KR20190048519A - 고전압 배터리 서브모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부품수를 줄여 고전압 배터리 서브모듈의 중량과 원가 및 제작공정을 줄일 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로서, 상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭이 구비되며, 면접촉하도록 겹쳐져 있는 다수의 고전압 배터리 셀; 상호 포개지게 결합되며 포개진 사이에 상기 고전압 배터리 셀이 배치되는 베이스플레이트; 및 상기 베이스플레이트에 고정되고, 상기 고전압 배터리 셀과 전기적으로 연결된 카트리지부재;를 포함하되, 상기 카트리지부재 내부에는, 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 버스바가 인서트 사출 방식으로 결합된다.

Description

고전압 배터리 서브모듈{SUBMODULE FOR HIGH VOLTAGE BATTERY}
본 발명은 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부품수를 줄여 고전압 배터리 서브모듈의 중량과 원가 및 제작공정을 줄일 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터에 의해 구동되는 것으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착된다.
고전압 배터리는 차량 운행 중에 충전과 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 고전압 배터리는 통상적으로 다수개의 배터리모듈로 구성된다.
그리고, 다수개의 각 배터리모듈은 다수개의 고전압 배터리 서브모듈로 구성되고, 다수개의 각 서브모듈은 한 쌍의 배터리 셀로 구성된다.
이렇게 다수개로 구성된 고전압 배터리 셀은 통상적으로 상부와 하부를 각각 지지하는 상부하우징 및 하부하우징에 의해 결합된다.
이때, 다수개의 고전압 배터리 셀은 상호 면대면으로 적층 되도록 하부하우징에 삽입되고, 고전압 배터리 셀의 상부에 상부하우징을 배치하여 조립함으로써, 고전압 배터리 서브모듈이 된다.
이러한 고전압 배터리 셀은 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 특히 다양한 형태의 고전압 배터리 셀 중 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(POUCHED TYPE)고전압 배터리 셀의 경우 유연성을 갖는 알루미늄 라미네이트 시트를 외장부재로 사용한다.
이로 인해, 파우치형 고전압 배터리 셀은 쉽게 휘어짐이 가능한 형태를 갖는다.
이러한 파우치형 고전압 배터리 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 장점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 통상적으로 고전압 배터리에서 고전압 배터리 셀의 측면에는 전극탭이 설치되고, 상기 전극탭에는 상기와 같은 구성으로 이루어진 배터리 모듈 어셈블리를 전기적으로 연결시키기 위한 스터드가 접촉된다.
이러한 상기 스터드는 전극탭을 보호하는 카트리지부재의 외부로 돌출되어 있다.
그리고, 버스바가 내장되어 있는 버스바 커버가 상기 카트리지부재에 결합됨과 동시에 버스바가 상기 스터드들을 상호 연결해줌으로써, 배터리 모듈 어셈블리를 전기적으로 연결된다.
이 때, 스터드는 버스바 및 버스바 커버를 관통하여 버스바 커버의 외부로 돌출된다.
상기와 같이 돌출된 스터드에는 너트와 같으 고정부재가 결합된다.
이로 인해, 카트리지부재와 버스바 커버가 상호 기구적으로 고정된다.
또한, 종래에는 상기 카트리지부재 및 버스바 커버의 조립구조와 별도로, 배터리 모듈 어셈블리를 베이스 플레이트에 마운팅하기 위한 구조가 추가로 필요하다.
이로 인해, 종래에는 상기 배터리 모듈 어셈블리의 전기적 연결과, 배터리 모듈 어셈블리를 베이스플레이트에 마운팅시키기 위한 부품들이 필요함으로써, 원가 및 중량이 상승되고, 상기 부품들로 인해 배터리 모듈 어셈블리의 장착공간이 협소해지는 문제가 있었다.
특히, 상기 부품들을 조립하기 위한 조립공정이 늘어나고, 상기 조립공정이 늘어나면서 조립시간 또한 늘어나게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 배터리 모듈 어셈블리의 조립공수를 줄여 원가 및 중량을 감소시킬 수 있고, 조립공정이 줄어들어 제품의 조립시간을 단축시킬 수 있는 고전압 배터리 서브모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 고전압 배터리 서브모듈은, 상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭이 구비되며, 면접촉하도록 겹쳐져 있는 다수의 고전압 배터리 셀; 상호 포개지게 결합되며 포개진 사이에 상기 고전압 배터리 셀이 배치되는 베이스플레이트; 및 상기 베이스플레이트에 고정되고, 상기 고전압 배터리 셀과 전기적으로 연결된 카트리지부재;를 포함하되, 상기 카트리지부재 내부에는, 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 버스바가 인서트 사출 방식으로 결합된다.
상기 전극탭은, 단면형상이 직선형상으로 형성된 한 쌍의 제1전극탭; 및 단면형상이 직각형상으로 형성된 다수개의 제2전극탭:을 포함하되, 상기 제1전극탭은, 상기 다수개의 고전압 배터리 셀 중 최 하단에 배치된 고전압 배터리 셀과 최 상단에 배치된 고전압 배터리 셀에 각각 구비되고, 상기 제2전극탭은, 다수개의 상기 고전압 배터리 셀 중, 최 하단과 최 상단에 배치된 상기 고전압 배터리 셀 사이에 적층된 고전압 배터리 셀에 각각 구비된다.
상기 카트리지부재는, 상기 버스바가 안착되는 안착턱이 형성된다.
상기 안착턱에 안착된 버스바는, 상기 카트리지부재의 내측면으로부터 상기 전극탭이 배치된 방향으로 연장된다.
상기 버스바는, 상기 안착턱에 안착되는 안착부; 상기 안착부에서 상기 전극탭이 배치된 방향의 단부로부터 수직방향으로 연장된 연장부; 상기 연장부에서 상기 전극탭이 배치된 방향으로 연장된 접촉부;를 포함한다.
상기 접촉부는 상기 제1전극탭과 전기적으로 연결된다.
상기 카트리지부재는, 일면과 타면에 상기 베이스플레이트와 고정되도록 하는 고정부재가 관통하는 고정홈이 형성된다.
상기 안착턱에는, 상기 버스바를 고정하는 한 쌍의 고정돌기가 형성된다.
상기 한 쌍의 고정돌기는 상기 버스바의 폭과 동일한 넓이로 상호 이격된다.
본 발명에 따른 고전압 배터리 서브모듈는 상기 카트리지부재에 관통 형성된 고정홈에 고정부재가 관통되어 카트리지부재와 베이스부재가 상호 견고하게 조립됨으로써, 고전압 배터리 모듈의 전기적인 연결과 베이스플레이트에 고정하는 기능을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 배터리 모듈 어셈블리의 조립공수를 줄여 원가 및 중량을 감소시킬 수 있고, 조립공정이 줄어들어 제품의 조립시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 조립상태를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카트리지부재를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도.
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 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 조립상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카트리지부재를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 고전압 배터리 시스템에 설치되는 고전압 배터리 서브모듈은 고전압 배터리 셀(100)과 베이스플레이트(300) 및 카트리지부재(200)를 포함한다.
고전압 배터리 셀(100)은 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하며, 다수개가 상호 면접촉하도록 겹쳐진다.
고전압 배터리 셀(100)은 서브모듈의 내부에 수용되는 것으로서, 다양한 형상으로 제조될 수 있는 바, 본 발명의 실시예에서는 파우치형으로 형성됨이 바람직하다.
파우치형은 그 형상을 비교적 자유롭게 형성할 수 있고 그 무게가 가벼워서 다수의 고전압 배터리 셀(100)을 구성해야 하는 차량용 배터리에 주로 사용된다.
고전압 배터리 셀(100)은 파우치형으로 형성됨으로써, 배터리팩의 중량을 감소시킬 수 있다.
고전압 배터리 셀(100)은 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭(110)이 구비된다.
전극탭(110)은 음극단자 및 양극단자로 이루어진 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이 고전압 배터리 셀(100)의 테두리면 양측면으로부터 외측 방향으로 연장된다.
이러한 전극탭(110)은 직선형상으로 형성된 한 쌍의 제1전극탭(111)과 직각형상으로 형성된 다수개의 제2전극탭(112)을 포함한다.
제1전극탭(111)은 다수개의 고전압 배터리 셀(100) 중, 최 하단과 최 상단에 배치된 고전압 배터리 셀(100)에 구비된다.
이러한 제1전극탭(111)은 버스바(230)와 전기적으로 연결된다.
제2전극탭(112)은 다수개의 고전압 배터리 셀(100) 중, 최 하단과 최 상단 사이에 배치된 고전압 배터리 셀(100)에 구비된다.
제2전극탭(112)은 고전압 배터리 셀(100)의 측면으로부터 외측방향으로 연장된 셀연장부와 상기 셀연장부로부터 수직방향으로 절곡된 셀절곡부로 이루어진다.
따라서, 제2전극탭(112)은 단면 형상이 직각 형상으로 형성된다.
단면형상이 직각형상으로 형성된 제2전극탭(112)은 일단방향 최 하단 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된다.
두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(112)은 셀절곡부가 셀연장부로부터 직각방향으로 절곡된다.
그리고, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에서 첫 번째 고전압 배터리 셀(100) 배치된 방향의 반대방형 면에 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(112)의 절곡부는 셀연장부로부터 직각방향으로 절곡된다.
따라서, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 셀절곡부와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 셀절곡부가 상호 겹쳐진다.
이로 인해, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 셀절곡부와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 셀절곡부는 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태로 배터리 서브모듈의 일단방향에서부터 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)과, 그 고전압 배터리 셀(100)에서 근접하게 배치된 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100)은 상호 면접촉하여 반복적으로 적층되고, 셀절곡부들은 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이로 인해, 제2전극탭(112)들은 지그재그 형상으로 상호 연결되어 적층된다.
베이스플레이트(300)는 한 쌍으로 이루어져 상호 이격된 상태에서 포개진 상태로 결합된다.
상호 이격된 한 쌍의 베이스플레이트(300) 사이에는 다수개가 상호 면접촉하도록 겹쳐진 고전압 배터리 셀(100)이 배치된다.
베이스플레이트(300)는 플라스틱과 같은 절연재질로 형성된 것으로서, 소재의 특성상 결량화와 내구성을 향상시킬 수 있다.
카트리지부재(200)는 베이스플레이트(300)에 고정되고, 고전압 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결된다.
카트리지부재(200)는 다수개로 적층된 고전압 배터리 셀(100)의 테두리면 중에서 전극탭(110)이 배치된 방향에 배치된다.
그리고, 카트리지부재(200)는 고전압 배터리 셀(100) 테두리면에서 전극탭(110)이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역을 밀폐시킨다.
이러한 카트리지부재(200)는 안착턱(220) 및 고정홈(210)이 형성된다.
안착턱(220)은 버스바(230)가 카트리지부재(200)에 안착될 수 있도록 하는 것으로서, 카트리지부재(200)의 내측에서 전극탭(110)이 형성된 방향에 형성된다.
이로 인해, 버스바(230)가 카트리지부재(200)의 내측면에 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 도면에는 안착턱(220)의 형성위치가 카트리지부재(200)의 높이에서 가운데에 형성된 것으로 도시하 였지만, 안착턱(220)의 형성위치는 고전압 배터리 모듈의 사용환경에 따라 얼마든지 설계변경 가능하다.
고정홈(210)은 카트리지부재(200)의 일면과 타면에 형성된 것으로서, 별도의 고정부재(240)가 관통하여 카트리지부재(200)가 베이스플레이트(300)에 고정되도록 한다.
한편, 카트리지부재(200)의 높이는 고전압 배터리 셀(100)의 적층높이와 동일하다.
따라서, 고정홈(210)을 관통하는 고정부재(240)의 길이는 고전압 배터리 셀(100)의 적층 높이와 베이스플레이트(300)의 높이를 포함한 길이로 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 고정홈(210)은 카트리지부재(200)의 일면과 타면을 관통하면서 안착턱(220)도 함게 관통하게 되는데. 이 때, 고정홈(210)은 안착턱(220)에 안착되는 버스바(230)가 배치된 영역을 피하해서 형성됨은 당연하다.
버스바(230)는 전극탭(110)과 전기적으로 연결되는 것으로서, 안착턱(220)에 안착되고, 카트리지부재(200)의 내측면으로부터 전극탭(110)이 배치된 방향으로 연장되어 안착턱(220)과 인서트사출 방식으로 결합된다.
이로 인해, 카트리지부재(200)와 버스바(230)의 결합구조는 별도의 추가적인 부품 없이 버스바(230)를 전극탭(110)에 견고하고 고정할 수 있다.
이러한 버스바(230)는 안착부와 연장부 및 접촉부를 포함한다.
안착부는 안착턱(220)에 안착되어 인서트사출 방식으로 결합되는 영역이다.
이때, 안착턱(220)에는 한 쌍의 고정돌기가 형성될 수 있다.
고정돌기는 버스바(230)의 폭과 동일한 넓이로 상호 이격되어 형성되고, 한 쌍의 고정돌기 사이에 안착부가 안착된다.
이로 인해, 고정돌기는, 버스바(230)를 안착턱(220)에 인서트 사출 성형 시, 안착부에 안착된 버스바(230)가 움직이는 것을 용이하게 고정할 수 있다.
연장부는 안착부에서 전극탭(110)이 배치된 방향의 단부로부터 수직방향으로 연장된다.
연장부는 안착부로부터 제1전극탭(111)이 배치된 영역까지 연장된다.
접촉부는 연장부에서 안착부가 형성된 방향의 반대방향 단부로부터 전극탭(110)이 배치된 방향으로 연장된다.
이때, 접촉부는 연장부가 제1전극탭(111)이 배치된 높이까지 연장된 단부에 형성됨으로써, 제1전극탭(111)과 상호 전기적으로 연결된다.
따라서, 버스바(230)는 다단으로 이루어짐으로써, 안착부에 안착 된 후, 제1전극탭(111)에 용이하게 접촉되어 전극탭(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 버스바(230)는 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(112)과 접촉되는 위치에 따라 제1버스바(231)와 제2버스바(232)로 나누어질 수 있다.
제1버스바(231)는 도면에 도시된 바와 같이 다수개의 전극탭(110) 중 최 하단에 배치된 전극탭(110)과 전기적으로 연결되고, 제2버스바(232)는 다수개의 전극탭(110) 중 최 상단에 배치된 전극탭(110)에는 제2버스바(232)가 상호 전기적으로 연결된다.
이상 살술한 바와 같이 본 발명에 따른 고전압 배터리 서브모듈는 상기 카트리지부재(200)에 관통 형성된 고정홈(210)에 고정부재(240)가 관통되어 카트리지부재(200)와 베이스부재가 상호 견고하게 조립됨으로써, 고전압 배터리 모듈의 전기적인 연결과 베이스플레이트(300)에 고정하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이로 인해, 배터리 모듈 어셈블리의 조립공수를 줄여 원가 및 중량을 감소시킬 수 있고, 조립공정이 줄어들어 제품의 조립시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 배터리 셀 110: 전극탭
111: 제1전극탭 112: 제2전극탭
200: 카트리지부재 210: 고정홈
220: 안착턱 221: 고정돌기
230: 버스바 231: 안착부
232: 연장부 233: 접촉부
231: 제1버스바 232: 제2버스바
240: 고정부재 300: 베이스 플레이트

Claims (9)

  1. 고전압 배터리 시스템에 설치되는 고전압 배터리 서브모듈에 있어서,
    상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭이 구비되며, 면접촉하도록 겹쳐져 있는 다수의 고전압 배터리 셀;
    상호 포개지게 결합되며 포개진 사이에 상기 고전압 배터리 셀이 배치되는 베이스플레이트; 및
    상기 베이스플레이트에 고정되고, 상기 고전압 배터리 셀과 전기적으로 연결된 카트리지부재;를 포함하되,
    상기 카트리지부재 내부에는,
    상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 버스바가 인서트 사출 방식으로 결합된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은,
    단면형상이 직선형상으로 형성된 한 쌍의 제1전극탭; 및
    단면형상이 직각형상으로 형성된 다수개의 제2전극탭:을 포함하되,
    상기 제1전극탭은,
    상기 다수개의 고전압 배터리 셀 중 최 하단에 배치된 고전압 배터리 셀과 최 상단에 배치된 고전압 배터리 셀에 각각 구비되고,
    상기 제2전극탭은,
    다수개의 상기 고전압 배터리 셀 중, 최 하단과 최 상단에 배치된 상기 고전압 배터리 셀 사이에 적층된 고전압 배터리 셀에 각각 구비된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 카트리지부재는,
    상기 버스바가 안착되는 안착턱이 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 안착턱에 안착된 버스바는,
    상기 카트리지부재의 내측면으로부터 상기 전극탭이 배치된 방향으로 연장된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 버스바는,
    상기 안착턱에 안착되는 안착부;
    상기 안착부에서 상기 전극탭이 배치된 방향의 단부로부터 수직방향으로 연장된 연장부;
    상기 연장부에서 상기 전극탭이 배치된 방향으로 연장된 접촉부;를 포함하는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접촉부는 상기 제1전극탭과 전기적으로 연결되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 카트리지부재는,
    일면과 타면에 상기 베이스플레이트와 고정되도록 하는 고정부재가 관통하는 고정홈이 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  8. 제2항에 있어서, 상기 안착턱에는,
    상기 버스바를 고정하는 한 쌍의 고정돌기가 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 한 쌍의 고정돌기는
    상기 버스바의 폭과 동일한 넓이로 상호 이격된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.

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