KR20200029158A - 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템 - Google Patents

복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리팩에 있어서, 복수의 배터리셀이 배열되어 있는 배터리셀 배열체의 양극과 음극이 버스바에 연결되어 있고, 양극 버스바에 위치하는 양극 접속단자 및 음극 버스바에 위치하는 음극 접속단자가 전류가 배터리 팩 내부의 어느 경로를 지나더라도 동일한 거리의 이동경로를 지나도록 배치되어 배터리셀의 발열을 균일하게 함으로써, 배터리셀의 수명 저하를 방지하고 배터리 팩의 수명을 연장할 수 있는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리팩에 관한 것이다.

Description

복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템{A battery system having a plurality of battery cell electrode wiring structures}
본 발명은 복수개의 배터리셀의 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 배터리셀을 연결함에도 발열이 균일하게 발생하여 효율적인 사용이 가능한 배터리 시스템에 관한 것이다.
전자, 통신 등의 산업이 발달함에 따라 휴대폰, 노트북 등 휴대용 기기들의 보급이 증가하였으며 이에 따라 보조배터리 등 전력을 저장하여 사용하는 일이 많아졌으며 경제성을 고려하여 재충전이 가능한 이차전지를 주로 사용하고 있다.
전동공구, 전동 자전거 및 자동차 등의 중대형 장치에도 사용이 확대되고 있으며, 최근에는 여러개의 배터리 셀을 직/병렬로 연결하여 태양광, 풍력 등에서 만들어진 전기를 저장하여 사용하는 ESS(Energy Storage System)등에도 사용한다.
중대형의 장치에 사용하기 위해서는 복수개의 배터리들을 병렬로 연결하여 배터리 셀을 만들고 이를 다시 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 배터리 팩을 형성하여 사용하고 있으며, 한국등록특허공보 제10-1108180호("대용량 배터리팩과 대용량 배터리 팩의 조립체", 2012.01.13., 이하 "선행문헌")에서는 도 1(a)에 나타난 바와 같이 버스바를 이용하여 복수개의 배터리 팩들을 연결할 때에 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지되는 대용량 배터리팩과 대용량 배터리 팩의 조립체에 대해 기재하고 있으며, 복수개의 셀들을 수용하는 케이싱과, 셀들에 연결되며 케이싱의 내측에 배치되는 탭이 있으며, 복수개의 셀들의 양극과 음극에 탭이 접촉되고, 단자의 일측 단부는 케이싱의 내부에서 탭과 연결되고 단자의 타측 단부는 케이싱의 외측으로 돌출한다.
선행문헌은 도 1(b)에서 도시된 회로도로 구성이 되며, 이는 전류 이동경로(A)와 이동경로(B)의 이동거리가 달라 이동경로가 짧은 이동경로(A)쪽에 위치한 배터리 또는 배터리셀이 이동경로가 긴 이동경로(B)에 위치한 배터리 또는 배터리셀 보다 온도가 높게 나타나는 문제점이 있다.
또한, 가장 높은 온도의 배터리 또는 배터리셀 기준으로 배터리팩을 관리하기 때문에 온도가 높지 않은 배터리의 동작 효율이 떨어져 비효율적으로 배터리팩이 관리될 수 있는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허공보 제10-1108180호(2012.01.13. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 배터리 모듈 내부에서 양극 접속단자로부터 음극 접속단자로 흐르는 전류의 이동거리가 어느 경로를 지나가도 서로 동일한 거리가 되도록 형성하여, 각 배터리셀에서 발생하는 열을 감소시킬 수 있으며 이에 따라 셀 수명의 저하를 방지하고 팩 수명이 연장되며 버스바의 단면적을 줄여 비용을 절감할 수 있는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리팩을 제공함에 있다.
본 발명의 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템은, 양극과 음극이 형성된 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리셀 배열체, 상기 배터리셀의 양극과 결합되고, 일측에 양극 접속단자가 구비되는 양극 버스바 및 상기 배터리셀의 음극과 결합되고, 일측에 음극 접속단자가 구비되는 음극 버스바를 포함하고, 상기 양극 접속단자로부터 상기 복수의 배터리셀 중 어느 하나를 경유하여 상기 음극 접속단자로 흐르는 복수의 전류이동경로의 거리가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극 접속단자 및 상기 음극 접속단자가 상기 배터리셀 배열체를 중심으로 서로 반대방향에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 특징을 갖는 배터리 모듈을 n개 포함하고, 상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자가, 접속단자 끼리 연결을 가능하게 하는 제1 연결부를 사용하여 연결되는 것을 특징으로 한다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, 상기의 특징을 갖는 상기 배터리 모듈을 n개 포함하고, 상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바가, 버스바 끼리 연결을 가능하게 하는 제2 연결부를 사용하여 연결되는 것을 특징으로 한다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, 상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바 사이에 절연판이 구비되는 것을 특징으로 한다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, 상기의 특징을 갖는 상기 배터리 모듈을 n개 포함하고, 상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바가 면접하여 결합되는 것을 특징으로 한다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, 상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바가 일체로 형성되어 결합되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, 상기 배터리 모듈은 배터리팩의 내부에 수용될 수 있으며, 상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자와 전기적으로 접속되는 양극단자 및 상기 양극단자와 동일방향에 형성되며, 상기 n번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자와 전기적으로 접속되는 음극단자를 구비하는 상기 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 한다.(여기서, n은 배터리 모듈의 개수, n≥1)
또한, 상기 배터리 시스템은 상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자 중 어느 하나와 연결되어, 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되도록 형성되는 부자재를 포함하는 것을 특징으로 한다.(여기서, n≥1)
또한, 상기 부자재는 상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자 중 어느 하나와 연결되는 제1연결부, 상기 양극 버스바 또는 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 대면되도록 배치되는 버스바 및 상기 버스바의 양측에 구비되며, 일측은 상기 제1연결부와 연결되고, 타측은 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되는 버스바 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.(여기서, n≥1)
또한, 상기 부자재는 상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 버스바 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 연결되는 제2연결부, 상기 양극 버스바 또는 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 대면되도록 배치되는 버스바 및 상기 버스바의 일측은 상기 제2연결부와 연결되고, 타측은 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되는 버스바 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.(여기서, n≥1)
또한, 상기 부자재는 상기 1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바와 상기 버스바 사이에 구비되는 절연판 및 상기 n번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 상기 버스바 사이에 구비되는 절연판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.(여기서, n≥1)
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템은 양극 접속단자에서부터 복수의 배터리셀 중 어느 하나를 경유하여 음극 접속단자로 흐르는 전류의 이동거리가 서로 동일하도록 양극 접속단자 및 음극 접속단자를 배치하여 각 배터리셀이 발생하는 열이 균일하게 발생함으로써, 발열을 줄여 셀 수명 저하 방지 및 배터리팩 수명이 연장되며 버스바의 단면적을 줄일 수 있어 비용적인 절감을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 도면
도 2는 본 발명에 따른 도면
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도면
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사시도
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 도면
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 사시도
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 도면
도 8은 제5 실시예가 배터리팩에 수용된 도면
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리팩을 나타낸 도면이며, 기본적인 구조는 종래의 기술과 비슷하나 전류가 흐르는 양극 접속단자로부터 복수의 배터리셀 중 어느 하나를 경유하여 음극 접속단자로 흐르는 복수의 전류이동경로의 거리가 서로 동일한 것이 가장 큰 차이점이다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 모듈(3000)은 복수개의 배터리로 배터리셀(110)을 형성하고, 상기 배터리셀(110)을 배열하여 배터리셀 배열체(100)를 형성하며, 양극이 모여있는 배터리셀 배열체(100)의 상측과 양극 버스바(200)는 볼트(220)로 연결되고, 음극이 모여있는 상기 배터리셀 배열체(100)의 하측과 음극 버스바(300)는 볼트(220)로 연결된다.
상기 양극 버스바(200)의 일측에 외부장치 및 회로와 연결이 가능한 양극 접속단자(210)가 연결되고, 상기 음극 버스바(300)의 일측에 외부장치 및 회로와 연결이 가능한 음극 접속단자(310)가 연결된다.
상기 양극 버스바(200)의 일측에 형성된 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 버스바(300)의 일측에 형성된 음극 접속단자(310)는 상기 배터리셀 배열체를 중심으로 서로 반대방향에 각각 배치되며, 상기 양극 접속단자(210)에서부터 상기 복수의 배터리셀 중 어느 하나를 경유하여 상기 음극 접속단자(310)로 전류가 흐르게 된다. 따라서 도 2(b)의 회로도에서 도시된 바와 같이 본 발명에 의하면 전류 이동경로(C)와 전류 이동경로(D)가 동일한 거리를 유지하며 전류가 흐르며 이외 모든 이동경로도 동일한 거리를 이루고 있다.
상기 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 접속단자(310)의 위치 변화를 통해 상기 배터리셀(110)에서 발열하는 열이 동일한 온도로 형성되어 셀 수명 저하 방지 및 팩 수명연장이 가능하고 버스바의 길이가 충분히 길어져 단면적을 줄여 비용적인 절감을 할 수 있는 효과가 있다.
하나 이상의 상기 배터리 모듈(3000)은 배터리 팩에 수용될 수 있으며 상기 배터리 팩은 동일방향에 외부 회로와 연결이 가능한 양극단자 및 음극단자를 형성하고 있다.
본 발명의 특징을 이해하기 쉽게 나타내기 위해 배터리셀(110)의 상측에 양극, 하측에 음극이 형성된다고 기재하였으나, 이는 하측에 양극, 상측에 음극 또는 좌측 및 우측에 양극 또는 음극이 형성될 수 있으며 이를 한정하지 않는다. 상기 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 접속단자(310)는 상기 양극 버스바(200)의 일측 및 음극 버스바(300)의 일측에 부착되어 형성되거나 또는, 상기 양극 버스바(200) 및 음극 버스바(300)가 연장되어 형성될 수 있으며 이를 한정하지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도면으로써, 상기 도 2(a)에서 나타낸바와 같이 상기 양극 버스바(200)의 일측에 형성되는 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 버스바(300)의 일측에 형성되는 음극 접속단자(310)는 상기 배터리셀 배열체(100)를 중심으로 서로 반대방향에 위치하여 각기 형성되며, 도 3(a)에서는 상기 양극 접속단자(210) 또는 상기 음극 접속단자(310)와 결합되어 상기 배터리팩의 상기 양극단자 및 상기 음극단자와 연결할 수 있도록 부자재(700)를 사용하였다.
상기 부자재(700)는 제1연결부(400), 버스바(500), 버스바 접속단자(510, 520)로 구성되어 있으며, 상기 제1연결부(400)의 일측은 상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자(210) 또는 상기 음극 접속단자(310)의 일측과 연결되고, 상기 제1연결부(400)의 타측은 상기 1번째 배터리 모듈(3000)의 상기 음극 버스바(300) 또는 상기 양극 버스바(200)와 대면되도록 배치되는 상기 버스바(500)의 양측에 형성되는 접속단자(510, 520)중 어느 하나와 연결된다.
따라서, 상기 부자재(700)가 상기 음극접속단자(310)에 결합되어 음극이 연장되어 형성되는 버스바 접속단자(510) 및 상기 양극 접속단자(210)가 동일 방향에 위치하게 되고 상기 배터리팩(2000)의 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 결합될 수 있으며 반대로, 상기 양극 접속단자(210)에 결합되어 양극이 연장되어 형성되는 버스바 접속단자(510) 및 상기 음극 접속단자(310)가 동일 방향에 위치하게 되고 상기 배터리팩의 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 결합될 수 있다.
상기 제1연결부(400)는 상기 양극 또는 음극 접속단자(210, 310)와 제1버스바 접속단자(510, 520)와 연결하여 접속단자와 접속단자를 이어주는 역할을 하며, 형상은 한정하지 않는다. 또한, 상기 양극 버스바(200) 또는 상기 음극 버스바(300)가 버스바(500)와 접촉되는 것을 방지하기 위해 사이에 절연판(600)이 형성된다.
상기 부자재(700)를 사용하여 양극과 음극의 방향을 동일하게 배치함으로써, 기존에 양극과 음극이 동일하게 배치되어 사용되는 구조에 상기 본 발명의 배터리팩(1)을 사용할 수 있어 추가적인 비용이 들지 않아 비용 절감의 효과가 추가된다.
또한, 기본적으로 배터리셀 배열체(100), 양극 버스바(200) 및 음극 버스바(300)의 형태는 일자로 형성되며, 상기 양극 접속단자(210) 및 음극 접속단자(310)을 동일방향에 위치하도록 상기 배터리셀 배열체(100)를 사용자의 편의에 따라 ㄷ자 형태, W 형태, U 형태, 2열 배열 및 사행 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 버스바 접속단자(510, 520)는 상기 버스바(500)에 연결되어 형성될 수 있으며, 또는 상기 버스바(500)가 연장되어 형성되는 것일 수 있다. 부자재(700)는 각각의 구성을 포함하여 형성될 수 있으며 또는 일체형으로 구성될 수 있으므로 부자재의 형상에 대해 한정하지 않는다.
도 3(b)의 회로도에 도시된 바와 같이 본 발명에 의하면 전류가 이동하는 모든 이동경로의 거리가 동일하며, 각 베터리셀(110)이 발생하는 열이 균일하게 나타나 관리가 용이하며, 모든 베터리셀(110)들의 동작 효율이 전체적으로 상승하는 효과를 가져 올 수 있다.
도 3(c)는 도 3(a)를 정면에서 도시한 정면도이며, 상기 배터리 모듈(3000)은 n개 연결되어 상기 배터리팩(2000) 내부에 수용될 수 있으며 n=1일 때, 즉 하나의 상기 배터리 모듈(3000)이 상기 부자재(700)와 결합하여 상기 배터리팩(2000)의 내부에 수용될 때, 상기 배터리 모듈(3000)이 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 연결되는 것을 도시하였다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 사시도로써, 기본적으로는 도 3에 나타난 구성과 동일하나 상기 양극 버스바(200) 또는 상기 음극 버스바(300)중 어느 하나와 상기 버스바(500)가 제2연결부(410)로 연결되는 점이 차이점이며, 도 4(a)에서 제2연결부(410)의 일측은 상기 양극 버스바(200) 또는 상기 음극 버스바(300)의 일측과 연결되고, 제2연결부(400)의 타측은 상기 양극 버스바(200) 또는 상기 음극 버스바(300)와 대면되도록 배치되는 버스바(500)의 일측과 연결된다. 상기 버스바(500)의 타측에는 버스바 접속단자(510)이 형성된다.
따라서, 상기 부자재(700)를 통해 상기 음극 버스바(300)의 일측과 연결되어 음극이 연장형성되는 버스바 접속단자(510) 및 상기 양극 접속단자(210)가 동일 방향에 위치하게 되고 상기 배터리팩(2000)의 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 결합될 수 있으며 반대로, 상기 양극 버스바(200)의 일측과 연결되어 양극이 연장형성되는 버스바 접속단자(510) 및 상기 음극 접속단자(310)가 동일 방향에 위치하게 되고 상기 배터리팩의 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 결합될 수 있다.
제2연결부(410)는 상기 양극 또는 음극 버스바(200, 300)와 상기 버스바(500)를 연결하여 버스바와 버스바를 이어주는 역할을 하며, 형상은 한정하지 않는다. 또한, 상기 양극 버스바(200) 또는 상기 음극 버스바(300)가 상기 버스바(500)와 접촉되는 것을 방지하기 위해 사이에 절연판(600)이 형성된다.
도4(b)는 도 4(a)의 각 구성이 결합된 모습을 정면에서 도시한 정면도이며 상기 배터리 모듈(3000)은 n개 연결되어 상기 배터리팩(2000) 내부에 수용될 수 있으며 n=1일 때, 즉 하나의 상기 배터리 모듈(3000)이 상기 배터리팩(2000)의 내부에 수용될 때, 상기 부자재(700)를 사용하여 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 연결되는 것을 도시하였다.
상기 제2연결부(410)의 일측과 연결되는 상기 양극 버스바(200)의 상기 양극 접속단자(210) 및 상기 제2연결부(410)의 타측과 연결되는 버스바(500)의 일측에 형성되는 버스바 접속단자(520)가 제거 될 수 있으며, 반대로 상기 제2연결부(410)의 일측과 연결되는 상기 음극 버스바(300)의 상기 음극 접속단자(310) 및 상기 제2연결부(410)의 타측과 연결되는 버스바(500)의 일측에 형성되는 버스바 접속단자(520)가 제거 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 도면으로써, 상기의 배터리 모듈(3000)을 n개 연결하기 위한 구조를 나타낸 도면이며, 본 발명의 이해를 돕기 위해 상하방향으로 연결하는 방법에 대해 기술하도록 한다. n개의 상기 배터리 모듈(3000)을 i번째 상기 배터리 모듈(3000)을 시작으로 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)은 i번째 배터리 모듈의 하측방향으로 적층되어 연결된다고 가정하면, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310)와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 접속단자(210a)를 연결한다.
i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)을 상하방향을 기준으로 180도 회전시켜, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310)와, 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 상기 양극 접속단자(210a)를 동일방향에 위치시킨 후, 접속단자와 접속단자를 연결하는 상기 제1연결부(400)의 일측과 타측에 연결하여 상하방향으로 배치된 n개의 상기 배터리 모듈(3000)을 상호 연결한다.
상기 배터리 모듈(3000)을 회전시켜, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310)와, 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 상기 양극 접속단자(210a)가 동일방향에 위치되면, 자연스럽게 i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 접속단자(210) 및 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310a) 또한 동일방향에 위치하게 된다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300)와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 버스바(200a) 사이에 두 버스바의 접촉을 방지하기 위한 절연판(600)이 형성된다.
도 5(b)는 i번째 상기 배터리 모듈(3000)과 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)을 직렬로 연결한 회로도이며, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 상기 양극 접속단자(210)에서 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310a)까지 전류가 어느 경로를 지나도 동일한 거리를 이동하므로 각 배터리셀(110)에서 발열이 균일하게 발생하게 된다.
도 5(c)는 도 5(a)의 각 구성이 결합된 모습을 정면에서 도시한 정면도이며, 상기 배터리 모듈(3000)은 n개 연결되어 상기 배터리팩(2000) 내부에 수용될 수 있으며 n>1일 때, 즉 두개 이상의 상기 배터리 모듈(3000)이 상기 제1연결부(400)를 통해 상호 연결되어 상기 배터리팩(2000)의 내부에 수용되며, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 접속단자(210) 및 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310a)가 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 연결되어 기존에 양극과 음극이 동일 방향에 위치된 배터리 팩(2000) 구조에 본 발명의 특징을 가진 배터리 모듈(3000)을 쉽게 사용할 수 있으므로 효율적인 운용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 사시도로써, 기본적으로 도 5에 나타난 구성과 동일하나 I번째 상기 배터리 모듈(3000)과 I+1번째 상기 배터리 모듈(3000)을 상기 제2 연결부(410)로 연결하는 점이 차이점이며, 도 6(a)는 I번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300)의 일측과, I+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 상기 양극 버스바(200a)의 일측을, 버스바와 버스바를 연결하는 상기 제2연결부(410)의 일측과 타측에 연결하여 상하방향으로 배치된 n개의 상기 배터리 모듈(3000)을 상호 연결한다.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
또한, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300)와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 버스바(200a) 사이에 두 버스바의 접촉을 방지하기 위한 절연판(600)이 형성된다.
도 6(b)는 도 6(a)의 각 구성의 결합을 보여주는 정면도이며, 상기 배터리 모듈(3000)은 n개 연결되어 상기 배터리팩(2000) 내부에 수용될 수 있으며 n>1일 때, 즉 두개 이상의 상기 배터리 모듈(3000)이 상기 제2연결부(410)를 통해 상호 연결되어 상기 배터리팩(2000)의 내부에 수용되며, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 접속단자(210) 및 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310a)가 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 연결되어 기존에 양극과 음극이 동일 방향에 위치된 배터리 팩(2000) 구조에 본 발명의 특징을 가진 배터리 모듈(3000)을 쉽게 사용할 수 있으므로 효율적인 운용이 가능하다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 도면으로써, 상기의 배터리 모듈(3000)을 n개 연결하기 위한 구조를 나타낸 도면이며, 본 발명의 이해를 돕기 위해 상하방향으로 연결하는 방법에 대해 기술하도록 한다. 도 7(a)는 n개의 상기 배터리 모듈(3000)을 i번째 상기 배터리 모듈(3000)을 시작으로 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)은 i번째 배터리 모듈의 하측방향으로 동일한 형태로 배치되어 연결된다고 가정하면, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300)와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 버스바(200a)를 면접하여 결합하거나, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300)와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 버스바(200a)가 일체형의 버스바로 연결될 수 있다.
또한, n>1개의 상기 배터리 모듈(3000)이 결합되었을 시, i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 접속단자(210) 또는 양극 버스바(220)에 상기 부자재(700)가 연결되어 사용될 수 있으며, 또는 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 접속단자(310a) 또는 음극 버스바(300a)에 상기 부자재(700)가 연결되어 사용될 수 있다.
i번째 상기 배터리 모듈(3000)의 음극 버스바(300) 및 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)의 양극 버스바(200a)가 면접하여 연결되거나, 일체형의 버스바로 연결될 시, 상기 음극 접속단자(310) 및 상기 양극 접속단자(210a)는 제거될 수 있다.
도 8은 도 7(a)의 제5 실시예가 상기 부자재(700)와 결합하여, 상기 배터리팩(2000) 내부에 수용된 도면이다. n>1개의 상기 배터리 모듈(3000)이 결합되었을 시, i번째 상기 배터리 모듈(3000) 또는 i+1번째 상기 배터리 모듈(3000)에 상기 부자재(700)가 연결되어 상기 배터리팩(2000)에 내장될 시, 상기 배터리 모듈(200)이 상기 배터리팩(2000)의 일측에 형성된 상기 양극단자(2100) 및 상기 음극단자(2200)와 연결되는 것을 도시하였다.
본 발명은 기본적으로 배터리셀 배열체(100), 양극 버스바(200) 및 음극 버스바(300)의 형태가 일자로 형성되며, 상기 양극 버스바(200)의 일측에 형성되는 상기 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 버스바(300)의 일측에 형성되는 상기 음극 접속단자(310)는 상기 배터리셀 배열체(100)를 기준으로 서로 반대방향에 위치된다.
본 발명의 상기 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 접속단자(310)는 전류의 이동경로가 동일한 거리가 되는 위치면 모두 형성될 수 있으므로 형성되는 위치를 한정하지 않으며, 상기 양극 접속단자(210) 및 상기 음극 접속단자(310)의 위치는 본 발명의 이해를 돕기 위해 설정된 위치이다.
전류는 상기 양극 접속단자(210)에서 상기 복수의 배터리셀(110) 중 어느 하나를 경유하여 상기 음극 접속단자(310)로 흐르며, 전류가 이동하는 거리는 어떤 배터리셀(110)을 지나도 동일한 거리를 이루게 되어 각각의 배터리셀(110)이 발생하는 열이 균일하게 발생하게 함으로써, 기존의 가장 높은 온도의 배터리 또는 배터리셀(110) 기준으로 관리하여 온도가 높지 않은 배터리 또는 배터리셀(110)의 동작 효율이 떨어져 비효율적으로 배터리 모듈(3000) 및 배터리팩(2000)이 관리되던 문제점을 개선하여 셀 수명 저하 방지 및 팩 수명연장이 가능하도록 한 것이 본 발명의 핵심이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 배터리 시스템 2000 : 배터리 팩
2100 : 양극단자 2200 : 음극단자
3000 : 배터리 모듈
100 : 배터리셀 배열체 110 : 배터리셀
200 : 양극 버스바 210 : 양극 접속단자
220 : 볼트
300 : 음극 버스바 310 : 음극 접속단자
400 : 제1 연결부 410 : 제2 연결부
500 : 버스바 510 : 버스바 접속단자
520 : 버스바 접속단자
600 : 절연판
700 : 부자재

Claims (12)

  1. 양극과 음극이 형성된 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리셀 배열체;
    상기 배터리셀의 양극과 결합되고, 일측에 양극 접속단자가 구비되는 양극 버스바; 및
    상기 배터리셀의 음극과 결합되고, 일측에 음극 접속단자가 구비되는 음극 버스바;를 포함하고,
    상기 양극 접속단자로부터 상기 복수의 배터리셀 중 어느 하나를 경유하여 상기 음극 접속단자로 흐르는 복수의 전류이동경로의 거리가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈;을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 접속단자 및 상기 음극 접속단자가 상기 배터리셀 배열체를 중심으로 서로 반대방향에 위치하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.
  3. 제1항의 특징을 갖는 상기 배터리 모듈을 n개 포함하고,
    상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 음극 접속단자와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 양극 접속단자가, 접속단자 끼리 연결을 가능하게 하는 제1 연결부를 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
  4. 제1항의 특징을 갖는 상기 배터리 모듈을 n개 포함하고,
    상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 양극 버스바가, 버스바 끼리 연결을 가능하게 하는 제2 연결부를 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 양극 버스바 사이에 절연판이 구비되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
  6. 제1항의 특징을 갖는 상기 배터리 모듈을 n개 포함하고,
    상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 양극 버스바가 면접하여 결합되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 n개 배터리 모듈 중 어느 하나인 i번째 상기 배터리 모듈의 음극 버스바와 인접한 i+1번째 상기 배터리 모듈의 양극 버스바가 일체로 형성되어 결합되는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n>1, i≥1, n≥i+1)
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 배터리 모듈은 배터리팩의 내부에 수용될 수 있으며,
    상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자와 전기적으로 접속되는 양극단자; 및
    상기 양극단자와 동일방향에 형성되며, 상기 n번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자와 전기적으로 접속되는 음극단자;
    를 구비하는 상기 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n은 배터리 모듈의 개수, n≥1)
  9. 제8항에 있어서, 상기 배터리 시스템은,
    상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자 중 어느 하나와 연결되어, 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되도록 형성되는 부자재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n≥1)
  10. 제9항에 있어서, 상기 부자재는,
    상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 접속단자 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 접속단자 중 어느 하나와 연결되는 제1연결부,
    상기 양극 버스바 또는 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 대면되도록 배치되는 버스바, 및
    상기 버스바의 양측에 구비되며, 일측은 상기 제1연결부와 연결되고, 타측은 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되는 버스바 접속단자,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n≥1)
  11. 제9항에 있어서, 상기 부자재는,
    상기 1번째 배터리 모듈의 상기 양극 버스바 또는 상기 n번째 배터리 모듈의 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 연결되는 제2연결부,
    상기 양극 버스바 또는 상기 음극 버스바 중 어느 하나와 대면되도록 배치되는 버스바, 및
    상기 버스바의 일측은 상기 제2연결부와 연결되고, 타측은 상기 배터리팩의 상기 양극단자 또는 상기 음극단자와 연결되는 버스바 접속단자,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n≥1)
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 부자재는,
    상기 1번째 상기 배터리 모듈의 상기 양극 버스바와 상기 버스바 사이에 구비되는 절연판 및 상기 n번째 상기 배터리 모듈의 상기 음극 버스바와 상기 버스바 사이에 구비되는 절연판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 배터리셀 전극 배선구조를 가지는 배터리 시스템.(여기서, n≥1)
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