KR20220049625A - 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일렬로 배치된 여러 개의 배터리 셀 중 양단에 있는 각 배터리 셀에 고정하는 제1 및 제2장착 브래킷 사이에 나머지 배터리 셀을 두 개씩 고정하는 제3장착 브래킷이 연결되어 하나의 판 형태로 조립할 수 있게 구성함으로써, 제3장착 브래킷의 개수를 추가함에 따라 한 번에 두 개의 배터리 셀 단위로 쉽게 확장하거나 축소할 수 있게 한 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. 이때, 배터리 셀의 측면을 감싸게 설치되는 측면 브래킷을 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀 개수에 맞춰 잘라서 조립할 수 있게 구성함으로써, 배터리 모듈의 용량에 맞춰 측면 브래킷을 적절한 길이로 잘라서 배터리 모듈을 조립할 수 있게 한 것이다.

Description

용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조{VARIABLE CAPACITY ADAPTIVE BATTERY MODULE ASSEMBLING STRUCTURE}

본 발명은 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 짝수 개의 배터리 셀을 하나의 배터리 모듈로 결합할 때, 양단에 있는 각 배터리 셀에 장착된 제1 및 제2장착 브래킷 사이에 배터리 셀을 두 개씩 고정할 수 있는 제3장착 브래킷을 서로 연결할 수 있게 구성함으로써, 이 제3장착 브래킷을 추가하여 연결함에 따라 배터리 용량에 맞춰서 배터리 셀을 쉽고 편리하게 확장하여 적용할 수 있게 한 것이다. 이때, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀 전체의 측면을 감싸는 케이스를 구성하는 양단 브래킷과 측면 브래킷 중 측면 브래킷을 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀 개수에 맞게 잘라서 조립할 수 있게 구성함으로써, 배터리 모듈을 감싸게 설치되는 케이스 크기를 배터리 모듈의 용량에 맞춰 측면 브래킷을 적절한 길이로 잘라서 조립하여 사용할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 전기 자동차 등에 사용되는 배터리 팩은 여러 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 사용한다. 이처럼 여러 개의 배터리 셀을 연결하는 방법에는 다양한 방법이 사용되며, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)에는 여러 가지 배터리 팩에 관한 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1113687호

전기차량용 배터리 팩에 관한 것으로서, 제조작업이 쉽고 제조시간과 제조공정이 줄어들어 생산성이 향상될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 구성은, 서로에 대해 직렬로 연결되는 다수의 배터리 셀들과, 각 배터리 셀들의 전압을 센싱하여 상호 간의 전압차이를 제어하기 위한 컨트롤러를 구비하는 전기차량용 배터리 팩에서, 기판부와; 각 배터리 셀들의 전극단자와 각각 전기적으로 접속될 수 있도록 기판부에 인쇄되는 다수의 연결단자와; 각 연결단자와 컨트롤러를 전기적으로 연결하여 각 배터리 셀의 전압이 컨트롤러에 인가될 수 있도록, 기판부에 인쇄되는 배선 트레이스를 구비한다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1304220호

전기차량용 배터리 커버 및 이를 포함하는 배터리 마운팅 장치를 개시한다. 이러한 전기차량용 배터리 커버는, 전기차량에 탑재되는 복수의 단위 배터리로 구성된 배터리 모듈을 보호하기 위한 배터리 커버이며, 절연소재로 제작되며 상기 배터리 모듈을 일체 커버할 수 있는 사이즈를 갖고, 장착 시 배터리 모듈을 구성하는 복수의 단위 배터리들을 통전 가능하게 전기적으로 연결하는 전도체가 일정한 패턴으로 형성된 구성을 특징으로 한다.

(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-1979888호

배터리 모듈에 관한 것으로, 서로 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리의 전후방을 커버 하며, 일측에서 배터리 셀 어셈블리와 스크루 결합 되는 엔드 플레이트 및 엔드 플레이트의 타측에 장착되어 배터리 셀 어셈블리를 적어도 부분적으로 커버 하며, 엔드 플레이트의 전후방으로 돌출되는 고정 홀더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 기존의 배터리 모듈은 배터리 용량에 맞춰 배터리 셀 개수를 설정하고, 설정된 개수의 배터리 셀을 한 번에 집어넣을 수 있게 사출 성형이 된 모듈 케이스에 집어넣어서 조립한다. 이에, 이처럼 조립하는 배터리 모듈은 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 모듈 케이스는 배터리 용량에 따라 달라지는 배터리 셀의 개수에 맞춰서 제작되는데, 이 때문에 배터리 용량이 달라져서 배터리 셀의 개수가 달라지면 이에 맞게 모듈 케이스를 다시 제작해야 한다.

(2) 이는, 배터리 용량에 맞춰 크기가 모듈 케이스를 제작해야 하므로, 제조비용이 늘어날 뿐만 아니라 배터리 용량에 맞춰서 확장하거나 축소하는데 어려움이 있다.

(3) 특히, 배터리는 초기에 설정된 용량이나 배치 그리고 형상 등이 설계 변경 등으로 자주 바뀌게 되는데, 이러한 설계 변경에 맞춰서 배터리 모듈을 제작하는데 따른 비용과 수정에도 큰 어려움이 있다.

한국등록특허 제10-1113687호 (등록일: 2012.02.01) 한국등록특허 제10-1304220호 (등록일: 2013.08.30) 한국등록특허 제10-1979888호 (등록일: 2019.05.13)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 일렬로 배치된 여러 개의 배터리 셀 중 양단에 있는 각 배터리 셀에 고정하는 제1 및 제2장착 브래킷 사이에 나머지 배터리 셀을 두 개씩 고정하는 제3장착 브래킷이 연결되어 하나의 판 형태로 조립할 수 있게 구성함으로써, 제3장착 브래킷의 개수를 추가함에 따라 한 번에 두 개의 배터리 셀 단위로 쉽게 확장하거나 축소할 수 있게 한 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. 이때, 배터리 셀의 측면을 감싸서 케이스를 구성하는 측면 브래킷을 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀 개수에 맞춰 잘라서 조립할 수 있게 구성함으로써, 배터리 모듈의 용량에 맞춰 배터리 모듈 케이스를 쉽게 제작하여 사용할 수 있게 한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제1 및 제3장착 브래킷, 그리고 제3장착 브래킷과 제2장착 브래킷을 조립할 때 슬라이딩 방식으로 밀어서 조립하거나 가압 돌기 방식으로 눌러서 조립할 수 있게 구성함으로써, 배터리 모듈의 용량을 쉽고 편리하게 가변할 수 있게 한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조는, 짝수 개의 배터리 셀(C1~Cn)을 연결하여 배터리 모듈을 결합하는 구조에서, 배터리 셀의 한쪽 면에 구성된 두 개의 전극(E1, E2)이 끼워지도록 삽입 구멍(110)이 형성되어 첫 번째 배터리 셀(C1)에 장착되는 제1장착 브래킷(100); 배터리 셀의 한쪽 면에 구성된 두 개의 전극(E1, E2)이 끼워지도록 삽입 구멍(210)이 형성되어 마지막 배터리 셀(Cn)에 장착되는 제2장착 브래킷(200); 두 개의 배터리 셀(C1, Cn)을 제외한 나머지 배터리 셀(C2~Cn-1) 중 어느 한쪽에서 이웃한 두 개의 배터리 셀에 형성된 전극이 끼워지도록 삽입 구멍(310)이 형성된 적어도 하나의 제3장착 브래킷(300); 배터리 셀(C1~Cn)의 양단 면에 각각 밀착하게 설치되며, 한쪽 가장자리가 상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)에 고정되는 두 개의 양단 브래킷(400); 및 배터리 셀(C1~Cn)의 양쪽 면에 밀착하게 설치되며 상부 가장자리가 상기 제1, 제2, 제3장착 브래킷(100, 200, 300)에 고정되고, 양쪽 가장자리가 각각 두 개의 상기 양단 브래킷(400)에 장착되는 두 개의 측면 브래킷(500);이 포함되되; 상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200) 그리고 제3장착 브래킷(300)은 가장자리 부분을 서로 연결할 수 있게 구성되고; 상기 측면 브래킷(500)은 길이 방향을 따라 여러 개의 방열구멍(510)이 관통 형성되되, 두 개의 배터리 셀 단위로 잘라서 상기 양단 브래킷(400)에 조립할 수 있도록 길이 방향을 따라 여러 개의 조립 구멍(520)이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제1장착 브래킷(100)에는 한쪽 가장자리에 슬라이딩 홈(130)이 형성되고; 상기 제2장착 브래킷(200)에는 상기 슬라이딩 홈(130)에 끼워져서 고정될 수 있도록 슬라이딩 돌기가 형성되며; 상기 제3장착 브래킷(300)에는 한쪽 가장자리에 상기 슬라이딩 홈(130)이 끼워질 수 있도록 제2슬라이딩 돌기(330)가 돌출 형성되고, 다른 한쪽 가장자리에는 상기 슬라이딩 돌기가 끼워질 수 있도록 제2슬라이딩 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1장착 브래킷(100)에는 한쪽 가장자리에 제1 턱(120)이 형성되고; 상기 제2장착 브래킷(200)에는 상기 제1 턱(120)과 반대 형상으로 형성되어 걸쳐질 수 있도록 제2 턱(230)이 형성되며; 상기 제3장착 브래킷(300)에는 한쪽 가장자리에 상기 제1 턱(120)에 안착할 수 있게 제3 턱(320')이 형성되고, 다른 한쪽 가장자리에 상기 제2 턱(230)에 안착할 수 있게 제4 턱(320")이 형성되되; 서로 겹친 턱의 마주하는 면에는 고정 돌기(121)와 고정 홈(321)이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 조립 구멍(520)은, 상기 측면 브래킷(500)에 두 개 단위로 자를 수 있도록 형성된 절취선(L)을 기준으로 양쪽에 각각 상기 양단 브래킷(400)에 체결하기 위한 적어도 두 개의 체결 구멍(521), 그리고 상기 양단 브래킷(400)에 형성된 장착 돌기(420)가 끼워져서 조립될 수 있도록 형성된 삽입 구멍(522)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 삽입 구멍(110, 210, 310)은, 인접하게 설치된 두 개에 끼워지는 전극의 극성이 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)은, 같은 구조로 이루어지되, 장착할 때 뒤집어서 장착하게 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 일렬로 연결되는 여러 개의 배터리 셀 중 양단에 있는 각 배터리 셀에 끼워서 사용하는 제1 및 제2장착 브래킷 사이에 두 개의 배터리 셀에 끼워서 사용하는 제3장착 브래킷을 연결하여 하나의 평면 형태로 조립함으로써, 배터리의 용량에 따라 배터리 셀의 개수를 쉽게 확장하거나 축소할 수 있다.

(2) 이때, 배터리 셀을 감싸는 측면 브래킷도 제3장착 브래킷의 연결 개수에 맞는 길이로 잘라서 사용할 수 있게 구성함으로써, 배터리 셀의 개수에 맞춰 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈의 형상이 변형되지 않게 지지해 줌으로 배터리 셀에서 발생할 수 있는 스웰링(Swelling) 현상을 억제하여 안전하게 사용할 수 있다.

(3) 이에, 배터리 셀의 개수에 맞게 배터리 모듈을 변경할 때 그 용량에 맞춰서 쉽고 신속하면서도 확장과 축소할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 확장과 축소에 드는 비용도 줄일 수 있다.

(4) 한편, 이웃한 두 개의 장착 브래킷을 어느 한 방향으로 슬라이딩하게 해서 끼움 결합할 수 있게 구성함으로, 조립이 편리하면서도 누구든지 쉽게 조립하여 안전하게 사용할 수 있다.

(5) 또한, 이웃한 두 개의 장착 브래킷의 가장자리를 겹쳐서 누름에 따라 돌기가 홈에 끼워지게 하여 조립할 수 있게 구성함으로, 장착 위치에 맞춰서 가장자리 부분을 누르기만 하면 쉽게 조립하여 사용할 수 있다.

(5) 마지막으로, 일렬로 배치되는 배터리 셀 중 양단에 장착되는 제1장착 브래킷과 제2장착 브래킷은 같은 형상으로 이루어지되 뒤집어서 사용할 수 있게 구성함으로, 장착 브래킷의 종류를 줄이면서도 원하는 대로 쉽게 배터리 용량에 맞게 확장하여 편리하게 사용할 수 있다.

[도 1]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조로 결합이 된 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
[도 2]는 본 발명의 [실시예 1]에 따라 여러 개의 배터리 셀에서 각 브래킷이 분리된 상태를 보여주는 사시도이다.
[도 3]은 본 발명의 [실시예 1]에 따라 여러 개의 배터리 셀에 장착 브래킷이 장착되는 상태를 보여주려고 분해한 사시도이다.
[도 4]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 장착 브래킷이 평면 형태로 조립된 상태를 보여주는 평면도이다.
[도 5]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 장착 브래킷의 결합 구조를 예시적으로 보여주려고 제1 내지 제3장착 브래킷을 하나씩 결합하는 상태를 보여주는 사시도이다.
[도 6]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 양단 브래킷의 구성을 보여주기 위한 사시도이다.
[도 7]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 측면 브래킷의 구성을 보여주기 위한 평면도이다.
[도 8]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 측면 브래킷을 배터리 셀의 개수에 맞춰서 자르는 예시를 보여주는 도면이다.
[도 9]는 본 발명의 [실시예 2]에 따라 장착 브래킷이 돌기 형태로 결합이 된 상태를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 [실시예 1]에 따른 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조에는, [도 1] 내지 [도 8]과 같이, 하나의 평면 형태로 조립할 수 있게 구성한 제1장착 브래킷(100), 제2장착 브래킷(200), 제3장착 브래킷(300), 두 개의 양단 브래킷(400), 그리고 두 개의 측면 브래킷(500)이 포함된다.

특히, 상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)에는 일렬로 결합하는 여러 개의 배터리 셀(C1~Cn) 중 양단의 배터리 셀(C1, Cn)이 각각 결합이 되고, 이들 브래킷 사이에 두 개의 배터리 셀을 결합하는 제3장착 브래킷(300)을 임의 개수로 연결할 수 있게 구성함으로써, 상기 제3장착 브래킷(300)의 연결 개수에 따라 배터리 모듈의 용량에 맞춰 쉽게 확장할 수 있게 한 것이다.

또한, 이처럼 여러 개가 일렬로 배치된 여러 개의 배터리 셀(C1~Cn)의 측면에 밀착하게 감싸는 케이스를 이루도록 구성된 양단 브래킷(400)과 측면 브래킷(500) 중 상기 측면 브래킷(500)을 배터리 셀(C1~Cn)의 길이에 맞춰 잘라서 사용할 수 있게 구성함으로써, 이처럼 배터리 모듈의 용량에 맞춰서 쉽게 케이스 크기를 맞춰서 제작할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도면부호 "C1~Cn"은 배터리 모듈을 구성하는 짝수 개의 배터리 셀로, 일렬로 배치된 배터리 셀에 어느 한쪽에서 순서대로 부호를 배정한 것이다. 또한, 도면부호 "E1"과 "E2"는 각 배터리 셀에 형성된 극성이 다른 전극을 각각 나타낸다.

가. 제1장착 브래킷

제1장착 브래킷(100)은, [도 1] 내지 [도 5]와 같이, 여러 개가 일렬로 배치된 배터리 셀(C1~Cn) 중 어느 한쪽 끝에 배치된 배터리 셀(C1)에 장착되는 브래킷이다.

이러한 제1장착 브래킷(100)에는, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 배터리 셀(C1)에 장착되기 위한 삽입 구멍(110), 제3장착 브래킷(300)에 연장해서 장착하게 하는 제1 턱(120), 그리고 후술할 양단 브래킷(400)과 측면 브래킷(500)에 조립하기 위한 플랜지(140)가 구성된다.

1. 삽입 구멍

삽입 구멍(110)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 배터리 셀(C1)의 한쪽 면에 형성된 두 개의 전극(E1, E2)에 각각 끼워서 고정될 수 있는 위치에 두 개가 형성된다. 여기서, 상기 삽입 구멍(110)은 통상적으로 전극(E1, E2)의 형상대로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 때에 따라서는 두 개의 전극(E1, E2) 중 큰 전극(도면에서는 전극 "E2")의 형상에 맞게 형성함으로써, 상기 제1장착 브래킷(100)을 뒤집어서 후술할 제2장착 브래킷(200) 대용으로 사용할 때 전극(E1, E2)이 삽입 구멍(110)에 끼워지지 않는 것을 방지할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

2. 제1 턱

제1 턱(120)은, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 제1장착 브래킷(100)과 제3장착 브래킷(300)의 가장자리가 서로 겹쳐지는 한쪽 가장자리에 형성된다. 이때, 상기 제1 턱(120)은 제1장착 브래킷(100) 두께의 절반 정도로 형성함으로써, 제1장착 브래킷(100)과 제3장착 브래킷(300)의 가장자리가 서로 겹쳐졌을 때 하나의 평면을 이룰 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 턱(120)에는, [도 4]와 같이, 후술할 제3장착 브래킷(300)의 턱과 마주하는 면에 고정 돌기(121)가 돌출 형성된다. 상기 고정 돌기(121)는 이처럼 제1장착 브래킷(100)에 형성된 턱(120)과 겹쳐지도록 후술할 제3장착 브래킷(300)에 형성된 고정 홈(321)에 쉽게 조립되게 하여 배터리 용량을 쉽게 확장할 수 있게 한 것이다.

3. 플랜지

플랜지(140)는, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 제1장착 브래킷(100)의 가장자리에 돌출 형성된다. 여기서, 상기 플랜지(140)는 제1장착 브래킷(100)의 한쪽 가장자리, 바람직하게는 후술할 제3장착 브래킷(300)과 마주하여 서로 겹쳐지게 설치되는 가장자리를 제외한 나머지 가장자리에 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 플랜지(140)는 후술할 하나의 양단 브래킷(400)의 상부 가장자리와 두 개의 측면 브래킷(500) 한쪽의 상부 가장자리에 각각 나사 체결 방식, 끼움 방식 그리고 억지 끼움이나 탄성 끼움 방식 등 다양한 방식으로 일체가 되게 조립된다.

나. 제2장착 브래킷

제2장착 브래킷(200)은, [도 1] 내지 [도 4]와 같이, 일렬로 배치된 여러 개의 배터리 셀(C1~Cn) 중 마지막 배터리 셀(Cn)에 장착된다.

이러한 제2장착 브래킷(200)에는, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 삽입 구멍(210), 제2 턱(230), 그리고 플랜지(220)이 형성된다.

1. 삽입구멍

삽입 구멍(210)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 서로 다른 극성을 가진 두 개의 전극(E1, E2)을 끼워서 고정할 수 있게 장착하는데, 이때 상기 제1장착 브래킷(100)과 마주했을 때 다른 극성의 전극이 끼워질 수 있게 관통 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 여러 개의 배터리 셀(C1~Cn)은 직렬로 연결할 때가 많으므로, 이웃한 두 개의 배터리 셀이 서로 마주하는 전극이 다른 극성을 가진 것이 마주할 수 있게 구성함으로써, 배터리 셀을 직렬로 연결할 때 짧은 거리를 쉽게 연결하여 조립할 수 있게 하기 위함이다.

2. 제2 턱

제2 턱(230)은, [도 5]와 같이, 상술한 제1 턱(120)과 같은 구조로 이루어지나, 그 형성 방향에서 반대가 되게 형성된다. 이는, 제1 턱(120)과 제2 턱(230) 사이에 후술할 제3장착 브래킷(300)의 양쪽 가장자리에 형성된 제3 턱(320')과 제4 턱(320")이 마주하게 형성되는데, 이 제3장착 브래킷(300)을 적어도 하나 연속해서 연결할 수 있게 하여 배터리 용량에 맞게 쉽게 확장할 수 있게 하기 위함이다. 즉, 후술할 상기 제3 턱(320')과 제4 턱(320")이 서로 반대로 형성되게 구성함으로, 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200) 사이에서 적어도 하나의 제3장착 브래킷(300)이 서로 반대로 형성된 제3 턱(320')과 제4 턱(320")에 걸쳐져서 확장하여 연결할 수 있게 한다.

3. 플랜지

플랜지(220)는, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 상술한 제1장착 브래킷(100)의 플랜지(140)와 같은 구성이므로, 결합 위치에 있어서만 차이가 있다. 즉, 상기 플랜지(220)는 후술할 두 개의 양단 브래킷(400) 중 상술한 제1장착 브래킷(100)에 장착되지 않은 나머지 하나의 양단 브래킷(400)의 상부 가장자리와, 상기 제1장착 브래킷(100)에 장착되지 않은 측면 브래킷(500) 상부의 다른 한쪽 가장자리에 장착된다. 이때의 장착은 상술한 바와 같이, 나사 체결 방식, 끼움 방식 그리고 억지 끼움이나 탄성 끼움 방식 등 다양한 방식으로 일체가 되게 조립된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2장착 브래킷(200)은 위에서 제1장착 브래킷(100)과 다른 브래킷으로 설명되고 있으나, 제1장착 브래킷(100)을 뒤집어서 후술할 제3장착 브래킷(300)에 장착할 수 있게 구성함으로써, 하나의 장착 브래킷을 가지고 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)을 대신할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

다. 제3장착 브래킷

제3장착 브래킷(300)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 양단의 배터리 셀(C1, Cn)을 제외한 나머지 배터리 셀(C2~Cn-1)에 고정하기 위한 브래킷이다.특히, 상기 제3장착 브래킷(300)은 이들 셀(C2~Cn-1) 중 한쪽에서 차례로 이웃한 두 개의 배터리 셀을 하나의 단위로 장착하여 상술한 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200) 사이에 적어도 하나를 연결하여 확장할 수 있게 구성한 것이다.

이러한 제3장착 브래킷(300)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 삽입 구멍(310), 제3 턱(320'), 제4 턱(320"), 그리고 플랜지(340)이 형성된다.

1. 삽입 구멍

삽입 구멍(310)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 하나의 제3장착 브래킷(300)에 이웃하게 배치되는 두 개의 배터리 셀에 형성된 4개의 전극이 각각 끼워질 수 있도록 4개가 형성된다.

이때, 상기 삽입 구멍(310)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 서로 마주한 두 개의 삽입 구멍(310)에 끼우는 전극의 극성이 서로 다른 전극이 끼워질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 이는, 하나의 제3장착 브래킷(300)에 끼운 두 개의 배터리 셀이 서로 마주하는 전극이 다른 극성을 갖게 장착함으로써, 이들 두 개의 배터리 셀이 단거리로 직렬 연결할 수 있게 하기 위함이다.

또한, 상기 삽입 구멍(310)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 상술한 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)이 제3장착 브래킷(300)에 결합이 될 때도 이들 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)에 형성된 삽입 구멍(310)에 끼워지는 전극의 극성과 다른 것이 끼워질 수 있게 구성함으로써, 앞서 설명한 바와 같이, 짧은 거리로 직렬 연결이 쉽게 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

2. 제3 턱과 제4 턱

제3 턱(320') 그리고 제4 턱(320")은, [도 5]와 같이, 상기 제3장착 브래킷(300)의 양쪽에 각각 형성된다. 이때, 상기 제3 턱(320') 그리고 제4 턱(320")이 서로 다른 방향으로 형성되게 구성함으로써, 상술한 바와 같이 서로 반대로 형성된 제1 턱(120)을 통해 한쪽 가장자리를 제1장착 브래킷(100)에, 그리고 제2 턱(230)을 통해 다른 한쪽 가장자리를 제2장착 브래킷(200)에 겹쳐지게 해서 결합할 수 있게 구성한다.

또한, 상기 제3 턱(320') 그리고 제4 턱(320")은 서로 반대 방향으로 형성됨에 따라, [도 3] 및 [도 4]와 같이, 이웃한 두 개의 제3장착 브래킷(300)을 반복해서 연결할 수 있게 된다. [도 1] 내지 [도 3]에서는 세 개의 제3장착 브래킷(300)을 이용해서 모두 8개의 배터리 셀을 고정한 상태를 각각 보여준다.

한편, 상기 제3 턱(320')과 제4 턱(320")에는, [도 4]와 같이, 턱(121)과 마주하는 위치에 고정 홈(321)을 형성하여 서로 조립할 수 있게 구성한다. 즉, 제3 턱(320')에는 고정 홈(321)을 형성하고, 제4 턱(320")에는 고정 돌기를 형성함으로써, 이웃하게 놓인 두 개의 제3장착 브래킷(300)을 연속해서 연결하여 배터리 모듈의 용량을 쉽게 확장할 수 있게 된다.

라. 양단 브래킷

양단 브래킷(400)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 여러 개가 나란하게 배치된 배터리 셀(C1~Cn)의 양쪽 면에 하나씩 장착하며, 한쪽 면에는 적어도 하나의 보강 리브(430)가 돌출 형성된 브래킷이다. 이러한 양단 브래킷(400)은 판 형태로 제작되며, 가장자리에는 장착 플랜지(410)와 장착 돌기(420)가 형성된다.

1. 장착 플랜지

장착 플랜지(410)는, [도 6]과 같이, 직사각형 형태로 이루어진 양단 브래킷(400)의 각 가장자리에 형성된다. 이때, 상부에 형성된 장착 플랜지(410)는 상술한 제1장착 브래킷(100)이나 제2장착 브래킷(200)에 양단 브래킷(400)을 고정할 때 사용된다. 그리고 양쪽에 형성된 두 개의 장착 플랜지(410)는 후술할 측면 브래킷(500)을 고정하여 견고한 케이스 형태가 되게 하여 배터리 셀(C1~Cn)의 부풀어오르는 스웰링(Swelling) 발생을 억제할 수 있게 구성한다. 나머지 하나의 장착 플랜지(410)는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 차체 프레임이나 바닥 등에 장착할 때 고정하기 위한 플랜지이다. 이러한 장착 플랜지(410)는 볼트나 스크루 등을 이용해서 견고하게 고정하는 것이 바람직하나, 이 외에도 강제 끼움이나 탄성 변형을 이용하여 조립하거나 클램 프 등을 이용해서 조립하게 구성할 수도 있다.

2. 장착 돌기

장착 돌기(420)는, [도 6]과 같이, 후술할 두 개의 측면 브래킷(500)에 장착되는 장착 플랜지(410) 일부를 절개하여 형성된다. 이때, 상기 장착 돌기(420)는 측면 브래킷(500)을 이 장착 돌기(420)에 끼움에 따라 두 개의 양단 브래킷(400)과 후술할 두 개의 측면 브래킷(500)이 서로 쉽게 조립이 되면서 직육면체 형태를 유지할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 장착 돌기(420)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 여러 개의 배터리 셀(C1~Cn) 양단에 각각 양단 브래킷(400)을 밀착하게 한 다음, 이들 양단 브래킷(400)의 양쪽에서 측면 브래킷(500)을 밀착하게 하면 측면 브래킷(500)에 끼워질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

마. 측면 브래킷

측면 브래킷(500)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 배터리 셀(C1~Cn)의 양쪽 측면에 밀착하게 하고, 그 양단을 상술한 양단 브래킷(400)에 장착하고 상부가장자리 부분을 상술한 제1, 제2, 및 제3장착 브래킷(100, 200, 300)의 플랜지(140, 220, 340)에 밀착하게 해서 일체로 장착한다. 이때의 장착은 볼트를 이용하여 고정할 수도 있고, 탄성 편을 이용하여 고정하거나, 클램프를 이용해서 고정하는 등 다양한 방법으로 고정할 수 있다.

한편, 상기 측면 브래킷(500)에는, [도 7]과 같이, 배터리 셀에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 방열구멍(510), 일정 길이로 잘라서 사용할 수 있게 하는 조립 구멍(520), 그리고 조립 플랜지(530)를 포함한다.

1. 방열구멍

방열구멍(510)은, [도 2] 및 [도 7]과 같이, 한쪽 면에 여러 개가 관통 형성되어 측면 브래킷(500)이 배터리 셀에 장착되면 이 배터리 셀에서 방출된 열을 측면 브래킷(500) 밖으로 배출시킬 수 있게 형성된다. 이에, 상기 방열구멍(510)은 가능한 한 많은 개수를 형성하는 것이 바람직하며, 도면에서는 슬롯 형태로 측면 브래킷(500)의 폭 방향을 따라 나란하게 방열구멍(510)을 형성한 것을 예로 보여주고 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 모양과 형태 그리고 여러 가지 패턴으로도 형성할 수 있음을 본 발명이 속한 기술분야의 종사자라면 누구든지 쉽게 알 수 있을 것이다.

2. 조립구멍

조립구멍(520)은, [도 7] 및 [도 8]과 같이, 측면 브래킷(500)을 양단 브래킷(400)의 장착 플랜지(410)에 장착하기 위한 구멍이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 조립 구멍(520)은, [도 7] 및 [도 8]과 같이, 두 개의 배터리 셀 측면에 밀착할 수 있는 크기로 자를 수 있게 표시된 절취선(L)을 기준으로 양쪽에 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 절취선(L)은 폭보다 길이가 긴 길이 부재로 이루어진 상기 측면 브래킷(500)에 일정 길이로 잘라서 배터리 셀을 원하는 개수만큼 한 번에 조립해서 사용할 수 있게 하기 위한 선이다. 이러한 절취선(L)은 첫 번째 절취선을 따라 자르면 두 개의 배터리 셀을 조립할 수 있는 길이가 되게 하고, 두 번째 절취선을 따라 자르면 4개의 배터리 셀을 조립할 수 있는 길이가 되게 한다. [도 7] 및 [도 8]에서는, 첫 번째 절취선(L)과 세 번째 절취선을 잘라서 두 개의 배터리 셀과 4개의 배터리 셀을 조립할 수 있는 길이로 자른 예를 보여준다.

한편, 상기 조립구멍(520)은, [도 7]과 같이, 적어도 두 개의 체결 구멍(521)과 삽입 구멍(522)을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

체결 구멍

체결 구멍(521)은, [도 2]·[도 3] 및 [도 6]과 같이, 상술한 양단 브래킷(400)의 장착 플랜지(410)에 중첩하게 해서 상기 양단 브래킷(400)과 측면 브래킷(500)을 일체로 체결하여 고정하기 위한 구멍이다. 이때, 상기 체결 구멍(521)은 볼트를 이용해서 고정할 수도 있고, 핀이나 클램프 등을 이용해서 고정할 수도 있다.

삽입 구멍

삽입 구멍(522)은, [도 2]·[도 3] 및 [도 6]과 같이, 상술한 양단 브래킷(400)의 장착 돌기(420)가 끼워지게 해서 양단 브래킷(400)에 측면 브래킷(500)이 조립될 수 있게 안내하고 그 형태를 유지할 수 있게 하는 구멍이다.

3. 조립 플랜지

조립 플랜지(530)는, [도 1]·[도 2] 및 [도 7]과 같이, 측면 브래킷(500)의 양쪽에 각각 형성된다. 이때, 한쪽 가장자리에 형성된 조립 플랜지(530)는 상술한 제1장착 브래킷(100), 제2장착 브래킷(200), 그리고 제3장착 브래킷(300)에 형성된 플랜지(140, 220, 340)에 밀착되게 하여 하나로 조립할 때 사용한다. 그리고 다른 한쪽 가장자리에 형성된 조립 플랜지(530)는 차체의 프레임이나 바닥 등에 본 발명에 따른 배터리 모듈을 장착할 때 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 측면 브래킷(500)은, [도 2] 및 [도 7]과 같이, 8개의 배터리 셀(C)을 하나의 모듈 형태로 조립할 수 있는 크기로 이루어진 것을 예로 들어 보여주고 있으나, 이러한 측면 브래킷(500)을 길이 부재 형태로 길게 제작함으로써, 하나의 배터리 모듈에 구성되는 배터리 셀의 개수에 맞춰서 원하는 길이로 잘라서 사용할 수 있게 제작하는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같이 이루어진 본 발명은 제1장착 브래킷과 제2장착 브래킷 사이에 연결되는 제3장착 브래킷을 연결하는 개수에 따라 일렬로 연결되는 배터리 셀의 개수를 쉽게 확장할 수 있게 된다. 이때 제3장착 브래킷에는 두 개의 배터리 셀이 장착되므로, 한 번에 두 개의 배터리 셀이 확장되는 효과를 기대할 수 있다. 이에 맞춰 길이 부재로 이루어진 측면 브래킷을 배터리 셀의 길이에 맞춰 잘라서 사용할 수 있으므로, 배터리 용량에 맞춰 쉽게 가변하여 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 [실시예 2]에 따른 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조는, [도 9]와 같이, 상술한 [실시예 1]와 같은 구성이나, 가장자리가 서로 중첩된 장착 브래킷을 고정하는 방법에서 차이가 있다. 이에, 여기서는 [실시예 1]과 같은 구성에 관해서는 그 상세한 설명을 생략하고, 장착 브래킷을 고정하는 구조를 중심으로 설명한다.

[실시예 2]는 서로 겹쳐진 두 개의 장착 브래킷이 슬라이딩 방식으로 끼워서 조립할 수 있게 한 것이다., 이를, [도 9]를 참조하여 제1장착 브래킷(100)과 제3장착 브래킷(300)을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

[도 9]에서, 상기 제1장착 브래킷(100)에는 제3장착 브래킷(300)과 마주하는 한쪽 가장자리에 슬라이딩 홈(130)이 형성되고, 이 슬라이딩 홈(130)과 마주하는 제3장착 브래킷(300)에는 슬라이딩 돌기(330)가 형성된 것이다. 이때, 상기 슬라이딩 돌기(330)는 바깥으로 돌출한 끝 부분이 상기 슬라이딩 홈(130)에 끼워졌을 때 이탈하지 않게 형성된다.

이처럼 이루어진 브래킷의 조립은, 제1장착 브래킷(100)과 제3장착 브래킷(300)이 서로 나란하게 위치하게 놓은 다음, 슬라이딩 돌기를 슬라이딩 홈에 맞춰서 가장자리 방향으로 길이 방향으로 밀면 쉽게 조립할 수 있게 된다. 물론, 상기 슬라이딩 홈(130)과 슬라이딩 돌기(330)가 마주하게 한 다음 강제로 끼워서 조립하고 분리할 때는 슬라이딩 방식으로 분리할 수도 있다.

100, 200, 300: 제1장착, 제2장착, 제3장착 브래킷
110, 210, 310: 삽입 구멍
120, 320', 320": 제1, 제3, 제4 턱
121: 고정 돌기
130: 슬라이딩 홈
140: 플랜지
321: 고정 홈
330: 슬라이딩 돌기
400: 양단 브래킷
410: 장착 브래킷
420: 장착 돌기
500: 측면 브래킷
C1~Cn: 배터리 셀

Claims (6)

1. 짝수 개의 배터리 셀(C1~Cn)을 연결하여 배터리 모듈을 결합하는 구조에서,
   배터리 셀의 한쪽 면에 구성된 두 개의 전극(E1, E2)이 끼워지도록 삽입 구멍(110)이 형성되어 첫 번째 배터리 셀(C1)에 장착되는 제1장착 브래킷(100); 배터리 셀의 한쪽 면에 구성된 두 개의 전극(E1, E2)이 끼워지도록 삽입 구멍(210)이 형성되어 마지막 배터리 셀(Cn)에 장착되는 제2장착 브래킷(200); 두 개의 배터리 셀(C1, Cn)을 제외한 나머지 배터리 셀(C2~Cn-1) 중 어느 한쪽에서 이웃한 두 개의 배터리 셀에 형성된 전극이 끼워지도록 삽입 구멍(310)이 형성된 적어도 하나의 제3장착 브래킷(300); 배터리 셀(C1~Cn)의 양단 면에 각각 밀착하게 설치되며, 한쪽 가장자리가 상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)에 고정되는 두 개의 양단 브래킷(400); 및 배터리 셀(C1~Cn)의 양쪽 면에 밀착하게 설치되며 상부 가장자리가 상기 제1, 제2, 제3장착 브래킷(100, 200, 300)에 고정되고, 양쪽 가장자리가 각각 두 개의 상기 양단 브래킷(400)에 장착되는 두 개의 측면 브래킷(500);이 포함되되,
   상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200) 그리고 제3장착 브래킷(300)은 가장자리 부분을 서로 연결할 수 있게 구성되고,
   상기 측면 브래킷(500)은 길이 방향을 따라 여러 개의 방열구멍(510)이 관통 형성되되, 두 개의 배터리 셀 단위로 잘라서 상기 양단 브래킷(400)에 조립할 수 있도록 길이 방향을 따라 여러 개의 조립 구멍(520)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.
   
2. 제1항에서,
   상기 제1장착 브래킷(100)에는 한쪽 가장자리에 슬라이딩 홈(130)이 형성되고;,
   상기 제2장착 브래킷(200)에는 상기 슬라이딩 홈(130)에 끼워져서 고정될 수 있도록 슬라이딩 돌기가 형성되며;
   상기 제3장착 브래킷(300)에는 한쪽 가장자리에 상기 슬라이딩 홈(130)이 끼워질 수 있도록 제2슬라이딩 돌기(330)가 돌출 형성되고, 다른 한쪽 가장자리에는 상기 슬라이딩 돌기가 끼워질 수 있도록 제2슬라이딩 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.
   
3. 제1항에서,
   상기 제1장착 브래킷(100)에는 한쪽 가장자리에 제1 턱(120)이 형성되고; 상기 제2장착 브래킷(200)에는 상기 제1 턱(120)과 반대 형상으로 형성되어 걸쳐질 수 있도록 제2 턱(230)이 형성되며; 상기 제3장착 브래킷(300)에는 한쪽 가장자리에 상기 제1 턱(120)에 안착할 수 있게 제3 턱(320')이 형성되고, 다른 한쪽 가장자리에 상기 제2 턱(230)에 안착할 수 있게 제4 턱(320")이 형성되되;
   서로 겹친 턱의 마주하는 면에는 고정 돌기(121)와 고정 홈(321)이 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.
   
4. 제1항에서,
   상기 조립 구멍(520)은,
   상기 측면 브래킷(500)에 두 개 단위로 자를 수 있도록 형성된 절취선(L)을 기준으로 양쪽에 각각 상기 양단 브래킷(400)에 체결하기 위한 적어도 두 개의 체결 구멍(521), 그리고 상기 양단 브래킷(400)에 형성된 장착 돌기(420)가 끼워져서 조립될 수 있도록 형성된 삽입 구멍(522)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   상기 삽입 구멍(110, 210, 310)은,
   인접하게 설치된 두 개에 끼워지는 전극의 극성이 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   상기 제1장착 브래킷(100)과 제2장착 브래킷(200)은,
   같은 구조로 이루어지되, 장착할 때 뒤집어서 장착하게 구성된 것을 특징으로 하는 용량 가변 적응형 배터리 모듈의 결합 구조.

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