WO2019059538A1 - 가이드 결합 구조를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩 - Google Patents

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cylindrical battery
contact
module
battery cell
module housing
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이광배
윤석진
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module that accommodates two or more cylindrical battery cells, and more particularly, to a battery module and a battery pack including the battery module.
  • nickel-cadmium batteries nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries are currently commercially available.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- , Self-discharge rate is very low, and energy density is high.
  • Such a lithium secondary battery is classified into a cylindrical battery, a prismatic battery, and a pouch-shaped battery according to the shape of the battery case in which the electrode assembly of the anode / separator / cathode is built.
  • the demand for batteries is increasing significantly.
  • a prismatic battery is formed by inserting a jelly-roll type or stack type anode / separator / cathode electrode assembly into a rectangular prismatic battery case of a metal material, covering the open end with a top cap, injecting an electrolyte through an electrolyte injection port on the top cap, .
  • the pouch-shaped battery is manufactured in such a structure that the outer circumferential surface of the pouch case of the laminate sheet is thermally fused and sealed with the electrode assembly housed therein.
  • the cells are also manufactured in various shapes deviating from the rectangular parallelepiped shape.
  • Such an energy storage device includes a plurality of battery modules for storing electricity, and related devices for efficiently managing the electric energy stored in the battery modules.
  • a battery module including at least two or more battery modules
  • a plurality of cylindrical battery cells each having an electrode terminal formed at an upper portion and a lower portion;
  • a module housing having a receiving portion having a plurality of hollow structures for receiving the cylindrical battery cells
  • a bus bar electrically connected to the electrode terminals of at least two of the plurality of cylindrical battery cells
  • At least a part of the one surface of the bus bar is in contact with the other surface of the bus bar and is electrically connected to the cylindrical battery cell and at least a part of the surface of the other surface is in electrical contact with the cylindrical battery cells of the other battery module And a current collecting plate.
  • the module housing has an outer wall formed to form an inner space, and on the outer surface of the outer wall of the module housing, a guide coupling structure having coupling protrusions and guide grooves for guiding the positions of the other battery modules is formed .
  • the coupling protrusion may protrude from the outer surface of the outer wall, and the guide groove may be formed inwardly from the outer surface of the outer wall so that the coupling protrusion of the other battery module may be inserted .
  • the module housing may include: an upper case having a first accommodating portion formed in a hollow structure so as to surround an outer surface of the upper portion of the cylindrical battery cell; And a lower case coupled to the upper case and having a second accommodating portion formed in a hollow structure to enclose an outer surface of a lower portion of the cylindrical battery cell.
  • the upper case may include a first protrusion fastening part protruding from the outer surface of the outer wall formed in the right and left direction to one side and having a through hole for inserting the fastening bolt.
  • the lower case may include a second protrusion fastening portion that protrudes from the outer surface of the outer wall formed in the left and right direction to the other side and has a through hole for inserting the fastening bolt, So that the bolt can be continuously inserted into the through hole of the first projecting portion of the upper case of the other battery module.
  • first accommodating portion of the upper case may have an inwardly protruding portion for pressing and fixing the cylindrical battery cell on the inner surface facing the cylindrical battery cell.
  • the first receiving portion of the upper case may have a cut-out portion that is cut from a top end of one hollow structure to a predetermined point in a downward direction.
  • the convex portion may be formed on the inner surface of the cutout portion.
  • the incising portion may be located corresponding to the incision portion of another hollow structure of the first accommodating portion, and the incising portion may be spaced apart from the incision portion of the other hollow structure by a predetermined distance.
  • the bus bar may include: a body plate extending in a direction in which the cylindrical battery cells are arranged; And a terminal connection portion protruding from one end of the body plate to contact the electrode terminal of the cylindrical battery cell.
  • the electrode terminal of the cylindrical battery cell may include a first electrode terminal formed at an upper end and a second electrode terminal formed at a lower end.
  • the current collector plate may include a first current collector plate mounted on the module housing and electrically connected to a first electrode terminal of the cylindrical battery cell; And a second current collecting plate mounted on a lower portion of the module housing and electrically connected to a second electrode terminal of the cylindrical battery cell.
  • the first current collector plate may include: a first current collector formed to contact the upper surface of the bus bar that is in contact with the first electrode terminal of the cylindrical battery cell; And a contact accommodating portion extending forward from one end of the first current collector and formed with a step in the lower direction.
  • the second current collector plate includes a second current collector formed to be in contact with a lower surface of a bus bar that is in contact with a second electrode terminal of the cylindrical battery cell.
  • a vertical extension extending perpendicularly from an end of the second current collector in an upper direction;
  • a contact connection part formed to extend from the upper end of the vertical extending part to extend rearward to be electrically connected to the first power collecting plate while being seated in the contact receiving part of the first power collecting plate.
  • At least one protrusion protruding downward may be formed on the lower surface of the contact accommodating portion, and at least one groove having a shape corresponding to the protrusion of the contact accommodating portion may be formed in the contact connection portion.
  • the vertical extension may have a through-hole at a position corresponding to the coupling protrusion and the guide groove so that the coupling protrusion of the guide coupling structure passes through the vertical protrusion.
  • a battery pack according to the present invention includes at least two battery modules according to the present invention.
  • a vehicle comprising a battery pack according to the present invention.
  • a plurality of cylindrical battery cells each having an electrode terminal formed at an upper portion and a lower portion;
  • a module housing having a receiving portion having a plurality of hollow structures for receiving the cylindrical battery cells
  • a bus bar electrically connected to the electrode terminals of at least two of the plurality of cylindrical battery cells
  • At least a part of the one surface of the bus bar is in contact with the other surface of the bus bar and is electrically connected to the cylindrical battery cell and at least a part of the surface of the other surface is in electrical contact with the cylindrical battery cells of the other battery module Current collection plate;
  • An insulating plate formed to be in contact with an outer surface of one side of an outer side wall of the module housing
  • a support rod inserted in the insulation plate and protruding in the vertical direction from the outer periphery of the insulation plate;
  • a fastening member configured to fasten the current collecting plate together with the support rod.
  • the module housing has an outer wall formed to form an inner space, and on the outer surface of the outer wall of the module housing, a guide coupling structure having a coupling protrusion and a guide groove for guiding the position of the other battery module is formed .
  • a depressed groove extending in the inward direction and extending in the vertical direction may be formed on one outer surface of the outer side wall of the module housing, and the depressed groove may be inserted and received in the depressed groove.
  • the battery module can easily position other battery modules in one battery module through the guide coupling structure of the module housing without additional additional members. Accordingly, it is possible to effectively reduce the cost and time required for connection expansion and installation of a plurality of battery modules of the present invention.
  • a terminal connecting portion of a bus bar electrically connected to an electrode terminal of a cylindrical battery cell is formed in a two-branched structure, so that when a welding process is performed between a terminal connecting portion and an electrode terminal, Through the gap in the structure, the thermal conductivity for welding heating can be effectively increased, shortening the welding time and improving the welding reliability.
  • the convex portion of the first accommodating portion formed to press the outer surface of the cylindrical battery cell can reduce the connection failure between the cylindrical battery cell and the bus bar due to vibration or flow due to external impact, The damage of the cylindrical battery cell can be effectively reduced.
  • a battery pack can be constructed with various laminated structures such as a plurality of different battery modules stacked on top of a plurality of battery modules, so that the additional manufacturing cost There is an advantage that can be saved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the front of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view schematically showing the rear of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing a part of a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention, as viewed from above; and FIG. 4 is a partially enlarged view of a part of the configuration.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention and a partially enlarged view enlarging a portion of a part of the configurations.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are perspective views schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating a structure in which battery modules according to an embodiment of the present invention are connected to each other.
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing some configurations of the battery module in the region C 'of FIG.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state in which some components of the battery module of FIG. 11 are combined.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing an embodiment of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing another embodiment of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing another embodiment of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view schematically showing the front of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view schematically showing the rear of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 200 of the present invention may include a cylindrical battery cell 100, a module housing 210, a bus bar 250, and current collecting plates 230 and 240 .
  • the cylindrical battery cell 100 may include a cylindrical battery can 120 and an electrode assembly (not shown) accommodated in the battery can 120.
  • the battery can 120 includes a material having high electrical conductivity.
  • the battery can 120 may include aluminum or a copper material.
  • Electrode terminals 111 and 112 may be formed on the upper and lower portions of the battery can 120, respectively.
  • a first electrode terminal 111 may be formed on a flat circular upper surface of the battery can 120 and a second electrode terminal 112 may be formed on a lower surface of the lower surface of the battery can 120. [ May be formed.
  • the electrode assembly (not shown) may be formed in a jelly-roll type structure with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • a cathode tab may be attached to the anode (not shown) and connected to the first electrode terminal 111 at the upper end of the battery can 120.
  • a negative electrode tab may be attached to the negative electrode (not shown) and connected to the second electrode terminal 112 at the lower end of the battery can 120.
  • this is only an example, and is not necessarily limited to such a configuration.
  • the positive electrode tab (not shown) may be attached to the second electrode terminal 112 at the lower end of the battery can 120, and the negative electrode (not shown) And may be connected to the first electrode terminal 111 at the upper end of the battery can 120.
  • a ring-shaped support portion 115 may be formed on the outer periphery of the second electrode terminal 112 to support the bottom. Therefore, according to this configuration of the present invention, the cylindrical battery cell 100 can stably maintain the upright state from the floor by using the supporting portion 115 without a separate member.
  • the module housing 210 may include receiving portions 212A and 212B that can receive the cylindrical battery cell 100 by inserting the cylindrical battery cell 100 therein. Specifically, a plurality of hollow structures may be formed in the receiving portions 212A and 212B so as to cover the outer surface of the cylindrical battery cell 100.
  • the accommodating portions 212A and 212B of the module housing 210 may be provided with an electrically insulating material.
  • the electrically insulating material may be a polymer plastic. More specifically, the electrically insulating material may be polyvinyl chloride (PVC).
  • the module housing 210 includes a first outer side wall 215, a second outer side wall 216, a third outer side wall 217, and a second outer side wall 217 formed in the front, rear, left, Four outer walls 218.
  • At least one of the first outer side wall 215, the second outer side wall 216, the third outer side wall 217 and the fourth outer side wall 218 of the module housing 210 is connected to the other battery module 200
  • the guide projections 261 and 262 and the guide grooves 266 and 267 for guiding the positions of the guide grooves 266 and 267 are formed.
  • FIG. 4 is a plan view showing a part of a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention, as viewed from above; and FIG. 4 is a partially enlarged view of a part of the configuration.
  • the engaging projection 262 of the module housing 210 may have a structure protruding from the outer surface of the second outer wall 216B.
  • the upper end of the coupling protrusion 261 in the protruding direction may be formed to have a relatively larger thickness than the lower end of the coupling protrusion 262 adjacent to the outer surface of the second outer wall 216B.
  • the upper end of the engaging projection 262 in the protruding direction may be formed with a tapered structure T1 in which the thickness of the second outer wall 216B is continuously increased downward where the second outer wall 216B is located.
  • the coupling projection 262 may be formed with a gap H so as to be divided in the left-right direction along the central axis.
  • the gap H may be formed at a predetermined depth in a direction in which the outer walls 215, 216, 217, and 218 are located from the upper ends of the coupling protrusions 262.
  • the recessed depth may extend to the outer surface of the second outer wall 216B.
  • the coupling protrusion 261 of the module housing 210 of FIG. 2 may also be configured in the same manner as the coupling protrusion 262 of FIG. 4 described above, so that the description of the coupling protrusion 261 will be omitted.
  • the engaging projections 261 and 262 of the module housing 210 of the present invention can be inserted and fixed in the guide grooves 266 and 267, (Figs. 9 and 201) connected to the battery module (not shown) can be easily disposed, and can be fixed so as not to be easily separated from each other.
  • the guide groove 266 is recessed inward from the outer surface of the first outer wall 215 so that the engaging projection 262 of the other battery module 200 can be inserted. As shown in FIG.
  • the guide groove 267 may be recessed inward from the outer surface of the first outer wall 216 so that the coupling protrusion 261 of the other battery module 200 may be inserted.
  • a locking jaw (not shown) may be formed in the guide grooves 266 and 267 to prevent movement of the coupling protrusions 261 and 262 in the ejection direction after the upper ends of the coupling protrusions 261 and 262 are inserted.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention and a partially enlarged view enlarging a portion of a part of the configurations.
  • the module housing 210 may include an upper case 210A and a lower case 210B.
  • the upper case 210A may include a first outer side wall 215A, a second outer side wall 216A, a third outer side wall 217A, and a fourth outer side wall 218A.
  • the lower case 210B of FIG. 4 may include a first outer side wall 215B, a second outer side wall 216B, a third outer side wall 217B, and a fourth outer side wall 218B.
  • the upper case 210A includes two guide grooves 267 formed in the other module housing 210 on the outer surface of the first outer wall 215A, Two coupling protrusions 261 may be formed so as to be inserted into each of them.
  • Two guide grooves 266 are formed in the lower case 210B so that two coupling protrusions 262 formed in the other module housing 210 are inserted into a rear outer surface of the first outer side wall 215B .
  • the upper case 210A is formed so that the coupling protrusion 261 formed on the other module housing 210 is inserted into the outer surface of the second outer wall 216A Guide grooves 267 can be formed.
  • the lower case 210B is formed with two coupling protrusions 262 on the outer surface of the second outer wall 216B so as to be inserted into the two guide grooves 266 formed in the other module housing 210 .
  • the upper case 210A may be provided with a first accommodating portion 212A formed to have a hollow structure so as to surround the outer surface of the upper portion of the cylindrical battery cell 100.
  • the lower case 210B may be provided with a second accommodating portion 212B which is fastened to the upper case 210A and has a hollow structure to enclose the outer surface of the lower portion of the cylindrical battery cell 100 have.
  • the module housing 210 covers the upper and lower outer side surfaces of the cylindrical battery cell 100 using the first accommodating portion 212A and the second accommodating portion 212B So that the cylindrical battery cell 100 accommodated from the external impact can be stably protected.
  • a stopper 219 for preventing the upper end of the cylindrical battery cell 100 from moving to the upper portion of the first accommodating portion 212A may be formed at an upper end of the first accommodating portion 212A.
  • the stopper 219 may be an arc-shaped structure having a diameter smaller than the upper diameter of the cylindrical battery cell 100, and the stopper 219 may be formed in a hollow structure of the first accommodating portion 212A. It may be an arc-like structure that protrudes and extends from the upper end in the central axis direction.
  • the cylindrical battery cell 100 accommodated in the module housing 210 can be effectively prevented from being released to the outside by the stopper 219, So that damage such as disconnection of the electrical connection with the bus bar 250 can be prevented in advance.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • one side of the bus bar 250 is electrically connected to the electrode terminals 111 and 112 of the at least two cylindrical battery cells 100 of the plurality of cylindrical battery cells 100, . ≪ / RTI >
  • the bus bar 250 may include an electrically conductive material, for example, a nickel material.
  • bus bar 250 may include a body plate 251 and a terminal connection portion 256.
  • the body plate 251 may have a structure extending in the direction G in which the cylindrical battery cells 100 are arranged.
  • the terminal connection part 256 may protrude from one end of the body plate 251 so as to contact the electrode terminals 111 and 112 of the cylindrical battery cell 100.
  • the terminal connection portion 256 may have a structure that protrudes rearward from the body plate 251 when viewed in the direction F.
  • the terminal connecting portion 256 may be formed with a step 257 in the lower direction from the body plate 251.
  • the terminal connection portion 256 of the bus bar 250 can easily form a contact surface with the electrode terminals 111 and 112 of the cylindrical battery cell 100 and the reliability of the electrical connection .
  • five bus bars 250 (shown in FIG. 1 and FIG. 6) in which first electrode terminals 111 of 30 cylindrical battery cells 100 are electrically connected in parallel in one direction ) Can be constructed.
  • five bus bars 250 may be constructed in which the second electrode terminals 112 of the 30 cylindrical battery cells 100 are electrically connected in parallel in one direction (G).
  • the terminal connection portion 256 may include a structure branched into two. Therefore, according to this structure of the present invention, the structure in which the two portions are branched in the left-right direction is formed at the central portion of the terminal connection portion 256 requiring fusion bonding in welding, the thermal conductivity for welding heating So that the welding time can be shortened and the welding reliability can be enhanced.
  • FIG. 7 and 8 are perspective views schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the current collector plate of the present invention may include a first current collector plate 230 and a second current collector plate 240.
  • the first current collecting plate 230 may include an electrically conductive material, for example, the electrically conductive material may be copper or aluminum.
  • At least a part of the first current collector plate 230 is brought into contact with the other surface of the bus bar 250 electrically connected to the first electrode terminal of the cylindrical battery cell 100 to electrically contact the cylindrical battery cell 100 .
  • the first current collecting plate 230 may be mounted on the module housing 210 and electrically connected to the first electrode terminal 111 of the cylindrical battery cell 100.
  • the other surface of the bus bar 250 may be laser welded to one surface of the first current collecting plate 230.
  • the second current collecting plate 240 may include an electrically conductive material, for example, the electrically conductive material may be copper or aluminum.
  • the second current collecting plate 230 may be formed by contacting at least a part of one surface of the second current collecting plate 230 with the other surface of the bus bar 250 electrically connected to the second electrode terminal 112 of the cylindrical battery cell 100, As shown in FIG. In other words, the second current collecting plate 240 may be mounted on the lower portion of the module housing 210 and electrically connected to the second electrode terminal 112 of the cylindrical battery cell 100. At this time, the other surface of the bus bar 250 may be laser welded to one surface of the second current collecting plate 240.
  • the first current collecting plate 230 may include a first current collector 231 and a contact receiving portion 233.
  • the first current collector 231 may be configured to be in contact with an upper surface (body plate) 251 of the bus bar 250 connected to the first electrode terminal 111 of the cylindrical battery cell 100 .
  • a welding hole 234 may be formed in the first current collector 231 so that the terminal connection portion 256 of the bus bar 250 may be exposed to the outside.
  • At least a part of one end of the first current collector 231 may extend forward and a step structure 232 may be formed downward in the contact receiving part 233.
  • the contact receiving portion 233 may be formed such that one end of the first current collector 231 extends forward .
  • the second current collector plate 240 may include a second current collector 241, a vertical extension 243, and a contact connection 245.
  • the second current collector 241 may be formed to be in contact with the lower surface (body plate) of the bus bar 250 that is in contact with the second electrode terminal 112 of the cylindrical battery cell 100. More specifically, the second current collector 241 may be provided with a welding hole 244 so that the terminal connection portion 256 of the bus bar 250 may be exposed to the outside.
  • the vertical extension 243 may be vertically bent and extended from one end of the second current collector 241 upward. 2 and 3, 261 and 262) of the guide coupling structure 260 are passed through the vertical extension part 243 at positions corresponding to the coupling protrusions 261 and 262, Spheres 247 and 248 may be formed. For example, as shown in FIG. 8, four through-holes 247 and 248 may be formed in the vertical extension portion 243.
  • the contact connection part 245 is mounted on the contact accommodating part 233 of the first current collecting plate 230 and is electrically connected to the first current collecting plate 230 by a And may be a structure that is bent and extended backward from the top.
  • the second current collector 241, the vertical extension 243, and the contact connection 245 may be an integrated structure made of one material. That is, in the manufacturing process of the second current collecting plate 240, a part of the one conductive plate is formed as the second current collecting part 241, and the remaining part is vertically bent upward, And one end portion of the vertical extension portion 243 may be formed as a contact connection portion 245 by being bent in the horizontal direction of the rear.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating a structure in which battery modules according to an embodiment of the present invention are connected to each other.
  • 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing some configurations of the battery module in the region C 'of FIG.
  • At least one protrusion 246 protruding downward may be formed on the lower surface of the contact connection portion 245 of the second current collector plate 240, At least one receiving groove 235 having a shape corresponding to the protrusion 246 of the contact receiving portion 233 may be formed in the contact receiving portion 233.
  • the protrusion 246 of the contact connection part 245 of the second current collector plate 240 is inserted and fixed in the receiving groove 235 of the contact receiving part 233 of the first current collecting plate 230 have.
  • the protrusion 246 of the contact connection portion 245 and the receiving groove 235 of the contact accommodating portion 233 are coupled to each other so that the contact connection portion 245 contacts the contact accommodating portion 235. [ 233).
  • the contact area can be effectively increased to reduce electrical resistance and improve electrical connection reliability.
  • a welding line may be formed in the contact receiving portion 233 of the first current collecting plate 230 to improve the welding convenience with the contact connecting portion 245 of the second current collecting plate 240.
  • the upper case 210A may include a first protrusion 271
  • the lower case 210B may include a second protrusion 276, .
  • the first protrusion 271 may protrude forward or backward from the outer surface of the third outer side wall 217A and the fourth outer side wall 218A of the upper case 210A, A through hole 272 may be formed so that the through hole 279 is inserted.
  • the two first protruding fastening portions 271 are disposed rearward from the outer surfaces of the third outer side wall 217A and the fourth outer side wall 218A of the upper case 210A And may be formed by protruding and extending.
  • the second projecting portion 276 may be formed to extend forward or backward from the outer surface of the third outer side wall 217B and the fourth outer side wall 218B, A through hole 277 may be formed so that the through hole 279 is inserted.
  • the two second projecting engagement portions 276 are formed on the outer surface of the third outer side wall (FIG. 4, 217B) of the lower case 210B and the outer surface of the fourth outer side wall 218B As shown in Fig.
  • the through hole 277 of the second protruding coupling part 276 is inserted into the first protruding coupling part 271 of the upper case 210A of the other battery module 200 so that the fastening bolt 279 is inserted continuously.
  • the through hole 272 of the through hole 272 can be communicated. Accordingly, the fastening bolts 279 can be inserted into both the first and second projecting fastening portions 271 and 276 and fastened.
  • the first protrusion 271 of the upper case 210A is connected to the second protrusion 276 of the lower case 210B of the other battery module 200 by the bolt- It is possible to prevent the arrangement structure of the battery modules 200 from being disturbed and particularly to prevent the electrical connection between the first current collector plate 230 and the second current collector plate 240 from being broken. Further, in order to connect and couple a plurality of battery modules of the related art, it is necessary that a plurality of battery modules are spaced apart at a predetermined distance due to the volume of the coupling structure.
  • the first accommodating portion 212A of the upper case 210A is formed by pressing and fixing the side surface of the cylindrical battery cell 100 on the inner surface facing the side surface of the cylindrical battery cell 100 May be formed.
  • the fixing structure may include a protrusion (not shown) protruding in the horizontal direction (inward direction) in which the cylindrical battery cell 100 is positioned from the inner surface of the first accommodating portion 212A so as to press the outer surface of the cylindrical battery cell 100, (213).
  • the fixing structure can effectively reduce the ground fault between the cylindrical battery cell 100 and the bus bar 250 due to vibration or flow due to an external impact, and the cylindrical battery cell 100 ) Can be effectively reduced.
  • the first receiving portion 212A of the upper case 210A may have a cut-out portion 214 that is cut from a top end of one hollow structure to a predetermined point in a downward direction. That is, on both sides of the cutout portion 214, a gap S may be formed from the hollow structure of the first accommodating portion 212A. At this time, the convex portion 213 may be formed at the center of the inner side of the cutout portion 214.
  • the cutout portion 214 may be positioned corresponding to the cutout portion 214 of the other hollow structure of the first accommodating portion 212A.
  • the cutout portion 214 may be spaced apart from the cutout portion 214 of another hollow structure by a predetermined distance.
  • the cut-out portion 214 allows the convex portion 213 to elastically press the one side of the cylindrical battery cell 100, 1 accommodating portion 212A so that the convex portion can press one side of the cylindrical battery cell 100 with a constant pressing force.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 12 is a perspective view showing a state in which some components of the battery module of FIG. 11 are combined.
  • the battery module 200C may include an insulating plate 295, a support rod 297, and a fastening member 299.
  • the insulating plate 295 may be positioned in contact with the outer surface of the outer wall 218C of the module housing 210C.
  • the support plate 297 may be inserted into the insulation plate 295 and protrude from the outer periphery of the insulation plate 295 in the vertical direction.
  • the fastening member 299 may be fastened to the outer wall 218C of the module housing 210C together with the support rod 297.
  • a depressed groove D may be formed on the outer surface of one side of the outer side wall 218C of the module housing 210C to extend inward and extend in the vertical direction. Further, the supporting rod 297 inserted into the insulating plate 295 may be inserted and fixed in the indentation groove D.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing an embodiment of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 may include at least two or more of the battery modules 200.
  • the at least two battery modules 200, 201, 202, and 203 may be arranged in one direction.
  • four battery modules 200, 201, 202 and 203 are arranged in the front-rear direction, and four battery modules 200, 201, 202 and 203 are electrically As shown in FIG.
  • the battery module 202 includes a third current collecting plate 236.
  • the third current collecting plate 236 is electrically connected to the external input / A terminal contact portion 237 can be formed.
  • the external terminal contact portion 237 may be formed with a connection groove 238 which is formed inwardly at one end thereof.
  • An external input / output terminal 280 having a bolt shape may be inserted into the connection groove 238.
  • three connection grooves 238 may be formed in the external terminal contact portion 237 of the third current collecting plate 236 and three connection grooves 238 may be formed in the three connection grooves 238.
  • [ Output terminals 280 can be inserted and fixed.
  • the third current collecting plate 236 can be electrically connected to the external input / output terminal 280 by using the connection groove 238, thereby shortening the time of the assembling process There is an advantage.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing another embodiment of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1001 includes at least two battery modules 200, 201, 202, and 203 of a first stage arranged in one direction and at least two battery modules 200, 205, 206, 207 of the second stage stacked in one direction on the first, second, and third battery modules 200, 201, 202,
  • an insulating plate 290 may be interposed between the at least two battery modules 200, 201, 202, 203 of the first stage and the at least two or more different battery modules 204, 205, 206, 207 stacked with insulating material having low electrical conductivity.
  • An insulating plate 290 may be interposed.
  • the insulating material may be plastic or rubber material.
  • the insulating plate 290 is connected to the battery modules 200, 201, 202, 203 of the first stage and the other battery modules 204, 205, 206 And 207 can be prevented from being generated in advance.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing another embodiment of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1002 differs from the battery pack 1001 of FIG. 14 in that the battery modules 204, 205, 206, and 207 of the second stage
  • the first electrode terminal 111 is located at the lower portion and the second electrode terminal 112 is positioned at the upper portion so that the battery module 200, 201, 202, .
  • the battery pack 1000 it is possible to construct the battery pack 1000 with various lamination structures of the battery modules, and there is an advantage that the additional manufacturing cost due to the design change such as the production of a new mold can be reduced.
  • the battery pack 1000 may include various devices for controlling the charging and discharging of the battery module 200, such as a BMS (not shown, Battery Management) System), a current sensor, a fuse, and the like.
  • the battery pack 1000 according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric car or a hybrid car. That is, the automobile according to the present invention may include the battery pack 1000 according to the present invention.
  • the battery pack 1000 according to the present invention can be applied to an energy storage system that can be used as an electric power source in an emergency. That is, the energy storage system according to the present invention may include the battery pack 1000 according to the present invention.
  • Cylindrical battery cell 256 Terminal connection part
  • electrode terminal 260 guide coupling structure
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the battery module.
  • the present invention is also applicable to an energy storage system having a battery module and a battery pack of the present invention or an industry related to an automobile.

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리 모듈의 연결 확장 설치에 대한 효율성이 향상된 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 원통형 전지셀; 수용부가 구비된 모듈 하우징; 둘 이상의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결된 버스바; 및 다른 하나의 집전 플레이트와 접촉하여 다른 하나의 배터리 모듈의 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결된 집전 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 하우징의 외측벽 외면에 다른 하나의 배터리 모듈의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기 및 가이드 홈이 구비된 가이드 결합 구조가 형성된다.

Description

가이드 결합 구조를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩
본 발명은 둘 이상의 원통형 전지셀을 수용하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 모듈의 연결 확장 설치에 대한 효율성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 09월 20일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0121278호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차 전지로는, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는, 양극/세퍼레이터/음극의 전극조립체를 내장하는 전지케이스의 형상에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되는데, 디바이스의 소형화 경향에 따라 그에 적합한 각형 전지와 파우치형 전지의 수요가 크게 증가하고 있다.
일반적으로, 각형 전지는 젤리-롤형 또는 스택형의 양극/세퍼레이터/음극 전극조립체를 금속 소재의 각형 전지케이스에 넣고 개방 상단을 탑 캡으로 덮으며 탑 캡 상의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입한 뒤 밀봉하는 과정으로 제작된다.
또한, 파우치형 전지는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극조립체를 수납한 상태에서 외주면을 열융착 밀봉한 구조로 제조된다.
한편, 상기와 같은 전지들이 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 전지 또한 직육면체 형상에서 벗어나서 다양한 형태로 제조되고 있다.
최근, 기존의 신재생 에너지의 불안정한 전력 생산을 극복할 수 있는 방안으로 에너지 저장 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 에너지 저장 장치는, 기후변화에 따라 생산량이 일정하지 않아도 잉여 전력을 저장할 수 있기에 전체적인 전력량은 부족하지 않을 수 있다.
이러한 에너지 저장 장치는, 전기를 저장하는 복수의 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지를 효율적으로 관리해 주는 관련 장치들이 포함되어 있다.
또한, 이러한 에너지 저장 장치를 구성하기 위해서는 복수의 배터리 모듈을 서로 연결 확장 배열하는 작업이 필요하다. 그러나, 종래 기술에서는 복수의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하고, 이들을 균일하게 배열하기 위해서는 많은 부품들이 소요되고, 설치가 까다로워 설치 작업에 소요되는 시간이 많았다. 특히, 규모가 큰 에너지 저장 장치를 구성할 경우, 복수의 배터리 모듈들을 설치하는데 많은 비용과 시간이 소요되어 문제가 더욱 심화되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 복수의 배터리 모듈의 연결 확장을 위한 설치 작업에 대한 효율성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 둘 이상으로 전기적 연결 확장이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로,
전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성된 복수의 원통형 전지셀;
상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징;
일면이 상기 복수의 원통형 전지셀 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결된 버스바; 및
일면의 적어도 일부가 상기 버스바의 타면과 접촉하여 상기 원통형 전지셀과 전기적으로 연결되고, 타면의 적어도 일부가 다른 하나의 집전 플레이트와 접촉하여 다른 하나의 배터리 모듈의 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결된 집전 플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 모듈 하우징은 내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽을 구비하고, 상기 모듈 하우징의 외측벽 외면에는 다른 하나의 배터리 모듈의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기 및 가이드 홈이 구비된 가이드 결합 구조가 형성된다.
또한, 상기 결합 돌기는, 상기 외측벽의 외면으로부터 돌출 연장된 구조일 수 있고, 상기 가이드 홈은, 다른 하나의 배터리 모듈의 결합 돌기가 삽입될 수 있도록 상기 외측벽의 외면으로부터 내부 방향으로 만입되어 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 하우징은, 상기 원통형 전지셀 상부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제1 수용부가 구비된 상부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 체결되고, 상기 원통형 전지셀의 하부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제2 수용부가 구비된 하부 케이스를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 상부 케이스는, 좌우 방향에 형성된 상기 외측벽의 외면에서 일측으로 돌출 연장되고, 체결 볼트가 삽입되도록 관통홀이 형성된 제1 돌출 체결부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 하부 케이스는, 좌우 방향에 형성된 상기 외측벽의 외면에서 타측으로 돌출 연장되고, 체결 볼트가 삽입되도록 관통홀이 형성된 제2 돌출 체결부를 구비하며, 상기 제2 돌출 체결부의 관통홀은, 체결 볼트가 연속적으로 삽입되도록 다른 배터리 모듈의 상부 케이스의 제1 돌출 체결부의 관통홀과 연통될 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스의 제1 수용부는, 상기 원통형 전지셀과 대면하는 내면에 상기 원통형 전지셀을 가압 고정하기 위해 내부 방향으로 돌출된 볼록부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 상부 케이스의 제1 수용부는, 하나의 중공 구조의 상단에서 하부 방향으로 소정 지점까지 절개된 형태의 절개부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 절개부의 내측면에는 상기 볼록부가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 절개부는, 상기 제1 수용부의 다른 중공 구조의 절개부와 서로 대응하여 위치되고, 상기 절개부는, 다른 중공 구조의 절개부와 소정 거리로 이격될 수 있다.
그리고, 상기 버스바는, 상기 원통형 전지셀이 배열된 방향으로 연장된 본체 플레이트; 및 상기 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하도록 상기 본체 플레이트의 일측 단에서 돌출 연장된 단자 접속부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 원통형 전지셀의 전극 단자는, 상단에 형성된 제1 전극 단자 및 하단에 형성된 제2 전극 단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 집전 플레이트는, 상기 모듈 하우징의 상부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀의 제1 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 집전 플레이트; 및 상기 모듈 하우징의 하부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀의 제2 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 형성된 제2 집전 플레이트를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 집전 플레이트는, 상기 원통형 전지셀의 제1 전극 단자와 접촉 연결된 버스바의 상면과 접촉하도록 형성된 제1 집전부; 및 상기 제1 집전부의 일측 단에서 전방으로 연장 형성되고, 하부 방향의 단차가 형성된 접촉 수용부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제2 집전 플레이트는, 상기 원통형 전지셀의 제2 전극 단자와 접촉 연결된 버스바의 하면과 접촉하도록 형성된 제2 집전부; 상기 제2 집전부의 일측 단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 수직 연장부; 및 상기 제1 집전 플레이트의 접촉 수용부에 안착되어 상기 제1 집전 플레이트와 전기적으로 연결되도록 상기 수직 연장부의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장되어 형성된 접촉 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 접촉 수용부의 하면에는 하부 방향으로 돌출된 돌기가 적어도 하나 이상이 형성될 수 있고, 상기 접촉 연결부에는 상기 접촉 수용부의 돌기와 대응되는 형상의 홈이 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 수직 연장부에는, 상기 가이드 결합 구조의 결합 돌기가 관통되도록 상기 결합 돌기 및 상기 가이드 홈과 대응되는 위치에 관통구가 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 적어도 둘 이상 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
나아가, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 둘 이상으로 전기적 연결 확장이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로,
전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성된 복수의 원통형 전지셀;
상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징;
일면이 상기 복수의 원통형 전지셀 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결된 버스바;
일면의 적어도 일부가 상기 버스바의 타면과 접촉하여 상기 원통형 전지셀과 전기적으로 연결되고, 타면의 적어도 일부가 다른 하나의 집전 플레이트와 접촉하여 다른 하나의 배터리 모듈의 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결된 집전 플레이트;
상기 모듈 하우징의 외측벽의 일측 외면과 접하여 위치되도록 형성된 절연 플레이트;
상기 절연 플레이트의 내부에 삽입되고, 상기 절연 플레이트의 외주로부터 상하 방향으로 돌출된 지지봉; 및
상기 지지봉과 함께, 상기 집전 플레이트를 체결하도록 구성된 체결 부재를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 모듈 하우징은 내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽을 구비하고, 상기 모듈 하우징의 외측벽 외면에는 다른 하나의 배터리 모듈의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기 및 가이드 홈이 구비된 가이드 결합 구조가 형성된다.
또한, 상기 모듈 하우징의 외측벽의 일측 외면에는, 내부 방향으로 만입되고 상하 방향으로 연장된 만입 홈이 형성될 수 있고, 상기 만입 홈은, 상기 지지봉이 삽입 수납될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 별도의 추가 부재 없이도, 모듈 하우징의 가이드 결합 구조를 통해 하나의 배터리 모듈에 다른 배터리 모듈을 손쉽게 정위치에 배치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈을 복수 개 연결 확장 설치 시에 소요되는 비용 및 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 하우징의 수용부에 형성된 스토퍼 구조에 의해, 수용된 원통형 전지셀이 외부로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 원통형 전지셀의 상부 방향의 움직임이 구속되어 원통형 전지셀과 버스바 간의 전기적 연결이 단선되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 원통형 전지셀의 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되는 버스바의 단자 접속부는, 2개로 분지된 구조로 형성됨으로써, 단자 접속부와 전극 단자 간의 용접 공정시, 분지된 구조의 간극을 통해 용접 가열을 위한 열 전도율을 효과적으로 높여, 용접 시간을 단축하고 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 제2 집전 플레이트의 접촉 연결부의 돌기 및 제1 집전 플레이트의 접촉 수용부의 수용홈의 결합 구조를 통해, 상기 제1 집전 플레이트의 접촉 연결부가 상기 제2 집전 플레이트의 접촉 수용부에 손쉽게 안착될 수 있도록 유도될 수 있고, 접촉 면적을 늘려 전기 저항을 효과적으로 줄이고 전기적 연결 신뢰성을 높일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 원통형 전지셀의 외측면을 가압하도록 형성된 제1 수용부의 볼록부는, 외부 충격으로 인한 진동 내지 유동에 따른 원통형 전지셀과 버스바 간의 접속 불량을 줄일 수 있고, 원통형 전지셀의 손상을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 복수의 배터리 모듈 상위에 다른 복수의 배터리 모듈을 적층 시키는 등의 다양한 적층 구조로 배터리 팩을 구성하는 것이 가능하여, 배터리 팩의 설계 변경에 따른 추가 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 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 모듈에 대한 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성을 상부에서 바라본 형태로 나타내는 평면도 및 일부 구성의 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도 및 일부 구성들의 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈들이 서로 연결된 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은, 도 9의 C' 영역의 배터리 모듈의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 12는, 도 11의 배터리 모듈에 대한 일부 구성들이 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 또 다른 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
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 안 되며, 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 원통형 전지셀(100), 모듈 하우징(210), 버스바(250) 및 집전 플레이트(230, 240)를 포함할 수 있다.
여기서, 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지캔(120), 및 상기 전지캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전지캔(120)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지캔은 알루미늄 또는 구리 소재를 포함할 수 있다. 상기 전지캔(120)의 상부 및 하부 각각에 전극 단자(111, 112)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지캔(120)의 상단의 평평한 원형의 상면에는 제1 전극 단자(111)가 형성될 수 있고, 상기 전지캔(120)의 하단의 평평한 원형의 하면에는 제2 전극 단자(112)가 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체(도시하지 않음)는, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 권취한 구조로 형성될 수 있다. 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 상단의 제1 전극 단자(111)에 접속될 수 있다. 또한, 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 하단의 제2 전극 단자(112)에 접속될 수 있다. 그러나, 이것은 하나의 예시일 뿐, 반드시 이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 반대로 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 하단의 제2 전극 단자(112)에 접속될 수 있고, 또한, 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 상단의 제1 전극 단자(111)에 접속될 수 있다.
더욱이, 상기 제2 전극 단자(112)의 외주에는 바닥을 지지할 수 있도록 링 형상의 지지부(115)가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 원통형 전지셀(100)은, 별도의 부재 없이도 지지부(115)를 사용하여 바닥으로부터 직립한 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 상기 원통형 전지셀(100)을 내부에 삽입하여 수용할 수 있는 수용부(212A, 212B)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 수용부(212A, 212B)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감쌀 수 있도록 형성된 중공 구조가 복수개 형성될 수 있다. 이때, 모듈 하우징(210)의 수용부(212A, 212B)는, 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 절연성 소재는, 고분자 플라스틱일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 전기 절연성 소재는, PVC(Polyvinyl chloride)일 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(210)은, 내부 공간을 형성하도록 이루어지고 전, 후, 좌, 우 방향으로 형성된 제1 외측벽(215), 제2 외측벽(216), 제3 외측벽(217), 및 제4 외측벽(218)을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징(210)의 제1 외측벽(215), 제2 외측벽(216), 제3 외측벽(217), 및 제4 외측벽(218) 중 적어도 하나 이상에는, 다른 하나의 배터리 모듈(200)의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기(261, 262) 및 가이드 홈(266, 267)이 구비된 가이드 결합 구조(260)가 형성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성을 상부에서 바라본 형태로 나타내는 평면도 및 일부 구성의 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
도 2 및 도 3과 함께, 도 4를 참조하면, 모듈 하우징(210)의 결합 돌기(262)는, 제2 외측벽(216B)의 외면으로부터 돌출 연장된 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 결합 돌기(261)의 돌출된 방향의 상단부는, 상기 제2 외측벽(216B)의 외면에 인접한 결합 돌기(262)의 하단부 두께보다 상대적으로 큰 두께로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 결합 돌기(262)의 돌출된 방향의 상단부는, 제2 외측벽(216B)이 위치한 하부 방향으로 연속적으로 두께가 굵어지는 테이퍼 구조(T1)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 결합 돌기(262)는, 중심축을 따라 좌우 방향으로 나뉘어지도록 간극(H)이 형성될 수 있다.
상기 간극(H)은, 상기 결합 돌기(262)의 상단부로부터 외측벽(215, 216, 217, 218)이 위치한 방향으로 소정의 깊이로 만입되어 형성될 수 있다. 상기 만입된 깊이는 제2 외측벽(216B)의 외면까지 연장될 수 있다.
또한, 도 2의 모듈 하우징(210)의 결합 돌기(261) 또한, 앞서 설명한 도 4의 결합 돌기(262) 구성과 동일하게 구성될 수 있으므로, 결합 돌기(261)의 구성 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 모듈 하우징(210)의 결합 돌기(261, 262)는, 가이드 홈(266, 267)에 삽입되어 체결 고정될 수 있으므로, 하나의 배터리 모듈(200)에 연결된 다른 배터리 모듈(도 9, 201)을 손쉽게 배치할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 쉽게 분리되지 않도록 고정할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 가이드 홈(266)은, 다른 하나의 배터리 모듈(200)의 결합 돌기(262)가 삽입될 수 있도록 제1 외측벽(215)의 외면으로부터 내부 방향으로 만입된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 홈(267)은, 다른 하나의 배터리 모듈(200)의 결합 돌기(261)가 삽입될 수 있도록 제1 외측벽(216)의 외면으로부터 내부 방향으로 만입된 형태로 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 가이드 홈(266, 267)의 내부에는 상기 결합 돌기(261, 262)의 상단부가 삽입된 후 배출 방향의 이동을 저지할 수 있도록 걸림턱(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도 및 일부 구성들의 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
다시 도 2 내지 도 4와 함께, 도 5를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은, 상부 케이스(210A) 및 하부 케이스(210B)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 케이스(210A)는 제1 외측벽(215A), 제2 외측벽(216A), 제3 외측벽(217A) 및 제4 외측벽(218A)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(도 4의 210B)는 제1 외측벽(215B), 제2 외측벽(216B), 제3 외측벽(217B) 및 제4 외측벽(218B)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 5 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)는, 상기 제1 외측벽(215A)의 외면에 다른 하나의 모듈 하우징(210)에 형성된 2개의 가이드 홈(267) 각각에 삽입되도록 2개의 결합 돌기(261)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(210B)는, 제1 외측벽(215B)의 후방 외면에 다른 하나의 모듈 하우징(210)에 형성된 2개의 결합 돌기(262)가 삽입되도록 2개의 가이드 홈(266)이 형성될 수 있다.
더욱이, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)는, 제2 외측벽(216A)의 외면에 다른 하나의 모듈 하우징(210)에 형성된 결합 돌기(261)가 삽입 결합되도록 2개의 가이드 홈(267)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 케이스(210B)는, 제2 외측벽(216B)의 외면에 다른 하나의 모듈 하우징(210)에 형성된 2개의 가이드 홈(266) 각각에 삽입되도록 2개의 결합 돌기(262)가 형성될 수 있다.
도 4와 함께 도 5를 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)는, 상기 원통형 전지셀(100) 상부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제1 수용부(212A)가 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 하부 케이스(210B)는, 상기 상부 케이스(210A)와 체결되고, 상기 원통형 전지셀(100)의 하부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제2 수용부(212B)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)은, 제1 수용부(212A) 및 제2 수용부(212B)를 사용하여 원통형 전지셀(100)의 상하부의 외측면을 모두 감싸 수용할 수 있어, 외부의 충격으로부터 수용된 원통형 전지셀(100)을 안정적으로 보호할 수 있다.
그리고, 상기 제1 수용부(212A)의 상단에는, 원통형 전지셀(100)의 상단이 상기 제1 수용부(212A)의 상부로 이동하는 것을 저지하기 위한 스토퍼(219)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 스토퍼(219)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상부 직경보다 좁은 직경의 원호형 구조일 수 있고, 상기 스토퍼(219)는, 상기 제1 수용부(212A)의 중공 구조의 상단에서 중심축 방향으로 돌출 연장된 원호형 구조일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 하우징(210)의 내부에 수용된 원통형 전지셀(100)은, 스토퍼(219)에 의해 외부로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 상부 방향에 움직임이 구속되어 유동이 방지되므로, 버스바(250)와의 전기적 연결이 단선되는 등의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 버스바(250)는, 일면이 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111, 112)와 접촉하여 전기적으로 연결된 구조를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 버스바(250)는, 전기 도전성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 니켈 소재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 버스바(250)는, 본체 플레이트(251) 및 단자 접속부(256)를 포함할 수 있다.
여기서, 본체 플레이트(251)는, 상기 원통형 전지셀(100)이 배열된 방향(G)으로 연장된 구조일 수 있다. 또한, 상기 단자 접속부(256)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111, 112)와 접촉하도록 상기 본체 플레이트(251)의 일측 단에서 돌출 연장된 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 단자 접속부(256)는, F 방향으로 바라볼 때, 본체 플레이트(251)로부터 후방으로 돌출 연장된 구조일 수 있다.
또한, 상기 단자 접속부(256)는, 본체 플레이트(251)로부터 하부 방향의 단차(257)가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(250)의 단자 접속부(256)는 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111, 112)와 쉽게 접촉면을 형성할 수 있어, 전기적 연결의 신뢰성을 높일 수 있다.
여기서, 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 한다.
예를 들면, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 30개의 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111)를 전기적으로 일 방향(G)으로 병렬 연결하고 있는 5개의 버스바(250)가 구성될 수 있다. 마찬가지로, 30개의 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(112)를 전기적으로 일 방향(G)으로 병렬 연결하고 있는 5개의 버스바(250)가 구성될 수 있다.
또한, 상기 단자 접속부(256)는, 2개로 분지된 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 용접시 용융 결합이 필요한 상기 단자 접속부(256)의 중앙 부위에 좌우 방향으로 2개로 분지된 구조가 형성됨에 따라, 분리된 간극을 통해 용접 가열을 위한 열 전도율을 효과적으로 높여, 용접 시간을 단축하고 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 1과 함께 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 집전 플레이트는 제1 집전 플레이트(230) 및 제2 집전 플레이트(240)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 집전 플레이트(230)는, 전기 전도성 소재를 포함할 수 있고, 예를 들면, 상기 전기 전도성 소재는 구리 또는 알루미늄 등일 수 있다.
또한, 상기 제1 집전 플레이트(230)는, 일면의 적어도 일부가 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자와 전기적으로 연결된 버스바(250)의 타면과 접촉하여 원통형 전지셀(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 집전 플레이트(230)는, 상기 모듈 하우징(210)의 상부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111)와 전기적으로 연결된 구조일 수 있다. 이때, 상기 제1 집전 플레이트(230)의 일면과 상기 버스바(250)의 타면은 레이저 용접되어 결합된 구조일 수 있다.
더욱이, 상기 제2 집전 플레이트(240)는, 전기 전도성 소재를 포함할 수 있고, 예를 들면, 상기 전기 전도성 소재는 구리 또는 알루미늄 등일 수 있다.
그리고, 상기 제2 집전 플레이트(230)는, 일면의 적어도 일부가 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(112)와 전기적으로 연결된 버스바(250)의 타면과 접촉하여 원통형 전지셀(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 집전 플레이트(240)는, 상기 모듈 하우징(210)의 하부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(112)와 전기적으로 연결된 구조일 수 있다. 이때, 상기 제2 집전 플레이트(240)의 일면과 상기 버스바(250)의 타면은 레이저 용접되어 결합된 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 집전 플레이트(230)는, 제1 집전부(231) 및 접촉 수용부(233)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 집전부(231)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111)와 접촉 연결된 버스바(250)의 상면(본체 플레이트, 251)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 집전부(231)에는, 상기 버스바(250)의 단자 접속부(256)가 외부로 노출될 수 있도록 용접구(234)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 접촉 수용부(233)는, 상기 제1 집전부(231)의 일측 단의 적어도 일부가 전방으로 연장 형성되고, 하부 방향으로 단차 구조(232)가 형성될 수 있다. 보다 전기적 저항을 감소시킬 수 있도록, 예를 들면, 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 접촉 수용부(233)는 상기 제1 집전부(231)의 일측 단 전체가 전방으로 연장되어 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제2 집전 플레이트(240)는, 제2 집전부(241), 수직 연장부(243) 및 접촉 연결부(245)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 집전부(241)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(112)와 접촉 연결된 버스바(250)의 하면(본체 플레이트)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 제2 집전부(241)에는 버스바(250)의 단자 접속부(256)가 외부로 노출될 수 있도록 용접구(244)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 수직 연장부(243)는, 상기 제2 집전부(241)의 일측 단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 구조일 수 있다. 더욱이, 상기 수직 연장부(243)에는, 상기 가이드 결합 구조(260)의 결합 돌기들(도 2 및 도 3, 261, 262)이 관통되도록 상기 결합 돌기(261, 262)와 대응되는 위치에 관통구들(247, 248)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 연장부(243)에는 4개의 관통구들(247, 248)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 접촉 연결부(245)는, 상기 제1 집전 플레이트(230)의 접촉 수용부(233)에 안착되어 상기 제1 집전 플레이트(230)와 전기적으로 연결되도록, 상기 수직 연장부(243)의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장된 구조일 수 있다.
나아가, 상기 제2 집전부(241), 수직 연장부(243) 및 접촉 연결부(245)는 하나 소재로 이루어진 일체화된 구조일 수 있다. 즉, 상기 제2 집전 플레이트(240)의 제조 과정에서, 하나의 도전성 플레이트의 일부위는 제2 집전부(241)로 형성되고, 나머지 부위가 상부 방향으로 수직 절곡되어 수직 연장부(243)로 형성되며, 상기 수직 연장부(243)의 일측 단부가 후방의 수평 방향으로 절곡되어 접촉 연결부(245)로 형성될 수 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈들이 서로 연결된 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 10은, 도 9의 C' 영역의 배터리 모듈의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다.
먼저, 도 7 내지 도 9와 함께, 도 10을 참조하면, 제2 집전 플레이트(240)의 접촉 연결부(245)의 하면에는, 하부 방향으로 돌출된 돌기(246)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있고, 상기 접촉 수용부(233)에는 상기 접촉 수용부(233)의 돌기(246)와 대응되는 형상의 수용홈(235)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 집전 플레이트(240)의 접촉 연결부(245)의 돌기(246)는 상기 제1 집전 플레이트(230)의 접촉 수용부(233)의 수용홈(235)에 삽입되어 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 접촉 연결부(245)의 돌기(246)와 접촉 수용부(233)의 수용홈(235)이 서로 결합되면서, 상기 접촉 연결부(245)가 상기 접촉 수용부(233)로 손쉽게 안착될 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 면적을 효과적을 늘려 전기 저항을 줄이고 전기적 연결 신뢰성을 높일 수 있다.
나아가, 상기 제1 집전 플레이트(230)의 접촉 수용부(233)에는 제2 집전 플레이트(240)의 접촉 연결부(245)와 용접 편의성을 높이기 위해 접합선(welding line)이 형성될 수 있다.
다시 도 2, 도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)는 제1 돌출 체결부(271)를 구비할 수 있고, 상기 하부 케이스(210B)는 제2 돌출 체결부(276)를 구비할 수 있다.
여기서, 제1 돌출 체결부(271)는, 상기 상부 케이스(210A)의 제3 외측벽(217A) 및 상기 제4 외측벽(218A)의 외면에서 전방 또는 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있고, 체결 볼트(279)가 삽입되도록 관통홀(272)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 제1 돌출 체결부(271)는, 상기 상부 케이스(210A)의 제3 외측벽(217A) 및 상기 제4 외측벽(218A)의 외면에서 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다.
그리고, 도 2에서 처럼, 상기 제2 돌출 체결부(276)는, 상기 제3 외측벽(217B) 및 상기 제4 외측벽(218B)의 외면에서 전방 또는 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있고, 체결 볼트(279)가 삽입되도록 관통홀(277)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 제2 돌출 체결부(276)는, 상기 하부 케이스(210B)의 제3 외측벽(도 4, 217B) 및 상기 제4 외측벽(218B)의 외면에서 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 돌출 체결부(276)의 관통홀(277)은, 체결 볼트(279)가 연속적으로 삽입되도록 다른 배터리 모듈(200)의 상부 케이스(210A)의 제1 돌출 체결부(271)의 관통홀(272)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 체결 볼트(279)는 제1 돌출 체결부(271) 및 제2 돌출 체결부(276) 모두에 삽입되어 체결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상부 케이스(210A)의 제1 돌출 체결부(271)는 다른 배터리 모듈(200)의 하부 케이스(210B)의 제2 돌출 체결부(276)와 볼트 체결 결합함으로써, 배터리 모듈(200)들의 배치 구조가 흐트러지는 것을 방지하고, 특히, 상기 제1 집전 플레이트(230)와 상기 제2 집전 플레이트(240) 간의 전기적 연결이 단선되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 종래기술의 복수의 배터리 모듈을 연결 결합하기 위해서는, 결합구조의 부피로 인해 소정 거리로 복수의 배터리 모듈이 이격될 필요가 있었다. 그러나, 본 발명의 배터리 모듈은, 서로 상하 높이가 다른 부위에서 서로 상하 방향으로 마주하도록 연장된 제1 돌출 체결부(271) 및 제2 돌출 체결부(276)는, 결합 구조의 부피를 최소화하면서, 손쉽게 복수의 배터리 모듈을 결합 연결할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 에너지 밀도를 높이고, 설치 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)의 제1 수용부(212A)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 측면과 대면하는 내면에 상기 원통형 전지셀(100)의 측면을 가압 고정하기 위한 고정 구조가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 고정 구조는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 가압하도록 상기 제1 수용부(212A)의 내면으로부터 원통형 전지셀(100)이 위치한 수평 방향(내부 방향)으로 돌출된 볼록부(213)일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 고정 구조는, 효과적으로 외부 충격으로 인한 진동 내지 유동에 따른 원통형 전지셀(100)과 버스바(250) 간의 접지 불량을 줄일 수 있고, 원통형 전지셀(100)의 손상을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스(210A)의 제1 수용부(212A)는, 하나의 중공 구조의 상단에서 하부 방향으로 소정 지점까지 절개된 형태의 절개부(214)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 절개부(214)의 양측에는 제1 수용부(212A)의 중공 구조로부터 벌어진 틈(S)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 절개부(214)의 내측면 중앙에는 상기 볼록부(213)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 절개부(214)는, 상기 제1 수용부(212A)의 다른 중공 구조의 절개부(214)와 서로 대응하여 위치될 수 있다. 그리고, 상기 절개부(214)는, 다른 중공 구조의 절개부(214)와 소정 거리로 이격될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 절개부(214)는, 볼록부(213)가 원통형 전지셀(100)의 일측을 탄력적으로 가압할 수 있게 하므로, 상기 원통형 전지셀(100)이 제1 수용부(212A)에 쉽게 삽입될 수 있도록 하고, 일정한 가압힘으로 볼록부가 원통형 전지셀(100)의 일측면을 가압하도록 할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다. 그리고, 도 12는, 도 11의 배터리 모듈에 대한 일부 구성들이 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200C)은, 절연 플레이트(295), 지지봉(297) 및 체결 부재(299)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 절연 플레이트(295)는, 모듈 하우징(210C)의 외측벽(218C)의 외면과 접하여 위치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지봉(297)은, 상기 절연 플레이트(295)의 내부에 삽입되고, 상기 절연 플레이트(295)의 외주로부터 상하 방향으로 돌출된 형태일 수 있다.
더욱이, 상기 체결 부재(299)는, 상기 지지봉(297)과 함께, 모듈 하우징(210C)의 외측벽(218C)에 체결되도록 구성될 수 있다.
그리고, 모듈 하우징(210C)의 외측벽(218C)의 일측 외면에 내부 방향으로 만입되고 상하 방향으로 연장된 만입 홈(D)이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 절연 플레이트(295)에 삽입된 지지봉(297)은 상기 만입 홈(D)에 삽입 고정될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 둘 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)은, 일 방향으로 정렬 배치된 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 4개의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)이 전후 방향으로 정렬 배치되고, 4개의 배터리 모듈이(200, 201, 202, 203)은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(202)은, 제3 집전 플레이트(236)를 포함하고 있고, 상기 제3 집전 플레이트(236)는 외부 입출력 단자(280)와 전기적으로 접촉 연결될 수 있도록, 하부 방향으로 절곡된 외부단자 접촉부(237)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 외부단자 접촉부(237)에는 일측 단에서 내부 방향으로 만입되어 형성된 접속홈(238)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 접속홈(238)에는 볼트 형태가 구비된 외부입출력 단자(280)가 삽입될 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제3 집전 플레이트(236)의 외부단자 접촉부(237)에는 3개의 접속홈(238)이 형성될 수 있고, 상기 3개의 접속홈(238)에는 3개의 외부입출력 단자(280)가 삽입 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제3 집전 플레이트(236)는 접속홈(238)을 사용하여 외부입출력 단자(280)와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있어, 조립 공정의 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 14를 참조하면, 배터리 팩(1001)은, 일 방향으로 정렬 배치된 제1 단의 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)과, 상기 제1 단의 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203) 상부에 일 방향으로 정렬 적층된 제2 단의 적어도 둘 이상의 다른 배터리 모듈(204, 205, 206, 207)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 단의 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)과 상기 적층된 적어도 둘 이상의 다른 배터리 모듈(204, 205, 206, 207) 사이에는 전기전도성이 낮은 절연성 소재를 포함하는 절연판(290)이 개재될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연성 소재는, 플라스틱 또는 고무 소재일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 절연판(290)은, 상기 제1 단의 배터리 모듈들(200, 201, 202, 203)과 상기 제2 단의 다른 배터리 모듈들(204, 205, 206, 207) 간의 전기 합선이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 또 다른 일 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 15을 참조하면, 또 다른 하나의 실시예에 따른 배터리 팩(1002)은, 도 14의 배터리 팩(1001)과 비교하여, 제2 단의 배터리 모듈들(204, 205, 206, 207)이, 제1 전극 단자(111)가 하부에 위치하고, 제2 전극 단자(112)가 상부에 위치하도록 상하가 뒤집혀, 상기 제1 단의 배터리 모듈들(200, 201, 202, 203)의 상부에 적층될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈들을 다양한 적층 구조로 배터리 팩(1000)을 구성하는 것이 가능하고, 새로운 금형 제조 등의 설계 변경에 따른 추가 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
다시 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 이러한 배터리 모듈(200) 이외에, 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(도시하지 않음, Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)을 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 비상시 전기 전원으로 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
[부호의 설명]
1000, 1001, 1002: 배터리 팩 250: 버스바
200, 201, 203, 204, 205, 206, 207: 배터리 모듈 251: 본체 플레이트
100: 원통형 전지셀 256: 단자 접속부
111, 112: 전극 단자 260: 가이드 결합 구조
210: 모듈 하우징 261, 262: 결합 돌기
210A: 상부 케이스 266, 267: 가이드 홈
210B: 하부 케이스 295: 절연 플레이트
230: 제1 집전 플레이트 297: 지지봉
240: 제2 집전 플레이트 299: 체결 부재
본 발명은 배터리 모듈 및 그것을 복수개 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 배터리 모듈 및 배터리 팩을 구비한 에너지 저장 시스템 또는 자동차와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 적어도 둘 이상으로 전기적 연결 확장이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로,
    전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징;
    일면이 상기 복수의 원통형 전지셀 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결된 버스바; 및
    일면의 적어도 일부가 상기 버스바의 타면과 접촉하여 상기 원통형 전지셀과 전기적으로 연결되고, 타면의 적어도 일부가 다른 하나의 집전 플레이트와 접촉하여 다른 하나의 배터리 모듈의 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결된 집전 플레이트;를 포함하고,
    상기 모듈 하우징은 내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽을 구비하고, 상기 모듈 하우징의 외측벽 외면에는 다른 하나의 배터리 모듈의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기 및 가이드 홈이 구비된 가이드 결합 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합 돌기는, 상기 외측벽의 외면으로부터 돌출 연장된 구조이고,
    상기 가이드 홈은, 다른 하나의 배터리 모듈의 결합 돌기가 삽입될 수 있도록 상기 외측벽의 외면으로부터 내부 방향으로 만입되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은,
    상기 원통형 전지셀 상부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제1 수용부가 구비된 상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스와 체결되고, 상기 원통형 전지셀의 하부의 외측면을 감싸도록 중공 구조로 형성된 제2 수용부가 구비된 하부 케이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 케이스는, 좌우 방향에 형성된 상기 외측벽의 외면에서 일측으로 돌출 연장되고, 체결 볼트가 삽입되도록 관통홀이 형성된 제1 돌출 체결부를 구비하고,
    상기 하부 케이스는, 좌우 방향에 형성된 상기 외측벽의 외면에서 타측으로 돌출 연장되고, 체결 볼트가 삽입되도록 관통홀이 형성된 제2 돌출 체결부를 구비하며,
    상기 제2 돌출 체결부의 관통홀은, 체결 볼트가 연속적으로 삽입되도록 다른 배터리 모듈의 상부 케이스의 제1 돌출 체결부의 관통홀과 연통된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상부 케이스의 제1 수용부는, 상기 원통형 전지셀과 대면하는 내면에 상기 원통형 전지셀을 가압 고정하기 위해 내부 방향으로 돌출된 볼록부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 케이스의 제1 수용부는, 하나의 중공 구조의 상단에서 하부 방향으로 소정 지점까지 절개된 형태의 절개부를 구비하고,
    상기 절개부의 내측면에는 상기 볼록부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절개부는, 상기 제1 수용부의 다른 중공 구조의 절개부와 서로 대응하여 위치되고, 상기 절개부는, 다른 중공 구조의 절개부와 소정 거리로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 원통형 전지셀이 배열된 방향으로 연장된 본체 플레이트; 및
    상기 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하도록 상기 본체 플레이트의 일측 단에서 돌출 연장된 단자 접속부;
    를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 전지셀의 전극 단자는, 상단에 형성된 제1 전극 단자 및 하단에 형성된 제2 전극 단자를 포함하고,
    상기 집전 플레이트는, 상기 모듈 하우징의 상부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀의 제1 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 집전 플레이트; 및
    상기 모듈 하우징의 하부에 탑재되어 상기 원통형 전지셀의 제2 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 형성된 제2 집전 플레이트를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 집전 플레이트는,
    상기 원통형 전지셀의 제1 전극 단자와 접촉 연결된 버스바의 상면과 접촉하도록 형성된 제1 집전부; 및
    상기 제1 집전부의 일측 단에서 전방으로 연장 형성되고, 하부 방향의 단차가 형성된 접촉 수용부;
    를 구비하고,
    상기 제2 집전 플레이트는,
    상기 원통형 전지셀의 제2 전극 단자와 접촉 연결된 버스바의 하면과 접촉하도록 형성된 제2 집전부;
    상기 제2 집전부의 일측 단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 수직 연장부; 및
    상기 제1 집전 플레이트의 접촉 수용부에 안착되어 상기 제1 집전 플레이트와 전기적으로 연결되도록 상기 수직 연장부의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장되어 형성된 접촉 연결부;
    를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 수용부의 하면에는 하부 방향으로 돌출된 돌기가 적어도 하나 이상이 형성되고,
    상기 접촉 연결부에는 상기 접촉 수용부의 돌기와 대응되는 형상의 홈이 적어도 하나 이상이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수직 연장부에는, 상기 가이드 결합 구조의 결합 돌기가 관통되도록 상기 결합 돌기 및 상기 가이드 홈과 대응되는 위치에 관통구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 일 방향으로 배열된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  15. 적어도 둘 이상으로 전기적 연결 확장이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로,
    전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징;
    일면이 상기 복수의 원통형 전지셀 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결된 버스바;
    일면의 적어도 일부가 상기 버스바의 타면과 접촉하여 상기 원통형 전지셀과 전기적으로 연결되고, 타면의 적어도 일부가 다른 하나의 집전 플레이트와 접촉하여 다른 하나의 배터리 모듈의 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결된 집전 플레이트;
    상기 모듈 하우징의 외측벽의 일측 외면과 접하여 위치되도록 형성된 절연 플레이트;
    상기 절연 플레이트의 내부에 삽입되고, 상기 절연 플레이트의 외주로부터 상하 방향으로 돌출된 지지봉; 및
    상기 지지봉과 함께, 상기 집전 플레이트를 체결하도록 구성된 체결 부재;
    를 포함하고,
    상기 모듈 하우징은 내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽을 구비하고, 상기 모듈 하우징의 외측벽 외면에는 다른 하나의 배터리 모듈의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기 및 가이드 홈이 구비된 가이드 결합 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 외측벽의 일측 외면에는, 내부 방향으로 만입되고 상하 방향으로 연장된 만입 홈이 형성되고, 상기 만입 홈은, 상기 지지봉이 삽입 수납된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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