KR20140085890A

KR20140085890A - 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체

Info

Publication number: KR20140085890A
Application number: KR1020120155709A
Authority: KR
Inventors: 임해규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-08

Abstract

본 발명은 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체에 관한 것으로, 다수개의 셀(20)이 셀홀더(10)를 매개로 적층식으로 쌓여져서 조립됨에 따라 셀커버의 사용개수를 크게 줄일 수 있게 되고, 셀리드(21)의 용접 결합을 통해 셀(20)간 전기적 연결을 안정적인 상태로 유지할 수 있도록 된 것이다.

Description

고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체{BATTERY MODULE ASSEMBLY FOR HIGH VOLTAGE BATTERY PACK}

본 발명은 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 셀(cell)을 스택형(stack type)으로 구성하고, 셀의 강성 및 냉각성능의 확보를 위해 사용하는 알루미늄 셀커버의 개수를 줄일 수 있는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체에 관한 기술이다.

하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터를 이용해서 차량을 구동시키는 구성으로, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩이 필수적으로 장착되어 있다.

파우치 타입 리튬이온 폴리머 배터리는 1개 셀(cell)당 DC 3.75V이고, 8개 셀이 직렬로 연결되어서 1개의 배터리모듈(CMA, Cell Module Assemble)을 이루고, 9개의 배터리모듈(CMA)이 버스바(bus bar)를 통해 직렬 연결되고 여기에 1개의 BMS(Battery Management System)과 1개의 PRA(Power Relay Assembly)이 더해져서 1개의 배터리팩(BMA, Battery Module Assemble)을 이루게 되며 이때 전압은 270V가 된다.

종래의 배터리모듈 조립체는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하부플레이트(1)와 상부플레이트(2) 및 셀커버모듈(3)을 포함하는 구성으로, 하부플레이트(1)에 셀커버모듈(3)을 끼우고 그 위에 상부플레이트(2)를 덮은 다음 다수개의 볼트(4)를 사용해서 일체화시킨 구조이다.

여기서, 셀커버모듈(3)은 총 8개의 셀(3a)이 총 8개의 셀커버(3b)에 의해 감싸여져서 일체화된 구조로, 즉 2개의 셀(3a)당 2개의 셀커버(3b)가 조립되어서 총 8개의 셀(3a)이 8개의 셀커버(3b)에 의해 감싸여져서 일체화된 구조가 되는 것이다.

상기 셀커버(3b)는 셀(3a)의 조립강성 및 냉각성능의 확보를 위해 알루미늄으로 제작된다.

따라서, 종래의 배터리모듈 조립체는 총 8개의 알루미늄 셀커버(3b)가 사용됨에 따라 원가와 중량이 상승하는 단점이 있고, 셀커버모듈(3)이 하부플레이트(1)와 상부플레이트(2)사이에 끼워져서 조립되는 방식으로 정해진 셀(3a)의 개수(8개) 만큼만 모듈화가 가능하기 때문에 패키지 측면에서 불리한 단점이 있으며, 특히 셀커버모듈(3)이 하부플레이트(1)와 상부플레이트(2)사이에 끼워져서 조립될 때 셀(3a)간 전기적 연결이 이루어지는 구조로 삽입 불량에 따른 전기적 연결 불량 상태 발생 및 이로 인해 고전압 배터리의 성능저하가 발생하는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2008-0102547호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 알루미늄 셀커버의 사용 개수를 줄여서 원가절감 및 중량감소를 도모하고, 셀커버모듈을 적층식으로 쌓아서 조립할 수 있게 됨으로써 셀 확장이 용이해지고 동시에 패키지 측면에서 유리하며, 특히 전압 센싱을 위한 버스바를 PCB(Printed Circuit Board) 일체형으로 구성하고 셀리드를 상기 PCB와 용접 연결함에 따라 전기적 연결 불량 상태가 발생하는 것을 방지함으로써 신뢰성을 확보할 수 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체는, 적층식으로 쌓여지게 조립되는 다수개의 셀홀더; 상기 셀홀더내에 수용되면서 상기 셀홀더에 의해 지지되도록 설치되는 다수개의 셀; 및 상기 셀홀더에 의해 적층식으로 쌓여진 상기 셀의 전방과 후방에 각각 결합되면서 셀리드와 전기적으로 연결되게 설치되는 PCB;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 셀홀더에 의해 적층식으로 쌓여진 셀을 보호할 수 있도록 상기 셀홀더의 상,하부측에 각각 조립되는 상부커버 및 하부커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 PCB를 보호할 수 있도록 상기 셀홀더의 전,후방면에 각각 조립되는 전방커버 및 후방커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 PCB에는 전압 센싱용 버스바 및 전압 센싱용 커넥터가 일체로 구비되고; 상기 커넥터는 전원단자와 동방향으로 배치되게 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 셀홀더는 상기 셀이 수용되는 사각형 틀모양의 외곽 테두리; 및 상기 외곽 테두리내에 위치하도록 외곽 테두리와 일체로 결합되고 상기 셀의 강성과 냉각성능을 확보할 수 있도록 상기 셀을 지지하는 셀커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 셀커버는 셀의 지지성능을 높이기 위해 물결모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 셀커버는 셀의 조립강성과 냉각성능을 높이기 위해 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 셀커버의 양면에 각각 2개씩의 셀이 포개여져서 지지되도록 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체에 의하면, 다수개의 셀이 셀홀더를 매개로 적층식으로 쌓여져서 조립됨에 따라 셀커버의 사용개수를 크게 줄일 수 있게 되고 이를 통해 원가절감과 중량감소를 이룩할 수 있게 되며, 셀리드의 용접 결합을 통해 셀간 전기적 연결을 안정적인 상태로 유지할 수 있게 됨으로써 전기적 연결 불량 상태 예방 및 고전압 배터리의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 종래의 배터리모듈의 분해 사시도 및 결합상태 사시도,
도 3은 종래 셀커버모듈을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 배터리모듈 조립체의 분해 사시도,
도 5는 도 4의 결합상태 측면도,
도 6은 도 4의 결합상태 단면도,
도 7은 본 발명에 따라 셀리드와 PCB의 연결구조를 보여주기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 다수개의 볼트(81)를 매개로 적층식으로 쌓여지게 조립되는 다수개의 셀홀더(10); 상기 셀홀더(10)내에 수용되면서 상기 셀홀더(10)에 의해 지지되도록 설치되는 다수개의 셀(20); 및 상기 셀홀더(10)에 의해 적층식으로 쌓여진 상기 셀(20)의 전방과 후방에 각각 결합되면서 셀리드(21)와 전기적으로 연결되게 설치되는 PCB(30);를 포함한다.

상기 PCB(30)에는 전압 센싱용 버스바(bus bar)가 일체로 구비되고, 상기 셀리드(21)와 PCB(30)의 전압 센싱용 버스바는 전기적 연결이 가능하게 전도체를 매개로 용접 결합된 구조가 된다.

따라서, 본 발명에 따른 구조는 셀(20)간 전기적 연결이 항상 안정적인 상태를 유지하게 되는 바, 이를 통해 전기적 연결 불량 상태를 예방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 셀홀더(10)에 의해 적층식으로 쌓여진 셀(20)을 보호할 수 있도록 상기 셀홀더(10)의 상,하부측에 각각 조립되는 상부커버(40) 및 하부커버(50); 상기 PCB(30)를 보호할 수 있도록 상기 셀홀더(10)의 전,후방면에 각각 조립되는 전방커버(60) 및 후방커버(70);를 더 포함한다.

본 발명은 상기 PCB(30)에 전압 센싱용 커넥터(31)가 일체로 구비되고, 상기 커넥터(31)는 배터리모듈의 전원단자(82)와 동방향으로 배치된 구성이다.

상기와 같이 커넥터(31)와 전원단자(82)가 동방향으로 배치되게 구성되면 심플(simple)한 외관을 구현할 수 있게 될 뿐만 아니라 공간 활용성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 셀홀더(10)는 상기 셀(20)이 수용되는 사각형 틀모양의 외곽 테두리(11); 및 상기 외곽 테두리(11)내에 위치하도록 외곽 테두리(11)와 일체로 결합되고 상기 셀(20)의 강성과 냉각성능을 확보할 수 있도록 상기 셀(20)을 지지하는 셀커버(12);를 포함한다.

여기서, 상기 셀커버(12)는 셀(20)의 지지성능을 높이기 위해 물결모양으로 형성된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 셀커버(12)는 셀(20)의 조립강성과 냉각성능을 높이기 위해 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 상기 셀커버(12)의 양면에 각각 2개씩의 셀(20)이 포개여져서 지지되도록 설치된 구조이다.

일반적으로 8개의 셀이 직렬 연결되어서 1개의 배터리모듈(CMA)을 이루는 경우, 본 발명은 3개의 셀커버(12)가 필요한 구성인 반면 종래에는 총 8개의 셀커버(3b)가 필요한 구성으로, 본 발명은 셀커버의 사용 개수를 크게 감축시킬 수 있게 되며, 이를 통해 원가절감과 중량감소를 이룩할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 셀(20)을 적층식으로 쌓아서 조립하는 구성이므로 1개의 배터리모듈(CMA)을 이루는 셀의 개수를 8개로 한정하지 않아도 되며, 이를 통해 1개의 배터리모듈(CMA)을 이루는 셀의 개수를 더 많이 늘릴 수 있게 됨으로써 셀 구성 확장성이 용이한 장점이 있고, 더 나아가 고전압 배터리팩의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 셀(20)간 전기적 연결이 셀리드(21)의 용접에 의해 항상 안정적인 상태를 유지할 수 있게 됨으로써, 전기적 연결 불량 상태를 예방할 수 있게 되고, 이를 통해 고전압 배터리의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 PCB(30)에 구비된 전압 센싱용 커넥터(31)와 배터리모듈의 전원단자(82)가 동방향으로 배치되게 설치된 구조인 바, 이를 통해 심플(simple)한 배터리모듈의 외관을 구현할 수 있게 될 뿐만 아니라 공간 활용성을 크게 향상시킬 수 있게 되며, 또한 부피 및 사이즈의 축소를 통해 컴팩트화를 도모할 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 - 셀홀더 11 - 외곽 테두리
12 - 셀커버 20 - 셀
21 - 셀리드 30 - PCB
40 - 상부커버 50 - 하부커버
60 - 전방커버 70 - 후방커버

Claims

적층식으로 쌓여지게 조립되는 다수개의 셀홀더(10);
상기 셀홀더(10)내에 수용되면서 상기 셀홀더(10)에 의해 지지되도록 설치되는 다수개의 셀(20); 및
상기 셀홀더(10)에 의해 적층식으로 쌓여진 상기 셀(20)의 전방과 후방에 각각 결합되면서 셀리드(21)와 전기적으로 연결되게 설치되는 PCB(30);를 포함하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 셀홀더(10)에 의해 적층식으로 쌓여진 셀(20)을 보호할 수 있도록 상기 셀홀더(10)의 상,하부측에 각각 조립되는 상부커버(40) 및 하부커버(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 PCB(30)를 보호할 수 있도록 상기 셀홀더(10)의 전,후방면에 각각 조립되는 전방커버(60) 및 후방커버(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 PCB(30)에는 전압 센싱용 버스바 및 전압 센싱용 커넥터(31)가 일체로 구비되고;
상기 커넥터(31)는 전원단자(82)와 동방향으로 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 셀홀더(10)는 상기 셀(20)이 수용되는 사각형 틀모양의 외곽 테두리(11); 및
상기 외곽 테두리(11)내에 위치하도록 외곽 테두리(11)와 일체로 결합되고 상기 셀(20)의 강성과 냉각성능을 확보할 수 있도록 상기 셀(20)을 지지하는 셀커버(12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
상기 셀커버(12)는 셀(20)의 지지성능을 높이기 위해 물결모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
상기 셀커버(12)는 셀(20)의 조립강성과 냉각성능을 높이기 위해 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
상기 셀커버(12)의 양면에 각각 2개씩의 셀(20)이 포개여져서 지지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩용 배터리모듈 조립체.