KR102490605B1 - 고전압 배터리 서브모듈 - Google Patents

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KR102490605B1
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Abstract

본 발명은 전극탭과 전압센싱단자를 견고하게 조립하여 전극탭과 전압센싱단자 간의 접촉불량을 방지할 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로서, 상부하우징과 끼움부 사이에 전압센싱단자 및 제1절곡부가 배치된 상태에서 볼트부재가 하우징관통공과 단자관통공 및 탭관통공을 관통하고 나사홀에 체결되어 볼트부재의 조임에 의해 제1전극단자와 전압센싱단자가 상호 전기적으로 연결된다.

Description

고전압 배터리 서브모듈{SUBMODULE FOR HIGH VOLTAGE BATTERY}
본 발명은 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극탭과 전압센싱단자를 견고하게 조립하여 전극탭과 전압센싱단자 간의 접촉불량을 방지할 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터에 의해 구동되는 것으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착된다.
고전압 배터리는 차량 운행 중에 충전과 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 고전압 배터리는 통상적으로 다수개의 배터리모듈로 구성된다.
그리고, 다수개의 각 배터리모듈은 다수개의 배터리 서브모듈로 구성되고, 다수개의 각 서브모듈은 다수개의 고전압 배터리 셀로 구성된다.
이렇게 다수개로 구성된 고전압 배터리 셀은 통상적으로 상부와 하부를 각각 지지하는 상부하우징 및 하부하우징에 의해 결합된다.
이때, 다수개의 고전압 배터리 셀은 상호 면대면으로 적층 되도록 하부하우징에 삽입되고, 고전압 배터리 셀의 상부에 상부하우징을 배치하여 조립함으로써, 배터리 서브모듈이 된다.
이러한 고전압 배터리 셀은 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 특히 다양한 형태의 고전압 배터리 셀 중 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(POUCHED TYPE)고전압 배터리 셀의 경우 유연성을 갖는 알루미늄 라미네이트 시트를 외장부재로 사용함으로써, 쉽게 휘어짐이 가능한 형태를 갖는다.
이러한 파우치형 고전압 배터리 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 장점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
그런데, 이러한 파우치형 고전압 배터리 셀은 쉽게 휘어질 수 있어 외부로부터 힘이 가해지면 쉽게 파손될 수 있었다.
이로 인해, 고전압 배터리 셀 내부의 전해액이 누수되거나 가스가 분출하는 등의 위험이 있다.
그리고, 고전압 배터리 셀 모듈 및 팩은 파우치형 고전압 배터리 셀들을 적층하여 구성됨으로 고전압 배터리 셀 내부의 전해액이 누수되거나 가스 분출, 폭발이 발생한 경우 인접한 고전압 배터리 셀에도 직접적인 손상이 가해지는 문제가 있다.
또한, 고전압 배터리는 다수의 고전압 배터리 셀들이 조합된 구조체이므로 일부 고전압 배터리 셀들이 과전압, 과전류, 과발열에 의해 안전성과 작동효율이 크게 문제가 될 수 있다.
따라서, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하며 전압센서 등을 고전압 배터리 셀에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있다.
이와 관련하여, 고전압 배터리의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라, 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 검출수단이 안정적인 접속 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이 필요하다.
통상적으로 고전압 배터리에서는 고전압 배터리 셀의 측면에 설치된 전극탭에 전압센서 및 PCB와 연결된 전압센싱단자를 상호 용접을 통해 접촉하였다.
더욱 상세하게는 다수개로 이루어진 고전압 배터리 셀 각각의 양측면으로부터 전극탭이 돌출되고, 상호 근접한 고전압 배터리 셀에 형성된 전극텝과 상호 면접촉하도록 90도로 절곡되어 한 쌍의 전극탭이 상호 겹쳐지도록 한 후, 겹쳐진 한 쌍의 전근탭을 용접하여 상호 고정하였다.
그리고, 상호 용접되어 고정된 한 쌍의 전극탭 내측면에 전압센싱단자가 배치되어 한 쌍의 전극탭과 전압센싱단자가 상호 면접촉된 상태로 용접결합을 통해 상호 고정된다.
즉, 한 쌍의 전극탭과 1개의 전압센싱단자가 용접됨으로써, 전극탭과 전압센싱단자는 3중으로 용접된다.
그러나, 종래에는 상호 겹쳐진 한 쌍의 전극탭과 1개의 전압센싱단자를 용접 즉, 3중으로 용접할 경우, 한 쌍의 전극탭과 1개의 전압센싱단자를 가압하는 클램프의 가압에 의해 배터리 서브모듈이 뒤로 밀리게 된다.
이로 인해, 배터리 서브모듈과 클램프 사이에 틈이 생김으로써, 전극탭과 전압센싱단자 간의 용접불량이 발생되는 문제가 있었다.
상기한 이유로 해방분야에서는 한 쌍의 전극탭과 1개의 전압센싱단자를 효율적으로 조립하여 상호 견고하게 고정시킬 수 있는 방안을 모색하고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 한 쌍의 전극탭과 1개의 전압센싱단자를 견고하게 조립하여 전극탭과 전압센싱단자 간의 접촉불량을 방지할 수 있는 고전압 배터리 서브모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 고전압 배터리 서브모듈은, 고전압 배터리 시스템에 설치되는 배터리 서브모듈에 있어서, 상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, XY평면상 Y축 방향으로 적층되며, XY평면상 테두리면의 X축 방향 양측면 중 일면으로부터 X축 방향으로 연장된 제1전극탭과, 타면으로부터 X축 방향으로 연장된 제2전극탭이 구비된 다수개의 고전압 배터리 셀; 상기 고전압 배터리 셀의 테두리면에 밀착되도록 사각링 형상으로 형성되고, 상기 제2전극탭과 대응되는 위치에 상기 제2전극탭이 안착되는 전극탭안착부가 형성된 고정프레임; 상기 고정프레임의 하부에 배치되어 상기 고전압 배터리 셀과 결합된 상기 고정프레임이 안착되고, 상기 고전압 배터리 셀 및 상기 고정프레임의 하부와 양측면의 일부를 밀폐하는 하부하우징; 상기 하부하우징의 상부에 배치되어 상기 하부하우징에 안착된 상기 고전압배터리 셀 및 상기 고정프레임의 상부와 양측면의 나머지 일부를 밀폐하고, 상기 제1전극탭이 형성된 방향의 측면에 외부와 연통되는 다수개의 하우징관통공이 형성된 상부하우징; 및 상기 상부하우징의 내측면에서 상기 제1전극탭이 배치된 방향을 향해 형성되어 상기 제1전극탭과 접촉되고, 상기 하우징관통공과 연통되는 단자관통공이 관통된 전압센싱단자;를 포함하고, 상기 제1전극탭은, 상호 적층된 한 쌍의 상기 고전압 배터리 셀의 일면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부와, 상호 면접촉하여 겹쳐지도록 한 쌍의 상기 제1셀연장부로부터 각각 직각방향으로 절곡되어 상기 하우징관통공 및 상기 단자관통공과 연통되는 탭관통공이 관통된 한 쌍의 제1절곡부로 이루어지고, 상기 하부하우징은, 상기 하부하우징의 바닥면으로부터 상기 제1전극탭과 대응되는 위치에 ZX평면상 Z축 방향으로 연장되어 외주면에 상기 제1전극탭이 감싸지는 사각형상의 끼움부가 연장되고, 상기 끼움부에는, 상기 하우징관통공과 상기 단자관통공 및 상기 탭관통공과 연통되는 다수개의 나사홀이 형성되되, 상기 상부하우징과 상기 끼움부 사이에 상기 전압센싱단자 및 상기 제1절곡부가 배치된 상태에서 볼트부재가 상기 하우징관통공과 상기 단자관통공 및 상기 탭관통공을 관통하고 상기 나사홀에 체결되어 상기 볼트부재의 조임에 의해 상기 제1전극단자와 상기 전압센싱단자가 상호 전기적으로 연결된다.
상기 상부하우징의 내측면에는 상기 전압센싱단자가 인서트사출방식으로 장착되는 단자장착부가 형성된다.
ZX평면상 상기 끼움부의 Z축 방향 길이는 ZX평면상 상기 제1전극탭의 ZX평면상 Z축 방향 길이보다 길게 연장되어 상기 끼움부의 외주면에 상기 제1전극탭이 감싸질 때, 상기 끼움부의 상부가 외부로 노출되고, 상기 상부하우징의 하면으로부터 상기 끼움부와 대응되는 위치에서 상기 끼움부의 단면적에 비하여 동일하거나 또는 크게 형성된 중공형상의 삽입부가 연장되되, 상기 삽입부가 상기 끼움부의 상부에서 상기 제1전극탭의 외부로 노출된 영역에 삽입된다.
상기 하부하우징의 내측면에는, 다수개의 고정프레임이 상기 하부하우징에 안착될 때, 다수개의 고정프레임 간의 간격이 상호 이격되도록 상기 고정프레임의 하부를 지지하는 하부고정프레임간격유지부가 형성되고, 상기 상부하우징의 내측면에는, 상기 하부고정프레임간격유지부와 동일한 개수로 형성되고, 상기 하부하우징에 안착된 다수개의 고정프레임 간의 간격이 상호 이격되도록 상기 고정프레임의 상부를 지지하는 상부고정프레임간격유지부가 형성된다.
상기 제2전극탭은, 상호 적층된 한 쌍의 상기 고전압 배터리 셀의 타면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부와, 상호 면접촉 하여 겹치도록 한 쌍의 상기 제2셀연장부로부터 각각 직각방향으로 절곡된 제2절곡부로 이루어진다.
상기 나사홀의 내주면에는 상기 볼트부재가 나사결합방식으로 체결될 수 있도록 나사산이 형성된다.
본 발명에 따른 고전압 배터리 서브모듈은, 볼트부재가 상부하우징과 끼움부 사이에 전압센싱단자 및 제1절곡부가 배치된 상태에서 하우징관통공과 단자관통공 및 탭관통공을 관통하고 나사홀에 나사결합방식으로 체결됨으로써, 볼트부재의 조임에 의해 한 쌍의 제1전극탭과 1개의 전압센싱단자를 효율적으로 고정시킬 수 있고, 제1전극단자와 전압센싱단자가 상호 전기적으로 견고하게 연결될 수 있는 효과가 있다.
또한, 전극탭안착부의 외측면에 상호 면접촉하는 한 쌍의 제2절곡부가 감싸는 형상으로 배치됨으로써, 제2전극탭이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제2전극탭을 견고하게 지지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 하부하우징에 배터리 조립체가 안착될 때, 제1전극탭이 끼움부에 끼워짐으로써, 제1전극탭이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭을 견고하게 지지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 하부고정프레임간격유지부와 상부고정프레임간격유지부는 배터리 조립체가 하부하우징 및 상부하우징의 내부에 배치될 때, 다수개의 배터리 조립체 간의 간격이 상호 이격되도록 배터리 조립체를 구획 및 배터리 조립체의 하부 및 상부를 각각 지지함으로써, 하부하우징 및 상부하우징의 내부에 배치된 배터리 조립체의 상호 간격을 일정한 간격으로 유지시킬 수 있고, 외력에 의해 흔들리는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, ZX평면상 끼움부의 Z축 방향 길이는 ZX평면상 제1전극탭의 ZX평면상 Z축 방향 길이보다 길게 연장됨으로써, 하부하우징과 상부하우징이 상호 결합되어 끼움부의 외주면에 제1전극탭이 감싸질 때, 삽입부가 끼움부에서 제1절곡부가 감싸고 있는 영역으로부터 외부로 노출된 상부영역에 용이하게 삽입될 수 있고, 이로 인해, 삽입부와 끼움부는 하부하우징과 상부하우징간의 조립위치를 명확하게 가이드 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 고전압 배터리 서브모듈을 분해한 분해사시도.
도 3은 도 2에 도시된 고전압 배터리 서브모듈의 고전압 배터리 셀을 분해한 분해사시도.
도 4는 도 2에 도시된 고전압 배터리 셀 및 전극탭의 평면을 나타낸 평면도.
도 5는 도 2에 도시된 상부하우징의 저면을 나타낸 저면사시도.
도 6은 도 2에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 결합순서를 나타낸 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈를 설명함에 있어서, 본 실시예의 이해를 돕기 위해 고전압 배터리 서브모듈은 수평방향으로 적층되는 것으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고전압 배터리 서브모듈을 분해한 분해사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 고전압 배터리 서브모듈의 고전압 배터리 셀을 분해한 분해사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 고전압 배터리 셀 및 전극탭의 평면을 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 상부하우징의 저면을 나타낸 저면사시도이고, 도 6은 도 2에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 고전압 배터리용 서브모듈은 고전압 배터리 셀(100)과 고정프레임(200)과 하부하우징(300)과 상부하우징(400)과 전압센싱단자(500)를 포함한다.
고전압 배터리 셀(100)은 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하며, 도 2에 도시된 바와 같이 다수개가 XY평면상 Y축 방향으로 적층된다.
고전압 배터리 셀(100)은 다수개가 모여 배터리 서브모듈을 이루는 것으로서, 다양한 형상으로 제조될 수 있는 바, 본 발명의 실시예에서는 파우치형으로 형성됨이 바람직하다.
파우치형은 그 형상을 비교적 자유롭게 형성할 수 있고 그 무게가 가벼워서 다수의 고전압 배터리 셀(100)을 구성해야 하는 차량용 배터리에 주로 사용된다.
고전압 배터리 셀(100)은 파우치형으로 형성됨으로써, 배터리 서브모듈의 중량을 감소시킬 수 있다.
이러한 고전압 배터리 셀(100)은 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭이 형성된다.
전극탭은 음극단자 및 양극단자로 이루어진 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 고전압 배터리 셀(100)의 테두리면 양측면으로부터 XY평면상 Y축 방향으로 연장된다.
이러한 전극탭은 제1전극탭(110)과, 제2전극탭(120)으로 구비된다.
제1전극탭(110)은 고전압 배터리 셀(100)의 테두리의 측면 중 어느 한 쪽 방향의 측면으로부터 도 3에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 연장된다.
이러한 제1전극탭(110)은 고전압 배터리 셀(100)의 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부(111)와, 제1셀연장부(111)로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제1절곡부(112)로 구비된다.
즉, 제1전극탭(110)은 단면형상이 직각형상으로 형성된다.
한편, 상호 면접촉되도록 적층된 다수개의 고전압 배터리 셀(100) 중 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100), 즉 배터리 서브모듈의 일단방향과 타단방향 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1전극탭(110)은 제1절곡부(112)가 제1셀연장부(111)로부터 직각방향으로 절곡된다.
그리고, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1전극탭(110)의 제1절곡부(112)는 제1셀연장부(111)로부터 직각방향으로 절곡된다.
따라서, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(112)와 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(112)가 상호 겹쳐진다.
이로 인해, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(112)와 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(112)는 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태로 배터리 서브모듈의 일단방향에서부터 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100)과, 그 고전압 배터리 셀(100)에서 근접하게 배치된 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)은 상호 면접촉하여 반복적으로 적층되고, 제1절곡부(112)들은 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
한편, 제1절곡부(112)에는 다수개의 탭관통공(113)이 관통된다.
탭관통공(113)은 면접촉하여 상호 겹쳐진 한 쌍의 제1절곡부(112)에 관통되어 제1전극탭(110)과 전압센싱단자(500)와 하부하우징(300) 및 상부하우징(400)을 상호 고정하는 볼트부재(600)가 관통된다.
제2전극탭(120)은 고전압 배터리 셀(100)의 테두리의 측면 중 제1전극탭(110)이 형성된 측면의 반대방향 측면으로부터 도 3에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 연장된다.
이러한 제2전극탭(120)은 고전압 배터리 셀(100)의 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부(121)와, 제2셀연장부(121)로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제2절곡부(122)가 형성된다.
즉, 제2전극탭(120)은 상기 제1전극탭(110)과 같이 단면형상이 직각형상으로 형성된다.
한편, 상호 면접촉되도록 적층된 다수개의 고전압 배터리 셀(100) 중 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100), 즉 배터리 서브모듈의 일단방향과 타단방향 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(120)은 단면형상이 수평방향으로 연장된 직선형상으로 형성된다.
직선형상으로 형성된 제2전극탭(120)은 버스바와 전기적으로 연결된다.
단면형상이 직각형상으로 형성된 제2전극탭(120)은 일단방향 최외곽의 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된다.
두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(120)은 제2절곡부(122)가 제2셀연장부(121)로부터 직각방향으로 절곡된다.
그리고, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에서 첫 번째 고전압 배터리 셀(100) 배치된 반대방향의 면에 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(120)의 제2절곡부(122)는 제2셀연장부(121)로부터 직각방향으로 절곡된다.
따라서, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(122)와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(122)가 상호 겹쳐진다.
이로 인해, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(122)와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(122)는 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태로 배터리 서브모듈의 일단방향에서부터 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)과, 그 고전압 배터리 셀(100)에서 근접하게 배치된 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100)은 상호 면접촉하여 반복적으로 적층되고, 제2절곡부(122)들은 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이로 인해, 제1전극탭(110)과 제2전극탭(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 XY평면상 지그재그 형상으로 상호 연결되어 적층된다.
고정프레임(200)은 플라스틱과 같은 절연재질로 형성된 것으로서, 다수개로 이루어진 고전압 배터리 셀(100) 간의 전기적인 연결을 상호 절연시킬 수 있고, 소재의 특성상 경량화와 내구성을 향상시킬 수 있다.
고정프레임(200)은 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉되고, 면접촉된 고전압 배터리 셀(100)의 일면 및 타면이 외부에 노출되도록 사각의 링 형상으로 형성된다.
고정프레임(200)은 사각의 링 형상으로 형성되어 인접되어 있는 고전압 배터리 셀(100)의 표면이 외부로 노출됨으로써, 고전압 배터리 셀(100)을 냉각시키기 위한 냉각모듈에 직접 노출된다.
따라서, 고정프레임(200)은 고전압 배터리 셀(100)을 냉각모듈에 직접 노출시킴으로써, 고전압 배터리 셀(100)로부터 발생된 열이 종래기술에 비해 더욱 효율적으로 냉각될 수 있다.
고정프레임(200)은 다수개로 구비되어 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)과 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100) 사이에 각각 삽입된다.
이러한 고정프레임(200)은 전극탭안착부(210)를 포함한다.
전극탭안착부(210)는 제2전극탭(120)이 안착되어 제2절곡부(122)가 외부로 노출되도록 한다.
이러한 전극탭안착부(210)의 외측면에는 상호 면접촉하는 한 쌍의 제2절곡부(122)가 감싸는 형상으로 배치된다.
따라서, 전극탭안착부(210)는 제2전극탭(120)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제2전극탭(120)을 견고하게 지지할 수 있다.
하부하우징(300)은 상부가 개방되고 내부에 수용공간이 형성되어 고정프레임(200)의 하부에 배치된다.
따라서, 하부하우징(300)의 수용공간에는 고전압 배터리 셀(100)과 결합된 고정프레임(200)(이하에서는 '배터리 조립체(700)'라 함)이 안착되고, 배터리 조립체(700)의 하부와 양측면의 일부를 밀폐한다.
이로 인해, 하부하우징(300)은 배터리 조립체(700)의 하부를 외력으로부터 용이하게 보호할 수 있다.
이러한 하부하우징(300)은 끼움부(310)와 하부고정프레임간격유지부(320)가 형성된다.
끼움부(310)는 하부하우징(300)의 바닥면으로부터 제1전극탭(110)과 대응되는 위치에 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 ZX평면상 Z축 방향으로 연장된다.
끼움부(310)는 단면형상이 사각형상으로 형성된 것으로서, 제1절곡부(112)에 의해 감싸지도록, 하부하우징(300)의 바닥면으로부터 제1전극탭(110)과 대응되는 위치에 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 ZX평면상 Z축 방향으로 형성된다.
끼움부(310)는 제1전극탭(110)과 대응되는 위치에 형성됨으로써, 제1전극탭(110)과 동일한 개수로 이루어진다.
따라서, 끼움부(310)는 하부하우징(300)에 배터리 조립체(700)가 안착될 때, 제1전극탭(110)이 끼워짐으로써, 제1전극탭(110)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭(110)을 견고하게 지지할 수 있다.
한편, 끼움부(310)는 ZX평면상 Z축 방향의 길이는 ZX평면상 제1전극탭(110)의 X축 방향의 길이보다 길기 연장된다.
이로 인해, 끼움부(310)는 외주면에 제1전극탭(110)이 감싸질 때, 끼움부(310)의 상부가 외부로 노출된다.
한편, 끼움부(310)에는 나사홀(311)이 형성된다.
나사홀(311)은 내주면에 나사산이 형성된 것으로서, 탭관통공(113)과 대응되는 위치에 동일한 개수로 형성되어 탭관통공(113)을 관통한 볼트부재(600)가 체결된다.
하부고정프레임간격유지부(320)는 하부하우징(300)의 바닥면과 내측면을 따라 다수개가 돌출된 격벽으로서, 배터리 조립체(700)가 하부하우징(300)에 안착될 때, 다수개의 배터리 조립체(700) 간의 간격이 상호 이격되도록 배터리 조립체(700)를 구획 및 배터리 조립체(700)의 하부를 지지한다.
이로 인해, 하부고정프레임간격유지부(320)는 하부하우징(300)의 바닥면에 안착된 배터리 조립체(700)의 상호 간격을 일정한 간격으로 유지시킬 수 있고, 배터리 조립체(700)가 외력에 의해 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
상부하우징(400)은 하부하우징(300)의 상부에 배치되어 하부하우징(300)과 결합되는 것으로서, 하부가 개방되고, 내부에 수용공간이 형성된다.
상부하우징(400)은 하부하우징(300)의 상부에 배치되어 하부하우징(300)에 안착된 배터리 조립체(700)의 상부와 양측면의 나머지 일부를 밀폐한다.
이로 인해, 상부하우징(400)은 배터리 조립체(700)의 상부를 외력으로부터 용이하게 보호할 수 있다.
이러한 상부하우징(400)은 삽입부(410)와 단자장착부(420)와 상부고정프레임간격유지부(430)를 포함한다.
삽입부(410)는 상부하우징(400)의 하면으로부터 끼움부(310)와 대응되는 위치에서 하방향으로 연장된다.
삽입부(410)는 끼움부(310)의 단면적에 비하여 동일하거나 또는 크게 형성된 중공형상으로 형성된다.
따라서, 삽입부(410)는 상부하우징(400)과 하부하우징(300)이 상호 결합될 때, 하부하우징(300)의 끼움부(310)에서 제1절곡부(112)가 감싸고 있는 영역으로부터 외부로 노출된 상부영역에 상부하우징(400)의 삽입부(410)가 용이하게 삽입될 수 있다.
이로 인해, 삽입부(410)와 끼움부(310)는 하부하우징(300)과 상부하우징(400)간의 조립위치를 명확하게 가이드 할 수 있다.
단자장착부(420)는 상부하우징(400)의 내측면에서 제1전극탭(110)과 동일한 개수로 제1전극탭(110)과 대응되는 위치에 형성된다.
이러한 단자장착부(420)에는 전압센싱단자(500)가 제1전극탭(110)에 면접촉될 수 있도록 인서트사출방식으로 장착된다.
상부고정프레임간격유지부(430)는 상부하우징(400)의 내측면을 따라 다수개가 돌출된 격벽으로서, 하부고정프레임간격유지부(320)와 동일한 개수로 형성된다.
상부고정프레임간격유지부(430)는 배터리 조립체(700)가 하부하우징(300)에 안착될 때, 다수개의 배터리 조립체(700) 간의 간격이 상호 이격되도록 배터리 조립체(700)를 구획 및 배터리 조립체(700)의 상부를 지지한다.
이로 인해, 상부고정프레임간격유지부(430)는 하부하우징(300)에 안착된 배터리 조립체(700)의 상호 간격을 일정한 간격으로 유지시킬 수 있고, 배터리 조립체(700)가 외력에 의해 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상부하우징(400)에는 하우징관통공(440)이 형성된다.
하우징관통공(440)은 상부하우징(400)에서 제1전극탭(110)이 형성된 방향의 측면에 외부와 연통되는 것으로서, 탭관통공(113) 및 나사홀(311)과 대응되는 위치에 동일한 개수로 형성된다.
하우징관통공(440)에는 볼트부재(600)가 관통하고, 하우징관통공(440)을 관통한 볼트부재(600)가 탭관통공(113)과 나사홀(311)를 관통한다.
전압센싱단자(500)는 도전체의 바 형상으로 형성되어 단자장착부(420)에 장착된 것으로서, 고전압 배터리 셀(100)의 전압을 센싱한다.
전압센싱단자(500)는 상부하우징(400)의 내측면에서 제1전극탭(110)이 배치된 방향을 향해 형성되어 한 쌍의 제1전극탭(110) 외측면에과 전기적으로 접촉된다.
따라서, 전압센싱단자(500)는 고전압 배터리 셀(100)의 잔여용량, 충전 필요성을 판단하는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)와 전기적으로 연결되어 고전압 배터리 셀(100)로부터 센싱된 전압을 BMS로 전달한다.
한편, 전압센상단자(500)에는 단자관통공(510)이 형성된다.
단자관통공(510)은 탭관통공(113) 및 하우징관통공(440)과 대응되는 위치에 동일한 개수로 형성되어 하우징관통공(440)을 관통한 볼트부재(600)가 관통된다.
이로 인해, 볼트부재(600)는 상부하우징(400)과 끼움부(310) 사이에 전압센싱단자(500) 및 제1절곡부(112)가 배치된 상태에서 하우징관통공(440)과 단자관통공(510) 및 탭관통공(113)을 관통하고 나사홀(311)에 나사결합방식으로 체결된다.
즉, 볼트부재(600)의 조임에 의해 한 쌍의 제1전극탭(110)과 1개의 전압센싱단자(500)를 효율적으로 고정시킬 수 있고, 제1전극탭(110)과 전압센싱단자(500)가 상호 전기적으로 견고하게 연결될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 조립순서에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 결합순서를 나타낸 순서도이다.
고정프레임(200)의 내부에 한 쌍의 고전압 배터리 셀(100)이 안착되어 배터리 조립체(700)가 형성(S710)된다.
한편, 고정프레임(200)의 양측면 중 어느 한 쪽 면에는 전극탭안착부(210)가 형성되고, 고전압 배터리 셀(100)에는 그 테두리면 중 전극탭안착부(210)와 대응되는 위치에 수평방향으로 제2전극탭(120)이 구비되어 있다.
그리고, 제2전극탭(120)은 전극탭안착부(210)에 안착된다.
이어서, 고전압 배터리 셀(100) 및 고정프레임(200)이 상호 결합되어 형성된 배터리 조립체(700)를 다수개로 마련하여 하부하우징(300)에 안착(S720)시킨다.
이때, 한 쌍의 제1절곡부(112)가 하부하우징(300)으로부터 ZX평면상 Z축 방향으로 연장된 끼움부(310)에 끼워진다.
그리고, 하부하우징(300)에 안착된 배터리 조립체(700)의 상부에 하부하우징(300)과 결합되는 상부하우징(400)이 배치(S730)된다.
한편, 하부하우징(300)에서 제1전극탭(110)이 배치된 방향에 하우징관통공(440)이 형성되고, 전압센싱단자(500)에 단자관통공(510)이 형성되며, 한 쌍의 제1절곡부(112)에 탭관통공(113)이 형성되어 볼트부재(600)가 관통된다.
그리고, 하우징관통공(440)과 단자관통공(510)과 탭관통공(113)을 관통한 볼트부재(600)는 끼움부(310)에 형성된 나사홀(311)에 나사결합방식으로 체결(S740)된다.
따라서, 볼트부재(600)의 조임에 의해 하부하우징(300)과 전압센싱단자(500)와 제1전극탭(110)과 상부하우징(400)이 상호 견고하게 결합되고, 전압센싱단과 제1전극탭(110)이 상호 전기적으로 용이하게 연결될 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 고전압 배터리 서브모듈은, 볼트부재(600)가 상부하우징(400)과 끼움부(310) 사이에 전압센싱단자(500) 및 제1절곡부(112)가 배치된 상태에서 하우징관통공(440)과 단자관통공(510) 및 탭관통공(113)을 관통하고 나사홀(311)에 나사결합방식으로 체결됨으로써, 볼트부재(600)의 조임에 의해 한 쌍의 제1전극탭(110)과 1개의 전압센싱단자(500)를 효율적으로 고정시킬 수 있고, 제1전극탭(110)과 전압센싱단자(500)가 상호 전기적으로 견고하게 연결될 수 있다.
또한, 전극탭안착부(210)는 외측면에 상호 면접촉하는 한 쌍의 제2절곡부(122)가 감싸는 형상으로 배치됨으로써, 제2전극탭(120)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제2전극탭(120)을 견고하게 지지할 수 있다.
아울러, 하부하우징(300)에 배터리 조립체(700)가 안착될 때, 제1전극탭(110)이 끼움부(310)에 끼워짐으로써, 제1전극탭(110)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭(110)을 견고하게 지지할 수 있다.
그리고, 하부고정프레임간격유지부(320)와 상부고정프레임간격유지부(430)는 배터리 조립체(700)가 하부하우징(300) 및 상부하우징(400)의 내부에 배치될 때, 다수개의 배터리 조립체(700) 간의 간격이 상호 이격되도록 배터리 조립체(700)를 구획 및 배터리 조립체(700)의 하부 및 상부를 각각 지지함으로써, 하부하우징(300) 및 상부하우징(400)의 내부에 배치된 배터리 조립체(700)의 상호 간격을 일정한 간격으로 유지시킬 수 있고, 외력에 의해 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
또한, ZX평면상 끼움부(310)의 Z축 방향 길이는 ZX평면상 제1전극탭(110)의 ZX평면상 Z축 방향 길이보다 길게 연장됨으로써, 하부하우징(300)과 상부하우징(400)이 상호 결합되어 끼움부(310)의 외주면에 제1전극탭(110)이 감싸질 때, 삽입부(410)가 끼움부(310)에서 제1절곡부(112)가 감싸고 있는 영역으로부터 외부로 노출된 상부영역에 용이하게 삽입될 수 있고, 이로 인해, 삽입부(410)와 끼움부(310)는 하부하우징(300)과 상부하우징(400)간의 조립위치를 명확하게 가이드 할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 고전압 배터리 셀 110: 제1전극탭
111: 제1셀연장부 112: 제1절곡부
113: 탭관통공 120: 제2전극탭
121: 제2셀연장부 122: 제2절곡부
200: 고정프레임 210: 전극탭안착부
300: 하부하우징 310: 끼움부
311: 나사홀 320: 하부고정프레임간격유지부
400: 상부하우징 410: 삽입부
420: 단자장착부 430: 상부고정프레임간격유지부
440: 하우징관통공 500: 전압센싱단자
510: 단자관통공 600: 볼트부재
700: 배터리 조립체

Claims (6)

  1. 고전압 배터리 시스템에 설치되는 배터리 서브모듈에 있어서,
    상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, XY평면상 Y축 방향으로 적층되며, XY평면상 테두리면의 X축 방향 양측면 중 일면으로부터 X축 방향으로 연장된 제1전극탭과, 타면으로부터 X축 방향으로 연장된 제2전극탭이 구비된 다수개의 고전압 배터리 셀;
    상기 고전압 배터리 셀의 테두리면에 밀착되도록 사각링 형상으로 형성되고, 상기 제2전극탭과 대응되는 위치에 상기 제2전극탭이 안착되는 전극탭안착부가 형성된 고정프레임;
    상기 고정프레임의 하부에 배치되어 상기 고전압 배터리 셀과 결합된 상기 고정프레임이 안착되고, 상기 고전압 배터리 셀 및 상기 고정프레임의 하부와 양측면의 일부를 밀폐하는 하부하우징;
    상기 하부하우징의 상부에 배치되어 상기 하부하우징에 안착된 상기 고전압배터리 셀 및 상기 고정프레임의 상부와 양측면의 나머지 일부를 밀폐하고, 상기 제1전극탭이 형성된 방향의 측면에 외부와 연통되는 다수개의 하우징관통공이 형성된 상부하우징; 및
    상기 상부하우징의 내측면에서 상기 제1전극탭이 배치된 방향을 향해 형성되어 상기 제1전극탭과 접촉되고, 상기 하우징관통공과 연통되는 단자관통공이 관통된 전압센싱단자;를 포함하고,
    상기 제1전극탭은,
    상호 적층된 한 쌍의 상기 고전압 배터리 셀의 일면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부와, 상호 면접촉하여 겹쳐지도록 한 쌍의 상기 제1셀연장부로부터 각각 직각방향으로 절곡되어 상기 하우징관통공 및 상기 단자관통공과 연통되는 탭관통공이 관통된 한 쌍의 제1절곡부로 이루어지고,
    상기 하부하우징은,
    상기 하부하우징의 바닥면으로부터 상기 제1전극탭과 대응되는 위치에 ZX평면상 Z축 방향으로 연장되어 외주면에 상기 제1전극탭이 감싸지는 사각형상의 끼움부가 연장되고,
    상기 끼움부에는,
    상기 하우징관통공과 상기 단자관통공 및 상기 탭관통공과 연통되는 다수개의 나사홀이 형성되되,
    상기 상부하우징과 상기 끼움부 사이에 상기 전압센싱단자 및 상기 제1절곡부가 배치된 상태에서 볼트부재가 상기 하우징관통공과 상기 단자관통공 및 상기 탭관통공을 관통하고 상기 나사홀에 체결되어 상기 볼트부재의 조임에 의해 상기 제1전극탭과 상기 전압센싱단자가 상호 전기적으로 연결되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부하우징의 내측면에는 상기 전압센싱단자가 인서트사출방식으로 장착되는 단자장착부가 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    ZX평면상 상기 끼움부의 Z축 방향 길이는 ZX평면상 상기 제1전극탭의 ZX평면상 Z축 방향 길이보다 길게 연장되어 상기 끼움부의 외주면에 상기 제1전극탭이 감싸질 때, 상기 끼움부의 상부가 외부로 노출되고,
    상기 상부하우징의 하면으로부터 상기 끼움부와 대응되는 위치에서 상기 끼움부의 단면적에 비하여 동일하거나 또는 크게 형성된 중공형상의 삽입부가 연장되되,
    상기 삽입부가 상기 끼움부의 상부에서 상기 제1전극탭의 외부로 노출된 영역에 삽입되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하부하우징의 내측면에는,
    다수개의 고정프레임이 상기 하부하우징에 안착될 때, 다수개의 고정프레임 간의 간격이 상호 이격되도록 상기 고정프레임의 하부를 지지하는 하부고정프레임간격유지부가 형성되고,
    상기 상부하우징의 내측면에는,
    상기 하부고정프레임간격유지부와 동일한 개수로 형성되고, 상기 하부하우징에 안착된 다수개의 고정프레임 간의 간격이 상호 이격되도록 상기 고정프레임의 상부를 지지하는 상부고정프레임간격유지부가 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2전극탭은,
    상호 적층된 한 쌍의 상기 고전압 배터리 셀의 타면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부와, 상호 면접촉 하여 겹치도록 한 쌍의 상기 제2셀연장부로부터 각각 직각방향으로 절곡된 제2절곡부로 이루어진 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나사홀의 내주면에는 상기 볼트부재가 나사결합방식으로 체결될 수 있도록 나사산이 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
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