KR102598670B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀들을 적층한 셀 적층체, 상기 다수의 배터리 셀에 포함되는 전극 리드들이 삽입되는 복수의 관통 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 버스바, 및 상기 적어도 하나의 버스바와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 버스바와 결합하고, 상기 전극 리드들이 배치되는 복수의 관통 구멍을 구비하는 버스바 프레임을 포함하며, 각각의 상기 관통 슬릿은 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 가이드부를 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 관통 구멍의 내측으로 돌출되어 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부로 안내하는 제2 가이드부를 포함하며, 상기 제1 가이드부는 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 경사면을 포함하며, 상기 제2 가이드부는 상기 제1 경사면의 일부를 덮도록 상기 제1 경사면에 접하여 연장되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 파우치형(pouched type)이나 각형의 배터리 셀로 제조되고 있으며, 이러한 배터리 셀들을 다수 개 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
배터리 모듈은 일반적으로 배터리 셀들을 적층하여 셀 적층체를 마련한 후, 버스바가 구비되는 버스바 조립체를 셀 적층체에 결합하는 공정을 거쳐 제조된다.
따라서 제조 과정에서 셀 적층체와 버스바 어셈블리의 결합이 원활하게 이루어지지 못하는 경우, 배터리 모듈의 조립에 어려움이 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은 제조가 용이한 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀들을 적층한 셀 적층체, 상기 다수의 배터리 셀에 포함되는 전극 리드들이 삽입되는 복수의 관통 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 버스바, 및 상기 적어도 하나의 버스바와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 버스바와 결합하고, 상기 전극 리드들이 배치되는 복수의 관통 구멍을 구비하는 버스바 프레임을 포함하며, 각각의 상기 관통 슬릿은 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 가이드부를 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 관통 구멍의 내측으로 돌출되어 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부로 안내하는 제2 가이드부를 포함하며, 상기 제1 가이드부는 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 경사면을 포함하며, 상기 제2 가이드부는 상기 제1 경사면의 일부를 덮도록 상기 제1 경사면에 접하여 연장되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 적어도 일부가 상기 제1 가이드부와 대면하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 적어도 일부가 상기 제1 가이드부 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1 가이드부는, 상기 배터리 셀에서 멀어질수록 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1 경사면은, 상기 전극 리드에 대한 경사각이 27°~ 45°범위로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부 측으로 안내하는 제2 경사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 경사면은, 상기 전극 리드에 대한 경사각이 상기 제1 경사면보다 작게 형성될 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 상기 적어도 하나의 버스바와 대면하는 면 전체가 상기 적어도 하나의 버스바에 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 적어도 일부가 상기 관통 슬릿 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제2 가이드부는, 상기 적어도 하나의 버스바의 일면과 상기 제1 경사면의 경계를 따라 배치되며 상기 경계를 덮는 형태로 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀들을 적층한 셀 적층체, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 상기 다수의 배터리 셀에 포함되는 전극 리드들이 삽입되는 복수의 관통 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 버스바, 및 상기 버스바와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 버스바와 결합하는 버스바 프레임을 포함하며, 각각의 상기 관통 슬릿은 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 가이드부를 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 관통 구멍의 내측으로 돌출되어 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부로 안내하는 제2 가이드부를 포함하며, 상기 제1 가이드부는 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 경사면을 포함하며, 상기 제2 가이드부는 상기 제1 경사면의 일부를 덮도록 상기 제1 경사면에 접하여 연장되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 모듈 프레임은, 서로 마주보며 나란하게 배치되는 제1 플레이트와 제2 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이의 공간을 가로지르며 배치되어 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트에 각각 연결되는 연결 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 셀 적층체는, 적어도 2개가 상기 연결 플레이트에 의해 구분된 공간에 각각 수용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결 플레이트와 대면하도록 배치되는 프레임 커버를 더 포함하며, 상기 셀 적층체는 상기 연결 플레이트와 상기 모듈 프레임 커버 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀의 상기 전극 리드의 연장방향으로 상기 전극리드와 대면하도록 배치되어 상기 모듈 프레임에 결합되는 측면 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 셀 적층체는, 상기 배터리 셀의 넓은 면이 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트와 대면하도록 상기 모듈 프레임 내에 수용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 버스바 프레임은, 적어도 일부가 상기 관통 슬릿 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체와 버스바 조립체를 결합하는 과정에서 다수의 전극 리드들이 버스바 조립체의 관통 슬릿에 동시에 삽입될 수 있다. 이에 배터리 모듈의 조립이 용이하며 이에 제조에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 버스바 프레임에 마련되는 제2 경사면이 버스바의 관통 슬릿에 마련되는 제1 경사면을 연장하는 형태로 배치되므로, 전극 리드들이 상기 경사면들을 따라 관통 슬릿의 중심으로 용이하게 안내될 수 있어 관통 슬릿에 원활하게 삽입될 수 있다.
또한, 배터리 모듈은 프레임의 연결 플레이트와 프레임 커버 등을 이용하는 다양한 열 방출 경로를 제공하므로, 셀 적층체에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 버스바 조립체를 확대하여 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 II-II'에 따른 부분 단면도.
도 6은 도 4에서 셀 적층체가 결합된 상태를 도시한 단면도.
도 7은 도 6의 A 부분을 확대하여 도시한 도면.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
예컨대, 본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)을 다수 개 적층한 셀 적층체(1)와, 모듈 프레임(40), 커버 부재(50), 절연 커버(80), 및 버스바 조립체(70)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(1)는 배터리 셀들(10)을 두께 방향으로 적층하여 형성할 수 있다. 각각의 배터리 셀들(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 파우치형 케이스 내에 전극 조립체(미도시)가 수용되고 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치 형태의 케이스 내에 수납된다. 전극판은 다수의 양극판과 다수의 음극판이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.
케이스는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다.
본 실시예의 각 배터리 셀들(10)은 2개의 전극 리드(15)가 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 적층 배치되는 배터리 셀들(10) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드가 배치될 수 있다.
완충 패드는 특정 배터리 셀이 팽창하는 경우, 배터리 셀들 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제하기 위해 구비될 수 있다. 완충 패드는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
완충 패드가 접착성 재질로 구성되는 경우 배터리 셀들(10)은 완충 패드에 의해 상호 접합되어 배터리 셀 적층체(1)를 구성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 적층된 배터리 셀들(10)을 고정하기 위해 별도의 고정 부재를 부가하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.
셀 적층체(1)는 모듈 프레임(40)의 수용 공간(D)에 삽입 배치될 수 있다.
모듈 프레임(40)은 셀 적층체(1)의 하부와 상부서 마주보며 나란하게 적층 배치되는 제1 플레이트(44)와 제2 플레이트(46), 그리고 제1, 제2 플레이트들(44, 46) 사이에 배치되어 제1, 제2 플레이트들(44, 46)을 상호 연결하는 연결 플레이트(42)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(1)는 제1, 제2 플레이트들(44, 46) 사이에 형성되는 수용 공간(D) 내에 삽입 배치될 수 있다.
연결 플레이트(42)는 셀 적층체(1)의 일측에 배치되며 배터리 셀들(10)의 면 방향에 대략 직교하는 형태로 배치될 수 있다. 그리고 제1, 제2 플레이트들(44, 46)은 연결 플레이트(42)의 양 측에 각각 체결될 수 있다.
셀 적층체(1)는 배터리 셀(10)의 넓은 면이 제1, 제2 플레이트(44, 46)와 대면하도록 모듈 프레임(40) 내에 수용될 수 있다. 이에 배터리 셀들(10)은 면 방향이 제1, 제2 플레이트(44, 46)의 면 방향과 평행하도록 배치될 수 있다.
제1, 제2 플레이트(44, 46)는 일정 거리 이격 배치되며, 서로 평행하게 배치된다. 제1, 제2 플레이트(44, 46)는 동일한 크기 또는 동일한 면적으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
연결 플레이트(42)는 제1 플레이트(44)와 제2 플레이트(46) 사이의 공간을 가로지르는 형태로 배치되어 제1, 제2 플레이트(44, 46) 사이의 공간을 양분할 수 있다. 연결 플레이트(42)에 의해 양분된 각각의 수용 공간(D)에는 셀 적층체(1)가 분산 배치될 수 있다. 예컨대, 셀 적층체(1)는 적어도 2개가 연결 플레이트(42)에 의해 구분된 공간에 각각 수용될 수 있다.
연결 플레이트(42)는 면 방향이 제1, 제2 플레이트(44, 46)의 면 방향과 직교하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 연결 플레이트(42)는 제1 플레이트와 제2 플레이트의 중심을 따라 결합될 수 있으며 이에 모듈 프레임(40)의 단면은 "H" 형상이 90° 회전된 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
모듈 프레임(40)은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 모듈 프레임(40)은 금속 등의 재질로 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 알루미늄(aluminum), 스틸(steel) 등의 소재로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 높은 열 전도성을 갖는 재질이라면 본 발명의 목적 범위 내에서 다양한 재질이 이용될 수 있다.
커버 부재(50)는 모듈 프레임(40)에 결합되어 모듈 프레임(40)과 함께 배터리 셀(10)을 보호하는 모듈 케이스를 형성할 수 있다.
이를 위해 커버 부재(50)는 배터리 셀(10)이 수용된 수용 공간(D)을 외부와 차단하는 형태로 모듈 프레임(40)에 결합되어 수용 공간(D)을 외부와 분리한다.
커버 부재(50) 프레임 커버(52)와 측면 커버(54)를 포함할 수 있다.
프레임 커버(52)는 편평한 판 형태로 형성될 수 있으며, 셀 적층체(1)의 타측에 배치되어 제1, 제2 플레이트(44, 46)의 장변 측 모서리에 결합될 수 있다. 따라서 프레임 커버(52)는 일측이 제1 플레이트(44)에 결합되고 타측이 제2 플레이트(46)에 결합되어 연결 플레이트(42)와 대면하도록 배치될 수 있다. 이에 셀 적층체(1)는 연결 플레이트(42)와 프레임 커버(52) 사이에 배치될 수 있다.
프레임 커버(52)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프레임 커버(52)는 모듈 프레임(40)과 마찬가지로 알루미늄이나 스틸 등의 소재로 형성될 수 있으며, 모듈 프레임(40)과 동일한 재질로 형성될 수도 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 금속과 유사한 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
측면 커버(54)는 제1, 제2 플레이트(44, 46)의 단변 측 모서리, 즉 모듈 프레임(40)의 양 단부에 결합될 수 있다.
모듈 프레임(40)의 양 단부에는 배터리 셀들(10)의 전극 리드(15)가 배치된다. 따라서 측면 커버(54)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 대면하는 형태로 배치되어 모듈 프레임(40)에 결합될 수 있다.
측면 커버(54)는 금속 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수지와 같은 절연성 재질로 형성하는 것도 가능하다.
측면 커버(54)는 리벳, 나사, 볼트, 스냅핏(snap fit)과 같은 고정 부재를 통해 모듈 프레임(40)과 프레임 커버(52)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 레이저 용접, 스폿 용접, 접착제 등을 이용하여 결합하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 모듈은 셀 적층체가 프레임 커버뿐만 아니라 연결 플레이트를 통해서도 열을 방출할 수 있다. 연결 플레이트이 유입된 열은 제1, 제2 플레이트로 전달되어 외부로 방출될 수 있다. 따라서 셀 적층체에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있다.
측면 커버(54)와 전극 리드들(15) 사이에는 절연 커버(80)와 버스바 조립체(70)가 배치될 수 있다.
절연 커버(80)는 측면 커버(54)와 후술되는 버스바 조립체(70) 사이에 배치된다. 예컨대 절연 커버(8)의 일면은 측면 커버(54)에 결합되고, 절연 커버(80)의 타면은 버스바 조립체(70)와 결합될 수 있다.
절연 커버(80)는 측면 커버(54)와 버스바 조립체(70) 간의 전기절연을 확보하기 위해 구비될 수 있다. 따라서 할 수 있다. 본 실시예의 절연 커버(80)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성되어 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 표면이 절연 코팅된 금속으로 절연 커버(8)를 형성하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
버스바 조립체(70)는 절연 커버(80)와 전극 리드들(15) 사이에 배치된다.
도 4는 도 2에 도시된 버스바 조립체를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 II-II'에 따른 부분 단면도이다. 또한 도 6은 도 4에서 셀 적층체가 결합된 상태를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 7을 함께 참조하면, 버스바 조립체(70)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 결합하여 전극 리드들(15)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위해 버스바 조립체(70)는 버스바 프레임(76)과 버스바(73)를 포함할 수 있다.
버스바 프레임(76)은 버스바(73)와 셀 적층체(1) 사이에 배치되며, 버스바(73)는 버스바 프레임(76)의 일측에 결합될 수 있다.
배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)은 버스바 프레임(76)을 관통하여 버스바 프레임(76)의 외측에서 버스바(73)와 상호 연결될 수 있다. 이를 위해 버스바 프레임(76)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 구멍(76a)이 구비될 수 있다.
또한 버스바 조립체(70)에는 배터리 셀들(10)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 접속 단자(72)가 구비될 수 있다. 접속 단자(72)는 측면 커버(54)에 형성된 구멍(55)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 따라서 측면 커버(54)의 구멍(55)은 접속 단자(72)의 크기와 외형에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 접속 단자(72)는 도전성 부재로 구성되며 적어도 하나의 버스바(73)에 전기적으로 연결되거나 적어도 하나의 버스바(73)와 일체로 형성될 수 있다.
버스바(73)는 금속판의 형태로 형성되어 버스바 프레임(76)의 외부면에 결합되거나, 적어도 일부가 버스바 프레임(76)의 내부에 매립되도록 구성될 수 있다. 버스바(73)는 셀 적층체(1)와 대면하는 제1면과, 제1면의 반대면인 제2면을 구비할 수 있다.
배터리 셀들(10)은 버스바(73)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결되며, 버스바(73)와 접속 단자(72)를 매개로 하여 배터리 모듈(100)의 외부 요소와 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 위해, 버스바(73)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 슬릿(73a)이 구비될 수 있으며, 전극 리드들(15)은 버스바(73)의 제1면 측에서 관통 슬릿(73a)에 삽입된 후 용접 등의 방식을 통해 버스바(73)에 접합될 수 있다.
이에 전극 리드(15)의 끝단은 적어도 일부가 버스바(73)를 완전히 관통하여 버스바(73) 제2면 측의 외부로 노출될 수 있다.
본 실시예의 배터리 모듈(100)은, 배터리 셀들(10)을 적층하여 셀 적층체(1)를 마련한 후, 버스바 조립체(70)를 셀 적층체(1)에 결합하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 따라서 하나의 버스바 조립체(70)에 다수의 전극 리드(15)가 결합되어야 하므로, 다수의 전극 리드(15)가 원활하게 동시에 관통 슬릿(73a)에 삽입되어야 한다.
이를 위해 본 실시예의 관통 슬릿(73a)은 버스바(73)의 제1면 측의 폭이 제2면 측의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 예컨대, 관통 슬릿(73a)의 적어도 일부는 셀 적층체(1)에서 멀어질수록(또는 버스바(73)의 제1면에서 제2면으로 갈수록) 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 관통 슬릿(73a)은 셀 적층체(1)와 대면하는 측에 제1 가이드부(74)가 형성될 수 있다. 제1 가이드부(74)는 관통 슬릿(73a)의 일부로, 전극 리드(15)를 관통 슬릿(73a)의 중심부로 안내하는 구간을 의미하며, 구체적으로 제1 경사면(C1)이 형성된 구간을 의미할 수 있다. 여기서 제1 경사면(C1)은 전극 리드(15)의 진입 방향에 대해 경사진 면으로 형성된다.
전극 리드(15)가 관통 슬릿(73a)에 삽입되는 과정에서 전극 리드(15)의 단부는 먼저 제1 가이드부(74)의 제1 경사면(C1)에 접촉할 수 있다. 이 경우, 전극 리드(15)는 제1 가이드부(74)의 제1 경사면(C1)을 따라 미끄러지며 관통 슬릿(73a)의 중심으로 이동하게 되므로 관통 슬릿(73a)에 용이하게 관통 삽입될 수 있다.
한편, 제1 가이드부(74) 제1 경사면(C1)의 경사각(θ1)이 과도하게 큰 경우, 제1 경사면(C1)에 접촉한 전극 리드(15)가 관통 슬릿(73a)의 중심 측으로 미끄러지기 어려울 수 있다. 여기서 경사각(θ1)은 전극 리드(15)의 진입 방향과 제1 경사면(C1)의 사잇각을 의미한다. 또한 상기한 경사각(θ1)이 과도하게 작은 경우, 제1 가이드부(74)에 형성된 관통 슬릿(73a) 폭이 좁아지므로, 전극 리드(15)가 제1 가이드부(74)에 원활하게 진입하기 어려울 수 있으며, 이러한 문제를 해소하기 위해서는 버스바(73)의 두께를 증가시켜야 하는 문제가 있다.
다양한 실험 결과 제1 경사면(C1)의 경사각(θ1)이 45° 이하인 경우, 전극 리드(15)가 원활하게 미끄러지는 것을 확인하였다. 또한 제1 경사면(C1)의 경사각(θ1)이 27°를 미만인 경우, 관통 슬릿(73a) 폭이 과도하게 작아지거나, 버스바(73)가 과도하게 두꺼워지는 문제가 있다. 이에 본 실시예에서 제1 경사면(C1)의 경사각은 27°~ 45°의 범위로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 제1 가이드부(74)는 프레스 가공을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 버스바(73)의 제1면과 제1 경사면(C1)의 경계 부분은 각지게 형성되지 않고 도 7에 도시된 바와 같이 곡선으로 형성되거나, 45°이상의 경사각으로 형성될 수 있다.
따라서 이러한 경계 부분에 전극 리드(15)가 접촉하는 경우, 관통 구멍(76a)의 중심 측으로 미끄러져 이동하기 어려울 수 있다. 이를 위해 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 버스바 프레임(76)에 제2 가이드부(77)가 구비될 수 있다.
제2 가이드부(77)는 버스바 프레임(76) 중 버스바(73)의 제1 가이드부(74)와 대면하도록 배치되는 부분을 의미할 수 있다. 여기서 대면한다는 의미는제1 가이드부(74)와 제2 가이드부(77)를 평면(예를 들어 버스바(73)의 제1면)에 투영하였을 때, 투영된 제1 가이드부(74)와 제2 가이드부(77)가 부분적으로 서로 겹치는 경우를 의미하며, 제2 가이드부(77)가 제1 경사면(C1)의 일부를 덮도록 제1 경사면(C1)에 접하여 연장되는 형태로 배치될 수 있다.
따라서 셀 적층체(1) 측에서 버스바(73)의 제1면 측을 바라볼 때, 제1 가이드부(74) 중 상기한 경계 부분은 제2 가이드부(77)에 가려져 식별되지 않을 수 있다. 이를 위해 제2 가이드부(77)는 버스바 프레임(76)에서 관통 구멍(76a) 측으로 돌출되는 형태로 형성될 수 있다.
제2 가이드부(77)는 제2 경사면(C2)을 구비할 수 있다.
제2 경사면(C2)은 제1 경사면(C1)과 마찬가지로 전극 리드(15)를 관통 슬릿(73a)의 중심으로 안내할 수 있다. 따라서 제2 경사면(C2)은 제1 경사면(C1)과 유사한 경사각으로 형성될 수 있다. 다만 전극 리드(15)를 보다 안정적으로 관통 슬릿(73a)에 진입시키기 위해, 제2 경사면(C2)의 경사각(θ2)은 제1 경사면(C1)의 경사각(θ1)보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 경사면(C1)의 경사각(θ1)은 45°, 제2 경사면(C2)의 경사각(θ2)은 27°로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 제2 가이드부(77)는, 버스바(73)와 대면하는 면 전체가 상기 버스바(73)에 접합될 수 있다. 또한 본 실시예의 버스바 조립체(70)는 버스바 프레임(76)의 일부가 관통 슬릿(73a)의 내부에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 가이드부(77)는 단부가 관통 슬릿(73a) 내에 위치하여 제1 가이드부(74)의 경사면에 접합될 수 있다. 이에 따라 제2 경사면(C2)은 제1 경사면(C1)을 연장하는 형태로 배치될 수 있다.
버스바 프레임(76)은 절연성 재질로 형성되며, 버스바(73)는 제1면이 버스바 프레임(76)에 접합되거나 제1면의 적어도 일부가 버스바 프레임(76)의 내부에 매립될 수 있다. 예컨대, 버스바(73)는 인서트 사출 방식을 통해 버스바 프레임(76)과 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 가이드부(77)의 돌출된 단부를 보다 용이하게 제1 가이드부(74)의 제1 경사면(C1)에 접합시킬 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 모듈(100)은 전극 리드(15)가 진입하는 버스바(73)의 관통 슬릿(73a) 주변이 27°~ 45°의 경사면으로 형성된다. 따라서 셀 적층체(1)와 버스바 조립체(70)를 결합하는 제조 과정에서 다수의 전극 리드들(15)이 버스바 조립체(70)의 관통 슬릿(73a)에 원활하게 동시에 삽입될 수 있다. 이에 배터리 모듈의 조립이 용이하며 이에 제조에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예컨대 전술한 실시예에서는 배터리 셀들이 상하 방향으로 적층됨에 따라 관통 슬릿이 좌우 방향으로 길게 형성되는 경우를 예로 들었으나, 배터리 셀을 좌우 방향으로 적층하는 경우, 관통 슬릿은 상하 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한 본 실시예에서는 프레임을 이용하여 모듈 케이스를 형성하는 경우를 예로 들었으나, 필요에 따라 프레임을 생략하고 셀 적층체의 외부만 감싸는 형태로 모듈 케이스를 구성하는 것도 가능하다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
1: 배터리 셀 적층체
10: 배터리 셀
40: 프레임
50: 커버 부재
70: 버스바 조립체
73: 버스바
76: 버스바 프레임
100: 배터리 모듈

Claims (18)

  1. 다수의 배터리 셀들을 적층한 셀 적층체;
    상기 다수의 배터리 셀에 포함되는 전극 리드들이 삽입되는 복수의 관통 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 버스바; 및
    상기 버스바와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 버스바와 결합하고, 상기 전극 리드들이 배치되는 복수의 관통 구멍을 구비하는 버스바 프레임;
    를 포함하며,
    각각의 상기 관통 슬릿은 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 가이드부를 포함하고,
    상기 버스바는 상기 버스바 프레임과 대면하는 제1 면을 구비하며,
    상기 버스바 프레임은 상기 관통 구멍의 내측으로 돌출되어 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부로 안내하는 제2 가이드부를 포함하며,
    상기 제1 가이드부는 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 경사면을 포함하며,
    상기 제2 가이드부는 상기 제1 면과 상기 제1 경사면의 경계 부분을 덮도록 배치되고, 상기 제2 가이드부의 단부가 상기 제1 면을 기준으로 상기 관통 슬릿 방향으로 연장되어, 상기 제1 경사면의 일부를 덮도록 상기 제1 경사면에 접하여 연장되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 가이드부는,
    적어도 일부가 상기 제1 가이드부와 대면하도록 배치되는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 가이드부는,
    적어도 일부가 상기 제1 가이드부 내에 배치되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 가이드부는,
    상기 배터리 셀에서 멀어질수록 폭이 좁아지는 형태로 형성되는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 경사면은,
    상기 전극 리드에 대한 경사각이 27°~ 45°범위로 형성되는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 가이드부는,
    상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부 측으로 안내하는 제2 경사면을 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 경사면은,
    상기 전극 리드에 대한 경사각이 상기 제1 경사면보다 작게 형성되는 배터리 모듈.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 가이드부는,
    상기 적어도 하나의 버스바와 대면하는 면 전체가 상기 적어도 하나의 버스바에 접합되는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 가이드부는,
    적어도 일부가 상기 관통 슬릿 내부에 배치되는 배터리 모듈.
  12. 삭제
  13. 다수의 배터리 셀들을 적층한 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임;
    상기 다수의 배터리 셀에 포함되는 전극 리드들이 삽입되는 복수의 관통 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 버스바; 및
    상기 버스바와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 버스바와 결합하는 버스바 프레임;
    를 포함하며,
    각각의 상기 관통 슬릿은 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 가이드부를 포함하고,
    상기 버스바는 상기 버스바 프레임과 대면하는 제1 면을 구비하며,
    상기 버스바 프레임은 관통 구멍의 내측으로 돌출되어 상기 전극 리드를 상기 제1 가이드부로 안내하는 제2 가이드부를 포함하며,
    상기 제1 가이드부는 상기 전극 리드를 상기 관통 슬릿의 중심으로 안내하는 제1 경사면을 포함하며,
    상기 제2 가이드부는 상기 제1 면과 상기 제1 경사면의 경계 부분을 덮도록 배치되고, 상기 제2 가이드부의 단부가 상기 제1 면을 기준으로 상기 관통 슬릿 방향으로 연장되어, 상기 제1 경사면의 일부를 덮도록 상기 제1 경사면에 접하여 연장되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하며,
    상기 모듈 프레임은, 서로 마주보며 나란하게 배치되는 제1 플레이트와 제2 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이의 공간을 가로지르며 배치되어 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트에 각각 연결되는 연결 플레이트를 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 적어도 2개가 상기 연결 플레이트에 의해 구분된 공간에 각각 수용되는 배터리 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 연결 플레이트와 대면하도록 배치되는 프레임 커버를 더 포함하며,
    상기 셀 적층체는 상기 연결 플레이트와 상기 프레임 커버 사이에 배치되는 배터리 모듈.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서, 상기 셀 적층체는,
    상기 배터리 셀의 넓은 면이 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트와 대면하도록 상기 모듈 프레임 내에 수용되는 배터리 모듈.
  18. 제13항에 있어서, 상기 버스바 프레임은,
    적어도 일부가 상기 관통 슬릿 내부에 배치되는 배터리 모듈.
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