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WO2017061709A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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Publication number
WO2017061709A1
WO2017061709A1 PCT/KR2016/010108 KR2016010108W WO2017061709A1 WO 2017061709 A1 WO2017061709 A1 WO 2017061709A1 KR 2016010108 W KR2016010108 W KR 2016010108W WO 2017061709 A1 WO2017061709 A1 WO 2017061709A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
casing
battery module
cartridge assembly
coupled
substrate protector
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/010108
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
서재현
김남인
엄영섭
김보현
조현영
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Priority to EP16853825.4A priority Critical patent/EP3293782B1/en
Priority to JP2018513257A priority patent/JP6538274B2/ja
Priority to PL16853825T priority patent/PL3293782T3/pl
Priority to US15/574,626 priority patent/US10355255B2/en
Priority to CN201680034547.0A priority patent/CN107636858B/zh
Publication of WO2017061709A1 publication Critical patent/WO2017061709A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • 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
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
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    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same. More particularly, thermal deformation due to heat generated when welding is made by separating plastic components disposed inside the battery module at predetermined intervals from a welding site. It relates to a battery module that can be prevented and a battery pack comprising the same.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, that is, a battery case.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte interposed therebetween, and a lithium ion battery (LIB), a lithium polymer battery (Polymer Lithium Ion Battery) depending on which of the positive electrode active material and the negative electrode active material are used. , PLIB) and the like.
  • the electrode of these lithium secondary batteries is formed by apply
  • the battery module of the secondary battery may be coupled to the plate by welding or the like to protect the internal components from vibration or impact.
  • plastic injection moldings disposed inside the battery module are damaged due to heat generated during welding.
  • a battery module that can prevent the thermal deformation caused by the heat generated during welding is a component of a plastic material disposed inside the battery module is spaced at a predetermined interval from the welding site and including the same To provide a battery pack.
  • a cartridge assembly comprising a plurality of cartridges for receiving a battery cell; A substrate protector coupled to the cartridge assembly; A casing that houses the cartridge assembly and the substrate protector and surrounds the cartridge assembly and the substrate protector; And a cover that can be coupled to the casing, wherein the substrate protector is provided with a gap holding part so that the main body of the substrate protector can be spaced apart from the casing at a predetermined interval.
  • a substrate protector coupled to the cartridge assembly
  • a casing that houses the cartridge assembly and the substrate protector and surrounds the cartridge assembly and the substrate protector
  • a cover that can be coupled to the casing, wherein the substrate protector is provided with a gap holding part so that the main body of the substrate protector can be spaced apart from the casing at a predetermined interval.
  • the gap maintaining part may include at least one protrusion that protrudes from the main body and contacts the casing.
  • the casing may include a non-contact portion that does not contact the gap maintaining portion, and the non-contact portion may be spaced apart from the main body at a predetermined interval.
  • the non-contacting portion may include a welding portion to be welded.
  • the casing may include: a first casing surrounding the cartridge assembly; And a second casing coupled to the first casing and surrounding the substrate protector.
  • first casing and the second casing may be provided in a separate form and coupled to each other.
  • the first casing and the second casing may be coupled to each other by laser welding.
  • the substrate protector may be formed of a plastic material.
  • a battery pack including the battery module described above may be provided, and an automobile including the battery module may be provided.
  • Embodiments of the present invention there is an effect that the thermal deformation caused by the heat generated during welding is prevented by the plastic component disposed inside the battery module at a predetermined interval from the welding site.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view and a partially enlarged view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a combined perspective view of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view showing a welded portion in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side cross-sectional view of the main body of the substrate protector spaced apart from the casing in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the term 'bonding' or 'connection' is used indirectly or indirectly coupled to another member through a joint member as well as when one member and the other member are directly joined or directly connected. It also includes the case where it is connected.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view and a partially enlarged view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a combined perspective view of FIG.
  • a battery module 10 includes a cartridge assembly 100, a casing 200, a cover 300, and a substrate protector 500. Equipped.
  • the cartridge assembly 100 includes a plurality of cartridges for storing the battery cells 110.
  • the cartridge assembly 100 may be manufactured by injection molding of plastic, and a plurality of cartridges in which an accommodating part for accommodating the battery cell 110 is formed may be stacked.
  • the cartridge assembly 100 may be accommodated in a space formed by the combination of the casing 200 and the cover 300, and the battery cell 110 accommodated in the cartridge may be accommodated in the space and protected.
  • the cartridge assembly 100 may be provided with a connector element 120 or a terminal element 130.
  • the connector element 120 may be, for example, various types of electrical connection parts or connection members for connection to a battery management system (BMS) or the like, which may provide data on voltage or temperature of the battery cell 110. May be included.
  • BMS battery management system
  • the terminal element 130 is a main terminal connected to the battery cell 110 and includes a positive terminal and a negative terminal, and the terminal element 130 may be provided with a terminal bolt to be electrically connected to the outside.
  • the casing 200 accommodates and encloses the cartridge assembly 100 and the substrate protector 500 described later, whereby the cartridge assembly 100 and the substrate are protected from external vibration or impact.
  • Protect protector 500
  • the casing 200 may include a first casing 200a and a second casing 200b.
  • the first casing 200a is formed to surround the cartridge assembly 100 and protect the cartridge assembly 100 from external vibration or shock
  • the second casing 200b is coupled to the first casing 200a to protect the substrate.
  • the casing 200 may be manufactured in a form in which the first casing 200a and the second casing 200b are separated, and may be coupled to each other in various ways such as welding.
  • the casing 200 when the casing 200 is made of a metal plate, the casing 200 includes a front plate 210, a rear plate 220, a side plate 230, The upper plate 240 may be provided.
  • the first casing (200a) is formed of an integral side plate 230 and the top plate 240
  • the second casing (200b) is composed of a front plate 210 or a back plate 220
  • the first The casing 200a and the second casing 200b may be joined to each other by welding, in particular, laser welding or the like.
  • the method of coupling the plates 210, 220, 230, and 240 may not be limited to laser welding, and may include various types of welding except laser welding.
  • the plates 210, 220, 230, and 240 are not excluded from being coupled by various methods such as rivets, bolts, pins, brackets, or moment bonding methods.
  • the substrate protector 500 made of a plastic material may be closely located in the welding part 261 to which the first casing 200a and the second casing 200b are joined and welded, and may be deformed by heat generated during welding. However, a detailed description thereof will be described later.
  • the casing 200 may be formed in a shape corresponding to the shape in which the substrate protector 500 is coupled to the cartridge assembly 100.
  • the casing 200 may also be provided in a hexahedral shape so as to correspond thereto.
  • the casing 200 may be formed with an opening 250 to receive the cartridge assembly 100.
  • an opening 250 is formed below the casing 200, and the casing 200 is provided to receive and enclose the cartridge assembly 100 from an upper side of the cartridge assembly 100, but the present embodiment is limited thereto.
  • the opening 250 may be formed above the casing 200, and the casing 200 may be provided to receive and surround the cartridge assembly 100 from the lower side of the cartridge assembly 100.
  • the casing 200 may be formed with a through portion 270 through which the connector element 120 or the terminal element 130 described above may be exposed to the outside. That is, the connector element 120 or the terminal element 130 may be electrically connected to an external predetermined component or member, and the penetrating portion 270 of the casing 200 may not be disturbed by the casing 200. Is formed. 1 and 2, the connector element 120 or the terminal element 130 may be exposed to the outside of the casing 200 through the through part 270 formed in the casing 200 to be connected to an external configuration. have.
  • the through part 270 may be formed to cut at least one surface of the casing 200.
  • the through part 270 does not necessarily need to be formed by cutting the connector element 120 or the terminal element 130 to be exposed to the outside, and the connector element 120 or the terminal element 130 is electrically connected with the external configuration. As long as it can be connected, it may be formed into a small hole into which an electric wire or the like can be inserted.
  • the cover 300 may be coupled to the casing 200, in particular to the opening 250 of the casing 200. That is, the cartridge assembly 100 is accommodated in the space formed by the combination of the casing 200 and the cover 300, the cartridge assembly 100 can be protected from external vibration or impact.
  • the cover 300 may be coupled to the casing 200 by various methods such as welding, bolts, pins, and the like. Preferably, the cover 300 may be coupled by the hook member 400.
  • the cover 300 may be coupled to the opening 250 of the casing 200 at the lower side of the casing 200 when the opening 250 is formed at the lower side of the casing 200. In this case, the cover 300 protects the lower side of the cartridge assembly 100.
  • the coupling position of the cover 300 is not limited thereto, and although not shown in the drawing, when the opening 250 is formed on the upper side of the casing 200, the cover 300 is disposed on the upper side of the casing 200. It may be coupled to the opening 250 of the casing 200. In this case, the cover 300 protects the upper side of the cartridge assembly 100.
  • the substrate protector 500 is coupled to the cartridge assembly 100 to protect various substrates inside the battery module 10.
  • the substrate protector 500 may be made of plastic and manufactured by injection molding.
  • the substrate is a plate provided with various electrical circuits, and the substrate may include a bus bar provided to transmit electrical energy. That is, the substrate protector 500 may protect the substrate and the bus bars provided on the substrate.
  • the casing 200 and the cover 300 may be provided with a hook member 400 to be selectively coupled and decoupled.
  • the casing 200 and the cover 300 may be coupled by bolting or welding, but when the casing 200 and the cover 300 are coupled by bolting, a work space for the insertion of the bolts should be secured, thus wasting more space than necessary. If the casing 200 and the cover 300 are welded, there is a problem that separation is extremely difficult when an abnormal phenomenon such as cell swelling occurs in the battery module 10. However, when the casing 200 and the cover 300 are coupled using the hook member 400, the coupling is easy and there is no wasted space since there is no need for a work space such as bolting, and there is an abnormality in the battery module 10.
  • the casing 200 and the cover 300 are not excluded from being coupled by bolting or welding, and the casing 200 and the cover 300 may include bolting and welding as necessary. It will be appreciated that they can be combined in more ways.
  • the hook member 400 may be provided with a hook protrusion 410 and a fastening hole 420 to which the hook protrusion 410 is fastened.
  • a hook protrusion 410 may be provided in the casing 200, and the fastening holes 420 may be provided in the cover 300 to correspond to the number and positions of the hook protrusions 410. Can be.
  • one or more hook protrusions 410 may be provided in the cover 300, the fastening hole 420 casing 200 to correspond to the number and position of the hook protrusion 410. ) Can be provided.
  • FIG 3 is a view showing a welded portion in the battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a side cross-sectional view of the main body of the substrate protector spaced from the casing in the battery module according to an embodiment of the present invention. .
  • the gap maintaining unit 520 may cover a substrate, and the main body 510 of the substrate protector 500 protecting the substrate 510 may have a predetermined gap D from the casing 200. It can be arranged to be spaced apart).
  • the casing 200 may be, for example, a metal plate is made of a separate type and can be mutually coupled by welding, in particular, laser welding, etc.
  • the substrate protector 500 is made of a plastic material injection molding It can be prepared as.
  • the casing 200 encloses the substrate protector 500 to protect the substrate protector 500.
  • the casing 200 and the main body 510 of the substrate protector 500 are disposed to be adjacent to each other.
  • the substrate protector 500 made of plastic may be thermally deformed or damaged by thermal energy generated from the laser welding.
  • an embodiment of the present invention may be provided such that the main body 510 and the casing 200 of the substrate protector 500 are spaced at a predetermined interval D by the interval maintaining part 520.
  • the predetermined distance (D) between the main body 510 of the substrate protector 500 and the casing 200 is a main body 510 of the substrate protector 500 from heat generated by various welding including laser welding. It may mean that the interval (D) to the extent that no heat deformation occurs.
  • the gap maintaining part 520 may be formed of a protrusion protruding from the main body 510 of the substrate protector 500.
  • the casing 200 When the protrusion protrudes from the main body 510 and comes into contact with the casing 200, the casing 200 may be formed. Since the body 510 is not directly in contact with the body 510, a gap D may be formed between the body 510 and the casing 200 of the substrate protector 500.
  • the protrusion may be determined in consideration of the length, size, area, etc. of the main body 510 of the substrate protector 500, and the distance between the number and the gap may be determined.
  • one or more protrusions may be provided, and when a plurality of protrusions are provided, the distance between the plurality of protrusions may be constant or may have different distances.
  • the length L1 of the gap holding portion 520 may be configured to be smaller than the length L2 of the casing 200 corresponding thereto (see FIG. 3). ). That is, the casing 200 may be provided with a non-contact portion 260 that is not in contact with the gap maintaining portion 520, where the non-contact portion 260 is spaced apart from the main body 510 at a predetermined interval.
  • the non-contact portion 260 may include a welding portion 261 where welding is performed, and for example, laser welding may be performed through the non-contact portion 260.
  • the length L1 of the gap maintaining part 520 is configured to be the same as the length L2 of the casing 200, when the casing 200 is welded, the gap maintaining part 520 is formed by heat generated during welding. It may be thermally deformed. That is, the main body 510 of the substrate protector 500 is spaced apart from the casing 200, so that no heat deformation occurs during welding. However, since the spacer 520 is in direct contact with the casing 200, the heat during welding may occur. Deformation may occur. In order to prevent this, the length L1 of the gap maintaining part 520 is configured to be smaller than the length L2 of the casing 200, and the non-contact part 260 that is not in contact with the gap holding part 520 in the casing 200. Is provided, and, for example, laser welding is performed through the non-contact portion 260 in which the casing 200 and the spacer 520 are not in contact with each other, thereby preventing thermal deformation of the spacer 520. It can work.
  • the spacer 520 may be provided with a protrusion protruding from the main body 510 of the substrate protector 500.
  • the space maintaining unit 520 may be formed in plural numbers, and referring to FIGS. 3 and 4, the space maintaining unit 520 may be in contact with the casing 200.
  • the casing 200 may be provided with a non-contact portion 260 that does not contact the gap maintaining portion 520. For example, laser welding may be performed through the weld portion 261 of the non-contact portion 260. .
  • the gap D is maintained between the main body 510 of the substrate protector 500 and the casing 200 by the gap maintaining part 520, the main body of the substrate protector 500 may be welded even if the casing 200 is welded.
  • the 510 may prevent heat deformation due to heat generated during welding.
  • the gap maintaining part 520 may also be prevented from thermal deformation.
  • a battery pack (not shown) according to an embodiment of the present invention may include one or more battery modules 10 according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack in addition to the battery module 10, a case for storing the battery module 10, various devices for controlling the charge and discharge of the battery module 10, such as BMS, current Sensors, fuses, etc. may be further included.
  • a vehicle (not shown) may include the above-described battery module 10 or a battery pack (not shown), the battery pack (not shown) in the battery module 10 This may be included.
  • the battery module 10 according to an embodiment of the present invention may be applied to a vehicle (not shown), for example, a predetermined vehicle (not shown) provided to use electricity such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. Can be.
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, in particular, it can be used in the industry related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체; 카트리지 조립체에 결합되는 기판보호체; 카트리지 조립체와 기판보호체를 수납하여 카트리지 조립체와 기판보호체를 둘러싸는 케이싱; 및 케이싱에 결합될 수 있는 커버를 포함하며, 기판보호체의 본체가 케이싱으로부터 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있도록, 기판보호체에는 간격유지부가 구비된다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 모듈 내부에 배치된 플라스틱 재질의 구성품이 용접 부위로부터 미리 설정된 간격으로 이격되어 용접시 발생되는 열에 의한 열변형이 방지될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 10월 05일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2015-0139885호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
일반적으로, 이차 전지의 배터리 모듈은 진동 내지 충격으로부터 내부 구성품을 보호하기 위해 플레이트가 용접 등의 방식을 사용하여 결합될 수 있다. 이 경우, 용접시 발생되는 열에 의해 배터리 모듈 내부에 배치되는 플라스틱 재질의 사출 성형물들이 열변형을 일으켜 훼손되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈 내부에 배치된 플라스틱 재질의 구성품이 용접 부위로부터 미리 설정된 간격으로 이격되어 용접시 발생되는 열에 의한 열변형이 방지될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 플라스틱 재질의 열변형을 방지하여 제품 교체에 필요한 비용을 감소할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체; 상기 카트리지 조립체에 결합되는 기판보호체; 상기 카트리지 조립체와 상기 기판보호체를 수납하여 상기 카트리지 조립체와 상기 기판보호체를 둘러싸는 케이싱; 및 상기 케이싱에 결합될 수 있는 커버를 포함하며, 상기 기판보호체의 본체가 상기 케이싱으로부터 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있도록, 상기 기판보호체에는 간격유지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 간격유지부는, 상기 본체로부터 돌출되어 상기 케이싱에 접촉되는 적어도 하나의 돌기를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 케이싱에는 상기 간격유지부에 접촉되지 않는 비접촉부가 구비되며, 상기 비접촉부는 상기 본체로부터 미리 결정된 간격으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 비접촉부는 용접이 이루어지는 용접부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 케이싱은, 상기 카트리지 조립체를 둘러싸는 제1 케이싱; 및 상기 제1 케이싱에 결합되며, 상기 기판보호체를 둘러싸는 제2 케이싱을 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 케이싱과 상기 제2 케이싱은 분리된 형태로 마련되어 상호 결합될 수 있다.
그리고, 상기 제1 케이싱과 상기 제2 케이싱은 레이저 용접에 의해 상호 결합될 수 있다.
또한, 상기 기판보호체는 플라스틱재로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배터리 모듈 내부에 배치된 플라스틱 재질의 구성품이 용접 부위로부터 미리 설정된 간격으로 이격되어 용접시 발생되는 열에 의한 열변형이 방지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 플라스틱 재질에 열변형이 발생되지 않으므로, 열변형이 발생된 플라스틱 재질을 교체하는데 필요한 비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도와 부분 확대도이다.
도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 용접부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 기판보호체의 본체가 케이싱으로부터 이격된 모습의 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도와 부분 확대도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 카트리지 조립체(100)와, 케이싱(200)과, 커버(300)와, 기판보호체(500)를 구비한다.
도 1을 참조하면, 카트리지 조립체(100)는 배터리 셀(110)을 수납하는 다수의 카트리지들이 구비된다. 카트리지 조립체(100)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 다수의 카트리지들이 적층될 수 있다. 카트리지 조립체(100)는 케이싱(200)과 커버(300)의 결합에 의해 형성되는 공간 내부에 수용되며, 카트리지에 수납된 배터리 셀(110)은 상기 공간 내부에 수용되어 보호될 수 있다. 카트리지 조립체(100)는 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 구비될 수 있다. 커넥터 요소(120)는, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소(130)는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소(130)는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)와, 후술하는 기판보호체(500)를 수납하여 둘러싸며, 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 카트리지 조립체(100)와 기판보호체(500)를 보호한다.
케이싱(200)은 제1 케이싱(200a)과, 제2 케이싱(200b)을 구비할 수 있다. 제1 케이싱(200a)은 카트리지 조립체(100)를 둘러싼 후 외부의 진동이나 충격으로부터 카트리지 조립체(100)를 보호하도록 형성되고, 제2 케이싱(200b)은 제1 케이싱(200a)에 결합되어 기판보호체(500)를 둘러싼 후 외부의 진동이나 충격으로부터 기판보호체(500)를 보호하도록 형성될 수 있다. 여기서, 케이싱(200)은 제1 케이싱(200a)과 제2 케이싱(200b)이 분리된 형태로 제조되어 용접과 같은 다양한 방식으로 상호 결합될 수 있다. 도 1을 참조하여 예를 들어 설명하면, 케이싱(200)이 금속 재질의 플레이트로 제조되는 경우 케이싱(200)은 전면 플레이트(210)와, 후면 플레이트(220)와, 측면 플레이트(230)와, 상면 플레이트(240)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 케이싱(200a)은 측면 플레이트(230)와 상면 플레이트(240)가 일체형으로 형성되고, 제2 케이싱(200b)은 전면 플레이트(210) 또는 후면 플레이트(220)로 구성되며, 제1 케이싱(200a)과 제2 케이싱(200b)이 용접, 특히, 레이저 용접 등에 의해 상호 결합될 수 있다. 다만, 각각의 플레이트들(210, 220, 230, 240)을 결합하는 방식이 레이저 용접에 한정되는 것은 아니며, 레이저 용접을 제외한 다양한 방식의 용접을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 플레이트들(210, 220, 230, 240)이 리벳, 볼트, 핀, 브라켓 또는 모멘트 접합 방식 등의 다양한 방식에 의해 결합되는 것을 배제하는 것은 아니다. 여기서, 제1 케이싱(200a)과 제2 케이싱(200b)이 접합되어 용접되는 용접부(261)에는 플라스틱 재질의 기판보호체(500)가 근접하게 위치하여 용접시 발생되는 열에 의해 변형될 수 있으며, 다만, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)에 기판보호체(500)가 결합된 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 카트리지 조립체(100)에 기판보호체(500)가 결합된 형상이 육면체 형상으로 마련되는 경우, 케이싱(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다.
케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)를 수납하기 위해 개구부(250)가 형성될 수 있다. 도 1에서는 케이싱(200)의 하측에 개구부(250)가 형성되며, 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)의 상측으로부터 카트리지 조립체(100)를 수납하여 둘러싸도록 마련되지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 케이싱(200)의 상측에 개구부(250)가 형성되고 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)의 하측으로부터 카트리지 조립체(100)를 수납하여 둘러싸도록 마련될 수도 있다.
케이싱(200)에는 전술한 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부로 노출될 수 있는 관통부(270)가 형성될 수 있다. 즉, 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)는 외부의 소정 부품 내지 부재와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이러한 전기적 연결이 케이싱(200)에 의해 방해되지 않도록 케이싱(200)에 관통부(270)가 형성된다. 그리고, 도 1 및 도 2를 참조하면, 케이싱(200)에 형성된 관통부(270)를 통해 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 케이싱(200)의 외부로 노출되어 외부 구성과 연결될 수 있다. 관통부(270)는 케이싱(200)의 적어도 일면을 절개하도록 형성될 수 있다. 여기서, 관통부(270)가 반드시 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부로 노출되도록 절개되어 형성될 필요는 없으며, 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부 구성과 전기적으로 연결될 수만 있다면 전선 등이 들어갈 수 있는 작은 구멍으로 형성될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 커버(300)는 케이싱(200), 특히, 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 즉, 케이싱(200)과 커버(300)의 결합에 의해 형성되는 공간에 카트리지 조립체(100)가 수용되며, 외부의 진동이나 충격으로부터 카트리지 조립체(100)가 보호될 수 있다.
커버(300)는 용접, 볼트, 핀 등의 다양한 방식에 의해 케이싱(200)에 결합될 수 있으며, 바람직하게는 후술하는 바와 같이 후크 부재(400)에 의해 결합될 수 있다.
커버(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 케이싱(200)의 하측에 개구부(250)가 형성되는 경우 케이싱(200)의 하측에서 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 이 경우, 커버(300)는 카트리지 조립체(100)의 하측을 보호한다. 다만, 커버(300)의 결합위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에 도시되지는 않았지만, 케이싱(200)의 상측에 개구부(250)가 형성되는 경우 커버(300)는 케이싱(200)의 상측에서 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 이 경우, 커버(300)는 카트리지 조립체(100)의 상측을 보호한다.
도 1을 참조하면, 기판보호체(500)는 카트리지 조립체(100)에 결합되어 배터리 모듈(10) 내부의 다양한 기판을 보호한다. 그리고, 기판보호체(500)는 플라스틱재로 마련되어 사출 성형으로 제조될 수 있다. 기판은 각종 전기 회로가 구비되는 판으로, 기판에는 전기에너지를 전달하도록 마련되는 버스바(Bus Bar)가 포함될 수 있다. 즉, 기판보호체(500)는 기판과, 기판에 구비된 버스바를 보호할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이싱(200)과 커버(300)는 후크 부재(400)가 구비되어 선택적으로 결합 및 결합해제될 수 있다. 케이싱(200)과 커버(300)는 볼팅 내지 용접으로 결합될 수도 있지만, 케이싱(200)과 커버(300)가 볼팅으로 결합되는 경우 볼트의 삽입을 위한 작업 공간이 확보되어야 하므로 필요 이상의 공간이 낭비되는 문제점이 있으며, 케이싱(200)과 커버(300)가 용접으로 결합되는 경우 배터리 모듈(10) 내부에 셀 스웰링 등의 이상 현상 발생시 분리가 극히 어려운 문제점이 있다. 하지만, 케이싱(200)과 커버(300)가 후크 부재(400)를 사용하여 결합되는 경우 결합이 용이하고 볼팅시와 같은 작업 공간이 필요 없어 낭비되는 공간이 없으며, 배터리 모듈(10) 내부에 이상 현상 발생시 쉽게 분리하여 이를 처리할 수 있는 효과가 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서 케이싱(200)과 커버(300)가 볼팅 내지 용접에 의해 결합되는 것을 배제하는 것은 아니며, 필요에 따라 케이싱(200)과 커버(300)는 볼팅 및 용접을 포함하는 보다 다양한 방식에 의해 결합될 수 있음을 밝혀 둔다.
후크 부재(400)는 후크 돌기(410)와, 상기 후크 돌기(410)가 체결되는 체결공(420)으로 마련될 수 있다. 도 1을 참조하면, 후크 돌기(410)는 하나 이상 구비되어 케이싱(200)에 마련될 수 있고, 체결공(420)은 후크 돌기(410)의 개수와 위치에 대응되도록 커버(300)에 마련될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 후크 돌기(410)는 하나 이상 구비되어 커버(300)에 마련될 수 있고, 체결공(420)은 후크 돌기(410)의 개수와 위치에 대응되도록 케이싱(200)에 마련될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 용접부를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 기판보호체의 본체가 케이싱으로부터 이격된 모습의 측단면도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 간격유지부(520)는 기판을 덮어서 보호하는 기판보호체(500)의 본체(510)가 케이싱(200)으로부터 미리 설정된 간격(D, 도 4 참조)으로 이격되도록 마련될 수 있다. 전술한 바와 같이, 케이싱(200)은 예를 들어, 금속 재질의 플레이트가 분리형으로 제조되어 용접, 특히, 레이저 용접 등에 의해 상호 결합될 수 있고, 기판보호체(500)는 플라스틱재로 마련되어 사출 성형으로 제조될 수 있다. 그리고, 케이싱(200)은 기판보호체(500)를 보호하기 위해 기판보호체(500)를 수납하여 둘러싼다. 여기서, 케이싱(200)이 기판보호체(500)를 둘러싸는 경우, 케이싱(200)과 기판보호체(500)의 본체(510)는 근접하게 배치되며, 예를 들어, 분리형으로 마련되는 복수의 금속 재질 플레이트가 레이저 용접에 의해 상호 결합되면, 레이저 용접으로부터 발생되는 열에너지에 의해 플라스틱 재질의 기판보호체(500)가 열변형 내지 훼손될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 간격유지부(520)에 의해 기판보호체(500)의 본체(510)와 케이싱(200)이 소정 간격(D)으로 이격되도록 마련될 수 있다. 여기서, 기판보호체(500)의 본체(510)와 케이싱(200) 사이의 소정 간격(D)은 레이저 용접을 포함하는 다양한 용접에 의해 발생되는 열로부터 기판보호체(500)의 본체(510)가 열변형이 발생되지 않을 정도의 간격(D)을 의미할 수 있다. 그리고, 간격유지부(520)는 기판보호체(500)의 본체(510)로부터 돌출되는 돌기로 구성될 수 있는데, 돌기가 본체(510)로부터 돌출되어 케이싱(200)에 접촉되면 케이싱(200)이 본체(510)에 직접 닿지 않으므로, 기판보호체(500)의 본체(510)와 케이싱(200) 사이에 간격(D)이 형성될 수 있다. 돌기는 기판보호체(500)의 본체(510)의 길이, 크기, 면적 등을 고려하여, 그 개수와 간격 사이의 거리 등이 결정될 수 있다. 그리고, 돌기는 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 돌기가 복수로 마련되는 경우 복수의 돌기 사이의 거리는 일정할 수도 있고 또는 서로 다른 거리를 가질 수도 있다.
한편, 간격유지부(520)가 길이방향으로 형성되는 경우 간격유지부(520)의 길이(L1)는, 이에 대응되는 케이싱(200)의 길이(L2)보다 작게 구성될 수 있다(도 3 참조). 즉, 케이싱(200)에는 간격유지부(520)에 접촉되지 않는 비접촉부(260)가 구비될 수 있으며, 여기서, 비접촉부(260)는 본체(510)로부터 미리 결정된 간격으로 이격된다. 그리고, 비접촉부(260)에는 용접이 이루어지는 용접부(261)가 형성되어 비접촉부(260)를 통해, 예를 들어, 레이저 용접이 이루어질 수 있다. 만약, 간격유지부(520)의 길이(L1)가 케이싱(200)의 길이(L2)와 동일하게 구성된다면, 케이싱(200)을 용접하는 경우 용접시 발생되는 열에 의해 간격유지부(520)가 열변형될 수 있다. 즉, 기판보호체(500)의 본체(510)는 케이싱(200)으로부터 이격되어 있어 용접시 열변형이 발생되지 않지만, 간격유지부(520)는 케이싱(200)에 직접 접촉하고 있으므로 용접시 열변형이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 간격유지부(520)의 길이(L1)가 케이싱(200)의 길이(L2)보다 작게 구성되고, 케이싱(200)에는 간격유지부(520)에 접촉되지 않는 비접촉부(260)가 구비되며, 케이싱(200)과 간격유지부(520)가 접촉되지 않고 있는 비접촉부(260)를 통해, 예를 들어, 레이저 용접이 시행되므로, 간격유지부(520)의 열변형도 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용에 대해 설명한다.
도 1의 부분 확대도를 참조하면, 간격유지부(520)는 기판보호체(500)의 본체(510)로부터 돌출되는 돌기로 마련될 수 있다. 간격유지부(520)는 복수개로 형성될 수 있으며 도 3 및 도 4를 참조하면, 간격유지부(520)는 케이싱(200)에 접촉될 수 있다. 그리고, 케이싱(200)에는 간격유지부(520)에 접촉되지 않는 비접촉부(260)가 구비될 수 있으며, 예를 들어, 레이저 용접은 비접촉부(260)의 용접부(261)를 통해 이루어질 수 있다.
이러한 간격유지부(520)에 의해 기판보호체(500)의 본체(510)와 케이싱(200) 사이에 간격(D)이 유지되므로 케이싱(200)을 용접하더라도 기판보호체(500)의 본체(510)는 용접시 발생하는 열에 의한 열변형이 방지될 수 있다. 그리고, 간격유지부(520)가 접촉되지 않는 케이싱(200)의 비접촉부(260)를 통해 용접이 이루어지므로 간격유지부(520) 역시 열변형이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 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.
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체;
    상기 카트리지 조립체에 결합되는 기판보호체;
    상기 카트리지 조립체와 상기 기판보호체를 수납하여 상기 카트리지 조립체와 상기 기판보호체를 둘러싸는 케이싱; 및
    상기 케이싱에 결합될 수 있는 커버를 포함하며,
    상기 기판보호체의 본체가 상기 케이싱으로부터 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있도록, 상기 기판보호체에는 간격유지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간격유지부는, 상기 본체로부터 돌출되어 상기 케이싱에 접촉되는 적어도 하나의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케이싱에는 상기 간격유지부에 접촉되지 않는 비접촉부가 구비되며, 상기 비접촉부는 상기 본체로부터 미리 결정된 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비접촉부는 용접이 이루어지는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱은,
    상기 카트리지 조립체를 둘러싸는 제1 케이싱; 및
    상기 제1 케이싱에 결합되며, 상기 기판보호체를 둘러싸는 제2 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 케이싱과 상기 제2 케이싱은 분리된 형태로 마련되어 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 케이싱과 상기 제2 케이싱은 레이저 용접에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판보호체는 플라스틱재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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