KR20210041441A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210041441A
KR20210041441A KR1020190124187A KR20190124187A KR20210041441A KR 20210041441 A KR20210041441 A KR 20210041441A KR 1020190124187 A KR1020190124187 A KR 1020190124187A KR 20190124187 A KR20190124187 A KR 20190124187A KR 20210041441 A KR20210041441 A KR 20210041441A
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강성주
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에이치엘그린파워 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 엔드플레이트가 없이도 케이스 고정이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로서, 배터리 셀(100); 상기 배터리 셀(100)의 외부를 덮는 커버 하우징(200); 상기 배터리 셀(100)에 형성된 팁부(101)에 결합되는 접속캡 유닛(300); 상기 접속캡 유닛(300)에 마련되어 상기 커버 하우징(200)과 용접되는 스틸바(330); 를 포함하는 배터리 모듈을 제공하여, 비용적인 면에서 경제성이 확보되고, 중량적인 면에서 가벼워 주행거리가 향상되며, 공정적인 면에서 간단한 공정으로 제조 가능하기 때문에 제조기간이 줄어들어 결국 제조성 향상 효과가 발휘된다.

Description

배터리 모듈{A battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 엔드플레이트가 없이도 케이스 고정이 가능한 배터리 모듈에 관한 것이다.
배터리 모듈은 전기자동차에 설치되어 구동모터 또는 기타 전장부품들에 안정적으로 전력을 공급하는 부품이다.
종래에는 배터리 모듈 구성은 카트리지라는 사출물에 셀을 고정하여 카트리지를 적층하는 방식으로 수행되어 왔다.
하지만 최근 자동차 업계에는 친환경, 에너지 절감기술이 이슈로 대두되고 있다.
이와 같은 전체적인 자동차 업계의 동향은 차량의 전기공급을 담당하는 배터리셀 기술분야에도 그 영향을 미치고 있다.
따라서, 배터리 모듈 기술에 있어서도 부품수 및 부피 축소를 위한 니즈가 발생되고 있다.
그에 따라서, 알루미늄(AL) 구조를 박스형태로 케이스를 구성하여 셀을 넣어 모듈 구성을 시도하고 있다.
배터리 모듈 프레임의 가장 큰 기능 중 하나는 배터리 셀 아세이(CELL ASSY)에서 발생하는 스웰링을 억제하여 배터리 셀(CELL)의 열화도를 낮춰주는 것이다.
이를 위해 엔드플레이트(END PLATE)를 이용하여 프레임(FRAME)의 가장자리를 용접 접합함으로써 프레임의 변형을 억제하고 있는 것이다.
이 때, 프레스(PRESS)나 압출 공정 소재의 프레임 요소와 D/C 공정 소재로 이루어진 엔드 플레이트(END PLATE) 간의 접합이 필요하다.
또한, 용접강도가 증가하기 위해서는 동종 재질의 소재 적용이 필요하다.
위와 같은 과정에서 사용이 용이한 소재는 알루미늄(AL) 소재이기 때문에 공정중에서 사용되고 있다.
그러나, 알루미늄(AL)은 비중이 작아 중량에는 유리하나 기계적강도 및 가격적인 측면에서 일반 스틸(STELL) 재질에 비해 불리한 단점이 있다.
또한, 알루미늄(AL)은 스틸(STELL)에 비하여 용접시 산화현상 및 모재의 인장강도 및 용접 접합에도 취약점이 존재하는 한계가 있었다.
도 1 및 2는 종래기술이다.
종래에는 배터리셀 어셈블리(20)에 결합되는 프레임(30)을 고정하기 위하여 도 2와 같이 제2 통공(12) 및 엔드 플레이트(13)가 각각 필요하였다.
즉, 프레임(30)이 배터리셀 어셈블리(20)의 외측에 결합되고, 배터리셀 어셈블리(20)의 양 측면에는 각각 전극 어셈블리(40) 및 전극 어셈블리(43)이 전기적으로 접속된다.
이 때, 프레임(30)에는 제1 돌출부(41) 및 제2 돌출부(42)가 각각 돌설되며, 엔드 플레이트(10)에는 제1 통공(11) 및 제2 통공(12)가 각각 마련되어, 제1 돌출부(41)이 제1 통공(11)에 삽입되고 제2 돌출부(42)가 제2 통공(12)에 삽입되어 고정된다.
이와 같은 구조는 엔드 플레이트(10)과 1엔드 플레이트(13)은 동형이며, 전극 어셈블리(40)과 전극 어셈블리(43) 역시 동형이므로 구조는 동일하다.
프레임(30)은 길이 방향의 양 단부에서 엔드 플레이트(10) 및 엔드 플레이트(13)이 각각 용접 접합된다.
이와 같이 종래에는 제2 통공(12) 및 엔드 플레이트(13)를 이용하여 프레임(30)의 가장자리를 용접 접합시킴으로써 프레임(30)의 변형을 억제하고 있었던 것이다.
따라서, 프레임(30)과 엔드플레이트 간의 용접강도를 증대시키는 것이 필요하였고, 그 결과 프레임(30)과 엔드플레이트는 동종의 소재 적용이 필요하였다.
종래에는 제2 통공(12), 엔드 플레이트(13) 및 프레임(30)의 소재를 알루미늄으로 공통 적용하여 왔다.
그러나, 알루미늄(AL)은 비중이 작아 기계적 강도가 스틸(STELL) 재질에 비해 취약하다.
또한, 알루미늄은 가격적인 측면에서도 일반 스틸 재질에 비해 비싼 단점이 있다.
또한 용접 시 알루미늄(AL)은 산화현상 및 모재의 인장강도가 일반적인 스틸에 비해 떨어지므로 용접 접합에도 불리한 단점이 있었던 것이다.
KR1,739,301 B1
위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 배터리 케이스의 강도를 보완하면서도 생산 경제성을 고려하여 스틸(STEEL) 재질을 적용하기 위한 구조 및 중량 감소 방안에 대한 기술을 제공하는 것에 목적이 있다.
위와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 배터리 셀(100); 상기 배터리 셀(100)의 외부를 덮는 커버 하우징(200); 상기 배터리 셀(100)에 형성된 팁부(101)에 결합되는 접속캡 유닛(300); 상기 접속캡 유닛(300)에 마련되어 상기 커버 하우징(200)과 용접되는 스틸바(330); 를 포함하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 접속캡 유닛(300)는 배면부(310) 및 마감부(320)이 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 마감부(320)는 제1 면(351), 제3 면(353), 제5 면(355) 및 제7 면(357)이 계단식으로 편평하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 마감부(320)는 절연재질인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 마감부(320)는 제1 면(351) 아래에 관통부(380)이 제1 면(351)의 높이 보다 낮고 제7 면(357)의 높이 보다 높게 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 커버 하우징(200)는 상기 마감부(320)의 일측면을 이루는 제1 측면부(340)을 덮도록 돌출된 제1 단부면(201) 및 제2 단부면(202)와; 상기 마감부(320)의 타측면을 이루는 제2 측면부(360)을 덮도록 돌출된 제6 단부면(206) 및 제7 단부면(207)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 커버 하우징(200)는 스틸재질인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 배면부(310)는 상기 마감부(320)에 덮히지 않는 노출 영역이 일부 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 제1 면(351)과 상기 제3 면(353) 사이를 수직으로 연결하는 제2면(352); 상기 제3 면(353)과 상기 제5 면(355) 사이를 수직으로 연결하는 제3 면(353); 상기 제5 면(355)과 상기 제7 면(357) 사이를 수직으로 연결하는 제4 면(354); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기 노출 영역은 상기 제1 면(351), 제2면(352), 제3 면(353), 제4 면(354), 제5 면(355), 제6 면(356), 제7 면(357) 및 상기 배면부(310)에 의해 둘러쌓인 면적인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 포함한다.
위와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 비용적인 면에서 경제성이 확보되는 효과가 발휘된다.
둘째, 중량적인 면에서 가벼워 주행거리가 향상되는 효과가 발휘된다.
셋째, 공정적인 면에서 간단한 공정으로 제조 가능하기 때문에 제조기간이 줄어들어 결국 제조성 향상 효과가 발휘된다.
넷째, 절연 안정성 측면에서 안정적이므로 안전성이 확보되는 효과가 발휘된다.
다섯 째, 프레임에 스틸소재를 적용함으로써 기계적 강도 향상 및 비용적 측면에서 유리한 강점이 있다.
여섯 째, 엔드 플레이트(END PLATE)를 삭제 함으로써 중량, 부피 및 비용 저감 측면에도 유리한 이점이 있다.
일곱 째, 용접 접합 측면에서 알루미늄(AL) 보다 스틸(STEEL)이 유리하므로 작업성 향상의 효과가 발휘된다.
여덟 째, 절연적인 측면에서도 대전류에 엔드 플레이트(AL D/C, 전도체)를 가깝게 배치하지 않아도 되기 때문에 안전성이 확보되는 이점이 있다.
도 1 및 2는 종래기술이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 결합사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 결합사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 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 않아야 한다.
배터리 셀(100)은 제1 외면(110), 제2 외면(120), 제3 외면(130), 제1 사이드면(141), 제2 사이드면(142)를 갖고, 전체적으로 길게 형성된 직육면체 형상을 하고 있다.
제1 사이드면(141)는 배터리 셀(100)의 길이방향 일측 단부면을 형성하고, 제2 사이드면(142)는 배터리 셀(100)의 길이방향 타측 단부면를 이룬다.
배터리 셀(100)는 길이방향 일단부에 세로 방향으로 길고 좁게 돌설된 팁부(101)이 복수 개가 서로 소정간격 이격된 채로 마련된다.
팁부(101)는 제1 사이드면(141)에 마련된다.
한편, 커버 하우징(200)은 배터리 셀(100)의 외주면에 씌워지는 커버로써, 전체적으로는 배터리 셀(100)의 길이방향과 대응되거나 그 이상의 길이를 갖는 직육면체인 것이 바람직하다.
세부적으로는, 커버 하우징(200)은 제1 커버면(208), 제2커버면(209), 제3버면(210)의 단면, 즉 길이방향에 수직되는 횡단면이 전체적으로 “ㄷ” 자 형상을 하고 있다.
커버 하우징(200)의 우측 단부에는 제1 단부면(201), 제2 단부면(202), 제3 단부면(203), 제4 단부면(204), 제5 단부면(205), 제6 단부면(206), 제7 단부면(207)이 형성된다.
보다 상세하게는, 제1 단부면(201)및 제6 단부면(206)은 제4 단부면(204) 길이만큼 이격된 채로 수직하게 형성되며, 커버 하우징(200)의 중앙부 횡방향 단면 최대 높이보다 그 길이가 짧게 형성된다.
제2 단부면(202) 및 제6 단부면(206)은 제4 단부면(204) 길이만큼 이격된 채로 수평하게 형성되고, 커버 하우징(200)의 횡방향 단면의 최저높이와 동일한 것이 바람직할 수 있다.
한편, 제3 단부면(203) 및 제5 단부면(205)는 제4 단부면(204) 길이만큼 이격된 채로 수직하게 형성되고, 커버 하우징(200)의 횡방향 단면의 최저높이 이상이며, 최대높이 이하로 형성된 것이 바람직할 수 있다.
제4 단부면(204)의 길이는 배터리 셀(100)의 폭 보다 크게 형성된 것이 바람직할 수 있다.
이와 같은 구조는 커버 하우징(200)의 좌측 단부에도 동일하게 형성되므로 커버 하우징(200)의 좌측 단부 설명은 생략한다.
한편, 커버 하우징(200)은 스틸(STEEL) 재질인 것이 바람직하다.
접속캡 유닛(300)는 배면부(310) 및 마감부(320)를 포함할 수 있다.
배면부(310)에는 세로 방향으로 길고 좁게 형성된 접속부(301)이 복수 개가 마련될 수 있고, 접속부(301)는 팁부(101)이 결합되는 폭을 가지고 있다.
다시 말해서, 복수 개의 팁부(101)은 복수 개의 접속부(301) 사이에 끼워져 결합 가능하다.
접속부(301)는 팁부(101)과 대향된다.
마감부(320)는 접속캡 유닛(300)의 외주면을 형성하고 있으며, 절연 재질인 것이 바람직할 수 있다.
또한, 접속캡 유닛(300)에는 배면부(310)의 이면에 제1 측면부(340), 350, 제2 측면부(360), 제3 측면부(370)이 형성된다.
제1 측면부(340) 및 제2 측면부(360)은 서로 동형이며, 그 높이는 마감부(320)의 최고 높이 보다 낮다.
보다 상세하게는 350는 마감부(320)에서 최고 높이에 위치되며, 제3 측면부(370)의 중앙부와 일직선 위치에 배치될 수 있다.
다시 말해서, 350는 접속캡 유닛(300)의 높이 방향 중앙부를 형성한다.
제2면(352)는 제1 면(351)에서 좌측으로 수직하게 내려온 측면을 이룬다.
제3 면(353)는 제1 면(351)보다 낮게 형성되며 제2면(352)에서 수평방향으로 연장된다.
제4 면(354)는 제3 면(353)의 좌측 단부에서 수직하게 내려온 측면을 이룬다.
제5 면(355)는 제3 면(353)보다 낮게 형성되며 제4 면(354)에서 수평방향으로 연장된다.
제6 면(356)는 제5 면(355)의 좌측 단부에서 수직하게 내려온 측면을 이룬다.
제7 면(357)는 제5 면(355)보다 낮게 형성되며 제6 면(356)에서 수평방향으로 연장된다.
다시 말해서, 접속캡 유닛(300)에 형성된 제1 면(351), 제2면(352), 제3 면(353), 제4 면(354), 제5 면(355), 제6 면(356), 제7 면(357)의 전체적인 구조는 계단식 구조를 갖는다.
이와 같은 계단식 구조는 제1 면(351)의 우측단부에서 아래로 갈 때에도 동일하게 형성되고 있으므로 설명은 생략한다.
한편, 관통부(380)는 제1 면(351)의 하부에 마련된다.
보다 상세하게는 관통부(380)는 제4 면(354)의 중간 높이 부분과 동일한 높이를 가진 채로, 제1 면(351)의 중앙부 위치 하단에서 마련될 수 있는 것이다.
위와 같은 계단식 구조 때문에 배면부(310)의 일부는 마감부(320)에 의해 완전하게 덮혀 있지 않고 노출된 상태를 유지할 수 있다.
따라서, 배터리 셀(100)에서 발생되는 열을 외부로 보다 쉽게 배출가능하기 때문에 열관리 측면에서도 유리할 수 있다.
한편, 접속캡 유닛(300)에는 스틸 재질의 스틸바(330)가 일체로 성형되어 형성될 수도 있다.
따라서, 커버 하우징(200)은 접속캡 유닛(300)에 일체로 마련된 스틸바(330)와 견고하게 용접결합 가능하다.
왜냐하면, 커버 하우징(200) 및 스틸바(330)의 재질이 모두 스틸(STEEL)로서 동종 재질일 수 있기 때문이다.
<다른 실시 예>
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 스틸바(330)는 접속캡 유닛(300)에서 수직하게 마련된 홀(미도시)에 삽입될 수 있다.
홀에 삽입된 접속캡 유닛(300)는 커버 하우징(200)과 용접접합 가능하기 때문에 커버 하우징(200)과 접속캡 유닛(300)의 결합이 견고하게 유지될 수 있게 된다.
보다 상세하게는 홀은 제7 면(357)에서 접속캡 유닛(300)의 수직 깊이 방향을 따라서 좁게 형성될 수 있는 것이다.
이 때, 홀의 형상은 삽입될 스틸바(330)의 형상에 따라서, 원형 혹은 슬릿형일 수도 있을 것이며, 이에 국한되지 않는다는 점을 일러둔다.
100 : 배터리셀
101 : 팁부
110 : 제1 외면
120 : 제2 외면
130 : 제3 외면
141 : 제1 사이드면
142 : 제2 사이드면
200 : 커버 하우징
201 : 제1 단부면
202 : 제2 단부면
203 : 제3 단부면
204 : 제4 단부면
205 : 제5 단부면
206 : 제6 단부면
207 : 제7 단부면
208 : 제1 커버면
209 : 제2 커버면
210 : 제3 커버면
300 : 접속캡 유닛
301 : 접속부
310 : 배면부
320 : 마감부
330 : 스틸바
340 : 제1 측면부
351 : 제1 면
352 : 제2 면
353 : 제3 면
354 : 제4 면
355 : 제5 면
356 : 제6 면
357 : 제7 면
360 : 제2 측면부
370 : 제3 측면부
380 : 관통부

Claims (10)

  1. 배터리 셀(100);
    상기 배터리 셀(100)의 외부를 덮는 커버 하우징(200);
    상기 배터리 셀(100)에 형성된 팁부(101)에 결합되는 접속캡 유닛(300);
    상기 접속캡 유닛(300)에 마련되어 상기 커버 하우징(200)과 용접되는 스틸바(330);
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속캡 유닛(300)는 배면부(310) 및 마감부(320)이 결합된 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마감부(320)는 제1 면(351), 제3 면(353), 제5 면(355) 및 제7 면(357)이 계단식으로 편평하게 마련된 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마감부(320)는 절연재질인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 마감부(320)는 제1 면(351) 아래에 관통부(380)이 제1 면(351)의 높이 보다 낮고 제7 면(357)의 높이 보다 높게 배치된 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 커버 하우징(200)는 상기 마감부(320)의 일측면을 이루는 제1 측면부(340)을 덮도록 돌출된 제1 단부면(201) 및 제2 단부면(202)와; 상기 마감부(320)의 타측면을 이루는 제2 측면부(360)을 덮도록 돌출된 제6 단부면(206) 및 제7 단부면(207)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버 하우징(200)는 스틸재질인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 배면부(310)는 상기 마감부(320)에 덮히지 않는 노출 영역이 일부 형성된 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 면(351)과 상기 제3 면(353) 사이를 수직으로 연결하는 제2면(352);
    상기 제3 면(353)과 상기 제5 면(355) 사이를 수직으로 연결하는 제3 면(353);
    상기 제5 면(355)과 상기 제7 면(357) 사이를 수직으로 연결하는 제4 면(354);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 노출 영역은,
    상기 제1 면(351), 제2면(352), 제3 면(353), 제4 면(354), 제5 면(355), 제6 면(356), 제7 면(357) 및 상기 배면부(310)에 의해 둘러쌓인 면적인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈.
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