WO2019078525A2 - 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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WO2019078525A2
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금종윤
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주식회사 엘지화학
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack, and more particularly, to a battery module and a battery pack in which a coupling portion is formed so that a creepage distance of a predetermined length is formed in a module case surrounding a battery cell having a side-
  • Lithium secondary batteries as a unit battery constituting a battery pack are relatively flexible in shape, light in weight, and excellent in safety, so that demand for portable electronic devices such as mobile phones, camcorders, and notebook computers is increasing.
  • the secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery, and the electrode assembly is divided into a pouch type of aluminum laminate sheet When it is built into the case, it is classified as a pouch type battery.
  • the electrode assembly incorporated in the battery case is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure inserted between the positive electrode and the negative electrode and is chargeable / dischargeable.
  • the shape of the cylindrical electrode assembly is a long sheet- , A separation membrane and a cathode are sequentially laminated and wound up.
  • the battery is divided into one battery cell and a plurality of battery cells are connected in series and / or in parallel to form one module. When a plurality of the modules are connected, the battery is formed as one battery pack.
  • the creepage distance of a predetermined length is required to prevent a spark which is a cause of ignition.
  • the creepage distance is a distance between a conductor and a conductor, Quot;). ≪ / RTI >
  • FIG. 1 is a structural view of a conventional battery cell and a pack.
  • FIG. 1 (a) is a battery cell to which an insulating tube is applied
  • FIG. 1 (b) shows a state in which a plurality of battery cells are simply disposed inside a box-
  • FIG. 3 is a side view of a battery pack in which a battery module with a member is accommodated;
  • the bottom surface of the module case contacting the pack case is not flat, and a separate additional structure is required to match the flatness of the module case.
  • Patent Document 1 KR2007-0097150 A
  • the present invention provides a battery module and a battery pack in which an insulation member reduces a production time and a production cost that occur when the insulation member is applied to or attached to a battery module.
  • a battery module according to an embodiment of the present invention is disposed in a metallic pack case having an electrical conduction characteristic.
  • the battery module is formed in a shape of an open side, and has a "first"
  • a second module case having a first module case and a second module case, the first module case being formed in a shape having one side opened and having a second letter 'A' shape corresponding to the first letter combination of the first module case, A plurality of circular battery cells accommodated in the first module case and the second module case in the width direction; And the first engaging portion of the first module case is received inside the second engaging portion of the second module case to form a fitting engagement.
  • the first module case and the second module case each include a fixing portion at a lower portion thereof so as to be disposed in the pack case.
  • the first module case and the second module case may include a plurality of through grooves communicated in a horizontal direction so that one end of the circular battery cell can be inserted and fixed; .
  • the through-hole has a diameter that is smaller than a diameter of the body of the circular battery cell.
  • the first module case and the second module case are made of an electrically insulating material.
  • a battery pack includes a plurality of circular battery cells arranged in a width direction, a module case having a coupling portion into which a pair of module cases are fitted to each other so that a creepage distance of a predetermined length is formed between the battery cell and the pack case. And a module case having a pair of module cases which are fitted to each other so that a creepage distance of a predetermined length is formed between the battery cell and the pack case, 2 battery module, and a pack case accommodating therein the first battery module and the second battery module.
  • the first battery module and the second battery module are arranged such that negative (-) and positive (+) poles of a plurality of circular battery cells are arranged in the same direction, And the pole direction is arranged to face the pack case.
  • a plurality of anti-shake portions are formed on the inner side so that the first battery module and the second battery module are fixed to the pack case.
  • the pack case is made of a metallic material having electric conduction characteristics.
  • the module case of the first battery module and the second battery module is made of an electrically insulating material.
  • the battery module according to the embodiment of the present invention can be easily manufactured without greatly deforming the shape of the battery module case of the related art and no additional production cost due to the insulating member is added, It is possible to produce battery packs as quickly and cheaply as possible.
  • FIG. 1 is a structural view of a conventional battery cell and a pack.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side cut-away structural view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of identifying one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • first component may be referred to as a second component
  • second component may also be referred to as a first component.
  • the terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention.
  • the singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
  • the battery module according to the embodiment of the present invention is formed with a cooling member in which heat transfer members are disposed in contact with both sides of a battery module composed of a plurality of battery cells so that heat generated from the battery cells is effectively cooled, So that it can be kept constant.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 1100 is disposed in a metallic pack case having electrical conduction characteristics, A first module case 1110 in which a first coupling part of an "a" -shaped shape is formed, and a second module case 1110 which is formed in a shape in which one side is opened, And a plurality of circular battery cells 1130 housed in a first module case 1110 and a second module case 1120.
  • the second module case 1120 includes a plurality of circular battery cells 1130,
  • the first coupling portion 1111 of the first module case 1110 is received inside the second coupling portion 1121 of the second module case 1120 to be fitted to each other.
  • the configuration of the battery module 1100 will be described in more detail below.
  • the first module case 1110 is formed with one side opened and has a first engaging portion 1111 having a "B" shape at one end thereof opened.
  • Shaped second coupling portion 1121 corresponding to the first coupling portion 1111 of the first module case 1110 is formed in the first module case 1110. The first coupling portion 1111, The second engagement portion 1121 is engaged through the fitting engagement.
  • a creepage distance of a predetermined length between the battery cells 1130 and the pack case can be secured through fitting between the first and second couplers 1111 and 1121, thereby reducing the risk of sparking .
  • Creepage distance means the shortest distance between a conductor and a conductor along a surface of the insulating material.
  • the thickness of the module case is increased to increase the creepage distance
  • the coupling surface of the case is increased to increase the creepage distance, which is more efficient, and only a part of the structure of the conventional case is changed. It can be saved more than the required cost.
  • the first module case 1110 and the second module case 1120 must be made of an electrically insulating material.
  • the first and second engaging portions 1111 and 1121 may be formed in a zigzag shape and a concave portion in one engaging portion, A shape in which a convex portion is formed in a portion, and the like.
  • the first module case 1110 and the second module case 1120 further include fixing portions 1112 and 1122 on the lower portion so as to be disposed in the pack case, Can be variously formed in a form corresponding to the shape of the fixed part of the pack case.
  • the fixing portions 1112 and 1122 may be formed in a shape which spreads diagonally toward the lower end and has a flat bottom and a long triangular shape.
  • the shape of the fixing part of the pack case corresponding to the fixing parts 1112 and 1122 is also inverted so that the fixing parts 1112 and 1122 can be slidably coupled to the fixing part of the pack case .
  • the first module case 1110 and the second module case 1120 further include a plurality of through grooves 1113 and 1123 communicated in a horizontal direction so that one end of the circular battery cell can be inserted and fixed, do.
  • the diameters of the through grooves 1113 and 1123 that meet the ends of the circular battery cell inserted into the through grooves 1113 and 1123 are formed to be smaller than the diameter of the body of the circular battery cell so that the battery cells are not discharged to the outside do.
  • the positive electrode of the battery cell may be opened due to the protection structure of the battery cell, so that the cap of the battery cell can be easily opened.
  • the plurality of circular battery cells 1130 are accommodated in the first module case 1110 and the second module case 1120 so that they can be arranged in the width direction.
  • the plurality of circular battery cells 1130 are arranged in one direction in the same direction of the electrode terminals to facilitate assembly.
  • a battery pack includes a battery module having a plurality of battery cells arranged in a width direction on an inner side thereof and an engaging portion capable of engaging to secure a creepage distance of a predetermined length, And negative (-) poles of the battery cells formed in the battery modules are arranged facing each other so that the cooling efficiency is increased, so that the battery pack can be safely driven when the battery pack is driven.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1000 includes a plurality of circular battery cells arranged in a width direction, a pair of module cases A first battery module 1100 in which a plurality of circular battery cells are arranged in a width direction, and a pair of module cases 1110, And a pack case 1300 for accommodating the first battery module and the second battery module on the inner side.
  • the battery module is described as two battery modules for ease of explanation, but a plurality of battery modules may be respectively extended based on the battery module. This means extending in two rows.
  • a bus bar for electrically connecting each battery module must be additionally provided, and the shape thereof may be variously formed.
  • the configuration of the battery pack 1000 will be described in more detail below.
  • the first battery module 210 and the second battery module 260 may be configured such that a plurality of circular battery cells are arranged in the width direction and a creepage distance of a predetermined length is provided between the battery cell and the pack case. And electrodes of the plurality of circular battery cells are arranged in the same direction, respectively.
  • negative (-) and positive (+) poles of the circular battery cells are arranged in the same direction, and positive (+) pole directions are arranged to face the pack case 1300.
  • the positive (+) pole of a plurality of battery cells is disposed on the left side of the first battery module 210, and the negative (-) pole of a plurality of battery cells is disposed on the right side.
  • negative (-) poles of a plurality of battery cells are disposed on the left side of the second battery module 260, and positive (+) poles of a plurality of battery cells are disposed on the right side.
  • the direction of the electrode of the battery cell is shifted upward / downward (Width direction) that is opened in the atmosphere but not in the direction.
  • each of the battery modules has a first module case in which a first coupling part having a right outer edge is cut out in a predetermined range so that a creepage distance of a predetermined length is formed, and a second module case in a position corresponding to the first module case first coupling part A second module case and a first module case, and a plurality of circular battery cells housed in the second module case, the second module case being formed with a second engaging portion cut inward to a predetermined extent in the same manner as the cut-out size of the first engaging portion.
  • the first module case 1110 and the second module case 1120 are made of an electrically insulating material so that the battery case and the pack case 1300 can be insulated.
  • the conductive surface distance (creepage distance) between the side surface of the battery cell and the pack case 1300 increases due to the cut shape of the first and second coupling portions, thereby securing a predetermined length for preventing the occurrence of sparks .
  • a cooling module for cooling the heat generated in the circular battery cells is provided between the first battery module 1100 and the second battery module 1200 so that a cooling module is conventionally provided for each battery module So that the temperature can be easily controlled through one configuration.
  • the cooling module includes a first heat transfer frame and a second heat transfer frame disposed adjacent to the first battery module 1100 and the second battery module 1200, respectively, and the first heat transfer frame and the second heat transfer frame A cooling member for cooling the heat transferred by the first and second heat transfer frames is provided between the frames and the first and second heat transfer frames can transfer heat generated from the battery cells to the cooling member.
  • Such a thermal front-end frame configuration can prevent the performance of the battery cell from deteriorating due to direct cooling.
  • heating module or a temperature control module (heating member + cooling member) as well as a cooling module can be constituted.
  • the first battery module 210 and the second battery module 260 may further include fixing portions 1112 and 1122 at the lower ends thereof so as to be disposed in the pack case 1300,
  • the shape of the fixing portion 1112 can be variously formed in a shape corresponding to the shape of the fixed portion of the pack case.
  • the fixing portions 1112 and 1122 may be formed in a shape which spreads diagonally toward the lower end and has a flat bottom and a long triangular shape.
  • the pack case 1300 is configured to accommodate the first battery module and the second battery module in the inside.
  • the case is formed of a metallic material because the weight to be held is large.
  • the pack case 1300 includes a plurality of anti-shake portions for fixing the first battery module and the second battery module to the pack case. In this case, when one battery cell generates ignition, Module to prevent explosion.
  • the shape of the anti-shake portion may be formed in various shapes, or may be formed in a block shape to simply cover the gap to prevent the battery module case from shaking, or may be formed in a shape of a partition wall or each cell or module.
  • the inner side of the lower surface of the pack case 1300 is in contact with the battery modules 1100 and 1200 and the fixing portions 1112 and 1122 of the battery modules 1100 and 1200 ) Is formed.
  • the shape of the fixing portions 1112 and 1122 is a divergent shape extending diagonally downward, and a base is flat and has a long triangular shape, so that the shape of the fixing portion of the pack case 1300 is inverted So that the fixing portion 1112 can be slidably fastened to the fixed portion of the pack case.

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 측면 배열된 구조로 이루어진 배터리 셀을 감싸는 모듈 케이스에 소정길이의 연면거리가 형성되도록 결합부가 형성된 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 측면 배열된 구조로 이루어진 배터리 셀을 감싸는 모듈 케이스에 소정길이의 연면거리가 형성되도록 결합부가 형성된 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리 팩을 구성하는 단위전지로서의 리튬 이차전지는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.
또한, 상기 이차전지의 형태는 배터리 케이스의 형상에 따라 구분되는데, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 경우에는 원통형 배터리 및 각형 배터리로 분류되고, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 경우에는 파우치형 배터리로 분류된다.
또한, 배터리 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 삽입된 분리막 구조로 이루어져 충/방전이 가능하고, 원통형 전극 조립체의 형태는 전극 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 권취한 젤리-롤형으로 형성된다.
상기와 같은 배터리는 하나의 배터리 셀로 분류하여 복수개의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 접속되어 하나의 모듈을 형성하고, 이러한 모듈이 복수개 접속되면 하나의 배터리 팩으로 형성된다.
한편, 배터리 팩은 발화의 원인인 스파크를 방지하기 위하여 소정 길이의 연면거리(Creepage Distance)를 확보하여야 하는데, 여기서 연면거리(Creepage Distance)는 도체와 도체사이에 거리를 표면(surface of the insulating material)을 따라 잰 최단거리를 의미한다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 종래에는 배터리 팩을 절연시켰는데 이러한 종래의 해결 방안은 도 1을 들어 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 배터리 셀 및 팩의 구조도이다.
도 1을 참고하면, 도 1-(a)는 절연성 튜브가 적용된 배터리 셀이고, 도 1-(b)는 복수개의 배터리 셀을 단순히 박스형태의 모듈 케이스 내측에 배치한 후 모듈 케이스 결합 부분에 절연부재를 부착시킨 배터리 모듈이 수용된 배터리 팩의 측면 구조도이다.
상기 도 1-(a)에서의 배터리 셀은 각각의 셀에 절연성 튜브가 적용되어야 하므로, 이에 따른 생산시간 및 절연성 튜브의 부재비용에 의한 생산 단가가 증가한다.
또한, 도 1-(b)에서는 배터리 셀과 팩 케이스 간의 연면거리가 짧음(케이스의 두께)에 따라 추가적으로 절연부재를 부착시켜야 하므로 생산시간이 증가하고, 이러한 절연부재에 따른 생산 단가도 증가한다.
또한, 절연부재가 부착됨에 따라 팩 케이스와 맞닿는 모듈 케이스 밑면이 평평하지 않으며, 모듈 케이스의 평탄도를 맞추기 위해서는 별도의 추가 구성이 필요하다.
따라서 절연부재에 의한 배터리 팩의 생산 시간 및 생산 단가가 감소될 수 있는 방안이 필요하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR2007-0097150 A
본 발명은 절연부재가 배터리 모듈에 적용 또는 부착 시 발생되는 생산시간 및 생산단가를 감소시키는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 전기 전도 특성을 가진 금속성 팩 케이스 내에 배치되는 배터리 모듈에 있어서, 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 개구된 일 측 끝에 'ㄴ'자 형상의 제1 결합부가 형성되는 제1 모듈 케이스, 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 상기 제1 모듈 케이스의 제1 결합부에 대응되는 'ㄱ'자 형상의 제2 결합부가 형성되는 제2 모듈 케이스 및 상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스 내에 폭 방향으로 수용되는 복수개의 원형 배터리 셀들; 을 포함하여 구성되고, 상기 제1 모듈 케이스의 제1 결합부는 제2 모듈 케이스의 제2 결합부의 내측으로 수용되어 끼움결합을 이룬다.
상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는, 상기 팩 케이스 내에 배치될 수 있도록 각각 하부에 고정부를 더 포함하여 구성된다.
상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는, 원형 배터리 셀의 일단이 삽입되어 고정될 수 있도록 수평 방향으로 연통된 복수개의 관통홈; 을 더 포함하여 구성된다.
상기 관통홈은, 관통홈으로 삽입된 원형 배터리 셀의 끝 단과 만나는 부분의 직경이 원형 배터리 셀의 몸체 직경보다 작게 형성된다.
상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는, 전기 절연성 소재로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제1 배터리 모듈, 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제2 배터리 모듈 및 상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 내측에 수용하는 팩 케이스를 포함하여 구성된다.
상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈은, 복수개의 원형 배터리 셀들의 음(-)극 및 양(+)극이 동일방향으로 배치되어 각각의 배터리 모듈 내 복수개의 원형 배터리 셀들의 양(+)극 방향이 상기 팩 케이스를 바라보도록 배치된다.
상기 팩 케이스는, 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 팩 케이스에 고정되도록 내측에 복수개의 흔들림 방지부가 형성된다.
상기 팩 케이스는, 전기 전도 특성을 가진 금속성 소재로 이루어진다.
상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈의 모듈 케이스는, 전기 절연성 소재로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 종래의 배터리 모듈 케이스의 형태에 큰 변형 없이 용이하게 제작 가능하여 절연부재에 의한 별도의 생산비용이 추가되지 않으며 소정의 연면거리도 확보하면서 빠르게 배터리 모듈이 생산 가능함에 따라 빠르고 저렴하게 배터리 팩을 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀 및 팩의 구조도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면 절단구조도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 사시도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀로 구성된 배터리 모듈의 사이에 열 전달 부재가 양측에 접하게 배치된 냉각부재가 형성됨에 따라 배터리 셀로부터 발생되는 열이 효과적으로 냉각되어 배터리 팩 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면 절단 구조도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈(1100)은 전기 전도 특성을 가진 금속성 팩 케이스 내에 배치되고, 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 개구된 일 측 끝에 'ㄴ'자 형상의 제1 결합부가 형성되는 제1 모듈 케이스(1110), 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 상기 제1 모듈 케이스의 제1 결합부에 대응되는 'ㄱ'자 형상의 제2 결합부가 형성되는 제2 모듈 케이스(1120) 및 제1 모듈 케이스(1110)와 제2 모듈 케이스(1120) 내에 수용되는 복수개의 원형 배터리 셀들(1130)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 모듈 케이스(1110)의 제1 결합부(1111)는 상기 제2 모듈 케이스(1120)의 제2 결합부(1121)의 내측으로 수용되어 끼움 결합을 이룬다.
이러한 배터리 모듈(1100)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 제1 모듈 케이스(1110)은 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 개구된 일 측 끝에 'ㄴ'자 형상의 제1 결합부(1111)가 형성되는 구성이고, 일 측이 개구된 형태로 형성되며, 상기 제1 모듈 케이스(1110)의 제1 결합부(1111)에 대응되는 'ㄱ'자 형상의 제2 결합부(1121)가 형성되는 구성으로서, 상기 제1 결합부(1111)와 제2 결합부(1121)는 끼움결합을 통해 결합된다.
또한, 상기 제1 결합부(1111)와 제2 결합부(1121)의 끼움결합을 통해 상기 배터리 셀들(1130)과 팩 케이스 간의 소정길이의 연면거리를 확보하여 스파크 발생위험을 감소시킬 수 있도록 한다. 여기서 연면거리(Creepage Distance)는 도체와 도체 사이에 거리를 표면(surface of the insulating material)을 따라 잰 최단거리를 의미한다.
또한, 단순히 모듈 케이스의 두께를 두껍게 하여 연면거리를 증대시키는 것보다 케이스가 접합는 결합면을 증가시켜 연면거리를 증대시키므로 좀 더 효율적이며, 종래의 케이스의 구조에서 일부만 변경됨에 따라 일반적인 케이스 구조변경에 따른 소요비용보다 절감될 수 있다.
이에 따라 제1 모듈 케이스(1110) 및 제2 모듈 케이스(1120)는 전기 절연성 소재로 이루어져야 한다.
또한, 상기 제1 결합부(1111) 및 제2 결합부(1121)의 형태는 'ㄱ', 'ㄴ' 의 형태뿐만 아니라 상호 결합되는 지그재그 형태 및 하나의 결합부에 오목부가 형성되고, 다른 결합부에 볼록부가 형성되는 형태 등으로 형성될 수 있으며, 상호 교환 변경되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 모듈 케이스(1110) 및 제2 모듈 케이스(1120)는 상기 팩 케이스 내에 배치될 수 있도록 각각 하부에 고정부(1112, 1122)를 더 포함하여 구성되며, 상기 고정부(1112)의 형태는 팩 케이스의 고정부의 형태와 대응되는 형태로 다양하게 형성될 수 있도록 한다.
일 실시 예로 상기 고정부(1112, 1122)는 비스듬히 하단으로 넓게 퍼지는 형상으로 밑변이 평평하고 긴 삼각형 모양으로 형성될 수 있다. 이는 상기 고정부(1112, 1122)에 대응되는 팩 케이스의 고정부의 형태도 동일한 삼각형이 뒤집어진 형태로 형성되어 팩 케이스의 고정부에 상기 고정부(1112, 1122)가 슬라이딩 체결될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 모듈 케이스(1110) 및 제2 모듈 케이스(1120)는 원형 배터리 셀의 일단이 삽입되어 고정될 수 있도록 수평 방향으로 연통된 복수개의 관통홈(1113, 1123)을 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 관통홈(1113, 1123)은 관통홈(1113, 1123)으로 삽입된 원형 배터리 셀의 끝 단과 만나는 부분의 직경이 원형 배터리 셀의 몸체 직경보다 작게 형성되어 배터리 셀이 외부로 배출되지 않도록 한다.
그러나 배터리 셀의 보호구조로 인하여 배터리 셀의 양(+)극의 캡이 열릴 수도 있으므로 배터리 셀의 캡이 용이하게 열릴 수 있도록 소정의 직경범위 이상으로 형성한다.
또한, 상기 복수개의 원형 배터리 셀들(1130)은 상기 제1 모듈 케이스(1110) 및 제2 모듈 케이스(1120)의 내측에 수용되는 구성으로서, 폭 방향으로 배열될 수 있도록 한다.
또한, 상기 복수개의 원형 배터리 셀들(1130)은 전극 단자의 방향이 동일하게 일 방향으로 배열하여 조립 시 용이하도록 한다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 내측에 폭 방향으로 복수개의 배터리 셀이 배열되고, 소정길이의 연면거리를 확보할 수 있도록 끼움결합이 가능한 결합부가 구비된 배터리 모듈을 두 개의 열로 구성하여 빠르게 조립될 수 있도록 하며, 냉각효율이 증대되도록 각 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 음(-)극이 상호 마주보면서 배열됨에 따라 배터리 팩 구동 시 안전하게 구동될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제1 배터리 모듈(1100), 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제2 배터리 모듈(1200) 및 상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 내측에 수용하는 팩 케이스(1300)를 포함하여 구성된다.
여기서 배터리 모듈은 설명을 용이하게 하기 위하여 두 개의 배터리 모듈로 설명하지만, 각각 배터리 모듈을 기준으로 복수개 연장 가능하다. 이는 2열을 이루며 연장하는 것을 의미한다.
또한, 여기에는 각 배터리 모듈들을 전기적으로 연결시키는 버스바가 추가로 구비되어야 하고, 그의 형태는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한 배터리 팩(1000)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 상기 제1 배터리 모듈(210) 및 제2 배터리 모듈(260)은 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 구성으로서, 복수개의 원형 배터리 셀의 전극은 각각 동일한 방향으로 배치된다.
즉, 상기 원형 배터리 셀들의 음(-)극 및 양(+)극이 동일방향으로 배치되어 양(+)극 방향이 상기 팩 케이스(1300)를 바라보도록 배치된다.
이는 상기 제1 배터리 모듈(210)의 좌측은 복수개의 배터리 셀들의 양(+)극이 배치되며, 우측에는 복수개의 배터리 셀들의 음(-)극이 배치된다.
또한, 상기 제2 배터리 모듈(260)의 좌측은 복수개의 배터리 셀들의 음(-)극이 배치되고, 우측에는 복수개의 배터리 셀들의 양(+)극이 배치된다.
또한, 배터리 셀은 일반적으로 구동 시 배터리 셀의 측면에서 발생되는 열의 양보다 전류가 흐르는 각 전극 단자에서 발생되는 열이 더 크므로, 배터리 셀의 전극 방향은 하부면이 물체로 막혀있는 상/하 방향이 아닌 대기에 오픈된 좌/우 방향(폭 방향)으로 배열한다.
더욱 구체적으로 설명하자면, 상기 배터리 모듈 각각에는 소정길이의 연면거리가 형성되도록 우측 외곽이 소정범위 절삭된 제1 결합부가 형성되는 제1 모듈 케이스, 제1 모듈 케이스 제1 결합부와 대응되는 위치에 제1 결합부의 절삭된 크기와 동일하게 내측으로 소정범위 절삭된 제2 결합부가 형성되는 제2 모듈 케이스 및 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스 내에 수용되는 복수개의 원형 배터리 셀들을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제1 모듈 케이스(1110) 및 제2 모듈 케이스(1120)는 전기 절연성 소재로 이루어져 상기 배터리 셀과 팩 케이스(1300)가 절연될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 결합부 및 제2 결합부의 절삭된 형태에 의하여 상기 배터리 셀의 측면과 팩 케이스(1300)사이의 전도성 표면 거리(연면거리)가 증가하여 스파크 발생을 방지하는 소정길이가 확보될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 배터리 모듈(1100) 및 제2 배터리 모듈(1200) 사이에는 상기 원형 배터리 셀들에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각모듈을 구비하여 종래에 각각의 배터리 모듈마다 냉각모듈이 구비되었던 구성과 다르게 하나의 구성을 통해 용이하게 온도제어가 가능할 수 있도록 한다.
이는 상기 제1 배터리 모듈(1100) 및 제2 배터리 모듈(1200)의 배터리 셀들의 음(-)극 단자의 방향이 중앙을 기준으로 상호 마주보도록 형성됨에 따라 일반적으로 발열이 더 큰 음(-)극이 냉각모듈이 위치한 곳에 배치되므로 더 효율적으로 냉각될 수 있다.
또한, 상기 냉각모듈은 제1 배터리 모듈(1100)과 제2 배터리 모듈(1200)에 각각 인접하여 배치되는 제1 열전달 프레임 및 제2열전달 프레임을 구비하며, 상기 제1 열 전달 프레임 및 제2열전달 프레임의 사이에는 제1, 2 열전달 프레임이 전달하는 열을 냉각시키는 냉각부재가 구비되고, 상기 제1 및 제2 열 전달 프레임은 상기 배터리 셀들에서 발생하는 열을 상기 냉각부재로 전달할 수 있다.
이러한 열 전단 프레임 구성은 직접적인 냉각으로 인하여 배터리 셀의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 냉각모듈뿐만 아니라 가열모듈 또는 온도제어모듈 (가열부재+냉각부재)이 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 배터리 모듈(210) 및 제2 배터리 모듈(260)의 하단에는 상기 팩 케이스(1300) 내에 배치될 수 있도록 각각 하부에 고정부(1112, 1122)를 더 포함하여 구성되며, 상기 고정부(1112)의 형태는 팩 케이스의 고정부의 형태와 대응되는 형태로 다양하게 형성될 수 있도록 한다.
일 실시 예로 상기 고정부(1112, 1122)는 비스듬히 하단으로 넓게 퍼지는 형상으로 밑변이 평평하고 긴 삼각형 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스(1300)는 상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 내측에 수용하는 구성으로, 상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈뿐만 아니라 다수의 배터리 모듈을 수용하기 위하여 일반적으로 전기 전도 특성을 가진 금속성 소재로 이루어진다. 이는 다수의 배터리 모듈을 수용하는 경우, 버텨야 하는 무게가 크므로 금속성 소재로 케이스를 형성한다.
또한, 상기 팩 케이스(1300)는 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 상기 팩 케이스에 고정되도록 복수개의 흔들림 방지부가 형성되는데, 이는 하나의 배터리 셀에서 발화가 발생되는 경우, 다른 배터리 셀 또는 모듈로 번져 폭발로 이어지지 않도록 하기 위함이다.
또한, 배터리 모듈을 고정시켜 해당 배터리 팩이 장착된 장치가 이동하는 경우, 배터리 모듈에 발생되는 흔들림을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 흔들림 방지부의 형태는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 단순히 배터리 모듈 케이스가 흔들리는 것을 방지하도록 간격을 메워주는 블록형태로 형성되거나 각 셀 또는 모듈과 격벽을 이루는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스(1300) 하부면 내측은 상기 배터리 모듈(1100, 1200)과 맞닿는데, 배터리 모듈(1100, 1200)과 맞닿는 면 끝에는 상기 배터리 모듈(1100, 1200)의 고정부(1112, 1122)에 대응되는 형태가 형성된다.
일 실시 예로서, 상기 고정부(1112, 1122)의 형태가 비스듬히 하단으로 넓게 퍼지는 형상으로 밑변이 평평하고 긴 삼각형 모양임에 따라 팩 케이스(1300)의 고정부의 형태도 동일한 삼각형이 뒤집어진 형태로 형성되어 팩 케이스의 고정부에 상기 고정부(1112)가 슬라이딩 체결될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
1000: 배터리 팩
1100: 제1 배터리 모듈
1110: 제1 모듈 케이스
1111: 제1 결합부
1112, 1122: 고정부
1113, 1123: 관통홈
1120: 제2 모듈 케이스
1121: 제2 결합부
1130: 복수개의 원형 배터리 셀
1200: 제2 배터리 모듈
1300: 팩 케이스

Claims (10)

  1. 전기 전도 특성을 가진 금속성 팩 케이스 내에 배치되는 배터리 모듈에 있어서,
    일 측이 개구된 형태로 형성되며, 개구된 일 측 끝에 'ㄴ'자 형상의 제1 결합부가 형성되는 제1 모듈 케이스;
    일 측이 개구된 형태로 형성되며, 상기 제1 모듈 케이스의 제1 결합부에 대응되는 'ㄱ'자 형상의 제2 결합부가 형성되는 제2 모듈 케이스; 및
    상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스 내에 폭 방향으로 수용되는 복수개의 원형 배터리 셀들; 을 포함하여 구성되고,
    상기 제1 모듈 케이스의 제1 결합부는 제2 모듈 케이스의 제2 결합부의 내측으로 수용되어 끼움결합을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는, 상기 팩 케이스 내에 배치될 수 있도록 각각 하부에 고정부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는,
    원형 배터리 셀의 일단이 삽입되어 고정될 수 있도록 수평 방향으로 연통된 복수개의 관통홈; 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 관통홈은, 관통홈으로 삽입된 원형 배터리 셀의 끝 단과 만나는 부분의 직경이 원형 배터리 셀의 몸체 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 모듈 케이스와 제2 모듈 케이스는,
    전기 절연성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제1 배터리 모듈;
    복수개의 원형 배터리 셀들이 폭 방향으로 배치되고, 배터리 셀과 팩 케이스 간에 소정길이의 연면거리가 이루어지도록 한 쌍의 모듈 케이스가 끼움 결합되는 결합부가 형성된 모듈 케이스가 구성된 제2 배터리 모듈; 및
    상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 내측에 수용하는 팩 케이스;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈은,
    복수개의 원형 배터리 셀들의 음(-)극 및 양(+)극이 동일방향으로 배치되어 각각의 배터리 모듈 내 복수개의 원형 배터리 셀들의 양(+)극 방향이 상기 팩 케이스를 바라보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 팩 케이스는,
    상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 팩 케이스에 고정되도록 내측에 복수개의 흔들림 방지부; 가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 전기 전도 특성을 가진 금속성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈의 모듈 케이스는, 전기 절연성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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