WO2021107319A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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battery module
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신승원
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle, and more particularly, to a battery module capable of cooling a circuit board through an expansion hole extending from a mounting hole, a battery pack including the same, and a vehicle it's about
  • a lithium secondary battery mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator and an electrolyte interposed therebetween, and depending on which positive and negative active materials are used, a lithium ion battery (LIB), a lithium polymer battery (Polymer Lithium Ion Battery) , PLIB), etc.
  • LIB lithium ion battery
  • PLIB lithium polymer battery
  • the electrodes of these lithium secondary batteries are formed by coating a positive electrode or negative electrode active material on a current collector such as an aluminum or copper sheet, a mesh, a film, or a foil, and then drying.
  • a battery module may be configured by stacking secondary batteries, that is, battery cells in a case.
  • the battery module may be provided with a bus bar, a relay, a circuit board, etc. for electrically connecting the battery cells and sensing and controlling the temperature.
  • the circuit board is coupled to the case using a fastening member or the like, and a mounting hole for coupling the circuit board to the case is formed in the circuit board.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a circuit module of a conventional battery module.
  • FIG. 1 is FIG. 4 of Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0089481 (hereinafter referred to as a prior document).
  • the via hole 2 is formed in the printed circuit board (1).
  • the printed circuit board (1) comprising one or more via holes (2) perforated vertically
  • the abnormal heating state and abnormal temperature state of the protection circuit module can be accurately detected.
  • the prior art is an invention for rapidly destroying the fuse 3 by accurately detecting an abnormal heating state through the via hole 2 rather than for the purpose of air flow through the via hole 2 .
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of cooling the circuit board when the temperature of the circuit board increases, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a plurality of battery cells are stacked battery cell stack; a case accommodating the battery cell stack; a circuit board disposed on the case; a mounting hole formed in the circuit board to insert a fastening member for fixing the circuit board; and an expansion hole extending from the mounting hole may be provided.
  • the expansion hole may be provided as a through hole so as to penetrate the entire circuit board.
  • the fastening member is provided with a screw, and the screw includes a screw body inserted into the mounting hole of the circuit board; and a screw head coupled to the screw body, wherein when the screw body is inserted into the mounting hole and fastened, at least a portion of the expansion hole may be provided to be located outside the screw head.
  • the plurality of expansion holes may be provided, and the plurality of expansion holes may be formed to extend radially from the mounting hole.
  • the expansion hole may include a first hole extending from the mounting hole; and a second hole extending from the first hole and having a width different from that of the first hole.
  • a width of the first hole may be smaller than a width of the second hole.
  • a length of the first hole may be smaller than a length of the second hole based on a length direction extending radially from the mounting hole.
  • first hole may be disposed inside the edge of the screw head with respect to the edge of the screw head, and the second hole may be disposed outside the edge of the screw head.
  • a battery pack including the above-described battery module may be provided, and a vehicle including the battery module may be provided.
  • the circuit board since the expansion hole extending from the mounting hole is formed, when the temperature of the circuit board increases, the circuit board can be cooled by the air flowing through the expansion hole.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a circuit module of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view of a circuit board of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view taken along line A-A of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view taken along line B-B of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a view showing a modified embodiment of the expansion hole in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing another modified embodiment of the expansion hole in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • each component or a specific part constituting the component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. Accordingly, the size of each component does not fully reflect the actual size. If it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such description will be omitted.
  • the term 'coupled' or 'connected' refers to a case in which one member and another member are directly coupled or directly connected, as well as when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly. Including cases connected to
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of a circuit board of the battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view taken along line AA of FIG. 5 is a view taken along line BB of FIG. 3
  • FIG. 6 is a view showing a modified embodiment of an expansion hole in a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an embodiment of the present invention It is a view showing another modified embodiment of the expansion hole in the battery module according to.
  • the battery module 10 includes a battery cell stack 100 , a case 200 , a circuit board 300 , a mounting hole 400 , and an extension a hole 600 .
  • the battery cell stack 100 is provided with a plurality of battery cells 110 provided with electrode leads.
  • the electrode lead provided in the battery cell 110 is exposed to the outside and a conductive material may be used as a kind of terminal connected to an external device.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in opposite directions with respect to the longitudinal direction of the battery cell 110 , or the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in the same direction with respect to the longitudinal direction of the battery cell 110 . may be located.
  • the electrode lead may be electrically coupled to the busbar.
  • the battery cell 110 is a unit cell (Unit Cell) arranged in the order of positive plate-separator-negative plate or positive plate-separator-negative plate-separator-positive plate-separator-negative electrode bi-cell arranged in the order of the cell (Bi-Cell) battery It may have a structure in which a plurality of layers are stacked according to the capacity.
  • the battery cell stack 100 may be configured such that a plurality of battery cells 110 are stacked on each other.
  • the battery cells 110 may have various structures, and the plurality of battery cells 110 may be stacked in various ways.
  • the battery cell stack 100 may include a plurality of cartridges (not shown) accommodating each battery cell 110 .
  • Each cartridge (not shown) may be manufactured by injection molding of plastic, and a plurality of cartridges (not shown) in which an accommodating part capable of accommodating the battery cell 110 is formed may be stacked.
  • a cartridge assembly in which a plurality of cartridges (not shown) are stacked may be provided with a connector element or a terminal element.
  • the connector element may include, for example, various types of electrical connection parts or connection members for connection to a battery management system (BMS, not shown) that can provide data on the voltage or temperature of the battery cell 110 .
  • BMS battery management system
  • the terminal element includes a positive terminal and a negative terminal as a main terminal connected to the battery cell 110 , and the terminal element is provided with a terminal bolt to be electrically connected to the outside.
  • the battery cell 110 may have various shapes.
  • the case 200 is provided to accommodate the battery cell stack 100 .
  • the case 200 may be provided to surround the battery cell stack 100 . That is, the battery cell stack 100 or the cartridge assembly in which the battery cell stack 100 is accommodated may be accommodated in the case 200 .
  • the case 200 surrounds the entire battery cell stack 100 or the plurality of cartridge assemblies, thereby protecting the battery cell stack 100 or the cartridge assembly from external vibration or impact.
  • the case 200 may be formed in a shape corresponding to the shape of the battery cell stack 100 or the cartridge assembly.
  • the case 200 may also be provided in a hexahedral shape to correspond thereto.
  • the case 200 may be manufactured by, for example, bending a metal plate, or may be manufactured by plastic injection molding. And, the case 200 may be manufactured integrally or may be manufactured as a separate type.
  • a through portion (not shown) through which the aforementioned connector element or terminal element can be exposed to the outside may be formed in the case 200 . That is, the connector element or the terminal element may be electrically connected to a predetermined external component or member, and a through portion may be formed in the case 200 so that the electrical connection is not disturbed by the case 200 .
  • the case 200 may include an upper case 210 , a lower case 220 , and a side case 230 , but is not limited thereto.
  • the circuit board 300 is disposed and coupled to the case 200 .
  • the circuit board 300 may be coupled to various positions of the case 200 . Referring to FIG. 2 , the circuit board 300 is coupled to the upper case 210 , but this is an example and is not limited thereto.
  • a housing (not shown) for protecting the case 200 may be further provided.
  • the mounting hole 400 is formed in the circuit board 300 so that the fastening member 500 is inserted for fixing the circuit board 300 .
  • the mounting hole 400 may be provided in various ways, for example, may be provided as a circular hole.
  • the fastening member 500 may also be provided in various ways, but the case where the fastening member 500 is the screw 510 will be described below.
  • the circuit board 300 has a screw thread that can be fastened to the screw 510 , but the screw thread of the circuit board 300 is not shown in the drawings and is omitted.
  • the screw 510 may include a screw body 511 and a screw head 512 .
  • the screw body 511 is inserted into the mounting hole 400 of the circuit board 300 to fix the circuit board 300 .
  • the screw head 512 is coupled to the screw body 511 .
  • the expansion hole 600 extends from the mounting hole 400 .
  • the expansion hole 600 is provided as a through hole so as to penetrate the entire circuit board 300 .
  • FIGS. 3 and 5 when the aforementioned screw body 511 is inserted and fastened into the mounting hole 400 , at least a portion of the expansion hole 600 is located outside the screw head 512 .
  • a plurality of expansion holes 600 may be provided, and the plurality of expansion holes 600 may be formed to extend radially from the mounting hole 400 .
  • the radial formation of the plurality of expansion holes 600 is the same in the modified embodiments of FIGS. 6 and 7 to be described later.
  • the plurality of expansion holes 600 are not necessarily radially disposed.
  • the expansion hole 600 may include a first hole 610 and a second hole 620 .
  • the first hole 610 is a hole extending from the mounting hole 400
  • the second hole 620 is a hole extending from the first hole 610
  • the first hole 610 and the second hole ( 620 may be formed to have different widths.
  • the width of the first hole 610 may be smaller than the width of the second hole 620 .
  • the width of the expansion hole 600 when the overall width of the expansion hole 600 is the same, if the width of the expansion hole 600 is too large, the total area of the threads of the circuit board 300 coupled to the screw body 511 is reduced. The fastening rigidity of the body 511 may be reduced. On the other hand, if the width of the expansion hole 600 is too small for the fastening rigidity of the screw body 511, there is a problem in that the flow of air is not smooth.
  • the expansion hole 600 is configured to include a first hole 610 and a second hole 620 having different widths, and the width of the first hole 610 for fastening rigidity of the screw body 511 . is formed to be smaller than the width of the second hole 620 , and the width of the second hole 620 is formed to be greater than the width of the first hole 610 for smooth air flow.
  • the width of the first hole 610 is larger than the width of the second hole 620 in order to increase the area of the part fastened to the screw body 511 of the circuit board 300 (see part P of FIG. 6 ).
  • the coupling rigidity between the screw body 511 and the circuit board 300 is increased.
  • an expansion hole 600 of the same width that is easy to manufacture may be used as shown in FIG. 3 .
  • the length of the first hole 610 may be smaller than the length of the second hole 620 based on the longitudinal direction extending radially from the mounting hole 400 (refer to the arrow Y in FIG. 6 ). . As described above, since the width of the first hole 610 is smaller than the width of the second hole 620, the longer the length of the second hole 620, the wider the flow space through which air can flow.
  • a part of the second hole 620 is covered by the screw head 512 , but a through hole by the second hole 620 is formed in the lower portion of the screw head 512 , and through the portion Since the flow of air is possible, smooth air flow is possible even though a part of the second hole 620 is covered by the screw head 512 .
  • the length of the second hole 620 is formed to be greater than the length of the first hole 610 , the amount of air flow increases, thereby increasing the cooling efficiency.
  • the width of the first hole 610 of the expansion hole 600 is formed smaller than the width of the second hole 620 , and The first hole 610 is disposed inside the edge of the screw head 512 based on the edge, and the second hole 620 is disposed outside the edge of the screw head 512 .
  • 7 is an embodiment in which the fastening rigidity of the screw body 511 is more important than FIG. 6 .
  • the screw 510 is inserted through the mounting hole 400 formed in the circuit board 300 to fix the circuit board 300 to the case 200 .
  • an expansion hole 600 extending from the mounting hole 400 is formed, and the mounting hole 400 is in a state where the upper side is blocked by the screw head 512 , but at least a part of the expansion hole 600 is a screw head. Since it is located outside the 512, it is in an open state.
  • the expansion hole 600 is provided as a through hole penetrating the entire circuit board 300 , the circuit board 300 can be cooled while air flows through the open expansion hole 600 .
  • the first hole 610 extends from the mounting hole 400
  • the second hole 620 extends from the first hole 610
  • the width of the first hole 610 is the second hole 620 . It may be configured to be formed smaller than the width of . Also, the length of the first hole 610 may be smaller than the length of the second hole 620 based on the longitudinal direction extending radially from the mounting hole 400 .
  • a battery pack (not shown) according to an embodiment of the present invention may include one or more battery modules 10 according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack (not shown), in addition to the battery module 10, a case for accommodating the battery module 10, various devices for controlling the charging and discharging of the battery module 10, such as BMS, current A sensor, a fuse, etc. may be further included.
  • a vehicle (not shown) may include the above-described battery module 10 or a battery pack (not shown), and the battery pack (not shown) includes the battery module 10 . may be included.
  • the battery module 10 according to an embodiment of the present invention is applied to the vehicle (not shown), for example, a predetermined vehicle (not shown) prepared to use electricity such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. can
  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and an automobile, and in particular, can be used in an industry related to a battery.

Abstract

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들이 적층된 배터리 셀 적층체; 배터리 셀 적층체를 수용하는 케이스; 케이스에 배치된 회로기판; 회로기판의 고정을 위해 스크류가 삽입되도록 회로기판에 형성된 마운팅 홀; 및 마운팅 홀로부터 연장되는 확장홀을 포함한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2019년 11월 28일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2019-0155856호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마운팅 홀로부터 연장된 확장홀을 통해 회로기판을 냉각시킬 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
이차 전지, 즉, 배터리 셀들을 케이스에 적층하여 배터리 모듈을 구성할 수 있는데, 배터리 모듈에는 배터리 셀들을 전기적으로 연결하고 온도 등의 센싱과 제어를 위해 버스바와, 릴레이와, 회로기판 등이 구비될 수 있다.
여기서, 회로기판은 체결부재 등을 사용하여 케이스에 결합되며, 회로기판을 케이스에 결합하기 위한 마운팅 홀이 회로기판에 형성된다.
도 1은 종래 배터리 모듈의 보회회로 모듈을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 1은 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2015-0089481호(이하, 선행문헌이라 한다)의 도 4이다.
도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(1)에 바이어 홀(2)이 형성되어 있다.선행문헌을 참조하면, 인쇄회로기판(1)에 수직으로 천공된 하나 이상의 바이어 홀(2)을 포함하는 이차전지 보호회로 모듈을 사용하는 경우 보호회로 모듈의 이상 발열 상태 및 이상 온도 상태를 정확히 감지할 수 있다.
여기서, 도 1을 참조하면, 퓨즈(3)가 바이어 홀(2)을 모두 폐쇄하고 있으므로 바이어 홀(2)을 통해서는 공기 유동이 불가능하다. 즉, 선행문헌은 바이어 홀(2)을 통한 공기 유동이 목적이 아니라 바이어 홀(2)을 통해 이상 발열 상태를 정확히 감지하여 퓨즈(3)가 신속히 파괴되도록 하는 발명이다.
따라서, 선행문헌에는 인쇄회로기판(1)의 온도가 상승하는 경우 퓨즈(3)를 통해 전기적 연결을 끊을 수는 있어도 바이어 홀(2)을 통해서는 인쇄회로기판(1)의 온도 상승시 인쇄회로기판(1)을 냉각시킬 수는 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회로기판의 온도가 상승하는 경우 회로기판을 냉각시킬 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀들이 적층된 배터리 셀 적층체; 상기 배터리 셀 적층체를 수용하는 케이스; 상기 케이스에 배치된 회로기판; 상기 회로기판의 고정을 위해 체결부재가 삽입되도록 상기 회로기판에 형성된 마운팅 홀; 및 상기 마운팅 홀로부터 연장되는 확장홀을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 확장홀은 상기 회로기판의 전체를 관통하도록 관통홀로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 체결부재는 스크류로 마련되며, 상기 스크류는, 상기 회로기판의 상기 마운팅 홀에 삽입되는 스크류 본체; 및 상기 스크류 본체에 결합되는 스크류 헤드를 포함하며, 상기 스크류 본체가 상기 마운팅 홀에 삽입되어 체결되면 상기 확장홀의 적어도 일부는 상기 스크류 헤드의 외측에 위치하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 확장홀은 복수개로 마련되며, 복수의 상기 확장홀은 상기 마운팅 홀로부터 방사상으로 연장되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 확장홀은, 상기 마운팅 홀로부터 연장되는 제1 홀; 및 상기 제1 홀로부터 연장되며, 상기 제1 홀과 서로 다른 폭을 가지는 제2 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 홀의 폭이 상기 제2 홀의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 마운팅 홀로부터 방사상으로 연장되는 길이 방향을 기준으로, 상기 제1 홀의 길이가 상기 제2 홀의 길이보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 스크류 헤드의 가장자리를 기준으로 상기 스크류 헤드의 가장자리의 내측에 상기 제1 홀이 배치되고, 상기 스크류 헤드의 가장자리의 외측에 상기 제2 홀이 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 마운팅 홀로부터 연장되는 확장홀이 형성되므로, 회로기판의 온도가 상승하는 경우 확장홀을 통해 유동하는 공기에 의해 회로기판을 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 배터리 모듈의 보회회로 모듈을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 회로기판의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A를 따라 바라본 도면이다.
도 5는 도 3의 B-B를 따라 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 확장홀의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 확장홀의 다른 변형 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 회로기판의 평면도이며, 도 4는 도 3의 A-A를 따라 바라본 도면이고, 도 5는 도 3의 B-B를 따라 바라본 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 확장홀의 변형 실시예를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 확장홀의 다른 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 적층체(100)와, 케이스(200)와, 회로기판(300)과, 마운팅 홀(400)과, 확장홀(600)을 포함한다.
배터리 셀 적층체(100)는 전극 리드가 구비된 배터리 셀(110)이 복수로 마련된다. 배터리 셀(110)에 구비되는 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자로서 전도성 재질이 사용될 수 있다. 전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다. 전극 리드는 버스바에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 셀(110)은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 복수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는 복수의 배터리 셀(110)들이 서로 적층되도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(110)은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 또한, 복수의 배터리 셀(110)들은 다양한 방식으로 적층될 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는 각각의 배터리 셀(110)을 수납하는 카트리지(미도시)가 복수로 구비될 수 있다. 각각의 카트리지(미도시)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 복수의 카트리지들(미도시)이 적층될 수 있다. 복수의 카트리지들(미도시)이 적층된 카트리지 조립체에는 커넥터 요소 또는 단자 요소가 구비될 수 있다. 커넥터 요소는, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 배터리 셀(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다.
케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)를 수용하도록 마련된다. 여기서, 케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)를 둘러싸도록 마련될 수 있다. 즉, 케이스(200)에는 배터리 셀 적층체(100) 또는, 배터리 셀 적층체(100)가 수납된 카트리지 조립체가 수납될 수 있다. 케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100) 또는 복수의 카트리지 조립체들의 전체를 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체를 보호한다.
케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체가 육면체 형상으로 마련되는 경우 케이스(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다.
케이스(200)는 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있고 또는 플라스틱 사출물에 의해 제조될 수도 있다. 그리고, 케이스(200)는 일체형으로 제조될 수도 있고, 또는 분리형으로 제조될 수도 있다.
케이스(200)에는 전술한 커넥터 요소 또는 단자 요소가 외부로 노출될 수 있는 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 커넥터 요소 또는 단자 요소는 외부의 소정 부품 내지 부재와 전기적으로 연결될 수 있는데, 이러한 전기적 연결이 케이스(200)에 의해 방해되지 않도록 케이스(200)에 관통부가 형성될 수 있다.
케이스(200)는 상측 케이스(210)와, 하측 케이스(220)와, 측면 케이스(230)로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
회로기판(300)은 케이스(200)에 배치되어 결합된다. 회로기판(300)은 케이스(200)의 다양한 위치에 결합될 수 있다. 도 2를 참조하면, 회로기판(300)이 상측 케이스(210)에 결합되지만 이는 하나의 예시이며 이에 한정되는 것은 아니다. 회로기판(300)이 상측 케이스(210)에 결합되는 경우 케이스(200)를 보호하기 위한 하우징(미도시)이 더 구비될 수 있다.
마운팅 홀(400)은 회로기판(300)의 고정을 위해 체결부재(500)가 삽입되도록 회로기판(300)에 형성된다. 마운팅 홀(400)은 다양하게 마련될 수 있으며, 예를 들어, 원형의 홀로 마련될 수 있다.
그리고, 체결부재(500) 역시 다양하게 마련될 수 있지만, 이하에서는 체결부재(500)가 스크류(510)인 경우를 중심을 설명한다. 그리고, 회로기판(300)에는 스크류(510)에 체결될 수 있는 나사산이 형성되지만 도면에는 회로기판(300)의 나사산이 도시되지 않고 생략되어 있다. 스크류(510)는 스크류 본체(511)와, 스크류 헤드(512)를 포함하여 구성될 수 있다. 스크류 본체(511)는 회로기판(300)을 고정하기 위해 회로기판(300)의 마운팅 홀(400)에 삽입된다. 스크류 헤드(512)는 스크류 본체(511)에 결합된다.
도 3을 참조하면, 확장홀(600)은 마운팅 홀(400)로부터 연장된다. 그리고, 도 5를 참조하면, 확장홀(600)은 회로기판(300)의 전체를 관통하도록 관통홀로 마련된다. 여기서, 도 3 및 도 5를 참조하면, 전술한 스크류 본체(511)가 마운팅 홀(400)에 삽입되어 체결되는 경우 확장홀(600)의 적어도 일부는 스크류 헤드(512)의 외측에 위치한다.
이와 같이, 마운팅 홀(400)로부터 연장되는 확장홀(600)이 스크류 헤드(512)의 외측에 위치하면 도 5에서와 같이 확장홀(600)을 통해 공기가 유동할 수 있다. 즉, 대류에 의해 유동하는 공기가 확장홀(600)을 통해 이동(도 5의 화살표 X 참조)하면서 온도가 높아진 회로기판(300)을 냉각시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 확장홀(600)은 복수개로 마련되며, 복수의 확장홀(600)이 마운팅 홀(400)로부터 방사상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 복수의 확장홀(600)이 방사상으로 형성되는 것은 후술하는 도 6 및 도 7의 변형 실시예도 마찬가지이다. 다만, 복수의 확장홀(600)이 반드시 방사상으로 배치될 필요는 없다.
확장홀(600)의 변형 실시예인 도 6을 참조하면, 확장홀(600)은 제1 홀(610)과, 제2 홀(620)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 홀(610)은 마운팅 홀(400)로부터 연장되는 홀이고, 제2 홀(620)은 제1 홀(610)로부터 연장되는 홀이며, 제1 홀(610)과 제2 홀(620)은 서로 다른 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 6에서와 같이, 제1 홀(610)의 폭이 제2 홀(620)의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 도 3에서와 같이, 확장홀(600)의 전체 폭이 동일한 경우, 확장홀(600)의 폭이 너무 크면 스크류 본체(511)와 체결되는 회로기판(300)의 나사산의 전체 면적이 감소하므로 스크류 본체(511)의 체결 강성이 감소될 수 있다. 한편, 스크류 본체(511)의 체결 강성을 위해 확장홀(600)의 폭이 너무 작으면 공기의 유동이 원활하지 않은 문제점이 있다.
이를 고려하여 확장홀(600)은 폭이 서로 다른 제1 홀(610)과 제2 홀(620)을 포함하여 구성되며, 스크류 본체(511)의 체결 강성을 위해 제1 홀(610)의 폭은 제2 홀(620)의 폭보다 작게 형성하고, 공기의 원활한 유동을 위해 제2 홀(620)의 폭은 제1 홀(610)의 폭보다 크게 형성한다.
즉, 도 6에서 회로기판(300) 중 스크류 본체(511)에 체결되는 부분(도 6의 P 부분 참조)의 면적을 크게 하기 위해 제1 홀(610)의 폭을 제2 홀(620)보다 상대적으로 작게 형성하여 스크류 본체(511)와 회로기판(300)의 체결강성을 증대시킨다.
다만, 스크류(510)의 체결 강성과 공기 유동에 큰 문제가 없다면 도 3에서와 같이 제작이 간편한 동일한 폭의 확장홀(600)을 사용할 수 있다.
또한, 마운팅 홀(400)로부터 방사상으로 연장되는 길이 방향(도 6의 화살표 Y 방형 참조)을 기준으로, 제1 홀(610)의 길이가 제2 홀(620)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 홀(610)의 폭이 제2 홀(620)의 폭보다 작으므로 제2 홀(620)의 길이가 길수록 공기가 유동할 수 있는 유동공간이 넓어진다.
도 6에서 제2 홀(620)의 일부가 스크류 헤드(512)에 의해 가려지지만, 스크류 헤드(512)의 아래부분에는 제2 홀(620)에 의한 관통홀이 형성되어 있고, 그 부분을 통해 공기의 유동이 가능하므로, 비록 제2 홀(620)의 일부가 스크류 헤드(512)에 의해 가려지더라도 원활한 공기 유동이 가능하다.
따라서, 제2 홀(620)의 길이가 제1 홀(610)의 길이보다 크게 형성되면 공기의 유동량이 증가하며 이에 의해 냉각 효율이 증대되는 효과가 있다.
확장홀(600)의 다른 변형 실시예인 도 7을 참조하면, 확장홀(600)의 제1 홀(610)의 폭이 제2 홀(620)의 폭보다 작게 형성되며, 스크류 헤드(512)의 가장자리를 기준으로 스크류 헤드(512)의 가장자리의 내측에 제1 홀(610)이 배치되고, 스크류 헤드(512)의 가장자리의 외측에 제2 홀(620)이 배치된다. 도 7은 도 6에 비해 스크류 본체(511)의 체결 강성이 더 중요한 경우의 실시예이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
회로기판(300)에 형성된 마운팅 홀(400)을 통해 스크류(510)가 삽입되며 회로기판(300)을 케이스(200)에 고정시킨다. 여기서, 마운팅 홀(400)로부터 연장되는 확장홀(600)이 형성되는데, 마운팅 홀(400)은 스크류 헤드(512)에 의해 상측이 막힌 상태가 되지만, 확장홀(600)의 적어도 일부는 스크류 헤드(512)의 외측에 위치하므로 개방된 상태가 된다.
그리고, 확장홀(600)은 회로기판(300) 전체를 관통하는 관통홀로 마련되므로, 개방된 확장홀(600)을 통해 공기가 유동하면서 회로기판(300)을 냉각시킬 수 있다.
한편, 제1 홀(610)은 마운팅 홀(400)로부터 연장되고, 제2 홀(620)은 제1 홀(610)로부터 연장되며, 제1 홀(610)의 폭이 제2 홀(620)의 폭보다 작게 형성되도록 구성될 수 있다. 또한, 마운팅 홀(400)로부터 방사상으로 연장되는 길이 방향을 기준으로 제1 홀(610)의 길이가 제2 홀(620)의 길이보다 작게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 스크류 본체(511)가 회로기판(300)에 충분한 강성을 가지도록 체결될 수 있을 뿐만 아니라 회로기판(300)의 효율적인 냉각도 가능한 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 특히, 배터리와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀들이 적층된 배터리 셀 적층체;
    상기 배터리 셀 적층체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스에 배치된 회로기판;
    상기 회로기판의 고정을 위해 체결부재가 삽입되도록 상기 회로기판에 형성된 마운팅 홀; 및
    상기 마운팅 홀로부터 연장되는 확장홀을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확장홀은 상기 회로기판의 전체를 관통하도록 관통홀로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 체결부재는 스크류로 마련되며,
    상기 스크류는,
    상기 회로기판의 상기 마운팅 홀에 삽입되는 스크류 본체; 및
    상기 스크류 본체에 결합되는 스크류 헤드를 포함하며,
    상기 스크류 본체가 상기 마운팅 홀에 삽입되어 체결되면 상기 확장홀의 적어도 일부는 상기 스크류 헤드의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확장홀은 복수개로 마련되며,
    복수의 상기 확장홀은 상기 마운팅 홀로부터 방사상으로 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 확장홀은,
    상기 마운팅 홀로부터 연장되는 제1 홀; 및
    상기 제1 홀로부터 연장되며, 상기 제1 홀과 서로 다른 폭을 가지는 제2 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 홀의 폭이 상기 제2 홀의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마운팅 홀로부터 방사상으로 연장되는 길이 방향을 기준으로, 상기 제1 홀의 길이가 상기 제2 홀의 길이보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스크류 헤드의 가장자리를 기준으로 상기 스크류 헤드의 가장자리의 내측에 상기 제1 홀이 배치되고, 상기 스크류 헤드의 가장자리의 외측에 상기 제2 홀이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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