KR20230082197A - 배터리 모듈 어셈블리 - Google Patents

배터리 모듈 어셈블리 Download PDF

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손성만
윤우림
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Abstract

배터리 모듈 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 복수개 적층된 배터리 셀을 적층방향으로 제한하도록 상기 배터리 셀들에 끼워지는 클램퍼, 상기 클램퍼에 의해 클램핑된 복수개의 배터리 셀이 적층방향과 교차되는 방향으로 슬라이드 삽입되는 케이스, 및 상기 케이스를 폐쇄하고, 음극 버스바와 양극 버스바가 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되도록 구성되는 캡부재를 포함한다.

Description

배터리 모듈 어셈블리{BATTERY MODULE ASSEMBLY}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립공정을 최소화 및 단순화시킬 수 있는 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다.
따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다.
또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다.
따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩은, 최근 들어, 슬림화 트렌드에 따라 보다 컴팩트한 사이즈를 확보하면서 고에너지 밀도를 구현할 수 있는 배터리 모듈이나 배터리 팩의 수요가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
이에 따라, 배터리 모듈이나 배터리 팩 내에 구비되는 배터리 셀들의 용적률을 보다 더 확보하면서 보다 더 컴팩트한 사이즈를 구현할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 박스 형상의 케이스를 적용하여 배터리 셀들을 패키징함으로써, 조립부품수와 조립공수를 최소화하여 원가를 절감할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 박스 형상의 케이스의 적용으로 볼팅 및 조립점 등을 최소화함으로써, 누설전류 및 절연저항 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복수개 적층된 배터리 셀을 적층방향으로 제한하도록 상기 배터리 셀들에 끼워지는 클램퍼, 상기 클램퍼에 의해 클램핑된 복수개의 배터리 셀이 적층방향과 교차되는 방향으로 슬라이드 삽입되는 케이스, 및 상기 케이스를 폐쇄하고, 음극 버스바와 양극 버스바가 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되도록 구성되는 캡부재를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 클램퍼는 상기 배터리 셀의 하단부를 감싸도록 형성되고, 각 상기 배터리 셀이 끼워지도록 끼움홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 클램퍼에는 상기 배터리 셀의 전극리드들과 연결되는 인쇄회로기판이 장착될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀 사이사이에는 적어도 하나의 세퍼레이터가 배치되어 상기 배터리 셀 사이의 갭을 형성할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 배치되는 바디, 및 상기 바디의 양측 단부에 형성되고, 상기 배터리 셀의 외측으로 노출되는 걸림돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이스에는 상기 갭과 연결되는 마주보는 양측면에 에어홀이 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡부재에는 배터리 팩에 연결을 위한 장착볼트가 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 박스 형상의 케이스를 적용함으로써, 조립부품수와 조립공수를 최소화하여 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 상기 케이스의 적용으로 볼팅 및 조립점 등을 최소화함으로써, 누설전류 및 절연저항 성능을 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4와 도 7는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 순서를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 복수개의 배터리 셀(1)이 적층되어 패키징됨으로써 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀(1)은 양극판(3), 분리막(5), 및 음극판(7)의 순서로 파우치(9)에 의해 패키징되어 하나의 세트로 이루어질 수 있다.
상기 파우치(9)의 내부에는 전해질이 충진될 수 있다.
또한, 상기 파우치(9)의 외부로는 상기 양극판(3) 및 음극판(7)의 각 전극리드(10)들이 노출되도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)에 적용되는 배터리 셀(1)은 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)의 사양에 따라 그 개수가 정해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
본 명세서에서는 도 2의 방향을 차량에 적용되는 기준방향으로 정의하며, 상기 기준방향을 기본으로 상,하,좌,우로 표현하고, 상,하방향을 차고방향, 좌,우방향은 차폭방향, 전,후방향을 차체길이방향으로 정의될 수 있다.
이러한 기준방향은 상대적인 방향으로, 차량에 적용되는 경우에 따라, 변경하여 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상기한 배터리 셀(1)이 복수개 적층되어 패키징됨으로써 이루어질 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 세퍼레이터(30), 클램퍼(40), 케이스(60), 및 캡부재(70)를 포함한다.
상기 배터리 셀(1)은 양측의 전극리드(10)들이 각각 수평방향으로 배치된 상태로, 세워져 적층된다.
이때, 상기 배터리 셀(1) 사이사이에는 적어도 하나의 세퍼레이터(30)가 배치된다.
상기 세퍼레이터(30)는 상기 배터리 셀(1) 사이의 갭(35)을 형성하기 위함이다.
이러한 세퍼레이터(30)는 바디(31)와 걸림돌기(33)를 포함한다.
상기 바디(31)는 인접한 상기 배터리 셀(1)과 배터리 셀(1) 사이에 배치되는 평평한 막대 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 걸림돌기(33)는 상기 바디(31)의 양측 단부에 형성되고, 상기 배터리 셀(1)의 외측으로 노출된다.
상기 걸림돌기(33)는 상기 배터리 셀(1)의 두께에 대응하여 그 형상 및 크기가 설정될 수 있다.
이러한 세퍼레이터(30)는 상기 배터리 셀(1)과 배터리 셀(1) 사이의 갭(35)을 형성하여 공기가 통과되게 함으로써, 상기 배터리 셀(1)의 냉각을 이룰 수 있다.
그리고 상기 클램퍼(40)는 복수개 적층된 배터리 셀(1)을 적층방향으로 제한하도록 상기 배터리 셀(1)들에 끼워질 수 있다.
이러한 클램퍼(40)는 상기 배터리 셀(1)의 하단부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 클램퍼(40)는 각 상기 배터리 셀(1)이 끼워지는 끼움홈(41)을 포함할 수 있다.
상기 클램퍼(40)에는 상기 배터리 셀(1)의 전극리드(10)들과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(50, ICB: Inter Connect Board)이 장착된다.
상기한 클램퍼(40)에 의해 클램핑된 복수개의 배터리 셀(1)은 케이스(60)에 끼워진다.
즉, 상기 배터리 셀(1)들과 클램퍼(40)는 상기 배터리 셀(1)들의 적층방향과 교차되는 방향으로 상기 케이스(60)에 슬라이드 삽입될 수 있다.
이러한 케이스(60)는 박스 형상으로 이루어져 상기 배터리 셀(1)들이 삽입되는 일면만 개방된 구조로 이루어진다.
상기 케이스(60)에는 상기 갭(35)과 연결되는 마주보는 양측면에 에어홀(61)이 각각 형성된다.
즉, 상기 에어홀(61)은 상기 배터리 셀(1)과 배터리 셀(1) 사이사이에 형성되어 상기 갭(35)과 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 케이스(60)는 상면에 형성된 에어홀(61)로 공기가 유입되고, 상기 갭(35)을 통과한 후, 하면에 형성된 에어홀(61)로 공기가 배출되도록 구성될 수 있다.
상기 케이스(60)에는 캡부재(70)가 장착된다.
상기 캡부재(70)는 상기 케이스(60)의 내부로 상기 배터리 셀(10들이 슬라이드 삽입되면, 그 내부를 폐쇄한다.
상기 캡부재(70)에는 음극 버스바(71)와 양극 버스바(73)가 상기 배터리 셀91)과 전기적으로 연결되도록 구성된다.
또한, 상기 캡부재(70)에는 배터리 팩(미도시)에 연결을 위한 장착볼트(80)가 구성될 수 있다.
상기 장착볼트(80)는 상기 캡부재(70)의 상면에 구성된다.
상기 장착볼트(80)는 캡부재의 상면에도 구성될 수 있다.
상기한 배터리 모듈 어셈블리(20)는 일정개수 모여 전기자동차의 하부에 구성되는 배터리 팩이 될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상기 장착볼트(80)를 통해 상기 배터리 팩에 고정될 수 있는 것이다.
도 4와 도 7는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 순서를 설명하기 위한 도면이다.
상기와 같은 배터리 모듈 어셈블리를 조립하는 조립 순서는 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 셀에 세퍼레이터가 접착된다.
도 5를 참조하면, 상기 세퍼레이터를 접착시킨 상기 배터리 셀이 설정개수만큼 적층된다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 셀들의 하부에 클램퍼가 장착된다.
더불어, 상기 배터리 셀의 전극리드들에 음극 버스바, 양극 버스바 및 인쇄회로기판이 연결된다.
도 7을 참조하면, 상기 클램퍼에 의해 클램핑된 배터리 셀들이 케이스에 슬라이드 삽입된다.
마지막으로, 캡부재가 장착되어 상기 배터리 셀들이 패키징된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 박스 형상의 케이스(60)를 적용함으로써, 조립부품수와 조립공수를 최소화하여 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상기 케이스(60)의 적용으로 볼팅 및 조립점 등을 최소화함으로써, 누설전류 및 절연저항 성능을 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 경량화하면서도 내구성을 확보할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 배터리 셀
3: 양극판
5: 분리막
7: 음극판
9: 파우치
10: 전극리드
20: 배터리 모듈 어셈블리
30: 세퍼레이터
31: 바디
33: 걸림돌기
35: 갭
40: 클램퍼
41: 끼움홈
50: 인쇄회로기판
60: 케이스
61: 에어홀
70: 캡부재
71: 음극 버스바
73: 양극 버스바
80: 장착볼트

Claims (7)

  1. 복수개 적층된 배터리 셀을 적층방향으로 제한하도록 상기 배터리 셀들에 끼워지는 클램퍼;
    상기 클램퍼에 의해 클램핑된 복수개의 배터리 셀이 적층방향과 교차되는 방향으로 슬라이드 삽입되는 케이스; 및
    상기 케이스를 폐쇄하고, 음극 버스바와 양극 버스바가 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되도록 구성되는 캡부재;
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클램퍼는
    상기 배터리 셀의 하단부를 감싸도록 형성되고, 각 상기 배터리 셀이 끼워지도록 끼움홈을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클램퍼에는
    상기 배터리 셀의 전극리드들과 연결되는 인쇄회로기판이 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀 사이사이에는
    적어도 하나의 세퍼레이터가 배치되어 상기 배터리 셀 사이의 갭을 형성하는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는
    상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 배치되는 바디; 및
    상기 바디의 양측 단부에 형성되고, 상기 배터리 셀의 외측으로 노출되는 걸림돌기;
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 케이스에는
    상기 갭과 연결되는 마주보는 양측면에 에어홀이 각각 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캡부재에는
    배터리 팩에 연결을 위한 장착볼트가 구성되는 배터리 모듈 어셈블리.
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