KR101800398B1 - 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 기계적 체결과 전기적 접속뿐만 아니라 전압 센싱을 위한 회로부의 구성이 간소한 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공한다. 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는 전지 모듈에 장착된 상태에서 전지들의 전압을 센싱하기 위한 부재로서, 적층된 전지들의 전극을 서로 연결하는 전극 연결 부재의 일측 단부 또는 상기 전극 연결 부재와 전기적 접속되어 있는 버스바의 일측 단부에 위치하는 전압 측정용 단자가 삽입될 수 있는 홈을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스; 상기 케이스에 내장되며 상기 홈마다 연결되는 전압 센싱 라인; 및 상기 전압 센싱 라인의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터를 포함하여, 상기 전압 측정용 단자가 상기 케이스의 홈에 삽입된 상태에서 상기 전압 센싱 라인이 상기 전압 측정용 단자와 접속됨으로써 전지들의 전압을 센싱한다.

Description

전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈 {Voltage sensing assembly and battery module comprising the same}

본 발명은 전지 모듈에 장착된 상태에서 전지들의 전압을 센싱하기 위한 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압 측정용 단자와 전압 센싱 라인간의 결합 구조를 개선한 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지를 전기적으로 연결한 전지 모듈 또는 전지 모듈을 하나 이상 포함하는 전지팩이 사용된다.

전지 모듈은 다수의 전지들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 전지들이 과전압, 과전류 또는 과발열되는 경우에는 전지 모듈의 안전성과 작동 효율이 크게 문제되므로, 이들을 센싱하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압 센서를 전지들에 연결하여 실시간 또는 일정한 시간 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있다.

예를 들어 종래의 전지 모듈은, 도 1에서 보는 바와 같이, 전지(6)들별로 각각 버스바와 와이어(2)에 의해 전기적 직렬 연결하고, 전압 센싱 라인(4)을 사용하여 전기적 직렬 연결 부위별로 전압을 센싱하는 구조를 취하고 있다. 상기의 전지 모듈 구조에서 전지 모듈의 용량이 커지는 경우 전지 모듈을 구성하는 전지들의 수가 많아지게 된다. 이 경우, 전압을 센싱하는 전압 센싱 라인 구조는 각각의 전지별로 전압을 센싱해야 되기 때문에 매우 복잡해진다. 또한, 복잡한 배선 구조로 인해 전압 센싱 라인간 단락(short)이 빈번하게 발생되고, 단락 발생시 제어부(8)만을 사용하여 회로적으로 제어하는 경우에는 단락에 대해 신속히 대응하지 못하는 문제점이 있다.

도 2는 종래 사용 중인 배터리 전압 센싱 부재 구조를 도시한다.

도 2를 참조하면, 전압 센싱은 직렬 접속 부위와 같은 전기적 연결 부위에서 각각 수행되어야 하므로, 전압 센싱 부재(10)는 도 1과 같은 전압 센싱 라인(4)이 여러 개 구비되고, 전압 센싱 라인(4)들의 일측에는 제어부와 연결을 위한 커넥터(12)가 마련된다.

도시한 바와 같이, 종래 전압 센싱 라인(4)의 단부는 링 단자(5) 구조이다. 이것을 전지들의 전극단자에 각각 접속하여 셀 전압을 측정하는데, 이러한 센싱 수단의 장착 내지 연결은 전지 모듈의 조립 과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성이 존재하므로 문제가 있다.

우선, 링 단자(5) 구조이기 때문에 측정 대상이 변경될 때마다 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 반복되는 수작업으로 불필요하게 상당한 시간과 노력이 소요되어야 한다. 작업 능률 및 공정 속도가 저하되어 모듈의 생산 시간이 다소 길게 소요되는 단점도 있다. 또한, 인적 의존적 방법이므로 동일 결과 반복성에 대한 신뢰성이 떨어질 수 밖에 없음은 물론, 오작업을 할 수 있어 이로 인한 안전성 이슈가 발생될 우려가 있다.

링 단자(5)들을 전극 단자에 접속하는 공정은, 각각의 전지들을 버스바를 이용하여 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 공정과 함께 이루어진다. 이 같은 공정에서, 구조상 고정되지 못하고 용이하게 회전되는 링 단자(5)의 특성으로 인해, 버스바와 링 단자(5)를 볼트에 의해 전극 단자에 체결하는 과정에서, 링 단자(5)의 회전으로 인해 링 단자가 단선되거나 손상되는 문제가 발생하기도 한다.

뿐만 아니라, 전극단자마다 접속하는 전압 센싱 라인(4)이 이와 같이 여러 개가 노출되어 연결관계가 복잡해짐에 따라 단락 등의 전기적 안전 문제가 발생할 가능성이 있으며, 이와 함께 대상 전지 모듈 또는 전지팩에도 직간접적인 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 기계적 체결과 전기적 접속뿐만 아니라 전압 센싱을 위한 회로부의 구성이 간소한 전압 센싱 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 전압 센싱 어셈블리를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는 전지 모듈에 장착된 상태에서 전지들의 전압을 센싱하기 위한 부재로서, 전지들의 전압 측정용 단자가 삽입될 수 있는 홈을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스; 상기 케이스에 내장되며 상기 홈마다 연결되는 전압 센싱 라인; 및 상기 전압 센싱 라인의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터를 포함하여, 상기 전압 측정용 단자가 상기 케이스의 홈에 삽입된 상태에서 상기 전압 센싱 라인이 상기 전압 측정용 단자와 접속됨으로써 전지들의 전압을 센싱한다.

상기 홈과 전압 측정용 단자는 리셉터클(receptacle) 방식으로 결합 및 탈착될 수 있다.

상기 케이스는 상기 전지들의 적층 방향을 따라 장착되며 절연 물질로 이루어져 있는 것일 수 있다.

상기 전압 센싱 라인이 내장되는 케이스는 한 쌍이 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 케이스들 사이 및 상기 케이스와 상기 커넥터 사이는 통전 와이어로 연결되어 있으며, 상기 와이어는 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상(tubular) 부재에 내장되어 있을 수 있다. 상기 전압 센싱 라인은 상기 통전 와이어에서 분지되는 와이어일 수 있다.

본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는 상기 전지들의 온도를 측정하기 위한 전지 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전지 모듈은 순차적으로 적층되는 카트리지들, 상기 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착되는 복수 개의 전지들, 및 상기 카트리지들의 양 측부들에 각각 위치되는 전극 연결 부재들을 포함하는 모듈부; 및 상기 전극 연결 부재의 일측 단부 또는 상기 전극 연결 부재와 전기적 접속되어 있는 버스바의 일측 단부에 위치하는 전압 측정용 단자가 삽입될 수 있는 홈을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스, 상기 케이스에 내장되며 상기 홈마다 연결되는 전압 센싱 라인, 및 상기 전압 센싱 라인의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터를 포함하는 전압 센싱 어셈블리를 포함하여, 상기 전압 측정용 단자가 상기 케이스의 홈에 삽입된 상태에서 상기 전압 센싱 라인이 상기 전압 측정용 단자와 접속됨으로써 전지들의 전압을 센싱한다.

상기 복수 개의 전지들은 파우치 형(pouch type)으로 이루어질 수 있다.

상기 카트리지들의 각각은, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들, 상기 전지 안착체들 사이에 위치되는 버스바들과, 상기 버스바들 사이에 위치해서 상기 전지 안착체들을 연결하는 카트리지 결합고리를 포함하고, 상기 전지 안착체와 상기 카트리지 결합고리는 절연 물질을 포함할 수 있다.

상기 두 개의 전지들은 상기 전지 안착체들에 각각 안착될 수 있다. 상기 두 개의 전지들은, 상기 카트리지들의 각각의 상기 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 상기 동일 극성의 전극들로 상기 버스바들에 접촉될 수도 있다.

상기 전극 연결 부재들은 상기 카트리지들의 삽입홈들에 삽입되며 상기 카트리지들 중 최상위 카트리지의 버스바들의 결합홈들에 고리체결됨과 함께 상기 카트리지들의 체결부재들에 나사체결되어서 상기 복수 개의 전지들의 전극들에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 카트리지는 서로 연통되는 상기 전지 온도 센서의 출입구 및 안착체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전지 모듈은 전지 커버를 더 포함하며, 상기 전지 커버는 상기 한 쌍의 케이스들 사이에 연결되어 있는 통전 와이어를 고정하기 위해 후크(hook)가 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 리셉터클 단자 연결 방식을 통해 종래기술이 가진 문제점을 해결할 수 있다.

전압 센싱 어셈블리를 전지 모듈에 장착할 때에 링 단자 방식이 아니므로 측정 대상이 변경될 때마다 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 반복해야 하는 수작업이 대폭 감소된다. 단순히 케이스의 홈에 전압 측정용 단자를 끼우면 되는 방식이므로 작업시 상당한 시간과 노력이 절약된다. 작업 능률 및 공정 속도가 개선되므로 전지 모듈의 생산 시간도 단축이 될 수 있다. 또한, 인적 의존도를 최대한 낮추는 방법이므로 동일 결과 반복성에 대한 신뢰성이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립 방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조 비용을 낮추고, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우에도 안정적인 전압 센싱이 가능하다.

이와 같이, 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 기계적 체결과 전기적 접속뿐만 아니라 전압 센싱을 위한 회로부의 구성이 간소한 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 모듈이 제공된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 구성 모식도이다.
도 2는 종래 배터리 전압 센싱 부재 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리 구조를 도시한다.
도 4는 도 3의 전압 센싱 어셈블리의 사용 상태를 설명하기 위하여 일 예로 든 전지 모듈의 사시도이다.
도 5는 도 4에서 전압 센싱 어셈블리와 전압 측정용 단자간의 연결 상태를 보이기 위해 A 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 전지 모듈의 전지 카트리지의 상면을 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈의 전지 카트리지의 하면을 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 6의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 분해 사시도이다.
도 10은 도 9의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 사시도이다.
도 11은 도 6의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 내부를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 12는 도 6의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 외부를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 13은 도 6의 전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 3은 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리 구조를 도시한다.

도 3을 참조하면, 전압 센싱 어셈블리(50)는 전지 모듈에 장착된 상태에서 전지들의 전압을 센싱하기 위한 부재로서, 전압 측정용 단자(미도시)가 삽입될 수 있는 홈(52)을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스(55)를 한 쌍 포함한다.

전지 모듈은 적층된 전지들을 포함하는 것이다. 적층되는 전지에는 원통형 이차 전지나 각형 이차 전지, 또는 파우치형 전지 등 다양한 형태의 이차 전지가 적용될 수 있고, 어느 하나의 형태에 한정될 필요는 없다. 이웃한 전지들은 전극 단자의 접속을 통하여 서로 전기적으로 연결되며, 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있는데, 버스바를 통하여 이웃한 전극 단자들이 서로 연결되며, 전지 모듈 종류에 따라서는 버스바 이외의 전극 연결 부재가 구비될 수 있다. 버스바나 전극 연결 부재는 전극 단자와 연결될 수 있는 전압 측정용 단자가 일측 단부에 마련되어 있을 수 있다. 혹은 전극 단자 자체에 돌기부를 형성함으로써 전압 측정용 단자가 마련되어 있을 수도 있다.

본 발명의 전압 센싱 어셈블리(50)는 이러한 전압 측정용 단자에 끼워 장착하는 구조를 갖도록 형성된다.

케이스(55)는 예컨대 음극 단자 쪽에 위치하는 제1 부분과 양극 단자 쪽에 위치하는 제2 부분으로 이루어진 한 쌍이다. 한 쌍의 케이스(55)들 사이에는 통전 와이어(64)로 연결되어 있으며, 케이스(55)는 상기 전지들의 적층 방향을 따라 장착되며 절연 물질로 이루어져 있는 것일 수 있다. 케이스(55)는 사출 성형품인 것이 바람직하다.

전압 센싱 라인(54)은 케이스(55)에 내장되며 상기 홈(52)마다 연결된다. 케이스(55)가 전압 센싱 라인(54) 전체를 감싸도록 함으로써 전압 센싱 라인(54)이 외부로 노출되어 부식되거나 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 여러 개의 전압 센싱 라인(54)이 엉키거나 취급하기 곤란한 문제를 해결할 수 있다.

전압 센싱 어셈블리(50)는 전압 센싱 라인(54)의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터(62)도 포함한다. 커넥터(62)는 각 전지의 전압 신호를 수신하여 BMS(battery management system)와 같은 제어부로 송신할 수 있도록, 전압 센싱 라인(54)의 일단과 통전 와이어(66)로 연결됨으로써 케이스(55)와 커넥터(62) 사이가 연결되어 있다.

통전 와이어(64, 66)는 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상(tubular) 부재에 내장되어 있을 수 있다. 전압 센싱 라인(54)은 통전 와이어(64, 66)에서 분지되는 와이어일 수 있다. 예를 들어, 제1 부분의 전압 센싱 라인(54)은 줄기 회로인 통전 와이어(66)에서 분할된 다수의 가지 회로들로 이루어져 있고, 통전 와이어(66)의 일단이 커넥터(62)에 연결되고, 분할된 각각의 가지 회로는 제1 부분의 케이스(55)의 홈(52)에 각각 연결되며, 제2 부분의 전압 센싱 라인(54)은 줄기 회로인 통전 와이어(66)의 타단으로 이어지는 통전 와이어(64)에서 분할된 다수의 가지 회로들로 이루어져 있고, 분할된 각각의 가지 회로는 제2 부분의 케이스(55)의 홈(52)에 각각 연결되어 있는 구조를 가질 수 있다.

본 실시예에서 케이스(55)는 전지들의 전압 측정용 단자에 대응하는 전지 모듈의 측면 상에 각각 장착된다. 상기 홈(52)과 전압 측정용 단자는 리셉터클(receptacle) 방식으로 결합 및 탈착될 수 있다. 이러한 경우 케이스(55)의 홈(52)은 전압 측정용 단자에 각각 대응하는 위치에 측면 개방된 구조의 리셉터클형 장착 홈으로서 형성이 된다. 전압 측정용 단자는 다음 전지 모듈 실시예에서 상세히 설명하는 바와 같이 측면 돌출형으로 형성되어 리셉터클형 장착 홈 구조인 홈(52)에 끼워진다.

이와 같이, 케이스(55)는 전압 측정용 단자에 각각 대응되는 위치에 전압 센싱 라인의 말단이 연결되는 홈(52)을 포함하고 있으며, 홈(52)에 전압 측정용 단자가 끼워지면 전압 센싱 라인(54)이 전압 측정용 단자에 연결되는 상태가 된다. 전압 센싱 라인(54)이 케이스(55)에 내장된 상태로 전압 측정용 단자에 간단하게 접속되므로, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 센싱이 가능한 구조를 가진다.

이와 같이 본 발명의 전압 센싱 어셈블리(50)에서는 단순히 홈(52)에 전압 측정용 단자를 삽입하는 방식으로 전기적 연결이 완성되므로 별도의 링 단자와 같은 조립 구조물 없이 전지와 전압 센싱 어셈블리(50)가 직접 조립되도록 함으로써 센싱 구조의 신뢰성을 확보할 수 있다. 전압 센싱 라인(54)과 전압 측정용 단자 접속이 매우 간단하게 이루어지므로 작업 공수를 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리(50)는 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립 방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조 비용을 낮추고, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우에도 안정적인 전압 센싱이 가능해진다.

전압 센싱 어셈블리(50)는 전지들의 온도를 측정하기 위한 전지 온도 센서(70)를 더 포함할 수 있으며, 전지 온도 센서(70)는 통전 와이어(66, 68)에 의해 커넥터(62)와 연결될 수 있다. 전지 온도 센서(70)는 써미스터(thermistor)로 이루어질 수 있다.

전압 센싱 라인(54)과 전지 온도 센서(70)를 통하여 취합되는 전지의 상태정보는 BMS로 전달되어, 전지의 과열, 과충전, 과방전과 같은 오동작 여부를 확인하거나, 만충과 같이 충, 방전 정도를 파악하기 위한 데이터로 사용될 수 있다.

통전 와이어(64, 66, 68)가 전지 모듈의 상부에 위치하는 구성을 취하면, 전지 모듈이 장착되는 디바이스의 진동과 같은 외력이 전지 모듈에 인가되더라도 통전 와이어(64, 66, 68)가 전지 모듈에 의해 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

케이스(55)의 홈(52)은 적층되는 전지의 수 및 규격에 따라 그 개수 및 간격이 조절될 수 있다. 본 실시예에서 예로 든 것은 전압 측정용 단자가 전지 적층체의 양 측면에 마련되는 경우에 장착될 수 있는 전압 센싱 어셈블리이며, 전압 측정용 단자가 전지 적층체의 다른 위치에 마련되는 경우에는 케이스(55), 통전 와이어(64, 66) 등의 구성은 그에 따라 달라질 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

도 4는 전압 센싱 어셈블리의 사용 상태를 설명하기 위하여 일 예로 든 전지 모듈의 사시도이고, 도 5는 도 5는 도 4에서 전압 센싱 어셈블리와 전압 측정용 단자간의 연결 상태를 보이기 위해 A 부분을 확대한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 적층된 전지들의 전극을 서로 연결하는 전극 연결 부재(184)의 일측 단부에 전압 측정용 단자(184d)가 위치하도록 전지 모듈이 구성된다. 전압 측정용 단자(180d)가 전압 센싱 어셈블리(50)의 케이스(55) 홈(52)에 삽입되도록 전압 센싱 어셈블리(50)가 장착된다. 이러한 구조에 따라 전압 센싱 라인(54)이 전지와 연결이 되어 전압 센싱이 이루어진다. 전지 커버(210)에는 한 쌍의 케이스(55)들 사이에 연결되어 있는 통전 와이어(64)를 고정하기 위해 집게 형상의 체결구인 후크(hook)(212)가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 전압 센싱 어셈블리(50) 장착 상태가 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 해당될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전압 센싱 어셈블리(50)는 전지들의 전압을 센싱하기 위한 부재가 하나의 모듈화된 어셈블리 구조로 이루어져 있으므로, 취급과 유지 보수가 용이할 뿐 아니라 전지 모듈에 용이하게 장착되어 전지팩으로 제조될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.

도 6을 참조하면, 전지 모듈(230)은 카트리지 고정 플레이트(120), 카트리지(150)들, 복수 개의 전지(170)들, 전극 연결 부재(184)들, 커버 부재(188)들과 전지 커버(210)를 포함한다. 카트리지 고정 플레이트(120)는 카트리지(150)들과 복수 개의 전지(170)들 아래에 위치된다. 카트리지(150)들과 복수 개의 전지(170)들은 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 위치해서 교대로 적층된다.

좀 더 상세하게 설명하면, 카트리지(150)들은 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 순차적으로 적층된다. 복수 개의 전지(170)들은 파우치형으로 이루어진다. 복수 개의 전지(170)들은 카트리지(150)들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착된다. 카트리지(150)들의 각각의 상면 상에 두 개의 전지(170)들은 전기적으로 병렬 연결된다. 카트리지(150)들과 복수 개의 전지(170)들은 전지 적층체(190)를 구성한다.

한편, 전극 연결 부재(184)들은 카트리지(150)들의 양 측부들에 각각 위치된다. 전극 연결 부재(184)들은 카트리지(150)들을 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된다. 전지 커버(210)는 카트리지(150)들, 복수 개의 전지(170)들과 전극 연결 부재(184)들을 덮는다. 이 경우에, 전지 커버(210)는 양 측부들에 수용부(205)들을 각각 갖는다. 상기 커버 부재(188)들은 전지 커버(210)의 수용부(205)들에 각각 삽입되어서 전극 연결 부재(184)들을 각각 덮을 수 있다.

도 7은 도 6의 전지 모듈의 카트리지의 상면을 보여주는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 카트리지(150)는, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들(130, 131), 카트리지 결합고리(134)와 버스바(137)들을 포함한다. 전지 안착체들(130, 131)은 카트리지(150)의 상면에 전지 안착 그루브(132)들을 각각 한정한다.

전지 안착체들(130, 131)은 전지 안착 그루브(132)들 주변에 안내홀(133)들을 포함한다. 카트리지 결합고리(134)는 전지 안착체들(130, 131) 사이에 위치해서 전지 안착체들(130, 131)을 연결하도록 구성된다. 카트리지 결합고리(134)는 중앙 영역을 지나는 관통홀(135)과 관통홀(135)의 일 측부의 입구로부터 돌출하는 끼움부재(136)를 포함한다. 관통홀(135)의 일측부는 도 8에 도시된 관통홀(135)의 타측부보다 더 작은 직경을 갖는다.

끼움부재(136)의 외경은 관통홀(135)의 타측부의 직경보다 더 작다. 관통홀(135)와 끼움부재(136)는 도 6에서 인접하는 두 개의 카트리지(150)들을 서로에 대해서 끼움 결합시킨다. 전지 안착체들(130, 131)과 카트리지 결합고리(134)는 절연 물질을 포함한다. 한편, 버스바(137)들은 전지 안착체들(130, 131) 사이에 위치된다. 이 경우에, 카트리지 결합고리(134)는 버스바(137)들 사이에 위치된다.

전지 안착체들(130, 131)과 버스바(137)들은 전지 안착체들(130, 131) 사이에서 카트리지 결합고리(134)의 반대 편들에 삽입홈(138)들을 각각 한정한다. 버스바(137)들은, 삽입홈(138)들 주변에서, 일면에 결합홈(139a)들 및 일면과 수직하는 측면에 체결부재(139b)들을 포함한다. 버스바(137)들 및 체결부재(139b)들은 도전 물질을 포함한다.

또한, 카트리지(150)는, 도 7을 고려해 볼 때에, 하면과 상면 사이의 측면들에 각각 위치되는 온도 센서 출입구(146)들, 및 하면과 상면에 걸쳐서 형성된 온도 센서 안착체(148)들을 갖는다. 온도 센서 출입구(146)들과 온도 센서 안착체(148)들은 서로 연통한다. 온도 센서 출입구(146)들은 온도 센서 안착체(148)들의 내부 공간들을 각각 노출시킨다. 이러한 구성을 가지면 도 3을 참조하여 설명한 것과 같은 전압 센싱 어셈블리(50)의 온도 센서(70)가 온도 센서 출입구(146)를 통해 온도 센서 안착체(148)에 끼워져 조립이 될 수 있다.

도 9는 도 6의 전지 모듈 내에서 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 분해 사시도이고, 도 10은 도 9의 전지 모듈 내에서 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 사시도이다.

도 9를 참조하면, 카트리지(150)는 도 7과 도 8에서 상세히 설명된다. 전지(170)들은 두 개의 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)로 구분된다. 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는 카트리지(150)의 전지 안착체들(130, 131)에 각각 대응된다. 좀 더 상세하게는, 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는 전지 안착체들(130, 131)의 전지 안착 그루브(132)들에서 점유 영역들을 각각 갖는다.

제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)의 전극들(160c, 160d, 160e, 160f)은 카트리지(150)의 버스바(137)들에 각각 대응된다. 이 경우에, 제 1 전지(160a)의 전극(160c)은 제 2 전지(160b)의 전극(160e)과 동일 극성으로 마주하도록 배열된다. 또한, 제 1 전지(160a)의 전극(160d)은 제 2 전지(160b)의 전극(160f)과 동일 극성으로 마주하도록 배열된다.

도 10을 참조하면, 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는, 카트리지(150)의 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 동일 극성의 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)로 버스바(137)들의 체크 영역들(P1, P2)에 접촉된다. 상기 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)과 버스바(137)들은 카트리지 결합고리(134)로 절연되면서 전기 회로선들을 구성한다.

도 11은 도 6의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 내부를 확대해서 보여주는 사시도이고, 도 12는 도 6의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 외부를 확대해서 보여주는 사시도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 전극 연결 부재(184)는 연결 바디(184a)를 포함한다. 연결 바디(184a)는 상자(box) 형상으로 이루어진다. 연결 바디(184a)는 일 측벽을 관통하는 접속홀(184b)들을 갖는다. 접속홀(184b)들은 연결 바디(184a)에 지그재그 형으로 배치된다. 연결 바디(184b)는 내부에서 접속홀(184b)들을 덮는 연결 전극(184c)들을 갖는다. 전극 연결 부재(184)의 일측 단부에는 전압 측정용 단자(184d)가 위치하게 된다.

좀 더 상세하게는, 연결 전극(184c)들은 '만(卍)' 자의 일부 형상으로 이루어져서 연결 바디(184a)에 순차적으로 적층된다. 연결 전극(184c)들은 접속홀(184b)들을 통해서 연결 바디(184a)의 외부에 노출된다. 한편, 연결 바디(184a)는 외부에서 걸림돌기(184e)와 걸림홈(184f)을 갖는다.

여기서, 도 7의 카트리지(150)를 도 6의 카트리지(150)들로 확장시키고 전극 연결 부재(184)를 카트리지(150)들의 삽입홈(138)들에 삽입시키는 경우에, 상기 연결 전극(184c)들은 연결 바디(184a)의 접속홀(184b)들을 통해서 카트리지(150)들의 체결부재(139b)들에 접촉된다. 또한, 상기 걸림돌기(184e)는 카트리지(150)들 중 최상위 카트리지(150)의 결합홈(139a)에 고리체결된다. 상기 걸림홈(184f)은 도 6의 커버 부재(188)의 일부를 안착시킨다.

도 13은 도 6의 전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.

도 13을 참조하면, 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 카트리지(150)들과 복수 개의 전지(170)들을 교대로 적층시킬 수 있다. 좀 더 상세하게는, 상기 카트리지(150)들의 각각 상에 두 개의 전지(170)들이 적층된다. 이 경우에, 상기 카트리지(150)들은 카트리지 결합 고리(134)들의 관통홀(135)들과 끼움부재(136)들을 이용하여 서로에 대해서 정렬된다.

카트리지(150)들의 안내홀(133)들은 카트리지 고정 플레이트(120)의 수용홀(120a)들 상에 위치된다. 복수 개의 전지(170)들이 카트리지(150)들 상에 교대로 적층되는 동안에, 복수 개의 전지(170)들의 전극들은 카트리지(150)들의 버스바(137)들 상에 레이저로 서로 연결되고, 복수 개의 전지(170)들의 전극들은 카트리지(150)들의 버스바(137)들 상에 열 융착된다.

카트리지(150)들의 각각 상에 두 개의 전지(170)들은 전기적으로 병렬로 연결된다. 카트리지(150)들과 복수 개의 전지(170)들은 전지 적층체(190)를 형성한다. 계속해서, 카트리지(150)들의 삽입홈(138)들에 전극 연결 부재(184)들이 삽입될 수 있다. 전극 연결 부재(184)들은 카트리지(150)들 중 최상위 카트리지(150)의 버스바(137)들의 결합홈(139b)들에 고리체결됨과 함께, 카트리지(150)들의 체결부재(139a)들에 나사체결되어서 복수 개의 전지(170)들의 전극들에 전기적으로 연결될 수 있다. 평면 상 연결된 전지(170)들은 병렬 연결되고, 수직으로 배열된 전지(170)들은 직렬 연결된 구조이고, 이러한 구조에 전압 센싱 어셈블리(50)가 장착되는 것이다.

좀 더 상세하게 설명하면, 전극 연결 부재(184)들의 각각은 도 12의 연결 바디(184a)의 걸림돌기(184e)를 이용해서 버스바(137)의 결합홈(139b)에 고리체결된다. 전극 연결 부재(184)들의 각각은 도 12의 연결 바디(184a)의 연결 전극(184c)들을 카트리지(150)들의 체결부재(139a)들에 접촉시켜서 연결 전극(184c)들을 이용하여 체결부재(139a)들에 나사체결된다. 이를 통해서, 상기 전극 연결 부재(184)들은 카트리지(150)들과 전기적으로 직렬 연결된다.

이후 전압 센싱 어셈블리(50)의 케이스(55)를 전극 연결 부재(184)쪽에 위치시키고 전압 측정용 단자(184d)를 케이스(55)의 홈(52)에 삽입하여 전압을 센싱하도록 구성할 수 있다. 도 6의 전지 커버(210)는 카트리지(150)들, 복수 개의 전지(170)들과 전극 연결 부재(184)들을 덮도록 조립될 수 있고, 커버 부재(188)가 전극 연결 부재(184)들을 각각 덮을 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

50 : 전압 센싱 어셈블리 52 : 홈
54 : 전압 센싱 라인 55 : 케이스
62 : 커넥터 64, 66, 68 : 통전 와이어
120 : 카트리지 고정 플레이트 150 : 전지 카트리지
170 : 전지 184 : 전극 연결 부재
184d : 전압 측정용 단자 190 : 전지 적층체
210 : 전지 커버 212 : 후크
230 : 전지 모듈

Claims (23)

1. 전지 모듈에 장착된 상태에서 전지들의 전압을 센싱하기 위한 부재로서,
   전지들의 전압 측정용 단자가 삽입될 수 있는 홈을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스로서, 상기 전지들의 적층 방향을 따라 장착되며, 음극 단자 쪽에 위치하는 제1 부분과 양극 단자 쪽에 위치하는 제2 부분으로 이루어진 한 쌍의 케이스;
   상기 케이스에 내장되며 상기 홈마다 연결되는 전압 센싱 라인; 및
   상기 전압 센싱 라인의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터를 포함하여,
   상기 전압 측정용 단자가 상기 케이스의 홈에 삽입된 상태에서 상기 전압 센싱 라인이 상기 전압 측정용 단자와 접속됨으로써 전지들의 전압을 센싱하고,
   상기 전압 측정용 단자는 전극 단자와 연결될 수 있는 버스바나 전극 연결 부재의 일측 단부에 마련된 것이거나, 전극 단자 자체에 형성된 돌기부이며,
   상기 한 쌍의 케이스들 사이 및 상기 케이스와 상기 커넥터 사이는 통전 와이어로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈과 전압 측정용 단자는 리셉터클(receptacle) 방식으로 결합 및 탈착되는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 절연 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 사출 성형품인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 와이어는 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상(tubular) 부재에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 상기 전압 센싱 라인은 상기 통전 와이어에서 분지되는 와이어인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
8. 제1항에 있어서, 상기 전지들의 온도를 측정하기 위한 전지 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
9. 순차적으로 적층되는 카트리지들, 상기 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착되는 복수 개의 전지들, 및 상기 카트리지들의 양 측부들에 각각 위치되는 전극 연결 부재들을 포함하는 모듈부; 및
   상기 전극 연결 부재의 일측 단부 또는 상기 전극 연결 부재와 전기적 접속되어 있는 버스바의 일측 단부에 위치하는 전압 측정용 단자가 삽입될 수 있는 홈을 길이 방향을 따라 구비하는 바(bar) 형상 케이스로서, 상기 전지들의 적층 방향을 따라 장착되며, 음극 단자 쪽에 위치하는 제1 부분과 양극 단자 쪽에 위치하는 제2 부분으로 이루어진 한 쌍의 케이스, 상기 케이스에 내장되며 상기 홈마다 연결되는 전압 센싱 라인, 및 상기 전압 센싱 라인의 센싱 전압을 제어부로 송부하는 커넥터를 포함하며 상기 한 쌍의 케이스들 사이 및 상기 케이스와 상기 커넥터 사이는 통전 와이어로 연결되어 있는 전압 센싱 어셈블리를 포함하여,
   상기 전압 측정용 단자가 상기 케이스의 홈에 삽입된 상태에서 상기 전압 센싱 라인이 상기 전압 측정용 단자와 접속됨으로써 전지들의 전압을 센싱하는 전지 모듈로서,
   상기 케이스는 상기 전지모듈의 측면에 각각 장착되고, 상기 통전 와이어는 전지 모듈의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
10. 제9항에 있어서, 상기 홈과 전압 측정용 단자는 리셉터클 방식으로 결합 및 탈착되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
11. 제9항에 있어서, 상기 케이스는 절연 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
12. 제9항에 있어서, 상기 케이스는 사출 성형품인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
13. 삭제
14. 제9항에 있어서, 상기 와이어는 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상(tubular)부재에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
15. 제9항에 있어서, 상기 전압 센싱 라인은 상기 통전 와이어에서 분지되는 와이어인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
16. 제9항에 있어서, 상기 전지들의 온도를 측정하기 위한 전지 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
17. 제9항에 있어서, 상기 복수 개의 전지들은 파우치 형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
18. 제9항에 있어서, 상기 카트리지들의 각각은, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들, 상기 전지 안착체들 사이에 위치되는 버스바들과, 상기 버스바들 사이에 위치해서 상기 전지 안착체들을 연결하는 카트리지 결합고리를 포함하고,
    상기 전지 안착체와 상기 카트리지 결합고리는 절연 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
19. 제18항에 있어서, 상기 두 개의 전지들은 상기 전지 안착체들에 각각 안착되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
20. 제18항에 있어서, 상기 두 개의 전지들은, 상기 카트리지들의 각각의 상기 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 상기 동일 극성의 전극들로 상기 버스바들에 접촉되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
21. 제18항에 있어서, 상기 전극 연결 부재들은 상기 카트리지들의 삽입홈들에 삽입되며 상기 카트리지들 중 최상위 카트리지의 버스바들의 결합홈들에 고리체결됨과 함께 상기 카트리지들의 체결부재들에 나사체결되어서 상기 복수 개의 전지들의 전극들에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
22. 제16항에 있어서, 상기 카트리지는 서로 연통되는 상기 전지 온도 센서의 출입구 및 안착체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
23. 제9항에 있어서, 전지 커버를 더 포함하며, 상기 전지 커버는 상기 한 쌍의 케이스들 사이에 연결되어 있는 통전 와이어를 고정하기 위해 후크(hook)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.

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