KR101875538B1 - Pcb를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 지면을 기준으로 측면 방향으로 세워진 상태로 적층되어 있고, 전극단자들이 상부 방향을 향해 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 상기 전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재; 상기 커버 부재의 중앙부 하면에 장착되어 있고, 전압 센싱 커넥터에 연결될 커넥터 핀들을 포함하고 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB); 상기 커버 부재의 상면에서 중앙부를 기준으로 양측에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들; 및 상기 커버 부재의 중앙부 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Comprising Molding Part for Insulating PCB}

본 발명은 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.

이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있으며 시장규모가 급성장하고 있다.

전력 저장 장치, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.

이와 같은 전지팩은 고출력 대용량의 전력을 공급하는 장점이 있지만, 제한된 공간에 전자 부품들을 탑재하므로 보다 적은 부품을 사용하여 에너지 밀도를 높이고 보존과 수명 특성이 확대된 전지팩이 요구되고 있다.

도 1에는 전지모듈에 포함되는 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 라미네이트 시트의 전지 케이스(16)에 전극 조립체(도시하지 않음)를 전해액과 함께 내장하고, 외주면(18)을 실링한 구조로 이루어져 있다. 전극단자들(12, 14)은 전지 케이스(16)의 일측에 형성되어 있으며, 적층되었을때 효율적인 적층 구조를 형성하기 위하여 장방형의 판상형 구조로 이루어져 있다

도 2에는 종래의 전지모듈의 상부를 덮는 커버 부재의 모식도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 커버 부재(50)는 도전성 접속부들(60)이 배열되어 있고, 전지팩의 전체 기능을 담당하는 메인 PCB 기판을 장착하고 전지셀들의 전압을 측정하기 위해 전압 감지 센서로부터 신호를 전송하는 전압 감지 커넥터 핀(46)과 결합되는 커넥터 하우징(45)을 구비한다.

여기서, 상기 커넥터 하우징을 장착하기 위해서는 결합을 위한 추가 부재가 요구되거나 또는 다수의 제조 공정을 거치게 된다. 이러한 공정들은 부품들을 정위치에 배치하기 위해 추가 비용과 시간이 걸리게 되므로 부품 감소 및 제조 공정의 감축이 요구되고 있다.

또한, 전지팩에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 외부 충격, 고온 다습한 환경, 장기간의 사용 등과 같은 외부 환경에 의해 오작동을 일으키지 않는 내구성을 갖추어야 한다.

특히, 다수의 전지셀들 및 전지모듈들이 조합된 구조로 이루어진 전지팩에서는 BMS(Battery Management System) 또는 PCB(Printed Circuit Board)가 회로가 밀집되어 있고 소자들의 탑재 밀도도 매우 높기 때문에, BMS 또는 PCB의 내부로 외부 물질, 특히, 습기 등이 유입되었을 경우, 회로 및 소자들이 부식되기 쉽고, 이로 인해 전지팩의 오작동이 증가하거나 또는 수명이 크게 저하될 수 있다.

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

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

구체적으로, 본 발명의 목적은 적은 부품들을 사용하여 제조 공정을 감축하고, 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들과 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들을 절연하기 위해 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 몰딩부를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈은,

충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 지면을 기준으로 측면 방향으로 세워진 상태로 적층되어 있고, 전극단자들이 상부 방향을 향해 배열되어 있는 전지셀 어셈블리;

상기 전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재;

상기 커버 부재의 중앙부 하면에 장착되어 있고, 전압 센싱 커넥터에 연결될 커넥터 핀들을 포함하고 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB);

상기 커버 부재의 상면에서 중앙부를 기준으로 양측에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들; 및

상기 커버 부재의 중앙부 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부;

를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈은, 외부 충격, 고온 다습한 환경, 장기간의 사용 등과 같은 외부 환경으로부터 PCB 및 소자들의 부식을 방지하고 오작동의 발생을 감소시킴과 아울러 수명을 향상시키고, 또한 부품 수를 감소시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 전지셀 어셈블리를 사이에 두고 전지셀들의 적층 방향의 양단에서 전지셀 어셈블리를 각각 감싸도록 고정되어 있는 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 더 포함하고 있는 구조일 수 있다.

상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 장착되는 카트리지를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 카트리지는 전기 절연성 소재로 이루어질 수 있다.

이 경우에, 상기 카트리지는, 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 부재, 및 상기 냉각 부재를 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있는 구조일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 카트리지 프레임의 엣지에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 파우치형 전지셀일 수 있고, 예를 들어, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 커버 부재의 중앙부 하면에는 PCB의 장착을 위한 PCB 안착부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 구조에서, 상기 커버 부재의 중앙부에는 PCB의 커넥터 핀들이 상향 돌출되도록 커넥터 핀용 개구가 천공되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 커넥터 핀용 개구의 외주에는 커넥터 핀들을 보호하기 위한 측벽이 상향 돌출되어 있는 구조일 수 있고, 상기 측벽의 높이는 커넥터 핀들의 돌출 높이와 동일하거나 그보다 상대적으로 클 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 커버 부재의 양 측면에는 제 1 플레이트 또는 제 2 플레이트의 상부를 감싸도록 하향 연장되어 있는 구조의 절곡부들이 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 커버 부재의 상향 연장되어 있는 구조의 절곡부들에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위해 다른 방향에서 체결되는 체결부재가 체결되기 위한 하나 이상의 관통구들이 형성될 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 PCB는 전지셀들의 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재의 상면에 기계적으로 결합되어 있는 구조일 수 있다.

경우에 따라, 최외곽에 위치한 도전성 접속부에는 전지모듈의 외부 입출력 단자와 연결되는 버스 바가 결합될 수 있다.

이 경우에, 상기 하부 몰딩부는 도전성 접속부들과 PCB의 접속부위를 외부의 수분으로부터 절연하기 위한 밀폐 구조로 이루질 수 있다.

하나의 예로서, 상기 커버 부재의 상면에 부가되는 상부 몰딩부를 추가적으로 포함할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 상기 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 BMS는 커버 부재의 상부에 장착되고 PCB의 커넥터 핀들에 연결되는 전압 센싱 커넥터를 포함할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 PCB에는 하나 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상향 돌출되어 있는 구조일 수 있다.

상기 BMS는 BMS 연결부에 전기적으로 결합되는 구조일 수 있다.

하나의 예로서, 커버 부재에는 상기 BMS 연결부가 관통하여 BMS에 접속되는 관통형 체결구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

이 경우에, 상기 관통형 체결구는 BMS 연결부가 상향 돌출된 구조로 이루어져 있고, 내부에 너트가 삽입되어 있는 구조일 수 있다.

또, 상기 하부 몰딩부 및 상부 몰딩부는 절연성 수지로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은, 전지모듈을 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로포함하고 있는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스는, 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

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

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈은, 외부 충격, 고온 다습한 환경, 장기간의 사용 등과 같은 외부 환경으로부터 PCB 및 소자들의 부식을 방지하고 오작동을 방지하여 성능 및 품질을 향상시키고, 또한 부품 수를 감소시켜 에너지 밀도가 향상되고 비용이 절감되는 효과를 제공한다.

도 1은 전지모듈에 포함되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 종래의 전지모듈의 사시도 커버 부재의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 4는 전지셀 어셈블리의 일부 분해 사시도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 부재와 PCB의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 부재의 후면에 PCB가 장착되기 전과 PCB가 몰딩된 후를 나타내는 모식도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 PCB를 절연하기 위한 몰딩부를 포함하는 전지모듈의 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 전지셀 어셈블리의 일부 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 부재와 PCB의 모식도가 도시되어 있다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈은 전지셀 어셈블리(130), 커버 부재(150), PCB(170), 도전성 접속부들(160), 및 BMS(180)를 포함하고 있다.

BMS(180)는 커버 부재(150)의 상부에 장착되고 PCB(170)의 커넥터 핀들(146)에 연결되는 구조로 이루어져 있고, 전지모듈(100)의 전체 작동을 제어한다

커버 부재(150)는 전기 절연성 소재로 이루어져 있고, 전지셀 어셈블리(130)의 상단에 장착되어 전지셀들(110)의 전극단자들(112, 114)이 관통되는 관통홈들(도시하지 않음)이 천공되어 있다.

전지셀 어셈블리(130)는 충방전이 가능한 전지셀들(110)이 지면을 기준으로 측면 방향(A방향)으로 세워진 상태로 적층되어 있고, 양극단자(112) 및 음극 단자(114)가 상부 방향을 향해 배열되어 있다.

전지셀 어셈블리(130)는 전지셀들(110)이 장착되는 카트리지(120)를 포함하고 있고, 카트리지(120)는 전지셀들(110) 사이에 개재되는 냉각 부재(124), 및 상기 냉각 부재(124)를 고정하는 카트리지 프레임(126)으로 구성되어 있다.

카트리지 프레임(126)의 엣지(edge)에는 전지셀 어셈블리(130)를 고정하기 위한 체결부재(125)가 삽입되는 체결구들(121)이 각각 형성되어 있다.

제 1 플레이트(142) 및 제 2 플레이트(144)는 전지셀 어셈블리(130)를 사이에 두고 전지셀들(110)의 적층 방향의 양단에서 전지셀 어셈블리(130)를 각각 감싸도록 고정되어 있다.

제 1 플레이트(142) 및 제 2 플레이트(144)의 엣지에는 체결부재들(125)이 관통하는 체결구들(127)이 각각 형성되어 있다.

체결부재(125)는 제 1 플레이트(142)와 제 2 플레이트(144)의 체결구들(127)과, 카트리지 프레임(126)의 엣지에 형성되어 있는 체결구들(121)을 관통하여 밀착 고정한다.

냉각부재(124)의 양면은 전지셀들(110)에 각각 밀착된 상태로 전지셀들(110) 사이에 개재되어 있다. 냉각부재(124)는 방열부(122) 및 방열부(122)의 외주를 따라 냉매 유동부(123)가 형성되어 있다.

커버 부재(150)의 중앙부 하면에는 PCB(170)의 장착을 위한 PCB 안착부(157)가 형성되어 있다. 커버 부재(150)의 중앙부에는 PCB(170)의 커넥터 핀들(146)이 상향 돌출되도록 커넥터 핀용 개구(153)가 천공되어 있다. 커넥터 핀용 개구(153)의 외주에는 커넥터 핀들(146)을 보호하기 위한 측벽(154)이 상향 돌출되어 있다.

도전성 접속부들(160)은 커버 부재(150)의 상면에서 중앙의 PCB 안착부(157)를 기준으로 양측에 대향하여 배열되어 있다. 도전성 접속부들(160)은 커버 부재(150)를 관통하는 관통홈들(도시하지 않음)에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재(150)의 상면에 기계적으로 결합되어 있다.

하향 연장되어 있는 구조의 절곡부들(152)은 커버 부재(150)의 양 측면에서 제 1 플레이트(142) 또는 제 2 플레이트(144)의 상부를 감싸도록 각각 형성되어 있다.

도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극단자에 접속부재가 접합되어 있는 일부 평면 모식도가 도시되어 있다.

PCB(170)는 커넥터 핀들(146)이 커버 부재(150)의 커넥터 핀용 개구(도 5: 153)를 통해 접속되도록 PCB 안착부(157)에 장착된다.

도전성 접속부들(160)은 커버 부재(150)의 PCB 안착부(157) 상에 형성되어 있는 관통홈들(도시하지 않음)로 삽입되고, 전지셀들(110)의 전극단자들(112, 114)과 PCB(170)에 각각 전기적으로 접속됨으로써, 전지셀들(110) 및 PCB(170)의 전기적 연결이 이루어진다.

하부 몰딩부(156)는 PCB 상부에 장착되어 도전성 접속부들(160) 사이의 연결부를 커버하는 구조로서 PCB 안착부(157)에 장착된 PCB(170)는 하부 몰딩부(156)에 의해 외부로부터 절연된다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

1. 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 지면을 기준으로 측면 방향으로 세워진 상태로 적층되어 있고, 전극단자들이 상부 방향을 향해 배열되어 있는 전지셀 어셈블리;
   상기 전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재;
   상기 전지셀 어셈블리와 대면하는 상기 커버 부재의 중앙부 하면에 마련된 PCB 장착부;
   상기 커버 부재의 중앙부 하면의 상기 PCB 장착부에 장착되고, 전압 센싱 커넥터에 연결될 커넥터 핀들을 포함하고 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB);
   상기 PCB의 커넥터 핀들이 상향 돌출되도록 상기 커버 부재의 중앙부에 마련된 개구;
   상기 커버 부재의 상면에서 중앙부를 기준으로 양측에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들;
   상기 커버 부재의 중앙부 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부; 및
   상기 커버 부재의 상면에 마련되어 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하고,
   상기 커버 부재의 개구는 외주에 상기 커넥터 핀들을 보호하기 위한 측벽이 상향 돌출되며,
   상기 하부 몰딩부는 외부로 노출된 상기 PCB의 일면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리를 사이에 두고 전지셀들의 적층 방향의 양단에서 전지셀 어셈블리를 각각 감싸도록 고정되어 있는 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 장착되는 카트리지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 카트리지는, 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 부재, 및 상기 냉각 부재를 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 카트리지 프레임의 엣지에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 양 측면에는 제 1 플레이트 또는 제 2 플레이트의 상부를 감싸도록 하향 연장되어 있는 구조의 절곡부들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB는 전지셀들의 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재의 상면에 기계적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
13. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 위치한 도전성 접속부에는 전지모듈의 외부 입출력 단자와 연결되는 버스 바가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 몰딩부는 도전성 접속부들과 PCB의 접속부위를 외부의 수분으로부터 절연하기 위한 밀폐 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 상면에 부가되는 상부 몰딩부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는 PCB의 커넥터 핀들에 연결되는 전압 센싱 커넥터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 PCB에는 하나 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상향 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 BMS는 BMS 연결부에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
19. 제 18 항에 있어서, 커버 부재에는 상기 BMS 연결부가 관통하여 BMS에 접속되는 관통형 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 관통형 체결구는 BMS 연결부가 상향 돌출된 구조로 이루어져 있고, 내부에 너트가 삽입되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
21. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 하부 몰딩부 및 상부 몰딩부는 절연성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
22. 제 1 항에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩.
23. 제 22 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 디바이스.

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