KR102017226B1 - 나사 체결 부위의 비틀림 응력을 완화할 수 있는 커버 조립체를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

나사 체결 부위의 비틀림 응력을 완화할 수 있는 커버 조립체를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 버스바 연결 부위의 비틀림 응력을 완화할 수 있는 커버 조립체를 포함하는 전지 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 전지 모듈은, 일 측에 전극 리드들이 돌출된 전지 셀 적층체; 상기 전극 리드들과 각각 연결된 센싱 버스바들, 전위가 가장 낮은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제1홈이 형성된 제1전극 버스바, 및 전위가 가장 높은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제2홈이 형성된 제2전극 버스바를 포함하는 센싱 회로 모듈; 및 상기 센싱 회로 모듈을 덮는 커버 조립체를 포함한다. 상기 커버 조립체는, 상기 제1전극 버스바 및 상기 제2전극 버스바가 각각 관통되는 제1슬릿 및 제2슬릿; 상기 제1슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제1전극 버스바의 상기 제1홈에 삽입되는 제1전극 버스바 고정 볼트; 상기 제2슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제2전극 버스바의 상기 제2홈에 삽입되는 제2전극 버스바 고정 볼트; 상기 제1 및 제2전극 버스바 고정 볼트로부터 각각 이격된 제1 및 제2외부 단자 볼트; 상기 제1전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제1외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제1연결 버스바와, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제2외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제2연결 버스바; 상기 제1연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제1격벽; 및 상기 제2연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제2격벽을 포함한다.

Description

나사 체결 부위의 비틀림 응력을 완화할 수 있는 커버 조립체를 포함하는 전지 모듈{Battery Module Comprising Cover Assembly Capable of Alleviating Torsion Stress in Screw Fastening Portion}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 셀들의 전압 측정에 사용되는 센싱 회로 모듈을 덮는 커버 조립체에 대해 구조적 개선을 가하여 버스바의 나사 체결 부위에서 생기는 비틀림 응력을 완화시킬 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근에, 차량의 배출 가스에 기인한 대기 오염을 줄이기 위해서, 차량은 내연 기관 및/ 또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 연구에 바탕을 두고 제조되고 있다. 이에 따라서, 상기 차량은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 및 전기 자동차의 순서로 진화되었다. 이 경우에, 상기 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 내연 기관, 전기 모터와 전지 팩을 가지며, 상기 전기 자동차는 내연 기관 없이 전기 모터와 전지 팩을 갖는다.
상기 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈을 포함한다. 상기 전지 모듈은 복수의 전지 셀 그리고 아이. 시. 비(interconnect board; ICB) 조립체로 불리는 센싱 회로 모듈을 포함한다. 상기 복수의 전지 셀은 아이. 시. 비(ICB) 조립체에 전기적으로 그리고 기구적으로 결합된다. 여기서, 상기 아이. 시. 비(ICB) 조립체는 전지 모듈의 전압 사양에 대응하도록 복수의 전지 셀을 전기적으로 연결하며, 각 전지 셀의 전압을 개별적으로 측정하는 기능을 한다.
상기 센싱 회로 모듈은, 인쇄 회로 기판, 복수의 센싱 버스바와 외부로 인출되는 한 쌍의 전극 버스바를 포함한다. 상기 복수의 센싱 버스바는 인쇄 회로 기판의 일측 및 타측의 가장자리에 일정한 간격을 두고 전기적으로 접속한다. 각 센싱 버스바는 대응하는 전지 셀의 전극 리드들 중 하나와 연결된다.
상기 한 쌍의 전극 버스바는 복수의 센싱 버스바들 중에서 전위가 가장 높은 센싱 버스바와 전위가 가장 낮은 센싱 버스바로부터 직각으로 돌출된다. 각 전극 버스바의 단부는 볼트와 결합하기 위해 볼트 삽입홈을 가진다.
한편, 상기 센싱 회로 모듈은 절연을 위해 절연 재질(예를 들면, 플라스틱)의 커버 조립체에 의해 덮인다. 상기 커버 조립체는 외주면에 한 쌍의 버스바 고정 볼트와 이들로부터 이격된 한 쌍의 외부 단자 볼트를 구비한다.
각 전극 버스바의 단부는 커버 조립체의 외주면에 형성된 슬릿을 통해 삽입되어 외부로 돌출되고, 돌출된 단부는 다시 커버 조립체의 외주면을 향해 수직으로 절곡된다. 그리고, 각 전극 버스바의 절곡된 단부는 볼트 삽입홈을 통해 대응되는 버스바 고정 볼트에 끼워진다.
한 쌍의 버스바 고정 볼트는 연결 버스바를 통해 한 쌍의 외부 단자 볼트와 기구적 및 전기적으로 연결된다. 상기 연결 버스바는 양쪽 단부에 볼트 삽입공 또는 볼트 삽입홈을 가진다. 따라서, 상기 연결 버스바의 양쪽 단부는 볼트 삽입 구조를 통해 대응되는 버스바 고정 볼트와 대응되는 외부 단자 볼트에 각각 삽입된다. 이 상태에서, 버스바 고정 볼트와 이와 대응되는 외부 단자 볼트에 너트를 체결하여 연결 버스바를 단단하게 고정한다.
한편, 연결 버스바의 단단한 고정을 위해서는, 너트의 회전이 멈출 때까지 너트를 일단 돌려준다. 너트의 회전이 멈추면, 연결 버스바의 단부와 전극 버스바의 단부가 면대면으로 접촉을 한다. 이 상태에서, 힘을 더 가하여 너트를 강제로 회전시키면, 너트에 의해 연결 버스바의 단부와 전극 버스바의 절곡된 단부가 완전히 밀착되면서 연결 버스바가 단단하게 고정된다.
그런데, 본 출원의 발명자는 연결 버스바의 단단한 고정을 위해 너트를 강제로 회전시키면 비틀림 응력이 전극 버스바에 인가되어 여러 가지 물리적 손상을 유발한다는 사실을 발견하였다.
일 예로, 전극 버스바의 절곡된 단부와 연결 버스바의 단부가 면대면으로 접촉하고 있는 상태에서 너트를 강하게 돌리면 너트의 회전에 의한 비틀림 응력이 상기 면대면의 접촉 부위를 통해 전극 버스바에도 그대로 전달된다. 그 결과, 전극 버스바 또는 전극 버스바에 연결된 센싱 버스바에 크랙이 생기거나 심지어는 센싱 버스바와 인쇄 회로 기판의 전기적 연결 부위가 단선되는 문제가 생긴다. 또한, 상기 비틀림 응력은 연결 버스바에도 휨을 유발하여 연결 버스바의 형상도 변형시킨다.
또한, 전극 버스바와 연결 버스바에 인가된 비틀림 응력은 너트를 분리시키지 않는 한 계속 유지된다. 따라서, 너트를 체결하는 과정에서 물리적 손상이 발생되지 않더라도 전지 모듈에 인가된 진동에 의해 비틀림 응력이 사후적으로 증폭될 수 있다. 이러한 경우, 너트가 체결된 이후에도 물리적 손상이 예측하지 못한 시점에 발생될 수 있다.
따라서, 본 출원의 발명자는 커버 조립체를 센싱 회로 모듈에 결합시키는 과정에서 연결 버스바의 너트 체결 부위에서 발생되는 비틀림 응력으로 인한 버스바 부품의 물리적 손상을 방지할 수 있는 개선 방안이 필요하다는 것을 인식하였다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 커버 조립체를 센싱 회로 모듈에 결합시키는 과정에서 연결 버스바의 너트 체결 부위에서 발생되는 비틀림 응력으로 인한 여러 가지 버스바 부품의 물리적 손상을 방지할 수 있도록 구조가 개선된 커버 조립체를 포함하는 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 일 측에 전극 리드들이 돌출된 전지 셀 적층체; 상기 전극 리드들과 각각 연결된 센싱 버스바들, 전위가 가장 낮은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제1홈이 형성된 제1전극 버스바, 및 전위가 가장 높은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제2홈이 형성된 제2전극 버스바를 포함하는 센싱 회로 모듈; 및 상기 센싱 회로 모듈을 덮는 커버 조립체를 포함한다.
바람직하게, 상기 커버 조립체는, 상기 제1전극 버스바 및 상기 제2전극 버스바가 각각 관통되는 제1슬릿 및 제2슬릿; 상기 제1슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제1전극 버스바의 상기 제1홈에 삽입되는 제1전극 버스바 고정 볼트; 상기 제2슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제2전극 버스바의 상기 제2홈에 삽입되는 제2전극 버스바 고정 볼트; 상기 제1 및 제2전극 버스바 고정 볼트로부터 각각 이격된 제1 및 제2외부 단자 볼트; 상기 제1전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제1외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제1연결 버스바와, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제2외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제2연결 버스바; 상기 제1연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제1격벽; 및 상기 제2연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제2격벽을 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 제1연결 버스바는 상기 제1전극 버스바 고정 볼트와 상기 제1외부 단자 볼트를 연결하는 경로를 따라 연장된 띠 형상의 버스바이고, 상기 제1격벽은, 상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리를 각각 지지하는 한 쌍의 격벽으로 이루어진다.
바람직하게, 상기 한 쌍의 격벽은 서로 평행하고, 상기 제1연결 버스바을 기준으로 대칭적으로 위치한다. 대안적으로, 상기 한 쌍의 격벽은 서로 평행하고, 상기 제1연결 버스바을 기준으로 비대칭적으로 위치한다.
선택적으로, 상기 한 쌍의 격벽은 상기 제1연결 버스바를 지지하는 표면을 따라 형성된 홈을 포함하고, 상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리는 상기 한 쌍의 격벽에 형성된 홈에 끼워질(frictionally engaging) 수 있다. 이 경우, 상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리는 상기 홈과 정합되는 돌출된 단면 형상을 가지는 것이 바람직하다.
다른 측면에 따르면, 상기 제1연결 버스바는 관통공을 구비하고, 상기 제1격벽은 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 커버 조립체의 표면으로부터 상기 제1연결 버스바의 레벨보다 높게 돌출되어 상기 관통공에 끼워질 수 있다. 이 경우, 상기 관통공은 상기 제1연결 버스바의 연장 방향을 따라 연장된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2연결 버스바는 상기 제2전극 버스바 고정 볼트와 상기 제2외부 단자 볼트를 연결하는 경로를 따라 연장된 띠 형상의 버스바이고, 상기 제2격벽은, 상기 제2연결 버스바의 일측 코너를 지지할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2격벽은, 상기 제1연결 버스바의 일측 코너를 지지할 수 있도록 수직으로 교차하는 가로 격벽과 세로 격벽을 포함한다.
선택적으로, 상기 가로 격벽과 상기 세로 격벽은 상기 제2연결 버스바의 일측 코너를 지지하는 표면을 따라 형성된 홈을 포함하고, 상기 제2연결 버스바의 일측 코너는 상기 가로 격벽과 상기 세로 격벽에 형성된 홈에 끼워질(frictionally engaging) 수 있다. 이 경우, 상기 제2연결 버스바의 일측 코너는 상기 가로 격벽 및 상기 세로 격벽에 형성된 홈과 정합되는 돌출된 단면 형상을 가지는 것이 바람직하다.
선택적으로, 상기 제2연결 버스바는 관통공을 구비하고, 상기 제2격벽은 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 커버 조립체의 표면으로부터 상기 제2연결 버스바의 레벨보다 높게 돌출되어 상기 관통공에 끼워질 수 있다. 이 경우, 상기 관통공은 상기 제2연결 버스바의 연장 방향을 따라 연장된 구조를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 제1연결 버스바 및 상기 제2연결 버스바는, 일측 단부에 볼트 체결공을 포함하고 타측 단부에 볼트 체결홈을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 센싱 회로 모듈은, 상기 센싱 버스바들이 양측 가장자리를 따라 전기적으로 접속된 인쇄 회로 기판을 포함하고, 상기 커버 조립체는, 상기 인쇄 회로 기판이 수용되는 박스형 공간을 정의하는 기판 커버와, 상기 인쇄 회로 기판의 좌측 가장자리에 접속된 센싱 버스바들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 좌측 커버와, 상기 인쇄 회로 기판의 우측 가장자리에 접속된 센싱 버스바들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 우측 커버를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1전극 버스바 고정 볼트와 상기 제1외부 단자 볼트는 각각 상기 좌측 커버의 전면과 상부면으로부터 돌출되고, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트와 상기 제2외부 단자 볼트는 각각 상기 우측 커버의 전면과 상부면으로부터 도출될 수 있다.
또한, 상기 제1슬릿은 상기 좌측 커버의 하측 단부에 형성되고, 상기 제2슬릿은 상기 우측 커버의 상측 단부에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 및 제2연결 버스바가 나사 체결될 때 제1 및 제2연결 버스바가 제1격벽 및 제2격벽에 의해 밀착되어 지지된다. 따라서, 상기 나사 체결 부위를 통해 비틀림 응력이 발생하는 것을 완화시킬 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2연결 버스바와 각각 나사 체결되는 제1 및 제2전극 버스바, 또는 이와 연결된 센싱 버스바들이 물리적으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 나사 체결 부위에 비틀림 응력이 발생되는 것을 완화시킬 수 있으므로, 상기 물리적 손상이 전지 모듈에 가해지는 진동에 의해 사후적으로 발생되는 현상도 해결할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 전지 모듈의 센싱 회로 모듈에 결합되는 커버 조립체의 일 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 센싱 회로 모듈과 커버 조립체를 서로 분리시켜 구체적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은, 도 2의 센싱 회로 모듈에 전기적으로 접속하는 복수의 전지 셀의 결합 관계를 보여주는 사시도이다.
도 4는, 인쇄 회로 기판의 좌측에 구비된 제1센싱 버스바들과 전극 리드들의 결합 관계를 보여주는 부분 확대 측면도이다.
도 5는, 인쇄 회로 기판의 우측에 구비된 제2센싱 버스바들과 전극리드들의 결합 관계를 보여주는 부분 확대 측면도이다.
도 6은, 제1연결 버스바를 지지하는 한 쌍의 격벽에 홈이 형성된 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 7은, 제2연결 버스바를 지지하는 제2격벽의 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 8은, 제1격벽과 제2격벽의 다른 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 9는, 커버 조립체의 작용 메커니즘을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지 셀은 파우치 타입의 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 하지만 본 발명은 전지의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않음은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 센싱 회로 모듈에 결합된 커버 조립체를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 센싱 회로 모듈과 커버 조립체를 서로 분리시켜 구체적으로 보여주는 분해 사시도이다.
또한, 도 3은 센싱 회로 모듈에 전기적으로 접속하는 복수의 전지 셀의 결합 관계를 개념적으로 보여주는 사시도이고, 도 4는 인쇄 회로 기판의 좌측에 구비된 제1센싱 버스바들과 전극리드들의 결합 관계를 보여주는 부분 확대 측면도이고, 도 5는 인쇄 회로 기판의 우측에 구비된 제2센싱 버스바들과 전극리드들의 결합 관계를 보여주는 부분 확대 측면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 커버 조립체(80)은 복수의 전지 셀(130)에 전기적으로 접속되는 센싱 회로 모듈(140)을 덮는다. 상기 커버 조립체(80)은 중앙에 위치되는 기판 커버(10), 기판 커버(10)의 좌측에 위치되는 좌측 커버(40)와, 기판 커버(10)의 우측에 위치되는 우측 커버(70)를 포함한다. 바람직하게, 상기 기판 커버(10), 좌측 커버(40)와 우측 커버(70)는 사출 성형을 통해 일체로 성형되거나 개별적으로 성형되어 접착제를 통해 서로 접합될 수 있다.
상기 센싱 회로 모듈(140)은 인쇄 회로 기판(90), 복수의 제1센싱 버스바(104)들, 복수의 제2센싱 버스바(108)들과, 제1 및 제2전극 버스바(114, 118)를 포함한다.
상기 인쇄 회로 기판(90)은 각 전지 셀(130)의 전압을 측정하여 외부 제어 디바이스(도면에 미 도시)에 측정된 전압을 제공하기 위해 전기 회로 패턴과 회로 소자들을 포함한다.
상기 복수의 제1센싱 버스바(104)들은 인쇄 회로 기판(90)의 좌측 가장자리에 위치된다. 상기 복수의 제2센싱 버스바(108)들은 인쇄 회로 기판(90)의 우측 가장자리에 위치된다.
상기 인쇄 회로 기판(90)을 기준으로 좌우측에 위치한 한 쌍의 제1센싱 버스바(104)와 제2센싱 버스바(108)는, 대응하는 전지 셀(130)의 전극 리드(125)에 각각 접합되어 해당 전지 셀(130)의 전압을 측정하는데 이용된다.
바람직하게, 상기 복수의 제1센싱 버스바(104)들과 복수의 제2센싱 버스바(108)들은 단부를 통해 인쇄 회로 기판(90)의 양측 가장 자리를 따라 일정한 간격으로 형성된 관통공들에 삽입되어 인쇄 회로 기판(90)에 솔더링되고 양측 가장 자리로부터 대략 L자 형상으로 돌출 연장된다.
구체적으로, 각 제1센싱 버스바(104)는 일단을 통해 인쇄 회로 기판(90)의 좌측 가장자리에 형성된 관통공에 삽입되어 인쇄 회로 기판(90)의 전면으로부터 돌출된다. 그리고, 상기 돌출된 부분은 인쇄 회로 기판(90)에 솔더링되어 인쇄 회로 기판(90)의 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속된다. 또한, 각 제1센싱 버스바(104)의 타단은 인쇄 회로 기판(90)의 후면으로부터 소정 길이 돌출되어 절곡된 후 절곡 지점으로부터 인쇄 회로 기판(90)으로부터 멀어지도록 연장된다.
유사하게, 각 제2센싱 버스바(108)는 일단을 통해 인쇄 회로 기판(90)의 우측 가장자리에 형성된 관통공에 삽입되어 인쇄 회로 기판(90)의 전면으로부터 돌출된다. 그리고, 돌출된 부분은 인쇄 회로 기판(90)에 솔더링되어 인쇄 회로 기판(90)의 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속된다. 또한, 각 제2센싱 버스바(108)의 타단은 인쇄 회로 기판(90)의 후면으로부터 소정 길이 돌출되어 절곡된 후 절곡 지점으로부터 인쇄 회로 기판(90)으로부터 멀어지도록 연장된다.
한편, 상기 제1전극 버스바(115)는, 인쇄 회로 기판(90)을 통해 연결된 복수의 전지 셀(130)들의 전극 리드들 중에서 전위가 가장 낮은 전극 리드(도 3의 A1)와 연결된 최하측의 제1센싱 버스바(104)로부터 수직으로 돌출 연장된다.
또한, 상기 제2전극 버스바(118)는, 인쇄 회로 기판(90)을 통해 연결된 복수의 전지 셀(130)들의 전극 리드들 중에서 전위가 가장 높은 전극 리드(도 3의 B1)와 연결된 최상측의 제2센싱 버스바(108)로부터 수직으로 돌출 연장된다.
상기 제1전극 버스바(115)는 그것의 단부에 나사선이 형성된 볼트를 수용하는 제1볼트 수용 홈(115A)을 갖는다. 유사하게, 상기 제2전극 버스바(118)는 그것의 단부에 나사선이 형성된 볼트를 수용하는 제2볼트 수용 홈(119A)을 갖는다.
상기 제1전극 버스바(115)는 커버 조립체(10)의 좌측 커버(40)의 하측에 형성된 제1슬릿(40A)에 삽입되어 돌출되고 돌출된 부분은 좌측 커버(40)의 전면을 향해 수직으로 절곡될 수 있다. 또한, 상기 제2전극 버스바(118)는 커버 조립체(10)의 우측 커버(70)의 상측에 형성된 제2슬릿(70A)에 삽입되어 돌출되고 돌출된 부분은 우측 커버(70)의 전면을 향해 수직으로 절곡될 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수의 전지 셀(130)은 상하로 적층된다. 도면에서, 좌측의 전극 리드는 음극 리드이고, 우측의 전극 리드는 양극 리드이다. 또한, A2 내지 A7, 그리고 B2 내지 B7은 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극 리드들을 지시한다. 또한, A1은 전위가 가장 낮은 전극 리드를, B1은 전위가 가장 높은 전극 리드를 지시한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1센싱 버스바(104)들에는, 하부에서 상부로 가면서 A1으로 지시된 전극 리드와 A2 내지 A7으로 지시된 한 쌍의 전극 리드들이 전기적으로 각각 연결된다.
이 때, A1으로 지시된 전극 리드와 A2 내지 A7으로 지시된 한 쌍의 전극 리드들은 대응되는 제1센싱 버스바(104)에 걸쳐지기 쉽도록 후크 형상으로 절곡될 수 있다. 각각의 제1센싱 버스바(104)에 걸쳐진 전극 리드들은 레이저 용접 등을 통해 접합되어 위치가 고정될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제2센싱 버스바(108)들에는, 상부에서 하부로 가면서 B1으로 지시된 전극 리드와 B2 내지 B7으로 지시된 한 쌍의 전극 리드들이 전기적으로 각각 연결된다.
이 때, B1으로 지시된 전극 리드와 B2 내지 B7으로 지시된 한 쌍의 전극 리드들은 대응되는 제2센싱 버스바(108)에 걸쳐지기 쉽도록 후크 형상으로 절곡될 수 있다. 각각의 제2센싱 버스바(108)에 걸쳐진 전극 리드들은 레이저 용접 등을 통해 접합되어 위치가 고정될 수 있다.
상기와 같이, 제1센싱 버스바(104)들 및 제2센싱 버스바(108)들과 전극 리드들의 접합이 이루어지면, 복수의 전지 셀(130)들은 인쇄 회로 기판(90)에 형성된 전기 회로 패턴을 통해 전기적으로 연결된다. 즉, 상하로 인접하는 전지 셀들 사이에는 병렬 연결이 이루어지고, 병렬로 연결된 전지 셀들 사이에는 직렬 연결이 이루어진다.
한편, 도 1을 참조하면, 상기 커버 조립체(80)의 기판 커버(10)는 인쇄 회로 기판(90)을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 제1안착 홈(G1)을 갖는다.
또한, 상기 좌측 커버(40)는 인쇄 회로 기판(90)의 좌측에 위치된 제1센싱 버스바(104)들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 제2안착 홈(G2)을 갖는다.
도 2를 참조하면, 상기 좌측 커버(40)는 대략적으로 서로에 대해 직각을 이루는 전면과 상부면에 제1전극 버스바 고정 볼트(33)와 이로부터 이격된 제1외부 단자 볼트(36)을 각각 포함한다.
상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)와 제1외부 단자 볼트(36)의 위치는 일 예시에 불과하므로 본 발명이 상기한 바에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)와 제1외부 단자 볼트(36)는 금속 재질로 이루어지며, 좌측 커버(40)의 전면과 상부면으로부터 수직으로 돌출한다.
일 예에서, 상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)는 사각 플레이트 형상의 볼트 머리와 이로부터 돌출 연장되고 표면에 나사산이 형성된 볼트 샤프트를 포함한다. 상기 볼트 머리는 인서트 사출 기술을 이용하여 플라스틱 재질의 좌측 커버(40)와 일체화될 수 있다.
상기 제1외부 단자 볼트(36)는 사각 플레이트 형상의 볼트 머리와 이로부터 돌출 연장되고 표면에 나사산이 형성된 볼트 샤프트를 포함한다. 상기 볼트 머리는 좌측 커버(40)의 상부면에 형성된 제1슬라이딩 가이드(40B)에 끼워진다.
도 1을 참조하면, 상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)는 좌측 커버(40)의 전면 상에서 제1전극 버스바(115)에 연결된다. 즉, 상기 제1전극 버스바(115)는, 좌측 커버(40)의 제1슬릿(40A)에 삽입되어 제1슬릿(40A)으로부터 돌출한다. 또한, 돌출된 부분은 좌측 커버(40A)의 전면을 향해 절곡된다. 이 때, 상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)는 나사산이 형성된 볼트 샤프트를 통해 제1볼트 수용 홈(115A)에 삽입되어 제1전극 버스바(115)와 접촉한다.
상기 제1전극 버스바 고정 볼트(33)와 제1외부 단자 볼트(36)은 이들 2개의 볼트 사이를 연결하는 경로를 따라 연장된 스트립 모양의 제1연결 버스바(150)를 통해 연결된다. 즉, 상기 제1연결 버스바(150)의 일단은 제1볼트 체결공(154)을 통해 제1전극 버스바 고정 볼트(33)의 볼트 샤프트에 삽입되고, 타단은 제1볼트 체결홈(158)을 통해 제1외부 단자 볼트(36)의 볼트 샤프트에 삽입된다. 상기 제1볼트 체결공(154)과 제1볼트 체결홈(158)은 좌측 커버(40) 상에서 제1전극 버스바 고정 볼트(33)와 제1외부 단자 볼트(36)의 위치 또는 형상에 따라서 다양한 모양으로 변형 가능하다.
도 2를 참조하면, 상기 좌측 커버(40)의 전면 상에는 제1연결 버스바(150)를 밀착하여 지지하는 제1격벽(25)이 구비된다. 상기 제1격벽(25)은 서로 마주보는 한 쌍의 격벽(25A, 25B)을 포함한다.
상기 한 쌍의 격벽(25A, 25B)은 상기 제1연결 버스바(150)의 레벨보다 높게 상기 좌측 커버(40)의 전면으로부터 돌출한다. 또한, 상기 한 쌍의 격벽(25A, 25B)은 상기 제1연결 버스바(150)의 길이 방향을 따라 연장되고 상기 제1연결 버스바(150)의 폭에 대응되는 간격으로 이격되어 상기 제1연결 버스바(150)의 양측 모서리를 밀착하여 지지한다.
선택적으로, 상기 한 쌍의 격벽(25A, 25B)은 제1연결 버스바(150)를 기준으로 비대칭적으로 위치될 수 있다. 일 예로, 상기 한 쌍의 격벽(25A, 25B)은 제1연결 버스바(150)를 기준으로 대각선 방향에 위치될 수 있다.
한편, 상기 우측 커버(70)는 제2전극 버스바(118)와 제2센싱 버스바(108)들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 제3 안착 홈(G3)을 갖는다.
또한, 상기 우측 커버(70)는 대략적으로 서로에 대해 직각을 이루는 전면과 상부면에 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)을 각각 포함한다.
상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)는 서로에 대해 수직을 이룬다. 하지만, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)의 상대적 위치는 필요에 따라 변경이 가능하다.
상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)는 금속 재질로 이루어지고, 상기 우측 커버(70)의 전면과 상부면으로부터 수직으로 각각 돌출한다.
일 예에서, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)는 플레이트 형상의 볼트 머리와 이로부터 수직으로 돌출 연장되고 표면에 나사산이 형성된 볼트 샤프트를 포함한다. 상기 볼트 머리는 인서트 사출 기술을 이용하여 플라스틱 재질의 우측 커버(70)와 일체화될 수 있다.
상기 제2외부 단자 볼트(66)는 플레이트 형상의 볼트 머리와 이로부터 돌출 연장되고 표면에 나사산이 형성된 볼트 샤프트를 포함한다. 상기 볼트 머리는 우측 커버(70)의 상부면에 형성된 제2슬라이딩 가이드(70B)에 끼워진다.
상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)는 우측 커버(70)의 전면 상에서 제2전극 버스바(118)와 연결된다. 즉, 상기 제2전극 버스바(118)는 우측 커버(70)의 상측에 형성된 제2슬릿(70A)에 삽입되어 제2슬릿(70A)으로부터 돌출한다. 또한 돌출된 부분은 우측 커버(70A)의 전면을 향해 절곡된다. 이 때, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)의 볼트 샤프트는 제2전극 버스바(118)의 제2볼트 수용 홈(119A)에 삽입되어 상기 제2전극 버스바(118)와 접촉한다.
도 1을 참조하면, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)은 이들 2개의 볼트를 연결하는 경로를 따라 연장된 스트립 모양의 제2연결 버스바(160)를 통해 연결된다. 즉, 상기 제2연결 버스바(160)의 일단은 제2볼트 체결공(164)을 통해 제2전극 버스바 고정 볼트(63)의 볼트 샤프트에 삽입된다. 또한, 상기 제2연결 버스바(160)의 타단은 제2볼트 체결홈(168)을 통해 제2외부 단자 볼트(66)의 볼트 샤프트에 삽입된다.
여기서, 상기 제2볼트 체결공(164)과 제2볼트 체결홈(168)은 우측 커버(70) 상에서 제2전극 버스바 고정 볼트(63)와 제2외부 단자 볼트(66)의 위치 또는 형상에 따라서 다양한 모양으로 변형 가능하다.
상기 우측 커버(70)는 전면 상에 제1연결 버스바(160)를 밀착하여 지지하는 제2격벽(55)을 갖는다. 상기 제2격벽(55)은 서로 수직을 이루는 가로 격벽(55A)과 세로 격벽(55B)을 포함하고, 제2연결 버스바(160)의 일측 코너 부분을 밀착하여 지지한다.
상기 제2격벽(55)은 상기 제2연결 버스바(160)의 레벨보다 높게 상기 우측 커버(70)의 전면으로부터 돌출한다. 또한, 상기 제2격벽(55)은 제2연결 버스바(160)의 일측 코너 부분을 밀착할 수 있도록 일측 코너 부분과 대응되는 형상을 갖는다.
도 6은 제1격벽의 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이고, 도 7은 제2격벽의 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 6을 참조하면, 변형 예에 따른 제1격벽(25')을 구성하는 한 쌍의 격벽(25A' 25B')은 제1연결 버스바(150)의 양측 모서리를 밀착 지지하는 부분에 제1홈(H)들을 갖는다.
한 쌍의 격벽(25A' 25B')과 제1연결 버스바(150)의 밀착력을 높이기 위해, 상기 제1연결 버스바(150)의 양측 모서리는 적어도 상기 제1홈(H1)들과 접촉되는 부분이 상기 제1홈(H)들과 정합되는 돌출 형상(예컨대, 라운드 형상)을 갖는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 변형 예에 따르는 제2격벽(55')을 구성하는 가로 격벽(55A')과 세로 격벽(55B')은 제2연결 버스바(160)의 일측 코너 부분을 밀착 지지하는 부분에 제2홈(H2)을 갖는다. 이 경우, 상기 가로 격벽(55A') 및 세로 격벽(55B')과 제2연결 버스바(160)의 밀착력을 높이기 위해, 상기 제2연결 버스바(160)의 코너 모서리는 적어도 상기 제2홈(H2)들과 접촉되는 부분이 상기 제2홈(H2)과 정합되는 돌출 형상(예컨대, 라운드 형상)을 갖는 것이 바람직하다.
도 8은 제1격벽과 제2격벽의 또 다른 변형 예를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 8을 참조하면, 또 다른 변형 예에 따른 제1격벽(25")은 좌측 커버(40) 상에서 제1연결 버스바(150)의 하부에서 제1연결 버스바(150)의 레벨보다 높게 돌출하고 상기 제1연결 버스바(150)에 형성된 관통공(G1)에 끼워져 제1연결 버스바(158)의 표면 위로 돌출한다.
유사하게, 또 다른 변형 예에 따른 제2격벽(55")은 우측 커버(70) 상에서 제2연결 버스바(160)의 하부에서 제1연결 버스바(160)의 레벨보다 높게 돌출하고 제2연결 버스바(160)에 형성된 관통공(G2)에 끼워져 제2연결 버스바(160)의 표면 위로 돌출한다.
도 9는 도 1의 센싱 회로 모듈을 덮는 커버 조립체의 작용 메커니즘을 설명하는 사시도이다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 커버 조립체(80), 센싱 회로 모듈(140), 그리고 제1 및 제2연결 버스바(150, 160)가 준비될 수 있다. 상기 커버 조립체(80)는 기판 커버(10), 좌측 커버(40)와 우측 커버(70)를 포함할 수 있다. 상기 센싱 회로 모듈(140)은 커버 조립체(80)에 수용될 수 있다. 여기서, 상기 기판 커버(10), 좌측 커버(40)와 우측 커버(70)는 센싱 회로 모듈(140)을 덮을 수 있다.
상기 센싱 회로 모듈(140)이 커버 조립체(80)에 수용될 때, 제1전극 버스바(115)는 좌측 커버(40)를 관통하여 좌측 커버(40)의 전면을 향해 절곡될 수 있다. 상기 제1전극 버스바(115)의 절곡된 단부는 제1볼트 수용 홈(115A)을 통해 좌측 커버(40)의 전면에 고정된 제1전극 버스바 고정 볼트(33)에 삽입될 수 있다. 또한, 제2전극 버스바(118)는 우측 커버(70)를 관통하여 우측 커버(70)의 전면을 향해 절곡될 수 있다. 상기 제2전극 버스바(118)의 절곡된 단부는 제2볼트 수용 홈(119A)을 통해 우측 커버(70)의 전면에 고정된 제2전극 버스바 고정 볼트(63)에 삽입될 수 있다.
다음으로, 좌측 커버(40) 상에 돌출된 한 쌍의 격벽(25A, 25B) 사이에 상기 제1연결 버스바(150)의 양측 모서리가 지지되도록 제1연결 버스바(150)를 위치시킨 후, 상기 제1연결 버스바(150)의 제1볼트 체결공(154)을 제1전극 버스바 고정 볼트(33)의 볼트 샤프트에 끼우고, 상기 제1연결 버스바(150)의 제1볼트 체결홈(158)을 제1외부 단자 볼트(36)의 볼트 샤프트에 끼운다.
다음으로, 우측 커버(40) 상에 돌출된 가로 격벽(55A) 및 세로 격벽(55B)에 의해 상기 제2연결 버스바(160)의 하측 코너 부분이 지지되도록 제2연결 버스바(160)를 위치시킨 후, 상기 제2연결 버스바(160)의 제2볼트 체결공(164)을 제2전극 버스바 고정 볼트(63)의 볼트 샤프트에 끼우고, 상기 제2연결 버스바(160)의 제2볼트 체결홈(168)을 제2외부 단자 볼트(66)의 볼트 샤프트에 끼운다.
다음으로, 상기 제1외부 단자 볼트(36)의 볼트 샤프트와 상기 제2외부 단자 볼트(66)의 볼트 샤프트에 각각 너트(39)를 결합시켜 너트(39)의 회전이 멈출 때까지 너트(39)를 회전시킨다.
그런 다음, 너트(39)에 회전력을 강제로 더 가하여 너트(39)를 강제적으로 더 회전시킨다. 이 때, 너트(39)의 강제적인 회전에 의해 비틀림 응력이 생기지만, 상기 제1 및 제2연결 버스바(150, 160)가 제1격벽(25) 및 제2격벽(55)에 의해 밀착되어 단단하게 지지되므로, 제1 및 제2전극 버스바(115, 118)에 인가되는 비틀림 응력이 대폭 완화될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2연결 버스바(150, 160)를 너트(39)로 고정하는 과정에서, 제1 및 제2전극 버스바(115, 118)나 이와 연결된 센싱 버스바들에 크랙이 생기거나 제1 및 제2연결 버스바(150, 160)의 모양이 비틀림 응력에 의해 변형되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (18)

  1. 일 측에 전극 리드들이 돌출된 전지 셀 적층체;
    상기 전극 리드들과 각각 연결된 센싱 버스바들, 전위가 가장 낮은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제1홈이 형성된 제1전극 버스바, 및 전위가 가장 높은 전극 리드와 연결된 센싱 버스바로부터 돌출되고 단부에 제2홈이 형성된 제2전극 버스바를 포함하는 센싱 회로 모듈; 및
    상기 센싱 회로 모듈을 덮는 커버 조립체를 포함하고,
    상기 커버 조립체는,
    상기 제1전극 버스바 및 상기 제2전극 버스바가 각각 관통되는 제1슬릿 및 제2슬릿;
    상기 제1슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제1전극 버스바의 상기 제1홈에 삽입되는 제1전극 버스바 고정 볼트;
    상기 제2슬릿을 관통한 후 절곡된 상기 제2전극 버스바의 상기 제2홈에 삽입되는 제2전극 버스바 고정 볼트;
    상기 제1 및 제2전극 버스바 고정 볼트로부터 각각 이격된 제1 및 제2외부 단자 볼트;
    상기 제1전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제1외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제1연결 버스바와, 상기 제2전극 버스바 고정 볼트 및 상기 제2외부 단자 볼트에 너트 체결되는 제2연결 버스바;
    상기 제1연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제1격벽; 및
    상기 제2연결 버스바를 밀착하여 지지하는 제2격벽을 포함하며,
    상기 제1연결 버스바는 상기 제1전극 버스바 고정 볼트와 상기 제1외부 단자 볼트를 연결하는 경로를 따라 연장된 띠 형상의 버스바이고,
    상기 제1격벽은, 상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리를 각각 지지하는 한 쌍의 격벽으로 이루어지며,
    상기 한 쌍의 격벽은 상기 제1연결 버스바를 지지하는 표면을 따라 형성된 홈을 포함하고,
    상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리는 상기 한 쌍의 격벽에 형성된 홈에 끼워지는(frictionally engaging) 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 격벽은 서로 평행하고, 상기 제1연결 버스바을 기준으로 대칭적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 격벽은 서로 평행하고, 상기 제1연결 버스바을 기준으로 비대칭적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결 버스바의 평행한 양측 모서리는 상기 홈과 정합되는 돌출된 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결 버스바는 관통공을 구비하고,
    상기 제1격벽은 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 커버 조립체의 표면으로부터 상기 제1연결 버스바의 레벨보다 높게 돌출되어 상기 관통공에 끼워지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 제1연결 버스바의 연장 방향을 따라 연장된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결 버스바는 상기 제2전극 버스바 고정 볼트와 상기 제2외부 단자 볼트를 연결하는 경로를 따라 연장된 띠 형상의 버스바이고,
    상기 제2격벽은, 상기 제2연결 버스바의 일측 코너를 지지하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2격벽은, 상기 제1연결 버스바의 일측 코너를 지지할 수 있도록 수직으로 교차하는 가로 격벽과 세로 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가로 격벽과 상기 세로 격벽은 상기 제2연결 버스바의 일측 코너를 지지하는 표면을 따라 형성된 홈을 포함하고,
    상기 제2연결 버스바의 일측 코너는 상기 가로 격벽과 상기 세로 격벽에 형성된 홈에 끼워지는(frictionally engaging) 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2연결 버스바의 일측 코너는 상기 가로 격벽 및 상기 세로 격벽에 형성된 홈과 정합되는 돌출된 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결 버스바는 관통공을 구비하고,
    상기 제2격벽은 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 커버 조립체의 표면으로부터 상기 제2연결 버스바의 레벨보다 높게 돌출되어 상기 관통공에 끼워지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 제2연결 버스바의 연장 방향을 따라 연장된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결 버스바 및 상기 제2연결 버스바는, 일측 단부에 볼트 체결 공을 포함하고 타측 단부에 볼트 체결 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 회로 모듈은, 상기 센싱 버스바들이 양측 가장자리를 따라 전기적으로 접속된 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    상기 커버 조립체는, 상기 인쇄 회로 기판이 수용되는 박스형 공간을 정의하는 기판 커버와, 상기 인쇄 회로 기판의 좌측 가장자리에 접속된 센싱 버스바들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 좌측 커버와, 상기 인쇄 회로 기판의 우측 가장자리에 접속된 센싱 버스바들을 수용하는 박스형 공간을 정의하는 우측 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1전극 버스바 고정 볼트와 상기 제1외부 단자 볼트는 각각 상기 좌측 커버의 전면과 상부면으로부터 돌출되고,
    상기 제2전극 버스바 고정 볼트와 상기 제2외부 단자 볼트는 각각 상기 우측 커버의 전면과 상부면으로부터 돌출된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1슬릿은 상기 좌측 커버의 하측 단부에 형성되고,
    상기 제2슬릿은 상기 우측 커버의 상측 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
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