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KR20150066077A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20150066077A
KR20150066077A KR1020130151174A KR20130151174A KR20150066077A KR 20150066077 A KR20150066077 A KR 20150066077A KR 1020130151174 A KR1020130151174 A KR 1020130151174A KR 20130151174 A KR20130151174 A KR 20130151174A KR 20150066077 A KR20150066077 A KR 20150066077A
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KR
South Korea
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holder
battery cells
battery
exhaust
vent
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KR1020130151174A
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English (en)
Inventor
김태용
박성준
이종한
조준우
박시동
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US14/558,547 priority patent/US9722222B2/en
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Abstract

본 발명은 배터리 셀 상부에 위치되는 버스바 체결부 및 배기부를 일체형으로 형성하고, 디개싱 상황에서 회로부를 보호할 수 있도록 회로부를 배터리 모듈 상부에 장착할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부 및 벤트부가 구비되는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출된 개구부가 형성되는 홀더; 및 상기 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되, 상기 홀더는, 상기 단자부와 대응하는 영역에 형성된 버스바 체결부와, 상기 벤트부와 대응하는 영역에 형성된 배기부가 일체형으로 형성된다. 이러한 구성에 의하여, 회로부를 보호할 수 있다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용한다.
전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량을 높일 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명은 배터리 셀 상부에 위치되는 버스바 체결부 및 배기부를 일체형으로 형성하고, 디개싱 상황에서 회로부를 보호할 수 있도록 회로부를 배터리 모듈 상부에 장착할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 버스바 체결부 및 배기부를 일체형으로 형성함으로써, 보다 컴팩트(compact)한 설계가 가능한 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부 및 벤트부가 구비되는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출된 개구부가 형성되는 홀더; 및 상기 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되, 상기 홀더는, 상기 단자부와 대응하는 영역에 형성된 버스바 체결부와, 상기 벤트부와 대응하는 영역에 형성된 배기부가 일체형으로 형성된다.
상기 배기부는 내부에 공간을 가지는 상자 형상으로, 복수개의 벤트부에 대응하는 배기부의 하부면에는 배기홀이 형성될 수 있다.
상기 배기홀에는 상기 벤트부의 내측벽을 향하여 돌기부가 형성될 수 있다.
상기 배기부의 일단은 폐쇄되고, 타단은 개방될 수 있다.
상기 홀더는 상기 배터리 셀이 배열된 방향의 양측 단부를 따라 상부를 향하는 적어도 하나의 제1 체결부가 형성될 수 있다.
상기 제1 체결부는 후크 형상으로 형성되어 상부 커버와 결합되는 영역일 수 있다.
상기 홀더는 최외곽에 배치된 상기 배터리 셀의 양측면을 향하는 제2 체결부가 형성될 수 있다.
상기 제2 체결부는 후크 형상으로 형성되어 엔드 플레이트와 결합되는 영역일 수 있다.
상기 홀더는 플라스틱 복합소재로 이루어질 수 있다.
상기 홀더 상부에 회로부가 장착될 수 있다.
본 발명에 의하면 배터리 셀 상부에 위치되는 홀더에 버스바 체결부 및 배기부를 일체형으로 형성하고, 디개싱 상황에서 온도 및 화학적인 영향을 방지하도록 회로부를 배터리 모듈 상부에 장착함으로써, 회로부를 보호할 수 있다.
또한, 어뷰즈(abuse) 상황에서 회로부의 동작을 가능하게 함으로써, 배터리 모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더를 나타내는 사시도.
도 4는 도 1의 A-A' 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀더를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부(111) 및 벤트부(114)가 구비되는 복수개의 배터리 셀(110)과, 복수개의 배터리 셀(110) 상부에 위치되며, 단자부(111)가 노출된 개구부가 형성되는 홀더(120)를 포함한다. 그리고, 홀더(120)의 개구부(121)에는, 복수개의 배터리 셀(110) 중 인접하는 배터리 셀(110) 간을 전기적으로 연결하는 버스바(130)를 포함한다.
여기서, 홀더(120)는 단자부와 대응하는 영역에 형성된 버스바 체결부(120b)와, 벤트부(114)와 대응하는 영역에 형성된 배기부(120a)가 일체형으로 형성된다. 배기부(120a)는 내부에 공간을 가지는 상자 형상으로, 복수개의 벤트부(114)에 대응하는 배기부의 하부면에는 배기홀(127, 도 4 참조)이 형성될 수 있다.
이러한 배기홀(127)에는 벤트부(114)의 내측벽을 향하여 돌기부(124)가 형성될 수 있다. 돌기부(124)는 벤트부(114)에 삽입되어 각 배터리 셀(110)로부터 배출되는 가스가 외부로 유출되지 않도록 밀폐하는 역할을 할 수 있다.
또한, 배기부(120a)의 일단은 폐쇄되고, 타단은 개방된다. 각 벤트부(114)로부터 배출되는 가스는 모두 배기부(120a)의 개방된 영역, 즉 가스배출구(123)로 배출된다. 배터리 셀(110)로부터 배출되는 가스는 약산성이며, 고온, 고압이다. 일반적으로 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스를 포집 수단이 있을 수도 있지만, 본 발명의 실시예에서는 배출된 가스가 배터리 모듈(100) 상부로 이동하지 않도록 하면 된다. 배터리 모듈(100) 상부에 회로부가 장착되기 때문에 배출된 가스가 회로부와 접촉되지 않는다면, 별도의 포집 수단 없이 외부 공기 중으로 배출되어도 됨은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 일 방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀(110)을 포함하는데, 배터리 셀(110)은 이웃하는 배터리 셀(110)의 넓은 면이 서로 대면하도록 정렬된다.
배터리 모듈(100)을 구성하는 베터리 셀(110)은 일면이 개구된 전지 케이스와 전지 케이스 내에 수납된 전극 조립체 및 전해액으로 이루어질 수 있다. 전극 조립체 및 전해액은 전기화학적으로 반응하여 에너지를 발생하고, 전지 케이스는 제1 면(118)에 의하여 밀폐될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(110)의 상부면은 캡 조립체를 포함할 수 있다. 배터리 셀의 상부면에는 서로 다른 극성을 갖는 양극 단자 (112), 음극 단자(113) 및 벤트부(114)가 구비되며, 벤트부(114)는 배터리 셀(110)의 안전수단으로 배터리 셀(110) 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용한다.
그리고, 최외곽의 배터리 셀(110)에 인접하여 한 쌍의 엔드 플레이트(120)가 구비되며, 배터리 셀(110)의 측면에는 한 쌍의 엔드 플레이트(120) 간을 연결하는 한 쌍의 사이드 플레이트(170)가 배치된다. 복수개의 배터리 셀(110)은 한 쌍의 엔드 플레이트(120)와 한 쌍의 사이드 플레이트(170)에 의하여 구획된 공간 속에 일 방향으로 정렬되어 구비될 수 있다.
이때, 배터리 셀(110)은 복수개가 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬되므로, 이웃한 두 배터리 셀(110)의 양극 단자(112) 및 음극 단자(113)는 버스바(130)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(130)는 단자부(111)간을 전기적으로 연결할 수 있도록 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금 또는 알루미늄 합금등의 전기전도성 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 버스바(130)는 단자부(111)에 용접되어 접합될 수 있다. 여기서 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 버스바(130)의 형상은 단자부(111)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는 배터리 셀(110)이 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 일 예로 하여 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 등 다양한 형태의 전지를 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 홀더(120)는 개구부(121)가 형성된 버스바 체결부(120b)와, 벤트부(114, 도 2 참조)와 대응하는 영역에 형성된 배기부(120a)가 일체형으로 형성된다. 이러한 홀더(120)는 플라스틱 복합소재로 이루어진다.
홀더(120)는 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 배터리 셀의 단자부가 노출되도록 개구부(121)가 형성된다. 그리고, 개구부(121)에는 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바가 위치된다.
일반적으로, 버스바 홀더는 배터리 셀의 벤트부 파단 시 배출되는 가스를 분리하여 배출하는 구조이며, 가스켓, 플라스틱 가이트벽 및 플라스틱 또는 스틸로 이루어진 커버로 구성되어 매우 복잡한 구성이었다. 이로 인하여 과다한 조립 조건 및 설계 제약이 존재한다는 문제가 있었다.
본 발명에서는 버스바 체결부(120b)와 배기부(120a)를 일체형으로 형성함으로써, 보다 컴팩트하게 제조할 수 있으며, 이러한 홀더(120) 상부에 회로부를 장착할 수 있어, 디개싱(Degassing) 상황에서 회로부를 보호할 수 있다.
도 4는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 4를 참조하면, 홀더(120)는 단자부(111)와 대응하는 영역에 형성된 버스바 체결부(120b)와, 벤트부(114)와 대응하는 영역에 형성된 배기부(120a)가 일체형으로 형성된다. 여기서, 배기부(120a)는 내부에 공간을 가지는 상자 형상으로, 복수개의 벤트부(114)에 대응하는 배기부(120a)의 하부면으로부터 배기홀(127)이 형성된다. 그리고, 배기홀(127)에는 벤트부(114)의 내측벽을 향하여 돌기부(124)가 형성된다.
이러한 돌기부(124)는 벤트부(114)의 내측벽에 삽입되는 영역으로, 배터리 셀(110)로부터 배출되는 가스가 외부로 새어나가지 않고, 배기홀(127)을 통하여 배기부(120a)로 이동하도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀더를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 홀더(120)는 배터리 셀(110)이 배열된 방향의 양측 단부를 따라 상부를 향하는 적어도 하나의 제1 체결부(125)가 형성될 수 있다. 제1 체결부(125)는 후크 형상으로 형성되며, 추후 상부 커버(미도시)와 결합되는 영역이다. 제1 체결부(125)에 대응하는 상부 커버에는 후크를 수용하는 제1 수용부가 형성될 수 있다.
그리고, 홀더(120)는 최외곽에 배치된 배터리 셀(110)의 양측면을 향하는 제2 체결부(126)가 형성된다. 제2 체결부(126)는 후크 형상으로 형성되며, 추후 엔드 플레이트(미도시)와 결합되는 영역이다. 제2 체결부(126)에 대응하는 엔드 플레이트에는 후크를 수용하는 제2 수용부가 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 버스바 체결부(120b)와 배기부(120a)를 일체형으로 형성함으로써, 보다 컴팩트하게 제조할 수 있으며, 이러한 홀더(120) 상부에 회로부(190)를 장착할 수 있어, 디개싱(degassing) 상황에서 회로부(190)를 보호할 수 있다. 여기서, 회로부(190)는 배터리 셀(110)의 전압, 온도 측정 및 배터리 셀(110)의 밸런싱(balancing)과 같은 BMS의 일부 기능을 수행할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)의 상부를 덮는 탑 플레이트(290)를 포함할 수 있다. 여기서, 탑 플레이트(290)는 배터리 셀(100)의 상부면, 즉 단자부(111)가 인출되는 배터리 셀(110)의 면을 덮을 수 있으며, 이에 따라 단자부(111) 또는 버스바(130)가 외부 전도체와 단락되는 것을 방지할 수 있다. 탑 플레이트(290)는 사이드 플레이트(170)와 초음파 용접 또는 레이저 용접을 통해 결합될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
100 : 배터리 모듈 110 : 배터리 셀
111 : 단자부 112 : 양극단자
113 : 음극단자 120 : 홀더
120a : 버스바 체결부 120b : 배기부
123 : 가스배출구 130 : 버스바
160 : 엔드 플레이트 170 : 사이드 플레이트

Claims (10)

  1. 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부 및 벤트부가 구비되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출된 개구부가 형성되는 홀더; 및
    상기 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되,
    상기 홀더는, 상기 단자부와 대응하는 영역에 형성된 버스바 체결부와, 상기 벤트부와 대응하는 영역에 형성된 배기부가 일체형으로 형성되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기부는 내부에 공간을 가지는 상자 형상으로, 복수개의 벤트부에 대응하는 상기 배기부의 하부면에는 배기홀이 형성되는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기홀에는 상기 벤트부의 내측벽을 향하여 돌기부가 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기부의 일단은 폐쇄되고, 타단은 개방된 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 배터리 셀이 배열된 방향의 양측 단부를 따라 상부를 향하는 적어도 하나의 제1 체결부가 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 체결부는 후크 형상으로 형성되어 상부 커버와 결합되는 영역인 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는 최외곽에 배치된 상기 배터리 셀의 양측면을 향하는 제2 체결부가 형성되는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 체결부는 후크 형상으로 형성되어 엔드 플레이트와 결합되는 영역인 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는 플라스틱 복합소재로 이루어지는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 홀더 상부에 회로부가 장착되는 배터리 모듈.
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