WO2023003259A1 - 배터리팩 - Google Patents

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WO2023003259A1
WO2023003259A1 PCT/KR2022/010190 KR2022010190W WO2023003259A1 WO 2023003259 A1 WO2023003259 A1 WO 2023003259A1 KR 2022010190 W KR2022010190 W KR 2022010190W WO 2023003259 A1 WO2023003259 A1 WO 2023003259A1
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control module
battery
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disposed
module frame
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PCT/KR2022/010190
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전재승
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현대두산인프라코어(주)
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    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack including a battery module frame having a control module mounting portion formed on one outer side thereof and a control module coupled to the control module mounting portion.
  • Secondary batteries which are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • Types of secondary batteries that are currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, and nickel zinc batteries.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to a charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • the battery pack including a plurality of cells blocks overcurrent in various ways to ensure safety in use.
  • the BMS module A method of blocking the current flowing through the pack may be mentioned.
  • thermistors for measuring cell temperature are generally attached to battery cells by means of adhesives or fixing tapes in the manufacturing process of battery packs.
  • adhesives or fixing tapes it is not easy to attach the thermistor to the correct position, and if it is attached using an adhesive, it may be separated from the battery cell during the process before the glue is hardened. There is a risk of separation from the battery cell even in the process of using the product.
  • a battery pack having a structure capable of fixing the thermistor well during the manufacturing process of the battery pack and having a structure that prevents the thermistor from leaving its mounted position during use of the battery pack.
  • the present invention has been made to solve the problems in the related art field as described above, and an object of the present invention is to configure a battery management system (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM) module-integrated thermistor, so that the assemblability of the thermistor when coupled with a battery module is improved.
  • An object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing the temperature and shortening the manufacturing process, thereby more accurately measuring the battery cell temperature.
  • the present invention for achieving the above objects relates to a battery pack, which includes a battery module frame including a battery module frame having a cell mounting portion in which a plurality of battery cells are disposed and a control module mounting portion formed on an outer side thereof. ; a control module coupled to the control module mounting portion and controlling the operation of the battery cell; and a thermistor unit connected to the control module, contacted with the battery cell, and measuring the temperature of the battery cell.
  • control module in the embodiment of the present invention, the control module frame coupled to the control module mounting portion; a main circuit board disposed on the control module frame; and a sub circuit board disposed on the control module frame and electrically connected to the main circuit board.
  • one or more incisions cut inward are formed in the cell mounting portion, and one or more protrusions protruding in the direction of the incision are formed at a position corresponding to the incision in the control module frame.
  • a circuit extension portion extending to the protrusion portion is formed on the sub circuit board, the thermistor unit electrically connected to the circuit extension portion is disposed at an end of the protrusion portion, and when the protrusion portion is inserted into the cutout, the thermistor unit operates as a battery. cell can be contacted.
  • the thermistor unit may include a thermistor chip disposed on an end surface of the protruding portion; and a thermal conduction pad disposed on an end surface of the protrusion and surrounding the thermistor chip.
  • the insert disposed on both sides of the inside of the incision and protrudes in directions facing each other; and insertion protrusions disposed on both side surfaces of the protrusions and inserted into the insertion part.
  • the battery module the support block is disposed protruding outward from the control module mounting portion, the fastening hole is formed; Stepped portions are formed to be stepped inward from both ends of the control module mounting portion and into which the control module frame is inserted; and a fitting piece formed to protrude outward from the control module mounting portion, wherein the control module is formed on the control module frame, the support block contacts and supports the control module frame, and the fastening a piece contact portion in which a through hole capable of being bolted to the hole is formed; and an fitting groove formed in the control module frame, into which the fitting piece is inserted, and supporting the control module frame.
  • the thermistor is integrated with the battery management system module, it is possible to increase the assemblability of the thermistor and shorten the manufacturing process when coupled with the battery module.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an assembly form of a battery module and a control module in a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing another assembly form of a battery module and a control module in the battery pack of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of one side of a control module in a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the other side of the control module in the battery pack of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial plan view showing a state before a thermistor unit contacts a battery cell when assembling a battery module and a control module in a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 6 is a partial plan view showing a state after a thermistor unit contacts a battery cell when assembling a battery module and a control module in a battery pack according to the present invention.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
  • a battery pack 100 may include a battery module 300 , a control module 200 and a thermistor unit 250 .
  • the battery module 300 may include a battery module frame 310 , a partition wall 340 and a bus bar 500 .
  • the battery module frame 310 may form an overall appearance of the battery module 300, and a cell mounting portion 330 in which a plurality of battery cells 400 may be disposed may be formed therein.
  • a plurality of battery cells 400 are disposed horizontally and in a plurality of rows inside the battery module frame 310, and the cell mounting portion 330 is the battery module It is formed inside the frame 310 to protect the plurality of battery cells 400 from external impact.
  • a control module mounting portion 320 may be formed on one outer side of the battery module frame 310 .
  • the control module mounting portion 320 may include a support block 321, a stepped portion 322, a fitting piece 323, and cutouts 325 and 326.
  • the support block 321 may protrude outward from the control module mounting portion 320 and may be disposed, and a fastening hole 321a may be formed at a central side. A screw thread may be machined into the fastening hole 321a so that a bolt may be coupled thereto.
  • the support block 321 may have a cross shape, but is not limited thereto.
  • the stepped portion 322 may be formed to be stepped inward from both ends of the control module mounting portion 320 .
  • the control module 200 may be inserted into the stepped portion 322 .
  • the fitting piece 323 may be disposed below the support block 321 in the control module mounting portion 320 and protrude outward.
  • the fitting piece 323 may have a U-shape, but is not limited thereto.
  • the cutouts 325 and 326 may be formed on the top of the control module mounting portion 320 and cut inwardly of the cell mounting portion 330 .
  • One or more cutouts 325 and 326 may be formed, and two may be formed in an embodiment of the present invention.
  • the temperature of the battery cell 400 may be measured by forming the cutouts 325 and 326 at more locations according to design specifications and inserting and contacting the thermistor unit 250 therein. In this case, the accuracy of the average temperature value of the battery cell 400 will be further increased.
  • the barrier rib 340 is formed on the battery module frame 310 and can separate the plurality of battery cells 400 from each other. Even if a specific battery cell 400 is degraded and sparks or fires occur locally, the barrier rib 340 blocks or delays the spread of such sparks or fires, thereby preventing them from spreading to other battery cells 400 or or it can be delayed. This can prevent or delay the deterioration of the entire battery module 300 . Ultimately, when mounted on an electric vehicle, it enables the driver to secure the evacuation time and fire suppression time.
  • the bus bar 500 is disposed between the barrier ribs 340 at the top of the battery module frame 310 and can be electrically connected to a plurality of battery cells 400. .
  • the bus bar 500 enables a plurality of battery cells 400 to be connected in parallel or in series as needed.
  • control module 200 is coupled to the control module mounting portion 320 and can control the operation of the battery cell 400 .
  • control module 200 may be a battery management system (BMS) module.
  • BMS battery management system
  • the control module 200 includes a control module frame 210, a main circuit board 230, a sub circuit board 220, circuit extension parts 221 and 222, protrusions 215 and 216, piece contact parts 211a and fitting grooves ( 212) may be configured.
  • the control module frame 210 may form an overall appearance of the control module 200 and may be coupled to the control module mounting portion 320 .
  • the main circuit board 230 may be disposed at the center of the control module frame 210 . Electronic components capable of controlling the battery cell 400 may be electrically connected to and disposed on the main circuit board 230 .
  • the main circuit board 230 may be a BMS printed circuit board.
  • the sub-circuit board 220 may be electrically connected to the main circuit board 230 and may extend and be disposed above the control module frame 210 .
  • the sub-circuit board 220 extends to the top of the control module frame 210 and is arranged.
  • the sub-circuit board 220 may be a flexible printed circuit board (FPCB).
  • the technical reason why the sub-circuit board 220 is disposed up to the top of the control module frame 210 is to extend the electrical circuit connection to the protrusions 215 and 216.
  • the protrusions 215 and 216 may protrude in the direction of the cutouts 325 and 326 at positions corresponding to the cutouts 325 and 326 on the top of the control module frame 210 .
  • sub circuit board 220 may have circuit extension parts 221 and 222 extending to the protruding parts 215 and 216 .
  • the thermistor unit 250 may be disposed at ends of the protruding parts 215 and 216 and may be electrically connected to the circuit extension parts 221 and 222 .
  • control module 200 is integrated with the thermistor unit 250 to achieve the purpose of improving assembly quality and shortening the manufacturing process by integrally grafting the thermistor unit 250 to the control module 200. It is disposed up to the top of the module frame 210, and furthermore, the circuit extension parts 221 and 222 are formed on the sub circuit board 220 and disposed up to the protruding parts 215 and 216.
  • an electrical signal is transmitted to the thermistor unit 250 integrally coupled to the control module 200, and if the control module 200 is assembled to the battery module 300, the thermistor unit 250 Since the temperature of the battery cell 400 can be measured by contacting the battery cell 400 , a separate attachment process for welding the thermistor unit 250 to the battery cell 400 is not required.
  • the piece contact portion 211a may be formed on the upper side of the control module frame 210, and the support block 321 may contact and support the upper position of the control module frame 210.
  • a through hole 211 may be formed at the center of the piece contact portion 211a to be fastened with the fastening hole 321a by a bolt.
  • the fitting groove 212 may be formed on the lower side of the control module frame 210 , and the fitting block may be inserted and support the lower position of the control module frame 210 .
  • the thermistor unit 250 is connected to the control module 200 and contacts the battery cell 400, and may perform a function of measuring the temperature of the battery cell 400.
  • the thermistor unit 250 may include a thermistor chip 251 and a thermal conduction pad 253.
  • the thermistor chip 251 may be disposed on end surfaces of the protrusions 215 and 216 .
  • the thermistor chip used in the present invention can perform a sensor function of converting a thermal signal into an electrical signal using a change in resistance according to temperature and transmitting it.
  • the thermal conduction pad 253 may be disposed on end surfaces of the protrusions 215 and 216 and may cover the thermistor chip 251 . That is, the thermistor chip 251 does not directly contact the battery cell 400, but the thermal conduction pad 253 contacts the battery cell 400, and the heat of the battery cell 400 is conducted through the thermoelectric pad. and can be transferred to the thermistor chip 251.
  • the thermal conduction pad 253 may be made of an elastic material, and thus, when in contact with the battery cell 400, if the shape is deformed, it can maintain the contact state and eliminate gaps in the battery cell 400. Accordingly, the temperature of the battery cell 400 can be accurately conducted to the thermistor chip 251 .
  • insertion grooves 341 are disposed on both inner sides of the cutout 325 .
  • the insertion groove 341 protrudes from both sides of the inside of the cutout 325 in a direction facing each other.
  • a groove is formed in the insertion groove part 341 .
  • Insertion protrusions 217 are disposed on both side surfaces of the protrusions 215 . As the insertion protrusion 217 is inserted into the insertion groove 341 , the position of the protrusion 215 is fixed inside the cutout 325 .
  • the thermal conduction pad 253 can stably maintain contact with the surface of the battery cell 400.
  • a partial plan view showing a state before doing is disclosed
  • a partial plan view showing a state after contact is disclosed.
  • a partition wall 340 and a bus bar 500 are disposed above the battery module frame 310, and a portion of the partition wall 340 connected to the control module mounting portion 320 is cut. A portion 325 is formed. A pair of insertion grooves 341 are formed on both inner side surfaces of the cutout 325 .
  • the circuit extension part 221 of the flexible circuit board extends to the protruding part 215 on the upper part of the control module frame 210, and the thermal conduction pad 253 is disposed on the end surface of the protruding part 215.
  • the thermistor chip 251 is embedded in the heat conduction pad 253.
  • a pair of insertion protrusions 217 are formed on both sides of the protrusion 215 .
  • the control module 200 is assembled to the control module mounting portion 320 of the battery module frame 310 . This is assembled by pushing the control module 200 into the stepped portion 322 of the control module mounting portion 320 and combining the through hole 211 and the fastening hole 321a with bolts.
  • the protruding portion 215 is further inserted toward the inside of the cutout portion 325, and the thermal conduction pad 253 is in contact with the surface of the battery cell 400.
  • the insertion protrusion 217 is inserted into the insertion groove 341, the position of the protrusion 215 is fixed inside the cutout 325.
  • the temperature of the battery cell 400 can be measured while the thermistor unit 250 is automatically contacted with the battery cell 400 by simply assembling the control module 200 to the battery module 300.
  • the thermistor unit 250 automatically contacts the battery cell 400 when the control module 200 and the battery module 300 are coupled. Ultimately, a technical effect of increasing the assemblability of the battery pack 100 and shortening the manufacturing process can be expected. In addition, the operation stability of the thermistor unit 250 can be improved compared to the conventional soldering method, and the temperature of the battery cell 400 can be more accurately measured.
  • the above information merely shows a specific embodiment of the battery pack.
  • the present invention is a battery pack-related technology, and has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 배터리팩에 관한 것으로, 내부에는 복수의 배터리셀이 배치되는 셀장착부가 형성되고 외부 일측면에는 제어모듈장착부가 형성되는 배터리모듈프레임을 포함하는 배터리모듈과, 상기 제어모듈장착부에 결합되고, 상기 배터리셀의 작동을 제어하는 제어모듈 및, 상기 제어모듈에 연결되고 상기 배터리셀에 접촉되며 상기 배터리셀의 온도를 측정하는 서미스터유닛을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 제어모듈 일체형 서미스터를 구성함에 따라 서미스터의 조립성을 높이고 제작공정을 단축할 수 있으며, 이에 의해 배터리셀 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

배터리팩
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 일측면에 제어모듈장착부가 형성되는 배터리모듈프레임과 제어모듈장착부에 결합되는 제어모듈을 포함하는 배터리팩에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 좋고, 높은 에너지 밀도와 같은 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle)에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지와 같은 것들이 있다.
이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이와 같이, 복수개의 셀을 포함하는 배터리 팩은 사용상의 안전성을 확보하기 위해 다양한 방식으로 과전류를 차단하는데, 그 일 예로서 서미스터(thermistor)에서 센싱된 셀 온도가 기준치를 초과하는 경우 BMS모듈에서 배터리 팩에 흐르는 전류를 차단하는 방식을 들 수 있다.
현재 셀 온도를 측정하기 위한 서미스터는 배터리 팩의 제조 과정에서 접착제나 고정 테이프에 의해 배터리 셀에 부착되는 것이 일반적이다. 그러나, 서미스터를 정확한 위치에 부착하는 것이 용이하지 않고, 접착제를 이용하여 부착하는 경우 글루가 경화되기 전에는 공정 과정에서 배터리 셀에서 이탈될 우려가 있으며, 테이프를 이용하여 부착하는 경우 공정 과정뿐만 아니라 사용 제품의 사용 과정에서도 배터리 셀로부터 이탈될 우려가 있다.
배터리 셀에 부착된 서미스터가 설계상의 부착 위치를 이탈하는 경우 정확한 배터리 셀 온도 감지가 어려워 단락에 의한 배터리 셀 온도 상승 시에도 배터리 팩에 흐르는 과전류를 차단할 수 없게 되고, 이는 배터리 팩의 발화/폭발로 이어질 수 있다.
따라서, 배터리 팩 제조 과정에서 서미스터를 잘 고정시켜 줄 수 있는 구조를 가질 뿐만 아니라 배터리 팩의 사용 과정에서도 서미스터가 장착된 위치를 이탈하지 않도록 하는 구조를 갖는 배터리 팩의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리관리시스템(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM) 모듈 일체형 서미스터를 구성함에 따라 배터리모듈과의 결합시 서미스터의 조립성을 높이고 제작공정을 단축할 수 있으며, 이에 의해 배터리셀 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 배터리팩을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 배터리팩에 관한 것으로, 내부에는 복수의 배터리셀이 배치되는 셀장착부가 형성되고, 외부 일측면에는 제어모듈장착부가 형성되는 배터리모듈프레임을 포함하는 배터리모듈; 상기 제어모듈장착부에 결합되고, 배터리셀의 작동을 제어하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈에 연결되고 배터리셀에 접촉되며, 배터리셀의 온도를 측정하는 서미스터유닛;을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 상기 제어모듈은, 상기 제어모듈장착부에 결합되는 제어모듈프레임; 상기 제어모듈프레임에 배치되는 메인회로기판; 및 상기 제어모듈프레임에 배치되고 상기 메인회로기판에 전기적으로 연결된 서브회로기판;을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 셀장착부에는 내측 방향으로 절개된 하나 이상의 절개부가 형성되고, 상기 제어모듈프레임에는 상기 절개부에 대응되는 위치에 상기 절개부 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌출부가 형성되며, 상기 서브회로기판에는 상기 돌출부까지 연장되는 회로연장부가 형성되고, 상기 돌출부의 단부에는 상기 회로연장부와 전기적으로 연결된 상기 서미스터유닛이 배치되고, 상기 돌출부가 상기 절개부에 삽입되면, 상기 서미스터유닛이 배터리셀에 접촉될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 상기 서미스터유닛은, 상기 돌출부의 단부면에 배치되는 서미스터칩; 및 상기 돌출부의 단부면에 배치되고, 상기 서미스터칩을 감싸는 열전도패드;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 상기 절개부의 내부 양측면에 배치되고, 서로 마주하는 방향으로 돌출되는 삽입부; 및 상기 돌출부의 양측면에 배치되고, 상기 삽입부에 삽입되는 삽입돌기;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 상기 배터리모듈은, 상기 제어모듈장착부에서 외측 방향으로 돌출되며 배치되고, 체결홀이 형성되는 지지블록; 상기 제어모듈장착부의 양측단에서 내측 방향으로 단턱지게 형성되고, 상기 제어모듈프레임이 삽입되는 단턱부; 및 상기 제어모듈장착부에서 외측 방향으로 돌출되게 형성되는 끼움피스;를 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 제어모듈프레임에 형성되고, 상기 지지블록이 접촉되며 상기 제어모듈프레임을 지지하고, 상기 체결홀과 볼트체결될 수 있는 관통홀이 형성되는 피스접촉부; 및 상기 제어모듈프레임에 형성되고, 상기 끼움피스가 삽입되며 상기 제어모듈프레임을 지지하는 끼움홈;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리관리시스템(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM) 모듈에 서미스터(Thermistor)를 일체형으로 구성함에 따라 배터리모듈과의 결합시 서미스터의 조립성을 높이고 제작공정을 단축할 수 있다.
이는 궁극적으로 서미스터의 작동 안정성을 높이고, 배터리셀 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명인 배터리팩에서 배터리모듈과 제어모듈의 일 조립 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명인 배터리팩에서 배터리모듈과 제어모듈의 다른 조립 형태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명인 배터리팩에서 제어모듈의 일측 사시도이다.
도 4는 본 발명인 배터리팩에서 제어모듈의 타측 사시도이다.
도 5는 본 발명인 배터리팩에서 배터리모듈과 제어모듈을 조립할 때, 서미스터유닛이 배터리셀에 접촉하기 전의 상태를 나타낸 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명인 배터리팩에서 배터리모듈과 제어모듈을 조립할 때, 서미스터유닛이 배터리셀에 접촉된 후의 상태를 나타낸 부분 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들면, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 배터리팩의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명인 배터리팩(100)은 배터리모듈(300), 제어모듈(200) 및 서미스터유닛(250)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리모듈(300)은 배터리모듈프레임(310), 격벽(340) 및 버스바(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 배터리모듈프레임(310)은 상기 배터리모듈(300)의 전체적인 외관을 형성할 수 있으며, 그 내부에는 복수의 배터리셀(400)이 배치될 수 있는 셀장착부(330)가 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 배터리모듈프레임(310)의 내부에 복수의 배터리셀(400)이 복수의 열과 횡으로 배치된 상태를 확인할 수 있으며, 상기 셀장착부(330)는 상기 배터리모듈프레임(310)의 내부에 형성되어 외부충격으로부터 복수의 배터리셀(400)을 보호한다.
그리고 상기 배터리모듈프레임(310)의 외부 일측면에는 제어모듈장착부(320)가 형성될 수 있다. 상기 제어모듈장착부(320)는 지지블록(321), 단턱부(322), 끼움피스(323) 및 절개부(325,326)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지지블록(321)은 상기 제어모듈장착부(320)에서 외측 방향으로 돌출되며 배치될 수 있으며, 중앙측에는 체결홀(321a)이 형성될 수 있다. 상기 체결홀(321a)의 내부에는 볼트가 결합될 수 있도록 나사산이 가공될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 지지블록(321)은 십자 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단턱부(322)는 상기 제어모듈장착부(320)의 양측단에서 내측 방향으로 단턱지게 형성될 수 있다. 상기 단턱부(322)의 내측으로 상기 제어모듈(200)이 삽입될 수 있다.
상기 끼움피스(323)는 상기 제어모듈장착부(320)에서 상기 지지블록(321)의 하측에 배치되고, 외측 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 끼움피스(323)는 ㄷ 자 형상일 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 절개부(325,326)는 상기 제어모듈장착부(320)의 상부에 형성되고, 상기 셀장착부(330)의 내측 방향으로 절개된 형태일 수 있다. 상기 절개부(325,326)는 하나 이상이 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 2개가 형성될 수 있다. 이 경우 2개의 지점에 상기 서미스터유닛(250)을 삽입하고 배터리셀(400)에 접촉시켜 배터리셀(400)의 온도를 측정하므로, 배터리셀(400)의 평균온도값에 대한 정확도를 높일 수 있다. 설계사양에 따라 더 많은 위치에 상기 절개부(325,326)를 형성하고 상기 서미스터유닛(250)을 삽입, 접촉하여 배터리셀(400)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우 배터리셀(400)의 평균온도값에 대한 정확도는 더욱 높아질 것이다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 격벽(340)은 상기 배터리모듈프레임(310)의 상부에 형성되고, 복수의 배터리셀(400)을 서로 분리할 수 있다. 만약 특정 배터리셀(400)이 열화되어 국부적으로 불꽃이나 화재가 발생하더라도, 상기 격벽(340)이 이러한 불꽃이나 화재를 차단하거나 또는 확산을 지연함으로써, 다른 배터리셀(400)로 번지는 것을 방지하거나 또는 늦출 수 있다. 이는 배터리모듈(300) 전체의 열화 발생을 방지하거나 또는 지연시킬 수 있다. 궁극적으로는 전기차에 장착된 경우, 운전자의 대피 시간 및 화재 진압 시간을 확보할 수 있게 해준다.
그리고, 도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 버스바(500)는 상기 배터리모듈프레임(310)의 상부에서 상기 격벽(340) 사이에 배치되며 복수의 배터리셀(400)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바(500)는 기 알려진 것과 같이 복수의 배터리셀(400)을 필요에 따라 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있도록 한다.
한편, 도 3 및 도 4을 참고하면, 상기 제어모듈(200)은 상기 제어모듈장착부(320)에 결합되고, 배터리셀(400)의 작동을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 제어모듈(200)은 BMS(Battery Management System) 모듈일 수 있다.
이러한 상기 제어모듈(200)은 제어모듈프레임(210), 메인회로기판(230), 서브회로기판(220), 회로연장부(221,222), 돌출부(215,216), 피스접촉부(211a) 및 끼움홈(212)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어모듈프레임(210)은 상기 제어모듈(200)의 전반적인 외관을 형성할 수 있으며, 상기 제어모듈장착부(320)에 결합될 수 있다.
상기 메인회로기판(230)은 상기 제어모듈프레임(210)의 중앙측에 배치될 수 있다. 상기 메인회로기판(230)에는 배터리셀(400)을 제어할 수 있는 전자부품들이 전기적으로 연결되어 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 메인회로기판(230)은 BMS 회로기판(BMS Printed Circuit Board)일 수 있다.
상기 서브회로기판(220)은 상기 메인회로기판(230)에 전기적으로 연결되고, 상기 제어모듈프레임(210)의 상부로 연장되며 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 종래와는 달리 상기 서브회로기판(220)이 상기 제어모듈프레임(210)의 상부까지 연장되어 배치된다. 이때 상기 서브회로기판(220)은 연성회로기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
이렇듯 상기 서브회로기판(220)이 상기 제어모듈프레임(210)의 상부까지 배치되는 기술적 이유는 상기 돌출부(215,216)로 전기적인 회로 연결을 연장시키기 위함이다.
상기 돌출부(215,216)는 상기 제어모듈프레임(210)의 상부에서 상기 절개부(325,326)에 대응되는 위치에 상기 절개부(325,326) 방향으로 돌출되며 형성될 수 있다.
그리고 상기 서브회로기판(220)은 상기 돌출부(215,216)까지 연장되는 회로연장부(221,222)가 형성될 수 있다.
여기서 상기 서미스터유닛(250)은 상기 돌출부(215,216)의 단부에 배치될 수 있으며, 상기 회로연장부(221,222)와 전기적으로 연결될 수 있다.
즉 본 발명의 실시예에서는 상기 서미스터유닛(250)을 상기 제어모듈(200)에 일체형으로 접목시켜 조립성을 높이고 제작공정을 단축하기 위한 목적 달성을 위해, 상기 서브회로기판(220)을 상기 제어모듈프레임(210)의 상부까지 배치하고, 또한 상기 서브회로기판(220)에서 상기 회로연장부(221,222)를 형성하여 상기 돌출부(215,216)까지 배치한 것이다.
이에 따라 상기 제어모듈(200)에 일체형으로 결합된 상기 서미스터유닛(250)에 전기신호가 전달되며, 상기 제어모듈(200)을 상기 배터리모듈(300)에 조립만 하면, 상기 서미스터유닛(250)이 배터리셀(400)에 접촉되어 배터리셀(400)의 온도를 측정할 수 있게 되므로, 이에 따라 상기 서미스터유닛(250)을 배터리셀(400)에 용접하는 별도의 부착공정이 필요없게 된다.
다음으로, 상기 피스접촉부(211a)는 상기 제어모듈프레임(210)의 상측에 형성될 수 있으며, 상기 지지블록(321)이 접촉하며 상기 제어모듈프레임(210)의 상측 위치를 지지할 수 있다. 상기 피스접촉부(211a)의 중앙측에는 상기 체결홀(321a)과 볼트 체결될 수 있도록 하는 관통홀(211)이 형성될 수 있다.
상기 끼움홈(212)은 상기 제어모듈프레임(210)의 하측에 형성될 수 있으며, 상기 끼움블록이 삽입되며 상기 제어모듈프레임(210)의 하측 위치를 지지할 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 상기 서미스터유닛(250)은 상기 제어모듈(200)에 연결되고 배터리셀(400)에 접촉되며, 배터리셀(400)의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 상기 서미스터유닛(250)은 서미스터칩(251) 및 열전도패드(253)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 서미스터칩(251)은 상기 돌출부(215,216)의 단부면에 배치될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 서미스터칩(thermistor chip)은 온도에 따른 저항의 변화를 이용하여 열적 신호를 전기적 신호로 전환하여 전달하는 센서 기능을 수행할 수 있다.
상기 열전도패드(253)는 상기 돌출부(215,216)의 단부면에 배치될 수 있으며, 상기 서미스터칩(251)을 감쌀 수 있다. 즉 상기 서미스터칩(251)이 직접 배터리셀(400)에 접촉하는 것이 아니라, 상기 열전도패드(253)가 배터리셀(400)에 접촉되고, 배터리셀(400)의 열은 상기 열전패드를 통해 전도되어 상기 서미스터칩(251)으로 전달될 수 있다. 상기 열전도패드(253)는 탄성재질일 수 있으며, 이에 따라 배터리셀(400)과 접촉될 때, 형태가 변형되면 접촉상태를 유지할 수 있으며, 배터리셀(400)의 빈틈을 제거한다. 이에 따라 배터리셀(400)의 온도가 정확하게 상기 서미스터칩(251)으로 전도될 수 있도록 한다.
여기서 도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 절개부(325)의 내측 양측면에는 삽입홈부(341)가 배치되어 있다. 상기 삽입홈부(341)는 상기 절개부(325)의 내측에 양측면에서 서로 마주보는 방향으로 돌출되어 있다. 도면으로 도시되지는 않았으나, 상기 삽입홈부(341)에는 홈이 형성되어 있다.
그리고 상기 돌출부(215)의 양측면에는 삽입돌기(217)가 배치되어 있다. 상기 삽입돌기(217)가 상기 삽입홈부(341)에 삽입되면서 상기 절개부(325)의 내부에서 상기 돌출부(215)의 위치를 고정하게 된다.
이러한 삽입홈부(341) 및 삽입돌기(217)의 구성에 의해 상기 열전도패드(253)는 상기 배터리셀(400)의 표면에 안정적으로 접촉상태를 유지할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6을 참고하면, 도 5에는 본 발명인 배터리팩(100)에서 배터리모듈(300)과 제어모듈(200)을 조립할 때, 서미스터유닛(250)이 배터리셀(400)에 접촉하기 전의 상태를 나타낸 부분 평면도가 개시되어 있으며, 도 6에는 본 발명인 배터리팩(100)에서 배터리모듈(300)과 제어모듈(200)을 조립할 때, 서미스터유닛(250)이 배터리셀(400)에 접촉된 후의 상태를 나타낸 부분 평면도가 개시되어 있다.
우선 도 5를 참고하면, 상기 배터리모듈프레임(310)의 상부에 격벽(340) 및 버스바(500)가 배치되어 있고, 격벽(340)의 일부에서 제어모듈장착부(320)에 이어지는 부분에는 절개부(325)가 형성되어 있다. 상기 절개부(325)의 내측 양측면에는 한 쌍의 삽입홈부(341)가 형성되어 있다.
그리고 상기 제어모듈프레임(210)의 상부에 연성회로기판의 회로연장부(221)가 돌출부(215)까지 연장되어 있으며, 돌출부(215)의 단부면에는 열전도패드(253)가 배치되어 있다. 상술한 바와 같이, 열전도패드(253)의 내부에는 서미스터칩(251)이 내장되어 있다. 상기 돌출부(215)의 양측면에는 한 쌍의 삽입돌기(217)가 형성되어 있다.
다음 도 6을 참고하면, 상기 배터리모듈프레임(310)의 제어모듈장착부(320)에 사익 제어모듈(200)을 조립한다. 이는 상기 제어모듈(200)을 상기 제어모듈장착부(320)의 단턱부(322) 내측으로 밀어 넣고, 상기 관통홀(211)과 체결홀(321a)을 볼트로 결합시켜 조립한다.
이때 Y 표시영역을 참고하면, 상기 돌출부(215)가 상기 절개부(325)의 내측 방향으로 더욱 삽입되며, 상기 열전도패드(253)는 배터리셀(400)의 표면에 접촉된다. 동시에 상기 삽입홈부(341)에 상기 삽입돌기(217)가 끼워지면서, 상기 절개부(325)의 내측에서 상기 돌출부(215)의 위치를 고정한다.
이와 같이, 상기 배터리모듈(300)에 상기 제어모듈(200)을 조립하는 간단한 공정만으로도 상기 서미스터유닛(250)이 배터리셀(400)에 자동으로 접촉되면서 배터리셀(400)의 온도를 측정할 수 있게 된다.
이는 제어모듈(200)과 서미스터유닛(250)을 일체형으로 구성함에 따라 제어모듈(200)과 배터리모듈(300)과의 결합시 서미스터유닛(250)이 자동으로 배터리셀(400)에 접촉되므로, 궁극적으로는 배터리팩(100)의 조립성을 높이고 제작공정을 단축하는 기술적 효과를 기대할 수 있다. 또한 종래 납땜 방식보다 서미스터유닛(250)의 작동 안정성을 향상시킬 수 있으며, 배터리셀(400) 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이상의 사항은 배터리팩의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
본 발명은 배터리팩 관련 기술로서, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (6)

  1. 내부에는 복수의 배터리셀이 배치되는 셀장착부가 형성되고, 외부 일측면에는 제어모듈장착부가 형성되는 배터리모듈프레임을 포함하는 배터리모듈;
    상기 제어모듈장착부에 결합되고, 배터리셀의 작동을 제어하는 제어모듈; 및
    상기 제어모듈에 연결되고 배터리셀에 접촉되며, 배터리셀의 온도를 측정하는 서미스터유닛;
    을 포함하는 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 제어모듈장착부에 결합되는 제어모듈프레임;
    상기 제어모듈프레임에 배치되는 메인회로기판; 및
    상기 제어모듈프레임에 배치되고 상기 메인회로기판에 전기적으로 연결된 서브회로기판;
    을 포함하는 배터리팩.
  3. 제2항에 있어서,
    셀장착부에는 내측 방향으로 절개된 하나 이상의 절개부가 형성되고,
    상기 제어모듈프레임에는 상기 절개부에 대응되는 위치에 상기 절개부 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌출부가 형성되며,
    상기 서브회로기판에는 상기 돌출부까지 연장되는 회로연장부가 형성되고,
    상기 돌출부의 단부에는 상기 회로연장부와 전기적으로 연결된 상기 서미스터유닛이 배치되고,
    상기 돌출부가 상기 절개부에 삽입되면, 상기 서미스터유닛이 배터리셀에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서미스터유닛은,
    상기 돌출부의 단부면에 배치되는 서미스터칩; 및
    상기 돌출부의 단부면에 배치되고, 상기 서미스터칩을 감싸는 열전도패드;
    를 포함하는 배터리팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절개부의 내부 양측면에 배치되고, 서로 마주하는 방향으로 돌출되는 삽입부; 및
    상기 돌출부의 양측면에 배치되고, 상기 삽입부에 삽입되는 삽입돌기;
    를 포함하는 배터리팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배터리모듈은,
    상기 제어모듈장착부에서 외측 방향으로 돌출되며 배치되고, 체결홀이 형성되는 지지블록;
    상기 제어모듈장착부의 양측단에서 내측 방향으로 단턱지게 형성되고, 상기 제어모듈프레임이 삽입되는 단턱부; 및
    상기 제어모듈장착부에서 외측 방향으로 돌출되게 형성되는 끼움피스;를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은,
    상기 제어모듈프레임에 형성되고, 상기 지지블록이 접촉되며 상기 제어모듈프레임을 지지하고, 상기 체결홀과 볼트체결될 수 있는 관통홀이 형성되는 피스접촉부; 및
    상기 제어모듈프레임에 형성되고, 상기 끼움피스가 삽입되며 상기 제어모듈프레임을 지지하는 끼움홈;을 포함하는 배터리 팩.
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