KR20190126654A - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 쉽게 확장하고 부품을 공용화 할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 모듈은 배터리 셀 사이에 스페이서를 삽입하여 모듈 내에 장착되는 배터리 셀의 두께가 달라지더라도 배터리 모듈의 두께를 일정하게 유지하고, 배터리 모듈의 전체 강성을 보완할 수 있는 모듈 확장을 위한 스페이서를 포함하고, 스페이서와 프레임의 연결부를 플라스틱으로 형성하여 레이저 용접을 통해 손쉽게 결합 가능하며, 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 패널 또는 냉각 채널이 형성되거나, 배터리 셀의 탭과 버스바 용접을 위한 용접 지지부가 형성되는 다양한 형태의 스페이서를 조합하여 모듈의 확장이 가능하다.

Description

배터리 모듈 {Battery Module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지 셀 사이의 공간을 채워주는 스페이서를 이용하여 배터리 모듈을 쉽게 확장하고, 강성을 보강하고, 부품을 공용화할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

복수개의 배터리 셀이 다양한 방법으로 모듈화되어 하나의 배터리 모듈로 구성된다. 종래에는 용량에 따라 배터리 셀의 두께가 변하는 경우, 그 변화에 따라 배터리 모듈 역시 서로 다른 모듈로 설계되었고, 같은 컨셉의 모듈이라도 부품을 공용화할 수 없게 되어 서로 다른 모듈로 제작될 수 밖에 없었다.

이에 따라, 금형의 형상이 같은 경우에도 모듈 사이즈에 따라 별도로 제작되어야 하므로 부품 공용화가 불가하여 단가가 상승하게 되고, 또한 형상이 유사하기 때문에 부품 관리에 혼선이 발생하며, 새로운 모델 개발 프로젝트 요구에 따라 모듈을 다시 설계해야 하는 문제가 있다.

종래 기술의 일례로 공개특허 제10-2017-0022783호에서는 복수개의 배터리 셀 사이에 스페이서를 배치하여 하우징 내부에서 배터리 셀의 이탈을 막고, 배터리 셀의 냉각 유로를 확보하는 배터리 모듈을 개시하고 있다. 그러나, 상기 종래 기술의 경우 스페이서의 걸림홈부에 탑 플레이트의 후크 형상 걸림부재에 체결되는 구조로 결합되어 전체 배터리 모듈의 강성을 보강할 수 없고, 종래 배터리 셀을 수용 지지하는 프레임의 역할을 수행할 뿐이다.

공개특허공보 제10-2017-0022783호(“배터리 모듈”, 2017.03.02)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 셀 사이에 스페이서를 삽입하여 모듈 내에 장착되는 배터리 셀의 두께가 달라지더라도 배터리 모듈의 두께를 일정하게 유지하고, 배터리 모듈의 전체 강성을 보완할 수 있는 모듈 확장을 위한 스페이서를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 스페이서와 프레임 사이의 연결부를 플라스틱으로 형성하고 레이저 용접을 통해 손쉽게 결합 가능하고, 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 패널 또는 냉각 채널이 형성되거나, 배터리 셀의 전극 탭과 버스바 용접을 위한 용접 지지부가 형성되는 다양한 형태의 스페이서를 구성하고, 여러 형태의 스페이서를 조합하여 기능성을 높일 수 있는 배터리 모듈 확장을 위한 스페이서와 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 모듈은 전극 탭이 돌출 형성되고, 적층 배열되는 복수의 배터리 셀; 상기 배터리 셀을 양측면에 수용하여 배터리 셀 유닛을 형성하는 프레임; 및 상기 프레임에 결합되며, 상기 배터리 셀 유닛 사이에 삽입되는 스페이서;를 포함하여 형성된다.

또한, 상기 프레임의 외측에는 상기 스페이서와 접촉되는 스페이서 접촉부가 형성되고, 상기 스페이서의 외측에는 상기 스페이서 접촉부에 대응하는 프레임 접촉부가 형성되고, 상기 스페이서 접촉부와 프레임 접촉부는 플라스틱 재질로 형성되며, 레이저 용접에 의해 상기 프레임과 스페이서가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임의 외측에는 스페이서와의 결합 정렬을 위한 결합홈이 형성되고, 상기 스페이서의 외측에는 상기 프레임의 결합홈에 대응하는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스페이서는 배터리 셀의 전극 탭이 돌출된 위치에 대응하는 위치에 배터리 셀의 전극 탭과 버스바의 용접시 용접부를 지지하기 위한 용접 지지부가 돌출 형성된 제1 스페이서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스페이서의 용접 지지부는 가운데에 용접 가스 배출을 위한 공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스페이서는 내부에 냉각 플레이트가 구비된 제2 스페이서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스페이서는 배터리 셀의 전극 탭이 돌출된 위치에 대응하는 위치에 배터리 셀의 전극 탭과 버스바의 용접시 용접부를 지지하기 위한 용접 지지부가 돌출 형성된 제1 스페이서와 내부에 냉각 플레이트가 구비된 제2 스페이서의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 배터리 셀 중 최외곽 측면에 결합되는 사이드 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 통해 본 발명은 배터리 셀의 두께가 달라지더라도 배터리 모듈의 두께를 일정하게 유지하고, 조립 형상이 아닌 레이저 용접에 의해 스페이서를 고정하므로, 배터리 모듈의 전체 강성을 보완할 수 있다.

또한, 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 패널 또는 냉각 채널이 형성되거나, 배터리 셀의 전극 탭과 버스바 용접을 위한 용접 지지부가 형성되는 다양한 형태의 스페이서를 조합하여 배터리 모듈의 기능성을 높일 수 있다.

또한, 스페이서 일측에 배터리 셀의 전극 탭과 버스바를 용접하기 위한 용접 지지부를 형성함으로써, 별도의 다른 용접 지그 없이도 전극 탭과 버스바의 용접을 수행할 수 있다.

또한, 별도의 스페이서를 이용하여 배터리 모듈의 크기를 일정하게 형성함으로써, 다른 부품들을 공용화할 수 있고 이에 따라 금형 제작 비용과 부품 관리 비용을 절감할 수 있으며, 신규 모델 개발 기간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 세부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 세부 구성이 결합된 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4의 I-I' 단면과 상하 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 측면도이다.
도 7은 도 1의 X-X'의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7의 A부분에 대한 확대도이다.
도 9는 파우치 셀의 수와 크기에 따라 모듈의 크기가 달라지는 종래 배터리모듈을 나타내는 예시도이다.
도 10은 파우치 셀의 수와 크기가 달라져도 모듈의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 본 발명의 배터리 모듈을 나타내는 예시도이다.

이하, 본 발명의 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 자세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니며, 동일한 형태의 구성인 경우 별도의 도면 부호가 없어도 동일한 구성을 의미한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도, 분해사시도이며, 도 5는 도 4의 I-I' 단면과 상하 부분을 확대한 도면이고, 도 6은 배터리 모듈의 측면도, 도 7은 도 1의 X-X' 단면을 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 7의 A부분을 확대한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 도 1 내지 4에서와 같이 전극 탭(110)이 돌출 형성되고 나란하게 적층 배열되는 복수의 배터리 셀(100), 양측면에 배터리 셀(100)을 수용하여 고정하는 프레임(200), 배터리 셀(100) 사이에 삽입되어 일정한 간격을 유지하며 배터리 모듈의 강성을 보강하기 위한 스페이서(400) 및 배터리 모듈(1000)의 양측면에 배치되는 사이드 커버(300)를 포함하여 구성된다.

배터리 셀(100)은 일례로 폭방향으로의 두께에 비해 높이방향 및 길이방향으로의 길이가 길게 형성된 평판 또는 파우치 형태로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 높이방향보다 길이방향으로의 길이가 긴 장방형으로 형성될 수 있다. 그리고 배터리 셀(100)은 전극조립체의 외부를 감싸 밀봉하도록 형성된 파우치의 외부로 양극 및 음극의 전극 탭(110)들이 인출된 형태의 파우치형 셀이 될 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)들은 나란하게 배치되어 배터리 모듈의 폭방향을 따라 복수로 배열될 수 있다.

도 3 내지 도5를 참조하여 설명하면, 프레임(200)은 배터리 셀(100)의 일면이 수용될 수 있도록 내측이 요입 형성되며, 프레임(200) 중간에는 배터리 셀(100)의 냉각을 위한 냉각 패널(210)이 삽입될 수 있다. 프레임(200)은 배터리 셀(100)의 일부가 삽입되는 구조를 갖게 되며, 종래의 경우 배터리 셀(100)의 두께에 따라 두께가 달라지도록 설계되지만, 본 발명의 배터리 모듈(1000)의 경우 프레임(200)의 두께가 일정하게 유지된다. 한편, 프레임(200)의 외곽에는 스페이서(400)와 접촉하는 스페이서 접촉부(220)가 형성되며, 스페이서 접촉부(220)는 플라스틱 재질로 형성되어 도 5에서와 같이 스페이서(400)와 레이저 용접으로 결합될 수 있도록 형성된다. 또한, 스페이서(400)와의 레이저 용접시 부품의 정렬과 일시 결합을 위한 결합홈(221)이 형성될 수 있다.

본 발명의 스페이서(400)는 배터리 모듈(1000)의 내부 공간을 채워주기 위해 배터리 셀(100) 사이에 배치되며, 통상 하나의 프레임(200) 양측에 배터리 셀(100)이 하나씩 배치되어 유닛을 형성하므로, 유닛 사이에 스페이서(400)가 배치된다. 앞서 설명하였듯이, 본 발명의 스페이서(400)는 프레임(200)과 레이저 용접을 통해 결합되며 이를 위해 스페이서(400)의 외곽에는 프레임(200)의 스페이서 접촉부(220)에 대향하여 프레임 접촉부(430)가 형성되며, 프레임(200)과의 레이저 용접을 위해 프레임 접촉부(430) 역시 플라스틱 재질로 형성된다. 또한, 프레임(200)과의 레이저 용접시 부품의 정렬과 일시 결합을 위해 프레임의 결합홈(221)에 대응하는 결합돌기(431)가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 스페이서(400)에는 필요에 따라 다양한 기능을 부여할 수 있으며, 일례로 전극 탭(110)과 버스바(120)의 용접시 용접 부분을 지지하기 위한 기능을 부여할 수 있고, 스페이서(400) 내부에 냉각 플레이트를 추가하여 배터리 냉각 성능을 높이는 기능을 부여할 수 있다.

도 6 내지 도8을 참조하여 설명하면, 제1 스페이서(410)는 전극 탭(110)과 버스바(120)의 용접시 용접 부분을 지지하기 위한 용접 지지부(411)를 포함한 것이다. 용접 지지부(411)는 배터리 셀(100)의 전극 탭(110)이 돌출된 위치에 대응하여 형성되며, 도 6에서와 같이 용접 지지부(411) 상에 전극 탭(110)과 버스바(120)를 올려 놓고 용접을 하게 되면, 별도의 용접 지지 구조 없이도 전극 탭(110)과 버스바(120)의 용접(W)을 수행할 수 있다. 용접 지지부(411)는 도 3에서와 같이 직사각형 형태로 돌출 형성되며, 용접 지지부(411) 가운데는 도 6에서와 같이 용접시 가스 등이 배출될 수 있도록 공간부(412)가 형성될 수 있다.

또 다른 기능을 위해 본 발명의 제2 스페이서(420)는 배터리 셀(100)의 냉각을 위해 내부에 별도의 냉각 플레이트(421)를 구비할 수 있다. 필요에 따라 제1 스페이서(410)의 내부에도 냉각 플레이트(421)를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 배터리 모듈(1000)은 필요에 따라 제1 스페이서(410)와 제2 스페이서(420)의 조합을 통해 전체 크기 조절과 부가 기능을 확보하게 된다.

한편, 사이드 커버(300)는 배터리 모듈(300)의 양측면에 배치되며, 배터리 셀(100), 프레임(200), 스페이서(400) 등을 결합하기 위한 결합부재 등이 형성된다.

도 9는 배터리 셀의 수와 크기에 따라 모듈의 크기가 달라지는 종래 배터리 모듈의 예시를 나타낸 것으로 용량에 따라 배터리 셀이 적게 들어가거나 얇은 배터리 셀이 적용되는 경우에는 (a)에서와 같이 배터리 모듈의 전체 크기가 작아지고, 많은 수의 배터리 셀, 두꺼운 배터리 셀이 적용되는 경우에는 (b)에서와 같이 배터리 모듈의 전체 크기가 달라지게 되며, 이에 따라 프레임(200) 및 결합부재 등의 주변 부품의 크기도 달라지게 되므로, 부품이 공용화가 불가능하였다.

반면, 본 발명의 배터리 모듈은 도 10에서와 같이 배터리 셀의 수와 크기가 달라지더라도, (a), (b)에서와 같이 전체 배터리 모듈의 크기는 일정하게 유지한 채 삽입되는 스페이서의 종류와 수를 달리함으로써, 주변 부품을 공용화할 수 있고, 앞서 설명한 강성보강 및 냉각 등의 다른 기능적 효과를 갖게 된다.

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
100 배터리 셀
110 전극 탭 120 버스바
200 프레임
210 냉각 패널
220 스페이서 결합부 221 결합홈
300 사이드 커버
400 스페이서
410 제1 스페이서 411 용접 지지부 412 공간부
420 제2 스페이서 421 냉각 플레이트
430 프레임 결합부 431 결합돌기

Claims (8)

1. 전극 탭이 돌출 형성되고, 적층 배열되는 복수의 배터리 셀;
   상기 배터리 셀을 양측면에 수용하여 배터리 셀 유닛을 형성하는 프레임; 및
   상기 프레임에 결합되며, 상기 배터리 셀 유닛 사이에 삽입되는 스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 프레임의 외측에는 상기 스페이서와 접촉되는 스페이서 접촉부가 형성되고,
   상기 스페이서의 외측에는 상기 스페이서 접촉부에 대응하는 프레임 접촉부가 형성되고,
   상기 스페이서 접촉부와 프레임 접촉부는 플라스틱 재질로 형성되며,
   레이저 용접에 의해 상기 프레임과 스페이서가 결합되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 프레임의 외측에는 스페이서와의 결합 정렬을 위한 결합홈이 형성되고,
   상기 스페이서의 외측에는 상기 프레임의 결합홈에 대응하는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스페이서는 배터리 셀의 전극 탭이 돌출된 위치에 대응하는 위치에 배터리 셀의 전극 탭과 버스바의 용접시 용접부를 지지하기 위한 용접 지지부가 돌출 형성된 제1 스페이서인 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 스페이서의 용접 지지부는 가운데에 용접 가스 배출을 위한 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 스페이서는 내부에 냉각 플레이트가 구비된 제2 스페이서인 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 스페이서는,
   배터리 셀의 전극 탭이 돌출된 위치에 대응하는 위치에 배터리 셀의 전극 탭과 버스바의 용접시 용접부를 지지하기 위한 용접 지지부가 돌출 형성된 제1 스페이서와,
   내부에 냉각 플레이트가 구비된 제2 스페이서의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 복수의 배터리 셀 중 최외곽 측면에 결합되는 사이드 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.

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