WO2014178565A1 - 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 - Google Patents

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 Download PDF

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WO2014178565A1
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battery module
cells
battery
lower frame
upper frame
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PCT/KR2014/003564
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김성종
조재양
안순호
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly to a battery module included in a vehicle battery pack.
  • the secondary battery has high applicationability and high electrical energy characteristics such as high energy density according to the product group, and is not only a portable device but also an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) driven by an electric driving source. It is applied universally.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of drastically reducing the use of fossil fuels is generated but also no by-products of energy use are generated.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the operating voltage of the unit secondary battery cell is about 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a plurality of secondary battery cells may be connected in series to configure a battery pack.
  • the battery pack may be configured by connecting a plurality of secondary battery cells in parallel according to charge and discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of secondary battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge and discharge capacity.
  • the present invention has been made in view of the prior art as described above, and an object thereof is to provide a battery module included in a battery pack for an automobile.
  • Battery module for achieving the above technical problem a plurality of cylindrical secondary battery cells (hereinafter 'cell'); A plurality of grooves corresponding to the outer shape of the cell are formed, the grooves having an upper frame open to expose the electrodes of the cells to the outside; and a plurality of grooves corresponding to the outer shape of the cell are formed And the grooves have a lower frame which is open to expose the electrodes of the cells to the outside, wherein the grooves have an upper end of the groove formed in the upper frame and a lower end of the groove formed in the lower frame.
  • a cell stopper is formed to cover a portion of the top and bottom of the cells so that the cells do not leave the groove.
  • the cells are arranged in three rows.
  • the cells may be arranged in ten columns.
  • the cells are repeatedly arranged in three rows and two rows.
  • the upper frame and the lower frame is formed with a screw thread at a position corresponding to each other, the upper frame and the lower frame is coupled by the screw and the screw.
  • the cell stopper is located in the space between the grooves are disposed and is rectangular.
  • the grooves formed in the upper frame and the lower frame, respectively are arranged at intervals of 2mm ⁇ 10mm.
  • a protrusion is formed at an upper end of the upper frame, and an indentation corresponding to the shape and position of the protrusion is formed at the lower end of the lower frame.
  • the cell stopper formed in the upper frame is formed with a protrusion
  • the cell stopper formed in the lower frame is formed with an indentation corresponding to the shape of the protrusion.
  • one side of the upper frame or the lower frame is formed with a connection for coupling with another battery module.
  • the connecting portion ' ' or ' Can have a shape.
  • one side of the upper frame or the lower frame is formed with a screw thread for connection with the inner case.
  • the upper frame and the lower frame have different colors.
  • the upper frame and the lower frame is made of a polymer material.
  • the polymer material may be polycarbonate, acrylonitrile-butadiene-styrene resin, or polycarbonate (PC) and acrylonitrile-butadiene-styrene which do not contain halogenated elements. It may be a mixture of resins (ABS).
  • a battery module that can form a mechanically stable connection when configuring a plurality of battery module assemblies.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram showing an arrangement of cells according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module illustrated in FIG. 3 taken along line AA ′.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating part B of the battery module illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a battery pack 1 including a battery module 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 illustrated in FIG. 1 is an automotive battery pack 1 that may be mounted on an automobile, a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), and the like.
  • HEV hybrid vehicle
  • EV electric vehicle
  • the size of the battery pack 1 is in accordance with the standard of the automotive standard battery. Therefore, the battery pack 1 may have a hexahedron shape as a whole.
  • the battery module 60 may also have a size to comply with the standard of the automotive standard battery.
  • sizes of the battery pack 1 and the battery module 60 are not limited to the above examples, and the lengths of the width, length, and height may vary according to embodiments.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery pack 1 including a battery module 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may have an operating voltage of 12V for an automobile.
  • the secondary battery cell 62 according to an embodiment of the present invention may have an operating voltage of 3V. Therefore, the four battery modules 60 may be connected in series to form the battery module assembly 50.
  • the battery module assembly 50 and the inner case 30 are embedded between the upper pack case 10 and the lower pack case 70 to constitute the battery pack 1.
  • the battery module 60 included in the battery pack 1 will be described.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery module 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 60 includes an upper frame 61, a plurality of cylindrical secondary battery cells 62 (hereinafter, referred to as “cells”), and a lower frame 63.
  • Each cell 62 may be a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, or the like, which is rechargeable and must take charge or discharge voltage into consideration.
  • the number of cells included in the battery module 60 may vary.
  • the cells 62 are arranged in three rows.
  • the cells 62 may be arranged in ten rows.
  • 3 is a battery module 60 including 30 cells 62, in which 30 cells 62 are arranged in three rows and ten columns.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram showing an arrangement of cells 62 according to another embodiment of the present invention.
  • the cells 62 are arranged in such a manner that the arrangement of three rows and two rows is repeated. That is, as shown in FIG. 4, the cells 62 are arranged repeatedly in three rows and two rows. 4 shows only the arrangement of the cells 62 without the upper frame 61 and the lower frame 63 for ease of understanding. In arranging the cylindrical cells, they may be arranged as in the embodiment shown in FIG. 4 to minimize the space occupied by the cells 62.
  • FIGS. 3 and 4 the arrangement of the cells 62 shown in FIGS. 3 and 4 is just one example. However, for convenience of description, description will be made with reference to the embodiment illustrated in FIG. 3.
  • a battery module 60 includes a plurality of cells 62 interposed between the upper frame 61 and the lower frame 63. That is, the upper frame 61 and the lower frame 63 define a space in which a plurality of cells 62 are arranged. In addition, the arranged cells 62 serve to hold mechanically fixed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module 60 shown in FIG. 3 taken along the line AA ′.
  • the upper thread 61 and the lower frame 63 is formed with a screw thread 64 at a position corresponding to each other.
  • the screw 64 Through the screw 64, the upper frame 61 and the lower frame 63 may be coupled by screws 64-1.
  • the number and positions of the threads 64 and the screws 64-1 may be variously designed.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating part B of the battery module 60 shown in FIG. 3.
  • the upper frame 61 is provided with a plurality of grooves 65 corresponding to the outer shape of the cell 62.
  • the grooves 65 are open at an upper end thereof so that the electrodes of the cells 62 may be exposed to the outside.
  • a cell stopper 69 is formed at an upper end of the groove 65 formed in the upper frame 61. The cell stopper 69 covers a part of the upper end of the cells 62 so that the cells 62 do not escape from the groove 65, and the cell stopper 69 vibrates vertically of the cells 62. It also prevents.
  • the lower frame 63 is also provided with a plurality of grooves 65 corresponding to the outer shape of the cell 62.
  • the grooves 65 are also open at the bottom so that the electrodes of the cells 62 may be exposed to the outside.
  • a cell stopper (not shown) covers a portion of the lower ends of the cells 62 at the lower end of the groove 65 formed in the lower frame 63 so that the cells 62 do not leave the groove 65. Is formed.
  • the cell stopper formed in the lower frame 63 is not shown in the drawing, the cell stopper 69 formed in the upper frame 61 is the same.
  • the cell stopper 69 is located in the space between the grooves 65 are disposed.
  • the cell stopper 69 may be sized and shaped to cover a portion of the cells 62 without covering the electrodes of the cells 62.
  • the cell stopper 69 according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in the drawings has a rectangular shape, the shape and size of the cell stopper 69 may vary.
  • the grooves 65 formed in the upper frame 61 and the lower frame 63, respectively, are arranged at intervals of 2mm ⁇ 10mm.
  • a gap is formed between the grooves 65, thereby minimizing the transfer of heat generated when the cells 62 are charged and discharged to other adjacent cells 62.
  • the grooves 65 may be arranged at 4mm intervals.
  • a protrusion 66 is formed at an upper end of the upper frame 61 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • an indentation portion 66-1 corresponding to the shape and position of the protrusion 66 is formed at a lower end of the lower frame 63.
  • the battery module assembly 50 As described above, in the battery pack 1 according to the exemplary embodiment of the present invention, four battery modules 60 constitute the battery module assembly 50 (see reference numeral 50 of FIG. 2).
  • the protrusion 66 and the indentation 66-1 may fix the upper battery module and the lower battery module when the battery modules 60 are stacked vertically.
  • the battery modules When the battery modules 60 are stacked by the protrusions 66 and the indents 66-1, the battery modules may be easily stacked, and the upper battery module 60 and the lower battery module 60 may be stacked. The deviation from the positive position can be prevented.
  • the protrusion 66 is formed in the cell stopper 69 formed on the upper frame 61.
  • the indentation 66-1 is formed in the cell stopper formed in the lower frame 63 to correspond to the shape of the protrusion 66.
  • 3, 5 and 6 illustrate an embodiment in which the protrusion 66 is formed on the cell stopper 69.
  • the position, shape, and size of the protrusion 66 may vary, and the indentation 66-1 has a position, shape, and size corresponding to the protrusion 66.
  • one side of the upper frame 61 or the lower frame 63, the connecting portion 67, 67-1 for coupling with the other battery module is formed.
  • the connecting parts 67 and 67-1 formed on the side surfaces of the upper frame 61 and the lower frame 63 can be seen.
  • four battery modules 60 constitute the battery module assembly 50 (see reference numeral 50 of FIG. 2).
  • the battery module 60 may be mechanically coupled to another battery module 60 disposed adjacent to the side through the connecting parts 67 and 67-1.
  • the connecting portion (67, 67-1) is' ' or ' 'Has a shape. remind ' 'Connected section 67 of the shape'
  • the connecting portions 67-1 of the 'shape are connected to each other to prevent the battery module 60 from escaping in the horizontal direction.
  • the battery modules 60 to be adjacent to each other include the above ' 'Connected section 67 of the shape' '-Shaped connecting portion 67-1 may be arranged to be interconnected.
  • one side of the upper frame 61 or the lower frame 63 is formed with a screw thread 68 for connection with the inner case 30.
  • four battery modules 60 constitute the battery module assembly 50 (see reference numeral 50 of FIG. 2).
  • the battery module assembly 50 has an inner case 30 connected thereto. Accordingly, the battery module assembly 50 may be connected to the inner case 30 by using a screw on a screw thread 68 formed on one side of the upper frame 61 or the lower frame 63.
  • the upper frame 61 and the lower frame 63 have different colors.
  • confusion depending on the properties of the electrode of the cell 62 included in the battery module 60 according to the present invention can be avoided.
  • the upper frame 61 and the lower frame 63 according to the present invention may be made of a polymer material.
  • the polymeric material is polycarbonate.
  • the polymeric material is Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin.
  • the polymer material is a mixture of polycarbonate (PC) and acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS), and does not contain halogenated elements.
  • a battery module that can form a mechanically stable connection when configuring a plurality of battery module assemblies.

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Abstract

본 발명은 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인이며, 복수의 배터리 모듈 집합체를 구성할 때 기계적으로 안정적인 연결을 구성할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.

Description

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 4월 29일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2013-0047475호 및 2013년 5월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2013-0063088호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 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 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 배터리 팩에 포함된 이차전지 셀들은 전기적 및 기계적으로 견고하게 연결될 필요가 있다. 따라서, 이와 같이 이차 전지 셀들의 연결이 견고하게 이루어질 수 있도록 하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 및 배터리 팩 디자인이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀'); 상기 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈이 형성되어 있고, 상기 홈들은 상기 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 상부 프레임;및 상기 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈이 형성되어 있고, 상기 홈들은 상기 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 하부 프레임;을 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 상부 프레임에 형성된 홈의 상단 및 상기 하부 프레임에 형성된 홈의 하단에는 상기 셀들의 상단 및 하단의 일부를 덮어 상기 셀들이 홈에서 이탈되지 않도록 하는 셀 스토퍼;가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀들은 3행으로 배열된다. 이 때, 상기 셀들은 10열로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 셀들은 3행과 2행의 배치가 반복적으로 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에는 상호 대응되는 위치에 나사선이 형성되어 있으며, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임은 상기 나사선과 나사에 의해서 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀 스토퍼는 상기 홈들이 배치된 사이 공간에 위치하며 사각형이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임 및 하부 프레임에 각각 형성된 홈들은 2mm~10mm 간격을 두고 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임의 상단부에는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임의 하단부에는 상기 돌출부의 형상 및 위치에 대응되는 만입부가 형성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임에 형성된 셀 스토퍼에는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임에 형성된 셀 스토퍼에는 상기 돌출부의 형상에 대응되는 만입부가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임 또는 상기 하부 프레임의 일 측면에는 다른 배터리 모듈과 결합을 위한 연결부가 형성된다. 이 때, 상기 연결부는 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000001
' 또는 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000002
' 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임 또는 상기 하부 프레임의 일 측면에는 내부 케이스와 연결을 위한 나사선이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임은, 서로 다른 색깔을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임은 고분자 물질로 이루어 진다. 이때, 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PolyCarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin) 또는 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 모듈 집합체를 구성할 때 기계적으로 안정적인 연결을 구성할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀들의 배치를 도시한 예시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 배터리 모듈을 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 배터리 모듈의 B부분을 확대한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(60)을 포함하는 배터리 팩(1)을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 배터리 팩(1)은 자동차, 하이브리드차(HEV), 전기차(EV) 등에 장착될 수 있는 자동차용 배터리 팩(1)이다.
바람직하게, 상기 배터리 팩(1)의 크기는 자동차용 표준 배터리의 규격을 따른다. 따라서, 상기 배터리 팩(1)은 전체적으로 육면체의 형상을 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 배터리 모듈(60) 역시 자동차용 표준 배터리의 규격을 따르기 위한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상기 배터리 팩(1) 및 배터리 모듈(60)의 크기는 상기 예시에 제한되지 않으며 실시예에 따라 가로, 세로, 높이의 길이는 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(60)을 포함하는 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 자동차용으로서 12V의 작동 전압을 가질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(62)은 3V의 작동 전압을 가질 수 있다. 따라서, 4개의 배터리 모듈(60)은 직렬로 연결되어 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 모듈 집합체(50)와 내부 케이스(30)가 상부 팩 케이스(10)와 하부 팩 케이스(70) 사이에 내장되어, 배터리 팩(1)을 구성한다.
이하, 상기 배터리 팩(1)에 포함되는 배터리 모듈(60)에 대해서 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(60)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(60)은 상부 프레임(61), 다수의 원통형 이차전지 셀(62, 이하 '셀') 및 하부 프레임(63)을 포함한다.
상기 셀(62)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 각각의 셀(62)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등일 수 있다.
상기 배터리 모듈(60)에 포함되는 셀의 개수는 다양할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀(62)들은 3행으로 배열된다. 또한, 상기 셀(62)들은 10행으로 배열될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예는 30개의 셀(62)을 포함하는 배터리 모듈(60)로서, 30개의 셀(62)들이 3행 10열로 배열된 실시예이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀(62)들의 배치를 도시한 예시도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 셀(62)들은 3행과 2행의 배치가 반복되는 형태로 배열된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 셀(62)들은 3행과 2행의 배치가 반복적으로 배열된다. 도 4는 이해의 편의를 위해 상부 프레임(61) 및 하부 프레임(63) 없이 셀(62)의 배치만을 도시하였다. 원통형 셀을 배치함에 있어서, 셀(62)들이 차지하는 공간을 최소한으로 하기 위해서 도 4에 도시된 실시예처럼 배열할 수도 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 셀(62)들의 배열 방식은 일 예시에 불과하다. 다만, 설명의 편의를 위해 도 3에 도시된 실시예를 중심으로 설명하도록 하겠다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(60)은 다수의 셀(62)들이 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63) 사이에 개재되어 구성된다. 즉, 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63)은 다수의 셀(62)들이 배열되는 공간을 정의한다. 그리고, 상기 배열된 셀(62)들이 기계적으로 고정되도록 잡아주는 역할을 한다.
도 5는 도 3에 도시된 배터리 모듈(60)을 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63)에는 상호 대응되는 위치에 나사선(64)이 형성된다. 상기 나사선(64)을 통해, 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63)은 나사(64-1)에 의해서 결합될 수 있다. 상기 나사선(64) 및 나사(64-1)의 개수 및 위치는 다양하게 설계될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 배터리 모듈(60)의 B부분을 확대한 확대도이다.
상기 상부 프레임(61)에는 상기 셀(62)의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈(65)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 홈(65)들은 상기 셀(62)들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 상단이 개방되어 있다. 또한, 상기 상부 프레임(61)에 형성된 홈(65)의 상단에는 셀 스토퍼(69)가 형성된다. 이러한 셀 스토퍼(69)는 상기 셀(62)들의 상단의 일부를 덮어 상기 셀(62)들이 홈(65)에서 이탈되지 않도록 하며, 상기 셀 스토퍼(69)는 상기 셀(62)들의 수직방향 진동을 방지하기도 한다.
상기 하부 프레임(63)에도 상기 셀(62)의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈(65)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 홈(65)들 역시 상기 셀(62)들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 하단이 개방되어 있다. 또한, 상기 하부 프레임(63)에 형성된 홈(65)의 하단에는 상기 셀(62)들의 하단의 일부를 덮어 상기 셀(62)들이 홈(65)에서 이탈되지 않도록 하는 셀 스토퍼(도면 미 도시)가 형성된다. 비록, 상기 하부 프레임(63)에 형성된 셀 스토퍼는 도면에 도시되지 않았지만, 상기 상부 프레임(61)에 형성된 셀 스토퍼(69)와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀 스토퍼(69)는 상기 홈(65)들이 배치된 사이 공간에 위치한다. 상기 셀 스토퍼(69)는 상기 셀(62)들의 전극을 덮지 않으면서도, 상기 셀(62)들의 일부를 덮도록 크기 및 모양이 설정될 수 있다. 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 스토퍼(69)는 사각모양이지만, 상기 셀 스토퍼(69)의 형상 및 크기는 다양할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(61) 및 하부 프레임(63)에 각각 형성된 홈(65)들은 2mm~10mm 간격을 두고 배치된다. 상기 홈(65)들 사이에 간격이 형성됨으로써, 상기 각각 셀(62)이 충전 및 방전될 때 발생하는 열이 인접한 다른 셀(62)에게 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 바람직하게, 상기 홈(65)들은 4mm 간격을 두고 배치되는 것이 좋다.
다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상부 프레임(61)의 상단부에는 돌출부(66)가 형성된다. 그리고, 상기 하부 프레임(63)의 하단부에는 상기 돌출부(66)의 형상 및 위치에 대응되는 만입부(66-1)가 형성된다.
상술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 배터리 모듈(60)이 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다(도 2 참조번호 50 참고). 이때 상기 돌출부(66) 및 만입부(66-1)는 상기 배터리 모듈(60)을 수직으로 적층할 때, 상부의 배터리 모듈과 하부의 배터리 모듈을 고정시킬 수 있다. 상기 돌출부(66)와 만입부(66-1)에 의해 배터리 모듈(60)이 적층될 때, 배터리 모듈은 쉽게 적층될 수 있으며, 상부 배터리 모듈(60)과 하부 배터리 모듈(60)이 정(正)위치에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출부(66)는 상기 상부 프레임(61)에 형성된 셀 스토퍼(69)에 형성된다. 이 경우, 상기 만입부(66-1)는 상기 하부 프레임(63)에 형성된 셀 스토퍼에는 상기 돌출부(66)의 형상에 대응되는 만입부(66-1)가 형성된다. 도 3, 도 5 및 도 6에는 상기 셀 스토퍼(69) 위에 상기 돌출부(66)가 형성된 실시예가 도시되어 있다. 한편, 상기 돌출부(66)의 위치, 모양, 크기는 다양할 수 있으며, 상기 만입부(66-1)는 상기 돌출부(66)에 대응되는 위치, 모양, 크기를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(61) 또는 상기 하부 프레임(63)의 일 측면에는 다른 배터리 모듈과 결합을 위한 연결부(67, 67-1)가 형성된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 상부 프레임(61) 및 상기 하부 프레임(63)의 측면에 형성된 연결부(67, 67-1)를 확인할 수 있다. 상술하였듯이, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 배터리 모듈(60)이 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다(도 2 참조번호 50 참고). 이때, 배터리 모듈(60)은 상기 연결부(67, 67-1)를 통해 측면에 인접 배치된 다른 배터리 모듈(60)과 기계적으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 예시에 따르면, 상기 연결부(67, 67-1)는 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000003
' 또는 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000004
' 형상을 가진다. 상기 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000005
' 형상의 연결부(67)와 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000006
' 형상의 연결부(67-1)가 상호 연결되어 상기 배터리 모듈(60)의 수평 방향 이탈을 방지할 수 있다. 이를 위해 차후 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 때 상호 인접하게 될 배터리 모듈(60)에는 상기 '' 형상의 연결부(67)와 '
Figure PCTKR2014003564-appb-I000008
' 형상의 연결부(67-1)가 상호 연결되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예시에 따르면, 상기 상부 프레임(61) 또는 상기 하부 프레임(63)의 일 측면에는 내부 케이스(30)와 연결을 위한 나사선(68)이 형성된다. 상술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 배터리 모듈(60)이 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다(도 2 참조번호 50 참고). 그리고, 상기 배터리 모듈 집합체(50)는 내부 케이스(30)가 연결된다. 따라서, 상기 배터리 모듈 집합체(50)는 상기 상부 프레임(61) 또는 상기 하부 프레임(63)의 일 측면에 형성된 나사선(68)에 나사를 이용하여 상기 내부 케이스(30)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63)은 서로 다른 색깔을 가진다. 상기 상부 프레임(61)과 상기 하부 프레임(63)이 서로 다른 색깔을 가졌을 경우, 본 발명에 따른 배터리 모듈(60)에 포함된 셀(62)의 전극에 성질에 따른 혼동을 피할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 상부 프레임(61) 및 상기 하부 프레임(63)은 고분자 물질로 이루어 질 수 있다.
선택적으로, 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PolyCarbonate)이다.
또한 선택적으로, 상기 고분자 물질은 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물이며, 할로겐족 원소가 포함되지 않는다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 모듈 집합체를 구성할 때 기계적으로 안정적인 연결을 구성할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (17)

  1. 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀');
    상기 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈이 형성되어 있고, 상기 홈들은 상기 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 상부 프레임;및
    상기 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 홈이 형성되어 있고, 상기 홈들은 상기 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 하부 프레임;을 포함하되,
    상기 상부 프레임에 형성된 홈의 상단 및 상기 하부 프레임에 형성된 홈의 하단에는 상기 셀들의 상단 및 하단의 일부를 덮어 상기 셀들이 홈에서 이탈되지 않도록 하는 셀 스토퍼;가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀들은, 3행으로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀들은, 10열로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀들은, 3행과 2행의 배치가 반복되는 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에는 상호 대응되는 위치에 나사선이 형성되어 있으며, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임은 상기 나사선과 나사에 의해서 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 스토퍼는, 상기 홈들이 배치된 사이 공간에 위치하며 사각형인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임 및 하부 프레임에 각각 형성된 홈들은 2mm~10mm 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임의 상단부에는 돌출부가 형성되어 있으며,
    상기 하부 프레임의 하단부에는 상기 돌출부의 형상 및 위치에 대응되는 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임에 형성된 셀 스토퍼에는 돌출부가 형성되어 있으며,
    상기 하부 프레임에 형성된 셀 스토퍼에는 상기 돌출부의 형상에 대응되는 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임 또는 상기 하부 프레임의 일 측면에는 다른 배터리 모듈과 결합을 위한 연결부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결부는, '
    Figure PCTKR2014003564-appb-I000009
    ' 또는 '
    Figure PCTKR2014003564-appb-I000010
    ' 형상을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임 또는 상기 하부 프레임의 일 측면에는 내부 케이스와 연결을 위한 나사선이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임은, 서로 다른 색깔을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임은, 고분자 물질로 이루어 진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 폴리카보네이트(PolyCarbonate)인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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