WO2018164362A1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2018164362A1
WO2018164362A1 PCT/KR2018/000179 KR2018000179W WO2018164362A1 WO 2018164362 A1 WO2018164362 A1 WO 2018164362A1 KR 2018000179 W KR2018000179 W KR 2018000179W WO 2018164362 A1 WO2018164362 A1 WO 2018164362A1
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bus bar
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battery cells
side plate
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김명철
송장현
임지순
최승영
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Samsung SDI Co Ltd
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Samsung SDI Co Ltd
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a battery module, and more particularly to a battery module that can reduce the electromagnetic interference and noise generated in the circuit board of the battery module.
  • водород batteries such as nickel-cadmium batteries, lead storage batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries.
  • the secondary battery is combined with a circuit to form a battery module, and charging and discharging are performed through external terminals of the battery module.
  • the circuit provided in the battery module is a charge / discharge circuit, and has a protection function for preventing overcharge, overdischarge, overcurrent, and the like.
  • a plurality of electric and electronic elements are mounted on a substrate to effectively perform the charge / discharge control and protection functions. .
  • electromagnetic waves or noise generated by electrical and electronic devices may affect each other, thereby causing problems in electromagnetic compatibility (EMC).
  • the present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery module capable of reducing electromagnetic interference and noise generated in a circuit board of the battery module.
  • these problems are illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • Embodiments of the present invention provide a battery module.
  • a bus bar holder arranged in one direction and having a terminal portion on an upper surface thereof, a bus bar holder disposed on an upper portion of the plurality of battery cells, and having an opening exposing the terminal portion, in the one direction
  • a battery module having a circuit board extending to cover at least a central portion of the busbar holder, and a ground member at least partially embedded in the busbar holder and extending from the circuit board toward an edge of the busbar holder.
  • the battery module can be made compact.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of a portion A of FIG. 1 without a circuit board and a side plate.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of a portion A of FIG. 1 in a state in which a circuit board and a side plate are fastened.
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view schematically showing a part of a battery module according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • a bus bar holder arranged in one direction and having a terminal portion on an upper surface thereof, a bus bar holder disposed on an upper portion of the plurality of battery cells, and having an opening exposing the terminal portion, in the one direction
  • a battery module having a circuit board extending to cover at least a central portion of the busbar holder, and a ground member at least partially embedded in the busbar holder and extending from the circuit board toward an edge of the busbar holder.
  • the display device may further include a bus bar disposed to correspond to the opening and electrically connecting terminal portions of neighboring battery cells to each other.
  • the battery may further include a side plate extending in one direction and disposed on at least one side of the plurality of battery cells.
  • the ground member may include a first end coupled to the circuit board, a second end coupled to the side plate, and a body part embedded in the bus bar holder to connect the first end and the second end. Can be.
  • the ground member may include a conductive material.
  • the side plate may include a conductive material.
  • a first fastening member penetrating the circuit board and the first end at the same time may be coupled to the bus bar holder.
  • the first end may be interposed between the busbar holder and the circuit board.
  • the first end may be disposed on the circuit board.
  • the side plate may include a flange portion protruding upward of the plurality of battery cells, and a second fastening member passing through the flange portion and the second end at the same time may be coupled to the bus bar holder.
  • the bus bar holder may include a guide part extending in the one direction and protruding upward on an outer side of the opening, and the second end may be interposed between the guide part and the flange part.
  • the first end may protrude upward from the bus bar holder and bend to be parallel to one surface of the circuit board.
  • the second end may be bent to protrude from the edge of the busbar holder to be parallel to one surface of the flange portion.
  • the body portion may be formed to surround a portion of the circumference of the opening.
  • the ground member may be formed by insert injection with the busbar holder.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are not limited to three axes on the Cartesian coordinate system, and may be interpreted in a broad sense including the same.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG.
  • a battery module 10 includes a plurality of battery cells 110, a bus bar holder 120, a circuit board 130, and a ground member 140. It is provided.
  • the battery module 10 may further include a bus bar 160 supported by the side plate 150 and the bus bar holder 120 disposed on at least one side of the plurality of battery cells 110.
  • a plurality of battery cells 110 are disposed in the battery module 10.
  • the battery cell 110 may be a rechargeable battery capable of charging and discharging, for example, a lithium ion battery or a lithium polymer battery.
  • the plurality of battery cells 110 may be a rectangular battery, and a structure of the battery module 10 will be described in detail with reference to the case where the plurality of battery cells 110 are rectangular batteries.
  • the plurality of battery cells 110 are arranged in a first direction (+ X direction) and have a terminal portion 111 on an upper surface thereof.
  • the plurality of battery cells 110 are arranged so that the wide sides of the neighboring battery cells 110 face each other, and the neighboring battery cells 110 have a positive terminal 112 and a negative terminal 113 having different polarities, respectively.
  • the vent part 114 may be provided on an upper surface of the plurality of battery cells 110.
  • the vent part 114 is a safety means of the battery cell 110, and serves as a path for discharging gas generated inside the battery cell 110 to the outside.
  • the busbar holder 120 is positioned above the plurality of battery cells 110 and extends in a first direction (+ X direction) and has an opening 121 exposing the terminal portion 111.
  • the bus bar 160 is coupled to the bus bar holder 120, and the bus bar 160 is disposed to correspond to the opening 121 to electrically connect the terminal parts 111 of neighboring battery cells 110 to each other.
  • a plurality of openings 121 may be formed along the first direction (+ X direction) at the edges 120Ea and 120Eb of the bus bar holder 120.
  • the bus bar 160 may be disposed to be spaced apart from each of the four neighboring terminal parts 111.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and for example, the two adjacent openings 121 may be spaced apart from each other.
  • the bus bar 160 is provided with a coupling part 161, and the coupling part 161 may be coupled to the bus bar holder 120 by a separate fastening member.
  • the coupling unit 161 may be disposed at each center of the bus bar 160 so that the bus bar 160 may be stably coupled to the bus bar holder 120.
  • the bus bar 160 may be formed of a conductive metal such as gold, silver, copper, nickel, aluminum, a copper alloy, or an aluminum alloy so as to electrically connect the neighboring positive terminal 112 and the negative terminal 113.
  • the bus bar 160 may be welded and bonded to the terminal part 111, and the welding method used may be laser welding or ultrasonic welding.
  • the shape of the bus bar 160 may be variously modified according to the shape of the terminal part 111.
  • the busbar holder 120 may be formed to have a size covering the entire upper portion of the plurality of battery cells 110, and the busbar holder 120 may be discharged from the vent part 114 at a position corresponding to the vent part 114.
  • a collecting means for collecting the collected gas or an outlet for discharging the gas to the outside may be disposed.
  • the busbar holder 120 may be formed of an insulating material so as not to short-circuit with the battery cell 110.
  • the busbar holder 120 may be formed of a plastic composite material.
  • the busbar holder 120 may include an insulating part 122 between neighboring openings 121.
  • the insulating part 122 may be formed to protrude upward, thereby preventing short between neighboring busbars 160 and partitioning a boundary of the opening 121 to allow the busbars 160 to be seated at a necessary position. have.
  • a portion corresponding to the insulating part 122 of the bus bar 160 may be formed to protrude upward.
  • the bus bar holder 120 may be provided with a guide part 123 extending in the first direction (+ X direction) outside the opening 121.
  • the guide part 123 may restrain the bus bar 160 from moving in a second direction (+ Y direction) that is substantially perpendicular to the first direction (+ X direction), and for this, an inner surface of the guide part 123 is used.
  • the bus bar 160 may be provided with a groove or a hook into which the bus bar 160 may be inserted.
  • the circuit board 130 is disposed on the bus bar holder 120.
  • the circuit board 130 may extend in a first direction (+ X direction) to cover at least a central portion of the bus bar holder 120.
  • the printed circuit pattern unit 131 is formed on the base substrate 132, and the printed circuit pattern unit 131 includes various components for controlling and monitoring the charge / discharge state of the battery cells 110. It is. As a result, the circuit board 130 measures voltage, temperature, and the like of the battery cell 110, and performs balancing of the battery cells 110.
  • the circuit board 130 may include a plurality of fastening holes disposed along the first direction (+ X direction). As a result, the circuit board 130 may be coupled to the busbar holder 120 through a fastening member inserted into at least some of the fastening holes. In this case, the printed circuit pattern part 131 may be formed on the base substrate 132 by bypassing the position where the fastening holes are formed.
  • the circuit board 130 may be electrically connected to the external connection terminal unit 171 through the connection unit 170.
  • One end of the connection unit 170 may be formed with a through hole for coupling with the circuit board 130, a separate fastening member may pass through one of the through hole and the fastening hole of the circuit board 130 together. have.
  • the other end of the connection portion 170 may be formed with a through hole for coupling with the external connection terminal portion 171, in which case the external connection terminal portion 171 protrudes upwards and is inserted into the through hole in the connection portion ( 170).
  • the battery module 10 may receive power or transmit / receive a signal from an external device through the external connection terminal unit 171.
  • a pair of side plates 150 may be disposed on both sides of the plurality of battery cells 110.
  • the side plate 150 may include a first side plate 151 disposed on one side of the plurality of battery cells 110 and a second side plate 152 disposed on an opposite side of the one side.
  • the side plate 150 may be formed to extend in a first direction (+ X direction), which is an arrangement direction of the plurality of battery cells 110, thereby covering both side surfaces of the plurality of battery cells 110.
  • a pair of end plates (not shown) may be disposed to cover a wide surface of the outermost battery cell 110 among the plurality of battery cells 110.
  • the plurality of battery cells 110 may be accommodated in a space formed by the pair of side plates 150 and the pair of end plates.
  • a pair of side plates 150 are shown to be manufactured separately corresponding to both side surfaces of the plurality of battery cells 110, but at least one of the pair of side plates 150 is It may be made integral with the end plate.
  • the side plate 150 may include flange portions 151a and 152a that protrude upward from the plurality of battery cells 110.
  • the flange portions 151a and 152a may be coupled to edges 120Ea and 120Eb of the busbar holder 120 through separate fastening members.
  • the first side plate 151 may include a first flange portion 151a protruding upward, and a plurality of fastening holes may be formed in the first flange portion 151a. Accordingly, the first flange part 151a may be coupled to the guide part 123 formed at one edge 120Ea of the busbar holder 120 through the fastening members inserted into the fastening holes. In this case, the first flange portion 151a may be bent toward the guide portion 123 so that the first flange portion 151a may be in close contact with the guide portion 123. This structure can be similarly applied to the second side plate 152 and the second flange portion 152a.
  • At least a part of the ground member 140 is embedded in the bus bar holder 120.
  • at least a part of the grounding member 140 may be formed such that its outer circumferential surface is surrounded by the busbar holder 120, and the grounding member 140 may be formed by insert injection with the busbar holder 120. have.
  • the ground member 140 extends from the circuit board 130 toward the edge 120Ea of the busbar holder 120 to ground the circuit board 130.
  • the ground member 140 may be disposed between the circuit board 130 and the side plate 150 to electrically connect the circuit board 130 to the side plate 150. Therefore, the ground member 140 and the side plate 150 need to be formed to include a conductive material.
  • electromagnetic interference and noise generated from the circuit board 130 may be effectively reduced.
  • the grounding member 140 since a substantial portion of the grounding member 140 is embedded in the busbar holder 120, it does not require a separate structure for installing the grounding member 140, and thus, the battery module can be made compact.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of the portion A of FIG. 1 without the circuit board and the side plate
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of the portion A of FIG. 1 with the circuit board and the side plate fastened.
  • 5 is an enlarged perspective view schematically showing a part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the ground member 140 embedded in the bus bar holder 120 may include a first end 141, a second end 142, and a body 143. have.
  • the first end 141 is an end coupled to the circuit board 130 of the ground member 140 and may be disposed at a position at which the circuit board 130 and the bus bar holder 120 are fastened to each other.
  • the first end 141 is interposed between the busbar holder 120 and the circuit board 130, and the first fastening member 181 passes through the circuit board 130 and the first end 141 at the same time. It may be coupled to the busbar holder 120.
  • a fastening hole through which the first fastening member 181 may pass may be formed in each of the circuit board 130, the first end 141, and the bus bar holder 120.
  • the first end 141 may protrude out of the busbar holder 120 to be coupled to the circuit board 130.
  • the first end 141 may protrude upward from the bus bar holder 120 to be bent to be parallel to one surface of the circuit board 130.
  • the first end 141 may be bent vertically in the + Y direction in the + Z direction.
  • the second end 142 is an end coupled to the first side plate 151 of the ground member 140 and may be disposed at a position at which the first side plate 151 and the bus bar holder 120 are fastened to each other. .
  • the second end portion 142 is interposed between the guide portion 123 of the busbar holder 120 and the first flange portion 151a of the first side plate 151, and the second fastening member 182 is disposed. It may be coupled to the guide portion 123 through the first flange portion 151a and the second end 142 at the same time.
  • a fastening hole through which the second fastening member 182 may pass may be formed in each of the first flange part 151a, the second end 142, and the second fastening member 182.
  • the second end 142 may protrude out of the busbar holder 120 to be coupled to the first side plate 151. Specifically, the second end 142 may protrude from one edge 120Ea of the bus bar holder 120 and be bent to be parallel to one surface of the first side plate 151. For example, as shown in FIG. 3 and the like, the second end 142 may be bent vertically from the approximately ⁇ Y direction to the + Z direction.
  • the body 143 connects the first end 141 and the second end 142 to the first side of the second end 142 from the circuit board 130 on the side of the first end 141. Extend toward plate 151. Unlike the first end 141 and the second end 142, the body 143 is embedded in the bus bar holder 120, whereby the body 143 is mounted on the opening 121. Can be insulated from
  • the body 143 may be formed to surround a portion of the periphery of the opening 121 in a direction bypassing the opening 121 of the bus bar holder 120. Therefore, the shape of the body portion 143 may partially correspond to the shape of the opening 121. For example, as shown in FIG. 3 and the like, when the shape of the opening 121 is rectangular, the body part 143 may be bent vertically from the + X direction to the -Y direction at the vertex side of the opening 121.
  • each of the first end 141, the second end 142, and the body 143 may be the circuit board 130 and / or the side plate 150.
  • And may be variously modified according to the coupling position and the shape of the opening 121.
  • the first end 142 is illustrated as being interposed between the bus bar holder 120 and the circuit board 130 in FIGS. 3 and 4, the present invention is not limited thereto. That is, in another embodiment, as shown in FIG. 5, the first end 142 may be disposed on the circuit board 130. In this case, the first end 142 is disposed on the stacked structure of the busbar holder 120 and the circuit board 130, and thus, the first end 142 is different from the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4. ) Will be exposed to the outside.
  • the second end 142 is illustrated as being coupled to the first side plate 151 in FIG. 3, the second end 142 may be coupled to the second side plate 152. Do. If the second end 142 is coupled to the second side plate 152, the grounding member 140 is formed of the busbar holder 120 from the circuit board 130 in the same or similar form as the previous embodiments. It will extend toward the side edge of the two side plate 152 (120Eb in FIG. 2).
  • the circuit board by grounding the circuit board, it is possible to reduce the electromagnetic interference and noise of the battery module.
  • the space required for grounding the battery module can be reduced, the battery module can be compact, and the cost and time can be reduced by omitting some assembly processes.
  • the battery module that can improve the work convenience, the battery module is used as an energy source of mobile devices, electric vehicles, hybrid cars, other electrical devices, and applied to external devices It can be used by varying the form in accordance with the type of.

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Abstract

본 발명은 일방향으로 배열되며, 상면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀들과, 상기 복수개의 배터리 셀들의 상부에 배치되며, 상기 단자부를 노출시키는 개구부를 갖는 버스바 홀더와, 상기 일방향으로 연장되어 상기 버스바 홀더의 적어도 중앙부를 덮도록 배치되는 회로기판과, 상기 버스바 홀더 내에 적어도 일부가 내장되어 상기 회로기판으로부터 상기 버스바 홀더의 가장자리를 향해 연장된 접지 부재를 구비하는, 배터리 모듈을 제공한다.

Description

배터리 모듈
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리 모듈의 회로기판에서 발생하는 전자기 간섭 및 노이즈를 저감시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 등의 산업의 급속한 발전으로, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA 등의 모바일 전자 기기의 보급이 증가하고 있다. 상기 모바일 전자 기기의 전원으로는 경제성을 고려하여 충방전이 가능한 이차 전지가 널리 사용되고 있다.
이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 이러한 이차 전지는 회로와 합쳐져서 배터리 모듈을 구성하며, 배터리 모듈의 외부 단자를 통해 충전과 방전이 이루어진다.
배터리 모듈에 구비되는 회로는 충방전 회로로서 과충전, 과방전, 과전류 등을 방지하는 보호 기능을 가지며, 이와 같은 충방전 제어 및 보호 기능을 효과적으로 수행하기 위해 다수의 전기전자 소자들이 기판 상에 장착된다. 이때 전기전자 소자들에서 발생되는 전자기파나 노이즈에 의해 상기 소자들 간에 서로 영향을 미쳐 전자기 적합성(Electromagnetic compatibility; EMC)에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 모듈의 회로기판에서 발생하는 전자기 간섭 및 노이즈를 저감시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일방향으로 배열되며, 상면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀들, 상기 복수개의 배터리 셀들의 상부에 배치되며, 상기 단자부를 노출시키는 개구부를 갖는 버스바 홀더, 상기 일방향으로 연장되어 상기 버스바 홀더의 적어도 중앙부를 덮도록 배치되는 회로기판, 상기 버스바 홀더 내에 적어도 일부가 내장되어 상기 회로기판으로부터 상기 버스바 홀더의 가장자리를 향해 연장된 접지 부재를 구비하는, 배터리 모듈이 제공된다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회로기판을 접지함으로써 배터리 모듈의 전자기 간섭 및 노이즈를 저감시킬 수 있다.
또한, 배터리 모듈의 접지에 소요되는 공간을 줄일 수 있어 배터리 모듈의 컴팩트화가 가능하다.
또한, 일부 조립 공정을 생략하여 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 회로기판 및 사이드 플레이트를 제외한 상태에서의 도 1의 A 부분에 대한 확대 사시도이다.
도 4는 회로기판 및 사이드 플레이트가 체결된 상태에서의 도 1의 A 부분에 대한 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일방향으로 배열되며, 상면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀들, 상기 복수개의 배터리 셀들의 상부에 배치되며, 상기 단자부를 노출시키는 개구부를 갖는 버스바 홀더, 상기 일방향으로 연장되어 상기 버스바 홀더의 적어도 중앙부를 덮도록 배치되는 회로기판, 상기 버스바 홀더 내에 적어도 일부가 내장되어 상기 회로기판으로부터 상기 버스바 홀더의 가장자리를 향해 연장된 접지 부재를 구비하는, 배터리 모듈이 제공된다.
상기 개구부에 대응하도록 배치되어 이웃하는 배터리 셀들의 단자부들을 서로 전기적으로 연결하는 버스바를 더 구비할 수 있다.
상기 일방향으로 연장되어 상기 복수개의 배터리 셀들의 적어도 일측에 배치되는 사이드 플레이트를 더 구비할 수 있다.
상기 접지 부재는, 상기 회로기판에 결합되는 제1 단부와, 상기 사이드 플레이트에 결합되는 제2 단부와, 상기 버스바 홀더 내에 내장되어 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부를 연결하는 바디부를 구비할 수 있다.
상기 접지 부재는 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 사이드 플레이트는 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 회로기판 및 상기 제1 단부를 동시에 관통하는 제1 체결 부재가 상기 버스바 홀더에 결합될 수 있다.
상기 제1 단부는 상기 버스바 홀더와 상기 회로기판 사이에 개재될 수 있다.
상기 제1 단부는 상기 회로기판의 상에 배치될 수 있다.
상기 사이드 플레이트는 상기 복수개의 배터리 셀들의 상부로 돌출된 플랜지부를 구비하고, 상기 플랜지부 및 상기 제2 단부를 동시에 관통하는 제2 체결 부재가 상기 버스바 홀더에 결합될 수 있다.
상기 버스바 홀더는 상기 개구부의 외측에 상기 일방향을 따라 연장되며 상부로 돌출된 가이드부를 구비하고, 상기 제2 단부는 상기 가이드부 및 상기 플랜지부 사이에 개재될 수 있다.
상기 제1 단부는 상기 버스바 홀더 상부로 돌출되어 상기 회로기판의 일면에 평행하도록 절곡될 수 있다.
상기 제2 단부는 상기 버스바 홀더의 상기 가장자리로부터 돌출되어 플랜지부의 일면에 평행하도록 절곡될 수 있다.
상기 바디부는 상기 개구부 둘레의 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 접지 부재는 상기 버스바 홀더와 인서트 사출에 의해 형성될 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩에 대한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(110)들, 버스바 홀더(120), 회로기판(130) 및 접지 부재(140)를 구비한다. 또한, 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(110)들의 적어도 일측에 배치되는 사이드 플레이트(150) 및 버스바 홀더(120)에 의해 지지되는 버스바(160)를 더 구비할 수 있다.
배터리 모듈(10)의 내부에는 복수개의 배터리 셀(110)들이 배치된다. 이때 배터리 셀(110)은 충전 및 방전이 가능한 이차 전지로, 예컨대 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. 일 실시예로, 복수개의 배터리 셀(110)들은 각형 전지일 수 있으며, 이하 복수개의 배터리 셀(110)들이 각형 전지인 경우를 중심으로 배터리 모듈(10)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.
복수개의 배터리 셀(110)들은 제1 방향(+X 방향)으로 배열되며, 상면에 단자부(111)를 구비한다. 복수개의 배터리 셀(110)들은 이웃하는 배터리 셀(110)들의 넓은 면들이 대향하도록 정렬되고, 이웃하는 배터리 셀(110)들은 각각 서로 다른 극성인 양극 단자(112) 및 음극 단자(113)를 갖는다. 복수개의 배터리 셀(110)들의 상면에는 벤트부(114)가 구비될 수 있다. 벤트부(114)는 배터리 셀(110)의 안전수단으로, 배터리 셀(110) 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로의 역할을 한다.
버스바 홀더(120)는 복수개의 배터리 셀(110)들 상부에 위치하여 제1 방향(+X 방향)으로 연장되며, 단자부(111)를 노출시키는 개구부(121)를 갖는다. 버스바 홀더(120) 상에는 버스바(160)가 결합되는데, 버스바(160)는 개구부(121)에 대응하도록 배치되어 이웃하는 배터리 셀(110)들의 단자부(111)들을 서로 전기적으로 연결하게 된다. 이때 개구부(121)는 버스바 홀더(120)의 가장자리(120Ea)(120Eb) 측에 제1 방향(+X 방향)을 따라 복수개 형성될 수 있다.
버스바(160)는 도 1 등에 도시된 바와 같이 이웃하는 4개의 단자부(111)마다 상호 이격되도록 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 이웃하는 2개의 개구부(121)들마다 상호 이격되는 것도 얼마든지 가능하다. 버스바(160)에는 결합부(161)가 구비되어, 별도의 체결 부재에 의해 결합부(161)를 버스바 홀더(120)에 결합시킬 수 있다. 이때 버스바(160)가 버스바 홀더(120)에 안정적으로 결합될 수 있도록 결합부(161)는 버스바(160)의 중앙부마다 배치될 수 있다.
버스바(160)는 이웃하는 양극 단자(112) 및 음극 단자(113)를 전기적으로 연결할 수 있도록 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 구리 합금, 알루미늄 합금 등의 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 버스바(160)는 단자부(111)에 용접되어 접합될 수 있으며, 이때 이용되는 용접 방식은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 버스바(160)의 형상은 단자부(111)의 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
버스바 홀더(120)는 복수개의 배터리 셀(110)들의 상부 전체를 덮는 크기로 형성될 수 있고, 버스바 홀더(120)에는 벤트부(114)에 대응하는 위치에 벤트부(114)로부터 방출된 가스를 포집하는 포집 수단이나 상기 가스를 외부로 배출하는 배출구 등이 배치될 수 있다.
버스바 홀더(120)는 배터리 셀(110)과 단락되지 않도록 절연물질로 형성될 수 있고, 예컨대 버스바 홀더(120)는 플라스틱 복합 소재로 형성될 수 있다.
버스바 홀더(120)는 이웃하는 개구부(121) 사이에 절연부(122)를 구비할 수 있다. 절연부(122)는 상부로 돌출되도록 형성될 수 있는데, 이로써 이웃하는 버스바(160) 간의 쇼트를 방지하고, 개구부(121)의 경계를 구획하여 버스바(160)를 필요한 위치에 안착시킬 수 있다. 이때 절연부(122) 상에 버스바(160)를 효과적으로 안착시키기 위해, 버스바(160)의 절연부(122)에 대응하는 부분은 상부로 돌출되게 형성될 수 있다.
또한, 버스바 홀더(120)에는 개구부(121) 외측에 제1 방향(+X 방향)으로 연장된 가이드부(123)가 구비될 수 있다. 가이드부(123)는 버스바(160)가 제1 방향(+X 방향)에 대략 수직인 제2 방향(+Y 방향)으로 움직이는 것을 구속할 수 있고, 이를 위해 가이드부(123)의 내측면에는 버스바(160)가 삽입될 수 있는 홈이나 후크가 구비될 수 있다.
버스바 홀더(120) 상부에는 회로기판(130)이 배치된다. 회로기판(130)은 제1 방향(+X 방향)으로 연장되어 버스바 홀더(120)의 적어도 중앙부를 덮도록 형성될 수 있다. 회로기판(130)은 베이스 기판(132) 상에 인쇄회로패턴부(131)가 형성되는데, 인쇄회로패턴부(131)에는 배터리 셀(110)들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하는 각종 부품들이 구비되어 있다. 이로써 회로기판(130)은 배터리 셀(110)의 전압, 온도 등을 측정하며, 배터리 셀(110)의 밸런싱을 수행할 수 있게 된다.
회로기판(130)은 제1 방향(+X 방향)을 따라 배치된 복수개의 체결홀들을 구비할 수 있다. 이로써 회로기판(130)은 상기 체결홀들의 적어도 일부에 삽입되는 체결 부재를 통해 버스바 홀더(120)에 결합될 수 있다. 이때 인쇄회로패턴부(131)는 상기 체결홀들이 형성된 위치를 우회하여 베이스 기판(132) 상에 형성될 수 있다.
회로기판(130)은 접속부(170)를 통해 외부접속단자부(171)에 전기적으로 연결될 수 있다. 접속부(170)의 일단에는 회로기판(130)과의 결합을 위한 관통홀이 형성될 수 있고, 별도의 체결 부재가 상기 관통홀 및 회로기판(130)의 상기 체결홀 중 하나를 함께 관통할 수 있다. 또한, 접속부(170)의 타단에는 외부접속단자부(171)와의 결합을 위한 관통홀이 형성될 수 있고, 이때 외부접속단자부(171)는 상부로 돌출되어 상기 관통홀에 삽입되는 형태로 상기 접속부(170)에 결합될 수 있다. 이로써 배터리 모듈(10)은 외부접속단자부(171)를 통해 외부기기로부터 전원을 공급받거나 신호를 송수신할 수 있다.
복수개의 배터리 셀(110)들의 양측에는 한 쌍의 사이드 플레이트(150)가 배치될 수 있다. 사이드 플레이트(150)는 복수개의 배터리 셀(110)들의 일측면에 배치된 제1 사이드 플레이트(151) 및 상기 일측면의 반대 측면에 배치된 제2 사이드 플레이트(152)로 구성될 수 있다. 사이드 플레이트(150)는 복수개의 배터리 셀(110)들의 배열 방향인 제1 방향(+X 방향)으로 연장되도록 형성될 수 있고, 이로써 복수개의 배터리 셀(110)들의 양측면을 덮을 수 있다. 또한, 도 1 등에 도시되지는 않았으나, 복수개의 배터리 셀(110)들 중 최외각 배터리 셀(110)의 넓은 면을 덮도록 한 쌍의 엔드 플레이트(미도시)가 배치될 수 있다.
상기와 같은 구조를 통해 복수개의 배터리 셀(110)들은 한 쌍의 사이드 플레이트(150)와 상기 한 쌍의 엔드 플레이트에 의해 형성되는 공간에 수용될 수 있다. 한편, 도 1 등에는 한 쌍의 사이드 플레이트(150)가 복수개의 배터리 셀(110)들의 양측면 각각에 대응하여 별개로 제작되는 것으로 도시되었으나, 이때 한 쌍의 사이드 플레이트(150) 중 적어도 하나는 상기 엔드 플레이트와 일체로 제작될 수도 있다.
사이드 플레이트(150)는 복수개의 배터리 셀(110)들의 상부로 돌출된 플랜지부(151a)(152a)를 구비할 수 있다. 플랜지부(151a)(152a)는 별도의 체결 부재를 통해 버스바 홀더(120)의 가장자리(120Ea)(120Eb) 측에 결합될 수 있다.
구체적으로, 제1 사이드 플레이트(151)는 상부로 돌출된 제1 플랜지부(151a)를 구비하고, 제1 플랜지부(151a)에는 복수개의 체결홀들이 형성될 수 있다. 이로써 제1 플랜지부(151a)는 상기 체결홀들에 삽입되는 체결 부재들을 통해 버스바 홀더(120)의 일 가장자리(120Ea) 측에 형성된 가이드부(123)에 결합될 수 있다. 이때 제1 플랜지부(151a)가 가이드부(123)에 밀착할 수 있도록 제1 플랜지부(151a)는 가이드부(123) 측으로 절곡될 수 있다. 이러한 구조는 제2 사이드 플레이트(152) 및 제2 플랜지부(152a)에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편, 버스바 홀더(120) 내부에는 접지 부재(140)의 적어도 일부가 내장된다. 구체적으로, 접지 부재(140)의 적어도 일부는 그 외주면이 버스바 홀더(120)에 의해 감싸지도록 형성될 수 있고, 접지 부재(140)는 버스바 홀더(120)와 인서트 사출에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이 인서트 사출 방식을 이용함에 따라 접지 부재(140)의 조립 공정을 생략하여 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
접지 부재(140)는 회로기판(130)으로부터 버스바 홀더(120)의 가장자리(120Ea)를 향해 연장되어 회로기판(130)을 접지시키는 역할을 한다. 구체적으로, 접지 부재(140)는 회로기판(130)과 사이드 플레이트(150) 사이에 배치되어, 회로기판(130)을 사이드 플레이트(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 따라서 접지 부재(140) 및 사이드 플레이트(150)는 도전성 물질을 포함하도록 형성될 필요가 있다. 이와 같이 접지 부재(140)를 이용하여 회로기판(130)을 접지시킴에 따라, 회로기판(130)에서 발생하는 전자기 간섭 및 노이즈를 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 접지 부재(140)의 상당 부분이 버스바 홀더(120) 안에 내장되므로, 접지 부재(140)를 설치하기 위한 별도의 구조물을 요하지 않고, 따라서 배터리 모듈의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
도 3은 회로기판 및 사이드 플레이트를 제외한 상태에서의 도 1의 A 부분에 대한 확대 사시도이고, 도 4는 회로기판 및 사이드 플레이트가 체결된 상태에서의 도 1의 A 부분에 대한 확대 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이다.
먼저 도 3 및 도 4를 참조하면, 버스바 홀더(120)의 내부에 내장된 접지 부재(140)는 제1 단부(141), 제2 단부(142) 및 바디부(143)를 구비할 수 있다.
제1 단부(141)는 접지 부재(140)의 회로기판(130)에 결합되는 단부로, 회로기판(130)과 버스바 홀더(120)가 상호 체결되는 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 단부(141)는 버스바 홀더(120)와 회로기판(130) 사이에 개재되며, 제1 체결 부재(181)가 회로기판(130) 및 제1 단부(141)를 동시에 관통하여 버스바 홀더(120)에 결합될 수 있다. 이를 위해 회로기판(130), 제1 단부(141) 및 버스바 홀더(120) 각각에 제1 체결 부재(181)가 통과할 수 있는 체결홀이 형성될 수 있음은 물론이다.
제1 단부(141)는 회로기판(130)에 결합되도록 버스바 홀더(120) 밖으로 돌출될 수 있다. 구체적으로, 제1 단부(141)는 버스바 홀더(120) 상부로 돌출되어 회로기판(130)의 일면에 평행하도록 절곡될 수 있다. 예컨대, 도 3 등에 도시된 바와 같이 제1 단부(141)는 대략 +Z 방향에서 +Y 방향으로 수직하게 절곡될 수 있다.
제2 단부(142)는 접지 부재(140)의 제1 사이드 플레이트(151)에 결합되는 단부로, 제1 사이드 플레이트(151)와 버스바 홀더(120)가 상호 체결되는 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 단부(142)는 버스바 홀더(120)의 가이드부(123)와 제1 사이드 플레이트(151)의 제1 플랜지부(151a) 사이에 개재되며, 제2 체결 부재(182)가 제1 플랜지부(151a) 및 제2 단부(142)를 동시에 관통하여 가이드부(123)에 결합될 수 있다. 이를 위해 제1 플랜지부(151a), 제2 단부(142) 및 제2 체결 부재(182) 각각에 제2 체결 부재(182)가 통과할 수 있는 체결홀이 형성될 수 있음은 물론이다.
제2 단부(142)는 제1 사이드 플레이트(151)에 결합되도록 버스바 홀더(120) 밖으로 돌출될 수 있다. 구체적으로, 제2 단부(142)는 버스바 홀더(120)의 일 가장자리(120Ea)로부터 돌출되어 제1 사이드 플레이트(151)의 일면에 평행하도록 절곡될 수 있다. 예컨대, 도 3 등에 도시된 바와 같이 제2 단부(142)는 대략 -Y 방향에서 +Z 방향으로 수직하게 절곡될 수 있다.
바디부(143)는 제1 단부(141) 및 제2 단부(142)를 연결하는 부분으로, 제1 단부(141) 측의 회로기판(130)으로부터 제2 단부(142) 측의 제1 사이드 플레이트(151)를 향해 연장된다. 바디부(143)는 제1 단부(141) 및 제2 단부(142)와 달리 버스바 홀더(120)에 내장되며, 이로써 바디부(143)는 개구부(121) 상에 안착되는 버스바(160)와 절연될 수 있다.
바디부(143)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)를 우회하는 방향으로 개구부(121) 둘레의 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서 바디부(143)의 형상은 부분적으로 개구부(121)의 형상에 대응할 수 있다. 예컨대, 도 3 등에 도시된 바와 같이 개구부(121)의 형상이 사각형인 경우, 바디부(143)는 개구부(121)의 꼭지점 측에서 대략 +X 방향에서 -Y 방향으로 수직하게 절곡될 수 있다.
물론 도 3에 도시된 실시예는 어디까지나 예시일 뿐이며, 제1 단부(141), 제2 단부(142) 및 바디부(143) 각각의 형상은 회로기판(130) 및/또는 사이드 플레이트(150)와의 결합 위치, 개구부(121)의 형상 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에는 제1 단부(142)가 버스바 홀더(120)와 회로기판(130) 사이에 개재되는 것으로 도시되었으나, 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 실시예로, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 단부(142)가 회로기판(130) 상에 배치될 수도 있다. 이러한 경우 제1 단부(142)는 버스바 홀더(120), 회로기판(130)의 순으로 적층된 구조물 상에 배치되고, 이로써 도 3 및 도 4에 도시된 실시예와 달리 제1 단부(142)의 전체가 외부로 노출되게 된다.
또한, 도 3 등에는 제2 단부(142)가 제1 사이드 플레이트(151)에 결합되는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 제2 단부(142)가 제2 사이드 플레이트(152)에 결합되는 것도 얼마든지 가능하다. 만일 제2 단부(142)가 제2 사이드 플레이트(152)에 결합될 시, 접지 부재(140)는 이전 실시예들과 동일 또는 유사한 형태로 회로기판(130)으로부터 버스바 홀더(120)의 제2 사이드 플레이트(152) 측 가장자리(도 2의 120Eb)를 향해 연장될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회로기판을 접지함으로써 배터리 모듈의 전자기 간섭 및 노이즈를 저감시킬 수 있다. 아울러, 배터리 모듈의 접지에 소요되는 공간을 줄일 수 있어 배터리 모듈의 컴팩트화가 가능하며, 일부 조립 공정을 생략하여 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업 편의성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈이 제공되며, 이러한 배터리 모듈은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 그 밖의 전기기기의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 일방향으로 배열되며, 상면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀들;
    상기 복수개의 배터리 셀들의 상부에 배치되며, 상기 단자부를 노출시키는 개구부를 갖는 버스바 홀더;
    상기 일방향으로 연장되어 상기 버스바 홀더의 적어도 중앙부를 덮도록 배치되는 회로기판;
    상기 버스바 홀더 내에 적어도 일부가 내장되어 상기 회로기판으로부터 상기 버스바 홀더의 가장자리를 향해 연장된 접지 부재;를 구비하는, 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부에 대응하도록 배치되어 이웃하는 배터리 셀들의 단자부들을 서로 전기적으로 연결하는 버스바;를 더 구비하는, 배터리 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향으로 연장되어 상기 복수개의 배터리 셀들의 적어도 일측에 배치되는 사이드 플레이트;를 더 구비하는, 배터리 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 접지 부재는,
    상기 회로기판에 결합되는 제1 단부와, 상기 사이드 플레이트에 결합되는 제2 단부와, 상기 버스바 홀더 내에 내장되어 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부를 연결하는 바디부를 구비하는, 배터리 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접지 부재는 도전성 물질을 포함하는, 배터리 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 사이드 플레이트는 도전성 물질을 포함하는, 배터리 모듈.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 회로기판 및 상기 제1 단부를 동시에 관통하는 제1 체결 부재가 상기 버스바 홀더에 결합되는, 배터리 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 단부는 상기 버스바 홀더와 상기 회로기판 사이에 개재되는, 배터리 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 단부는 상기 회로기판 상에 배치되는, 배터리 모듈.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 사이드 플레이트는 상기 복수개의 배터리 셀들의 상부로 돌출된 플랜지부를 구비하고,
    상기 플랜지부 및 상기 제2 단부를 동시에 관통하는 제2 체결 부재가 상기 버스바 홀더에 결합되는, 배터리 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 버스바 홀더는 상기 개구부의 외측에 상기 일방향을 따라 연장되며 상부로 돌출된 가이드부를 구비하고,
    상기 제2 단부는 상기 가이드부 및 상기 플랜지부 사이에 개재되는, 배터리 모듈.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 단부는 상기 버스바 홀더 상부로 돌출되어 상기 회로기판의 일면에 평행하도록 절곡되는, 배터리 모듈
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 단부는 상기 버스바 홀더의 상기 가장자리로부터 돌출되어 플랜지부의 일면에 평행하도록 절곡된, 배터리 모듈.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 바디부는 상기 개구부 둘레의 일부를 둘러싸도록 형성되는, 배터리 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 부재는 상기 버스바 홀더와 인서트 사출에 의해 형성되는, 배터리 모듈.
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