KR101459400B1

KR101459400B1 - 전지모듈 어셈블리

Info

Publication number: KR101459400B1
Application number: KR1020120030313A
Authority: KR
Inventors: 김주한; 이범현; 성준엽; 신진규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-11-07
Also published as: KR20130108691A

Abstract

본 발명은 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들; 전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트(base plate); 전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate); 및 전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(assembly cover);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.

Description

전지모듈 어셈블리 {Battery Module Assembly}

본 발명은 신규한 구조의 전지모듈 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들; 전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트; 전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트; 및 전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 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.

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.

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 두서너 개의 소형 경량을 가진 전지셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 "중대형 전지팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.

한편, 종래의 전지모듈 고정은 복수의 전지모듈을 적층하여 상하로 고정용 플레이트를 덧대어 전지모듈들 간의 고정을 완료한 후 이를 프레임 내부에 별도로 다시 고정하는 방식이 사용되고 있는 바, 이러한 방식은 전지모듈 어셈블리 전체 부피를 증가시키는 원인이 되고 있다. 또한, 개별 전지모듈의 고정을 위해 개별 플레이트로 구성할 경우에 전지모듈 어셈블리의 전체 강성이 저하되고, 이로 인해 부가적인 보강부재가 필요하게 된다. 더욱이, 전지모듈에 연결되는 케이블 구성을 위해 별도의 브라켓 구조물을 구성할 경우에 부품 증가 및 협소한 공간 내에서의 효율적인 작업이 어려워지는 단점을 초래하게 된다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 통해, 수납부를 포함하는 베이스 플레이트에 전지모듈, 어셈블리 커버 및 상부 커버 플레이트를 장착하는 특정한 구조로 구성함으로써, 전지모듈 어셈블리의 부피 증가를 억제함과 동시에 자체 강성을 증대시키고, 이와 더불어 전지모듈 및 내부에 수납되는 케이블들이 안정적으로 체결 고정 될 수 있는 신규한 구조의 전지모듈 어셈블리를 개발하고자 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전지모듈 어셈블리를 콤팩트(compact)한 구조로 조립할 수 있고, 내부 수납 부재들을 안정적으로 고정할 수 있으며, 이와 더불어 생산 공정의 안전성 및 효율성 증대 효과를 함께 달성할 수 있는 신규한 구조의 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는,

전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들;

전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트(base plate);

전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate); 및

전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(assembly cover);

를 포함하고 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 특정 구조의 베이스 플레이트, 상부 커버 플레이트 및 어셈블리 커버를 포함하고 있으므로, 전지모듈 어셈블리의 콤팩트함을 유지하면서, 전지모듈을 베이스 플레이트 내부 수납부에 안정적으로 장착 고정할 수 있다. 또한, 전지모듈 어셈블리 전체의 강성을 증대시키고, 이와 더불어 베이스 플레이트 내부에 수납되는 케이블들을 안정적으로 체결 고정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 전지모듈 어셈블리의 조립 공정에 있어서, 추가적인 부품의 구성이 필요치 않으므로, 상기 콤팩트한 구조의 효과와 더불어 생산 공정의 효율성 증대 효과를 달성할 수 있다. 더욱이, 전지모듈의 안정적인 고정 및 케이블들을 비롯한 상부 커버 플레이트 등과 같은 구성 부품들의 장착 고정을 용이하게 할 수 있으므로, 생산 공정의 효율성 증대 효과와 더불어 안전성 증대 효과를 함께 달성할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.

상기 각형 이차전지는 각형의 금속 케이스에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있고, 상기 파우치형 이차전지는 구체적으로 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.

상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 활물질과 바인더의 혼합물을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

이러한 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈에서 전지셀들은 상호 병렬 연결되어 있는 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 병렬 연결은 'ㄱ'자형 또는 'ㄷ'자형 버스 바(bus bar)에 의해 달성되는 구조일 수 있다.

상기 전지셀들은 바람직하게는 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정되고, 상기 전지모듈은 카트리지 프레임들의 적층 구조로 이루어질 수 있다.

이러한 카트리지 프레임은 소정의 강성을 갖는 구조물로서, 외부의 충격으로부터 전지셀들을 보호하고, 전지셀들의 안정적인 장착을 보장한다. 또한, 카트리지 프레임에 의해 상기 전지셀들은 전극 리드들이 일측면을 향하도록 배열됨으로써, 상기 버스 바에 의한 전기적 병렬 연결을 더욱 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 버스 바에 의해 전기적 병렬 연결을 이루는 전지셀 전극 리드들은 전극단자와 연결되고, 상기 전극단자는 바람직하게, 전극 리드들이 배열된 일측면과 동일면 상에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전지셀들이 카트리지 프레임에 의해 고정되고 카트리지 프레임의 적층에 의해 조립된 전지모듈은, 일측면에 형성된 전극단자에 의해 전지모듈들 상호간의 전기적 연결뿐만 아니라, 전압 측정을 위한 검출부재를 용이하게 장착할 수 있다.

또한, 상기 전지모듈들에는 어셈블리 커버와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 전지모듈은 베이스 플레이트에 형성된 모듈 수납부의 상면에 탑재됨과 동시에 어셈블리 커버와 체결될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 또한, 상기 체결구들을 통해 달성되는 전지모듈과 어셈블리 커버와의 체결은, 바람직하게, 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.

또 다른 바람직한 예에서, 상기 전지모듈은, 전지셀의 전극 리드들 상에 장착되고 베이스 플레이트와 어셈블리 커버에 체결 고정되는 전기 절연성의 모듈 커버를 추가로 포함할 수 있다.

따라서, 상기 모듈 커버는 전지셀의 전극 리드들을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 바, 전기 절연성 소재로 구성되어 있어, 외부로부터 전기적으로 이격시키는 효과를 더불어 달성할 수 있다.

상기 모듈 커버는, 바람직하게는, 전지모듈의 전극단자와 연결되는 케이블을 고정하는 제 1 후크(hook), 상기 어셈블리 커버에 맞물려 고정되는 위치고정용 상향 돌기, 및 전지모듈에 장착 고정되는 제 2 후크를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제 1 후크는, 케이블 단자 및 케이블을 잡아 고정할 수 있는 하나 이상의 돌기부를 포함하고 있다. 따라서, 케이블 단자 및 케이블과의 전기적 연결시, 케이블 단자 및 케이블 결속부가 외부로 이탈하거나, 케이블 단자가 제자리에서 회전하는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있다. 또한, 이러한 효과로 인해 전지모듈 어셈블리 조립 공정에서, 더욱 빠른 전지모듈 조립을 수행할 수 있으며, 더욱 안전한 생산 공정을 담보할 수 있다.

더욱이, 상기 모듈 커버는, 전지모듈과 착탈이 용이한 제 2 후크를 포함하고 있어서, 전지모듈을 조립함에 있어 보다 빠른 전지모듈 조립을 수행할 수 있다. 또한, 상기 모듈 커버는, 소정의 강성을 가지는 소재로 제작되는 바, 전지모듈 내부에 적층된 판상형 전지셀들을 하나로 일체화 시킴과 동시에 외부로부터의 충격으로부터 보호하는 효과를 달성할 수 있다. 더욱이, 상기 모듈 커버는 상기 어셈블리 커버의 일정 위치에 고정될 수 있는 상향 돌기를 포함하고 있으므로, 상기 모듈 커버에 의해 일체화된 전지모듈은 상기 어셈블리 커버와 일체형으로 안착 고정될 수 있다.

또한, 상기 모듈 커버는 전지모듈의 전극단자를 외부로부터 전기적으로 차단하는 절연성 보호 커버를 추가로 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 케이블 단자와 케이블 결속부가 결속된 부분은 외부로부터 전기적으로 노출된 상태이므로, 전기적으로 절연할 수 있는 추가적인 부재가 필요한 바, 절연성 보호 커버가 이러한 기능을 수행할 수 있다.

상기 절연성 보호 커버는 상기 모듈 커버와 용이하게 착탈이 가능하도록 하는 결속부를 하나 이상 포함할 수 있으며, 바람직하게는 후크 구조의 결속부일 수 있다.

따라서, 절연성 보호 커버는 전지모듈 어셈블리 조립에 있어서, 보다 안전한 조립 공정을 담보할 수 있다.

상기 모듈 커버는 베이스 플레이트에 장착 고정되기 위한 부싱(bushing) 삽입구를 추가로 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 모듈 커버는 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트와 함께 체결 고정되기 위한 부싱 삽입구를 추가로 포함하는 바, 상기 부싱 삽입구에 삽입된 부싱 및 체결 부재에 의해 체결 고정된다. 상기 체결 부재는 바람직하게 볼트일 수 있지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다.

따라서, 상기 모듈 커버와 함께 일체화된 전지모듈은, 상기 부싱 삽입구에 의해 베이스 플레이트에 안정적으로 장착 고정되므로, 전지모듈 어셈블리의 안정적이고 소망하는 수준의 자체 강성을 달성할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 베이스 플레이트와 상부 커버 플레이트는 브라켓(bracket)를 경유하여 고정되는 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 브라켓은 일측이 베이스 플레이트의 측벽에 장착 고정되는 바, 바람직하게는 용접 방식으로 결합될 수 있으며, 타측이 상부 커버 플레이트의 측벽에 체결 방식으로 결합될 수 있다.

상기 상부 커버 플레이트와의 체결 방식은, 바람직하게는, 상부 커버 플레이트의 자체 탄성 변형을 이용한 방식으로서, 상부 커버 플레이트의 측벽에 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부에 대응하는 크기의 만입부를 상기 브라켓의 측벽에 형성하여, 이들의 결합에 의한 체결 방식일 수 있다.

상기 돌출부 및 만입부에는 바람직하게는 서로 대응하는 위치에 체결구를 포함하고 있으며, 상기 체결구를 통해 체결 부재로서 상호 체결 고정될 수 있다.

따라서, 상부 커버 플레이트는 자체 탄성에 의해 브라켓에 용이하게 안착될 수 있으며, 이를 통해 체결 조립 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다.

한편, 상기 어셈블리 커버에는 전지모듈들의 상면이 개방되는 개구들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.

따라서, 전지모듈들은 어셈블리 커버에 의해 베이스 플레이트에 안착 고정됨과 동시에 전지모듈의 상단면 일부가 외부로 노출될 수 있다. 이러한 노출부는 전지모듈로부터 발생하는 열을 외부로 용이하게 발산할 수 있는 구조인 바, 전지모듈의 상면 넓이에 대응하는 일정 비율로서 천공될 수 있으며, 그 형상은 사각형 형상 뿐만 아니라 기타 형상일 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 케이블은 전지모듈 어셈블리의 전원 케이블, 전지모듈들의 전압 검출용 케이블, 및 전지모듈 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블(communication cable)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 케이블은 케이블 고정부에 안착 고정될 수 있는 바, 바람직하게, 상기 케이블 고정부는 전원 케이블이 안착 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 연장된 구조의 하나 이상의 제 1 케이블 고정부를 포함하고 있는 구조일 수 있으며, 수직 단면 상으로 L자형 구조일 수 있다.

따라서, 상기 케이블 고정부는 상기 전원 케이블을 안정적으로 전지모듈 어셈블리 내부에 안착 고정할 수 있으며, 이와 더불어 전지모듈 어셈블리 조립 공정에서 보다 안전한 공정을 담보할 수 있다.

또한, 상기 케이블 고정부는 바람직하게는 전압 검출 케이블 또는 통신 케이블이 밴드 클립(band clip)에 의해 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 상향 절곡된 구조의 하나 이상의 제 2 케이블 고정부를 포함하는 구조일 수 있다.

상기 밴드 클립은 케이블을 고정하면서 제 2 케이블 고정부에 결합되는 그립(grip)을 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 밴드 클립은 소정의 탄성을 포함하는 소재로 구성되는 바, 케이블과 결합될 시, 자체 탄성에 의해 변형 및 복원에 의해 케이블과 결합된다. 또한, 상기 케이블과 결합되는 케이블 결합부는 자체 탄성을 이용할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 케이블을 감쌀 수 있도록 측면 방향에서 'C'자 형상인 구조일 수 있다.

따라서, 상기 케이블 고정부는 전지모듈 어셈블리를 구성함에 있어서, 내부 케이블들의 안정적인 장착 고정을 유도하고, 그것의 조립 공정에서 보다 용이한 조립 공정을 제공할 수 있다. 또한, 상기 케이블 고정부 및 상기 밴드 클립은 소정의 강성을 갖는 부재로 구성되어 있는 바, 외부 진동 및 충격으로부터 내부 케이블들의 안정적인 장착 고정을 유지하므로, 완성 제품에 있어 안전성 향상의 효과를 달성할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 어셈블리 커버는 전지셀 또는 전지모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 장착을 위한 온도 센서 고정부를 추가로 포함하고 있는 구조일 수 있다.

이러한 온도 센서 고정부는, 내부의 온도 센서의 위치를 용이하게 장착할 수 있는 위치에 형성되어 있는 바, 바람직하게, 상기 어셈블리 커버의 상단면의 정 중앙부일 수 있으며, 또 다른 내부 수납부재의 위치 관계를 고려하여, 정 중앙부로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 형성될 수 있다.

따라서, 상기 온도 센서 고정부에 고정되는 온도 센서는, 상기 어셈블리 커버에 고정된 전지모듈들의 온도 상태를 일측 편향됨 없이 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 상기 온도 센서를 전지모듈들 각각에 설치하지 않고 일체화된 어셈블리 커버에 장착하므로, 온도 센서를 장착하기 위한 추가적인 부재가 필요치 않는다.

경우에 따라서는, 상기 어셈블리 커버는 전지모듈의 모듈 커버가 결합되기 위한 체결홈을 추가로 포함할 수 있다.

따라서, 상기 전지모듈은 상기 어셈블리 커버와 체결됨과 동시에 베이스 플레이트에 형성된 모듈 수납부의 상면에 탑재될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 또한, 상기 체결구들을 통해 달성되는 전지모듈과 어셈블리 커버와의 체결은, 바람직하게는, 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.

본 발명은 또한, 상기 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 구체적으로, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 수납부를 포함하는 베이스 플레이트에 전지모듈, 어셈블리 커버 및 상부 커버 플레이트를 장착하는 구조로 구성함으로써, 전지모듈 어셈블리의 부피 증가를 억제함과 동시에 자체 강성을 증대시키고, 이와 더불어 전지모듈 및 내부에 수납되는 케이블들을 안정적으로 체결 고정할 수 있다. 또한, 전지모듈 어셈블리를 콤팩트 한 구조로 조립할 수 있고, 내부 수납 부재들을 안정적으로 고정할 수 있으며, 이와 더불어, 생산 공정의 안전성 및 효율성 증대 효과를 함께 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 평면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀이 카트리지 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 3은 도 2의 카트리지 프레임에 의해 적층되어 조립된 전지모듈을 나타낸 사시도이다;
도 4는 및 도 5는 도 3의 전지모듈에 모듈 커버를 장착하는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 6은 본 발명에 따른 모듈 커버의 전극단자부를 나타낸 정면 확대도이다;
도 7은 도 6의 모듈 커버에 절연성 보호 커버를 장착한 모습을 나타낸 정면 확대도이다;
도 8은 본 발명에 모듈 커버의 정면도이다;
도 9는 본 발명에 따른 베이스 플레이트에 브라켓이 장착되어 있는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 10은 본 발명에 따른 브라켓의 사시도이다;
도 11은 도 9의 베이스 플레이트에 전지모듈을 안착시킨 모습을 나타낸 사시도이다;
도 12는 본 발명에 다른 어셈블리 커버의 사시도이다;
도 13은 도 11의 전지모듈 상단면에 어셈블리 커버를 장착한 모습을 나타낸 사시도이다;
도 14 및 도 15는 도 13의 어셈블리 커버 상단에 케이블을 장착하는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 16은 도 9의 베이스 플레이트에 상부 커버 플레이트를 맞대어 보는 모습을 나타낸 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 전극 리드들(11, 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)의 평면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 전극 리드들(11, 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(10)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(13)에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장되어 있는 구조이며, 통상적으로 이를 파우치형 전지셀(10)로 통칭한다.

도 2에는 전지셀들(10, 20)이 카트리지 프레임(31)에 장착되는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 카트리지 프레임들(31-38)에 의해 조립된 전지모듈(100)의 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀들(10, 20)은 카트리지 프레임(31)에 장착되고, 이러한 카트리지 프레임들(31-38)은 카트리지 프레임 상단 커버(111) 및 카트리지 프레임 하단 커버(112)에 의해 볼트 체결(121, 122, 123, 124)되어 고정되어 하나의 전지모듈(100)을 이룬다. 또한, 카트리지 프레임들(31-38) 내부에 장착된 전지셀들(10, 20)의 전극 리드들(11, 12)은 전지모듈(100)의 일측면에 정렬되고, 'ㄷ'자형 버스 바들(131, 141)에 의해 전기적으로 병렬 연결된다. 또한, 이렇게 전기적으로 병렬 연결된 전극 리드들(11, 12)은 각각 양극 단자(130) 및 음극 단자(140)에 연결된다.

도 4 및 도 5에는 도 3의 전지모듈(100)에 모듈 커버(200)를 장착하는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지모듈(100)의 모듈 커버(200)가 장착되는 일측면의 양측 모서리에는 후크 구조의 돌출부(151, 152)가 형성되어 있다. 또한, 이에 대응하는 위치에 장착되는 모듈 커버(200)에는 돌출부(151, 152)에 들어맞는 크기의 제 2 후크(211, 212)가 형성되어 있다.

따라서, 이러한 후크 구조는 착탈이 매우 용이한 구조이므로, 전지모듈(100)의 조립 공정에 있어서, 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 모듈 커버(200)의 전극단자부를 나타낸 정면 확대도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 모듈 커버(200)에 절연성 보호 커버(260)를 장착한 모습을 나타낸 정면 확대도가 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 본 발명에 모듈 커버(200)의 정면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 모듈 커버(200)는 케이블 단자 고정돌기(232, 233) 및 케이블 끝단 고정돌기(231)로 구성된 제 1 후크(230)를 포함하고 있다. 전극단자(130)에는 케이블 단자(651)가 장착되고, 케이블 단자(651)의 케이블 결속부(652)는 모듈 커버(200)의 케이블 단자 고정돌기(232, 233)에 의해 고정된다. 또한, 전압 검출용 케이블(640)의 끝단부(653, 654)는 모듈 커버(200)의 케이블 끝단 고정돌기(231)에 의해 고정된다. 이렇게 고정된 케이블 결속부(652) 및 케이블 끝단부(653)는 상호 전기적 결속 과정 중에 케이블 결속부(652) 또는 케이블 끝단부(653)의 외부로의 이탈 또는 회전 들을 사전에 방지할 수 있으므로, 조립 공정에서 효율성 증대 효과를 달성할 수 있다.

또한, 모듈 커버(200)는 절연성 보호 커버(260)를 추가로 장착하고 있어서, 전극단자(130) 및 전압 검출용 케이블(640)의 전기적 연결을 외부로부터 보호한다.

절연성 보호 커버(260)는 후크 구조의 결속부들(261, 262, 263)을 포함하고 있고, 이에 대응하는 위치에 모듈 커버(200) 역시 후크 구조의 결속부들(241, 242, 243)을 형성하고 있어서, 모듈 커버(200)로 하여금 절연성 보호 커버(260)의 착탈을 용이하게 한다.

따라서, 모듈 커버(200) 및 절연성 보호 커버(260)는 조립 공정의 효율성 증가 측면과 더불어, 전기적으로 보다 안전한 조립 공정을 담보할 수 있다.

도 12에는 본 발명에 따른 어셈블리 커버를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

도 8을 도 12와 함께 참조하면, 모듈 커버(200)는 어셈블리 커버(500)에 맞물려 고정되는 위치고정용 상향 돌기들(251, 252)을 포함하고 있다. 또한, 모듈 커버(200)는 부싱 삽입구(220)를 포함하고 있어, 어셈블리 커버(500)의 체결구(523)를 통해 더욱 견고히 고정된다.

도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 베이스 플레이트(300)에 브라켓(400)이 장착되어 있는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 브라켓(400)의 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 베이스 플레이트(300)에는 전지모듈들(도시하지 않음)을 탑재할 수 있는 수납부들(301, 302, 303, 304)이 형성되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(300)의 하단면에는 상부 방향으로 돌출되어 있는 체결부들(311, 312, 313, 134)이 형성되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(300) 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽(330)에는 브라켓(400)이 용접으로써 결속되어 있다.

브라켓(400)에는 베이스 플레이트(300)의 측벽(330)과 용접 결속되는 용접결합부(420), 상부 커버 플레이트(도시하지 않음)와 체결 방식으로 결합되는 만입부들(401, 402, 403) 및 각 만입부들(401, 402, 403)에 형성된 체결구들(411, 412, 413)이 형성되어 있다.

도 11에는 도 9의 베이스 플레이트(300)에 전지모듈들(101, 102, 103, 104)을 안착시킨 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 어셈블리 커버(500)의 사시도가 도시되어 있다. 또한, 도 13에는 도 11의 전지모듈 상단면에 어셈블리 커버를 장착한 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 8및 도 9와 함께 참조하면, 전지모듈들(101, 102, 103, 104)은 베이스 플레이트(300)의 모듈 수납부들(301, 302, 303, 304)에 각각 안착된다. 안착된 전지모듈들(101, 102, 103, 104)은 어셈블리 커버(500)에 의해 장착 고정된다.

구체적으로, 어셈블리 커버(500)의 체결구들(512, 540)은, 이에 대응되는 위치에 형성된 베이스 플레이트(300)의 상향 돌출형 체결구들(321, 322)에 체결 고정된다.

전지모듈들(101, 102, 103, 104)의 모듈 커버(200)의 상부면에는 어셈블리 커버(500)의 위치고정용 체결구들(521, 522)에 맞물려 고정되는 상향 돌기들(251, 252)이 형성되어 있다. 이러한 위치고정용 체결구들(521, 522)은 전지모듈들(101, 102, 103, 104)로 하여금 어셈블리 커버(500)의 정위치에 장착될 수 있도록 한다.

이러한 방법에 의해 정위치에 안착 고정된 전지모듈들(101, 102, 103, 104)은, 모듈 커버(200)에 형성된 부싱 삽입구(220) 및 부싱 삽입구(220) 내에 장착된 부싱(도시하지 않음)을 통해 볼트 체결에 의해 또다시 고정된다. 구체적으로, 어셈블리 커버(500)의 체결구(523), 모듈 커버(200)의 부싱 삽입구(220)를 관통한 볼트는 베이스 플레이트의 상향 돌출형 체결구들(311, 312, 313, 134) 체결 고정됨으로써, 모듈 커버(200)에 고정된 전지모듈들(101, 102, 103, 104)을 더욱 견고히 고정하게 된다.

도 14 및 도 15에는 도 13의 어셈블리 커버 상단에 케이블을 장착하는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 12와 함께 참조하면, 전원 케이블들(610, 620), 전압 검출용 케이블(640) 및 통신 케이블(630)이 각각 밴드 클립들(611, 621, 641, 631)에 의해 어셈블리 커버(500)의 고정부들(511, 530)에 장착 고정된다.

구체적으로, 전원 케이블들(610, 620)은 각각 밴드 클립들(611, 621)에 고정되고, 밴드 클립이 어셈블리 커버(500)의 제 1 케이블 고정부(511)에 장착됨으로써 고정된다. 또한, 제 1 케이블 고정부(511)는 밴드 클립들(611, 621)의 용이한 장착 고정을 위해 수직 단면상으로 'L'자형 구조(510)로 이루어져 있다.

전압 검출용 케이블(640) 및 통신 케이블(630)은 각각 밴드 클립들(641)에 의해 고정되고, 밴드 클립이 어셈블리 커버(500)의 제 2 케이블 고정부(530)에 장착됨으로써 고정된다.

온도 센서(660)는 전압 검출용 케이블(640)상에서 분리되어 어셈블리 커버(500)의 온도 센서 고정부(550)에 장착 고정된다.

베이스 플레이트(300)의 후면부 중앙부(340)에는 BMS(도시하지 않음)가 장착되고, BMS의 단자부(도시하지 않음)에 전압 검출용 케이블(640)의 연결 단자(642) 및 통신 케이블(630)의 연결 단자(632)가 접속된다.

또한, 베이스 플레이트(300)의 전면부 중앙부에는 전원 케이블(610) 및 통신 케이블(630)의 끝단부가 집결된 하우징 구조의 플러그-인 커넥터(plug-in connector, 700)가 장착된다.

이러한 하우징 구조의 플러그-인 커넥터(700)는 구성된 부품들이 단일 고정 구조에 조립되어 부품 수를 감소할 수 있으며, 조립 작업 및 관리가 용이하고 효율적인 내부 공간 활용이 가능할 수 있도록 해 준다. 또한, 전원 케이블(610) 및 버스 바(도시하지 않음)가 절연성 하우징 부재에 의해 격리되므로 조립 공정 중 발생할 수 있는 단락 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

도 16에는 도 9의 베이스 플레이트(300)에 상부 커버 플레이트(800)를 맞대어 보는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

도 16을 도 9 및 도 10과 함께 참조하면, 상부 커버 플레이트(800)는 하향 절곡된 측벽(810)을 포함하고 있고, 베이스 플레이트(300)에 장착된 브라켓(400)에 의해 결합된다.

구체적으로, 상부 커버 플레이트(800)에는 브라켓(400)에 형성되어 있는 만입부들(401, 402, 403)과 대응하는 돌출부들(811, 812, 813)을 포함하고 있다. 이러한 돌출부들(811, 812, 813)은 각각 만입부들(401, 402, 403)의 체결구들(411, 412, 413)과 볼트에 의해 체결될 수 있는 체결구들(도시하지 않음) 각각 포함한다.

상부 커버 플레이트(800)와 브라켓(400)의 체결 방식은, 상부 커버 플레이트(800)의 탄성 변형을 이용하는 바, 상부 커버 플레이트(800)를 자체 탄성에 의해 브라켓(400)에 용이하게 정위치 안착할 수 있는 체결 방식이므로, 이를 통해 체결 조립 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다.

또한, 상부 커버 플레이트(800)는 외부 표면에 자체 강성 향상을 위한 보강 비드(820)가 형성되어 있으며, 외주면 모서리를 따라 다수의 통풍구들(830)이 형성되어 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

전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들;
전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트(base plate);
전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate);
전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(assembly cover); 및
상기 전지셀의 전극 리드들 상에 장착되어 상기 베이스 플레이트와 상기 어셈블리 커버에 체결 고정되되, 전지모듈의 전극단자와 연결되는 케이블을 고정하는 제 1 후크(hook), 상기 어셈블리 커버에 맞물려 고정되는 위치고정용 상향 돌기 및 전지모듈에 장착 고정되는 제 2 후크를 포함하고 있는 전기 절연성의 모듈 커버;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 2 항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈에서 전지셀들은 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 4 항에 있어서, 상기 병렬 연결은 'ㄱ'자형 또는 'ㄷ'자형 버스 바(busbar)에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들은 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정되고, 상기 전지모듈은 카트리지 프레임들의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들에는 어셈블리 커버와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
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제 1 항에 있어서, 상기 모듈 커버는 전지모듈의 전극단자를 외부로부터 전기적으로 차단하는 절연성 보호 커버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 모듈 커버는 베이스 플레이트에 장착 고정되기 위한 부싱(bushing) 삽입구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트와 상부 커버 플레이트는 브라켓(bracket)를 경유하여 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 12 항에 있어서, 상기 브라켓은 일측이 베이스 플레이트의 측벽에 용접 방식으로 결합되어 있고, 타측이 상부 커버 플레이트의 측벽에 체결 방식으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버에는 전지모듈들의 상면이 개방되는 개구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블은 전지모듈 어셈블리의 전원 케이블, 전지모듈들의 전압 검출용 케이블, 및 전지모듈 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블(communication cable)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블 고정부는 전원 케이블이 안착 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 연장된 구조의 하나 이상의 제 1 케이블 고정부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 16 항에 있어서, 상기 제 1 케이블 고정부는 수직 단면 상으로 'L'자형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블 고정부는 전압 검출 케이블 또는 통신 케이블이 밴드 클립(band clip)에 의해 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 상향 절곡된 구조의 하나 이상의 제 2 케이블 고정부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 18 항에 있어서, 상기 밴드 클립은 케이블을 고정하면서 제 2 케이블 고정부에 결합되는 그립(grip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버는 전지셀 또는 전지모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 장착을 위한 온도 센서 고정부를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버는 전지모듈의 모듈 커버가 결합되기 위한 체결홈을 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.