 구성시켜 배터리 모듈을 제조할 수 있고, 직렬과 병렬의 구성은 배터리 셀의 (+)리드 및 (-)리드에 따라 필요에 따라 방향만 바꿔 결합시키는 것에 의해 구성시킬 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 배터리 셀
20 : 카트리지
21 : 패드
22 : 버스바
30 : 냉각 플레이트

Claims

전기를 동력으로 사용하는 자동차의 동력원으로서, 양 측면에 리드(lead)가 형성된 판 형상의 배터리 셀; 및
측면이 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸는 형태를 가지며, 양 측면에 버스바(busbar)가 일체로 형성된 카트리지를 포함하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 1에 있어서,
상기 카트리지에 삽입되는 상기 배터리 셀의 리드는 상기 카트리지의 버스바와 접하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 2에 있어서,
상기 카트리지의 측면의 일 측 단부는 상기 카트리지와 동일한 형태의 카트리지의 측면의 타 측 단부와 탈착 가능한 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 3에 있어서,
결합된 카트리지 간의 버스바는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 4에 있어서,
상기 카트리지의 개방된 일 면에는 패드(pad)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 5에 있어서,
상기 패드가 형성된 일 면에 대향하는 상기 카트리지의 타 면에는 냉각 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
청구항 6에 있어서,
상기 버스바는 상기 카트리지에 인서트 사출에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
카트리지형 배터리 셀.
양 측면에 리드(lead)가 형성된 판 형상의 배터리 셀이 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸는 측면 형상을 가지고 양 측면에 버스바(busbar)가 일체로 형성된 카트리지에 삽입된 복수의 카트리지형 배터리 셀이 상기 카트리지 간에 탈착 가능하게 결합되어 직렬 또는 병렬로 배열되는,
배터리 모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 카트리지에 삽입되는 상기 배터리 셀의 리드는 상기 카트리지의 버스바와 접하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
배터리 모듈.
청구항 9에 있어서,
결합된 상기 카트리지 간의 버스바는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
배터리 모듈.