KR20220156508A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20220156508A
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Abstract

본 발명은 초장폭 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 모듈은 양단에 복수개의 전극탭이 연결되는 초장폭 배터리 셀과, 배터리 셀이 적층 형성되는 배터리 적층체와, 배터리 적층체의 양단에 형성되며, 복수의 배터리 셀의 전극탭을 전기적으로 연결하는 양단 버스바 조립체와, 배터리 적층체의 최상단 또는 최하단에 배치된 배터리 셀의 양단에 연결된 전극탭을 전기적으로 연결하는 횡단 버스바 조립체와, 이를 수용하는 케이스를 포함하여 구성되며, 본 발명의 배터리 모듈을 통해 초장폭 배터리 셀의 내부저항 증가 및 발열 문제를 해소하고, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 모듈 {Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폭이 넓은 초장폭 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(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 위서는 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.
한국공개특허공보 제10-2019-0012998호 (2019.02.11. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 배터리 셀 내부 저항을 높이지 않고 장폭 또는 초장폭 배터리 셀을 모듈화할 수 있는 배터리 모듈 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 장폭 또는 초장폭 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시키고, 구조적 안정성을 높일 수 있는 배터리 모듈 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일단에 복수의 전극탭을 가지고 타단에 복수의 전극탭을 가져, 전체적으로 두개 이상의 양극 전극탭과 두개 이상의 음극 전극탭을 가지는 배터리 셀, 상기 배터리 셀이 적층 형성된 배터리 적층체, 상기 배터리 적층체의 양단에 형성되며, 복수의 배터리 셀의 전극탭을 직렬 또는 병렬 연결하는 양단 버스바 조립체, 상기 배터리 적층체의 최상단 또는 최하단에 배치된 배터리 셀의 전극탭을 전기적 연결하는 횡단 버스바 조립체, 및 상기 배터리 적층체, 양단 버스바 조립체, 횡단 버스바 조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 양단 버스바 조립체 각각은 동일 단에 위치되는 전극탭을 전기적으로 연결하는 복수개의 양단 버스바와, 상기 양단 버스바를 감싸며 상기 배터리 적층체에 결합되는 양단 버스바 플레이트를 포함하고, 상기 횡단 버스바 조립체는 전극탭을 전기적으로 연결하는 횡단 버스바와, 상기 배터리 적층체에 결합되며 상기 횡단 버스바가 수납되는 횡단 버스바 플레이트를 포함한다.
또한, 상기 횡단 버스바는 상기 전극탭과 결합되는 전극탭 연결부와, 한 쌍의 상기 전극탭 연결부를 전기적으로 연결하는 횡단 연결부를 포함하고, 상기 횡단 버스바 플레이트는 상기 횡단 버스바와 상기 횡단 연결부가 수납되는 횡단 버스바 수용홈을 포함한다.
또한, 상기 횡단 버스바 수용홈의 가장자리에 형성되어 외부 충격을 흡수하는 돌출 비드를 포함한다.
또한, 상기 양단 버스바는 일단에 위치되는 상기 전극탭을 전기적으로 연결하는 제1 양단 버스바와, 타단에 위치되는 상기 전극탭을 전기적으로 연결하는 제2 양단 버스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 양단 버스바와 상기 제2 양단 버스바는 상기 전극탭이 끼워지는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양단 버스바 조립체는 상기 배터리 적층체의 일단과 타단에 위치되는 복수개의 전극탭을 각각 직렬 또는 병렬로 연결하고, 상기 횡단 버스바 조립체는 상기 양단 버스바 조립체에 의해 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 한 쌍의 전극탭을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양단 버스바 조립체는 상기 양단 버스바 조립체의 일단과 타단에 각각 위치된 다른 극성의 전극탭을 직렬 또는 동일 극성의 전극탭을 병렬 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 적층체의 최상단과 최하단에 배치된 상기 횡단 버스바 조립체는 서로 다른 극성의 전극탭을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스는 상기 양단 버스바 조립체와 전기적으로 연결되는 출력 전극탭이 형성되는 터미널 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스는 상기 터미널 플레이트를 감싸며 상기 출력 전극탭이 관통되는 개구부가 형성되는 양단 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스는 상기 배터리 적층체의 측면에 결합되는 측면 케이스 커버와, 상기 측면 케이스 커버에 결합되어 냉각 유로를 형성하는 냉각 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측면 케이스 커버는 상기 양단 버스바 조립체에 형성된 홈에 삽입되는 측면 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스는 상기 횡단 버스바 조립체의 상면과 하면에 결합되는 상하 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 구성에 의해 본 발명의 배터리 모듈은, 장폭 또는 초장폭 배터리 셀의 양단에 각각 복수개의 전극탭을 형성하고, 적층된 초장폭 배터리 셀의 양단의 버스바를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하고, 최상층 또는 최하층에 배치된 배터리 셀의 잉여 전극 탭은 횡단 버스바 조립체를 통해 전기적으로 연결하여, 내부저항 상승없이 안정적인 전기적 연결이 가능하다.
그리고, 하나의 셀에 양전극탭과 음전극탭이 복수개 형성되므로, 셀의 직류 내부저항(DCIR)을 낮출 수 있다.
방열 플레이트와, 냉각 플레이트를 통하여 배터리 셀을 보다 효과적으로 냉각 가능하므로, 배터리 셀의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 방열 플레이트의 측면 조립홈을 통해 측면 케이스 커버와 배터리 적층체를 고정함으로써, 초장폭의 배터리 셀의 휨을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 적층체가 버스바 조립체로 연결된 것을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 배터리 셀을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 적층체가 버스바 조립체로 연결된 것을 나타낸 전면도 및 후면도.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 횡단 버스바 조립체를 나타낸 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 셀 한 쌍이 방열 플레이트에 결합된 것을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 셀 한 쌍이 방열 플레이트에 결합된 것을 나타낸 A-A' 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 배터리 셀의 단부를 나타낸 부분 확대도.
도 11 및 12는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 전극탭과 양단 버스바의 결합 구조를 나타내기 위한 개념도.
도 13은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 양단 버스바 조립체를 나타낸 분해 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 터미널 플레이트를 나타낸 분해 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 케이스 커버를 나타낸 정면 사시도 및 배면 사시도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 모듈에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 장폭 또는 초장폭 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(1000)을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈(1000)의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1000)은 배터리 셀(100)이 적층 형성되는 배터리 적층체(200)와, 상기 배터리 적층체(200)를 형성하는 배터리 셀(100)을 서로 전기적으로 연결하는 버스바 조립체와, 상기 배터리 적층체(200) 및 버스바 조립체(300, 400)를 수납 보호하는 케이스(500)를 포함하여 이루어지며, 상기 버스바 조립체는 상기 배터리 적층체(200)의 양단에 형성되며 복수의 배터리 셀(100)의 전극탭을 전기적으로 연결하는 양단 버스바 조립체(300)와, 상기 배터리 적층체(200)의 최상단 또는 최하단에 배치된 배터리 셀(100)의 양단에 연결된 전극탭을 전기적으로 연결하는 횡단 버스바 조립체(400)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 케이스(500)는 상기 양단 버스바 조립체(300)와 전기적으로 연결되며 외부로 노출되는 출력 전극탭이 형성되는 터미널 플레이트(511)와, 상기 터미널 플레이트(511)의 양단에 결합되며 상기 출력 전극탭이 관통하는 개구부가 형성되는 양단 케이스 커버(510)와, 상기 배터리 적층체(200)의 측면에 결합되는 측면 케이스 커버(520)와, 상기 측면 케이스 커버(520)에 결합되며 냉각 유로를 형성하는 냉각 플레이트(540)와, 상기 횡단 버스바 조립체(400)의 상면과 하면에 결합되는 상하 케이스 커버(530)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 배터리 적층체(200)의 일단과 타단에 각각 상기 양단 버스바 조립체(300)를 결합하고, 상기 배터리 적층체(200)의 상측과 하측에 상기 횡단 버스바 조립체(400)를 결합하여, 배터리 셀(100)의 양단에 각각 한 쌍이 형성된 전극탭이 서로 전기적으로 연결되게 하고, 각각의 양단 버스바 조립체(300) 양단에 결합된 터미널 플레이트(511)의 출력단자(511-1)를 상기 횡단 버스바 조립체(400)와 전기적으로 연결하여, 사용자가 출력단자(511-1)를 통해 배터리 모듈의 전력을 사용 가능하게 한 후, 양단 케이스 커버(510)와, 상기 측면 케이스 커버(520)와, 상기 상하 케이스 커버(530)를 상기 터미널 플레이트(511)의 외면과, 상기 배터리 적층체(200)의 측면과, 상기 횡단 버스바 조립체(400)의 상하면에 결합하여 전기적으로 연결되는 각 구성요소를 보호하며, 상기 측면 케이스 커버(520)에 상기 냉각 플레이트(540)를 결합하여 상기 케이스(500) 내부에 위치되는 배터리 셀(100)을 냉각할 수 있게 한 것이다.
도 3는 본 발명에 따른 배터리 적층체가 버스바 조립체로 연결된 것을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 적층체를 구성하는 배터리 셀(100)의 사시도이고, 도 5는 배터리 적층체가 버스바 조립체로 연결된 것을 나타낸 전면도 및 후면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 셀(100)은 전극탭이 위치한 모서리의 길이보다 전극탭 사이의 모서리 길이가 훨씬 긴 장폭 또는 초장폭으로 형성되며, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 배터리 적층체(200)에 양단 버스바 조립체(300)와 횡단 버스바 조립체(400)가 결합되어 복수의 배터리 셀(100)이 서로 전기적으로 연결된다. 상세히 설명하면, 전극탭이 배터리 셀(100)의 양단에 하나씩 형성된 구조의 경우, 배터리 셀(100)의 폭이 길어지면 전극탭 사이의 길이가 길어져 내부저항이 높아지는 문제가 있으므로, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 적층체(200)를 형성하는 상기 배터리 셀(100)의 일단에 제1 양극탭(111)과 제1 음극탭(121)이 형성되고, 타단에 제2 양극탭(112)과 제2 음극탭(122)을 형성하여, 배터리 셀(100)의 양단에 모두 양극탭(111, 112)과 음극탭(121, 122)이 위치되게 한 것이다.
또한, 상기 배터리 셀(100)은 복수개가 모여 상기 배터리 적층체(200)를 형성하므로, 보다 높은 전압을 얻기 위하여 동일 단에 위치된 전극탭은 상기 양단 버스바 조립체(300)에 의해 직렬 또는 병렬로 연결된다. 도 5의 (a)를 참조하여 설명하면 배터리 적층체(200)의 일단에 위치되는 제1 양극탭(111)과 제1 음극탭(121)은 제1 양단 버스바(321)를 통해 서로 직렬 또는 병렬로 연결되고, 배터리 적층체(200)의 타단에 위치되는 제2 양극탭(121)과 제2 음극탭(122)은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 양단 버스바(322)를 통해 서로 전기적으로 연결되어, 사용자가 적층된 배터리 셀(100)을 통해 보다 높은 전압을 출력할 수 있는 것이다.
이때, 일단과 타단에 위치되는 배터리 셀(100)의 전극탭 중 어느 하나의 단에 위치되는 전극탭만 활성화 될 경우, 전극탭이 활성화되는 일단의 특정 영역 전류밀도가 높아져 활성화되는 전극탭이 결합되는 배터리 셀(100)의 특정 영역이 타 영역에 비하여 과열되고, 전류밀도가 높아지며 표면 압력이 상승하여 덴드라이트가 형성되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 도3 및 도 5에 도시된 바와 같이 일단에 위치되는 전극탭과 타단에 위치되는 전극탭이 서로 상기 횡단 버스바 조립체(400)를 통해 전기적으로 연결되며, 필요에 따라 병렬 및/또는 직렬로 연결되는 것을 권장한다. 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 배터리 셀(100)의 일단에는 제1 양극탭(111)과 제1 음극탭(121)이 형성되고, 타단에는 제2 양극탭(112)과 제2 음극탭(122)이 이와 서로 좌우 반전 배치되므로, 도 5에 도시된 바와 같이 배터리 적층체(200)의 상단에 결합되는 횡단 버스바 조립체(400)는 제1 양극탭(111)과 제2 양극탭(112) 또는 제1 음극탭(121)과 제2 음극탭(122)을 전기적으로 연결하고, 배터리 적층체(200)의 하단에 결합되는 횡단 버스바 조립체(400)는 상단에 결합되는 횡단 버스바 조립체(400)와 서로 반대되는 극성의 전극탭을 연결하여, 서로 타 단에 위치되며 양단 버스바 조립체(300)에 의해 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 전극탭이 전기적으로 연결되게 한 것이다.
따라서, 서로 다른 단에 위치되는 전극탭을 병렬 연결한 횡단 버스바 조립체(400)는 위에서 설명한 바와 같이 결합되는 터미널 플레이트(511)의 출력 전극탭과 전기적으로 연결되며, 사용자가 출력 전극탭을 이용할 때 배터리 셀(100)의 일단과 타단에 위치된 전극탭이 모두 활성화 되므로, 어느 한 단에 결합된 전극탭만 활성화 될 경우 전류가 밀집되며 발생하는 온도 불균형 현상을 최소화하고, 덴드라이트 형성을 방지할 수 있는 장점이 있으며, 상기 배터리 적층체(200)의 최상단에 결합되는 횡단 버스바 조립체(400)와 최하단에 결합되는 횡단 버스바 조립체(400)는 모두 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1 양단 버스바(321)와, 제2 양단 버스바(322)를 통해 연결될 수 있음은 물론이다.
도 6에는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 횡단 버스바 조립체를 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면 상기 횡단 버스바 조립체(400)는 전극탭을 전기적으로 연결하는 횡단 버스바(420)와, 상기 배터리 적층체(200)에 결합되며 상기 횡단 버스바(420)가 수납되는 횡단 버스바 플레이트(410)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상세히 설명하면, 횡단 버스바(420)가 외부로 노출될 경우 외부 충격에 의해 횡단 버스바(420)가 파손되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 횡단 버스바 플레이트(410)가 횡단 버스바(420)를 감싸 보호할 수 있게 한 것이다.
그리고, 상기 횡단 버스바 플레이트(410)는 횡단 버스바(420)가 수납되는 횡단 버스바 수용홈(412)과, 횡단 버스바 수용홈(412)의 가장자리에 형성되어 외부 강성을 보강하고 충격을 흡수하는 돌출 비드(411)를 포함할 수 있고, 상기 횡단 버스바(420)는 상기 전극탭과 결합되는 전극탭 연결부(421)와, 한 쌍의 상기 전극탭 연결부(421)를 전기적으로 연결하는 횡단 연결부(422)를 포함할 수 있다. 상세히 설명하면, 상부 및 하부 플레이트로 분리되는 상기 횡단 버스바 플레이트(410) 중 어느 하나 이상의 내측면에 상기 횡단 연결부(422)가 수납되는 상기 버스바 수용홈(412)이 형성되어, 버스바 수용홈(412) 상에 상기 횡단 연결부(422)를 삽입한 상태에서 상측 횡단 버스바 플레이트와 하측 버스바 플레이트를 결합하면, 횡단 버스바 플레이트(410)가 횡단 연결부(422)를 감싸 외부 충격으로부터 횡단 연결부(422)를 보호하게 되며, 횡단 연결부(422)의 길이방향 양측 단부에 형성되는 상기 전극탭 연결부(421)의 경우 하측 횡단 버스바 플레이트(410) 상에 형성된 탭 노출공(413)에 위치되어, 횡단 버스바 조립체(400)를 배터리 적층체(200)의 상측과 하측에 결합 시, 인접한 배터리 셀(100)의 전극탭이 끼워진 상기 제1 양단 버스바 또는 제2 양단 버스바(322)와 연결되는 것이다.
이때, 상기 버스바 플레이트(410)는 수납되는 상기 횡단 버스바(420)를 보다 효과적으로 보호하기 위하여, 상기 버스바 수용홈(412)의 가장자리에 돌출 비드(411)가 형성될 수 있고, 상기 돌출 비드(411)는 외부 충격 흡수율을 높이기 위하여 격자 형상의 구조를 가질 수 있다.
도 7에는 본 발명에 따른 배터리 셀 한 쌍이 방열 플레이트로 결합된 것을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 단면도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명인 배터리 모듈은 상기 배터리 셀(100)이 상측과 하측에 수납되는 방열 플레이트(210)를 더 포함할 수 있다. 상세히 설명하면 배터리 셀(100)의 경우 온도가 일정 이상으로 높아지게 되면 성능이 떨어지고 수명 또한 줄어드는 문제가 발생하게 되므로, 배터리 셀(100) 사이에 'H' 형태의 단면 구조를 가지는 방열 플레이트(210)를 위치시켜 배터리 셀(100)의 냉각이 보다 원활하게 이루어질 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 방열 플레이트(210)는 도 8에 도시된 바와 같이 상측과 하측에 위치되는 배터리 셀(100)의 상면 또는 하면과 접하는 중앙 방열 플레이트(210A)와, 배터리 셀(100)의 측면을 감싸는 가장자리 방열 플레이트(210B)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 중앙 방열 플레이트(210A)와 배터리 셀(100)이 접하는 제1 접촉면(211)과 가장자리 방열 플레이트(210B)가 배터리 셀(100)과 접하는 제2 접촉면(212)에 접착제(220)가 구비되어 배터리 셀(100)에서 발생하는 열이 보다 효율적으로 방열 플레이트(210)로 전달된 후 외부로 방출되게 할 수 있다.
그리고, 방열 플레이트(210)는 상기 가장자리 방열 플레이트(210B)의 상측과 하측 단부에 방열 플레이트(210)를 복수개 적층시 상측과 하측에 위치되는 각각의 방열 플레이트(210)를 결합하기 위한 연결부(214)가 형성될 수 있고, 가장자리 방열 플레이트(210B)의 측면에 상기 케이스(500)의 돌기가 삽입되는 조립홈(213)이 형성될 수 있으며, 상기 조립홈(213) 및 상기 연결부(214)의 상세한 구조에 관해서는 이후 좀더 상세히 설명하도록 한다.
도 9에는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 단면도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면 배터리 모듈(1000)은 방열 플레이트(210)의 상측과 하측에 상기 배터리 셀(100)이 수납된 후, 방열 플레이트(210)가 상하 적층되어 상기 배터리 적층체(200)를 형성할 수 있다. 그리고 상기 배터리 적층체(200)의 측면에 상기 측면 케이스 커버(520)가 결합되고, 다시 측면 케이스 커버(520)에 상하 케이스 커버(530)가 결합되어 배터리 적층체(200)를 감싸 보호할 수 있으며, 상기 측면 케이스 커버(520)에 다시 상기 냉각 플레이트(540)가 결합되어 냉각수 또는 냉매가 측면 케이스 커버(520)와 접하며 흐르게 할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 방열 플레이트(210)의 연결부(214)는 도 8에 도시된 바와 같이 결합돌기(214-1)와 결합돌기(214-1)가 끼워져 고정되는 결합홈(214-2)을 포함하여 이루어 지므로, 도 9에 도시된 바와 같이 방열 플레이트(210)가 적층되어 하나의 배터리 적층체(200)를 형성하게 된다. 그리고 이러한 배터리 적층체(200)는 각각의 방열 플레이트(210)가 서로 적층된 구조로 상하 방향으로 움직일 시 적층된 방열 플레이트(210)간의 결합이 해제될 수 있으므로, 방열 플레이트(210)의 외측면에 조립홈(213)을 형성하고 상기 측면 케이스 커버(520)에 상기 조립홈(213)에 끼워지는 측면 돌기부(521)를 형성하여, 상기 조립홈(213)에 상기 측면 돌기부(521)가 결합되어 방열 플레이트(210)의 상하방향 움직임이 제한되는 것이다. 또한 측면 돌기부(521)가 조립홈(213)에 끼워지며 방열 플레이트(210)와 측면 케이스 커버(520) 간의 접촉 면적이 늘어나게 되므로, 방열 플레이트(210)를 통해 배터리 셀(100)의 열이 보다 원활하게 측면 케이스 커버(520)로 전달되게 되며, 측면 케이스 커버(520)로 전달된 열은 측면 케이스 커버(520)에 결합되며 요철 단면 형상을 가지는 냉각 플레이트(540)가 형성하는 냉각유로(541)를 흐르는 냉각수 또는 냉매에 흡수되는 것이다.
이때, 상기 냉각유로(541)는 상기 냉각 플레이트(540) 상에 형성되며 외측에서 상기 측면 케이스 커버(520)와 마주보는 내측으로 돌출되는 복수개의 패턴 돌기(542)에 의해 형성되며, 상기 패턴돌기(542)의 형상 및 배치에 대응하여 냉각유로(541)의 유로 단면적과 형상이 가변되므로, 패턴돌기(542)의 형상 또는 배치 형태를 조절하여 냉각유로(541)를 통과하는 냉각수 또는 냉매가 특정 지역에서 와류를 형성하게 할 수 있다. 상세히 설명하면 냉각유로(541)가 직선형 구조를 가질 경우, 냉각수 또는 냉매가 냉각유로(541)에 잔류하는 시간이 줄어들어 열교환 효율이 저감되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 패턴돌기(542)로 냉각유로(541)가 곡선형 구조를 가지게 하여, 냉각유로(541)를 통과하는 냉각수 또는 냉매가 패턴돌기(542)에 부딪히며 와류를 형성할 수 있게 한 것이다. 그리고 냉각유로(541)를 통과하는 냉각수 또는 냉매가 와류를 형성하게 하기 위한 패턴돌기(542)의 형성과 배치는 다양한 형태일 수 있으며, 일 실시예로는 냉각 플레이트(540)의 일단에 배열되는 패턴돌기와 이와 인접한 패턴돌기가 상하 방향으로 서로 어긋나게 배치되게 하여, 냉각유로(541)를 통과하는 냉각수 또는 냉매가 패턴돌기(542)에 부딪혀 와류를 형성하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방열 플레이트(210)를 적층하여 상기 배터리 적층체(200)를 형성 시 서로 다른 방열 플레이트(210)에 수납된 배터리 셀(100) 사이에 빈 공간이 형성될 수 있으며, 이러한 빈 공간에는 배터리 셀(100)이 방열 플레이트(210)에서 탈거되거나, 배터리 셀(100)이 서로 충돌하는 것을 방지하기 위한 완충패드(230)가 구비될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 배터리 셀 부분 확대도이고, 도 11과 도 12는 전극탭과 양단 버스바의 결합 구조를 나타내기 위한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 배터리 셀(100)에 결합되는 전극탭 상에 굴곡부(130)가 형성되는 것을 권장한다. 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 셀(100)은 제1 양극탭(111), 제2 양극탭(112), 제1 음극탭(121), 제2 음극탭(122)이 형성되며, 이러한 전극탭(T)은 도 11에 도시된 바와 같이 제1 양단 버스바(321) 또는 제2 양단 버스바(322)에 형성된 슬릿에 끼워진 후 버스바와 용접 결합되므로. 전극탭(T)에 굴곡부(130)를 형성하여 외부 진동 또는 충격을 굴곡부(130)에서 흡수하여 전극탭(T)과 굴곡부(130)간의 결합 상태 손상 또는 전극탭(T) 자체의 손상을 최소화 한 것이다. 이때 상기 굴곡부(130)는 도 11에 도시된 바와 같이 전극탭(T)을 양단 버스바에 형성된 슬릿에 삽입 시 버스바가 안착되므로, 용접을 용이하게 하기 위한 구성으로 사용될 수 있으며, 레이저를 이용하여 전극탭(T)과 양단 버스바(321, 322)를 용접 시 레이저가 양단 버스바 상에 형성된 슬릿을 통과하여 배터리 셀(100)로 직접 조사되는 것을 방지 가능하다. 그리고 상기 배터리 셀(100)은 상기 전극탭(T)이 인출되는 위치를 밀봉함과 동시에 배터리 셀(100)에서 인출되는 전극탭(T)의 연결부를 감싸 전기적 절연상태를 확보하는 실런트부(140)를 더 포함할 수 있으며, 상기 실런트부(140)는 상기 양단 버스바의 슬릿에 삽입되는 단부를 제외한 상기 굴곡부(130)와 굴곡부(130)와 전극탭 인출부 사이의 영역을 감싸는 형태일 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 양단 버스바 조립체(300)를 나타낸 분해 사시도이다.
도 13을 참조하면 상기 양단 버스바 조립체(300)는 위에서 설명한 바와 같이 상기 배터리 적층체(200)에 결합되는 양단 버스바 플레이트(310)와, 상기 양단 버스바 플레이트(310)에 결합되어 상기 양극탭과 음극탭을 직렬 또는 병렬로 연결하는 양단 버스바(320)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상세히 설명하면 양단 버스바(320)가 양단 버스바 플레이트(310)를 감싸 양단 버스바(320)가 외부로 노출되는 것을 제한하는 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 터미널 플레이트(511)를 나타낸 분해 사시도이다.
도 14를 참조하면 상기 터미널 플레이트(511)는 수납부가 형성되는 프로텍터 아우터(511-2)와, 상기 프로텍터 아우터의 수납홈에 끼워지며 상기 양단 버스바(320)와 전기적으로 연결되는 출력단자(511-1)와, 수납부에 끼워진 출력단자(511-1)를 프로텍터 아우터(511-2)에 결합하는 프로텍터 인너(511-3)를 포함하여 이루어진다. 상세히 설명하면, 양단 버스바(320)와 전기적으로 연결되는 출력단자(511-1)를 버프로텍터 아우터(511-2)와 프로텍터 인너(511-3)로 감싸 외부에서 인가되는 충격에 의해 파손되는 것을 방지함과 동시에, 외부로 노출되는 표면적을 최소화 하여 절연성을 높인 것이다.
도 15는 본 발명에서 상기 터미널 플레이트(511)의 일단과 타단에 결합되는 한 쌍의 양단 케이스 커버(510)를 나타낸 사시도이다.
도 15를 참조하면 상기 양단 케이스 커버(510)는 상기 냉각 플레이트(540)에 형성된 상기 냉각유로(541)와 연통되는 냉각유로 연결부(510-1)가 형성된다. 상세히 설명하면 본 발명에서 상기 냉각 플레이트(540)가 상기 배터리 적층체(200)의 일측과 타측 측면에 각각 구비되고, 각각의 냉각 플레이트(540) 상에 냉매 또는 냉각수가 이동하는 냉각유로(541)가 형성되므로, 본 발명에서는 상기 냉각유로 연결부(510-1)로 서로 떨어져 있는 상기 냉각유로(541)를 연결하여, 냉매 또는 냉각수가 배터리 모듈의 가장자리를 따라 움직이며 배터리를 냉각 가능한 순환 유로를 형성하게 한 것이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 배터리 셀
110 : 양극탭 120 : 음극탭
130 : 굴곡부
200 : 배터리 적층체
210 : 방열 플레이트
213 : 측면 조립홈 214 : 상하 연결부
220 : 접착제 230 : 완충패드
300 : 양단 버스바 조립체
310 : 양단 버스바 플레이트
320 : 양단 버스바
400 : 횡단 버스바 조립체
410 : 횡단 버스바 플레이트
411 : 돌출 비드
420 : 횡단 버스바
421 : 전극탭 연결부 422 : 횡단 연결부
500 : 케이스
521 : 측면 돌기부 540 : 냉각 플레이트

Claims (13)

  1. 일단에 복수의 전극탭을 가지고 타단에 복수의 전극탭을 가져, 전체적으로 두개 이상의 양극 전극탭과 두개 이상의 음극 전극탭을 가지는 배터리 셀;
    상기 배터리 셀이 적층 형성된 배터리 적층체;
    상기 배터리 적층체의 양단에 형성되며, 복수의 배터리 셀의 전극탭을 직렬 또는 병렬 연결하는 양단 버스바 조립체;
    상기 배터리 적층체의 최상단 또는 최하단에 배치된 배터리 셀의 전극탭을 전기적 연결하는 횡단 버스바 조립체; 및
    상기 배터리 적층체, 양단 버스바 조립체, 횡단 버스바 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고,
    상기 양단 버스바 조립체 각각은 동일 단에 위치되는 전극탭을 전기적으로 연결하는 복수개의 양단 버스바와, 상기 양단 버스바를 감싸며 상기 배터리 적층체에 결합되는 양단 버스바 플레이트를 포함하고,
    상기 횡단 버스바 조립체는 전극탭을 전기적으로 연결하는 횡단 버스바와, 상기 배터리 적층체에 결합되며 상기 횡단 버스바가 수납되는 횡단 버스바 플레이트를 포함하는, 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 횡단 버스바는 상기 전극탭과 결합되는 전극탭 연결부와, 한 쌍의 상기 전극탭 연결부를 전기적으로 연결하는 횡단 연결부를 포함하고,
    상기 횡단 버스바 플레이트는 상기 횡단 버스바와 상기 횡단 연결부가 수납되는 횡단 버스바 수용홈을 포함하는, 배터리 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 횡단 버스바 수용홈의 가장자리에 형성되어 외부 충격을 흡수하는 돌출 비드를 포함하는, 배터리 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양단 버스바는 일단에 위치되는 상기 전극탭을 전기적으로 연결하는 제1 양단 버스바와, 타단에 위치되는 상기 전극탭을 전기적으로 연결하는 제2 양단 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 양단 버스바와 상기 제2 양단 버스바는 상기 전극탭이 끼워지는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 양단 버스바 조립체는 상기 배터리 적층체의 일단과 타단에 위치되는 복수개의 전극탭을 각각 직렬 또는 병렬로 연결하고, 상기 횡단 버스바 조립체는 상기 양단 버스바 조립체에 의해 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 한 쌍의 전극탭을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 양단 버스바 조립체는 상기 양단 버스바 조립체의 일단과 타단에 각각 위치된 다른 극성의 전극탭을 직렬 또는 동일 극성의 전극탭을 병렬 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배터리 적층체의 최상단과 최하단에 배치된 상기 횡단 버스바 조립체는 서로 다른 극성의 전극탭을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 양단 버스바 조립체와 전기적으로 연결되는 출력 전극탭이 형성되는 터미널 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 터미널 플레이트를 감싸며 상기 출력 전극탭이 관통되는 개구부가 형성되는 양단 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 배터리 적층체의 측면에 결합되는 측면 케이스 커버와, 상기 측면 케이스 커버에 결합되어 냉각 유로를 형성하는 냉각 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 측면 케이스 커버는 상기 양단 버스바 조립체에 형성된 홈에 삽입되는 측면 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 횡단 버스바 조립체의 상면과 하면에 결합되는 상하 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
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