KR102106447B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 다수의 단위 전지들, 다수의 단위 전지들을 수용하며 일 방향을 향해 연장되고 금속성 소재로 형성된 핀을 포함하는 홀더, 다수의 단위 전지들과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈, 및 보호회로모듈을 상기 홀더 상에 고정하기 위하여 상기 핀과 결합하며 금속성 소재를 포함하는 결합 부재를 포함하는 전지 모듈을 개시한다.

Description

전지 모듈{Battery Module}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터와 같은 전자 기기뿐만 아니라 자동차와 같은 운송 수단에까지 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 복수 개가 전기적으로 연결된 전지 모듈의 형태로 사용될 수 있으며, 전지 모듈을 구성하는 각각의 부품들은 전기적으로 연결되어 있다. 예컨대, 전지 모듈을 구성하는 각 부품들은 기계적 결합을 통해서 전기적 으로도 연결될 수 있다. 따라서, 각 부품들 간의 기계적 결합이 안정적으로 유지되어야 각 부품들 간의 전기적 연결도 안정적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예는, 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 다수의 단위 전지들; 다수의 단위 전지들을 수용하며, 일 방향을 향해 연장되고 금속성 소재로 형성된 핀을 포함하는 홀더;다수의 단위 전지들과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈을 상기 홀더 상에 고정하기 위하여 상기 핀과 결합하며, 금속성 소재를 포함하는 결합 부재;를 포함하는, 전지 모듈을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 핀과 상기 결합 부재는, 용접 또는 납땜에 의하여 상기 결합 부재 및 상기 핀 중 적어도 어느 하나가 녹았다가 고화되면서 서로 결합할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 핀은 상기 홀더와 인서트 사출을 통해 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 홀더는 상기 보호회로모듈을 지지하기 위한 보스를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 핀은 상기 보스 상에 위치하며, 상기 보스와 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 결합 부재는 솔더를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 보호회로모듈은 상기 핀이 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 결합 부재는, 상기 홀더와 상기 결합 부재 사이에 상기 보호회로모듈이 개재되도록 상기 관통홀을 통과한 상기 핀의 상부와 결합할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 관통홀의 내경은 하방을 향해 감소할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 결합 부재는 상기 보호회로모듈에 형성된 금속편을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 보호회로모듈은 관통홀을 포함하며, 상기 금속편은 상기 관통홀 상에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 금속편과 상기 핀은 용접을 통해 직접 접촉 및 결합할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 보호회로모듈은 관통홀을 포함하며 상기 결합 부재는 상기 관통홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 금속편은 상기 관통홀을 덮도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 조립성이 우수하고, 외부의 진동이나 충격에도 기계적/전기적 연결이 안정적으로 유지되는 전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전지 팩을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 부재와 핀의 결합 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결합 부재와 핀의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결합 부재와 핀의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 3은 도 1의 전지 팩(100)을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 다수의 단위 전지들(110)과 홀더를 구비하는 적어도 하나의 전지 팩(100), 보호회로모듈(200)을 포함할 수 있으며, 홀더에 구비된 핀(137)과 결합 부재(500) 간의 결합을 통해서 보호회로모듈(200)은 전지 팩(100) 상에 고정될 수 있다.
본 실시예에서는 전지 모듈이 제1 전지 팩(100A) 및 제2 전지 팩(100B)을 포함하는 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또 다른 실시예로서, 전지 모듈은 하나의 전지 팩(100)을 포함하거나, 또는 3개 이상의 전지 팩(100)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 적어도 하나의 전지 팩(100)은 다수의 단위 전지들(110) 및 단위 전지들(110)을 수용하는 홀더를 포함할 수 있다.
다수의 단위 전지들(110) 각각은 원통형일 수 있다. 단위 전지(110)는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 예컨대 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈-수소(Ni-H)전지 또는 리튬(Li) 이온 전지일 수 있다. 리튬 이온 전지는 휴대용 전자 장비전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 혹은 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 다양한 용도로 사용 가능하다.
홀더는 다수의 단위 전지들(110)을 수용할 수 있다. 홀더는 플라스틱과 같은 전기 절연성 소재로 제작될 수 있다. 홀더는 제1 홀더(120) 및 제2 홀더(130)를 포함할 수 있으며, 제1,2 홀더(120, 130)는 이들 사이에 단위 전지들(110)을 개재한 채로 서로 결합할 수 있다. 예를 들어, 제1 홀더(120)는 홈(121)을 포함하고, 제2 홀더(130)는 상기 홈(121)에 결합하는 돌기(131)를 포함할 수 있다.
제1,2 홀더(120, 130)는 단위 전지들(110)의 측면을 둘러쌀 수 있으며, 단위 전지들(110)의 양 단면(end surface)들(도 3에서 x 방향을 따라 노출되는 면들)은 외부로 노출될 수 있다. 이 때, x 방향을 따라 단위 전지들(110)이 제1,2 홀더(120, 130)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 제2 홀더(130)는 스토퍼(133)를 포함하고, 제1 홀더(120)도 스토퍼(미도시)를 포함할 수 있다.
홀더는 단위 전지들(110)과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(200)을 지지하기 위하여 보스(135)를 포함할 수 있다. 보스(135)는 보호회로모듈(200)을 향해 연장 및 돌출되어 하부에서 보호회로모듈(200)을 지지할 수 있다. 도 3에서는 보스(125)가 제2 홀더(130)에 형성된 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 보스(125)는 제1 홀더(120)에 형성되거나, 제1,2 홀더(120, 130)에 형성될 수 있 다.
핀(137)은 보스(135)에 형성될 수 있으며, 핀(137)과 결합 부재(500)의 상호 결합을 통해 보호회로모듈(200)은 홀더 상에 고정될 수 있다. 예컨대, 핀(137)은 보호회로모듈(200)에 형성된 관통홀(207)을 지나 결합 부재(500)와 상호 결합할 수 있다. 결합 부재(500)는, 홀더의 보스(135)와 결합 부재(500) 사이에 보호회로모듈(200)이 개재되도록 핀(137)의 상부와 결합할 수 있다. 핀(137)과 결합 부재(500)의 결합은 도 4를 참조하여 해당 부분에서 후술한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 보호회로모듈(200)은 적어도 하나의 전지 팩(100)들과 전기적으로 연결되어 충방전을 제어할 수 있으며, 과충전, 과방전 또는 과전류로 인해 발생되는 과열 및 폭발을 방지할 수 있다.
버스바(310, 320)는 전지 팩(100)과 보호회로모듈(200)을 전기적으로 연결할 수 있다. 에컨대, 버스바(310, 320)는 적어도 하나의 전지 팩(100)에 포함된 단위 전지들(110)과 보호회로모듈(200)을 전기적으로 연결할 수 있다.
앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, x 방향을 따라 노출된 단위 전지(110)의 양 단면은 홀더에 의해 둘러싸이지 않고 외부로 노출될 수 있다. 버스바(310, 320)는 외부로 노출된 단위 전지(110)의 단면에 용접되면서 단위 전지들(110)과 전기적으로 연결될 수 있고, 버스바(310, 320)의 일측으로부터 연장된 접속부(311, 321)는 보호회로모듈(200)에 형성된 제1 접속홀(201)에 삽입된 후 납땜되면서 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈과 같이 전지 팩(100)이 복수개 구비되는 경우에는, 제1,2 전지 팩(100A, 100B)들의 전기적 연결을 위하여 버스바들(310, 320) 중 일부 버스바(320)는 제1,2 전지 팩(100A, 100B)들을 전기적으로 연결할 수 있다. 예컨대, 제1 전지 팩(100A)과 제2 전지 팩(100B) 사이에 개재되는 버스바(320)는 제1 전지 팩(100A)의 단위 전지들(110) 및 제2 전지 팩(100B)의 단위 전지들(110)과 용접되면서 제1,2 전지 팩(100A, 100B)들에 포함된 단위 전지들(110)을 직렬 또는/및 병렬로 연결할 수 있다.
커넥터(400)는 전지 모듈에 저장된 전력을 외부 장치로 전달할 수 있다. 예컨대, 커넥터(400)는 전지 모듈에 저장된 전력을 자동차, 가전 제품과 같은 외부 장치로 전달할 수 있다.
커넥터(400)는 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 커넥터(400)에 형성된 접속편(505)는 보호회로모듈(200)에 형성된 제2 접속홀(205)에 삽입된 후 납땜되면서 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 홀더 상에 배치되며, 핀(137)과 결합 부재(500)간의 상호 결합을 통해서 홀더에 고정될 수 있다. 이 때, 핀(137)과 결합 부재(500) 중 적어도 어느 하나가 녹았다가 고화(solidifying)되면서 서로 결합할 수 있다. 예컨대, 핀(137)과 결합 부재(500)는 납땜 또는 용접을 통해서 결합할 수 있다.
본 발명의 비교예로서, 보호회로모듈(200)이 볼트 또는 나사에 의해서 홀더에 고정되는 경우, 볼트와 나사를 조일 때 힘이 과도하게 가해지는 경우 보호회로모듈(200)이 파손될 염려가 있다. 또한, 전지 모듈에 진동이 가해지거나 전지 모듈이 낙하하면서 충격이 가해진다면 볼트 또는 나사가 풀릴 수 있다. 예컨대, 볼트 또는 나사를 회전시켜 보호회로모듈(200)을 홀더에 고정시키면, 진동이나 충격이 볼트 또는 나사에 가해지면서 볼트 또는 나사가 풀릴 수 있고 보호회로모듈(200)이 전지 모듈에서 분리될 수 있다. 보호회로모듈(200)이 전지 모듈에서 분리되면, 보호회로모듈(200)과 전지 팩(100) 간의 전기적 연결도 끊어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 비교예로서, 보호회로모듈(200)이 후크 결합을 통해 홀더에 고정되는 경우, 전지 모듈에 진동이 가해지거나 전지 모듈이 낙하하면서 충격이 가해진다면 보호회로모듈(200)은 전지 모듈에서 쉽게 분리될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 보호회로모듈(200)을 홀더 상에 고정시키기 위한 핀(137)과 결합 부재(500) 간의 결합은 핀(137)과 결합 부재(500) 중 적어도 어느 하나가 녹았다가 고화(solidifying)되면서 이루어지므로, 핀(137)과 결합 부재(500)의 결합을 위해 과도한 힘이 가해질 염려가 없으며, 전지 모듈에 진동이 가해지거나 낙하에 따른 충격이 가해지더라도 보호회로모듈(200)이 홀더로부터 분리될 염려가 없다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 부재(500)와 핀(137)의 결합 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 홀더의 보스(135)는 보호회로모듈(200)을 지지하며, 보스(135)에 형성된 핀(137)은 보호회로모듈(200)에 형성된 관통홀(207)을 지나 결합 부재(500)와 상호 결합할 수 있다. 핀(137)은 금속성 소재로 제조되며, 절연성 소재인 홀더와 인서트 사출을 통해 일체로 형성될 수 있다.
결합 부재(500)는 솔더를 포함하고, 결합 부재(500)는 납땜 공정에 의해 홀더에 형성된 핀(137)과 상호 결합할 수 있다. 납땜 공정에 따라, 솔더가 녹았다가 다시 고화되면서 보호회로모듈(200)의 관통홀(207)을 통과한 핀(137)과 상호 결합할 수 있다. 솔더의 일부는 관통홀(207)로 흘러들어갈 수 있다. 솔더를 포함하는 결합 부재(500)와 금속성 소재의 핀(137) 간의 결합력은 볼트 또는 나사를 이용한 결합력 보다 진동이나 외부 충격에 강인하므로 보호회로모듈(200)이 홀더로부터 홀더로부터 분리되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 보호회로모듈(200)을 홀더에 고정하기 위하여 필요 이상의 과도한 힘이 작용할 염려가 없으므로 보호회로모듈(200) 또는 홀더가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결합 부재(500)와 핀(137)의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 보호회로모듈(200)에 형성된 관통홀(207')의 내경은 하방을 향해 감소하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 관통홀(207')의 단면은 대략 V자 형상이 될 수 있다. 따라서, 납땜 공정에 따라 녹은 솔더는 관통홀(207')을 따라 더 잘 흘러갈 수 있고 관통홀(207')을 통과한 핀(137)과의 결합 면적(또는 접촉 면적)을 증가시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결합 부재(500')와 핀(137)의 결합 상태를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예들에 따르면, 결합 부재(500)가 솔더를 포함하고, 솔더가 녹았다가 고화되면서 보호회로모듈(200)이 홀더 상에 고정되는 경우를 설명하였으나, 본 실시예에 따르면 결합 부재(500')와 핀(137')이 모두 부분적으로 녹았다가 고화되면서 보호회로모듈(200)이 홀더 상에 고정될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 결합 부재(500')와 핀(137') 각각은 부분적으로 녹았다가 고화되면서 상호 결합할 수 있다. 결합 부재(500')는 금속편을 포함하며, 결합 부재(500')는 용접 공정에 의해 핀(137')과 상호 결합할 수 있다. 용접 공정에 따라, 금속편인 결합 부재(500')와 핀(137')이 각각 부분적으로 녹았다가 다시 고화되면서 상호 결합할 수 있다.
금속편을 포함하는 결합 부재(500)와 금속성 소재의 핀(137') 간의 결합력은 볼트, 나사 또는 후크를 이용한 결합력 보다 진동이나 외부 충격에 강인하므로 보호회로모듈(200)이 홀더로부터 분리되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 보호회로모듈(200)을 홀더에 고정하기 위하여 필요 이상의 과도한 힘이 작용할 염려가 없으므로 보호회로모듈(200) 또는 홀더가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
금속편인 결합 부재(500')는 보호회로모듈(200)의 관통홀(207) 상에 배치될 수 있다. 도6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 금속편은 보호회로모듈(200)에 고정되며, 보호회로모듈(200)에 형성된 관통홀(207)을 위 또는 아래에서 덮도록 배치될 수 있다.
핀(137')은 보호회로모듈(200)의 관통홀(207) 상에 배치된 금속편과 직접 접촉할 수 있으면 그 구체적인 형상을 제한할 것은 아니다. 예를 들어, 도6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 핀(137')은 보스(135) 상부면을 덮도록 연장될 수 있으며, 위 또는 아래 방향을 향해 연장될 수 있다.
금속편과 핀(137')이 직접 접촉하도록 보호회로모듈(200)을 홀더 상에 배치한 후 용접 공정을 수행하면, 금속편과 핀(137')이 각각 부분적으로 녹았다가 고화되면서 상호 결합한다. 즉, 금속편과 핀(137')은 직접 접촉하면서 상호 결합할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10: 전지 모듈 100: 전지 팩
100A: 제1 전지 팩 100B: 제2 전지 팩
110: 단위 전지 120: 제1 홀더
130: 제2 홀더 133: 스토퍼
135: 보스 137: 핀
200: 보호회로모듈 201: 제1 접속홀
205: 제2 접속홀 207, 207 ': 관통홀
310, 320: 버스바 311, 321: 접속부
400: 커넥터 500, 500 ': 결합 부재

Claims (14)

  1. 다수의 단위 전지들;
    상기 다수의 단위 전지들을 수용하며, 일 방향을 향해 연장되고 금속성 소재로 형성된 핀을 포함하는 홀더;
    다수의 단위 전지들과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈; 및
    상기 보호회로모듈을 상기 홀더 상에 고정하기 위하여 상기 핀과 결합하며, 금속성 소재를 포함하는 결합 부재;를 포함하고,
    상기 홀더는 상기 보호회로모듈을 지지하기 위한 것으로, 절연성 소재로 상기 홀더로부터 일체로 형성된 보스를 포함하며,
    상기 핀은 상기 보스의 상면으로부터 단차지게 돌출되고,
    상기 핀은, 상기 보호회로모듈에 대해 서로 반대되는 상부 및 하부에 각각 형성된 상부의 결합부 및 하부의 결합부를 포함하며,
    상기 핀의 상부의 결합부는, 용접 또는 납땜에 의하여 결합 부재 및 핀 중 적어도 어느 하나가 녹았다가 고화되면서 형성되고,
    상기 핀의 하부의 결합부는, 상기 홀더와 핀의 계면에 형성된 매끄러운 결합면을 포함하는, 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핀은 상기 홀더와 인서트 사출을 통해 일체로 형성된, 전지 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핀은 상기 보스와 일체로 형성된, 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합 부재는 솔더를 포함하는, 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 상기 핀이 관통하는 관통홀을 포함하는, 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결합 부재는, 상기 홀더와 상기 결합 부재 사이에 상기 보호회로모듈이 개재되도록 상기 관통홀을 통과한 상기 핀의 상부와 결합하는, 전지 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 관통홀의 내경은 하방을 향해 감소하는, 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결합 부재는 상기 보호회로모듈에 형성된 금속편을 포함하는, 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 관통홀을 포함하며, 상기 금속편은 상기 관통홀 상에 배치되는, 전지 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속편과 상기 핀은 용접을 통해 직접 접촉 및 결합하는, 전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 관통홀을 포함하며 상기 결합 부재는 상기 관통홀과 대응되는 위치에 배치된, 전지 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 금속편은 상기 관통홀을 덮도록 배치된, 전지 모듈.
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