KR20190126608A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20190126608A
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Abstract

본 발명은 외부 요인에 의해 배터리 모듈이 충돌하거나 충격이 가해졌을 때, 내부에 포함되는 배터리 셀의 움직임을 제한하여, 안정성을 강화할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것으로, 일방향으로 적층되며, 전극을 중심으로 양측에 형성된 경사면을 가지는 복수의 배터리 셀 및 인접한 상기 배터리 셀의 경사면이 형성하는 삽입부에 대응되는 형상으로 형성된 삽입부를 포함하여, 적층된 배터리 셀의 양단 중 적어도 일단에 삽입되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세히는 외부 요인에 의해 배터리 모듈이 충돌하거나 충격이 가해졌을 때, 내부에 포함되는 배터리 셀의 움직임을 제한하여, 안정성을 강화할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(Secondary cell)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 변경해 저장해 두었다가, 필요할 때 전기를 만들어 내는 장치로, 전력을 사용하는 전자기기 또는 하이브리드 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
이차 전지 중 리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적으로는 고정된 형태의 원통형(Cylinder type) 및 각형(Prismatic type)이 있으며, 유연성을 가져 형상의 변형이 가능한 형태의 파우치형(Pouched type)이 있다.
파우치형 리튬 폴리머 전지는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있었으나, 이러한 케이스 장치 또한 고출력 전원으로 사용되는 리튬 전지를 구성하는 셀 파우치를 안전하게 보호할 수 없어, 한국공개특허 제10-2012-0077635호("셀 파우치 케이스", 공개일 2012.07.10., 이하 선행기술 1)과 같이 셀 파우치를 안정적으로 보호할 수 있도록 프레임의 양측면에 셀 파우치를 부착하는 형태의 케이스가 소개되고 있으며, 이러한 케이스를 일방향으로 적층하는 형태로 배치한 배터리 모듈이 사용되고 있다.
선행기술 1과 같은 방식의 경우, 배터리 모듈에 포함되는 셀 파우치의 양단의 고정력을 높일 수 있지만, 전극이 형성된 양단의 고정력은 확보할 수 없는 문제점이 있었다. 종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 전극이 형성된 양단에 플라스틱 재질의 사출물을 삽입하거나 발포제를 통하여 해당 부분을 채우는 방식을 사용했는데, 셀 파우치, 즉 배터리 셀은 그 무게가 배터리 모듈 중 가장 많이 나가는 부분으로, 플라스틱 또는 사출물을 사용할 경우 강성이 충분히 확보되지 못해 외부로부터의 충격 또는 충돌에 의한 배터리 셀의 이동을 방지하기 어려운 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2012-0077635
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 배터리 모듈의 목적은 외부의 충격이 발생하거나 배터리 모듈이 충돌하더라도 배터리 셀의 이동을 제한하여 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 배터리 모듈은, 일방향으로 적층되며, 전극을 중심으로 양측에 형성된 경사면을 가지는 복수의 배터리 셀 및 인접한 상기 배터리 셀의 경사면이 형성하는 삽입공간에 대응되는 형상으로 형성된 삽입부를 포함하여, 적층된 배터리 셀의 양단 중 적어도 일단에 삽입되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부재는 금속재질로 형성되며, 표면은 절연처리 되고, 상기 고정부재는 상기 배터리 측에 형성되는 완충부를 더 포함하며, 상기 완충부는 탄성재질로 형성되고, 상기 고정부재는 상기 배터리 셀의 전극이 삽입되는 삽입홀을 더 포함하며, 상기 배터리 셀의 측면에 결합되는 측면 하우징 부재를 더 포함하고, 상기 고정부재는 상기 측면 하우징 부재와 결합되며, 상기 고정부재는 볼트 또는 리벳이 삽입 및 결합되는 결합 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 배터리 모듈에 의하면, 배터리 셀의 전극을 중심으로 양측에 경사면이 형성되고, 인접한 배터리 셀의 경사면이 형성하는 삽입공간에 대응되는 형상의 고정부재의 삽입부가 삽입됨으로써, 배터리 모듈에 강한 충격이 가해지더라도 배터리 셀의 이동을 제한할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 고정부재의 표면은 절연 처리가 됨으로써 배터리 셀의 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있고, 삽입공간에 삽입되는 삽입부의 표면에는 탄성재질의 완충부가 형성되어, 외부로부터 충격이 가해지거나 충돌이 발생하더라도 배터리 셀이 이동을 제한할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 사시도.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도.
도 5는 도 3은 B-B' 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 단면도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈을 분해한 상태를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈은 배터리 셀(100), 고정부재(200), 측면 하우징 부재(300) 및 버스바(400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
배터리 셀(100)은 전력이 직접적으로 저장되는 부분으로, 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 배터리 셀(100)은 양단에 각각 전극(110, 120)이 형성되며, 다수개의 배터리 셀(100)은 일방향으로 적층된다.
배터리 셀(100)의 양단에 각각 형성된 전극 중 하나(110)는 플러스극, 다른 하나(120)는 마이너스 극으로, 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에서 배터리 셀(100)의 우측에는 플러스 전극(110)이 형성되고, 좌측에는 마이너스 전극(120)이 형성되어 있지만 본 발명은 이에 한정하지 않으며 플러스 전극(110)과 마이너스 전극(120)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수 있다.
도 2는 도 1에서 적층된 배터리 셀(100)의 A-A' 단면 중 일측만을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)의 일단은 전극(110)을 중심으로 양측에 각각 경사면(130)이 형성되고, 인접한 두 개의 배터리 셀(100a, 100b)의 경사면(130a, 130b)들은 소정의 삽입공간(140)을 형성하며, 삽입공간(140)에는 후술할 고정부재(200)가 삽입된다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 배터리 셀(100), 고정부재(200), 측면 하우징 부재(300) 및 버스바(400)가 서로 결합된 상태를 도시한 것이다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 고정부재(200)는 일방향으로 적층된 배터리 셀(100)의 양단에 삽입됨으로써, 배터리 셀(100)을 고정시킴과 동시에 외부의 충격이 배터리 셀(100)에 가해졌을 경우, 배터리 셀(100)이 정위치에서 이동되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈이 결합된 상태의 A-A'방향의 단면 중 일측만을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정부재(200)는 인접한 두 개의 배터리 셀(100a, 100b)의 경사면(130a, 130b)이 형성하는 삽입공간(140)에 삽입되는 삽입부(210)를 포함한다.
삽입부(210)는 경사면(130a, 130b)이 형성하는 삽입공간(140)에 삽입될 수 있도록 일부 또는 전체가 상기 삽입공간(140)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 본 발명의 일실시예에서는 삽입부(210)가 삽입공간(140)의 일부에 대응되는 형태인데, 구체적으로 도 4에 도시된 삽입부(210)는 삽입공간(140)의 가장 깊은 부분(배터리 셀의 측면끼리 맞닿다가 경사면이 시작되는 부분)을 제외한 나머지 부분과 동일한 형상으로 형성되어 상기 삽입공간(140)에 삽입되며, 이를 통해 배터리 셀(100)들을 고정한다.
삽입부(210)는 배터리 셀(100)들이 일방향으로 적층되어 형성되어 복수의 삽입공간(140)을 형성하는 것에 대응되어, 다수개가 일방향으로 형성될 수 있으며, 각각의 삽입부(210)는 서로 연결될 수 있다.
삽입부(210)는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로 알루미늄으로 제조될 수 있다. 삽입부(210)가 알루미늄으로 제조되는 이유는 배터리 셀(100)이 배터리 모듈의 구성품들 중 가장 무게가 많이 나가기 때문에, 종래 사용되던 발포제 또는 플라스틱 사출물보다 배터리 셀(100)의 움직임을 제한할 수 있기 때문이며, 알루미늄과 같은 금속재질로 형성됨으로써, 배터리 모듈의 기본적인 강성인 비틀림 강성(Torsional stiffness)을 향상시켜 배터리 모듈의 구조 강성을 증가시킬 수 있다.
삽입부(210)가 금속 재질로 형성되어 전극(110, 120) 또는 배터리 셀(100)과 직접적으로 접촉될 경우, 전극(110, 120) 또는 배터리 셀(100)과 삽입부(210)가 통전되어 전기적인 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 삽입부(210)는 표면이 절연처리 되어 전극(110, 120) 또는 배터리 셀(100)과 삽입부(210)가 통전되는 것을 방지할 수 있다.
삽입부(210) 자체가 금속 재질로 형성될 경우 강성이 높아지므로, 외부의 충격 이나 배터리 모듈이 충돌할 때, 삽입부(210)가 이동하여 배터리 셀(100)을 변형시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 고정부재(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 삽입부(210)의 일단에 완충부(220)가 형성될 수 있다.
완충부(220)는 탄성 재질로 형성되어 압축 또는 수축될 수 있는 부분으로, 대표적으로 고무 또는 실리콘과 같은 재질이 사용될 수 있으며, 외부에서 충격이 가해지거나 배터리 모듈이 충돌할 경우, 가해지는 충격을 흡수할 수 있는 역할을 함과 동시에, 삽입부(210)와 배터리 셀(100) 간의 절연성을 보다 강화할 수 있는 효과가 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정부재(200)의 중단에는 결합홀(230)이 형성될 수 있다. 결합홀(230)은 고정부재(200)와 측면 하우징 부재(300)를 서로 결합시키기 위해 볼트 또는 리벳과 같은 고정수단이 삽입되는 부분으로, 복수개가 일정 간격을 두고 고정부재(200) 상에 형성될 수 있으며, 도 3에는 고정부재(200)의 결합홀에 볼트(10)가 삽입되어 고정부재(200)와 측면 하우징 부재(300)가 서로 결합된 상태가 도시되어 있다.
도 5는 도 3의 B-B'단면을 도시한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 결합홀(230)은 고정부재(200)의 양단과 이어지도록 형성되고, 고정부재(200)의 양측에서 내측으로 볼트(10)가 삽입되어 고정부재(200)와 측면 하우징 부재(300)가 서로 결합될 수 있다.
도 5에서는 결합홀(230)은 고정부재(200)의 양단과 서로 이어지는 형태이지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 결합홀(230)가 고정부재(200)를 관통하는 형태가 아닌 고정부재(200)의 양단 외측에서 내측으로 소정 깊이만큼 형성되는 실시예가 있을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고정부재(200)는 삽입홀(240)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 삽입홀(240)은 전극(110, 120)이 삽입되어 고정부재(200)의 외측으로 돌출되는 부분으로, 삽입홀(240)의 외측에는 버스바(400)가 결합된다.
버스바(400)는 일방향으로 돌출된 서로 동일한 전극을 서로 연결하는 전자소자로, 도 1 및 도 3에 도시되 바와 같이, 배터리 모듈의 양측에 각각 단일개씩 총 두 개가 설치될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 측면 하우징 부재(300)는 배터리 셀(100)의 측면에 설치되어, 배터리 셀(100)을 고정함과 동시에 배터리 셀(100)에서 발생하는 열을 외부로 배출시킬 수 있도록 한다.
측면 하우징 부재(300)는 배터리 셀(100)에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위해 열 전도성이 높은 재질로 형성되며 일정 정도 이상의 강성을 가지는 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로 알루미늄과 같은 금속재질로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 측면 하우징 부재(300)에는 홀(320)이 형성되어 배터리 셀(100) 내부의 열을 외부로 방출하고 또한 작업자가 배터리 셀(100)의 상태를 육안으로 확인할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 측면 하우징 부재(300)는 양단에 절곡부(310)가 형성되어, 배터리 셀(100), 고정부재(200) 및 측면 하우징 부재(300)의 결합시 절곡부(310)가 고정부재(200)의 외곽을 감싸, 배터리 셀(100), 고정부재(200) 및 측면 하우징 부재(300)가 보다 안정적으로 서로 결합되도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 배터리 셀
110, 120 : 전극
130 : 경사면
140 : 삽입공간
200 : 고정부재
210 : 삽입부
220 : 완충부
230 : 결합홀
240 : 삽입홀
300 : 측면 하우징 부재
310 : 절곡부
320 : 홀
400 : 버스바

Claims (7)

  1. 일방향으로 적층되며, 전극을 중심으로 양측에 형성된 경사면을 가지는 복수의 배터리 셀; 및
    인접한 상기 배터리 셀의 경사면이 형성하는 삽입공간에 대응되는 형상으로 형성된 삽입부를 포함하여, 적층된 배터리 셀의 양단 중 적어도 일단에 삽입되는 고정부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 금속재질로 형성되며, 표면은 절연처리 되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 배터리 측에 형성되는 완충부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 완충부는 탄성재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 배터리 셀의 전극이 삽입되는 삽입홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 측면에 결합되는 측면 하우징 부재를 더 포함하고,
    상기 고정부재는 상기 측면 하우징 부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 볼트 또는 리벳이 삽입 및 결합되는 결합 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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