KR102328730B1 - 직/병렬 연결을 용이하게 하는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드에 부착되는 버스바 및 상기 배터리 셀의 테라스부에 부착되어 전극 리드와 버스바의 적어도 일부를 그 내측에 수용하는 버스바 프레임을 포함하는 복수의 단위 모듈이 적층되어 형성되는 단위 모듈 적층체; 및 상기 버스바 프레임에 구비된 커넥터 홀더에 의해 고정되어 상기 버스바와 접촉하는 커넥터;를 포함한다.

Description

직/병렬 연결을 용이하게 하는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{A battery module having a structure facilitating connection in series/parallel and a battery pack comprising the same}
본 발명은, 직/병렬 연결을 용이하게 하는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 각각의 단위 모듈마다 버스바가 구비되어 있고, 다양한 크기의 커넥터를 이용하여 서로 인접한 배터리 셀들을 2개 또는 3개 이상씩 전기적으로 연결함으로써 자유롭게 원하는 직/병렬 연결 구조를 만들어 낼 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
다수의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 배터리 모듈은 각각의 배터리 셀의 전극 리드 상호간을 버스바를 이용하여 연결시킴으로써 배터리 셀들 간의 전기적 연결이 구현된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 배터리 모듈 구조가 나타나 있다.
이러한 종래의 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀(1)들을 적층시켜 셀 적층체(2)를 만들어낸 뒤, 버스바(3)를 포함하는 버스바 프레임(4)을 배터리 셀 적층체(2)의 양 측에 결합시켜 복수의 배터리 셀(1)들 간에 직렬 연결 형태, 병렬 연결 형태 또는 직렬과 병렬이 혼합된 연결 형태를 구현해 낼 수 있다.
이러한 종래의 배터리 모듈은, 원하는 전기적 연결 형태 및 셀 적층체(2)의 크기나 형상에 맞는 전용 버스바 프레임(4)이 개별적으로 요구되기 때문에, 새로운 모델을 개발할 때마다 이에 맞는 버스바 프레임을 새롭게 개발 및 제작해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 새로운 배터리 모듈 모델을 개발할 때마다 그에 맞는 전용 버스바 프레임을 제작할 필요 없이 원하는 전기적 연결 관계에 따라 배터리 셀의 개수 및 커넥터의 사이즈/수량만을 달리하여 손쉽게 다양한 형태의 배터리 모듈을 제작할 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드에 부착되는 버스바 및 상기 배터리 셀의 테라스부에 부착되어 전극 리드와 버스바의 적어도 일부를 그 내측에 수용하는 버스바 프레임을 포함하는 복수의 단위 모듈이 적층되어 형성되는 단위 모듈 적층체; 및 상기 버스바 프레임에 구비된 커넥터 홀더에 의해 고정되어 상기 버스바와 접촉하는 커넥터;를 포함한다.
상기 커넥터 홀더에 의해 상기 커넥터의 고정 위치는 블록화 될 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 테라스부의 상면의 적어도 일부를 커버하는 제1 단위 프레임; 및 상기 테라스부의 하면의 적어도 일부를 커버하며 상기 제1 단위 프레임에 결합되는 제2 단위 프레임; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 프레임 및 제2 단위 프레임은 그 형상이 서로 점대칭 관계일 수 있다.
상기 제1 단위 프레임 및 제2 단위 프레임 각각은, 대향면 상에 형성되는 적어도 하나 이상의 고정 돌기 및 상기 고정 돌기와 대응되는 크기 및 형상을 갖는 돌기 수용 홈을 구비할 수 있다.
상기 제1 단위 프레임의 결합면에 형성된 고정 돌기는 제2 단위 프레임의 결합면에 형성된 돌기 수용 홈과 대응되는 크기 및 형상으로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 고정 돌기 및 돌기 수용 홈은, 상기 제1 단위 프레임과 제2 단위 프레임 각각의 대향면과 반대측의 면 상에도 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 복수개 연결되어 구현된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 형태로 구현된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 새로운 배터리 모듈 모델을 개발할 때마다 그에 맞는 전용 버스바 프레임을 제작할 필요 없이, 원하는 전기적 연결 관계에 따라 배터리 셀의 개수 및 커넥터의 사이즈/수량만을 달리하여 손쉽게 다양한 형태의 배터리 모듈을 제작할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 배터리 모듈 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈 적층체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈과 버스바가 결합된 형태를 나타내는 정면도이다.
도 9 및 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바 프레임을 구성하는 단위 프레임을 각각 다른 각도에서 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바 프레임을 구성하는 단위 프레임을 나타내는 측면도이다.
도 12 및 도 13은 블록화된 커넥터 결합 자리에 한 종류의 버스바를 여러 개 이용하여 13개의 배터리 셀을 1P/13S 타입으로 연결시킨 경우를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15는 블록화된 커넥터 결합 자리에 두 종류의 버스바를 이용하여 12개의 배터리 셀을 2P/6S 타입으로 연결시킨 경우를 나타내는 도면이다.
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 아니 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 나타내는 정면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈 적층체를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 단위 모듈 적층체(10), 커넥터(20) 및 외부 단자(30)를 포함하는 형태로 구현된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 단위 모듈 적층체(10)는, 복수의 단위 모듈(100)들이 적층되어 구현되는 하나의 적층체이며, 각각의 단위 모듈(100)은 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)의 전극 리드(114)와 연결되는 버스바(120) 및 배터리 셀(110)의 테라스부(T)에 부착되는 버스바 프레임(130)을 포함하는 형태로 구현된다. 각각의 단위 모듈 적층체(10)는 서로 인접한 배터리 셀(110)의 넓은 면끼리 서로 대면하도록 적층되어 하나의 단위 모듈 적층체(10)를 형성하는 것이다.
상기 커넥터(20)는, 서로 인접한 단위 모듈 적층체(10) 사이를 전기적으로 연결하기 위해 적용되는 부품으로서, 서로 인접한 단위 모듈 적층체(10)에 각각 구비된 버스바(130)들 사이를 연결한다.
상기 외부 단자(30)는, 단위 모듈 적층체(10)를 이루는 복수의 단위 모듈(100)들 중 최 외측에 배치되는 단위 모듈(100)에 구비되는 버스바(130)와 접촉하며, 이는 외부 전자기기와의 전기적 연결을 위한 단자로서 기능하게 된다.
다음은, 도 6과 함께 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 모듈(100)을 구성하는 배터리 셀(110)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈을 나타내는 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀(110)로는, 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 전극 조립체(미도시), 셀 케이스(111) 및 전극 리드(114)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최 외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 그 일 면 또는 양 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 전극 리드(114)와 연결되는 양극탭으로서 기능한다.
마찬가지로, 상기 음극판은 음극 집전체 및 그 일 면 또는 양 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어지며, 그 일 측 단부에는 음극 활물질 층이 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 음극 무지부 영역은 전극 리드(114)와 연결되는 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 셀 케이스(111)는 전극 조립체(미도시)를 수용하는 수용부(112) 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(114)가 외부로 인출된 상태로 열 융착되어 셀 케이스(111)를 밀봉시키는 실링부(113) 이렇게 두 영역을 포함한다.
상기 전극 리드(114)는, 양극탭에 연결되는 양극 리드 및 음극탭에 연결되는 음극 리드로 구분되며, 양극 리드와 음극 리드 각각은 셀 케이스(111)의 외측으로 인출되되, 서로 반대 방향으로 인출된다.
한편, 본 발명에서는, 상기 수용부(112)의 둘레에 형성되는 실링부(113)에 있어서, 전극 리드(114)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(113)를 특히 테라스부(T)라고 정의하기로 한다.
다음은, 위에서 참조했던 도 6을 다시 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 모듈(100)을 구성하는 버스바(120)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 버스바(120)는, 버스바 프레임(130)에 고정된 상태로 전극 리드(114)와 용접에 의해 접합되며, 일부는 버스바 프레임(130)의 내측에 위치하고 나머지 일부는 버스바 프레임(140)의 외측으로 노출된다. 이처럼 버스바 프레임(140)의 외측으로 노출되는 버스바 프레임(140)의 일부분은 상술한 커넥터(20)(도 3 및 도 4 참조)와 연결되며, 이로써 서로 인접한 배터리 단위 모듈(100) 간의 전기적 연결이 이루어지게 된다.
좀 더 구체적으로, 상기 버스바(120)는 접합부(121), 노출부(122) 및 후크부(123)를 포함한다.
상기 접합부(121)는, 전극 리드(114)와 나란한 방향, 즉 수평방향으로 연장되어 전극 리드(114)와 접촉되며, 버스바 프레임(130)의 내측에 위치한다. 상기 노출부(122)는, 접합부(121)로부터 절곡되어 접합부(121)와 수직한 방향으로 연장되며, 버스바 프레임(130)의 외측으로 인출되어 후술할 버스바 안착부(136) 상에 안착된다.
상기 후크부(123)는, 접합부(121)의 단부로부터 노출부(122)와 나란한 방향으로 연장되며, 한 개 또는 두 개 이상이 구비된다. 이러한 후크부(123)는, 버스바(120)가 버스바 프레임(130)의 내측에 고정될 수 있도록 하는 것으로서, 버스바 프레임(130)의 내측 면에 구비된 후크 고정부(135)에 결합/고정된다.
이처럼, 상기 버스바(120)는, 버스바 프레임(130)의 내부에 고정 설치되되, 그 일부가 버스바 프레임(130)의 외측으로 노출되도록 설치되며, 버스바 프레임(130)의 내측에 위치하는 부분인 접합부(121)는 전극 리드(114)의 하면과 접합되고, 버스바 프레임(130)의 외측에 위치하는 부분인 노출부(122)는 커넥터(20)와 연결되어 서로 인접한 단위 모듈(100) 상호 간이 전기적으로 연결되도록 한다.
다음은, 위에서 참조했던 도 6과 함께 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명이 일 실시예에 따른 단위 모듈(100)을 구성하는 버스바 프레임(130)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 단위 모듈과 버스바가 결합된 형태를 나타내는 정면도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바 프레임을 구성하는 단위 프레임을 각각 다른 각도에서 나타내는 사시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바 프레임을 구성하는 단위 프레임을 나타내는 측면도이다.
먼저, 도 6 및 도 8을 참조하면, 상기 버스바 프레임(130)은, 배터리 셀(110)의 테라스부(T)에 부착되며, 상술한 바와 같이 버스바(120)의 지지체로서 기능한다.
상기 버스바 프레임(130)은, 서로 동일한 형태를 갖는 제1 단위 프레임(130A) 및 제2 단위 프레임(130B)이 결합되어 구현된다. 즉, 상기 제1 단위 프레임(130A)과 제2 단위 프레임(130B)는 서로 동일한 형태를 갖는 부품으로서 제1 단위 프레임(130A)은 테라스부(T)의 상면의 적어도 일부를 커버하고, 제2 단위 프레임(130A)은 테라스부(T)의 하면의 적어도 일부를 커버하면서 상호 결합된다.
한편, 상기 제1 단위 프레임(130A) 및 제2 단위 프레임(130B)은, 상호 결합하여 하나의 버스바 프레임(130)을 형성하였을 때, 제1 단위 프레임(130A)과 제2 단위 프레임(130B)은 점대칭 관계에 있다.
즉, 완성된 하나의 버스바 프레임(130)에 있어서, 제1 단위 프레임(130A)을 길이방향의 중심점을 기준으로 하여 180도 회전시키면 제2 단위 프레임(130B)과 동일한 형태가 되는 것이다.
이처럼 서로 점대칭 관계에 있는 한 쌍의 단위 프레임(130A, 130B)이 결합할 때, 결합면의 틈새를 통해 버스바(130)가 인출된다. 즉, 상기 버스바(120)의 노출부(122)는 제1 단위 프레임(130A) 및 제2 단위 프레임(130B)의 결합면 사이의 틈새를 통해 인출된다.
또한, 인출된 버스바(130)는 제1 단위 프레임(130A) 또는 제2 단위 프레임(130B) 중 어느 한 쪽을 향해 절곡되어 제1 단위 프레임(130A) 또는 제2 단위 프레임(130B)에 형성된 버스바 안착부(136)에 안착되게 되는데, 절곡 방향은 제1 단위 프레임(130A)과 접하는 단위 모듈(100)과 제2 단위 프레임(130B)과 접하는 단위 모듈 중 어느 것과 전기적인 연결관계를 이루고자 하는지에 따라서 결정된다.
상술한 바와 같이, 한 쌍의 단위 프레임(130A, 130B)은 서로 동일한 형태를 갖는 부품이므로, 버스바 프레임(130)의 구체적인 구조를 설명함에 있어서는 도 9 내지 도 11을 참조하여, 하나의 단위 프레임(130A 또는 130B)을 기준으로 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 단위 프레임(130A, 130B)은 고정 돌기(131), 돌기 수용 홈(132), 용접 슬릿(133), 후크 수용 홈(134), 후크 고정부(135), 버스바 안착부(136), 커넥터 홀더(137)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 고정 돌기(131)와 돌기 수용 홈(132)은 각각의 단위 프레임(130A, 130B)의 결합면 및 그 반대면 상에 적어도 하나 이상 형성되며, 이러한 고정 돌기(131) 및 돌기 수용 홈(132)은 단위 프레임(130A, 130B) 각각의 대향면의 대응되는 위치에 짝을 이루어 형성된다. 즉, 제1 단위 프레임(130A)의 결합면에 형성된 고정 돌기(131)는 제2 단위 프레임(130B)의 결합면에 형성된 돌기 수용 홈(132)과 대응되는 크기 및 형상으로 대응되는 위치에 형성되며, 마찬가지로 제1 단위 프레임(130A)의 결합면에 형성된 돌기 수용 홈(132)은 제2 단위 프레임(130B)의 결합면에 형성된 고정돌기(131)와 대응되는 크기 및 형상으로 대응되는 위치에 형성된다.
이처럼 짝을 이루는 고정 돌기(131) 및 돌기 수용 홈(132)의 형성으로 인해 제1 단위 프레임(130A)과 제2 단위 프레임(130B)은 서로 결합/고정될 수 있다.
또한, 이러한 고정 돌기(131) 및 돌기 수용 홈(132)은 단위 프레임(130A, 130B) 각각의 대향면 뿐만 아니라, 그 반대측 면에도 형성되기 때문에 서로 인접한 단위 모듈(100A, 100B)(도 4 및 도 5 참조) 상호 간에도 이러한 고정 돌기(131) 및 돌기 수용 홈(132)을 이용한 결합이 이루어질 수 있는 것이다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 상기 용접 슬릿(133)은, 단위 프레임(130A, 130B)의 접합면과 수직한 면에 형성되어 버스바 프레임(130)의 내부에 위치하는 전극 리드(114)(도 5 참조) 및 버스바(120)의 접합부위에 용접을 수행할 수 있도록 한다. 상기 용접 슬릿(133)은, 전극 리드(114)와 버스바(120)의 접합부위의 전체 폭에 걸쳐서 용접이 이루어질 수 있도록, 전극 리드(114) 및 버스바(120)의 접합부위의 폭과 대응되는 길이로 형성될 수 있다.
상기 버스바 프레임(130)은, 배터리 셀(110)에 부착되어 단위 모듈(100)을 구성하는 요소로서, 그 내부에 고정/결합된 버스바(120)가 전극 리드(114)와 밀착되도록 가압하는 가압 지그로서의 기능 역시 수행할 수 있으며, 또한 용접 슬릿(133)을 구비함으로 인해 용접을 위한 공간 확보를 위한 별도의 작업 없이 손쉬운 용접의 수행을 가능하게 한다.
상기 후크 수용 홈(134)은, 용접 슬릿(133)으로부터 연장 형성되어 버스바(130)의 후크부(123)가 수용될 수 있는 공간을 제공한다. 이러한 기능을 감안하여 상기 후크 수용 홈(134)은 후크부(123)와 동일한 개수로 형성될 수 있다.
상기 후크 고정부(135)는 후크 수용 홈(134)의 내벽면 상에 형성 되는 것으로서, 후크부(134)와 체결 가능하도록 대응되는 형상을 갖는다. 즉, 상기 후크 고정부(135)는 후크 수용 홈(134) 상에 형성된 홈의 형태 또는 돌출된 돌기의 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 버스바 안착부(136)는, 버스바(120) 중 버스바 프레임(130)의 외측으로 노출된 부분인 노출부(132)가 흔들림 없이 안착될 수 있도록, 노출부(132)와 대응되는 크기 및 형상으로 버스바 프레임(130)의 외측면 상에 오목하게 형성된다.
상기 버스바 안착부(136)는 그 표면에 길이 방향을 따라 오목한 홈 형태로 형성된 손상 방지 홈(136a)을 구비할 수 있는데, 이는 버스바(130)와 커넥터(20)(도 3 및 도 4 참조)의 결합을 위해 용접이 수행되는 과정에서 버스바 안착부(136)가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 상기 버스바 프레임(130)은 수지 사출물로 이루어질 수 있는데, 이 경우 안착부(136) 상에 안착된 버스바(120)의 노출부(132)와 커넥터(20)의 결합을 위해 용접이 수행되는 과정에서 버스바 안착부(136)가 열에 의해 손상될 가능성이 크다.
따라서, 용접이 이루어지는 용접 라인과 대응되는 위치에 홈을 형성하여 부분적으로 버스바(130)와 버스바 안착부(136)가 서로 접촉하지 않도록 함으로써 용접에 의한 열 전도로 인해 수지 사출물이 녹는 것을 방지하는 것이다.
다음은, 도 3 및 도 4와 함께 도 8 내지 도 11을 참조하여, 상기 커넥터 홀더(137)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
상기 커넥터 홀더(137)는 단위 프레임(130A, 130B)의 버스바 안착부(136)와 동일한 면에 돌출된 형태로 형성되되, 단위 프레임(130A, 130B)의 길이 방향 일 측 및/또는 타 측에 적어도 하나가 형성된다.
상기 커넥터 홀더(137)는, 커넥터(20)와 버스바(120)의 접합을 위한 용접을 수행함에 있어서 커넥터(20)를 고정시키기 위해 적용되는 구성요소이다. 즉, 상기 커넥터 홀더(137)에 의해 커넥터(20)의 고정 위치가 블록화 되며, 커넥터 홀더(137)에 대응되는 크기 및 형상으로 커넥터(20)에 형성된 삽입 홀을 통해 커넥터 홀더(137)가 삽입되어 커넥터(20)를 고정시킴으로써 별도의 고정 지그를 적용하지 않더라도 커넥터(20)와 버스바(120)의 접합을 위한 용접을 수행하는 것이 가능하게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 서로 인접한 한 쌍의 단위 모듈(100A, 100B) 또는 3 이상의 단위 모듈(100)들 각각에 구비된 커넥터 홀더(137)는 하나의 커넥터(20)와 동시에 체결되고, 이로써 서로를 향해 절곡된 제1 단위 모듈(100A)의 버스바(120)와 제2 단위 모듈(100B)의 버스바(120)는 하나의 커넥터(20)와 공통적으로 접촉되어 한 쌍의 단위 모듈(100A, 100B) 또는 3 이상의 단위 모듈(100)들 사이가 전기적으로 연결된다.
다음은, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 다양한 전기적 연결 형태에 대해서 설명하기로 한다.
도 12 및 도 13은 블록화된 커넥터 결합 자리에 한 종류의 버스바를 여러 개 이용하여 13개의 배터리 셀을 1P/13S 타입으로 연결시킨 경우를 나타내는 도면이고, 도 14 및 도 15는 블록화된 커넥터 결합 자리에 두 종류의 버스바를 이용하여 12개의 배터리 셀을 2P/6S 타입으로 연결시킨 경우를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 단위 모듈 적층체(10)를 구성하는 각각의 단위 모듈(100)들은 서로 직렬로 연결되어 있다. 이처럼 모든 단위 모듈(100)들이 서로 직렬로 연결되어 있는 경우, 서로 인접한 한 쌍의 단위 모듈(100) 상호 간을 연결하기 위해 적용되는 복수의 커넥터(20)들은 모두 동일한 사이즈 및/또는 형상을 가질 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 일부 단위 모듈(100)끼리는 병렬로 연결되어 병렬 연결 그룹을 이루고, 서로 인접한 병렬 연결 그룹 간에는 직렬 연결을 이룬다. 이처럼 직렬/병렬 연결이 혼합된 형태로 전기적 연결이 이루어지는 경우에는 병렬 연결에 사용되는 제1 커넥터(20A)와 직렬 연결에 사용되는 제2 커넥터(20A)가 서로 다른 사이즈 및/또는 형상을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 단위 모듈 적층체(10)를 이루는 각각의 단위 모듈(100)마다 커넥터(20)의 고정을 위한 커넥터 홀더를 구비하고 있기 때문에, 커넥터(20)가 고정되는 자리가 블록화 되어 있다. 이에 따라, 단지 상기 커넥터(20)의 사이즈 및 형태를 달리 하여 적용하는 것에 의해 원하는 전기적 연결 형태를 구현할 수 있으며, 단위 모듈(100)의 연결 개수를 조절하는 것에 의해 원하는 용량 및 전압을 얻을 수 있는 것이다.
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.
10: 단위 모듈 적층체
20: 커넥터
20A: 제1 커넥터
20B: 제2 커넥터
30: 외부 단자
100: 단위 모듈
110: 배터리 셀
111: 수용부
112: 실링부
113: 셀 케이스
114: 전극 리드
120: 버스바
121: 접합부
122: 노출부
123: 후크부
130: 버스바 프레임
130A: 제1 단위 프레임
130B: 제2 단위 프레임
131: 고정 돌기
132: 돌기 수용 홈
133: 용접 슬릿
134: 후크 수용 홈
135: 후크 고정부
136: 버스바 안착부
136a: 손상 방지 홈
137: 커넥터 홀더

Claims (9)

  1. 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드에 부착되는 버스바 및 상기 배터리 셀의 테라스부에 부착되어 전극 리드와 버스바의 적어도 일부를 그 내측에 수용하는 버스바 프레임을 포함하는 복수의 단위 모듈이 적층되어 형성되는 단위 모듈 적층체; 및
    상기 버스바 프레임에 구비된 커넥터 홀더에 의해 고정되어 상기 버스바와 접촉하는 커넥터;
    를 포함하며,
    상기 버스바 프레임은,
    상기 테라스부의 상면의 적어도 일부를 커버하는 제1 단위 프레임; 및
    상기 테라스부의 하면의 적어도 일부를 커버하며 상기 제1 단위 프레임에 결합되는 제2 단위 프레임;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 홀더에 의해 상기 커넥터의 고정 위치는 블록화 되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위 프레임 및 제2 단위 프레임은 그 형상이 서로 점대칭 관계인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위 프레임 및 제2 단위 프레임 각각은,
    대향면 상에 형성되는 적어도 하나 이상의 고정 돌기 및 상기 고정 돌기와 대응되는 크기 및 형상을 갖는 돌기 수용 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 단위 프레임의 결합면에 형성된 고정 돌기는 제2 단위 프레임의 결합면에 형성된 돌기 수용 홈과 대응되는 크기 및 형상으로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고정 돌기 및 돌기 수용 홈은, 상기 제1 단위 프레임과 제2 단위 프레임 각각의 대향면과 반대측의 면 상에도 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈이 복수개 연결되어 구현되는 배터리 팩.
  9. 제8항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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