KR100875606B1 - Secondary battery module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결하여 충방전이 가능한 고출력 대용량의 이차전지 모듈 또는 팩에 관한 것으로, 플레이트 또는 바람직하게는 상호 분리되어 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 단위전지들을 적층하여 장착하고, 전지의 전압, 전류 및 온도를 센싱하고 전지를 제어하며 과전류시 단전을 행하는 등의 회로부들이 모듈의 측면에 연속하여 설치되어 있어서, 소망하는 전기 용량 및 출력에 따라 유연성있게 확장 및 축소가 용이하고, 단위전지간들의 전기적 연결을 안정적으로 행할 수 있으며, 전지 모듈을 구성하는 소자들의 장착과 전기적 연결을 위한 배선 등이 콤팩트하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 단위전지들의 모듈 내 장착도 간단한 방식으로 실현될 수 있고 또한 효율적인 방열이 이루어질 수 있다.
The present invention relates to a high-output large capacity secondary battery module or pack capable of charging and discharging by electrically connecting a plurality of unit cells, wherein the unit cells are stacked and mounted between a plate or an upper case and a lower case which are preferably separated from each other. In addition, circuit parts such as sensing the voltage, current and temperature of the battery, controlling the battery, and powering down the battery during overcurrent are continuously installed on the side of the module, so it is easy to expand and contract flexibly according to the desired electric capacity and output. In addition, the electrical connection between the unit cells can be performed stably, and the mounting of the elements constituting the battery module and the wiring for the electrical connection can be made compact, and the mounting of the unit cells in the module can be realized in a simple manner. And efficient heat dissipation can be achieved.
Description
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 모식적 사시도이다;1 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 측면도이다;2 is a side view of FIG. 1;
도 3a는 도 1의 전지 모듈에서 하부 케이스와 그 위에 단위전지들이 적층되는 과정의 모식도이다;3A is a schematic diagram illustrating a process of stacking a lower case and unit cells thereon in the battery module of FIG. 1;
도 3b는 도 1의 전지 모듈에서 하부 케이스의 하면 사시도이다;3B is a bottom perspective view of the lower case in the battery module of FIG. 1;
도 4는 도 1의 전지 모듈에서 상부 케이스의 하면 사시도이다.
4 is a bottom perspective view of the upper case in the battery module of FIG.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
100: 전지 모듈 200: 상부 케이스100: battery module 200: upper case
300: 하부 케이스 400: 단위전지300: lower case 400: unit cell
500: 제 1 회로부 600: 제 2 회로부500: first circuit portion 600: second circuit portion
700: 제 3 회로부 800: 패스너700: third circuit portion 800: fastener
900: 절연부재 1000: 양면 접착 테이프
900: insulation member 1000: double-sided adhesive tape
본 발명은 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결하여 충방전이 가능한 고출력 대용량의 이차전지 모듈 또는 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플레이트 또는 바람직하게는 상호 분리되어 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 단위전지들을 적층하여 장착하고, 전지의 전압, 전류 및 온도를 센싱하고 전지를 제어하며 과전류시 단전을 행하는 등의 회로부들이 모듈의 측면에 연속하여 설치되어 있어서, 전체적으로 콤팩트하고 소망하는 전기 용량 및 출력에 따라 유연성있게 설계의 변경이 가능하며 구성소자들이 안정적으로 장착되어 있는 이차전지 모듈을 제공한다.The present invention relates to a high-output large capacity secondary battery module or pack capable of charging and discharging by electrically connecting a plurality of unit cells, and more particularly, a unit between an upper case and a lower case which are separated from each other or a plate. Circuit parts such as stacking batteries, sensing battery voltage, current and temperature, controlling batteries, and powering down during overcurrent are continuously installed on the side of the module to provide overall compact and desired electric capacity and output. Accordingly, it is possible to flexibly change the design and provide a rechargeable battery module in which components are stably mounted.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. In addition, the secondary battery has attracted attention as an energy source of electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc. which are proposed as a solution for air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. Therefore, the type of applications using the secondary battery is very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다. As the application fields and products of secondary batteries are diversified as described above, the types of batteries are also diversified to provide outputs and capacities suitable for them. In addition, batteries applied to the art and products are strongly required for small size and light weight.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 소형 경량의 전지 셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(또는 "전지 팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지 모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지 모듈을 제조하려고 노력하고 있다. 또한, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 외부로부터 많은 충격, 진동 등을 받는 디바이스들은 전지 모듈을 구성하는 소자들간의 전기적 연결상태와 물리적 결합상태가 안정적이어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.For example, small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, and the like are used with one or three or four small and light battery cells per device according to the miniaturization tendency of the products. On the other hand, medium and large devices such as electric bicycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., due to the need for high output and large capacity, battery modules (or sometimes referred to as "battery packs") that electrically connect a plurality of battery cells are used. Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodation space and output of the medium and large devices, manufacturers are trying to manufacture a battery module that is as small and lightweight as possible. In addition, devices that receive a lot of shocks and vibrations from the outside, such as electric bicycles and electric vehicles, should have a stable electrical connection state and physical coupling state between the elements constituting the battery module. Safety aspects are also important because they must be implemented.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 중대형 디바이스 분야에서 이차전지가 사용되는 제품들이 다양해짐에 따라 그에 알맞은 전기 용량과 출력을 제공할 수 있는 다양한 전기 모듈이 필요하며, 더욱이 동일한 제품군이라 하더라도 제품의 크기가 다른 경우에는 그에 따라 요구되는 전기 용량과 출력 또한 달라지므로 전지 모듈의 설계도 변경되어야 한다.In addition, as described above, as the products using secondary batteries in the medium and large device field are diversified, various electric modules capable of providing appropriate capacitance and output are required. In this case, the required capacitance and output also vary, so the design of the battery module must be changed.
종래의 중대형 이차전지 모듈은 일정한 크기의 케이스(하우징) 내부에 다수의 단위전지들을 수납하여 전기적 연결을 행한 구조로 이루어져 있고, 그러한 케이스의 외면에 상기 단위전지들의 전압, 전류, 온도 등을 검출하고 전지를 제어하는 등의 회로부들이 연결되어 있다. 그러나, 이러한 전지 모듈의 구조는 많은 문제점을 가지고 있다.The conventional medium-large size secondary battery module has a structure in which a plurality of unit cells are housed in a case (housing) of a predetermined size and electrically connected thereto, and the voltage, current, temperature, etc. of the unit cells are detected on the outer surface of the case. Circuit parts such as controlling the battery are connected. However, the structure of such a battery module has many problems.
첫째, 소망하는 전기 용량과 출력에 따라 전지 모듈을 확장 내지 축소하기가 용이하지 않다. 단위전지들은 일정한 크기의 케이스와 그러한 케이스에 부합하는 구조의 각종 소자들로 특정하여 디자인되어 있기 때문에, 일 예로, 출력을 높이기 위해 단위전지들을 추가할 경우, 전지 모듈 전체의 설계를 크게 변경하여야 하는 문제점을 가지고 있다.First, it is not easy to expand or contract the battery module depending on the desired capacitance and output. Since unit cells are specifically designed with a case of a certain size and various elements having a structure corresponding to such a case, when the unit cells are added to increase the output, for example, the design of the entire battery module must be greatly changed. I have a problem.
둘째, 단위전지들의 전기적 연결을 이루기가 용이하지 않기 때문에, 전지 모듈의 제조 과정이 복잡하고, 이들의 연결을 위한 부재의 특정한 구조는 전지 모듈 전체의 크기를 더욱 크게 만들며, 연결 상태 또한 높은 신뢰성을 제공하지 못한다. 전지 모듈의 단위전지로는 파우치형 전지가 많이 사용되고 있는데, 파우치형 전지들을 전기적으로 연결하기 위해서는 판상의 전극리드를 용접 등에 의해 상호 연결하여야 하지만, 전극 리드의 구조적인 측면에서 용이하지 않다. 예를 들어, 전극단자들에 버스 바를 용접하는 등의 방법이 사용되고 있지만, 앞서 설명한 바와 같은 근본적인 문제점을 가지고 있다.Second, since the electrical connection of the unit cells is not easy, the manufacturing process of the battery module is complicated, and the specific structure of the member for connecting them makes the overall size of the battery module larger, and the connection state also has high reliability. Can not provide. Pouch-type batteries are widely used as unit cells of the battery module. In order to electrically connect the pouch-type batteries, the plate-shaped electrode leads must be interconnected by welding or the like, but are not easy in terms of the structure of the electrode leads. For example, a method of welding a bus bar to electrode terminals is used, but has a fundamental problem as described above.
셋째, 케이스 외부에 장착되거나 전기적 연결을 위한 다수의 소자들과 배선들이 일반적으로 콤팩트(높은 밀집도)하게 구성되어 있지 않아서 전지 모듈의 크기를 크게 만들고 외부의 충격 등에 대해 높은 안전성을 제공하지 못한다.Third, a large number of devices and wirings mounted outside the case or for electrical connection are generally not compactly configured (high density), thereby increasing the size of the battery module and providing high safety against external shocks.
넷째, 모듈내에서 단위전지들간의 안정적인 결합을 위해 일반적으로 카트리지 등의 별도의 부재가 사용되고 있으며 이러한 부재는 전지 모듈의 조립 과정을 복잡하게 만들고 모듈의 전반적인 크기를 더욱 크게 만드는 문제점을 가지고 있다.
Fourth, a separate member such as a cartridge is generally used for a stable coupling between unit cells in the module, and such a member complicates the assembly process of the battery module and increases the overall size of the module.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 소망하는 전기 용량 및 출력에 따라 유연성있게 확장 및 축소가 용이하게 디자인된 전지 모듈을 제공한다.In particular, it is an object of the present invention to provide a battery module that is designed to be easily expanded and collapsed in accordance with the desired capacitance and output.
본 발명의 또다른 목적은 전지 모듈을 구성하는 각각의 소자들과 전기적 연결을 위한 배선 등이 콤팩트하게 이루어질 수 있도록 디자인된 전지 모듈을 제공한다.It is still another object of the present invention to provide a battery module designed to compactly configure wirings for electrical connection with respective elements of the battery module.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구조에 의해 단위전지간들의 전기적 연결을 안정적으로 행할 수 있도록 디자인된 전지 모듈을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a battery module designed to stably perform electrical connection between unit cells by a simple structure.
본 발명의 또다른 목적은 단위전지들을 간단한 방식으로 모듈내에 장착할 수 있고 효율적인 방열이 이루어질 수 있도록 디자인된 전지 모듈을 제공한다.
Yet another object of the present invention is to provide a battery module designed to mount unit cells in a module in a simple manner and to provide efficient heat dissipation.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 충방전할 수 있는 모듈로서, 충방전이 가능한 이차전지인 다수의 단위전지들이 적층되는 플레이트와, 전지의 작동을 제어하는 회로부를 포함하는 것으로 구성되어 있다. The battery module according to the present invention for achieving the above object is a module capable of electrically charging and discharging a high output large capacity by electrically connecting a plurality of unit cells, a plurality of unit cells which are chargeable and dischargeable secondary batteries are stacked And a circuit portion for controlling the operation of the battery.
상기 플레이트는 단위전지들이 적층될 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 단위전지들의 설장을 용이하게 할 수 있도록 단위전지의 크기에 상응하는 수납부가 형성되어 있는 케이스 구조일 수 있으며, 또한 바람직하게는 상기 케이스가 적층된 단위전지들의 상부와 하부를 각각 덮는 분리형 구조일 수 있다.The plate is not particularly limited as long as it is a structure in which the unit cells can be stacked, and may be a case structure in which an accommodating part corresponding to the size of the unit cell is formed so as to facilitate the installation of the unit cells. The case may have a separate structure covering upper and lower portions of the unit cells in which the case is stacked.
하나의 바람직한 예에서, 상기 이차전지 모듈은,In one preferred example, the secondary battery module,
충방전이 가능한 이차전지인 다수의 단위전지들; A plurality of unit cells which are rechargeable batteries capable of charging and discharging;
상기 단위전지들이 순차적으로 적층되는 상단 수납부를 포함하고 있는 장방형의 하부 케이스;A rectangular lower case including an upper accommodating portion in which the unit cells are sequentially stacked;
상기 하부 케이스 상에 적층된 단위전지들의 상단을 덮을 수 있는 하단 수납부를 포함하고 있는 장방형의 상부 케이스; A rectangular upper case including a lower accommodating part covering an upper end of unit cells stacked on the lower case;
적층된 단위전지들의 전기적 연결을 행하고, 전지의 전압 및/또는 전류를 검출하는 센싱 보드 어셈블리를 포함하고 있는 제 1 회로부; A first circuit unit including a sensing board assembly configured to electrically connect the stacked unit cells and detect a voltage and / or a current of the battery;
상기 제 1 회로부와 전기적으로 연결되어 있고, 모듈을 전반적으로 제어하는 메인 보드 어셈블리를 포함하고 있는 제 2 회로부; 및A second circuit portion electrically connected to the first circuit portion and including a main board assembly for overall control of the module; And
상기 제 2 회로부에 전기적으로 연결되어 있고, 과충전, 과방전 및/또는 과전류를 방지하면서 외부 출력단자와 연결되는 제 3 회로부;A third circuit portion electrically connected to the second circuit portion and connected to an external output terminal while preventing overcharge, overdischarge, and / or overcurrent;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.It is configured to include.
본 발명에 따른 전지 모듈의 전반적인 폭과 길이는 단위전지보다 약간 큰 정도이므로 전체 크기가 매우 작다. 따라서, 모듈화에 의한 팩의 부피증가가 최소화되므로, 적용되는 외부 기기 또는 장치에 효과적으로 장착될 수 있다. Since the overall width and length of the battery module according to the present invention is slightly larger than the unit cell, the overall size is very small. Therefore, since the volume increase of the pack due to the modularization is minimized, it can be effectively mounted on the external device or device to be applied.
상기 단위전지는 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 리튬 이차전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 중량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이차전지가 바람직하게 사용될 수 있다. 리튬 이차전지는 형태에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분되는데, 그 중 높은 집적도로 적층될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지가 바람직하며, 가벼운 중량의 파우치형 전지가 특히 바람직하다.The unit cell is not particularly limited as long as it is a secondary battery capable of charging and discharging, and examples thereof include lithium secondary batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, and the like. Among them, a lithium secondary battery that provides a high output to weight may be preferably used. The lithium secondary battery is classified into a cylindrical battery, a square battery, a pouch-type battery, etc., depending on the shape, among which a rectangular battery and a pouch-type battery that can be stacked with high integration are preferable, and a light weight pouch-type battery is particularly preferable. .
본 발명의 바람직한 예에서 전지 모듈은 상부 케이스와 하부 케이스가 서로 분리되어 있어서, 필요에 따라 용량 및 출력을 변경하고자 할 때, 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 단위전지를 추가 또는 제거하는 함으로써 유연적인 설계가 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, the battery module is designed to be flexible by adding or removing unit cells between the upper case and the lower case when the upper case and the lower case are separated from each other, and when the capacity and output are to be changed as necessary. Is possible.
상부 케이스와 하부 케이스의 전체적인 크기는 대략 단위전지의 크기에 상응하는 정도이다. 따라서, 단위전지가 수납되는 하부 케이스의 상단 수납부와 상부 케이스의 하단 수납부는 단위전지의 본체 크기에 상응한다.The overall size of the upper case and the lower case is about the size of the unit cell. Therefore, the upper accommodating part of the lower case in which the unit cell is accommodated and the lower accommodating part of the upper case correspond to the body size of the unit cell.
하나의 바람직한 예에서, 적층되는 단위전지들의 사이에는 양면 접착부재가 개재될 수 있다. 이러한 양면 접착부재는 단위전지들이 더욱 안정적으로 적층되어 전지 모듈내에 고정될 수 있도록 하여 준다. 상기 양면 접착부재의 예로는 양면 접착 테이프를 들 수 있지만 그것만으로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 한 개의 적층면에 상호 이격된 둘 또는 그 이상의 양면 접착부재를 개재시킬 수 있다. 이 경우, 적층된 단위전지 사이에는 상기 이격되어 있는 양면 접착부재들로 인해 일정한 공간이 확보되는데, 이러한 이격 공간은 충방전시 단위전지의 체적 변화를 완충하는 작용을 하며, 동시에 단위전지의 발열을 돕는다.In one preferred example, a double-sided adhesive member may be interposed between the unit cells to be stacked. This double-sided adhesive member allows the unit cells to be more stably stacked and fixed in the battery module. Examples of the double-sided adhesive member include a double-sided adhesive tape, but is not limited thereto. Preferably, two or more double-sided adhesive members spaced apart from each other may be interposed on one lamination surface. In this case, a predetermined space is secured by the double-sided adhesive members spaced apart between the stacked unit cells, and the separation space functions to buffer a volume change of the unit cell during charge and discharge, and simultaneously generates heat of the unit cell. Help.
단위전지들은 그것의 전극 리드가 동일한 방향으로 배향되도록 적층되는데, 바람직하게는, 단위전지들과의 결합을 견고히 하고 동시에 전기적 연결을 위한 연결단자의 접촉을 용이하게 할 수 있도록, 단위전지들의 전극 리드에는 관통구에 형성되어 있고, 상기 관통구를 연결하는 연결부재가 상부 케이스와 하부 케이스에 결합되어 있는 구조일 수 있다.The unit cells are stacked so that their electrode leads are oriented in the same direction. Preferably, the electrode cells of the unit cells can be firmly bonded to the unit cells and at the same time facilitate contact of the connection terminals for electrical connection. It may be formed in the through hole, the connecting member connecting the through hole may be a structure coupled to the upper case and the lower case.
제 1 회로부는 단위전지들을 병렬 또는 직렬로 연결하기 위한 연결단자들과 각각의 단위전지로부터 전압 및/또는 전류 신호를 수신하검출기 위한 센싱 보드 어셈블리를 포함하고 있다. 바람직하게는 제 1 회로부에서 단위전지의 전압 신호를 수신한다. 온도는 센싱 보드 어셈블리 또는 메인 보드 어셈블리에서 전지 전체의 온도로서 측정될 수 있다. 상기 제 1 회로부는 바람직하게는 단위전지의 전극리드 방향으로 모듈의 측면에 부착되어 있다.The first circuit unit includes connection terminals for connecting unit cells in parallel or in series, and a sensing board assembly for receiving and detecting voltage and / or current signals from each unit cell. Preferably, the first circuit unit receives the voltage signal of the unit cell. The temperature may be measured as the temperature of the entire cell in the sensing board assembly or the main board assembly. The first circuit portion is preferably attached to the side of the module in the electrode lead direction of the unit cell.
상기 연결단자의 구성은 단위전지들의 병렬 또는 직렬 방식의 연결을 위한 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 연결단자들 사이에 과전류 또는 과열의 발생시 전류를 차단하는 안전소자가 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 안전소자의 예로는 퓨즈, 바이메탈, PTC 소자 등을 들 수 있다.The configuration of the connection terminal is not particularly limited as long as it is a structure for connecting unit cells in parallel or in series. Preferably, the connection terminal may have a structure in which a safety device for blocking current when an overcurrent or overheating is connected. Examples of such safety devices include fuses, bimetals, PTC devices, and the like.
상기 센싱 보드 어셈블리는 바람직하게는 PCB로 되어 있고 각 단위전지에 전기적으로 연결되어 있는 구조일 수 있다.The sensing board assembly may be a structure which is preferably made of a PCB and electrically connected to each unit cell.
제 2 회로부는 제 1 회로부와 함께 단위전지의 전극리드 방향에 함께 부착될 수도 있고, 하부 기판의 하단 수납부에 장착될 수도 있으며, 또는 제 1 회로부의 맞은편인 모듈의 대향 측면에 부착될 수도 있다. 바람직하게는 하부 기판의 하단 수납부에 장착된다. 이 경우, 단위전지들은 제 1 회로부를 경유하여 하부 케이스의 하단 수납부에 장착되어 있는 제 2 회로부에 전기적으로 연결되며, 전지의 작동은 제 2 회로부의 메인 보드 어셈블리에서 제어된다.The second circuit portion may be attached together with the first circuit portion in the electrode lead direction of the unit cell, may be mounted on the lower accommodating portion of the lower substrate, or may be attached to the opposite side of the module opposite the first circuit portion. have. Preferably it is mounted to the lower housing of the lower substrate. In this case, the unit cells are electrically connected to the second circuit unit mounted on the lower housing of the lower case via the first circuit unit, and the operation of the battery is controlled in the main board assembly of the second circuit unit.
전지의 충전 및 방전시 과충전, 과방전, 과전류 등을 제어하며 외부 기기에 접속되는 모듈의 최종 소자인 제 3 회로부 역시 제 1 회로부와 함께 단위전지의 전극리드 방향에 함께 부착될 수도 있고, 하부 기판의 하단 수납부에 장착될 수도 있으며, 또는 제 1 회로부의 맞은편인 모듈의 대향 측면에 부착될 수도 있다. 바람직하게는 제 1 회로부의 맞은편인 모듈의 대향 측면에 부착된다. 충전 및 방전시의 과전류 제어는 바람직하게는 제 3 회로부에 포함되어 있는 FET 등과 같은 스위칭 소자에 의해 실행될 수 있다.The third circuit part, which is the final element of the module connected to an external device and controls overcharge, overdischarge, overcurrent and the like during charging and discharging of the battery, may also be attached to the electrode lead direction of the unit cell together with the first circuit part. It may be mounted on the bottom receiving portion of, or may be attached to the opposite side of the module opposite the first circuit portion. It is preferably attached to opposite sides of the module opposite the first circuit portion. The overcurrent control at the time of charging and discharging can be preferably performed by a switching element such as a FET included in the third circuit section.
상기에서 회로부들의 일부 또는 전체는 병합된 구조일 수 있으며, 가장 바람직하게는, 제 2 회로부는 하부 기판의 하단 수납부에 장착되어 있고 제 3 회로부는 제 1 회로부의 맞은편인 모듈의 대향 측면부에 부착된 구조로 이루어져 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 전지 모듈은 전지의 작동과 관련한 회로부들이 모듈을 감싼 형태로 연결되어 있어서 모듈의 전체적인 크기가 대폭 축소되어 있다. In the above, some or all of the circuit parts may have a merged structure, and most preferably, the second circuit part may be mounted on the lower housing part of the lower substrate, and the third circuit part may be disposed on the opposite side part of the module opposite the first circuit part. It is made of attached structure. In this case, in the battery module according to the present invention, circuit parts related to operation of the battery are connected in a form in which the module is wrapped so that the overall size of the module is greatly reduced.
본 발명에 따른 전지 모듈은 고출력 대용량의 중대형 전지 시스템에 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 고출력 대용량의 범위는 특별히 한정되지 않는다.The battery module according to the present invention can be preferably used in a medium-to-large battery system of high output large capacity, the range of the high output large capacity is not particularly limited.
예를 들어, 본 발명에 따른 전지는 전기자전거(E-bike), 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량의 동력원 등을 포함하여 다양한 분 야와 제품들의 전원으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전지 모듈은 콤팩트한 구조 등으로 인해 전기자전거의 동력원으로 특히 바람직하다.
For example, the battery according to the present invention can be used as a power source for various fields and products, including power sources of vehicles such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like. The battery module according to the present invention is particularly preferable as a power source of an electric bicycle due to its compact structure and the like.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.In the following, with reference to the drawings according to embodiments of the present invention in more detail, this is to help the understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도와 측면도가 모식적으로 도시되어 있다. 1 and 2 schematically show a perspective view and a side view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 을 참조하면, 전지 모듈(100)은 상부 케이스(200), 하부 케이스(300), 다수의 단위전지들(400), 제 1 회로부(500), 제 2 회로부(도시하지 않음) 및 제 3 회로부(700)를 포함하고 있다. 단위전지들(400)은 서로 분리되어 있는 상부 케이스(200)와 하부 케이스(300) 사이에 적층되어 있으며, 제 1 회로부(500)는 전지 모듈(100)의 정면에 위치하고, 제 2 회로부는 저면에 위치하며, 제 3 회로부(700)는 배면에 위치한다.1 and 2, the
상부 케이스(200)와 하부 케이스(300)가 분리되어 있으므로, 적층될 수 있는 단위전지(400)의 수는 그것에 의해 한정되지 않으며, 그러한 단위전지(400)의 적층 수에 따라 제 1 회로부(500)와 제 3 회로부(700)만을 변경하면, 소망하는 전기 용량과 출력의 전지 모듈(100)을 용이하게 디자인할 수 있다. 또한, 단위전지들(400)이 노출되어 있으므로, 충방전시 단위전지들(400)의 방열을 효율적으로 이룰 수 있다.
Since the
도 3a에는 도 1의 전지 모듈에서 하부 케이스의 상면 사시도와 단위전지가 함께 도시되어 있고, 도 3b에는 제 2 회로부가 장착된 상태의 하부 케이스의 하면 사시도가 도시되어 있다.3A illustrates a top perspective view of a lower case and a unit cell in the battery module of FIG. 1, and FIG. 3B illustrates a bottom perspective view of a bottom case with a second circuit unit mounted thereon.
우선, 도 3a를 참조하면, 하부 케이스(300)는 단위전지(400)의 외형에 거의 상응하는 장방형의 구조물로서 단위전지(400)가 수납되는 상단 수납부(310)를 포함하고 있다. 하부 케이스(300)는 높은 강도와 전기 절연성의 부재로서, 바람직하게는 ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC (polycarbonate), PBT (Polybutylene Terephthalate) 등의 플라스틱 수지로 되어 있다. First, referring to FIG. 3A, the
하부 케이스(300) 상에 적층되는 파우치형 이차전지(400)는 전지 본체(410)의 상단에 양극 리드(420)와 음극 리드(430)가 각각 돌출되어 있다. 이들 전극 리드(420, 430)에는 관통구(440)이 천공되어 있어서, 다수의 단위전지들(400, 401)이 적층된 상태에서 별도의 연결부재, 예를 들어, 패스너(800)가 관통구(440)에 삽입되고 하부 케이스(300) 상의 고정홈(320)을 통해 그것의 하단면에서 너트(도시하지 않음) 등을 사용해 고정할 수 있다. In the pouch type
단위전지들(400, 401) 사이에는 전기적 절연을 위해 전극 리드(420, 430) 상에 절연부재(900)가 설장되며, 절연부재(900)에는 전극 리드(420, 430)의 관통구(440)가 체결될 수 있는 돌기(910)가 형성되어 있다. 돌기(910)에는 관통구(920)가 형성되어 있어서, 돌기(910)의 관통구(920)를 통과하는 패스너(800)가 전극 리드(420, 430)와 전기적 절연 상태가 유지될 수 있도록 하여 준다.An insulating
또한, 단위전지(400)의 본체(410)에는 양면 접착 테이프(1000)가 각각 2 개 씩 부착되어 있어서 적층되는 단위전지(410)과의 안정적인 결합을 더욱 보장한다. 더욱이, 적층된 단위전지들(400, 401)은 양면 접착 테이프(1000)의 두께 만큼 이격되므로, 그러한 이격 홈은 충방전시 단위전지들(400, 401)의 체적 변화를 완충하며 충방전시 단위전지들(400, 410)의 발열을 효과적으로 발산시킬 수 있다.In addition, two double-sided
하부 케이스(300)의 하단면에는, 도 3b에서 보는 바와 같이, 하단 수납부(330)에 제 2 회로부(600)가 장착되어 있으며, 제 1 회로부(500)로부터의 양극과 음극을 통전하기 위한 전선들(340, 342)이 제 3 회로부(700)에 연결될 수 있도록 배선되어 있다. 또한, 제 1 회로부(500)의 센싱 보드 어셈블리(510)와 전기적으로 연결하고 제 3 회로부(700)와 전기적으로 연결하기 위한 전선들(610, 612)도 배선되어 있다. 제 2 회로부(600)는 그것을 외부로부터 보호하기 위하여 덮개(620)로 밀폐되어 있다. As shown in FIG. 3B, the
도 4에는 도 1의 전지 모듈에 사용된 상부 케이스의 하면 사시도가 도시되어 있다.4 is a perspective view of the lower surface of the upper case used in the battery module of FIG.
도 4를 참조하면, 상부 케이스(200)는 단위전지(도 3a의 400)의 상단부가 도포될 수 있도록 그것의 크기에 상응하는 하단 수납부(210)가 형성되어 있으며, 단위전지(400) 전극 리드의 관통구에 대응하는 위치에 구멍(220)이 천공되어 있다.Referring to FIG. 4, the
상부 케이스(200)는 하부 케이스(300)와 동일하거나 또는 그와 다른 절연성 부재로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 하부 케이스(300)와 동일한 플라스틱 수지로 이루어져 있다.The
상기에서는 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였지 만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
In the above described the present invention with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention based on the above various applications and modifications within the scope of the present invention It will be possible.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지 모듈은 소망하는 전기 용량 및 출력에 따라 유연성있게 확장 및 축소가 용이하고, 단위전지간들의 전기적 연결을 안정적으로 행할 수 있으며, 전지 모듈을 구성하는 소자들의 장착과 전기적 연결을 위한 배선 등이 콤팩트하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 단위전지들의 모듈 내 장착도 간단한 방식으로 실현될 수 있고 또한 효율적인 방열이 이루어질 수 있도록 디자인되어 있다. 따라서, 본 발명 전지 모듈은 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같이 중대형 전지 모듈에 다양하게 적용될 수 있다.As described above, the battery module according to the present invention can be easily expanded and contracted flexibly according to a desired electric capacity and output, can stably perform electrical connection between unit cells, and mount the elements constituting the battery module. The wiring for the electrical connection and the like can be made compact, and the mounting of the unit cells in the module can be realized in a simple manner and the heat dissipation is designed to be efficient. Therefore, the battery module of the present invention may be variously applied to medium and large battery modules such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like.
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