KR20230034779A - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 내부 공간을 갖는 모듈 하우징, 모듈 하우징의 외측면 중 적어도 일부에 장착되며 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 버스바 어셈블리, 적어도 하나의 버스바 어셈블리와 연결되며 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하는 인터커넥션 보드 및 인터커넥션 보드에 구비되며 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 모듈 하우징 내에 안착되는 적어도 하나의 써미스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 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 전지 등이 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 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀들 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 포함한다. 이러한 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 화재 등을 예방하기 위해서 각 이차전지에서 발생되는 열을 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 즉, 써미스터를 이차전지 배터리 셀 주위에 적절하게 배치하는 것이 중요하다.
한편, 전지 사이즈의 대형화 추세 및 안전성 강화를 위해 과전류 발생시 자동 퓨징이 되는 와이어 본딩 공법을 적용한 버스바 어셈블리가 고려될 수 있다. 상기 와이어 본딩은 예를 들어 초음파 융착 방식에 의해 용접될 수 있다. 이러한 와이어 본딩을 통해 버스바 플레이트와 배터리 셀 사이가 전기적으로 연결될 수 있다.
그러나, 와이어 본딩 방식에 의하면, 와이어의 강도가 낮아서, 와이어가 외력에 의해 쉽게 손상될 가능성이 있다. 예를 들면, 배터리 셀 어셈블리 중 온도가 가장 높은 부위에 써미스터를 배치하는 배선 작업 과정에서 작업자에 의해 와이어가 파손되어 전기적 연결이 단절되는 문제점이 발생할 수 있다.
그러므로, 배터리 셀 어셈블리 중에서 최대 온도를 갖는 배터리 셀 부근에서 온도를 측정하면서, 동시에 절연 및 파손 위험이 낮은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 와이어 본딩이 적용된 배터리 모듈에서, 배터리 셀 어셈블리 중 최대 온도를 갖는 배터리 셀 부근의 온도를 측정하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 와이어의 손상 및 그로 인한 절연 위험을 최대한으로 감소시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 내부 공간을 갖는 모듈 하우징;
상기 모듈 하우징의 외측면 중 적어도 일부에 장착되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 버스바 어셈블리;
상기 적어도 하나의 버스바 어셈블리와 연결되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하는 인터커넥션 보드; 및
상기 인터커넥션 보드에 구비되며, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 상기 모듈 하우징 내에 안착되는 적어도 하나의 써미스터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모듈 하우징에는,
상기 복수의 배터리 셀을 외부로 노출하기 위한 복수의 개구; 및
상기 복수의 개구 사이에 마련되며, 상기 적어도 하나의 써미스터를 안착시킬 수 있게 소정 깊이로 형성되는 적어도 하나의 그루브;가 구비될 수 있다.
이 때, 상기 버스바 어셈블리는,
상기 모듈 하우징의 외측면 중 적어도 일부에 장착되며, 상기 적어도 하나의 그루브를 커버하는 버스바 플레이트; 및
상기 모듈 하우징의 복수의 개구를 통해 노출된 상기 배터리 셀의 단자와 상기 버스바 플레이트를 전기적으로 연결하는 복수의 버스바 와이어;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 그루브는, 인접한 배터리 셀 사이에 위치할 수 있다.
한편, 상기 적어도 하나의 그루브는, 상기 모듈 하우징의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리의 내부까지 연장되어 있을 수 있다.
한편, 상기 적어도 하나의 그루브는, 상기 모듈 하우징의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리의 중심부까지 연장되어 있을 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈은, 상기 써미스터의 적어도 일부를 커버하는 사출 튜브;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 사출 튜브는, 상기 적어도 하나의 그루브 내에 안착될 수 있다.
한편, 상기 사출 튜브는, 상기 적어도 하나의 그루브를 따라 벤딩 가능할 수 있다.
한편, 상기 사출 튜브는, 상기 적어도 하나의 그루브와 상보적인 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈은, 상기 사출 튜브와 상기 버스바 플레이트 사이에 위치되며, 상기 사출 튜브와 상기 버스바 플레이트를 접착하는, 글루;를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 글루는, 상기 적어도 하나의 그루브와 상기 사출 튜브 사이의 공간을 메꿀 수 있다. 또한, 상기 글루는, 상기 사출 튜브를 고정시킬 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈은, 상기 써미스터와 상기 버스바 플레이트 사이의 공간에 위치하여, 상기 써미스터와 상기 버스바 플레이트의 전기 접촉을 방지하는 절연 레진;을 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명에 의하면, 와이어 본딩이 적용된 배터리 모듈에서, 배터리 셀 어셈블리 중 최대 온도를 갖는 배터리 셀 부근의 온도를 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 와이어의 손상 및 그로 인한 절연 위험을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
따라서, 비용 상승을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 안정성이 향상된 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 모듈 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 써미스터와 인터커넥션 보드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 써미스터가 모듈 하우징에 장착되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 써미스터 및 사출 튜브와 버스바 어셈블리 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
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 안 되며, 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 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(1)은, 배터리 셀 어셈블리(10), 모듈 하우징(20), 버스바 어셈블리(30), 인터커넥션 보드(40) 및 써미스터(50)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)는 복수의 배터리 셀(11)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 배터리 셀(11)은 상기 모듈 하우징(20) 내에 수용될 수 있다. 이러한 복수의 배터리 셀(11)은 상기 모듈 하우징(20) 내에서 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(11) 각각에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(11)은, 예를 들어, 이차전지일 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(11)은 원통형 배터리 셀(11)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(11)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 각형 셀 또는 파우치형 셀 등과 같은 다른 형태의 본 발명의 배터리 모듈(1)에 채용될 수 있다.
상기 배터리 셀(11)은 양극 단자(11p) 및 음극 단자(11n)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 상기 양극 단자(11p) 및 상기 음극 단자(11n)는, 상기 배터리 셀(11)의 일 단부에 함께 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하여 설명하면, 배터리 셀(11)의 일 단부의 중심부에는 양극 단자(11p)가 구비될 수 있고, 배터리 셀(11)의 일 단부의 외주부에는 음극 단자(11n)가 구비될 수 있다. 그러나, 양극 단자(11p)와 음극 단자(11n)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(11)의 설계 방법에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 모듈 하우징(20)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)를 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 모듈 하우징(20)은, 상부 하우징(21) 및 하부 하우징(22)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(20)은, 예를 들어, 상기 상부 하우징(21)을 덮는 측부 플레이트(23)를 더 포함할 수도 있다.
상기 상부 하우징(21) 및 하부 하우징(22)은 예를 들어 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 결합되어 형성될 수 있다. 또는, 상기 상부 하우징(21) 및 상기 하부 하우징(22)은 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 그러나, 상기 상부 하우징(21) 및 상기 하부 하우징(22)의 결합 방식은 이에 한정되지 않으며 다른 결합 방식의 채용도 가능하다. 상기 모듈 하우징(20)은, 강성 확보를 위해 고강도 플라스틱 재질 또는 금속 재질을 포함할 수 있다.
상기 모듈 하우징(20) 내에는 배터리 셀 어셈블리(10)가 수용될 수 있다. 상기 배터리 셀 어셈블리(10)를 구성하는 복수의 배터리 셀(11)은, 상기 모듈 하우징(20) 내에서, 상기 배터리 셀(11)의 양 단부가 각각 상부 하우징(21) 및 하부 하우징(22)과 맞닿도록 기립 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 복수의 배터리 셀(11)은 양극 단자(11p) 및 음극 단자(11n)가 상기 상부 하우징(21)을 향하도록 기립 배치될 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 모듈 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 상부 하우징(21)은 복수의 개구(21a) 및 적어도 하나의 그루브(21b)를 구비할 수 있다.
상기 복수의 개구(21a)는 상기 복수의 배터리 셀(11)의 적어도 일부를 외부로 노출하기 위한 구멍일 수 있다. 예를 들어 도 3을 참조하여 설명하면, 배터리 셀(11)의 일 단부가 상기 복수의 개구(21a)를 통해 모듈 하우징(20)의 외부와 연통될 수 있다. 즉, 배터리 셀(11)의 일 단부는 상기 복수의 개구(21a)를 통해 모듈 하우징(20)의 외부로 노출된 상태가 될 수 있다. 따라서 상기 배터리 셀(11)은 후술할 버스바 와이어(32)와 전기적으로 연결될 수 있는 상태가 될 수 있다.
상기 그루브(21b)는, 상기 복수의 개구(21a) 사이에 마련될 수 있다. 상기 그루브(21b)는, 적어도 하나의 상기 써미스터(50)를 안착시킬 수 있도록, 소정 깊이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)는, 인접한 배터리 셀(11) 사이에 위치할 수 있다.
상기 적어도 하나의 그루브(21b)는, 상기 모듈 하우징(20)의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 내부까지 연장되도록 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)는, 상기 모듈 하우징(20)의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부까지 연장되도록 구비될 수 있다. 복수의 배터리 셀(11)이 밀집된 배터리 셀 어셈블리(10)의 온도를 측정하면, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부에 위치한 배터리 셀(11)에서 온도가 가장 높게 나타날 수 있다. 따라서, 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부에 써미스터(50)가 위치될 수 있도록, 상기 그루브(21b)는 상기 모듈 하우징(20)의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부까지 연장되는 것이 바람직하다.
다만, 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부뿐만 아니라, 중심부 외의 다른 위치에서도 온도를 측정하여 온도 구배를 파악할 경우, 배터리 모듈(1)의 안전 성능이 더욱 신뢰성 있게 확보될 수 있다. 따라서, 도면에 도시되지는 않았으나, 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부뿐만 아니라 다른 위치에도 적어도 하나의 그루브(21b)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 그루브(21b)의 일 단부는 후술할 인터커넥션 보드(40)와 인접한 형태일 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 상기 그루브(21b)는, 인터커넥션 보드(40)로부터 연장된 와이어를 배터리 셀 어셈블리(10)의 중심부까지 수용할 수 있도록 연장된 형태일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(30)는, 적어도 하나의 버스바 플레이트(31) 및 복수의 버스바 와이어(32)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(30)는, 상기 모듈 하우징(20)의 외측면 중 적어도 일부에 장착될 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(30)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 복수의 배터리 셀(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 상기 버스바 플레이트(31)는 복수의 와이어와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 상기 복수의 버스바 와이어(32)는 복수의 배터리 셀(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 버스바 와이어(32)는 상기 버스바 플레이트(31)와 상기 배터리 셀(11)의 전극 단자를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 복수의 버스바 와이어(32)는 상기 모듈 하우징(20)의 복수의 개구(21a)를 통해 노출된 상기 배터리 셀(11)의 단자와 상기 버스바 플레이트(31)를 전기적으로 연결할 수 있다.
도 2를 참조하면 상기 버스바 플레이트(31)는 상기 모듈 하우징(20)의 외측면 중 적어도 일부에 장착될 수 있다. 또한, 상기 버스바 플레이트(31)는, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)를 커버할 수 있다. 이 때, 상기 배터리 모듈(1)은, 상기 상부 하우징(21)의 외측면 중 적어도 일부와 상기 버스바 플레이트(31)를 접착하는, 글루를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 플레이트(31) 및 상기 버스바 와이어(32)와, 타 구성요소들과의 결합 및 배치 관계에 대해서는 도 5 내지 도 9를 설명하면서 상세히 후술하기로 한다.
도 4는 도 1의 써미스터와 인터커넥션 보드를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5 및 도 6은 써미스터가 모듈 하우징에 장착되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 인터커넥션 보드(40)는 상기 적어도 하나의 버스바 어셈블리(30)와 연결될 수 있다. 또한 상기 인터커넥션 보드(40)는 상기 배터리 셀 어셈블리(10)의 복수의 배터리 셀(11)의 전압을 센싱할 수 있다. 상기 인터커넥션 보드(40)는 상기 상부 하우징(21)의 일 측 단부에 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 인터커넥션 보드(40)는 상기 상부 하우징(21)의 양 방향 단부까지 길게 연장될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 상기 인터커넥션 보드(40)는 배터리 모듈(1) 내에 수용된 모든 배터리 셀(11)의 전압을 센싱할 수 있다.
도 4를 참조하면 상기 써미스터(50)는 상기 인터커넥션 보드(40)에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 써미스터(50)는 상기 인터커넥션 보드(40)의 일부위로부터 반대 측으로 뻗어나가는 와이어를 포함하는 형태를 가질 수 있다.
상기 써미스터(50)는 상기 복수의 배터리 셀(11) 중 적어도 하나의 배터리 셀(11)의 온도를 측정하기 위해 상기 모듈 하우징(20) 내에 안착될 수 있다. 예를 들어 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 써미스터(50)는, 상기 상부 하우징(21)의 그루브(21b) 내에 안착될 수 있다. 나아가, 상기 써미스터(50)는, 상기 상부 하우징(21)의 그루브(21b)의 일 단부에서 상기 모듈 하우징(20)의 내부를 향해 삽입될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 써미스터(50)는 인접한 배터리 셀(11)의 외면에 접한 상태로 고정될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 모듈(1)은, 상기 써미스터(50)와 상기 버스바 플레이트(31) 사이의 공간에 위치하여, 상기 써미스터(50)와 상기 버스바 플레이트(31)의 전기 접촉을 방지하는 절연 레진을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 절연 레진에 의해 상기 써미스터(50)는 그 위치가 고정될 수 있다.
한편 상기 써미스터(50)는 예를 들면 복수 개일 수 있다. 예를 들어 도 4를 참조하면, 2개의 써미스터(50a, 50b)가 인터커넥션 보드(40)로부터 연장되어 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(1)은, 상기 써미스터(50)의 적어도 일부를 커버하는 사출 튜브(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 사출 튜브(60)는 상기 써미스터(50)의 적어도 일부인 와이어를 커버할 수 있다. 즉, 상기 사출 튜브(60)는 상기 써미스터(50)의 와이어를 커버함으로써 주변으로부터 상기 써미스터(50)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 사출 튜브(60)는 상기 적어도 하나의 그루브(21b) 내에 안착될 수 있다. 상기 사출 튜브(60)는, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)와 상보적인 형상을 가질 수 있다. 따라서 상기 사출 튜브(60)가 상기 그루브(21b) 내에 정확하게 피팅되어 흔들림이나 유격 없이 정확하게 상기 그루브(21b) 내에 고정될 수 있다.
상기 사출 튜브(60)는, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)를 따라 벤딩 가능하게 구성될 수 있다. 따라서, 만약 상기 그루브(21b)가 직선 형태가 아닌 곡선 형태를 가지더라도, 상기 사출 튜브(60)는 상기 그루브(21b)의 곡선 형태에 맞게 변형 가능할 수 있다. 따라서 상기 사출 튜브(60)는 상기 그루브(21b) 내에 견고하게 고정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 사출 튜브(63)는 도 6의 사출 튜브(60)와는 다르게 복수의 튜브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 상기 사출튜브는 2겹의 튜브를 포함할 수 있다. 이러한 구조에 의하면 사출 튜브(63)의 강성이 더욱 높아질 수 있다. 또한, 복수의 튜브 중 하나의 튜브가 파손되더라도 나머지 튜브에 의해 내부에 수용된 써미스터(50)의 와이어와 외부와의 전기적 절연을 확실하게 유지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 사출 튜브(65)는 사출 튜브(65) 내의 공간을 복수의 공간으로 분할하는 구획막(65w)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 사출 튜브(65)는 도 8과 같이 사출 튜브(65) 내의 공간을 2개의 공간으로 분할하는 구획막(65w)을 포함할 수 있다. 이러한 구조에 의하면 사출 튜브(65) 내부의 빈 공간을 줄이고 써미스터(50)를 고정함으로써, 상기 사출 튜브(65) 내의 공간에 수용된 써미스터(50)의 와이어가 상하 좌우로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 써미스터(50) 파손 가능성을 낮출 수 있다.
도 9는 써미스터(50) 및 사출 튜브(60)와 버스바 어셈블리(30) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 배터리 셀(11)은 원통형 배터리 셀(11)일 수 있으며, 일 단부에 양극 단자(11p)와 음극 단자(11n)를 모두 구비할 수 있다. 이 때, 상부 하우징(21)의 개구(21a)에 의해 상기 배터리 셀(11)의 양극 단자(11p) 및 음극 단자(11n)는 모듈 하우징(20) 외부로 노출된 상태가 될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 상부 하우징(21)에는 적어도 하나의 그루브(21b)가 형성될 수 있고, 상기 그루브(21b) 내에는 사출 튜브(60)에 의해 둘러 싸여진 써미스터(50)가 안착될 수 있다. 상기 써미스터(50)는 그루브(21b)의 일 단부에서 상기 모듈 하우징(20) 내부를 향해 삽입된 상태로 고정될 수 있다. 상기 써미스터(50)는, 상기 써미스터(50)와 상기 버스바 플레이트(31) 사이의 공간에 위치하여, 상기 써미스터(50)와 상기 버스바 플레이트(31)의 전기 접촉을 방지하는 절연 레진에 의해 그 위치가 확실히 고정될 수 있다. 따라서 써미스터(50)에 의해 측정된 온도의 신뢰성이 높아질 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 그루브(21b) 내에 안착된 상기 사출 튜브(60) 및 상기 써미스터(50)는, 버스바 플레이트(31)에 의해 덮여진 상태가 될 수 있다. 이 때, 상기 배터리 모듈(1)은, 상기 사출 튜브(60)와 상기 버스바 플레이트(31) 사이에 위치되며, 상기 사출 튜브(60)와 상기 버스바 플레이트(31)를 접착하는, 글루를 포함할 수 있다. 즉, 상기 사출 튜브(60)와 상기 버스바 플레이트(31)는 상기 글루에 의해 접착 및 고정될 수 있다. 상기 글루는, 상기 적어도 하나의 그루브(21b)와 상기 사출 튜브(60) 사이의 공간을 메꿀 수 있고, 상기 사출 튜브(60)를 고정시킬 수 있다. 따라서 버스바 플레이트(31)가 일정 위치에 확실히 고정될 수 있다.
한편, 도 9를 참조하면, 상기 버스바 플레이트(31)는, 상기 그루브(21b) 외에도, 상기 모듈 하우징(20)의 외측면 중 적어도 일부에 장착될 수 있다. 이 때, 상기 버스바 플레이트(31)는 상기 개구(21a)와 개구(21a) 사이에 나란히 배치될 수 있다. 이 경우 상기 상부 하우징(21)과 상기 버스바 플레이트(31) 사이에도 상기 글루가 적용될 수 있다.
그 후, 상기 버스바 와이어(32)는 상기 버스바 플레이트(31)와 상기 배터리 셀(11)의 전극 단자를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 배터리 셀(11)의 일 단부의 중심부에는 양극 단자(11p)가 위치될 수 있고, 배터리 셀(11)의 일 단부의 외주부에는 음극 단자(11n)가 위치될 수 있다. 상기 버스바 와이어(32)는 상기 배터리 셀(11)의 일 측에 위치한 버스바 플레이트(31)와 상기 양극 단자(11p)를 연결할 수 있다. 동시에 상기 버스바 와이어(32)는 상기 배터리 셀(11)의 타 측에 위치한 버스바 플레이트(31)와 상기 음극 단자(11n)를 연결할 수 있다. 예를 들어 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 버스바 플레이트(31)가 연장된 방향으로 배치된 복수의 배터리 셀(11)들은 서로 병렬 연결되어 있으며, 상기 버스바 플레이트(31)가 연장된 방향과 수직한 방향으로 배치된 배터리 셀(11)들은 서로 직렬 연결되어 있다. 그러나, 배터리 셀(11)의 연결 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 버스바 와이어(32)의 연결 방식에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
이와 같은 써미스터(50)의 배치 구조 및 버스바 어셈블리(30)의 배치 구조에 의하면, 배터리 셀 어셈블리(10)에서 가장 온도가 높은 부위인 중심부에 위치한 배터리 셀(11)의 온도를 효과적으로 측정할 수 있다. 또한, 상기 써미스터(50)가 포함하는 와이어가 모듈 하우징(20)의 내측으로 삽입되어 있음과 동시에 고정되어 있는 구조로 인해, 강성이 약한 버스바 와이어(32)라도 파손되지 않은 상태로 유지될 수 있다.
도 10은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 도 10의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(1)을 수용할 수 있는 팩 케이스를 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 배터리 모듈(1) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(P)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 와이어 본딩이 적용된 배터리 모듈(1)에서, 배터리 셀 어셈블리(10) 중 최대 온도를 갖는 배터리 셀(11) 부근의 온도를 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 버스바 와이어(32)의 손상 및 그로 인한 절연 위험을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 나아가, 비용 상승을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 안정성이 향상된 배터리 모듈(1), 이를 포함하는 배터리 팩(P) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 통상의 기술자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 배터리 모듈
10 배터리 셀 어셈블리
11 배터리 셀
11p 양극 단자
11n 음극 단자
20 모듈 하우징
21 상부 하우징
21a 개구
21b 그루브
22 하부 하우징
30 버스바 어셈블리
31 버스바 플레이트
32 버스바 와이어
40 인터커넥션 보드
50, 50a, 50b 써미스터
60, 63, 65 사출 튜브
65w 구획막
P 배터리 팩
V 자동차

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 내부 공간을 갖는 모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징의 외측면 중 적어도 일부에 장착되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 버스바 어셈블리;
    상기 적어도 하나의 버스바 어셈블리와 연결되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하는 인터커넥션 보드; 및
    상기 인터커넥션 보드에 구비되며, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 상기 모듈 하우징 내에 안착되는 적어도 하나의 써미스터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징에는,
    상기 복수의 배터리 셀을 외부로 노출하기 위한 복수의 개구; 및
    상기 복수의 개구 사이에 마련되며, 상기 적어도 하나의 써미스터를 안착시킬 수 있게 소정 깊이로 형성되는 적어도 하나의 그루브;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 모듈 하우징의 외측면 중 적어도 일부에 장착되며, 상기 적어도 하나의 그루브를 커버하는 버스바 플레이트; 및
    상기 모듈 하우징의 복수의 개구를 통해 노출된 상기 배터리 셀의 단자와 상기 버스바 플레이트를 전기적으로 연결하는 복수의 버스바 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브는,
    인접한 배터리 셀 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브는,
    상기 모듈 하우징의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리의 내부까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브는,
    상기 모듈 하우징의 일 단부로부터, 상기 배터리 셀 어셈블리의 중심부까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 써미스터의 적어도 일부를 커버하는 사출 튜브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 사출 튜브는,
    상기 적어도 하나의 그루브 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 사출 튜브는,
    상기 적어도 하나의 그루브를 따라 벤딩 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 사출 튜브는,
    상기 적어도 하나의 그루브와 상보적인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 사출 튜브와 상기 버스바 플레이트 사이에 위치되며, 상기 사출 튜브와 상기 버스바 플레이트를 접착하는, 글루;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 글루는,
    상기 적어도 하나의 그루브와 상기 사출 튜브 사이의 공간을 메꾸며, 상기 사출 튜브를 고정시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 써미스터와 상기 버스바 플레이트 사이의 공간에 위치하여, 상기 써미스터와 상기 버스바 플레이트의 전기 접촉을 방지하는 절연 레진;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 기재된 배터리 팩;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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