KR20200076909A - 조립 구조가 개선되고 멀티셀렉팅 기능의 배터리관리시스템을 포함한 배터리팩 - Google Patents

조립 구조가 개선되고 멀티셀렉팅 기능의 배터리관리시스템을 포함한 배터리팩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하며, 충전된 전원을 공급하는 배터리셀과, 상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 상부에 배치되는 상부 셀홀더부재와, 상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 하부에 배치되는 하부셀홀더부재와, 상기 배터리셀들의 전극을 연결하는 전극연결부재와, 인접하는 셀홀더부재들을 상호 전기적으로 연결시키기 위한 버스바부재를 포함하는것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 단순한 작업에 의해서도 복수 개의 배터리셀들을 복수의 열로 결합이 가능해진다. 또한, 배터리셀들 간의 결합이 외력에 의해 용이하게 파손되지 않도록 할 수 있다. 또한, 두 개의 동일한 형상의 홀더를 이용하여 배터리셀들을 결합할 수 있도록 구성됨으로써, 홀더 제조를 위한 금형 비용을 감소시킬 수 있다.

Description

조립 구조가 개선되고 멀티셀렉팅 기능의 배터리관리시스템을 포함한 배터리팩{BATTERY PACK WITH IMPROVED ASSEMBLY STRUCTURE AND MULTI-SELECTABLE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 배터리팩에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 자동화 공정에 의한 제조가 가능하면서도, 부품 조립 완성 후 강한 외력이 작용될 경우에도 조립된 형태를 유지할 수 있도록 구성되는 조립 성능이 개선된 보호회로 모듈을 포함하는 배터리팩에 관한 발명이다.
또한, 배터리관리시스템에 있어서 N개 배터리 전압을 체크하기 위한 N개의 배터리 전압센서가 필요해 시스템이 복잡하고 비용이 증가하는 문제점을 회피하기 위해 멀티셀렉팅 기법을 통해서 배터리 전압센서를 줄이는 기능을 갖는 배터리관리시스템에 관한 발명이다.
에너지 저장장치로서의 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성되며, 휴대 가능한 특성으로 인해 전기자전거, 전기스쿠터, 야외의 LED 조명, 휴대폰 충전, 노트북 충전 및 각종의 다양한 생활가전 장치들에 대한 전력 공급장치로써 이용된다.
상기 에너지 저장장치로서의 배터리팩에 포함되는 배터리로서는 최근 리튬 배터리가 주로 이용되는데, 상기 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리가 있다.
상기 배터리팩은 리튬이온 배터리를 복수 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈로 구성되어 이용된다.
상기 배터리팩은 배터리 셀(cell)과 배터리관리시스템(BMS;Battery Management System)을 포함하는 피시비 기판이 결합되는 구조로 구성된다.
여기서, 상기 배터리 셀은 양극시트와 음극시트로 이루어지는 전극적층유닛이 금속 케이싱내에 수용된 형태이고, 상기 케이싱의 외면에는 양극단자와 음극단자가 마련된다.
또한, 상기 보호회로모듈은 배터리의 폭발 및 과충전 위험을 방지하기 위한 것으로 배터리 셀의 외측에 장착된다.
상기와 같은 배터리팩은 배터리 셀로부터 발생되는 열을 원활히 외부로 배출시킬 수 있어야 하며, 상기 배터리 셀에 가해지는 충격에 의해 용이하게 파손되지 않도록 구성되어야 한다.
또한, 복수 개의 배터리팩들을 연결하여 모듈화할 경우에 용이하게 결합 및 결합해제 될 수 있으며, 배터리팩 모듈의 전체 용량을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 단순한 구조를 가지며 또한 단순한 작업에 의해서도 복수 개의 배터리셀들을 복수의 열로 결합이 가능하도록 구성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리셀들 간의 결합이 외력에 의해 용이하게 파손되지 않도록 구성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 두개의 동일한 형상의 홀더를 이용하여 배터리셀들을 결합할 수 있도록 구성됨으로써, 홀더 제조를 위한 금형 비용을 감소시키도록 구성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리관리시스템에 있어서 N개 배터리 전압을 체크하기 위한 N개의 배터리 전압센서가 필요해 시스템이 복잡하고 비용이 증가하는 문제점을 회피하기 위해 멀티셀렉팅 기법을 통해서 배터리 전압센서를 줄이는 기능을 갖는 배터리관리시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하며, 충전된 전원을 공급하는 배터리셀과, 상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 상부에 배치되는 상부 셀홀더부재와, 상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 하부에 배치되는 하부 셀홀더부재와, 상기 배터리셀들의 전극을 연결하는 전극연결부재와, 인접하는 셀홀더부재들을 상호 전기적으로 연결시키기 위한 버스바부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상부 셀홀더부재와 하부 셀홀더부재는 동일한 형상으로 형성되며, 상기 상부 셀홀더부재와 하부 셀홀더부재에는 슬라이딩끼움돌기가 형성된다.
여기서, 상기 상부 셀홀더부재와 하부 셀홀더부재에는 상기 전극연결부재의 이탈을 방지하기 위한 이탈방지돌기부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 상부 셀홀더부재와 하부 셀홀더부재에는 상호간의 위치를 고정하기 위한 홀더고정돌기부가 형성될 수있다.
또한, 상기 상부 셀홀더부재와 하부 셀홀더부재에는 상기 슬라이딩끼움돌기의 삽입을 위한 슬라이딩삽입홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 의해, 단순한 작업에 의해서도 복수 개의 배터리셀들을 복수의 열로 결합이 가능해진다.
또한, 배터리셀들 간의 결합이 외력에 의해 용이하게 파손되지 않도록 할 수 있다.
또한, 두 개의 동일한 형상의 홀더를 이용하여 배터리셀들을 결합할 수 있도록 구성됨으로써, 홀더 제조를 위한 금형 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 멜티셀 기법을 이용해서 배터리관리시스템의 소자를 줄여 제조 원가를 줄일 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 멀티셀 홀더를 포함하는 배터팩 모듈의 분해 사시도이며,
도 2 는 상기 배터리팩 모듈의 또 다른 분해 사시도이며,
도 3 은 배터리팩 모듈과 배터리관리시스템이 결합된 상태의 전면사시도이며,
도 4 는 배터리팩 모듈과 배터리관리시스템이 결합된 상태의 후면 사시도이며,
도 5는 배터리팩과 함체 케이스가 결합된 상태의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 멀티셀 홀더를 포함하는 배터팩 모듈의 분해 사시도이며, 도 2 는 상기 배터리팩 모듈의 또 다른 분해 사시도이며, 도 3 은 배터리팩 모듈과 배터리관리시스템이 결합된 상태의 전면사시도이며, 도 4 는 배터리팩 모듈과 배터리관리시스템이 결합된 상태의 후면사시도이다.
본 발명에 따른 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩 모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하며 충전된 전원을 공급하는 배터리셀(10)과, 상기 배터리셀(10)을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀(10)의 상부에 배치되는 상부셀홀더부재(20-1)와, 상기 배터리셀(10)을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀(10)의 하부에 배치되는 하부셀홀더 부재(20-2)와, 상기 배터리셀(10)들의 전극을 연결하는 전극연결부재(30)와, 인접하는 전극연결부재(30)들을 상호 전기적으로 연결시키기 위한 배터리 연결 부재(40,50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리셀(10)은 음극시트와 양극시트로 구성되는 전극적층유닛이 금속케이싱 내부에 수용된 형태로 마련될수 있다.
상기 배터리셀(10)에는 양극단자와 음극단자가 마련된다.
상기 배터리셀(10)은 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리 또는 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리셀(10)은 다른 배터리셀과 비교시 크기에 비해 대용량 전압의 충전이 가능하고, 충전후 전원공급이 장시간 동안 지속가능하며, 하나의 배터리로 구성되어 관리가 용이한 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.
상기 상하부셀홀더부재(20)는 합성수지재로 형성되어 배터리셀(10)을 수용하면서 외력으로부터 보호하기 위한 구성이다. 즉, 상기 셀홀더부재(20)는 상부셀홀더부재(20-1)와 하부셀홀더부재(20-2)로 구성되되, 상기 상부셀홀더부재(20-1)와 하부셀홀더부재(20-2)는 동일한 형상으로 형성된다. 그리하여, 한쌍의 셀홀더부재들을 상하 방향으로 적층하여 내부에 상기 배터리셀(10)들을 수용하도록 구성된다.
그리하여, 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 상부셀홀더부재(20)와 하부셀홀더부재(30)가 상하 방향으로 적층된 상태에서 전극연결부재(30)가 도시된 바와 같이 직렬로 연결되어, 스폿 용접이 되어짐으로써, 복수의 셀홀더부재들을 열방향으로 상호 결합할 수 있다. 이러한 상태에서, 인접하는 배터리셀홀더부재들에 수용되는 배터리셀들은 상기 전극연결부재(30)의 결합에 의해 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 상부셀홀더부재(20-1) 상부와 하부셀홀더부재(20-2) 하부에는 전극연결부재(30)가 배치되어, 상기 배터리셀(10)의 전극부분에 용접 결합된다.
상기 전극연결부재(30)는 니켈 또는 니켈 합금으로 구성될 수 있으며, 상기 전극연결부재의 중심부에는 신호선의 연결을 위한 배터리연결부재(40,50)가 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 배터리셀의 각각의 전압을 체크 할 수 있도록 각 셀과 배터리관리시스템이 연결이 되어야하는데, 이를 위해서 배터리연결부재(40,50)이 각각의 셀의 위치에 맞춰져서 납땜이 되어 전기적으로 연결된 구조가 된다.
그리하여, 상기 배터리연결부재(40,50)에 연결되는 신호선이 배터리셀들의 제어를 위한 제어부(미도시)(BMS:Battery Management Module)로 연결됨으로써, 상기 제어부에 의해 배터리셀(10)들의 충방전을 제어하도록 구성된다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 배터리셀 20: 셀홀더부재
30: 전극연결부재 40: 상부 배터리 연결 부재
50: 하부 배터리 연결 부재 60: 배터리관리시스템
100: 배터리팩 함체 101: 배터리팩 함체 상판
102: 배터리팩 함체 바디 103: 배터리핵 함체 전면
104: 배터리 상태 표시 유닛 105 : 배터리 함체 방열팬 유닛
106: 배터리 출력전압 + 단자 107: 배터리 출력 전압 - 단자

Claims (5)

  1. 양극단자와 음극단자를 포함하며, 충전된 전원을 공급하는 배터리셀;
    상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 상부에 배치되는 상부 셀홀더부재;
    상기 배터리셀을 복수 개 수용하면서 상기 배터리셀의 하부에 배치되는 하부 셀홀더부재;
    상기 배터리셀들의 전극을 연결하는 전극연결부재; 및
    인접하는 셀홀더부재들을 상호 전기적으로 연결시키기 위한 버스바부재를 포함하는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 셀홀더부재와 상기 하부 셀홀더부재는 동일한 형상으로 형성되고, 상기 상부 셀홀더부재와 상기 하부 셀홀더부재에는 슬라이딩끼움돌기가 형성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 셀홀더부재와 상기 하부 셀홀더부재에는 상기 전극연결부재의 이탈을 방지하기 위한 이탈방지돌기부가 형성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 셀홀더부재와 상기 하부 셀홀더부재에는 상호간의 위치를 고정하기 위한 홀더고정돌기부가 형성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 셀홀더부재와 상기 하부 셀홀더부재에는 상기 슬라이딩끼움돌기의 삽입을 위한 슬라이딩삽입홈이 형성되는 멀티셀 홀더를 포함하는 배터리팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023014125A1 (ko) * 2021-08-04 2023-02-09 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

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