KR101486928B1 - 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체 - Google Patents

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체는 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')이 상부 프레임 및 하부 프레임 사이에 개재된 4개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 모듈 집합체로서, 상기 4개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈이 나란히 배열되고, 상기 나란히 배열된 2개의 배터리 모듈 위에 2개의 배터리 모듈이 적층된다. 본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체를 제공할 수 있다.

Description

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체{BATTERY MODULE ASSEMBLY FOR VEHICLE'S BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈 집합체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체에 있어서 배터리 모듈 사이의 기계적 연결에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 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 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 배터리 팩에 포함된 이차전지 셀들의 전기적 연결 및 기구적 연결이 견고하게 될 수 있도록 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체 및 배터리 팩 디자인이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 자동차용배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체는, 수평 방향으로 결합된 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈과, 수평 방향으로 결합되면서 동시에 상기 제1배터리 모듈 및 상기 제2배터리 모듈에 각각 수직으로 결합된 제3배터리 모듈 및 제4배터리 모듈을 포함하고,
상기 제1 내지 제4배터리 모듈은, 동일한 극성을 갖는 전극이 같은 방향을 향하도록 기립되어 2차원적으로 배열된 다수의 원통형 이차전지 셀과, 각 원통형 이차전지 셀의 고전위 전극 및 저전위 전극이 노출되도록 상기 다수의 이차전지 셀의 상부와 하부에 각각 결합되고 수직 방향으로 소정 거리 이격된 상부 프레임 및 하부 프레임을 포함하고,
상기 제1 및 제2배터리 모듈은 상부 프레임을 통해 노출된 전극을 병렬로 연결하는 금속 재질의 제1 및 제2플레이트를 각각 포함하고, 상기 제3 및 제4배터리 모듈은 하부 프레임을 통해 노출된 전극을 병렬로 연결하며 상기 제1 및 제2플레이트와 면 접촉을 통해 전기적으로 연결되는 금속 재질의 제3 및 제4플레이트를 각각 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2배터리 모듈의 상부 프레임과 상기 제3 및 제4배터리 모듈의 하부 프레임 중 어느 하나의 프레임에는 돌출부가 구비되고 다른 하나의 프레임에는 상기 돌출부가 삽입되어 결합되는 만입부가 구비된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 및 제2 배터리 모듈을 구성하는 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일 측면; 및 상기 제3 및 제4 배터리 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일 측면에 연결부가 구비되고, 상기 제1 및 제2 배터리 모듈과 상기 제3 및 제4배터리 모듈은 상기 연결부에 의해 수평 방향으로 결합된다.
바람직하게, 상기 연결부는 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상을 가진다.
삭제
본 발명에 따른 배터리 모듈 조립체는, 상기 제1 및 제2배터리 모듈의 하부 프레임을 통해 노출된 전극에 접속되는 금속 재질의 하부 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트는, 수직으로 접혀 외부로 노출된 절곡부를 양측에 구비하고, 상기 양측에 구비된 절곡부는 상기 제1 및 제2배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 및 제3플레이트는 수직으로 절곡되어 외부로 노출된 제1절곡부 및 제3절곡부를 각각 포함하고 상기 제1절곡부 및 상기 제2절곡부는 상기 제3배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합되고, 상기 제2 및 제4플레이트는 수직으로 절곡되어 외부로 노출된 제2절곡부 및 제4절곡부를 각각 포함하고 상기 제2절곡부 및 상기 제4절곡부는 상기 제4배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체를 제공할 수 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 모듈 집합체를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체를 포함하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체를 구성하는 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제1배터리 모듈의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제2배터리 모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제1 및 제2배터리 모듈이 연결된 모습을 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제3 및 제4배터리 모듈이 적층되는 모습을 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체의 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 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체(50)를 포함하는 배터리 팩(1)을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 배터리 팩(1)은 자동차, 하이브리드차(HEV), 전기차(EV) 등에 장착될 수 있는 자동차용 배터리 팩(1)이다.
바람직하게, 상기 배터리 팩(1)의 크기는 자동차용 표준 배터리의 규격을 따른다. 따라서, 상기 배터리 팩(1)은 전체적으로 육면체의 형상을 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50) 역시 자동차용 표준 배터리의 규격을 따르기 위한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상기 배터리 팩(1) 및 배터리 모듈 집합체(50)의 크기는 상기 예시에 제한되지 않으며 실시예에 따라 가로, 세로, 높이의 길이는 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체(50)를 포함하는 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)는 내부 케이스(30)가 연결되고, 상부 팩 케이스(10)와 하부 팩 케이스(70) 사이에 내장되어 배터리 팩(1)을 구성한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)를 구성하는 배터리 모듈(60)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈(60)은 다수의 원통형 이차전지 셀(62, 이하 '셀')이 상부 프레임(61) 및 하부 프레임(63) 사이에 개재되어 구성된다. 본 실시예에서, 상부 프레임(61) 쪽으로 노출된 셀(62)의 전극은 고전위 전극(+)이고, 하부 프레임(63) 쪽으로 노출된 셀(62)의 전극은 저전위(-) 전극이다. 육안상 식별을 용이하게 하기 위해, 고전위 전극(+) 측에 장착되는 프레임은 짙은 색으로, 저전위 전극(-) 측에 장착되는 프레임은 옅은 색으로 표시하였으며, 이하의 설명에서도 동일하다.
자동차용 배터리 팩은 12V의 작동 전압이 요구된다. 그러나, 일반적인 이차전지 셀(62)은 약 3V의 작동 전압을 가진다. 따라서, 4개의 배터리 모듈(60)을 직렬로 연결하여 12V의 작동 전압을 가진 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다.
이하에서는, 도 3에 도시된 배터리 모듈(60)을 통해 구성된 배터리 모듈 집합체(50)에 대해서 설명하도록 하겠다. 참고로, 본 명세서에서 상부, 하부, 상단 및 하단은 도면에 도시된 방향을 중심으로 위치를 가르키는 용어이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)는 4개의 배터리 모듈(60)로 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제1배터리 모듈(60-1)의 사시도이다.
도 4를 참고하면, 도 3에 도시된 배터리 모듈(60)의 상부 프레임(61-1)에 금속 재질의 제1플레이트(51)가 장착된 것을 확인할 수 있다. 상기 제1플레이트(51)는 금속으로서 상부 프레임(61-1)을 통해 노출되어 있는 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 고전위 단자와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제1플레이트(51)에 의해서 상기 제1배터리 모듈(60-1)에 포함된 셀(62-1)들의 고전위 단자가 전기적으로 병렬 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트(51)의 재질은 니켈, 구리, 황동 및 니켈 도금된 구리로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. 상기 재질은 일 예시에 불과하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 대체할 수 있는 모든 금속을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트(51)의 두께는 0.1mm~0.4mm이다. 상기 두께는 금속의 성질에 따른 강성, 전기 전도성 등을 고려하여 다양하게 설계가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트(51)과 상기 셀(62-1)들의 연결은 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 이루어진다.
상기 제1플레이트(51)의 전체 면적은 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 상부 프레임(61-1)면적보다 크다. 그리고, 상기 제1플레이트(51)의 일부 즉, 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 상부 프레임(61-1) 면적보다 벗어난 부분(51-a)은 수직으로 접혀제1절곡부(51-a)를 형성한다. 상기 제1절곡부(51-a)는 이후 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 때, 상부에 적층되는 제3배터리 모듈(도 7의 60-3 참조)과 기계적 연결 및 전기적 연결을 위한 부분이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제2배터리 모듈(60-2)의 사시도이다.
도 5를 참고하면, 제2배터리 모듈(60-2)은 도 3에 도시된 배터리 모듈(60)이 뒤집어 진 구조를 가진다. 그리고, 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 상부 프레임(63-2)에는 금속 재질의 제2플레이트(52)가 장착된다. 상기 제2플레이트(52)는 금속으로서 상기 상부 프레임(63-2)을 통해 노출된 상기 배터리 모듈(60-2)의 저전위 단자와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제2플레이트(52)에 의해서 상기 제2배터리 모듈(60-2)에 포함된 셀(62-2)들의 저전위 단자가 전기적으로 병렬 연결된다.
상기 제2플레이트(52)의 재질, 두께 및 용접 방식은 도 4에 도시된 제1플레이트(51)와 동일하다.
상기 제2플레이트(52)의 전체 면적은 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 상부 프레임(63-2) 면적보다 크다. 그리고, 상기 제2플레이트(52)의 일부 즉, 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 상부 프레임(63-2)보다 벗어난 부분(52-a)은 수직으로 접혀 제2절곡부(52-a)를 형성한다. 상기 제2절곡부(52-a)은 이후 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 때, 상부에 적층되는 제4배터리 모듈(도 7의 60-4 참조)과 기계적 연결 및 전기적 연결을 위한 부분이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제1 및 제2배터리 모듈(60-1, 60-2)이 연결된 모습을 도시한 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 및 제2배터리 모듈(60-1, 60-2)의 하단에 하부 플레이트(53)가 배치된 것을 확인할 수 있다.
상기 하단 플레이트(53)는 금속으로서 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 하부 프레임을 통해 노출된 저전위 단자와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 하부 플레이트(53)에 의해서 상기 제1배터리 모듈(60-1)에 포함된 셀(62-1)들의 저전위 단자가 전기적으로 병렬 연결된다. 한편, 상기 하부 플레이트(53)는 금속으로서 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 하부 프레임을 통해 노출된 고전위 단자와 전기적으로 연결되다. 따라서, 상기 하부 플레이트(53)에 의해서 상기 제2배터리 모듈(60-2)에 포함된 셀(62-)들의 고전위 단자가 전기적으로 병렬 연결된다. 동시에, 상기 하부 플레이트(53)는 상기 제1배터리 모듈(60-1) 및 상기 제2배터리 모듈(60-2)을 모두 포함하는 면적을 가지고 있다. 따라서, 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 저전위 단자와 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 고전위 단자가 전기적으로 직렬 연결된다.
상기 하부 플레이트(53)의 재질, 두께 및 용접 방식은 도 4에 도시된 제1플레이트(51)와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 플레이트(53)의 전체 면적은 상기 제1배터리 모듈(60-1) 및 제2배터리 모듈(60-2)을 합한 면적보다 크다. 그리고, 상기 하부 플레이트(53)의 양측 부분 즉, 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 제2배터리 모듈(60-2)을 합한 면적보다 벗어난 양측 부분은 수직으로 접혀 절곡부(53-a)를 형성한다. 그리고, 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 측면과 제2배터리 모듈(60-2)의 측면에는 나사선(68)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 수직으로 접힌 양측의 절곡부(53-a)에 나사 구멍을 형성하고, 상기 나사선(68) 및 나사를 통해서 상기 하부 플레이트(53)는 제1배터리 모듈(60-1) 및 제2배터리 모듈(60-2)과 기계적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 모듈(60)은 상기 상부 프레임 또는 상기 하부 프레임의 일 측면에 수평으로 결합되는 다른 배터리 모듈과 결합을 위한 연결부(67, 67-1)가 형성되어 있다.
도 3을 다시 참조하면, 상기 배터리 모듈(60)의 상기 상부 프레임(61) 및 상기 하부 프레임(63)의 측면에 소정 간격으로 형성된 연결부(67, 67-1)를 확인할 수 있다. 상술하였듯이, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 배터리 모듈(60)이 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다(도 2 참조번호 50 참고). 이때, 수평으로 배치된 다른 배터리 모듈(60)과 상기 연결부(67, 67-1)를 통해 기계적 결합을 할 수 있다.
본 발명의 일 예시에 따르면, 상기 연결부(67, 67-1)는 'ㄱ' 또는 'ㄴ' 형상을 가진다. 상기 'ㄱ' 형상의 연결부(67)와 'ㄴ' 형상의 연결부(67-1)가 상호 연결되어 상기 배터리 모듈(60)의 수평 방향 이탈을 방지할 수 있다. 이를 위해 차후 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 때 상호 인접하게 될 배터리 모듈(60)에는 상기 'ㄱ' 형상의 연결부(67)와 'ㄴ' 형상의 연결부(67-1)가 상호 연결되도록 배치될 수 있다.
상기 제1배터리 모듈(60-1) 및 상기 제2배터리 모듈(60-2)의 측면에 소정 간격으로 연결부(67, 67-1)가 형성된 경우, 상기 제1배터리 모듈(60-1) 및 상기 제2배터리 모듈(60-2)은 상기 연결부(67, 67-1)를 통해서 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 연결부(67, 67-1)는 배터리 모듈 집합체(50)를 구성하는 배터리 모듈(60) 사이의 기계적 결합력을 향상시켜준다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체(50)에 포함되는 4개의 배터리 모듈 중 제3 및 제4배터리 모듈(60-3, 60-4)이 적층되는 모습을 도시한 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제3배터리 모듈(60-3)의 상부 프레임을 통해 노출된 고전위 단자에는 플레이트(54)가 결합된다. 그리고, 상기 제3배터리 모듈(60-3)의 하부 프레임을 통해 노출된 저전위 단자에도 플레이트(55)가 결합된다. 상기 플레이트(54, 55)에 의해 상기 제3배터리 모듈(60-3)에 포함된 셀(62-3)들은 전기적으로 병렬 연결된다. 여기서, 하부 프레임에 결합되는 플레이트(55)는 제3플레이트라고 명명하기로 한다. 상기 제3플레이트(55)는 수직으로 절곡되어 외부로 노출되는 제3절곡부(55-a)를 포함한다.
삭제
상기 제4배터리 모듈(60-4)의 하부 프레임을 통해 노출된 고전위 단자에는 플레이트(56)가 결합된다. 그리고, 상기 제4배터리 모듈(60-3)의 상부 프레임을 통해 노출된 저전위 단자에는 플레이트(57)가 결합된다. 상기 플레이트(56, 57)에 의해 상기 제4배터리 모듈(60-4)에 포함된 셀(62-4)들은 전기적으로 병렬 연결된다. 여기서, 하부 프레임에 결합되는 플레이트(57)은 제4플레이트라고 명명하기로 한다. 상기 제4플레이트(57)는 수직으로 절곡되어 외부로 노출되는 제4절곡부(57-a)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 수평 방향으로 나란하게 배열된 제1배터리 모듈(60-1) 및 제2배터리 모듈(60-2) 위에 각각 제3배터리 모듈(60-3) 및 제4배터리 모듈(60-4)이 수직 방향으로 적층되는 것을 확인할 수 있다.
상기 제3배터리 모듈(60-3)은 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 전기적으로 직렬 연결된다. 따라서, 상기 제3배터리 모듈(60-3)의 저전위 단자가 상기 제1배터리 모듈(60-1)의 고전위 단자와 인접하도록 적층된다.
그리고, 상기 제4배터리 모듈(60-4)은 상기 제2배터리 모듈(60-2)과 전기적으로 직렬 연결된다. 따라서, 상기 제4배터리 모듈(60-4)의 고전위 단자가 상기 제2 배터리 모듈(60-2)의 저전위 단자와 인접하도록 적층된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 모듈(60)의 상기 상부 프레임(61)의 상단부에는 돌출부(66)가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임(63)의 하단부에는 상기 돌출부(66)의 형상 및 위치에 대응되는 만입부(66-1)가 형성되어 있다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상부 프레임(61)의 상단부에는 돌출부(66)가, 상기 하부 프레임(63)의 하단부에는 상기 돌출부(66)에 대응되는 형상 및 위치에 만입부(66-1)가 형성된 것을 확인할 수 있다.
상술하였듯이, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 배터리 모듈(60)이 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다(도 2 참조번호 50 참고). 상기 돌출부(66) 및 만입부(66-1)는 서로 대응되는 형상을 가지고 있으므로 삽입에 의해 결합이 가능하므로, 상기 배터리 모듈들(60-1 ~ 60-4)을 수직으로 적층할 때, 상부에 위치한 배터리 모듈과 하부에 위치한 배터리 모듈의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 돌출부(66)와 만입부(66-1)에 의해 배터리 모듈들(60-1 ~ 60-4)을 적층할 때, 적층 위치를 쉽게 찾을 수 있으며, 상부 배터리 모듈(60)과 하부 배터리 모듈(60)이 정(正)위치에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 및 제3배터리 모듈(60-1, 60-3)에 상기 돌출부(66) 및 상기 만입부(66-1)가 형성된 경우, 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 상기 제3배터리 모듈(60-3)은 상기 돌출부(66) 및 만입부(66-1)의 삽입 결합을 통해서 기계적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 및 제4배터리 모듈(60-2, 60-4)에 상기 돌출부(66) 및 상기 만입부(66-1)가 형성된 경우, 상기 제2배터리 모듈(60-2)과 상기 제4배터리 모듈(60-4)은 상기 돌출부(66) 및 만입부(66-1)의 삽입 결합을 통해서 기계적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 상기 제3배터리 모듈(60-3)은 제1플레이트(51)에서 수직으로 접힌 제1절곡부(51-a)을 통해서 기계적 연결 및 전기적 연결을 구성할 수 있다. 또한, 상기 제2배터리 모듈(60-2)과 상기 제4배터리 모듈(60-4)은 제2플레이트(52)에서 수직으로 접힌 제2절곡부(52-a)를 통해서 기계적 연결을 구성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제3배터리 모듈(60-3)의 하부 프레임에 형성된 나사선, 상기 제1플레이트(51)의 제1절곡부(51-a), 제3플레이트(55)의 제3절곡부(55-a) 및 나사를 통해서 기계적 연결을 구성할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제4 배터리 모듈(60-4)의 하부 프레임에 형성된 나사선, 상기 제2플레이트(52)의 제2절곡부(52-a), 제4플레이트(57)의 제4절곡부(57-a) 및 나사를 통해서 기계적 연결을 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체(50)의 사시도이다.
도 8은, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한 제1 내지 제4배터리 모듈들(60-1 ~ 60-4)이 기계적 연결 및 전기적 연결을 구성한 모습을 보여준다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수직으로 적층되는 배터리 모듈(60) 사이 즉, 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 상기 제3배터리 모듈(60-3), 상기 제2배터리 모듈(60-2)과 상기 제4배터리 모듈(60-4)은 버스바(58)를 통해서 전기적으로 직렬 연결된다. 상기 버스바(58)는, 제1절곡부(51-a) 및 제3절곡부(55-a) 사이에 개재되고, 제2절곡부(52-a) 및 제4절곡부(57-a) 사이에 개재된다. 상기 버스바(58)는 나사를 이용하여 상기 제1배터리 모듈(60-1)과 상기 제3배터리 모듈(60-3) 사이, 및 상기 제2배터리 모듈(60-2)과 상기 제4배터리 모듈(60-4) 사이에 연결될 수 있다.
상기 제1절곡부(51-a) 및 제3절곡부(55-a)는 소정 폭의 슬릿에 의해 분리된 구조를 가지며 제3배터리 모듈(60-3)의 하부 프레임에 소정 간격으로 형성된 연결부 사이에 나사로 고정된다.
마찬가지로, 상기 제2절곡부(52-a) 및 제4절곡부(57-a)는 소정 폭의 슬릿에 의해 분리된 구조를 가지며 제4배터리 모듈(60-4)의 하부 프레임에 소정 간격으로 형성된 연결부 사이에 나사로 고정된다.
본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체를 제공할 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.
1 : 배터리 팩 10 : 상부 팩 케이스
30 : 내부 케이스 50 : 배터리 모듈 집합체
51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 : 플레이트
58 : 버스바 60 : 배터리 모듈
61 : 상부 프레임 62 : 원통형 이차전지 셀
63 : 하부 프레임 64 : 나사선
64-1 : 나사 65 : 홈
66 : 돌출부 66-1 : 만입부
67, 67-1 : 연결부 68 : 나사선
69 : 셀 스토퍼 70 : 하부 팩 케이스

Claims (10)

  1. 수평 방향으로 결합된 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈과, 수평 방향으로 결합되면서 동시에 상기 제1배터리 모듈 및 상기 제2배터리 모듈에 각각 수직으로 결합된 제3배터리 모듈 및 제4배터리 모듈을 포함하는 배터리 모듈 집합체에 있어서,
    상기 제1 내지 제4배터리 모듈은, 동일한 극성을 갖는 전극이 같은 방향을 향하도록 기립되어 2차원적으로 배열된 다수의 원통형 이차전지 셀과, 각 원통형 이차전지 셀의 고전위 전극 및 저전위 전극이 노출되도록 상기 다수의 이차전지 셀의 상부와 하부에 각각 결합되고 수직 방향으로 소정 거리 이격된 상부 프레임 및 하부 프레임을 포함하고,
    상기 제1 및 제2배터리 모듈은 상부 프레임을 통해 노출된 전극을 병렬로 연결하는 금속 재질의 제1 및 제2플레이트를 각각 포함하고, 상기 제3 및 제4배터리 모듈은 하부 프레임을 통해 노출된 전극을 병렬로 연결하며 상기 제1 및 제2플레이트와 면 접촉을 통해 전기적으로 연결되는 금속 재질의 제3 및 제4플레이트를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2배터리 모듈의 상부 프레임과 상기 제3 및 제4배터리 모듈의 하부 프레임 중 어느 하나의 프레임에는 돌출부가 구비되고 다른 하나의 프레임에는 상기 돌출부가 삽입되어 결합되는 만입부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 모듈을 구성하는 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일 측면; 및
    상기 제3 및 제4 배터리 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일 측면에 연결부가 구비되고,
    상기 제1 및 제2 배터리 모듈과 상기 제3 및 제4배터리 모듈은 상기 연결부에 의해 수평 방향으로 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결부는, 'ㄱ' 또는 'ㄴ' 형상을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 모듈의 하부 프레임을 통해 노출된 전극에 접속되는 금속 재질의 하부 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는, 수직으로 접혀 외부로 노출된 절곡부를 양측에 구비하고,
    상기 양측에 구비된 절곡부는 상기 제1 및 제2배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제3플레이트는 수직으로 절곡되어 외부로 노출된 제1절곡부 및 제3절곡부를 각각 포함하고 상기 제1절곡부 및 상기 제3절곡부는 상기 제3배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합되고,
    상기 제2 및 제4플레이트는 수직으로 절곡되어 외부로 노출된 제2절곡부 및 제4절곡부를 각각 포함하고 상기 제2절곡부 및 상기 제4절곡부는 상기 제4배터리 모듈의 하부 프레임 측면에 나사에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1절곡부 및 상기 제3절곡부 사이와, 상기 제2절곡부 및 상기 제4절곡부 사이에 버스바가 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 연결부는 소정 간격으로 분리되도록 형성되고,
    상기 제1 내지 제4절곡부는 소정 폭의 슬릿으로 분리되어 있고,
    상기 제1 및 제3절곡부는 상기 제3배터리 모듈의 하부 프레임의 측면 중 연결부가 형성되지 않은 영역에 결합되고, 상기 제2 및 제4절곡부는 상기 제4배터리 모듈의 하부 프레임의 측면 중 연결부가 형성되지 않은 영역에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체.
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