KR101403930B1 - 콤팩트한 구조의 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈; 상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및 상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

콤팩트한 구조의 전지팩 {Battery Pack of Compact Structure}
본 발명은, 콤팩트한 구조의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈; 상기 전지모듈이 장착되는 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및 상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재; 를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
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(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원 또는 통신사의 중계기용 비상전원으로 사용됨에 따라 모듈 케이스는 보다 콤팩트하고 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있도록 하는 체결수단이 필요하다.
그러나, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하거나 또는 소정 단위의 전지셀들로 이루어진 셀 모듈 다수를 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 전지 시스템 전체의 크기는 커지게 된다.
한편, 이와 같은 고출력 대용량의 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전지모듈의 크기를 고려하여, 많은 전지셀들을 적층할수록 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로들을 형성하게 되는데, 이로 인해 냉각 구조의 설계가 복잡해지는 문제점이 발생한다. 즉, 냉매의 유입구 대비 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로는 높은 압력 손실을 유발하게 되어, 냉매의 유입구 및 배출구의 형태와 위치 등을 설계하는데 많은 어려움이 따른다. 또한, 이러한 압력 손실을 방지하기 위하여 팬이 추가적으로 설치되기도 하므로, 전력 소모와 팬 소음, 공간 등과 같이 설계상의 제약이 따를 수 있다.
따라서, 이러한 크기 증가 및 복잡한 구조는 앞서 설명한 바와 같은 측면에서 바람직하지 않으며, 보다 콤팩트하고 안정성이 우수한 체결구조 및 냉각 효율성을 가지는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 기계적 체결을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정한 구조의 팩 케이스에 의해 높은 방열효과를 이룸으로써, 전지팩 전체의 크기를 최소화하면서 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;
상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;
상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및
상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재;
를 포함하고 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은 셀 모듈 적층체가 상단 플레이트 및 하단 플레이트 사이에 고정된 전지모듈을 팩 케이스에 탑재한 후 팩 커버로 덮은 구조로서, 팩 케이스, 팩 커버의 체결과 체결용 연장부재에 대한 체결이 한 곳에서 동시에 달성된다.
따라서, 전지모듈 및 전지팩을 상호 체결하기 위한 많은 부재들을 필요로 하고 결합을 위한 용접을 수행하는 종래의 체결구조와 비교하여 조립성이 향상되고 전지모듈의 전체 크기가 감소하여 보다 콤팩트하고 안정적인 전지팩 구조를 달성할 수 있다.
상기 상단 플레이트와 하단 플레이트는 셀 모듈 적층체의 구조적 안정성을 높이면서 열전도율을 높일 수 있도록, 바람직하게는 평면상 중공형 구조의 직사각형으로 이루어져 있으며, 더욱 바람직하게는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 중공형 구조의 상단에는 전지셀 내로 복사열이 유입되는 것을 막기 위한 단열부재가 장착되는 것이 바람직하며, 이러한 단열부재는 다공성 고분자 수지로 이루어져 있고, 예를 들어, 스티로폼일 수 있다.
상기 상단 플레이트와 하단 플레이트의 상호 체결구조는, 플레이트의 설계 구조 등에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있으나, 예를 들어, 상단 플레이트와 하단 플레이트의 4 모서리에는 셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구들이 각각 형성되어 있는 구조가 구조적 안정성 측면에서 더욱 바람직하다.
특히, 상기와 같이 상단 플레이트와 하단 플레이트의 4모서리에 관통구들이 형성되어 있는 구조는, 전지모듈이 대략 직육면체 형상인 경우, 상단 플레이트와 하단 플레이트의 사이에 적재되어 있는 셀 모듈 적층체를 안전하게 보호하고 팩 케이스 및 팩 커버와의 체결 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 상단 플레이트와 팩 커버 사이에는 제어부가 위치하고 있을 수 있으며, 상기 제어부는 예를 들어 전지관리 시스템인 BMS(Battery Management System)일 수 있다.
상기 전지셀은 열융착을 위한 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 우수한 내구성을 발휘하는 외부 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 가벼운 중량의 파우치형 전지일 수 있다.
한편, 상기 전압 검출 어셈블리는,
(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;
(b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및
(c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;
를 포함하고 있고,
상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며,
상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 상기 전압 검출 어셈블리는 도전성 센싱부들이 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자에 접속되는 구조로 구성되어 있어서, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 검출이 가능한 구조를 가진다.
상기 구조에서, 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어져 있어서, 조립이 용이하고, 외부 충격의 인가시에도 도전성 센싱부와 전압 검출용 단자는 안정적인 전기적 연결 상태를 유지할 수 있다.
상기 버스 바는 바람직하게는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어질 수 있다.
또한, 버스 바는 전면으로 돌출된 형상으로 이루어져 있어서, 블록 케이스와의 결합이 용이하게 달성된다.
한편, 상기 팩 케이스 및 팩 커버는 상호 접촉 부위가 중첩 방식으로 조립되고, 상기 중첩 부위에서 팩 케이스와 팩 커버에는 각각 결합홈들이 천공되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기와 같이 팩 케이스와 팩 커버가 중첩방식으로 조립되는 구조는 팩 커버가 팩 케이스로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 팩 케이스와 팩 커버 상호간의 결합성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 중첩 부위의 결합홈들에 대응하여 체결용 연장부재에 결합홈이 형성되어 있고, 상기 결합홈들이 연통되도록 전지모듈, 팩 케이스 및 팩 커버가 상호 위치한 상태에서, 체결부재가 상기 결합홈들에 삽입되어 결합이 이루어질 수 있다.
즉, 동일한 위치에 각각 결합홈들이 천공되어 있고, 체결부재에 의해 한 곳에서 결합되므로, 조립 공정수가 감소하여 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
특히, 전지모듈이 팩 케이스 내부에 장착된 상태에서 체결용 연장부재의 결합홈은 팩 케이스의 결함홈의 높이와 일치되도록 구성함으로써, 조립 과정에서 결합홈들간의 체결을 보다 용이하게 수행하고 전지모듈과 팩 케이스를 안정적으로 결합할 수 있다.
상기 체결부재는 상호간의 체결을 용이하게 달성할 수 있는 부품이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체결용 나사 또는 볼트일 수 있다. 이러한 체결부재는 팩 케이스, 팩 커버 및 전지모듈의 결합을 더욱 공고히 달성할 수 있으므로 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩은 별도의 방열부재를 개재하지 않고도 주변의 공기에 의해 냉각효과를 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 상기 셀 모듈들에 대응하는 위치에서 팩 케이스 상에는 다수의 흡기구들이 천공되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 흡기구는 판상형의 셀 모듈에 대응하는 슬릿(slit) 형태로 이루어져 있고, 각 셀 모듈에 대응하여 다수 개가 형성되어 있다. 따라서, 공기는 셀 모듈별로 슬릿 형태의 흡기구를 통해 자연 순환식으로 유입되어 대략 직선의 거리로 전지팩을 통과하므로 냉각 효율이 향상되며, 전체적으로 콤팩트한 구조를 가진다.
또한, 상기 흡기구는 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 바람직하게는 그것의 상부가 스커트 구조로 되어 있어서, 공기는 약간 위쪽으로 기울어져 흡기구 쪽으로 유입된다.
본 발명에 따른 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등의 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다.
특히, 상기 구조의 전지팩은 전지셀들이 상하로 적층되어 있고, 전체적인 크기가 콤팩트하므로 통신사 중계기에 탑재되어 비상시 전원을 공급하는 UPS(Uninterruptible Power Supply)로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 기계적 체결을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은 별도의 흡입구를 포함하고 있어서, 전지팩 전체의 크기를 최소화하면서 냉각 효율성을 극대화할 수 있다.
도 1은 전지모듈에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지팩에서 팩 커버, 팩 케이스, 셀 모듈 적층체 및 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도이다;
도 5는 도 3의 전지팩의 사시도이다;
도 6은 도 5의 전지팩의 단면 투시 모식도이다;
도 7은 도 5의 A 부분의 확대도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도이다;
도 9는 도 8의 도전성 센싱부의 사시도이다;
도 10은 도 8의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도이다;
도 11은 도 10의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바들의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은, 파우치형 전지케이스(100) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 그것의 양극 및 음극 탭들(220, 230)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(222, 232)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(100)는 전극조립체(210)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(142)를 포함하는 케이스 본체(140)와 그러한 본체(140)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(150)로 이루어져 있다.
스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(210)는 다수의 양극 탭들(220)과 다수의 음극 탭들(230)이 각각 융착되어 전극단자(222, 232)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자(222, 232) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자(222, 232)와 전지케이스(100)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자(222, 232)의 상하면에 절연필름(240)이 부착된다.
케이스 본체(140)와 커버(150)는 외측 수지층(110), 차단성 금속층(120) 및 내측 수지층(130)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(130)은 케이스 본체(140)의 외면과 커버(150)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.
전해액이 함침된 전극조립체(210)를 수납부(142)에 안착한 상태에서 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)의 접촉부위를 열융착시키면 실링부가 형성된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지팩에서 팩 커버, 팩 케이스, 셀 모듈 적층체와 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(600)은 전지모듈(300); 전지모듈(300)이 장착되는 박스형의 팩 케이스(500); 팩 케이스(500)에 결합되는 팩 커버(510); 및 전지모듈(300)이 팩 케이스(500), 팩 커버(510)와 함께 결합할 수 있도록 전지모듈(300)의 상부로 돌출된 체결용 연장부재(94)를 포함하고 있다.
전지모듈(300)은 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체(70); 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트(80); 하단 플레이트(80) 상에 위치한 셀 모듈 적층체(70)의 최상부 카트리지(도시하지 않음)를 고정하는 상단 플레이트(90); 및 전압 검출 어셈블리(400)를 포함하고 있다.
상하단 플레이트(90, 80)의 중앙부에는 전지셀 내로 복사열이 유입되는 것을 막기 위한 단열재(91, 81)가 장착되어 있다.
또한, 상단 플레이트(90)와 하단 플레이트(89)의 4 모서리에는 셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재(93)가 삽입되는 관통구들(92)이 각각 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지팩의 단면 투시 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 3 및 도 4와 함께 참조하면, 팩 케이스(500) 및 팩 커버(510)는 상호 접촉 부위가 중첩 방식으로 조립되고, 중첩 부위에서 팩 케이스(500)와 팩 커버(510)에는 각각 결합홈들(520)이 천공되어 있다.
이러한 중첩 부위의 결합홈들(520)에 대응하여 체결용 연장부재(94)에 결합홈(95)이 형성되어 있고, 결합홈들(95, 520)이 연통되도록 전지모듈(300), 팩 케이스(500) 및 팩 커버(510)가 상호 위치한 상태에서, 체결용 나사 또는 볼트와 같은 체결부재(도시하지 않음)가 결합홈들(95, 520)에 삽입되어 상호 결합이 이루어진다.
또한, 전지모듈(300)이 팩 케이스(500) 내부에 장착된 상태에서 체결용 연장부재(94)의 결합홈(95)은 팩 케이스(500)의 결함홈(520)의 높이와 일치함으로써, 결합홈들(95, 520)간의 체결을 용이하게 수행하고 전지모듈(300)과 팩 케이스(500)를 안정적으로 결합시킨다.
도 7에는 도 5의 A 부분의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 도 5와 함께 참조하면, 다수의 흡기구들(550)이 셀 모듈(70)들에 대응하는 위치에서 팩 케이스(500) 상에 천공되어 있다.
흡기구(550)는 판상형의 셀 모듈(70)에 대응하는 슬릿 형태로 이루어져 있으며, 각 셀 모듈(70)에 대응하여 다수 개가 형성되어 있다. 따라서, 공기는 전지셀별로 흡기구(550)을 통해 유입되어 대략 직선의 거리로 전지팩을 통과하므로 냉각 효율이 높다.
또한, 흡기구(550)는 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 그것의 상부가 스커트 구조로 되어 있어서, 도 7의 화살표 방향과 같이, 공기는 약간 위쪽으로 기울어져 흡기구(550) 쪽으로 유입된다.
도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 도전성 센싱부의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 3 및 도 11과 함께 참조하면, 전압 검출 어셈블리(400)는 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈(300)의 전면 상에 장착되는 블록 케이스(10); 전지셀들의 전극단자 연결부(도시하지 않음)와 전기적 접속되어 있는 버스 바(40a)의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자(44)에 각각 접속되는 도전성 센싱부들(20); 및 도전성 센싱부들(20)의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터(30)로 이루어져 있다.
블록 케이스(10)는 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들(12)을 포함하고 있어서, 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들(20)을 장착하고 있고, 도전성 센싱부들(20)은 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)에 장착된 상태에서 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)와 접속되어 있다.
또한, 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)은 도전성 센싱부(20) 별로 독립적으로 형성되어 있고, 도전성 센싱부들(20)은 전면으로부터 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클형 구조로 이루어져 있다.
구체적으로, 도전성 센싱부(20)는 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클부(22)와 통전용 와이어(24)를 포함하고 있고, 리셉터클부(22)는 통전용 와이어(24)에 대해 직각의 연결 구조를 형성하고 있다.
도전성 센싱부들(20)은 각각 와이어(24)에 의해 커넥터에 연결되어 있으며, 와이어들(24)은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프(32)로 감싸여 있다.
또한, 블록 케이스(10)의 전면에는 와이어들(24)을 안정적으로 고정하기 위해 집게 형상의 체결구들(14)이 전면 방향으로 돌출되어 있다.
블록 케이스(10)의 양측 단부에는 장착용 절연부재(50)의 슬릿과 결합하기 위한 체결돌기(16)가 측면으로 돌출되어 있고, 체결돌기(16)의 상부에는 장착용 절연부재(50)의 전압 검출 어셈블리용 안착부(54) 내면에 슬라이딩하여 체결되는 슬라이딩 돌기(18)가 측면으로 돌출되어 있다.
도 10에는 도 8의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 3과 함께 참조하면, 버스 바(40a)는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체(42), 및 판상형 본체(42)의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자(44)로 이루어져 있다.
버스 바들 중, 양극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40b)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)를 더 포함하고 있다.
또한, 본체(42)와 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)의 사이에는 과전류시 단락을 유도하기 위해 본체(42)의 수직 단면적 대비 40%의 수직 단면적을 가지는 좁은 구간의 만입부(48)가 형성되어 있다.
버스 바들 중, 음극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40c)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면 및 상향으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)를 더 포함하고 있다.
제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)와 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈(45)이 천공되어 있다.
장착용 절연부재(50)는 셀 모듈 적층체(70)의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로서, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈(51)이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들(52)이 양 측면에 형성되어 있다.
또한, 장착용 절연부재(50)의 전면에는 외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)가 양측 단부에 형성되어 있어서 버스 바들(40a 40b, 40c)의 외부 입출력 단자 접속부(44)들을 안정적으로 탑재하고, 전압 검출 어셈블리용 안착부(54)가 중앙 부위에 형성되어 있어서 전압 검출 어셈블리(400)를 안정적으로 탑재하고 있다.
외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)에는 체결용 만입부가 형성되어 있고, 전극단자 관통홈(52)을 통해 전면으로 노출된 전지셀의 전극단자 연결부(도시하지 않음)는 전극단자 관통홈(52)에 장착되어 있는 버스 바(40a)의 상단면과 전기적 접속되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;
    상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;
    상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및
    상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재;
    를 포함하고,
    상기 전압 검출 어셈블리는,
    (a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;
    (b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및
    (c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;
    를 포함하고 있으며,
    상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있고,
    상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 하단 플레이트는 평면상 중공형 구조의 직사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 중공형 구조의 상단에는 단열부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 하단 플레이트의 4 모서리에는 셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 팩 커버 사이에는 제어부가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스 및 팩 커버는 상호 접촉 부위가 중첩 방식으로 조립되고, 상기 중첩 부위에서 팩 케이스와 팩 커버에는 각각 결합홈들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 중첩 부위의 결합홈들에 대응하여 체결용 연장부재에 결합홈이 형성되어 있고, 상기 결합홈들이 연통되도록 전지모듈, 팩 케이스 및 팩 커버가 상호 위치한 상태에서, 체결부재가 상기 결합홈들에 삽입되어 결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 전지모듈이 팩 케이스 내부에 장착된 상태에서 체결용 연장부재의 결합홈은 팩 케이스의 결함홈의 높이와 일치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 체결부재는 체결용 나사 또는 볼트인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 모듈들에 대응하는 위치에서 팩 케이스 상에는 다수의 흡기구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 흡기구는 판상형의 셀 모듈에 대응하는 슬릿(slit) 형태로 이루어져 있고, 각 셀 모듈에 대응하여 다수 개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 흡기구는 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 그것의 상부가 스커트 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거, 또는 통신사 중계기의 동력원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;
    상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;
    상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및
    상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재;
    를 포함하고 있고,
    상기 팩 케이스 및 팩 커버는 상호 접촉 부위가 중첩 방식으로 조립되며, 상기 중첩 부위에서 팩 케이스와 팩 커버에는 각각 결합홈들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;
    상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;
    상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및
    상기 전지모듈을 팩 케이스 및 팩 커버와 함께 결합할 수 있도록, 전지모듈의 상부로 돌출된 체결용 연장부재;
    를 포함하고 있고,
    상기 셀 모듈들에 대응하는 위치에서 팩 케이스 상에는 다수의 흡기구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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