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WO2021101075A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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WO2021101075A1
WO2021101075A1 PCT/KR2020/014196 KR2020014196W WO2021101075A1 WO 2021101075 A1 WO2021101075 A1 WO 2021101075A1 KR 2020014196 W KR2020014196 W KR 2020014196W WO 2021101075 A1 WO2021101075 A1 WO 2021101075A1
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WO
WIPO (PCT)
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battery
battery cells
bus bar
module
battery module
Prior art date
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PCT/KR2020/014196
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English (en)
French (fr)
Inventor
구자언
유재욱
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 Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution 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
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Priority to ES20889856T priority patent/ES2974969T3/es
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Priority to EP20889856.9A priority patent/EP4019179B1/en
Publication of WO2021101075A1 publication Critical patent/WO2021101075A1/ko
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    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
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    • 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
    • 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, a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • Secondary batteries with high ease of application and high energy density according to product group are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement in that they do not generate any by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using at least one battery module. It is common to construct a battery pack.
  • the battery cells are composed of cylindrical cells, generally, a plurality of cylindrical cells stacked together, a bus bar member electrically connecting the plurality of cylindrical cells, and such a bus bar member, cylindrical cells And a module case for accommodating various electric components constituting the battery module.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of stably supporting battery cells, a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • another object of the present invention is to provide a battery module capable of improving the safety of battery cells by preventing damage to battery cells due to external shock, etc., a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • the present invention provides a battery module, comprising: a module case in which a predetermined accommodation space is provided; A plurality of battery cells accommodated in the module case; A plurality of bus bar members provided above the plurality of battery cells and electrically connecting the plurality of battery cells; A support plate disposed between the plurality of battery cells and the plurality of bus bar members to support the plurality of bus bar members; And a foam member filled in the space between the plurality of battery cells at the bottom of the support plate.
  • Filling of the foam member is performed through a dispenser unit containing the foam member, and the support plate may be provided with at least one filling guide insertion port for guiding the injection of the foam member through the dispenser unit. .
  • the at least one filling guide insertion hole may be disposed on an upper side corresponding to a space between the plurality of battery cells in a height direction of the module case.
  • the support plate may include a plate body coupled to the module case above the plurality of battery cells; And a plurality of bus bar supports provided on the plate body, disposed spaced apart from each other by a predetermined distance, and on which the plurality of bus bar members are seated.
  • the at least one filling guide insertion hole may be provided on the plurality of bus bar supports.
  • a plurality of the filling guide insertion openings may be provided, and the plurality of filling guide insertion openings may be provided on each bus bar support.
  • the plurality of filling guide insertion holes may be disposed at a predetermined distance apart from each other along a length direction of each bus bar support.
  • a guide wall protruding to a predetermined height to support side surfaces of the plurality of bus bar members may be provided on the upper side of the plurality of bus bar supports.
  • a guide rib having a shape corresponding to the battery cells facing each other may be provided below the plurality of bus bar supports.
  • the guide rib may at least partially contact the upper side of the plurality of battery cells so as to support the upper side of the plurality of battery cells.
  • the plurality of battery cells are provided as cylindrical battery cells, and the cylindrical battery cells may be stacked in a horizontal direction inside the module case.
  • the present invention provides a battery pack, comprising: at least one battery module according to the above-described embodiments; And a pack case for packaging the at least one battery module.
  • the present invention provides a vehicle, comprising: at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of stably supporting battery cells, a battery pack including such a battery module, and a vehicle may be provided.
  • a battery module capable of improving the safety of battery cells by preventing damage to battery cells due to external shock, etc.
  • a battery pack including such a battery module, and a vehicle may be provided. have.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial exploded perspective view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case body according to another embodiment of the module case of the battery module of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a plan view of the battery module of FIG. 2 excluding a case cover and a bus bar member.
  • FIG. 5 is a view for explaining a support plate of the battery module of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view for explaining a main part of the support plate of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a bottom perspective view of the support plate of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a bottom view of the support plate of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view for explaining a support plate according to another embodiment of the battery module of FIG. 4.
  • FIG. 10 and 11 are views for explaining a state of filling the foam member of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial exploded perspective view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view illustrating another embodiment of a module case of the battery module of FIG. 4 is a plan view of the battery module of FIG. 2 excluding a case cover and a bus bar member
  • FIG. 5 is a view for explaining a support plate of the battery module of FIG. 4
  • FIG. 6 Is a view for explaining the main part of the support plate of Figure 5
  • Figure 7 is a bottom perspective view of the support plate of Figure 5
  • Figure 8 is a bottom view of the support plate of Figure 7
  • Figure 9 is a battery module of Figure 4 It is a view for explaining a support plate according to another embodiment.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a module case 200, a bus bar member 300, a circuit board assembly 400, a support plate 500, and a foam member. It may include 600.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 is limited to being provided as a cylindrical battery cell, which is a cylindrical secondary battery.
  • the battery cells 100 may be provided in plurality.
  • the plurality of battery cells 100 may be accommodated in a module case 200 to be described later.
  • the plurality of battery cells 100 may be stacked in the module case 200 to be described later along the horizontal direction of the module case 200 to be described later.
  • the module case 200 may accommodate the battery cell 100 and various electronic components constituting the battery module 10. To this end, a predetermined accommodation space may be provided in the module case 200.
  • the module case 200 may include a case body 210 and a case cover 250.
  • the case body 210 has the accommodation space, and may accommodate the plurality of battery cells 100 and various electronic components constituting the battery module 10.
  • a plurality of cell insertion holes 235 may be formed on the inner bottom surface of the case body 230.
  • the plurality of cell insertion holes 235 may be provided to correspond to the number of the plurality of battery cells 100.
  • a bottom portion of the plurality of battery cells 100 may be inserted into the plurality of cell insertion holes 235. Accordingly, the plurality of battery cells 100 accommodated in the module case 230 may be more stably accommodated in the module case 230.
  • an adhesive or the like may be applied to the inside of the plurality of cell insertion holes 235.
  • the plurality of battery cells 100 may be more stably fixed.
  • the case cover 250 forms an upper side of the module case 200 and is mutually coupled with the case bodies 210 and 230 to package the battery cells 100 inside the module case 200. have.
  • the bus bar member 300 is provided above the plurality of battery cells 100 and may electrically connect the plurality of battery cells 100.
  • a plurality of the bus bar members 300 may be provided, and the plurality of bus bar members 300 may be disposed spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the circuit board assembly 400 may be electrically connected to the plurality of bus bar members 300.
  • the circuit board assembly 400 may sense the voltage or temperature of the battery cells 100.
  • the circuit board assembly 400 may be provided with a terminal for connecting to an external power source or the like, and a control board for managing the battery cells 100 may be provided.
  • the support plate 500 is disposed between the plurality of battery cells 100 and the plurality of bus bar members 300, and may support the plurality of bus bar members 300.
  • the support plate 500 may include a plate body 510, a bus bar support 530, and a guide rib 550.
  • the plate body 510 may be coupled to the module case 200 above the plurality of battery cells 100.
  • the plate body 510 may be disposed between the case bodies 210 and 230 of the module case 200 and the case cover 250.
  • the bus bar support 530 may be provided in plural.
  • the plurality of bus bar supports 530 may be provided on the plate main body 510 and disposed at a predetermined distance apart from each other, and the plurality of bus bar members 300 may be mounted thereon.
  • a plurality of predetermined spaces S may be provided between the plurality of bus bar supports 530.
  • the foam member 600 may be injected through the dispenser unit D to be described later through the plurality of predetermined spaces S.
  • the plurality of busbar supports 530 may include a guide wall 535.
  • the guide wall 535 is provided on the upper side of the plurality of bus bar supports 530 and may protrude to a predetermined height to support side surfaces of the plurality of bus bar members 300. Through the guide wall 535, the plurality of bus bar members 300 may be more stably seated and fixed on the bus bar support 530.
  • the guide ribs 550 are provided in plurality, and the plurality of guide ribs 550 are provided under the plurality of bus bar supports 530 and have a shape corresponding to the battery cells 100 facing each other. I can have it.
  • the plurality of guide ribs 550 may at least partially contact the upper side of the plurality of battery cells 100 so as to support the upper side of the plurality of battery cells 100.
  • the upper side of the plurality of battery cells 100 may be disposed at least partially fitted to the upper side of the plurality of guide ribs 300. Accordingly, the plurality of battery cells 100 may be more stably supported inside the module case 200.
  • the plurality of guide ribs 550 may be at least partially adhered to the plurality of battery cells 100 through an adhesive or the like. In this case, the plurality of battery cells 100 may be fixed while being supported more stably than inside the module case 200.
  • the support plate 505 may further include a filling guide insertion hole 570.
  • the filling guide insertion hole 570 may be provided in a hole shape having a predetermined size for guiding the injection of the foam member 600 to be described later through the dispenser unit D to be described later.
  • the filling guide insertion hole 570 may be provided in plural.
  • the plurality of filling guide insertion holes 570 may be provided in the plurality of bus bar supports 530. Specifically, the plurality of filling guide insertion openings 570 may be provided in each bus bar support 530 and may be spaced apart from each other by a predetermined distance along the length direction of each bus bar support 530.
  • the plurality of filling guide insertion holes 570 may be disposed on an upper side corresponding to a space between the plurality of battery cells 100 in a height direction of the module case 200. Through the plurality of filling guide insertion holes 570, the foam member 600 to be described later may be filled, and the filling efficiency of the foam member 600 to be described later may be further increased.
  • the foam member 600 is for preventing the flow of the plurality of battery cells 100 and may be filled in the space between the plurality of battery cells 100 at the bottom of the support plate 500. .
  • the foam member 600 may be provided with a composite material capable of filling a predetermined space.
  • the foam member 600 may be provided with rubber foam, urethane foam, foam glass, etc., but is not limited thereto, and may be provided with a material capable of filling other spaces.
  • the foam member 600 may be filled in the module case 200 through a dispenser unit D incorporating the foam member 600.
  • FIG. 10 and 11 are views for explaining a state of filling the foam member of the battery module of FIG. 1.
  • the foam member 600 is provided to prevent the flow of the battery cells 100 and to support and fix the battery cells 100 more stably. Can be filled.
  • the filling of the foam member 600 may be performed through a dispenser unit D incorporating the foam member 600.
  • a filling nozzle for injecting the foam member 600 may be provided at an end of the dispenser unit D.
  • the filling of the foam member 600 is provided between the bus bar support 530 of the support plate 500 on the upper side of the plate body 510 of the support plate 500. It may be performed by injecting the foam member 600 of the dispenser unit D into a predetermined space S. That is, the injection of the foam member 600 through the dispenser unit D may be performed directly above the plate body 510 of the support plate 500 through the predetermined space S.
  • the manufacturing efficiency of the battery module 10 can be significantly improved.
  • the filling of the foam member 600 in addition to the predetermined space (S) between the bus bar support 530 of the support plate 500, also through the filling guide insertion hole 570.
  • An operator such as a manufacturer may insert the filling nozzle of the dispenser unit D to inject the foam member 600 through the filling guide insertion hole 570.
  • the foam member 600 may be more evenly filled in the space between the battery cells 100, so that the distribution uniformity of the foam member 600 in the space between the battery cells 100 It can be further improved.
  • the foam member 600 can be injected more simply and directly, and the foam member 600 is between the battery cells 100 It can be filled more homogeneously within the space.
  • the operator, etc. mounts other electrical components constituting the battery module 10 into the case bodies 210 and 230 of the module case 200, and then attaches the case cover 250 to the case. It can be mutually coupled to the main body (210, 230).
  • FIG. 12 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes at least one battery module 10 according to the previous embodiment and a pack case 50 for packaging the at least one battery module 10. I can.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V as a fuel source for the vehicle V.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and other ways in which the battery pack 1 can be used as a fuel source.
  • the battery pack 1 may be provided in other devices, devices, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle V.
  • the battery pack 1 according to the present embodiment and the apparatus, apparatus, and equipment including the battery pack 1 such as the vehicle V include the battery module 10 described above.
  • a battery pack 1 having all of the advantages of one battery module 10 and a device, apparatus, and equipment such as a vehicle V including the battery pack 1 may be implemented.
  • a battery module 10 capable of stably supporting the battery cells 100, a battery pack 1 including the battery module 10, and a vehicle V are provided. can do.
  • a battery module 10 capable of improving the safety of the battery cells 100 by preventing damage to the battery cells 100 due to an external shock, etc., such a battery module 10 A battery pack 1 and a vehicle V including) may be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 소정의 수용 공간이 마련되는 모듈 케이스, 모듈 케이스 내에 수용되는 배터리 셀들, 배터리 셀들의 상측에 구비되며, 배터리 셀들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바부재, 버스바부재를 지지할 수 있게 배터리 셀들과 버스바부재 사이에 배치되는 지지 플레이트 및 지지 플레이트 저부에서 배터리 셀들 사이 공간에 충진되는 폼부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 11월 20일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2019-0149839호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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 점에서 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 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/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 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈의 경우, 구체적으로, 배터리 셀들이 원통형 셀들로 구성될 경우, 일반적으로, 상호 적층되는 복수 개의 원통형 셀들, 복수 개의 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바부재 및 이러한 버스바부재, 원통형 셀들 및 배터리 모듈을 구성하는 각종 전장 부품 등을 수용하는 모듈 케이스를 포함하여 구성된다.
그러나, 종래 배터리 모듈의 경우, 원통형 셀들의 구조적 형상에 따라, 셀들 사이에 소정 간격이 발생하게 되어, 외부 충격 등의 발생 시, 배터리 셀들 사이의 유동이 빈번하게 이루어져, 배터리 셀들의 파손 등의 우려가 커지는 문제가 있다.
그러므로, 보다 안정적으로 배터리 셀들을 지지하고, 외부 충격 등에 의한 배터리 셀들의 파손 등을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 보다 안정적으로 배터리 셀들을 지지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은, 외부 충격 등에 의한 배터리 셀들의 파손 등을 방지하여 배터리 셀들의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 소정의 수용 공간이 마련되는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 수용되는 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하기 위한 복수 개의 버스바부재; 상기 복수 개의 버스바부재를 지지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들과 상기 복수 개의 버스바부재 사이에 배치되는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트 저부에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 충진되는 폼부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 폼부재의 충진은, 상기 폼부재를 내장하는 디스펜서 유닛을 통해 수행되며, 상기 지지 플레이트에는, 상기 디스펜서 유닛을 통한 상기 폼부재의 주입을 가이드 하는 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구;가 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구는, 상기 모듈 케이스의 높이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 대응되는 상측에 배치될 수 있다.
상기 지지 플레이트는, 상기 복수 개의 배터리 셀들 상측에서, 상기 모듈 케이스와 결합되는 플레이트 본체; 및 상기 플레이트 본체에 구비되고, 상호 소정 거리 이격 배치되며, 상기 복수 개의 버스바부재가 안착되는 복수 개의 버스바 지지대;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구는, 상기 복수 개의 버스바 지지대에 마련될 수 있다.
상기 충진 가이드 삽입구는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구는, 각각의 버스바 지지대에 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구는, 각각의 버스바 지지대의 길이 방향을 따라, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 버스바 지지대의 상측에는, 상기 복수 개의 버스바부재의 측면을 지지하기 위해 소정 높이로 돌출된 가이드 벽;이 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 버스바 지지대의 하측에는, 마주 하는 배터리 셀들에 대응되는 형상을 갖는 가이드 리브;가 구비될 수 있다.
상기 가이드 리브는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측을 지지할 수 있게, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측과 적어도 부분적으로 접촉될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들은, 원통형 배터리 셀로 마련되며, 상기 원통형 배터리 셀들은, 상기 모듈 케이스의 내부에서 수평 방향을 따라 적층될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 안정적으로 배터리 셀들을 지지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 외부 충격 등에 의한 배터리 셀들의 파손 등을 방지하여 배터리 셀들의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 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 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 모듈 케이스의 다른 실시예에 따른 케이스 본체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 배터리 모듈의 케이스 커버와 버스바부재를 제외한 평면도이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 지지 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 지지 플레이트의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 지지 플레이트의 저면 사시도이다.
도 8은 도 7의 지지 플레이트의 저면도이다.
도 9는 도 4의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 지지 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 1의 배터리 모듈의 폼부재의 충진 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 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 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 모듈 케이스의 다른 실시예에 따른 케이스 본체를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2의 배터리 모듈의 케이스 커버와 버스바부재를 제외한 평면도이며, 도 5는 도 4의 배터리 모듈의 지지 플레이트를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 지지 플레이트의 주요부를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5의 지지 플레이트의 저면 사시도이며, 도 8은 도 7의 지지 플레이트의 저면도이며, 도 9는 도 4의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 지지 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 버스바부재(300), 회로 보드 어셈블리(400), 지지 플레이트(500) 및 폼부재(600)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 원통형 이차 전지인 원통형 배터리 셀로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 후술하는 모듈 케이스(200) 내부에 수용될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 후술하는 모듈 케이스(200)의 내부에서, 후술하는 모듈 케이스(200)의 수평 방향을 따라 적층될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 배터리 셀(100) 및 상기 배터리 모듈(10)을 구성하는 각종 전장 부품 등을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 소정의 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 모듈 케이스(200)는, 케이스 본체(210) 및 케이스 커버(250)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(210)는, 상기 수용 공간이 형성되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 및 상기 배터리 모듈(10)을 구성하는 각종 전장 부품 등을 수용할 수 있다.
한편, 도 3에 개시된 바와 같이, 케이스 본체(230)의 내부 저면에는, 복수 개의 셀 삽입구(235)가 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 셀 삽입구(235)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 개수에 대응되게 구비될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 셀 삽입구(235)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)가 저부가 삽입될 수 있다. 이에 따라, 상기 모듈 케이스(230) 내부에 수용되는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은, 보다 안정적으로 상기 모듈 케이스(230) 내부에 수용될 수 있다.
아울러, 상기 복수 개의 셀 삽입구(235) 내부에 접착제 등이 도포될 수도 있다. 이 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)이 보다 더 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 케이스 커버(250)는, 상기 모듈 케이스(200)의 상측을 형성하며, 상기 케이스 본체(210, 230)와 상호 결합되어 상기 배터리 셀들(100)을 상기 모듈 케이스(200) 내부에 패키징할 수 있다.
상기 버스바부재(300)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 상기 버스바부재(300)는, 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 버스바부재(300)는, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 회로 보드 어셈블리(400)는, 상기 복수 개의 버스바부재(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 회로 보드 어셈블리(400)는, 상기 배터리 셀들(100)의 전압이나 온도 등을 센싱할 수 있다. 아울러, 상기 회로 보드 어셈블리(400)에는, 외부 전원 등과 연결하기 위한 터미널이 구비될 수 있으며, 상기 배터리 셀들(100)의 관리하는 제어 보드 등이 구비될 수 있다.
상기 지지 플레이트(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 상기 복수 개의 버스바부재(300) 사이에 배치되며, 상기 복수 개의 버스바부재(300)를 지지할 수 있다.
이러한 상기 지지 플레이트(500)는, 플레이트 본체(510), 버스바 지지대(530) 및 가이드 리브(550)를 포함할 수 있다.
상기 플레이트 본체(510)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 상측에서, 상기 모듈 케이스(200)와 결합될 수 있다. 이러한 상기 플레이트 본체(510)는, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 케이스 본체(210, 230)와 상기 케이스 커버(250) 사이에 배치될 수 있다.
상기 버스바 지지대(530)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 버스바 지지대(530)는, 상기 플레이트 본체(510)에 구비되고, 상호 소정 거리 이격 배치되며, 상기 복수 개의 버스바부재(300)가 안착될 수 있다.
상기 복수 개의 버스바 지지대(530)의 사이 사이에는, 복수 개의 소정 공간(S)이 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 소정 공간(S)을 통해, 후술하는 디스펜서 유닛(D)을 통한 폼부재(600)의 주입이 수행될 수 있다.
상기 복수 개의 버스바 지지대(530)는, 가이드 벽(535)을 포함할 수 있다.
상기 가이드 벽(535)는, 상기 복수 개의 버스바 지지대(530)의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 버스바부재(300)의 측면을 지지하기 위해 소정 높이로 돌출될 수 있다. 이러한 상기 가이드 벽(535)을 통해, 상기 복수 개의 버스바부재(300)는, 보다 더 안정적으로 상기 버스바 지지대(530) 상에 안착 및 고정될 수 있다.
상기 가이드 리브(550)는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 가이드 리브(550)는, 상기 복수 개의 버스바 지지대(530)의 하측에 구비되며, 마주 하는 배터리 셀들(100)에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 가이드 리브(550)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측을 지지할 수 있게, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측과 적어도 부분적으로 접촉될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측은, 상기 복수 개의 가이드 리브(300)의 상측에 적어도 부분적으로 끼워져 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 보다 안정적으로 지지될 수 있다.
아울러, 상기 복수 개의 가이드 리브(550)는 접착제 등을 통해 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 적어도 부분적으로 접착될 수도 있다. 이 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 보다 더 안정적으로 지지되면서 고정될 수 있다.
한편, 도 9에 개시된 바와 같이, 지지 플레이트(505)는, 충진 가이드 삽입구(570)를 더 포함할 수 있다.
상기 충진 가이드 삽입구(570)는, 후술하는 디스펜서 유닛(D)을 통한 후술하는 폼부재(600)의 주입을 가이드 할 수 있는 소정 크기의 홀 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 상기 충진 가이드 삽입구(570)는, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구(570)는, 상기 복수 개의 버스바 지지대(530)에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구(570)는, 각각의 버스바 지지대(530)에 마련되어, 각각의 버스바 지지대(530)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구(570)는, 상기 모듈 케이스(200)의 높이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 대응되는 상측에 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구(570)를 통해, 후술하는 폼부재(600)가 충진될 수 있으며, 후술하는 폼부재(600)의 충전 효율을 보다 더 높일 수 있다.
상기 폼(Foam)부재(600)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 유동을 방지하기 위한 것으로서, 상기 지지 플레이트(500) 저부에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 충진될 수 있다.
상기 폼부재(600)는, 소정 공간을 충진할 수 있는 복합 재료로 구비될 수 있다. 이러한 상기 폼부재(600)는, 러버 폼, 우레탄 폼, 폼 글라스 등으로 구비될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 기타 공간을 충진시킬 수 있는 재질로 마련될 수 있다.
이러한 상기 폼부재(600)는, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 시, 상기 폼부재(600)를 내장하는 디스펜서 유닛(D)을 통해, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 충진될 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 폼부재(600)의 구체적인 충진 모습에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 10 및 도 11은 도 1의 배터리 모듈의 폼부재의 충진 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)에는, 상기 배터리 셀들(100)의 유동을 방지하고 상기 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 지지 및 고정할 수 있게, 상기 폼부재(600)가 충진될 수 있다. 이러한 상기 폼부재(600)의 충진은, 상기 폼부재(600)를 내장하는 디스펜서 유닛(D)을 통해 수행될 수 있다. 상기 디스펜서 유닛(D)의 단부에는 상기 폼부재(600) 주입을 위한 충진 노즐이 마련될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 폼부재(600)의 충진은, 상기 지지 플레이트(500)의 상기 플레이트 본체(510) 상측에서, 상기 지지 플레이트(500)의 상기 버스바 지지대(530) 사이 사이에 마련된 상기 소정 공간(S)으로의 상기 디스펜서 유닛(D)의 폼부재(600) 주입으로써 수행될 수 있다. 즉, 상기 디스펜서 유닛(D)을 통한 상기 폼부재(600) 주입은 상기 소정 공간(S)을 통해 상기 지지 플레이트(500)의 상기 플레이트 본체(510) 상측에서 직접적으로 수행될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 디스펜서 유닛(D)의 상기 폼부재(600) 주입이 보다 더 간편하게 수행될 수 있기에, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 효율이 현저히 개선될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 폼부재(600)의 충진은, 상기 지지 플레이트(500)의 상기 버스바 지지대(530) 사이의 소정 공간(S) 외에, 상기 충진 가이드 삽입구(570)를 통해서도 수행될 수 있다. 제조자 등의 작업자 등은, 상기 충진 가이드 삽입구(570)를 통해서도, 상기 디스펜서 유닛(D)의 충진 노즐을 삽입하여 상기 폼부재(600)를 주입할 수 있다.
이에 따라, 상기 폼부재(600)는, 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이 공간에 보다 더 균일하게 채워질 수 있어, 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이 공간에 상기 폼부재(600)의 분포 균일성이 보다 더 향상될 수 있다.
본 실시예에서는, 이러한 상기 지지 플레이트(500, 505)를 통해, 상기 폼부재(600)가 보다 더 간편하고 직접적으로 주입될 수 있으며, 상기 폼부재(600)가 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이 공간 내에 보다 더 균질하게 채워질 수 있다.
이러한 상기 폼부재(600) 주입이 완료되면, 상기 작업자 등은, 상기 버스바부재(300)를 상기 지지 플레이트(500)의 상기 버스바 지지대(530)에 안착시켜 상기 회로 보드 어셈블리(400)와 연결시킬 수 있다.
이후, 상기 작업자 등은, 상기 배터리 모듈(10)을 구성하는 기타 다른 전장 부품 등을 상기 모듈 케이스(200)의 상기 케이스 본체(210, 230) 내에 장착시킨 다음 상기 케이스 커버(250)를 상기 케이스 본체(210, 230)에 상호 결합시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 폼부재(600)를 통해 상기 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 지지함과 아울러 외부 충격 등으로부터 상기 배터리 셀들(100)의 유동을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 외부 충격 등에 의한 상기 배터리 셀들(100)의 파손 등의 위험을 현저히 낮출 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차(V)의 연료원으로써, 자동차(V)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차(V)와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차(V) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 안정적으로 배터리 셀들(100)을 지지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 외부 충격 등에 의한 배터리 셀들(100)의 파손 등을 방지하여 배터리 셀들(100)의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (13)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    소정의 수용 공간이 마련되는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내에 수용되는 복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하기 위한 복수 개의 버스바부재;
    상기 복수 개의 버스바부재를 지지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들과 상기 복수 개의 버스바부재 사이에 배치되는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트 저부에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 충진되는 폼부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폼부재의 충진은,
    상기 폼부재를 내장하는 디스펜서 유닛을 통해 수행되며,
    상기 지지 플레이트에는,
    상기 디스펜서 유닛을 통한 상기 폼부재의 주입을 가이드 하는 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구는,
    상기 모듈 케이스의 높이 방향에서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 대응되는 상측에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들 상측에서, 상기 모듈 케이스와 결합되는 플레이트 본체; 및
    상기 플레이트 본체에 구비되고, 상호 소정 거리 이격 배치되며, 상기 복수 개의 버스바부재가 안착되는 복수 개의 버스바 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충진 가이드 삽입구는,
    상기 복수 개의 버스바 지지대에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충진 가이드 삽입구는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구는,
    각각의 버스바 지지대에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 충진 가이드 삽입구는,
    각각의 버스바 지지대의 길이 방향을 따라, 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 버스바 지지대의 상측에는,
    상기 복수 개의 버스바부재의 측면을 지지하기 위해 소정 높이로 돌출된 가이드 벽;이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 버스바 지지대의 하측에는,
    마주 하는 배터리 셀들에 대응되는 형상을 갖는 가이드 리브;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가이드 리브는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측을 지지할 수 있게, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측과 적어도 부분적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들은,
    원통형 배터리 셀로 마련되며,
    상기 원통형 배터리 셀들은,
    상기 모듈 케이스의 내부에서 수평 방향을 따라 적층되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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