KR20220101962A - 편심 부재를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 편심 부재를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1개 이상의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 셀 스택 어셈블리(110), 상기 셀 스택 어셈블리(110)를 내부에 수납하는 프레임(120) 및 상기 셀 스택 어셈블리(110)의 대면하는 양단 측면을 커버하는 한쌍의 엔드 플레이트(130)를 포함하고, 상기 엔드 플레이트(130)의 평행하는 양단 변두리에 인접하여 상기 편심 부재(140)를 배치하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

편심 부재를 포함하는 배터리 모듈{Battery module including Eccentric bushing}
본원발명은 편심 부재를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 구체적으로 편심 홀이 구비된 편심 부재를 배터리 모듈의 엔드 플레이트에 배치하여 마운팅 포지션을 변경할 수 있는 편심 부재를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
스마트폰 등의 모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 이들의 에너지원으로 사용되는 배터리에 대한 수요 또한 커지고 있다. 배터리는 또한 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에도 적용되고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 한대당 하나 또는 두세개의 배터리셀들이 사용됨에 반해, 자동차와 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리셀을 전기적으로 연결한 배터리 모듈이 사용된다.
배터리 모듈은 높은 집적도로 충전될 수 있고 용략이 작은 각형 배터리, 파우치형 배터리 등이 배터리 모듈의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 특히 알루미늄 라미네이트 시트를 외장부재로 사용하는 파우치형 배터리는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 현태 변형이 용이하다는 장점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한 배터리 모듈이 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는 다수의 배터리 셀들을 직렬 방식 혹은 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 안정적으로 디바이스와 결합되어 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 배터리 모듈을 배터리 트레이에 견고하게 장착하는 전기자동차용 배터리 모듈 장착 구조에 관한 것이다. 도 1을 참조하면, 배터리 모듈(1)을 배터리 트레이 플로워(3)에 안장시키기 위해 플랜지(7, 9), 스토퍼(11) 및 볼트(13)를 포함하고 있다. 상기 플랜지(7, 9)는 상호 대향하게 배치되는 배터리 모듈(1)의 앤드 플레이트(15, 17)의 하단에서 수평 방향, 즉 배터리 트레이 플로워(3)와 팽행하게 형성되어 있다. 상기 플랜지(7, 9)는 그 선단 사이로 볼트(13)가 관통하도록 상호 격리되어 있고, 스토퍼(11)는 플랜지(7, 9)를 하나의 볼토(13)로 고정시키도록 플랜지(7, 9)를 동시에 지지할 수 있는 크기로 형성되며, 볼트(13)가 관통하는 관통구(19)를 구비하고 있다. 관통구(19)에 대향하는 배터리 트레이 플로워(3)에는 스토퍼(11)의 관통구(19)와 플랜지(7, 9) 사이를 관통환 볼트(13)의 선단이 체결되는 체결구(21)가 형성되어 있다. 이와 같이 엔드 플레이트(15, 17)의 플랜지(7, 9)에 스토퍼(11)를 놓고, 이 스토퍼(11)에 형성된 관통구(19)로 볼트(13)를 관통시켜 체결구(21)에 체결하여 배터리 모듈(1)을 배터리 트레이 플로워(3)에 견고하게 고정시킨다. 종래의 기술에 따른 디바이스의 배터리 트레이 플로워는 고객사별로 체결구(21) 위치가 다르고 차이가 있어 고객사별 디바이스의 특징에 따라 배터리 모듈의 마운팅 포지션을 달리 설계하고 제작해야 한다.
한편, 특허문헌 1은 자동차 배터리와 이를 미션 마운트에 고정하는 브라켓 사이에 개재된 자동차 배터리용 트레이를 개시하였으나, 배터리를 미션 마운트에 고정시키기 위한 브라켓을 별도로 제작하여 미션 마운트와 결합시켜야 하기 때문에 구조와 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2019-0002025호 ('특허문헌 1')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기존의 배터리 모듈을 그대로 사용하면서 다양한 규격의 미션 마운트와 결합할 수 있는 편심 부재를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본원발명의 또 다른 목적은, 신규한 체결 구조에 의해 배터리 모듈과 미션 마운트의 조립 공정을 간소화 하고 조립성을 향상시킨 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본원발명에 따른 배터리 모듈은, 1개 이상의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 셀 스택 어셈블리(110), 상기 셀 스택 어셈블리(110)를 내부에 수납하는 프레임(120) 및 상기 셀 스택 어셈블리(110)의 대면하는 양단 측면을 커버하는 한쌍의 엔드 플레이트(130)를 포함하고, 상기 엔드 플레이트(130)의 평행하는 양단 변두리에 인접하여 상기 편심 부재(140)를 배치할 수 있다.
본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 편심 부재(140)는 상기 엔드 플레이트(130)에 형성되어 있는 관통홀(131)에 삽입될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 편심 부재(140)는 플레이트부(141)와 바디부(143)를 포함하고, 상기 플랜지부(141)와 상기 바디부(143)를 관통하여 편심 홀(142)이 형성될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 플랜지부(141)와 바디부(143)는 동일한 단면(xy 면) 중심을 가지고, 상기 편심 홀(142)의 단면(xy 면) 중심은 상기 플랜지부(141)와 바디부(143)의 단면 중심과 이격되어 형성될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 편심 홀(142)에 체결 부재(150)가 삽입되어 배터리 모듈 마운트와 결합될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 체결 부재(150)는 캡부를 포함하고, 상기 캡부는 편심 부재(140)의 플랜지부(141)에 의해 지지될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 편심 부재(140)는 절연재질로 형성될 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 배터리 셀은 파우치 타입 배터리 셀일 수 있다.
또한 본원발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 엔드 플레이트(130)는 상기 프레임(120)의 외부에 위치할 수 있다.
본원발명은 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 포함하는 디바이스를 제공할 수 있다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
본원발명에 따른 배터리 모듈은 엔드 플레이트에 편심 부재를 배치함으로써, 기존 배터리 모듈 그대로 다양한 규격의 미션 마운트와 결합할 수 있어, 배터리 모듈 생산 공정에 대한 변경이 불필요하여 경제적인 이점이 있다.
본원발명에 따른 편심 부재는 기존 규격의 체결 부재들을 그대로 사용 가능하기 때문에 새로운 부품이 불필요하여 경제적인 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 미션 마운트에 체결하는 모식도이다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시한 배터리모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본원발명의 배터리모듈에 체결 부재를 결합하는 모식도이다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 편심 부재의 정면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 편심 부재를 A방향 및 B방향에서 바라본 단면도이다.
도 7은 본원발명의 편심 부재의 편심 홀의 위치에 따른 마운팅 포지션 개요도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본원발명에 따른 배터리 모듈에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모식도이고, 도 3은 도 1에 도시한 배터리모듈의 분해 사시도이며, 도 4는 본원발명의 배터리모듈에 체결 부재를 결합하는 모식도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원발명의 일 실시예에 따른 대략적으로 육면체 외형을 갖는 배터리 모듈(100)은 4각기둥 형태의 프레임(110) 내부 공간에 셀 스택 어셈블리(120)가 배치되고, 상기 프레임(110)의 한쌍의 대면하는 개구부에 각각 배치되는 엔드 플레이트(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
본원발명에서 프레임(110)은 상부 커버(111), 상부 커버(111)와 대면하면서 미션 마운트(미도시)와 대면하는 하부 커버(112), 상부 커버(111)와 하부 커버(112) 사이에 평행으로 대면하여 위치하는 제1 측면 커버(113) 및 제2 측면 커버(114)로 구성되었다. 상기 4개의 커버들은 길이방향(y축 방향) 변두리들이 연결되어 4각기둥형태를 이루고, 길이방향의 양 끝단에 개구부를 형성하고 있다.
상기 4개 커버는 개별적으로 제작되어 상호 조립되게 구성하는 것도 가능하고, 필요에 따라서는 일부 구성 부분 혹은 전체 구성 부분을 일체화로 제작하여 구성하는 것도 가능하다.
본원발명에서 셀 스택 어셈블리(120)는 복수개의 배터리셀이 넓은 면을 밀착하여 적층되어 구성되고, 배터리셀은 전극조립체(미도시)를 수납하는 셀케이스(미도시)와 전극리드(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 셀케이스는 파우치형(라미네이트 시트) 셀케이스로서, 수납부에 적어도 하나의 전극조립체가 수납된 후 테두리가 융착되어 수납부가 밀폐되며, 전극조립체 양측 또는 일측으로는 한 쌍의 전극리드가 연결된 채 셀케이스의 외측으로 돌출된다. 물론 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 셀케이스 외부로 노출되거나, 탭을 생략하고 셀 조립체와 전극리드가 직접 연결되어도 무방하다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 배터리셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
배터리셀 내의 전해질은 일반적으로 통용되는 액체전해질 외에도, 고체전해질이나, 고체전해질에 첨가제를 부가하여 액체와 고체 중간형태를 띄는 겔 형태의 준고체 전해질로 치환되어도 문제가 없음은 당연하다.
상기와 같은 전극조립체는 셀케이스에 수납되며, 셀케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 배터리 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 셀 스택 어셈블리(120)의 배터리 셀조립체의 전극 리드가 인출되는 방향의 측면에 버스바 프레임(미도시)가 위치하고, 상기 버스바 프레임에 버스바가 외측을 향해 고정되어 구성될 수 있다. 셀 조립체의 전극 리드는 버스바 프레임에 형성된 슬릿을 통과하여 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다.
본원발명에서 엔드 플레이트(130)은 셀 스택 어셈블리(120)의 버스바 프레임과 버스바로 구성되는 버스바 조립체의 외측에 위치할 수 있다. 또한 엔드 플레이트(130)와 버스바 조립체 사이에는 절연 커버가 위치 할 수 있고, 절연커버와 엔드 플레이트(130) 제작되어 결합 될 수 있다. 엔드 플레이트(130)와 버스바 조립체는 결합 부재(미도시)를 통해 결합될 수 있다.
여기서 엔드 플레이트(130)이 프레임(110)의 제1 측면 커버(113) 및 제2 측면 커버(114)와 대면하는 높이방향(z축 방향) 변두리와 인접하여 한쌍의 관통홀(131)이 구비 될 수 있다. 관통홀(131)은 엔드 플레이트(130)의 변두리에 평행하면서 높이의 전체에 형성 될 수 있고, 변두리에 평행하면서소정의 높이로 형성될 수 있다. 관통홀(131)의 수직방향 내부 홀에는 편심 부재(140)가 삽입될 수 있다.
도 4를 참조하면, 체결 부재(150)는 캡부(미도시)를 포함하고 상기 캡부에서 일측으로 연장되어 형성되는 체결 부재 바디부(미도시)로 구성될 수 있다. 본원발명에서 상기 체결 부재 바디부의 단면(xy 면) 지름은 캡부 단면 지름보다 작을 수 있고, 상세하게는 상기 체결 부재 바디부가 편심 부재(140)의 후술 편심 홀(142) 내부에 삽입되고, 캡부는 편심 부재(140)의 후술 플랜지부(141)에 의해 지지될 수 있다. 상기 체결 부재 바디부는 편심부재(140)의 편심 홀(142)을 관통한 후 본원발명의 배터리 모듈(100)이 장착될 미션 마운트(200)에 현성된 관통 홀 형태의 마운팅 포지션(210)을 상부에서 관통 후 미션 마운트(200)의 하부에서 고정 부재에 의해 고정될 수 있다. 따라서 배터리 모듈(100)이 미션 마운트(200)의 상부에 안정적으로 장착될 수 있다. 상기 체결 부재(150)는 볼트이고 상기 고정 부재는 너트일 수 있다. 여기서 미션 마운트(200)는 전기 자동차 배터리 트레이 일 수 있고, 디바스에 배터리 모듈을 장착하는 장착부가 될 수도 있으며 특히 한정되지 않음은 자명하다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 편심 부재의 정면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 변심 부재를 A방향 및 B방향에서 바라본 단면도이다. 도 6에서 (a)는 도5에 도시한 편심 부재를 A 방향에서 바라본 단면도이고, (b)는 도5에 도시한 편심 부재를 A 방향에서 바라본 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본원발명에서 편심 부재(140)는 상단에 위치하는 플랜지부(141), 플랜지부(141)의 일측으로 연장되어 형성되는 바디부(143)를 포함하고, 상세하게는 원형 단면 형상일 수 있다. 상기 원형 플랜지부(141)와 원형 바디부(143)는 동일한 중심(C1)을 가지고 있다. 플랜지부(141)과 바디부(143)의 길이방향(z축 방향)으로 내부를 관통하여 원기둥 형태의 편심홀(142)이 형성되어 있다. 편심홀(142)의 단면 중심(C2)은 상기 플랜지부(141)과 바디부(143)의 중심(C1)과 이격되어 형성된다. 여기서 편심홀(142)의 중심(C2)의 위치는 바디부(143)내 편심 홀(142) 가공이 가능하고, 체결부재(150)이 내부를 관통할 수 있다면 딱히 한정되지 않는다.
또한, 바디부(143)는 엔드 플레이트(130)에 구비된 관통홀(131)에 삽입될 수 있고, 플랜지부(141)는 관통홀(131)의 상단 개구부(미도시)의 변두리의 연장 수평면(x-y축 면)에 의해 지지될 수 있다.
또한 본원발명에서 체결 부재(150)를 편심 부재(140)의 편심 홀(142)에 관통하면서 배터리 모듈(100)을 미션 마운트(200)의 상단에 안정적으로 고정 시킬 수 있다면 편심 부재(140)의 바디부(143)의 길이는 특히 한정되지 않는다. 바디부(143)의 길이(z축 방향)는 상기 관통홀(131)의 깊이(z축 방향)와 같을 수 있고, 상세하게는 관통홀(131)의 깊이보다 짧게 구성될 수 있다. 편심 부재(140)의 바디부(143)의 길이를 관통홀(131)보다 짧게 제조하면 생산 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
본원발명에서 편심 부재(140)는 상세하게는 절연재질로 구성될 수 있다. 이는 셀 스택 어셈블리(120)에 위치하는 버스바 조립체와의 절연을 유지하는데 유리하다.
도 7은 본원발명의 편심 부재의 편심 홀의 위치에 따른 마운팅 포지션 개요도이다.
도 7을 참조하면, 본원발명에서 편심 부재(140)는 대면하여 위치하는 한쌍의 엔드 플레이트(130)의 양단 수직변두리(z축 방향)에 인접하여 형성되는 관통홀(131)을 관통하여 배치될 수 있다. 따라서 편심 부재(140)의 편심 홀(142)의 중심(C2)의 위치를 변화시켜 다양한 미션 마운트(200)의 마운팅 포지션(210)에 대응되도록 할 수 있다.
이상과 같은 본원발명에 따른 배터리 모듈은 각종 디바이스, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다.
이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
1, 100: 배터리 모듈
3: 배터리 트레이 플로워
7, 9: 플랜지
11: 스토퍼
13: 볼트
15, 17, 130: 엔드 플레이트
110: 프레임
111: 상부 커버
112: 하부 커버
113: 제1 측면 커버, 114: 제2 측면 커버
120: 셀 스택 어셈블리
131: 관통홀
140: 편심 부재
141: 플랜지부
142: 편심 홀
143: 바디부
150: 체결 부재
200: 미션 마운트
210: 마운팅 포지션
C1: 플랜지부 및 바디부 단면 중심
C2: 편심 홀 단면 중심

Claims (11)

1개 이상의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 셀 스택 어셈블리(110);
상기 셀 스택 어셈블리(110)를 내부에 수납하는 프레임(120); 및
상기 셀 스택 어셈블리(110)의 대면하는 양단 측면을 커버하는 한쌍의 엔드 플레이트(130);를 포함하고,
상기 엔드 플레이트(130)의 평행하는 양단 변두리에 인접하여 상기 편심 부재(140)를 배치하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 편심 부재(140)는 상기 엔드 플레이트(130)에 형성되어 있는 관통홀(131)에 삽입되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 편심 부재(140)는 플레이트부(141)와 바디부(143)를 포함하고, 상기 플랜지부(141)와 상기 바디부(143)를 관통하여 편심 홀(142)이 형성되는 배터리 모듈.
제3항에 있어서,
상기 플랜지부(141)와 바디부(143)는 동일한 단면(xy 면) 중심을 가지고, 상기 편심 홀(142)의 단면(xy 면) 중심은 상기 플랜지부(141)와 바디부(143)의 단면 중심과 이격되어 형성되는 배터리 모듈.
제3항에 있어서,
상기 편심 홀(142)에 체결 부재(150)가 삽입되어 배터리 모듈 마운트와 결합되는 배터리 모듈.
제5항에 있어서,
상기 체결 부재(150)는 캡부를 포함하고, 상기 캡부는 편심 부재(140)의 플랜지부(141)에 의해 지지되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 편심 부재(140)는 절연재질로 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배터리 셀은 파우치 타입 배터리 셀인 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 엔드 플레이트(130)는 상기 프레임(120)의 외부에 위치하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
제11항에 따른 배터리 팩을 포함하는 디바이스.
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