KR20230082198A - 배터리 모듈 어셈블리 - Google Patents

배터리 모듈 어셈블리 Download PDF

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손성만
유경선
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Abstract

배터리 모듈 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 복수개의 배터리 셀이 일방향으로 적층되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리로서, 상하 방향으로 세워진 복수개의 배터리 셀이 수평 방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성되고, 상기 배터리 셀의 양단부의 전극리드들에 대응하는 위치에 각각 배치되며, 상기 전극리드들이 관통된 상태로 고정되는 제1탭과 제2탭, 상기 배터리 셀의 수평 방향의 일측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제1커버, 상기 배터리 셀의 수평 방향의 타측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제2커버, 및 상기 제1, 제2탭에 각각 고정되고, 상기 배터리 셀들과 연결되는 전압센서가 장착되는 인쇄회로기판을 포함한다.

Description

배터리 모듈 어셈블리{BATTERY MODULE ASSEMBLY}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구조로 복수개의 배터리 셀을 패키징 할 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 조립 구성품을 최소화하여 간단한 구조로 배터리 셀들을 패키징할 수 있어 조립공수를 줄이고, 경량화가 가능한 배터리 모듈 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복수개의 배터리 셀이 일방향으로 적층되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리로서, 상하 방향으로 세워진 복수개의 배터리 셀이 수평 방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성되고, 상기 배터리 셀의 양단부의 전극리드들에 대응하는 위치에 각각 배치되며, 상기 전극리드들이 관통된 상태로 고정되는 제1탭과 제2탭, 상기 배터리 셀의 수평 방향의 일측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제1커버, 상기 배터리 셀의 수평 방향의 타측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제2커버, 및 상기 제1탭과 제2탭에 각각 고정되고, 상기 배터리 셀들과 연결되는 전압센서가 장착되는 인쇄회로기판을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1탭과 제2탭에는 상기 전극리드들에 대응하여 복수개의 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯들을 통해 상기 전극리드들이 관통 설치되어 일방향으로 절곡된 상태로, 용접 접합될 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2탭과 인쇄회로기판 사이에는 적어도 하나의 커넥터가 장착되어 상기 배터리 셀들과 상기 전압센서를 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1탭과 제2탭에는 음극 및 양극 버스바가 각각 장착될 수 있다.
또한, 상기 제1탭과 제2탭은 상면에 배터리 팩에 연결되는 연결볼트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1커버와 제2커버는 상호 결합되는 상면과 하면에 각각 에어홀이 형성되며, 상기 각 에어홀을 통해 상기 배터리 셀들이 배치되는 내부로 공기가 관통하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀 사이사이에는 세퍼레이터가 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 폼(foam) 재질로 이루어져 인접한 상기 배터리 셀을 보호함과 동시에, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 공간을 확보하여 냉각을 위한 공기가 통과하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 조립 구성품을 최소화하여 간단한 구조로 복수개의 배터리 셀을 패키징할 수 있어 조립공수를 줄이고, 경량화가 가능하다.
결과적으로 상기 배터리 모듈 어셈블리는 원가를 절감하고 사업성을 개선할 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 구성도이다.
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 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 부분 확대도이다.
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 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 공정도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 부분 확대도이다.
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 제1탭(30), 제2탭(31), 제1커버(40), 제2커버(41), 및 인쇄회로기판(50)을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 복수개의 배터리 셀(1)이 일방향, 예를 들어, 좌,우방향으로 적층되어 패키징됨으로써 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상하 방향으로 세워진 복수개의 배터리 셀(1)이 좌,우방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성된다.
상기 제1탭(30)과 제2탭(31)은 상기 배터리 셀(1)의 양단부의 전극리드(10)들에 대응하는 위치에 각각 배치된다.
상기 제1탭(30)과 제2탭(31)은 상기 전극리드(10)들이 관통된 상태로 고정될 수 있다.
상기 제1탭(30)과 제2탭(31)에는 상기 전극리드(10)들에 대응하여 복수개의 슬롯(33)이 형성된다.
상기 제1탭(30)과 제2탭(31)에는 상기 슬롯(33)들을 통해 상기 전극리드(10)들이 관통 설치되어 일방향으로 절곡된 상태로, 용접 접합될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극리드(10)들은 상기 제1탭(30)과 제2탭(31)에 레이저 용접을 통해 접합될 수 있다.
또한, 상기 제1탭(30)과 제2탭(31)에는 음극 버스바(35) 및 양극 버스바(37)가 각각 장착되어 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제1탭(30)과 제2탭(31)의 상면에는 배터리 팩에 연결되는 연결볼트(39)가 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)가 일정개수 모여 전기자동차의 하부에 구성되는 배터리 팩이 될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상기 연결볼트(39)를 통해 상기 배터리 팩에 고정될 수 있는 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1커버(40)는 상기 배터리 셀(1)의 수평 방향, 즉, 좌,우방향의 일측을 감싼 상태로, 상기 제1, 제2탭(30, 31)에 장착된다.
상기 제2커버(41)는 상기 제1커버(40)에 대향되는 위치에서, 상기 배터리 셀(1)의 수평 방향, 즉, 좌,우방향의 타측을 감싼 상태로, 상기 제1, 제2탭(30, 31)에 장착된다.
상기 제1커버(40)와 제2커버(41)는 상호 결합되는 상면과 하면에 각각 에어홀(43)이 형성된다.
상기 제1커버(40)와 제2커버(41)에는 각 에어홀(43)을 통해 상기 배터리 셀(1)들이 배치되는 내부로 공기가 관통하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1커버(40)와 제2커버(41)의 상면에 형성된 에어홀(43)을 통해 공기가 유입되고, 상기 제1커버(40)와 제2커버(41)의 하면에 형성된 에어홀(43)을 통해 공기가 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 인쇄회로기판(50)은 상기 제1, 제2탭(30, 31)에 각각 고정된다.
상기 인쇄회로기판(50)에는 상기 배터리 셀(1)들과 연결되는 전압센서(51)가 장착된다.
상기 제1, 제2탭(30, 31)과 인쇄회로기판(50) 사이에는 적어도 하나의 커넥터(53)가 장착된다.
상기 커넥터(53)는 상기 배터리 셀(1)들과 상기 전압센서(51)를 전기적으로 연결할 수 있다.
한편, 상기 복수개의 배터리 셀(1) 사이사이에는 세퍼레이터(60)가 각각 배치된다.
이때, 상기 세퍼레이터(60)는 폼(foam) 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 세퍼레이터(60)는 상기 배터리 셀(1)을 보호함과 동시에, 상기 배터리 셀(1)과 배터리 셀(1) 사이의 공간을 확보하여 냉각을 위한 공기가 통과하도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 상기 제1커버(40)와 제2커버(41)의 상면에 형성된 에어홀(43)을 통해 공기가 유입되고, 상기 세퍼레이터(60)에 의해 형성된 배터리 셀(1) 사이의 공간으로 공기가 통과한 후, 상기 제1커버(40)와 제2커버(41)의 하면에 형성된 에어홀(43)을 통해 공기가 배출될 수 있다.
이로써, 상기 배터리 셀(1)의 냉각이 이루어질 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 조립 구성품을 최소화하여 간단한 구조로 배터리 셀(1)들을 패키징할 수 있어 조립공수를 줄이고, 경량화가 가능하다.
결과적으로 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 원가를 절감하고 사업성을 개선할 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: 제1탭
31: 제2탭
33: 슬롯
35: 음극 버스바
37: 양극 버스바
39: 연결볼트
40: 제1커버
41: 제2커버
43: 에어홀
50: 인쇄회로기판
51: 전압센서
53: 커넥터
60: 세퍼레이터

Claims (8)

  1. 복수개의 배터리 셀이 일방향으로 적층되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리로서,
    상하 방향으로 세워진 복수개의 배터리 셀이 수평 방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성되고, 상기 배터리 셀의 양단부의 전극리드들에 대응하는 위치에 각각 배치되며, 상기 전극리드들이 관통된 상태로 고정되는 제1탭과 제2탭;
    상기 배터리 셀의 수평 방향의 일측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제1커버;
    상기 배터리 셀의 수평 방향의 타측을 감싼 상태로, 상기 제1탭과 제2탭에 장착되는 제2커버; 및
    상기 제1탭과 제2탭에 각각 고정되고, 상기 배터리 셀들과 연결되는 전압센서가 장착되는 인쇄회로기판;
    을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1탭과 제2탭에는 상기 전극리드들에 대응하여 복수개의 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯들을 통해 상기 전극리드들이 관통 설치되어 일방향으로 절곡된 상태로, 용접 접합되는 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2탭과 인쇄회로기판 사이에는 적어도 하나의 커넥터가 장착되어 상기 배터리 셀들과 상기 전압센서를 연결하는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1탭과 제2탭에는
    음극 및 양극 버스바가 각각 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1탭과 제2탭은
    상면에 배터리 팩에 연결되는 연결볼트를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1커버와 제2커버는
    상호 결합되는 상면과 하면에 각각 에어홀이 형성되며, 상기 각 에어홀을 통해 상기 배터리 셀들이 배치되는 내부로 공기가 관통하도록 구성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀 사이사이에는 세퍼레이터가 각각 배치되는 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는
    폼(foam) 재질로 이루어져 인접한 상기 배터리 셀을 보호함과 동시에, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 공간을 확보하여 냉각을 위한 공기가 통과하도록 구성되는 배터리 모듈 어셈블리.
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