KR102018720B1 - 센싱 커넥터 고정 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층 배열되는 다수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 조립체; 판상체 형태로 제공되는 하면판과 소정 간격을 두고 상기 하면판 상에서 수직으로 연장되는 2개의 수직판을 구비하여, 상기 셀 조립체가 상기 두 개의 수직판 사이 공간에 적어도 일부분이 삽입되게 구성되고, 상기 수직판에는 상기 배터리 셀들 각각에 구비된 전극탭과 전기적으로 연결되는 다수의 버스 바가 결합되는 로워 하우징; 상기 로워 하우징과 결합하여 상기 셀 조립체의 상부를 감싸는 어퍼 하우징; 및 상기 다수의 버스 바와 전기적으로 연결되며 상기 로워 하우징의 아래에서 위로 배선되는 하네스 와이어, 상기 하네스 와이어의 끝단에 연결되고 상기 로워 하우징의 일측에 위치 고정되게 마련된 센싱 커넥터를 구비하고 상기 배터리 셀들의 전압 특성을 센싱하는 센싱유닛을 포함한다.

Description

센싱 커넥터 고정 구조를 갖는 배터리 모듈{Battery module with structure for mounting sensing connector}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 개별 배터리 셀의 전압 정보를 수집하기 위한 센싱 커넥터를 배터리 모듈의 조립 과정에서는 임시로 가고정시키고 조립 후에는 최종적으로 고정시킬 수 있는 센싱 커넥터 고정 구조를 갖는 배터리 모듈에 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) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 모듈이 사용되며, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 구현된 배터리 팩이 이용되기도 한다.
중대형 배터리 모듈은, 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다.
또한, 중대형 배터리 모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 배터리 셀들을 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
중대형 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 배터리 셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열되는 경우, 이를 센싱하여 제어하기 위한 센싱 수단이 필수적이다.
예컨대, 배터리 모듈 내의 배터리 셀들은 전극탭 부분이 금속 플레이트 형태로 제공되는 다수의 버스 바에 용접되어 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 센싱 수단은 상기 다수의 버스 바에 스냅-핏 방식 등으로 접속하는 센싱 부재와, 각 센싱 부재들과 연결된 와이어와 센싱 커넥터로 구성될 수 있다. 이러한 센싱 수단은 배터리 셀들과 개별적으로 연결되어 배터리 셀들의 전압/전류 정보를 BMS 등에 제공할 수 있다.
한편, 상기 센싱 커넥터는 상대물로서 BMS 보드 상에 마련된 접속 소켓에 접속되거나, 수 커넥터에 접속될 수 있다. 여기서 수 커넥터의 다른 쪽은 BMS 보드 상의 접속 소켓에 접속될 수 있다. 그런데 센싱 커넥터는 배터리 모듈을 비롯하여 BMS를 포함한 전장 부품을 모두 조립하기 전에는 플랙서블한 와이어의 끝단에 매달려 있는 상태로 있어서 제품 조립시 방해가 된다.
예컨대, 배터리 모듈의 하우징은 여러 개의 부품이 조립되게 구성될 수 있는데, 이들 부품을 조립하는 과정에서 와이어와 센싱 커넥터가 유동하기 때문에 부품들을 조립하기가 매우 불편하다. 또한, 배터리 셀들을 하우징에 수납한 다음 각 배터리 셀들의 전극탭을 버스 바에 용접하는 과정에서 와이어와 센싱 커넥터의 위치가 용접에 지장을 줄 수 있어 용접 불량을 야기할 수도 있다. 그리고 배터리 모듈 조립이 끝난 후 특정 위치에 고정되어 있지 않은 와이어와 센싱 커넥터는 미관상으로 좋지 않을 뿐만 아니라 와이어가 엉클어질 수 있어 이 경우, 센싱 커넥터와 상대물의 연결이 번거로워질 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0084724호, (2014.07.07), 에이치엘그린파워.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창단된 것으로서, 배터리 모듈의 구성품 조립 과정에서 센싱 커넥터를 임시로 가고정시킬 수 있는 센싱 커넥터 임시 고정 구조와 조립 후 센싱 커넥터를 최종적으로 고정시킬 수 있는 센싱 커넥터 고정 구조를 마련하여 배터리 모듈의 조립 및 센싱 커넥터와 상대물과의 연결 편의성을 도모할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상호 적층 배열되는 다수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 조립체; 판상체 형태로 제공되는 하면판과 소정 간격을 두고 상기 하면판 상에서 수직으로 연장되는 2개의 수직판을 구비하여, 상기 셀 조립체가 상기 두 개의 수직판 사이 공간에 적어도 일부분이 삽입되게 구성되고, 상기 수직판에는 상기 배터리 셀들 각각에 구비된 전극탭과 전기적으로 연결되는 다수의 버스 바가 결합되는 로워 하우징; 상기 로워 하우징과 결합하여 상기 셀 조립체의 상부를 감싸는 어퍼 하우징; 및 상기 다수의 버스 바와 전기적으로 연결되며 상기 로워 하우징의 아래에서 위로 배선되는 하네스 와이어, 상기 하네스 와이어의 끝단에 연결되고 상기 로워 하우징의 일측에 위치 고정되게 마련된 센싱 커넥터를 구비하고 상기 배터리 셀들의 전압 특성을 센싱하는 센싱유닛을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 수직판은, 외측면에 상기 다수의 버스 바가 결합 가능하게 마련된 수직상판부; 및 내부에 빈 공간을 구비하고 상기 수직상판부보다 외측으로 돌출된 형태를 취하여 상기 수직상판부에 대해 단차를 형성하며 하부 방향으로 연장되는 수직하판부를 포함할 수 있다.
상기 2개의 수직판 중 어느 하나의 수직판은, 상기 수직하판부에 상기 센싱 커넥터를 임시로 가고정시킬 수 있는 커넥터 임시 고정부가 마련될 수 있다.
상기 커넥터 임시 고정부는 상기 수직하판부가 미리 결정된 형상으로 상기 수직하판부의 상단에서 하방으로 부분 절개되어 형성되며, 상기 센싱 커넥터는, 상기 하네스 와이어의 끝단에 결합되는 본체; 및 상기 본체의 외측면에 결합되어 상기 본체를 소정 각도로 회전시킴에 따라 상기 커넥터 임시 고정부의 내측에 걸림 고정 또는 걸림 고정 해제되어 상기 커넥터 임시 고정부에 대해 상하 방향으로 장착되게 마련된 고정용 후크를 포함할 수 있다.
상기 커넥터 임시 고정부는, 아크 형태의 곡선 구간을 갖는 하단부와, 절개되어 형성된 공간을 향해 좌우 방향으로 돌출 형성되는 걸림턱을 각각 갖는 양쪽 측면부를 포함하고,
상기 고정용 후크는, 상기 본체의 외측면에 대해 수직으로 돌출되되, 소정의 두께를 갖는 판 형태로 마련되는 몸체부, 상기 몸체부의 끝단부에서 상기 몸체부에 교차하며 상기 본체 방향으로 벌어진 날개 형태로 마련된 날개부를 구비하여, 상기 걸림턱들 사이에 상기 몸체부가 세워져 상기 커넥터 임시 고정부에 상하 방향으로 삽입된 상태에서 상기 몸체부가 상기 곡선 구간을 따라 90도 회전하여 눕혀져 상기 걸림턱들에 의해 상하 방향으로 구속되고, 상기 날개부에 의해 전후 방향으로 구속될 수 있다.
상기 로워 하우징은, 상기 수직상판부를 커버하여 상기 다수의 버스 바를 차폐시키는 수직판 덮개를 더 포함할 수 있다.
상기 수직판 덮개는 상기 센싱 커넥터가 고정 장착되는 커넥터 고정부을 구비할 수 있다.
상기 커넥터 고정부는 상기 수직판 덮개의 일측에 미리 결정된 통공 형태로 마련되는 삽입공을 포함하고, 상기 센싱 커넥터는, 내부에 다수의 커넥터 핀을 구비하고 상기 하네스 와이어의 끝단에 결합 가능하게 마련되는 본체; 및 상기 본체의 외측면에 대해 수직으로 돌출되되, 소정의 두께를 갖는 판 형태로 마련되는 몸체부, 상기 몸체부의 끝단부에서 상기 몸체부에 교차하며 상기 본체 방향으로 벌어진 날개 형태로 마련된 날개부를 구비하는 고정용 후크를 포함하며, 상기 고정용 후크는 상기 날개부가 접혀져 상기 삽입공을 통과하되, 통과후 다시 벌어져 상기 수직판 덮개에 고정될 수 있다.
상기 커넥터 고정부는, 상기 수직판 덮개의 외측면에 돌출 형성되며 상기 삽입공을 중심에 두고 사이 공간에 상기 센싱 커넥터의 본체가 억지 끼움되게 마련되는 커넥터 본체 홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 수직판 덮개에는, 상기 커넥터 고정부의 하부에서 상기 하네스 와이어가 억지 끼움되게 마련되는 와이어 홀더가 더 구비될 수 있다.
상기 수직판 덮개의 내측면에는 파편 비산 방지용 시트가 더 부착될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 조립 과정에서 센싱 커넥터가 임시로 가고정될 수 있음으로 배터리 셀의 전극탭들을 용접하거나 로워 하우징과 어퍼 하우징을 조립할 때 조립 편의성 및 안정성이 충분히 확보될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 로워 하우징의 일측에 센싱 커넥터가 최종적으로 고정됨으로써 센싱 커넥터와 대상물(수 커넥터)의 연결이 안정적이고 매우 수월해질 수 있으며 하네스 와이어 배선은 깔끔하고 간명하게 처리될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 구성의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징의 배면 수직판에 센싱 커넥터를 장착하기 전과 후의 상태를 도시한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 커넥터를 접속 방향에서 바라본 센싱 커넥터의 상면도이다.
도 7은 도 6의 측면도이다.
도 8은 도 6의 정면도이다.
도 9는 도 3의 A 영역 확대도이다.
도 10 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 임시 고정부의 배후에서 바라본 센싱 커넥터 장착 과정을 도시한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직판 덮개를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 13의 수직판 덮개를 배면에서 바라본 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 커넥터를 수직판 덮개에 장착한 배터리 모듈의 일 부분을 확대한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 구성의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 조립체(100), 로워 하우징(200), 어퍼 하우징(300), 센싱 유닛(400)을 포함한다.
먼저, 배터리 모듈(10)의 구성을 형성하는 셀 조립체(100)에 대해 간략히 설명하면, 셀 조립체(100)는 다수의 배터리 셀(110)들의 집합체일 수 있다. 여기서 배터리 셀(110)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 파우치형 이차 전지는 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
특히, 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 2개의 파우치 외주면에는 실링부가 구비되어 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 상기 전극 조립체에 전극탭(111)이 부착될 수 있고 이러한 전극탭(111)은 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)들은, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각 지면에 대해 상하 방향으로 세워진 형태로 좌우 방향으로 적층 배열될 수 있다. 이하에서는 도 1과 같이, 전극탭(111)들이 위치한 양방향을 각각 배터리 모듈(10)의 전면부와 후면부라고 지칭하되, 도 2와 같이 센싱 커넥터(430)와 하네스 와이어(420)가 배선되어 있는 쪽이 배터리 모듈(10)의 후면부라 한다.
셀 조립체(100)는 파우치형 이차 전지를 적층하기 위한 수단으로서, 카트리지(120)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 카트리지(120)는 파우치형 이차 전지를 홀딩함으로써 그 유동을 방지시키고, 상호 간 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드하는 역할을 한다. 이러한 카트리지(120)들은, 배터리 셀(110)들을 수용한 상태로 지면에 대해 상하 방향으로 세워진 형태로 좌우 방향으로 적층 배열될 수 있다. 물론, 도면과 달리, 카트리지(120)들은 다른 방향으로 적층될 수도 있을 것이므로 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 수 없다.
로워 하우징(200)은 셀 조립체(100)의 하부에 배치되어 하부에서 상기 셀 조립체(100)를 지지하는 구조물이다. 특히, 본 발명에 따른 로워 하우징(200)은 내측에 셀 조립체(100)가 슬라이드 방식으로 삽입 배치될 수 있으며, 그 외측에 센싱 커넥터(430)가 위치 고정될 수 있게 구성된다.
이러한 로워 하우징(200)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 넓은 판상체 형태로 제공되는 하면판(210)과, 소정 간격을 두고 상기 하면판(210) 상에서 수직으로 연장되는 2개의 수직판(220), 상기 수직판(220)의 일부분을 커버하는 수직판 덮개(230)를 포함할 수 있다.
상기 하면판(210)의 상면에는 좌우 방향으로 다수의 슬롯들이 형성될 수 있다. 그리고 2개의 수직판(220)은, 예컨대 하판면의 양쪽 단변측 사이드 부분에 상호 대향하는 형태로 기립 배치된 판상체 형태로 제공되되, 내측에 좌우 방향으로 다수의 격벽이 형성될 수 있다. 셀 조립체(100)를 구성하는 카트리지(120)들 각각은 2개의 수직판(220)에 구비된 격벽을 따라 상하 방향으로 슬라이드 되어서 그 하단부가 상기 슬롯들에 삽입됨으로써 로워 하우징(200)에 기립 배치될 수 있다. 다시 말해, 셀 조립체(100)는 두 개의 수직판(220) 사이 공간에 적어도 일부분이 상하 방향으로 삽입되어 하면판(210)에 안착될 수 있다.
한편, 수직판(220)은 수직상판부(221)와 수직하판부(222)로 구성될 수 있다. 수직상판부(221)는 로워 하우징(200)의 하판부에 배터리 셀(110)을 세워 놓았을 때 전극탭(111)의 위치에 대응하는 수직판(220)의 일부분에 해당한다. 그리고 이러한 수직상판부(221)의 외측면에 버스 바(223)를 결합함으로써 추후 전극탭(111)을 버스 바(223)에 용이하게 부착할 수 있다. 참고로 수직상판부(221)는 세로 방향으로 부분 절개된 구조를 취함으로써 전극탭(111)들을 수직상판부(221)의 내측에서 외측으로 빼낼 수 있게 형성된다. 상기 전극탭(111)들은 수직상판부(221)의 외측에서 용접 과정을 거쳐 버스 바(223)에 부착될 수 있다.
수직하판부(222)는 수직상판부(221)에 대해 단차를 형성하며 하부 방향으로 연장 형성된 수직판(220)의 일부분에 해당한다. 이를테면 수직하판부(222)는 수직상판부(221)보다 더 외측으로 돌출된 형태를 취하며, 그 내부에 빈 공간을 구비할 수 있다. 그리고 수직하판부(222)의 하면에는, 도시하지 않았으나, 상하 방향으로 통공이 더 형성될 수 있으며, 이러한 통공을 통과해 후술할 센싱 부재(410)가 수직하판부(222) 내부에 위치되어 버스 바(223)에 접속될 수 있다.
수직판 덮개(230)는 상기 수직판(220) 중에서 수직상판부(221)를 커버하여 전극탭(111)과 버스 바(223)가 외부에 노출되지 않도록 한다. 수직판 덮개(230)의 내측면에는 (도 14 참조) 파편 비산 방지용 시트(238)가 더 부착될 수 있다. 예컨대, 파편 비산 방지용 시트(238)의 소재로는 폴리에치렌필름(PE) 등의 합성수지가 사용될 수 있다. 이러한 파편 비산 방지용 시트(238)는 쉽게 찢어지지 않으므로 외부 충격이 가해져 수직판 덮개(230)가 파손되더라도 그 파편이 떨어져 나가는 것을 막아준다. 이 경우, 최소한 전극탭(111)과 버스 바(223)가 용접되어 있는 부위가 외부로 노출되지 않을 수 있다. 참고로, 버스 바(223)가 외부에 그대로 노출되면 해당 부위에 금속 물체나 이물질 등이 직접 접촉할 수 있어 스파크로 인한 발화 위험성이 커질 수 있다. 한편, 수직판 덮개(230)에는 센싱 커넥터(430) 고정부(231)가 더 형성될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
어퍼 하우징(300)은 셀 조립체(100)의 상부에 배치되어 상부에서 상기 셀 조립체(100)를 지지하는 판형 구조물이다. 상기 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)은 상보적으로 결합하여 셀 조립체(100)의 둘레를 감싸는 형태로 제공될 수 있다. 이러한 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)은 셀 조립체(100)에 대한 기계적 지지력을 제공하고, 외부의 충격 등으로부터 셀 조립체(100)를 보호하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)은 롱 볼트(미도시)에 의해 상하로 고정될 수 있다. 이를테면, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 코너 영역에는 각각 부싱(B)이 상하로 통과할 수 있는 부싱 통과홀과 부싱 삽입관(227)이 더 구비될 수 있다. 상기 부싱 통과홀과 부싱 삽입관(227)은 상하로 연통할 수 있다. 상기 부싱 통과홀과 부싱 삽입관(227)에 긴 원통 형상의 부싱(B)을 삽입한 후 부싱(B) 내부에 롱 볼트를 다시 삽입하고 로워 하우징(200) 하부에서 롱 볼트의 하단부를 너트로 조인다. 이와 같이, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)을 부싱(B)과 롱 볼트를 사용해 고정 결합함으로써 볼트 체결 부위의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
센싱 유닛(400)은 배터리 셀(110)들의 개별적인 전압 정보를 BMS 등에 제공하는 역할을 하는 구성품이다. 본 실시예의 센싱 유닛(400)은 다수의 센싱 부재(410), 하네스 와이어(420), 센싱 커넥터(430) 및 와이어 몰드(440)를 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 센싱 유닛(400)은 배터리 셀(110)들의 전극탭(111)과 직,간접적으로 연결될 수 있게 구성되는 것이라면, 본 실시예와 달리 센싱 부재(410)와 와이어 몰드(440)는 생략될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 다수의 센싱 부재(410)는 2개의 수직상판부(221)에 결합된 다수의 버스 바(223)에 일대일 연결되는 전도체일 수 있다. 예컨대, 본 실시예에서 버스 바(223)가 배터리 모듈(10)의 전면부에 5개, 후면부에 4개 마련되므로, 다수의 센싱 부재(410)도 배터리 모듈(10)의 전면부에 5개, 후면부에 4개가 마련된다. 상기 다수의 센싱 부재(410)는 수직하판부(222)의 통공(미도시)을 통과해 수직하판부(222) 내부의 빈 공간에 위치되어 해당 버스 바(223)에 직접 접촉될 수 있다.
하네스 와이어(420)를 형성하는 개별 와이어는 상기 다수의 센싱 부재(410)와 선택적으로 하나씩 연결되어 간접적으로 상기 다수의 버스 바(223)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 하네스 와이어(420)는 로워 하우징(200)의 아래에서 위로 배선될 수 있다.
이를테면 본 실시예에서 하네스 와이어(420)를 형성하는 개별 와이어들은 와이어 몰드(440) 속에 몰딩 처리된 상태로 로워 하우징(200)의 하부에 배선되고, 외피에 감싸여진 형태로 로워 하우징(200)의 후면부 수직판(220) 아래에서 위로 배선된다. 그리고 하네스 와이어(420)의 끝단에는 센싱 커넥터(430)가 연결된다. 상기 와이어 몰드(440)는 스냅-핏 방식으로 로워 하우징(200)의 하면판(210)에 장착될 수 있다.
센싱 커넥터(430)는 상대물로서 BMS 보드 상에 마련된 접속 소켓(미도시)에 접속되거나, 수 커넥터(미도시)에 접속될 수 있다. 상기 수 커넥터의 다른 쪽은 BMS 보드 상의 접속 소켓에 접속될 수 있다. 이를테면 본 실시예에서 센싱 커넥터(430)는 암 커넥터로 구현되어 있으며, 이러한 센싱 커넥터(430)에 BMS 보드와 연결될 수 있는 수 커넥터가 리셉터클 방식으로 접속될 수 있다.
이하에서는 상기 센싱 커넥터(430)의 고정 장착 구조에 대해 자세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에서 센싱 커넥터(430)를 고정 장착시킬 수있는 구조는 2 곳에 마련된다. 다시 말해, 본 발명의 배터리 모듈(10)에는 배터리 모듈(10)의 조립 과정에서는 센싱 커넥터(430)를 임시로 가고정시킬 수 있는 커넥터 임시 고정부(224)와, 배터리 모듈(10) 조립 후 센싱 커넥터(430)를 최종적으로 고정시킬 수 있는 커넥터 고정부(231)가 마련될 수 있다.
자세한 설명에 앞서, 본 발명의 배터리 모듈(10)의 조립 순서를 간단히 살펴보면, 로워 하우징(200)과 센싱 유닛(400)이 먼저 조립된다. 그 다음 로워 하우징(200)에 셀 조립체(100)를 상하 방향으로 끼워 넣고 전극탭(111)들을 버스 바(223)에 용접한다. 그 다음 어퍼 하우징(300)으로 셀 조립체(100)의 상부를 덮고 롱볼트를 사용해 어퍼 하우징(300)과 로워 하우징(200)을 결합한다. 마지막으로 수직판 덮개(230)를 조립하고 센싱 커넥터(430)를 수직판 덮개(230)에 마련되어 있는 커넥터 고정부(231)에 장착한다.
위와 같은 조립 순서에서 로워 하우징(200)과 센싱 유닛(400)을 조립한 다음에 센싱 커넥터(430)를 로워 하우징(200)의 수직판(220)에 임시로 가고정시킨 후 에 조립 공정을 계속 진행할 수 있다. (이하에서 언급하는 수직판(220)과 수직판 덮개(230)는 배터리 모듈(10)의 후면부에 위치한 수직판(220)과 수직판 덮개(230)로 한정한다.)
이를 위해 상기 수직판(220)에는 센싱 커넥터(430)를 임시로 가고정시킬 수 있는 커넥터 임시 고정부(224)가 더 마련될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징(200)의 배면 수직판(220)에 센싱 커넥터(430)를 장착하기 전과 후의 상태를 도시한 도면들이다.
이들 도면들을 참조하면, 커넥터 임시 고정부(224)는 수직하판부(222)가 미리 결정된 형상으로 수직하판부(222)의 상단에서 하방으로 부분 절개되어 형성될 수 있다. 그리고 커넥터 임시 고정부(224)의 배후에는 빈 공간(S)이 존재한다. 센싱 커넥터(430)는 상기 커넥터 임시 고정부(224)에, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 수직으로 끼워서 소정 각도 돌리면 상하, 좌우, 전후 방향으로 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 커넥터(430)를 접속 방향에서 바라본 센싱 커넥터(430)의 상면도, 도 7은 도 6의 측면도, 도 8은 도 6의 정면도, 도 9는 도 3의 A 영역 확대도, 도 10 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 임시 고정부의 배후에서 바라본 센싱 커넥터(430) 장착 과정을 도시한 도면들이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 센싱 커넥터(430)는 본체(431)와, 고정용 후크(432)를 포함한다. 본 실시예에서 본체(431)와 고정용 후크(432)는 상호 간 착탈 가능하게 마련되어 있으나, 하나의 몸체로 일체로 제작되더라도 무방하다.
본체(431)는 내부에 다수의 커넥터 핀(P)을 구비하고 하네스 와이어(420)의 끝단에 결합 가능하게 마련된다. 그리고 고정용 후크(432)는 본체(431)의 외측면에 결합 가능하게 마련될 수 있다.
상기 고정용 후크(432)는 연결부(434), 몸체부(436), 날개부(438)로 구성될 수 있다. 연결부(434)는 몸체부(436) 및 날개부(438)와 일체로 형성되고 본체(431)에 착탈 가능하게 마련될 수 있다.
몸체부(436)는 상기 본체(431)의 외측면에 대해 수직으로 돌출되되, 소정의 두께를 갖는 판 형태로 마련될 수 있다. 상기 몸체부(436)의 최대 폭은 대략 커넥터 임시 고정부(224)의 양쪽 측면부 사이의 폭에 대응될 수 있다. 또한, 몸체부(436)은 폭이 점진적으로 좁아져 첨단(436a)을 형성할 수 있다. 날개부(438)는 몸체부(436)의 끝단부, 즉 첨단(436a)에서 몸체부(436)의 폭 방향에 교차하며 본체(431) 방향으로 양쪽으로 벌어진 날개 형태를 취할 수 있다.
이러한 날개부(438)는 탄성을 가질 수 있다. 예컨대, 날개부(438)는 소정의 직경을 갖는 통공을 통과할 때 접혀질 수 있고, 통공을 통과 후에는 탄성적으로 다시 벌어질 수 있다. 다시 말해, 몸체부의 첨단(436a)에 구비된 날개부(438)는 탄성 변형됨으로 특정 크기의 통공에 대해 일측으로만 통과할 수 있도록 마련된다.
특히, 도 7 내지 도 8을 참조하면, 몸체부(436)는 중심을 기준으로 좌우 폭이 비대칭적으로 좁아져 첨단의 위치가 일측에 치우진 형태를 취할 수 있다. 즉, 도시한 바와 같이, 몸체부(436)의 최대 폭이 "L1" 이면, 몸체부(436)의 첨단은 "L2"에 해당하는 위치에 형성될 수 있다. 그리고 이러한 몸체부(436)의 첨단에서 날개부(438)가 본체(431)를 향해 벌어지므로, 도 8의 X축 방향에서 커넥터 후크를 보면, 날개부(438)와 몸체부(436)는 대략 "T" 자를 반전시킨 형태로 교차 배치될 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 커넥터 임시 고정부(224)는 아크 형태의 곡선 구간(228)을 갖는 하단부와, 절개되어 형성된 공간을 향해 좌우 방향으로 돌출 형성되는 걸림턱(226)을 각각 갖는 양쪽 측면부를 포함한다. 여기서 양쪽 측면부 사이의 폭은 상기 몸체부(436)의 최대 폭에 대응된다.
상기 커넥터 임시 고정부(224)의 하단부는 곡선 구간(228)과 함께 직선 구간(229)을 포함할 수 있다. 상기 직선 구간(229)에서 걸림턱(226)까지의 길이는 몸체부(436)의 두께에 해당하는 길이보다 약간 더 길게 마련될 수 있다. 그리고 커넥터 임시 고정부(224)의 안쪽은 수직하판부(222) 내부의 빈 공간(S)이다. 따라서 도 10과 같이 센싱 커넥터(430)를 세워서 커넥터 후크 부분을 커넥터 임시 고정부(224)의 상부에서 하부 방향으로 위치시킬 수 있다. 여기서 센싱 커넥터(430)가 세워진 방향은 커넥터 후크의 몸체부(436)가 세워진 방향(수직 방향)과 일치한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 커넥터 후크는 걸림턱(226)에 대해 몸체부(436)가 세워져 커넥터 임시 고정부(224)에 상하 방향으로 삽입될 수 있고, 완전히 삽입된 상태에서 시계 방향으로 90도 회전될 수 있다. 이때, 몸체부(436)는 하단부의 곡선 구간(228)을 따라 가이드되어 회전될 수 있다. 몸체부(436)가 90도 회전하면 걸림턱(226)과 직선 구간(229)에 눕혀진 상태가 되고 날개부(438)의 한쪽은 커넥터 임시 고정부(224)의 내측에서 하단부 아래에 걸려진 상태가 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 센싱 커넥터(430)는 몸체부(436)가 걸림턱(226)들에 구속되어 상하 방향 (Z축 방향)으로 고정되고, 날개부(438)가 하단부 곡선 구간(228) 아래에 걸려 전후 방향(Y축 방향)고정되며, 몸체부(436)의 최대 폭을 형성하는 양쪽 사이드 부분이 커넥터 임시 고정부(224)의 양쪽 측면부 사이 공간에 배치되어 좌우 방향(X축 방향)으로 고정될 수 있다.
특히, 커넥터 후크를 구성하는 날개부(438)와 몸체부(436)의 비대칭적 교차 배치 형상과 이에 대응하는 커넥터 임시 고정부(224)를 구성하는 걸림턱(226)들과 하단부 곡선 구간(228) 및 직선 구간(229)의 형상적 특징으로 인해 커넥터 후크를 커넥터 임시 고정부(224)에 고정시키려면 커넥터 후크를 시계 방향(도 11 참조)으로 소정의 힘을 가해 돌려야만 한다.
물론 센싱 커넥터(430)를 커넥터 임시 고정부(224)에서 탈착시킬 때에는 장착 순서의 반대로 하면 된다. 즉, 센싱 커넥터(430)를 반시계 방향으로 돌려 세운 다음 하부에서 상부 방향으로 들어올리면 탈착될 수 있다.
한편, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)을 조립한 후 센싱 커넥터(430)를 커넥터 임시 고정부(224)에서 탈착시킨 다음, 수직판 덮개(230)를 수직상판부(221)에 장착한다. 그 다음 센싱 커넥터(430)를 상기 수직판 덮개(230)에 다시 고정시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직판 덮개(230)를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13의 수직판 덮개(230)를 배면에서 바라본 사시도이며, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 커넥터(430)를 수직판 덮개(230)에 장착한 배터리 모듈(10)의 일 부분을 확대한 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 수직판 덮개(230)는 수직상판부(221)를 완전히 커버할 수 있는 플레이트 형태로 어퍼 하우징(300)과 수직하판부(222)에 스냅-핏 방식으로 조립 가능하게 마련될 수 있다. 이러한 수직판 덮개(230)는 센싱 커넥터(430)가 탈착된 수직하판부(222)의 빈 공간을 채우는 레그부(236), 센싱 커넥터(430)가 장착될 수 있는 커넥터 고정부(231), 와이어의 유동을 저지하기 위한 와이어 홀더(234)를 포함할 수 있다.
레그부(236)는 커넥터 임시 고정부(224)에 상하 방향으로 삽입 배치될 수 있도록 커넥터 임시 고정부(224)의 내부 공간에 형상 맞춤될 수 있다.
커넥터 고정부(231)는 수직판 덮개(230)의 일측에 미리 결정된 통공 형태로 마련되는 삽입공(232)과, 커넥터 본체(431) 홀더(233)를 더 포함할 수 있다.
상기 삽입공(232)은 가로 방향의 폭이 몸체부(436)의 최대 폭(L1)에 해당할 수 있고, 세로 방향의 폭은 날개부(438)가 일 방향으로만 통과할 수 있는 폭을 갖도록 마련된다. 따라서 센싱 커넥터(430)는, 도 15와 같이, 가로 방향으로 눕혀진 상태에서 고정용 후크(432)를 삽입공(232)의 전후 방향으로 밀어 넣음으로써 수직판 덮개(230)에 고정될 수 있다. 여기서 고정용 후크(432)는 날개부(438)가 접혀져 삽입공(232)을 통과할 수 있지 삽입공(232)을 통과 후 수직판 덮개(230)의 내측에서 다시 벌어진다. 따라서 수직판 덮개(230)에 장착된 센싱 커넥터(430)는 반대 방향으로 잡아 당겨도 빠지지 않는다.
커넥터 본체(431) 홀더(233)는 수직판 덮개(230)의 외측면에 돌출 형성되며 삽입공(232)을 중심에 두고 그 사이 공간에 센싱 커넥터(430)의 본체(431)가 억지 끼움되게 마련된다. 따라서 센싱 커넥터(430)는 고정용 후크(432)가 삽입공(232)에 끼워진 상태에서 커넥터 본체(431) 홀더(233)에 구속될 수 있음으로 상하 좌우 방향이 구속될 수 있다.
와이어 홀더(234)는 상기 커넥터 고정부(231)의 하부에서 하네스 와이어(420)가 억지 끼움되게 마련된다. 이 경우 센싱 커넥터(430)와 함께 하네스 와이어(420)도 배터리 모듈(10)의 후면부에 밀착되어 고정될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 따른 배터리 모듈(10)은 센싱 커넥터(430) 고정 구조를 가짐으로써 배터리 모듈(10) 조립 과정에서 센싱 커넥터(430)가 임시로 가고정되어 배터리 셀(110)의 전극탭(111)들을 용접하거나 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)을 조립할 때 조립 편의성 및 안정성이 충분히 확보될 수 있다.
또한, 로워 하우징(200)의 일측에 센싱 커넥터(430)가 최종적으로 고정됨으로써 센싱 커넥터(430)와 대상물(수 커넥터)의 연결이 보다 안정적이고 수월해질 수 있으며 하네스 와이어(420)가 깔끔하고 간명하게 배선될 수 있다.
한편 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에도, 이러한 배터리 모듈(10)을 커버하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치에 적용될 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.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 모듈 100: 셀 조립체
110: 배터리 셀 111: 전극탭
120: 카트리지 200: 로워 하우징
210: 하면판 220: 수직판
221: 수직상판부 222: 수직하판부
223: 버스 바 224: 커넥터 임시 고정부
226: 걸림턱 228: 곡선 구간
229: 직선 구간 230: 수직판 덮개
231: 커넥터 고정부 232: 삽입공
233: 커넥터 본체 홀더 234: 와이어 홀더
236: 레그부 238: 파편 비산 방지용 시트
300: 어퍼 하우징 400: 센싱 유닛
410: 센싱 부재 420: 하네스 와이어
430: 센싱 커넥터 431: 본체
432: 고정용 후크 434: 연결부
436: 몸체부 438: 날개부
440: 와이어 몰드

Claims (12)

  1. 상호 적층 배열되는 다수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 조립체;
    판상체 형태로 제공되는 하면판과 소정 간격을 두고 상기 하면판 상에서 수직으로 연장되는 2개의 수직판을 구비하여, 상기 셀 조립체가 상기 두 개의 수직판 사이 공간에 적어도 일부분이 삽입되게 구성되고, 상기 수직판에는 상기 배터리 셀들 각각에 구비된 전극탭과 전기적으로 연결되는 다수의 버스 바가 결합되는 로워 하우징;
    상기 로워 하우징과 결합하여 상기 셀 조립체의 상부를 감싸는 어퍼 하우징; 및
    상기 다수의 버스 바와 전기적으로 연결되며 상기 로워 하우징의 아래에서 위로 배선되는 하네스 와이어, 상기 하네스 와이어의 끝단에 연결되고 상기 로워 하우징의 일측에 위치 고정되게 마련된 센싱 커넥터를 구비하고 상기 배터리 셀들의 전압 특성을 센싱하는 센싱유닛을 포함하며,
    상기 수직판은, 상기 센싱 커넥터를 상기 수직판에 임시로 가고정시킬 수 있으며, 상기 수직판이 미리 결정된 형상으로 상기 수직판의 상단에서 하방으로 부분 절개되어 형성되는 커넥터 임시 고정부가 마련되고,
    상기 로워 하우징은, 상기 2개의 수직판 중 상기 커넥터 임시 고정부가 마련된 수직판에 장착 가능하게 구성되고 장착된 수직판의 상부를 커버하도록 구성된 수직판 덮개를 더 구비하며,
    상기 커넥터 임시 고정부는, 상기 수직판 덮개가 상기 수직판에 장착되지 않을 때 상기 센싱 커넥터가 임시로 가고정될 수 있도록 구성되고,
    상기 수직판 덮개는, 상기 수직판에 장착될 때 상기 센싱 커넥터가 장착될 수 있도록 구성된 커넥터 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직판은,
    외측면에 상기 다수의 버스 바가 결합 가능하게 마련된 수직상판부; 및
    내부에 빈 공간을 구비하고 상기 수직상판부보다 외측으로 돌출된 형태를 취하여 상기 수직상판부에 대해 단차를 형성하며 하부 방향으로 연장되는 수직하판부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개의 수직판 중 어느 하나의 수직판은,
    상기 수직하판부에 상기 커넥터 임시 고정부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커넥터 임시 고정부는
    상기 수직하판부가 미리 결정된 형상으로 상기 수직하판부의 상단에서 하방으로 부분 절개되어 형성되며,
    상기 센싱 커넥터는,
    상기 하네스 와이어의 끝단에 결합되는 본체; 및
    상기 본체의 외측면에 결합되어 상기 본체를 소정 각도로 회전시킴에 따라 상기 커넥터 임시 고정부의 내측에 걸림 고정 또는 걸림 고정 해제되어 상기 커넥터 임시 고정부에 대해 상하 방향으로 장착되게 마련된 고정용 후크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커넥터 임시 고정부는,
    아크 형태의 곡선 구간을 갖는 하단부와, 절개되어 형성된 공간을 향해 좌우 방향으로 돌출 형성되는 걸림턱을 각각 갖는 양쪽 측면부를 포함하고,
    상기 고정용 후크는,
    상기 본체의 외측면에 대해 수직으로 돌출되되, 소정의 두께를 갖는 판 형태로 마련되는 몸체부, 상기 몸체부의 끝단부에서 상기 몸체부에 교차하며 상기 본체 방향으로 벌어진 날개 형태로 마련된 날개부를 구비하여, 상기 걸림턱들 사이에 상기 몸체부가 세워져 상기 커넥터 임시 고정부에 상하 방향으로 삽입된 상태에서 상기 몸체부가 상기 곡선 구간을 따라 90도 회전하여 눕혀져 상기 걸림턱들에 의해 상하 방향으로 구속되고, 상기 날개부에 의해 전후 방향으로 구속되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수직판 덮개는,
    상기 수직상판부를 커버하여 상기 다수의 버스 바를 차폐시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커넥터 고정부는 상기 수직판 덮개의 일측에 미리 결정된 통공 형태로 마련되는 삽입공을 포함하고,
    상기 센싱 커넥터는, 내부에 다수의 커넥터 핀을 구비하고 상기 하네스 와이어의 끝단에 결합 가능하게 마련되는 본체; 및
    상기 본체의 외측면에 대해 수직으로 돌출되되, 소정의 두께를 갖는 판 형태로 마련되는 몸체부, 상기 몸체부의 끝단부에서 상기 몸체부에 교차하며 상기 본체 방향으로 벌어진 날개 형태로 마련된 날개부를 구비하는 고정용 후크를 포함하며,
    상기 고정용 후크는 상기 날개부가 접혀져 상기 삽입공을 통과하되, 통과후 다시 벌어져 상기 수직판 덮개에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커넥터 고정부는,
    상기 수직판 덮개의 외측면에 돌출 형성되며 상기 삽입공을 중심에 두고 사이 공간에 상기 센싱 커넥터의 본체가 억지 끼움되게 마련되는 커넥터 본체 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 수직판 덮개에는, 상기 커넥터 고정부의 하부에서 상기 하네스 와이어가 억지 끼움되게 마련되는 와이어 홀더가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수직판 덮개의 내측면에는 파편 비산 방지용 시트가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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