KR20210052984A - 배터리시스템 - Google Patents

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KR20210052984A KR1020190138688A KR20190138688A KR20210052984A KR 20210052984 A KR20210052984 A KR 20210052984A KR 1020190138688 A KR1020190138688 A KR 1020190138688A KR 20190138688 A KR20190138688 A KR 20190138688A KR 20210052984 A KR20210052984 A KR 20210052984A
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전해룡
안선모
최영선
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

배터리시스템은 양단에 각각 극성을 달리하는 전극탭들이 형성된 배터리셀을 갖고, 배터리셀이 복수개가 각각 적층된 복수의 배터리모듈을 포함한다. 복수의 배터리모듈은 복수의 전극탭들 중 배터리셀들의 일단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 1 양극터미널과, 제 1 음극터미널을 갖고, 일단에 형성되는 제 1 터미널과, 복수의 전극탭들 중 배터리셀들의 타단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 2 양극터미널과, 제 2 음극터미널을 갖고, 타단에 형성되는 제 2 터미널을 각각 포함한다. 복수의 배터리모듈 중 어느 하나의 배터리모듈의 제 1, 2 터미널은 어느 하나의 배터리모듈과 인접한 배터리모듈들과 전기적 연결되도록 배열된다.

Description

배터리시스템{Battery System}
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조를 개선한 배터리 시스템에 관한 것이다.
이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는전기자동차(EV), 하이브리드전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 주목 받고 있다.
한편, 이차전지를 차량에 적재하기 위해서는 에너지 밀도 향상과 공간적 제약 해소의 과제 해결이 요구되며, 이에 대한 수단으로 전극탭이 위치되는 모서리 보다 전극탭 사이의 모서리 길이가 훨씬 긴 장폭의 배터리 셀이 제안되고 있다. 일반적인 배터리 셀의 폭이 300mm 이하인 반면, 장폭 배터리 셀은 600mm의 폭을 가지며, 초장폭 배터리 셀의 경우 600mm 이상의 폭을 갖도록 설계된다.
그러나, 장폭 또는 초장폭 배터리 셀은 전극탭 사이의 길이가 길어져 셀 내부저항이 높아져 전력 손실이 많아지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 배터리 셀의 영역별 온도 차가 크기 때문에 배터리 셀의 성능이 낮아지고 수명 또한 줄어드는 문제가 있으며, 자중에 의해 초장폭의 배터리 셀이 휘어지는 문제 등을 수반할 수 있다.
따라서, 초장폭의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 상용화하기 위해서는 셀의 내부저항을 줄일 수 있는 전기적 구조, 발열 문제를 해결할 수 있는 냉각 시스템, 구조적을 안정성을 향상시킬 수 있는 조립 구조 등에 대한 대안이 필요하다.
본 발명의 일 측면은 복수의 배터리모듈의 연결구조를 개선한 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 공간효율을 향상시킨 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 배터리 시스템은 양단에 각각 극성을 달리하는 전극탭들이 형성된 배터리셀을 갖고, 상기 배터리셀이 복수개가 각각 적층된 복수의 배터리모듈;을 포함하고, 상기 복수의 배터리모듈은, 상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 일단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 1 양극터미널과, 제 1 음극터미널을 갖는 제 1 터미널; 상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 타단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 2 양극터미널과, 제 2 음극터미널을 갖는 제 2 터미널;을 각각 포함하고, 상기 복수의 배터리모듈 중 어느 하나의 배터리모듈의 상기 제 1, 2 터미널은 상기 어느 하나의 배터리모듈과 인접한 배터리모듈들의 상기 제 1, 2 터미널과 전기적 연결되도록 배열된다.
상기 복수의 배터리모듈 중 제 1 배터리모듈의 제 1, 2 양극터미널은 상기 제 1 배터리모듈과 인접한 제 2 배터리모듈의 제 1, 2 음극터미널과 각각 연결되고, 상기 제 2 배터리모듈의 제 1, 2 양극터미널은 상기 제 2 배터리모듈과 인접한 제 3 배터리모듈의 제 1, 2 음극터미널과 각각 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 제 1, 2 터미널은 독립적으로 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 제 1, 2 양극터미널과, 상기 제 1, 2 음극터미널은 상기 배터리모듈의 길이방향으로 서로 같은 극성의 터미널이 배치될 수 있다.
상기 복수의 배터리모듈은, 상기 복수의 배터리모듈의 배열방향으로 상기 제 1, 2 터미널의 극성이 상호 교번되게 배치될 수 있다.
상기 복수의 배터리모듈은, 상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 일단에 위치한 전극탭들이 연결되는 제 1 버스바와, 상기 제 1 버스바와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 양극터미널과, 제 1 음극터미널을 형성하는 제 1 터미널플레이트을 갖는 제 1 버스바조립체; 상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 타단에 위치한 전극탭들이 연결되는 제 2 버스바와, 상기 제 2 버스바와 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 양극터미널과, 제 2 음극터미널을 형성하는 제 2 터미널플레이트을 갖는 제 2 버스바조립체;를 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 버스바조립체는 각각 배터리 모듈의 일단과 타단에 위치할 수 있다.
상기 복수의 배터리모듈은, 상기 제 1 터미널로부터 상기 제 2 터미널을 향하는 길이방향으로의 길이보다, 상기 길이방향과 수직한 폭방향의 너비가 더 작게 형성될 수 있다.
상기 복수의 배터리셀은, 상기 폭방향으로 적층되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리 시스템의 셀 구조 및 배치구조를 개선하여, 에너지 밀도를 극대화 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리 시스템의 내부저항을 최소화하고, 모듈의 냉각성능을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리 시스템의 터미널연결구조를 개선하여, 배터리모듈의 성능을 향상시키고, 배터리모듈간의 전기적 연결길이를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리셀의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈을 간략히 도시한 도면.
도 6, 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템을 간략히 도시한 도면.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 분해사시도이다.
배터리시스템(1, 도 6, 7 참고)은 복수의 배터리모듈(10)을 포함할 수 있다.
배터리모듈(10)은 배터리셀(14)이 적층형성되는 배터리적층체(12)와, 배터리적층체(12)를 형성하는 배터리셀(14)을 서로 전기적으로 연결하는 버스바조립체(20, 30)와, 배터리적층체(12) 및 버스바(22, 32)를 수납 보호하는 모듈케이스(60)를 포함할 수 있다.
배터리셀(14)이 적층되어 형성되는 배터리적층체(12)에 대해서는 이후 자세하게 설명한다.
버스바조립체(20, 30)는 버스바(22, 32)와, 터미널플레이트(24, 34)를 포함할 수 있다.
버스바(22, 32)는 배터리적층체(12)의 양단에 형성되며, 복수의 배터리셀(14)의 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)을 전기적으로 연결할 수 있다.
버스바(22, 32)는 배터리적층체(12)의 일단과 타단에 각각 결합되어, 배터리셀(14)의 양단에 각각 한 쌍이 형성된 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)이 서로 전기적으로 연결되게 할 수 있다.
터미널플레이트(24, 34)는 버스바(22, 32)와 전기적으로 연결되며 외부로 노출되는 터미널들(40, 50)을 형성하도록 마련된다. 버스바(22, 32)와 연결되는 터미널플레이트(24, 34)는 배터리적층체(12)의 일단에 제 1 양극터미널(42)과 제 1 음극터미널(44)을 형성하고, 배터리적층체(12)의 타단에 제 2 양극터미널(52)과 제 2 음극터미널(54)을 형성할 수 있다. 제 1 양극터미널(42)과 제 1 음극터미널(44)을 제 1 터미널(40), 제 2 양극터미널(52)과 제 2 음극터미널(54)들을 제 2 터미널(50)로 정의할 수 있다. 즉, 배터리모듈(10)의 일단에 있는 제 1 양극터미널(42)과 제 1 음극터미널(44)을 제 1 터미널(40)로, 배터리모듈(10)의 타단에 있는 제 2 양극터미널(52)과 제 2 음극터미널(54)을 제 2 터미널(50)로 각각 명명할 수 있다. 제 1, 2 양극터미널(42, 52)와 제 1, 2 음극터미널(44, 54)는 배터리모듈(10)의 길이방향으로 서로 같은 극성의 터미널이 배치될 수 있다. 즉, 제 1, 2 양극터미널(42, 52)와 제 1, 2 음극터미널(44, 54)는 배터리모듈(10)의 양단에 대칭되게 배치될 수 있다. 양극터미널들(42, 52)이 배터리모듈(10)의 길이를 형성하는 일측면과 가깝게 배치되면, 음극터미널들(44, 54)는 배터리모듈(10)의 타측면과 가깝게 배치될 수 있다.
배터리모듈(10)은 제 1 터미널(40)로부터 제 2 터미널(50)을 향하는 길이방향으로의 길이보다, 길이방향과 수직한 폭방향의 너비가 더 작게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 배터리시스템(1)은 폭보다 길이가 길고, 양단에 각각 양극터미널과 음극터미널이 배치되는 배터리모듈(10)들이 적용될 수 있다.
터미널플레이트(24, 34)는 버스바(22, 32)와 별도의 구성으로 결합가능하게 마련될 수도 있으며, 일체로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 버스바(22)가 상부버스바(22a)와 하부버스바(22b)로 구분되고, 상부버스바(22a)는 터미널플레이트(24)에서 배터리적층체(12)와 마주하는 면에 배치되고, 하부버스바(22b)는 터미널플레이트(24, 34)의 전면에 배치되는 것으로 도시하였다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 버스바(22, 32)는 복수의 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)을 서로 전기적으로 연결하도록 마련되는 구성이고, 터미널플레이트(24, 34)는 버스바(22, 32)에 전기적으로 연결되어 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)을 형성하는 구성이면 이를 만족한다.
모듈케이스(60)는 배터리모듈(10)의 외관을 형성할 수 있다. 모듈케이스(60)는 안착공간(62b)을 형성하는 케이스바디(62)와, 케이스바디(62)에 결합되는 케이스커버(70)를 포함할 수 있다. 케이스바디(62)는 안착공간(62b)과 연통하는 개구(62a)를 포함하며, 케이스커버(70)는 개구(62a)를 덮도록 구성될 수 있다. 케이스커버(70)는 케이스바디(62)의 전후방에 결합되는 전방커버(72)와 후방커버(74), 케이스바디(62)의 상부에 결합되는 상부커버(76)를 포함할 수 있다.
전후방커버(72, 74)는 터미널플레이트(24, 34)의 외측에 결합되어, 각각 터미널플레이트들(24, 34)을 덮도록 구성될 수 있다. 케이스커버(70)는 전후방커버(72, 74)와, 터미널플레이트들(24, 34) 사이에 배치되는 인슐레이션커버(78)를 더 포함할 수 있다. 인슐레이션커버(78)는 절연재질로 형성될 수 있다. 전후방커버(74)는 터미널이 외부로 노출되도록 개방되는 개구부(72a)를 포함할 수 있다. 터미널플레이트(24, 34)에 형성되는 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)은 개구부(72a)를 통해 전후방커버(74)의 외부로 노출될 수 있다.
케이스바디(62)는 바닥면을 형성하는 하면케이스(64)와, 하면케이스(64)로부터 연장되어 측면을 형성하는 측면케이스(66)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 케이스바디(62)는 ‘ㄷ’자 형상의 단면을 가지고 그 전,후방과 상부가 개방되도록 마련된다. 그러나 이에 한정되지 않고, 케이스바디(62)가 ‘ㅁ’자 단면을 가지고, 그 전,후방이 개방되도록 마련될 수 도 있다. 케이스바디(62)가 복수의 배터리셀(14)이 안착되는 안착공간(62b)을 형성하는 구조면 이를 만족한다. 배터리적층체(12)는 그 최외측면에 배치되며, 측면케이스(66)의 내면과 최외측의 배터리셀(14)사이에 배치되어, 완충기능을 하는 완충부재(18)를 포함할 수 있다.
케이스바디(62)와 케이스커버(70)는 배터리적층체(12)와 버스바(22, 32), 터미널등 배터리모듈(10)에서 전기적으로 연결되는 각 구성요소들을 보호할 수 있다.
배터리모듈(10)은 센싱유닛(90)을 포함할 수 있다.
복수의 배터리셀(14)들은 서로 전기적으로 연결되며, 서로 연결된 배터리셀(14)들의 상태는 모니터링될 수 있어야 한다. 센싱유닛(90)은 배터리셀(14)들의 상태를 감지할 수 있다. 센싱유닛(90)이 감지하는 배터리셀(14)의 상태는 전압상태뿐만 아니라 온도정보를 비롯한 다양한 정보를 포함할 수 있다. 센싱유닛(90)은 배터리모듈(10) 내부에 배치되는 온도센서(98)와 연결되어, 배터리셀(14)들의 온도정보를 모니터링할 수 있다.
센싱유닛(90)은 도 4에서와 같이, 배터리셀(14)들에 직접 연결되지 않고, 버스바(22, 32)를 매개로 하여 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 센싱유닛(90)은 배터리셀(14)에 직접 연결되도록 구성될 수도 있다. 센싱유닛(90)은 버스바(22, 32)에 전기적으로 연결되도록 주위를 따라 배치되는 복수의 연결부(96)를 포함할 수 있다.
배터리모듈(10)은 냉각부재(미도시)를 포함할 수 있다. 냉각부재는 도면에서 도시하지 않았으나, 케이스바디(62)와 케이스커버(70)를 덮도록 배치될 수 있다. 이를 통해 배터리셀(14)의 냉각을 다방향으로 이루어지도록 할 수 있다. 본 실시예에서 배터리모듈은 제 1, 2 터미널(40, 50)이 독립적으로 동작되므로, 제 1, 2 터미널(40, 50)을 전기적으로 연결하는 별도의 구성을 생략할 수 있다. 이러한 구성을 통해 배터리모듈에 대한 냉각부재의 배치를 자유롭게 할 수 있다. 일례로, 제 1, 2 터미널(40, 50) 사이에 배치되는 배터리모듈(10)의 주위 즉, 하부케이스, 측면케이스, 상부커버 중 적어도 어느 하나의 구성에 대해 냉각부재를 배치할 수 있으며, 하부케이스, 측면케이스, 상부커버 전부에 대해 냉각부재를 배치할 수도 있다. 냉각부재는 하부케이스, 측면케이스, 상부커버 중 적어도 어느 하나의 구성과 면접촉으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리셀의 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈의 정면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템에서, 배터리모듈을 간략히 도시한 도면이다.
배터리셀(14)은 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)이 위치한 모서리의 길이보다 전극탭 사이의 모서리 길이가 훨씬 긴 장폭 또는 초장폭으로 형성될 수 있다.
배터리셀(14)들은 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)이 인출된 전극조립체(미도시)와, 전극조립체를 수용하는 외장재(14a)를 포함할 수 있다. 전극조립체는 하나 이상의 양극판 및 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형 또는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형등으로 형성될 수 있다. 외장재(14a)는 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성되어, 전극조립체와 전해액 등의 내부 구성요소를 수용할 수 있다.
전극탭이 배터리셀(14)의 양단에 하나씩 형성된 구조의 경우, 배터리셀(14)의 폭이 길어지면 전극탭 사이의 길이가 길어져서 배터리셀(14)의 내부저항이 높아지는 문제가 있다. 또한 배터리셀(14)의 일단에만 양극탭과 음극탭이 배치되어 활성화되는 경우, 전극탭이 활성화되는 일단의 특정 영역 전류밀도가 높아져서, 배터리셀(14)의 특정 영역이 타 영역에 비하여 과열되고, 전류밀도가 높아지며 표면 압력이 상승하여 덴드라이트가 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 위해 본 발명에서 배터리셀(14)은 그 일단에 형성되는 제 1 양극탭(15a)과, 제 1 음극탭(15b)을, 타단에 형성되는 제 2 양극탭(16a)과, 제 2 음극탭(16b)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에서의 배터리셀(14)은 양단에 각각 양극탭(15a, 16a)과, 음극탭(15b, 16b)을 위치시킬 수 있다. 제 1 양극탭(15a)과 제 1 음극탭(15b), 제 2 양극탭(16a)과 제 2 음극탭(16b)은 서로 좌우 반전 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 양극탭들(15a, 16a)과 음극탭들(15b, 16b)은 상호 거리가 짧은 탭들로 전류가 흐를 수 있어서, 배터리셀(14)의 내부저항을 최소화 시킬 수 있다.
배터리적층체(12)는 배터리셀(14)이 복수개가 적층되어 형성될 수 있다. 배터리적층체(12)는 단일 배터리셀(14)보다 높은 전압을 얻기 위하여 전극탭들(15a, 15b, 16a, 16b)을 버스바조립체(20, 30)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 배터리셀(14)들은 도 4에서와 같이 양극탭(15a, 16a)과 음극탭(15b, 16b)이 적층방향으로 교번되도록 배치될 수 있다. 또한 배터리셀(14)들은 좌우방향 즉, 배터리모듈(10)의 폭방향으로 적층되어 배터리적층체(12)를 형성할 수 있다. 그러나 배터리셀(14)의 배치 및 적층방향은 한정되지 않는다.
도 2를 참고할 때, 버스바조립체(20, 30)는 배터리모듈(10)의 일단에 배치되는 제 1 버스바조립체(20)와, 배터리모듈(10)의 타단에 배치되는 제 2 버스바조립체(30)를 포함할 수 있다. 제 1, 2 버스바조립체(20, 30)는 각각 배터리모듈(10)의 일단과 타단에 상호 이격되게 배치되어, 독립적인 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)을 형성할 수 있다.
제 1 버스바조립체(20)는 제 1 버스바(22)와 제 1 터미널플레이트(24)를 포함할 수 있다. 배터리적층체(12)의 일단에 위치되는 제 1 양극탭(15a)과 제 1 음극탭(15b)은 제 1 버스바(22)를 통해 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제 1 터미널플레이트(24)는 제 1 양극탭(15a)과 제 1 음극탭(15b)이 연결되는 제 1 버스바(22)와 연결되어 제 1 양극터미널(42)과, 제 1 음극터미널(44)을 형성할 수 있다.
제 2 버스바조립체(30)는 제 2 버스바(32)와, 제 2 터미널플레이트(34)를 포함할 수 있다. 배터리적층체(12)의 타단에 위치되는 제 2 양극탭(16a)과 제 2 음극탭(16b)은 제 2 버스바(32)를 통해 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제 2 터미널플레이트(34)는 제 2 양극탭(16a)과 제 2 음극탭(16b)이 연결되는 제 2 버스바(32)와 연결되어 제 2 양극터미널(52)과 제 2 음극터미널(54)을 형성할 수 있다. 배터리모듈(10)의 제 1, 2 양극터미널(42, 52)과, 제 1, 2 음극터미널(44, 54)은 인접한 다른 배터리모듈의 터미널들과 전기적으로 연결될 수 있다.
배터리모듈(10)은 제 1, 2 양극터미널(42, 52)과, 제 1, 2 음극터미널(44, 54)이 모두 활성화되므로, 어느 한 단에 결합된 전극탭들만이 활성화 될 경우 전류가 밀집되며 발생하는 온도 불균형 현상을 최소화하고, 덴드라이트 형성을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 배터리모듈(10)은 제 1 양극터미널(42)과, 제 1 음극터미널(44)이 제 1 터미널(40)로, 제 2 양극터미널(52)과, 제 2 음극터미널(54)이 제 2 터미널(50)로, 독립적으로 동작할 수 있다. 이러한 구성을 통해 제 1, 2 터미널의 전기적인 연결을 위한 별도의 구성을 생략할 수 있다. 즉, 제 1, 2 터미널을 직접적으로 연결하는 구성을 생략할 수 있어서, 제 1, 2 터미널 사이에 위치하는 배터리적층체(12)의 4면을 형성하는 측면들 중 적어도 하나의 측면에 냉각부재를 적용할 수 있으며, 4면들 전부에 대응되도록 냉각부재를 적용할 수도 있다.
도 6, 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리시스템을 간략히 도시한 도면이다.
배터리 시스템(1)은 복수의 배터리모듈(10)을 포함할 수 있다.
복수의 배터리모듈(10)은 앞서 언급한 바와 같이, 일단의 제 1 양극탭(15a)과, 제 1 음극탭(15b), 타단의 제 2 양극탭(16a)과, 제 2 음극탭(16b)이 버스바(22, 32)들에 의해 상호간에 연결되어 형성되는 제 1, 2 터미널(40, 50)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 통해 복수의 배터리모듈(10)은 상호간에 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 배터리모듈(10)은 도 6과 같이 1열로 배열될 수도 있으며, 도 7과 같이 2열로 배열될 수도 있다. 배터리 시스템을 형성하는 복수의 배터리모듈(10)의 배치는 한정되지 않는다.
복수의 배터리모듈(10)은 제 1, 2 터미널사이(40, 50)에서 배터리모듈(10)의 길이를 형성하는 모듈측면(S)이 상호간에 마주하도록 배열될 수 있다. 배터리시스템(1)은 복수의 배터리모듈(10)이 이와 같이 배열됨에 따라, 터미널들(42, 44, 52, 54)간의 전기적 연결거리를 최소화시킬 수 있다.
복수의 배터리모듈(10) 중 어느 하나의 배터리모듈의 제 1, 2 터미널은 어느 하나의 배터리모듈과 인접한 배터리모듈들의 터미널들과 각각 전기적 연결되도록 배열될 수 있다. 전기적 연결은 직렬연결 또는 병렬연결 중 적어도 어느 하나의 연결을 포함할 수 있다. 즉 본 실시예에서는 복수의 배터리 모듈(10)이 상호간에 직렬로 연결되는 것을 일례로 들었으나, 이에 한정되지 않는다. 복수의 배터리모듈(10)은 상호간에 병렬로 연결될 수도 있다.
복수의 배터리모듈(10)은 제 1 내지 3 배터리모듈(10a, 10b, 10c)을 포함하고, 각 배터리모듈들(10a, 10b, 10c)은 각각 제 1 양극터미널(42a, 42b, 42c)와, 제 1 음극터미널(44a, 44b, 44c)과, 제 2 양극터미널(52a, 52b, 52c)과, 제 2 음극터미널(54a, 54b, 54c)를 포함할 수 있다. 제 1 배터리모듈(10a)의 제 1, 2 양극터미널(42a, 52a)은 제 1 배터리모듈(10a)과 인접한 제 2 배터리모듈(10b)의 제 1, 2 음극터미널(44b, 54b)과 각각 연결되고, 제 2 배터리모듈(10b)의 제 1, 2 양극터미널(42b, 52b)은 제 2 배터리모듈(10b)과 인접한 제 3 배터리모듈(10c)의 제 1, 2 음극터미널(44c, 54c)과 각각 연결되도록 구성될 수 있다.
복수의 배터리모듈(10)은 배열방향으로 제 1, 2 터미널(40, 50)의 극성이 상호 교번되게 배치될 수 있다. 즉, 복수의 배터리모듈(10)은 배열방향으로 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)이 교번되게 배치될 수 있다. 이러한 배치를 통해 이후 설명하는 터미널들의 전기적 연결길이를 최소화시킬 수 있다.
제 1, 2 터미널(40, 50)은 배터리모듈(10)에 대해 독립적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1, 2 터미널(40, 50)은 각각 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)을 포함하므로, 배터리모듈(10)들은 제 1, 2 터미널(40, 50) 중 적어도 하나의 터미널의 연결만으로도 충방전이 이루어질 수 있다. 이러한 구성을 통해 어느 하나의 터미널의 전기적 연결이 끊어진 경우에도, 전체적인 배터리시스템의 동작이 중단되지 않을 수 있다.
배터리시스템(1)은 모듈버스바(80)를 포함할 수 있다.
모듈버스바(80)는 배터리모듈(10)의 터미널들간에 전기적 연결을 위해 구성될 수 있다. 즉, 복수의 배터리모듈(10)의 제 1, 2 터미널들(40, 50)은 모듈버스바(80)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 복수의 배터리모듈(10)은 모듈측면(S)이 마주하도록 배열되고, 배열방향으로 양극터미널(42, 52)과 음극터미널(44, 54)이 교번되게 배치되므로, 터미널들간의 전기적 연결을 위한 모듈버스바(80)의 길이를 최소화 시킬 수 있다.
배터리시스템(1)은 모듈BMS(82)(Battery Management System)를 포함할 수 있다. 모듈BMS(82)는 복수의 배터리모듈(10) 각각에 연결되어, 각 배터리모듈(10)을 모니터링하고 제어할 수 있다. 각각의 모듈BMS(82)는 각각의 배터리모듈(10) 또는 배터리셀(14)의 온도, 전압, 전류등을 센싱하여 배터리 상태를 모니터링하고, 모니터링된 배터리 상태 정보를 무선으로 또는 유선으로 송신할 수 있다. 배터리시스템(1)은 시스템BMS(83)를 포함할 수 있다. 복수의 모듈BMS(82)에서 수집된 상태정보들은 시스템BMS(83)로 수집될 수 있다.
배터리시스템은 전원연결부(84)를 포함할 수 있다.
전원연결부(84)는 복수의 배터리모듈(10)의 제 1, 2 터미널들(40, 50)간의 전기적 연결을 통한 양극과 음극이 연결될 수 있다. 전원연결부(84)는 배터리모듈(10)이 복수개 연결됨에 따라 높은 전압으로 연결될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1 : 배터리 시스템 10 : 배터리 모듈
12 : 배터리적층체 14 : 배터리셀
20, 30 : 버스바조립체 22, 24 : 버스바
24, 34 : 터미널플레이트 40, 50 : 터미널
42, 44 : 양극터미널 52, 54 : 음극터미널
60 : 모듈케이스 62 : 케이스바디
70 : 케이스커버 80 : 모듈버스바
82 : 모듈BMS 84 : 전원연결부

Claims (9)

  1. 양단에 각각 극성을 달리하는 전극탭들이 형성된 배터리셀을 갖고, 상기 배터리셀이 복수개가 각각 적층된 복수의 배터리모듈;을 포함하고,
    상기 복수의 배터리모듈은,
    상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 일단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 1 양극터미널과, 제 1 음극터미널을 갖는 제 1 터미널;
    상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 타단에 위치한 전극탭들이 상호간에 연결되어 형성되는 제 2 양극터미널과, 제 2 음극터미널을 갖는 제 2 터미널;을 각각 포함하고,
    상기 복수의 배터리모듈 중 어느 하나의 배터리모듈의 상기 제 1, 2 터미널은 상기 어느 하나의 배터리모듈과 인접한 배터리모듈들의 상기 제 1, 2 터미널과 전기적 연결되도록 배열되는 배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리모듈 중 제 1 배터리모듈의 제 1, 2 양극터미널은 상기 제 1 배터리모듈과 인접한 제 2 배터리모듈의 제 1, 2 음극터미널과 각각 연결되고, 상기 제 2 배터리모듈의 제 1, 2 양극터미널은 상기 제 2 배터리모듈과 인접한 제 3 배터리모듈의 제 1, 2 음극터미널과 각각 연결되도록 구성되는 배터리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 터미널은 독립적으로 동작하도록 구성되는 배터리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 양극터미널과, 상기 제 1, 2 음극터미널은 상기 배터리모듈의 길이방향으로 서로 같은 극성의 터미널이 배치되는 배터리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리모듈은,
    상기 복수의 배터리모듈의 배열방향으로 상기 제 1, 2 터미널의 극성이 상호 교번되게 배치되는 배터리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리모듈은,
    상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 일단에 위치한 전극탭들이 연결되는 제 1 버스바와, 상기 제 1 버스바와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 양극터미널과, 제 1 음극터미널을 형성하는 제 1 터미널플레이트을 갖는 제 1 버스바조립체;
    상기 복수의 전극탭들 중 상기 배터리셀들의 타단에 위치한 전극탭들이 연결되는 제 2 버스바와, 상기 제 2 버스바와 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 양극터미널과, 제 2 음극터미널을 형성하는 제 2 터미널플레이트을 갖는 제 2 버스바조립체;를 포함하는 배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 버스바조립체는 각각 배터리 모듈의 일단과 타단에 위치하는 배터리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리모듈은,
    상기 제 1 터미널로부터 상기 제 2 터미널을 향하는 길이방향으로의 길이보다, 상기 길이방향과 수직한 폭방향의 너비가 더 작게 형성되는 배터리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리셀은,
    상기 폭방향으로 적층되도록 배치되는 배터리 시스템.
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