KR20190132963A - 배터리모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고출력 전원으로 사용되는 이차 전지를 구성하는 배터리모듈을 안정적으로 보호할 수 있는 배터리모듈에 관한 것으로, 본 발명의 배터리모듈은 전기적으로 서로 연결되어 있는 두 개의 셀, 상기 셀들 사이에 위치하는 판상의 탄성부재, 및 상기 셀이 안착되는 셀하우징을 포함하는 하나 이상의 서브모듈과 상기 하나 이상의 서브모듈이 안착되는 안착부를 포함하는 모듈하우징, 상기 하나 이상의 서브모듈의 상부에 결합되고, 상기 서브모듈 간의 전기적 연결을 수행하는 PCB를 포함하는 상부커버를 포함하여 구성된다.

Description

배터리모듈{Battery Module}
본 발명은 배터리모듈에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 고출력 전원으로 사용되는 이차 전지를 구성하는 배터리모듈을 안정적으로 보호하며 방열 성능이 우수한 배터리모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
이러한, 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 셀"이라고 함)는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있으나, 종래에는 이러한 직렬 연결을 위해 각 파우치의 전극탭을 회로 패턴이 형성되어 있는 PCB(Printed Circuit Board; 인쇄회로기판)에 의해 연결하고 이를 케이스에 담는 방식을 사용하였다.
종래의 일본공개특허 2011-96465에 개재되어 있는 배터리는 평평한 상태에 형성되는 2차전지와, 상기 2차전지에 중합하는 냉각판을 구비하고, 상기 냉각판은 가요성을 가지는 제1 평판과 가요성을 가지고, 한 면이 상기 제1의 평판의 한면과 소정의 간격을 투고 대향하는 제2의 평판과 상기 제1의 평판과 상기 제2의 평판의 사이에 개재되고, 상기 2차전지의 팽창에 수반하고 탄성 변형하는 중간 수지부와 상기 제1의 평판과 상기 제2 평판의 상이에 형성되고 기체 또는 액체로 되는 냉매가 통과하는 통로를 포함한다.
종래의 특허는 배터리 사이에 구조가 복잡하여 배터리를 수용할 수 있는 배터리하우징에 결합하는데 문제점이 있었다.
또한, 수냉식으로 배터리를 냉각하여, 생산단가가 높고 열효율이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있었다.
일본공개특허 10-2011-96465(2011.05.12)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 방열 성능이 우수하며 배터리 셀을 안정적으로 보호할 수 있는 배터리모듈에 관한 것이다.
본 발명의 배터리모듈은 전기적으로 서로 연결되어 있는 두 개의 셀, 상기 셀들 사이에 위치하는 판상의 탄성부재, 및 상기 셀이 안착되는 셀하우징을 포함하는 하나 이상의 서브모듈; 상기 하나 이상의 서브모듈이 안착되는 안착부를 포함하는 모듈하우징; 및 상기 하나 이상의 서브모듈의 상부에 결합되는 상부커버;를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 안착부는 상기 서브모듈의 하측, 좌측, 우측이 상기 모듈하우징에 삽입되어 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브모듈은 두 개의 셀을 포함하고, 두 개의 셀은 각각의 전극탭이 레이저, 또는, 초음파 용접으로 전기적으로 서로 연결되고, 상기 탄성부재는 상기 두 개의 셀 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브모듈은 일정간격으로 서로 이격되어 배치되며, 상기 모듈하우징에 상부 방향에서 하부 방향으로 포켓형식으로 조립되어 안착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브모듈은 서브모듈 간의 전기적 연결을 수행하는 PCB를 더 포함하고, 상기 PCB는 상기 상부커버의 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브모듈은 상기 셀의, 탄성부재가 위치하는 면의 반대측 외측면에 밀착되고, 상기 셀하우징에 결합되는 방열커버를 더 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 셀이 상기 방열커버에 밀착되도록 가압하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 셀하우징은 좌우 측면에 돌출부가 형성되어 있고, 상기 방열커버에 결합홀이 천공되어 있어, 상기 돌출부에 상기 결합홀이 삽입되어 상기 방열커버가 상기 셀하우징에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리모듈은 방열커버가 열전도율이 높은 금속으로 제작되고, 셀 사이에 탄성부재가 위치하여 방열커버가 셀에 밀착되어 방열 성능이 우수하며, 셀 두께 및 사출물의 공정상 공차를 탄성부재가 흡수하여 쉽게 조립할 수 있다.
또한, 탄성부재가 셀에 면 압력을 주어 셀이 안정적으로 고정되어 셀의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서브모듈 분해도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서브모듈 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈의 결합관계를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈의 결합관계를 나타내는 사시도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)은 적어도 하나 이상의 서브모듈(200)을 포함한다.
도시된 바와 같이 배터리모듈(100)은 적어도 하나 이상의 서브모듈(200)이 모듈하우징(110)에 안착되어 있고, 상부에 상부커버(120)를 위치하고 상부커버(120)의 내부에 위치한 PCB(121)로 인해 각각의 서브모듈(200)이 전기적으로 연결된다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)의 형태와 구성에 대해서 상세히 설명한다.
배터리모듈(100)은 모듈하우징(110)과 상부커버(120)를 포함하며, 서브모듈(200)은 셀(210), 탄성부재(220), 셀하우징(230) 및 방열커버(240)를 포함한다.
셀(210)은 파우치(212)와 전극탭(211)으로 구성된다. 전극탭(211)은 전류를 내보내는 양극의 전극탭(211)과 전류를 받아들이는 음극의 전극탭(211)이 서로 이격되어 각각 형성된다.
서브모듈(200)은 2개의 셀(210)을 포함하고, 2개의 셀(210)은 각각의 전극탭(211)이 레이저, 초음파 등을 이용한 용접방법으로 전기적으로 서로 연결되고, 탄성부재(220)는 셀(210)의 사이에 위치한다.
두 개의 셀(210)과 셀(210) 사이에 위치한 탄성부재(220)가 셀하우징(230)에 안착된다.
이때, 셀(210)의 파우치(212)의 하부면과 좌우측면이 셀하우징(230)의 내측면에 밀착되게 안착된다.
방열커버(240)는 셀(210)의 외측면에 밀착되게 위치하며, 방열커버(240)에 형성되어 있는 결합홀(241)이 셀하우징(230)의 좌우측면에 형성되어 있는 돌출부(231)에 삽입되어 고정된다.
즉, 서브모듈(200)은 방열커버(240), 셀(210), 탄성부재(220), 셀(210), 방열커버(240) 순으로 배열되며, 두 개의 셀(210)과 탄성부재(220)가 셀하우징(230)의 내부에 안착되고, 방열커버(240)가 앞뒤면에 셀(210)의 외측면에 밀착되고, 셀하우징(230)의 좌우측면에 형성되어 있는 돌출부(231)에 방열커버(240)에 형성되어 있는 결합홀(241)에 삽입되어 방열커버(240)가 고정된다.(도 3 참조)
이때, 방열커버(240)가 셀(210)의 외측면에 밀착되어, 셀(210)에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하게 된다. 또한, 일정탄성력을 가지고 있는 탄성부재(220)가 셀(210)을 외측으로 힘을 가해(가압하여) 셀(210)이 방열커버(240)에 밀착되어 열을 효과적으로 전달할 수 있으며, 셀(210)을 제작하는 과정에서 생길 수 있는 공차를 탄성부재(220)가 외측으로 힘을 가함으로 인해서 셀(210)이 방열커버(240)에 밀착된다.
또한, 방열커버(240)는 효과적으로 열을 흡수하고 방출하기 위해서, 열전도율이 높은 알루미늄, 구리 등과 같은 금속재질로 제작되는 것이 바람직하다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)의 결합관계를 나타내는 사시도이다.
도 4와 도 5를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 서브모듈(200)과 모듈하우징(110) 및 상부커버(120)의 결합관계에 대해서 상세히 설명한다.
모듈하우징(110)은 서브모듈(200)이 안착되는 안착부(111)가 형성되어 있으며, 안착부(111)는 서브모듈(200)의 수량에 따라서 복수개 형성된다.
또한, 모듈하우징(110)은 서브모듈(200)이 상부 방향에서 하부 방향으로 포켓형식으로 조립된다.
즉, 서브모듈(200)의 하측, 좌측, 우측이 안착부(111)에 삽입되어 고정되며, 방열판의 외측면이 외부로 개방되어 원활히 외부로 열을 전달할 수 있어 열효율이 증대된다.
이때, 서브모듈(200)은 일정간격을 두고 배열되어 방열커버(240)에서 발생되는 열이 원활히 외부로 빠져나갈 수 있게 조립되는 것이 바람직하다.
상부커버(120)는 PCB(121)를 포함하며, 서브모듈(200)의 상부에 결합된다.
이때, 서브모듈(200)의 상부에 형성되어 있는 전극탭(211)이 PCB(121)에 연결되어, 서브모듈(200) 간에 전기적으로 연결된다.(도 5 참조)
따라서, 본 발명의 배터리모듈(100)은 방열커버(240)가 열전도율이 높은 금속으로 제작되고, 셀(210) 사이에 탄성부재(220)가 위치하여 방열커버(240)가 셀(210)에 밀착되어 방열 성능이 우수하며, 셀(210) 두께 및 사출물의 공정상 공차를 탄성부재(220)가 흡수하여 쉽게 조립할 수 있다.
또한, 탄성부재(220)가 셀(210)에 면 압력을 주어 셀(210)이 안정적으로 고정되어, 셀의 일측을 억지끼움으로 조립하는 종래의 발명에 비해 셀(210)에 작용하는 면압이 낮아 셀(210)의 수명을 연장시킬 수 있다.
100 : 배터리모듈 110 : 모듈하우징
111 : 안착부
120 : 상부커버 121 : PCB
200 : 서브모듈 210 : 셀
211 : 전극탭 212 : 파우치
220 : 탄성부재
230 : 셀하우징 231 : 돌출부
240 : 방열커버 241 : 결합홀

Claims (7)

  1. 전기적으로 서로 연결되어 있는 두 개의 셀,
    상기 셀들 사이에 위치하는 판상의 탄성부재, 및
    상기 셀이 안착되는 셀하우징을 포함하는 하나 이상의 서브모듈;
    상기 하나 이상의 서브모듈이 안착되는 안착부를 포함하는 모듈하우징; 및
    상기 하나 이상의 서브모듈의 상부에 결합되는 상부커버;를 포함하는, 배터리모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 서브모듈의 하측, 좌측, 우측이 상기 모듈하우징에 삽입되어 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브모듈은 두 개의 셀을 포함하고,
    두 개의 셀은 각각의 전극탭이 레이저, 또는, 초음파 용접으로 전기적으로 서로 연결되고,
    상기 탄성부재는 상기 두 개의 셀 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브모듈은 일정간격으로 서로 이격되어 배치되며, 상기 모듈하우징에 상부 방향에서 하부 방향으로 포켓형식으로 조립되어 안착되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서브모듈은 서브모듈 간의 전기적 연결을 수행하는 PCB를 더 포함하고,
    상기 PCB는 상기 상부커버의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 서브모듈은,
    상기 셀의, 탄성부재가 위치하는 면의 반대측 외측면에 밀착되고, 상기 셀하우징에 결합되는 방열커버를 더 포함하고,
    상기 탄성부재는 상기 셀이 상기 방열커버에 밀착되도록 가압하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀하우징은 좌우 측면에 돌출부가 형성되어 있고, 상기 방열커버에 결합홀이 천공되어 있어, 상기 돌출부에 상기 결합홀이 삽입되어 상기 방열커버가 상기 셀하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
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