KR20100109863A - 안전성이 향상된 중대형 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈들 중에서 와이어형(wire-typed) 접속부재에 의해 측정 전압 및/또는 온도 신호를 송수신하는 접속 구조를 포함하는 중대형 전지모듈로서, 상기 접속부재의 적어도 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 접속 대응부에 연결되고, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있도록, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있는 중대형 전지모듈을 제공한다.

Description

안전성이 향상된 중대형 전지모듈 {Middle or Large-sized Battery Module of Improved Safety}
본 발명은 안전성이 향상된 중대형 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈들 중에서 와이어형(wire-typed) 접속부재에 의해 측정 전압 및/또는 온도 신호를 송수신하는 접속 구조를 포함하는 중대형 전지모듈로서, 상기 접속부재의 적어도 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 접속 대응부에 연결되고, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있는 중대형 전지모듈에 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), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서, 온도센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있다.
즉, 전지셀의 전압, 온도를 전지관리 시스템(BMS)으로 이송하기 위한 경로로 와이어형 접속부재를 사용하고, 와이어형 접속부재는 예를 들어 피복 처리된 데이터 케이블의 다발 형태로 양 단부는 타 모듈과의 연결을 위한 플러그 또는 캡 형태의 커넥터로 구성되어 있다.
그러나, 전지셀의 충방전에 따른 온도 변화로 인해 와이어형 접속부재의 표면에 수분이 발생할 때, 와이어형 접속부재의 단부에 형성된 연결 커넥터가 방수 기능을 가진 구조로 이루어져 있지 않으면, 접속부재 상에 응결된 수분이 와이어형 접속부재의 표면을 경유하여 중력에 의해 접속부재의 단부에 위치한 접속 연결부로 도입되고 이는 접속 연결부와 접속 대응부의 결합부위를 단락시키는 문제점을 유발한다.
또한, 접속 대응부와 전기적 연결된 BMS는 전지셀 단위의 전압값을 측정하므로 정밀한 센싱을 요구하고, 이는 단락을 방지하기 위한 특정 구조의 와이어형 접속부재를 필요로 한다.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이 수분에 의한 접속 연결부와 접속 대응부위의 결합부위, 궁극적으로는 전지셀의 단락을 방지할 수 있는 특정 구조의 와이어형 접속부재를 포함하고 있는 중대형 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 와이어형 접속부재의 접속 연결부가 방수 기능을 가지지 않는 경우에도 수분에 대한 단락 방지기능을 가지는 특정 구조의 와이어형 접속부재를 포함하고 있는 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전지셀의 전압, 온도 등과 같은 측정요소들을 안정적으로 센싱하고, 전지셀들의 이상 편차를 방지하며, 안전성이 향상된 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈들 중에서 와이어형(wire-typed) 접속부재에 의해 측정 전압 및/또는 온도 신호를 송수신하는 접속 구조를 포함하는 중대형 전지모듈로서, 상기 접속부재의 적어도 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 접속 대응부에 연결되고, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있도록, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 와이어형 접속부재의 와이어에 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있으므로, 와이어형 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이러한 접속부재는 별도의 방수기능을 가지는 커넥터 없이도, 상기에 언급한 바와 같이 수분에 의한 전지셀의 단락을 용이하게 방지할 수 있고, 이는 전지모듈들의 온도 또는 전압에 대한 안정적인 센싱을 가능하게 하므로 전지모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 전지모듈은 직렬로 연결된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 세워져 있는 전지셀 적층체가 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 모듈 케이스는 외력으로부터 전지셀 적층체를 안전하게 보호할 수 있다.상기 접속 대응부는 접속부재의 일측 단부와 연결되는 부위로서, 예를 들어, 전지모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System)에 위치할 수 있다.
예를 들어, 접속 대응부는 접속 부재의 일측 단부와 암수 체결방식에 의한 기계적 결합이 달성될 수 있도록, 커넥터 구조로 BMS의 상단에 위치할 수 있다.
상기 하향 절곡부는 접속부재 상의 수분이 중력에 의해 접속부재의 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 평면상 반타원형으로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 하향 절곡부는 접속 연결부로부터 1 내지 10 cm의 거리 상에 위치하는 구조로 이루어질 수 있다.
하향 절곡부가 접속 대응부와 기계적 결합된 접속 연결부로부터 너무 가까운 거리 상에 위치하는 경우, 절곡 부위에서의 저항 값이 증가되고, 절곡에 의한 파단 현상이 발생할 가능성이 있으며, 반대로, 하향 절곡부가 접속 연결부로부터 너무 멀리 위치하는 경우, 하향 절곡부와 접속 연결부 사이에서, 와이어 상에 응결된 수분이 하향 절곡부 뿐만 아니라 접속 연결부로도 도입될 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다.
경우에 따라서는, 상기 하향 절곡부의 하단은 접속 연결부보다 0.5 내지 10 cm 낮은 높이에 형성되어 있어서, 접속부재 상의 수분이 접속 연결부로 도입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
하향 절곡부의 하단과 접속 연결부의 높이 차가 너무 작으면, 수분이 접속 연결부로 도입되는 것을 방지하기 어려울 수 있으며, 반대로 상기 높이 차가 너무 크면, 수분 도입의 방지 측면에서는 바람직하지만, 접속부재의 길이 증가와 그에 따른 저항의 증가, 공간상의 제약 발생 등의 측면에서 바람직하지 않다.
상기 하향 절곡부는, 예를 들어, 접속 연결부 또는 접속 연결부의 대응 단부를 기준으로 제 1 수직 절곡점, 수평 절곡점 및 제 2 수직 절곡점이 연속된 구조로 이루어질 수 있으며, 이러한 구조는 절곡이 용이하면서도 소망하는 수분 도입 방지 효과를 용이하게 달성할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
상기 구조에서, 하향 절곡부는 와이어의 저항이 절곡점들에서 지나치게 증가되는 것을 억제할 있도록 소정의 반경을 가지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 0.3 내지 3 cm로 이루어질 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 하향 절곡부에는 절곡 상태의 복원을 방지할 수 있도록 절연성 밴드가 감겨 있어서, 하향 절곡부가 원래 상태로 복원되어 접속부재의 수분이 접속 연결부로 도입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 절연성 밴드는 하향 절곡부에서 절곡 상태의 복원을 용이하게 방지할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 하나의 예로서, 상부가 개방된 구조로 하향 절곡부를 감싸는 캡 형태로 이루어질 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 절연성 밴드는 하향 절곡부에 대응하는 와이어를 감싸는 중공 파이프 형태로 이루어질 수 있으며, 이러한 구조는 캡 형태로 이루어진 절연성 밴드와 비교하여 적은 장착 공간을 필요로 하므로 바람직하다.
상기 구조에서, 더욱 바람직하게는 캡 또는 중공 파이프로 이루어진 절연성 밴드의 내부에는 흡습제가 충진 또는 도포되어 있어서, 흡습제가 충진 또는 도포되어 있지 않은 절연성 밴드의 구조와 비교하여 하향 절곡부의 외면에 응결된 수분을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다. 흡습제의 예로는 실리카계 물질과 알루미나계 물질이 알려져 있으며, 대표적으로 실리카겔 등을 사용할 수 있지만, 그것으로 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 상기 접속부재는 절곡이 용이한 와이어형이면 특별한 제한은 없으며, 일 예로 와이어링 하니스(Wiring Harness)로 구성될 수 있다.
참고로, 와이어링 하니스는 주로 자동차용 저전압 전선으로 사용되며 연동선을 꼬아 만든 도선의 외부를 합성수지로 피복 처리한 접속부재를 의미한다.
바람직하게는, 상기 접속부재의 단부가 대응 접속부와의 연결을 위한 플러그 또는 캡 형태의 커넥터로 이루어져 있어서, 접속 대응부와 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합을 용이하게 달성할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 접속부재에는 두 개 이상의 하향 절곡부가 연속하여 형성되어 있는 구조일 수도 있다.
상기 전지셀 적층체는 예를 들어, 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있고, 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지일 수 있다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.
상기 파우치형 전지셀에서 파우치형 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조일 수 있다.
상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식 또는 스택/폴딩형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수 있다.
이러한 전지셀들은 하나 또는 둘 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성하는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.
단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 적층체는, 예를 들어, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착된다.
상하부 케이스들은 장착한 후 상호 조립한 상태에서, 바람직하게는, 전지셀 적층체의 용이한 방열을 위해 전지셀 적층체의 외주면만을 감싸고 그것의 외면이 케이스의 외부로 노출되는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 케이스는 전지셀 적층체 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있고, 하부 케이스는 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 모듈 케이스는,
(a) 상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 구조의 상부 케이스; 및
(b) 상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면부에 전지셀의 전극단자를 상기 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 하부 케이스; 로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 모듈 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스의 2 단위 부재로 구성되어 있어서, 상호간의 조립성이 향상되고 전지셀 적층체의 불량 발생시 유지보수 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 상부 케이스와 하부 케이스는 전지셀 적층체의 외주면만을 감싸고 그것의 외면이 케이스의 외부로 노출되는 구조로 이루어져 있으므로 전지셀 적층체의 방열성을 향상시킬 수 있다.
상기 하부 케이스의 전면부 및/또는 후면부의 하단에는 외부 장치에 고정할 수 있도록, 중앙에 관통구가 형성되어 있는 체결부가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 전지셀들로 전지모듈을 구성함으로써, 전지모듈을 필요한 수만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위체로 다수 개 연결하여 구성되는 고출력 대용량의 중대형 전지시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지시스템은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조할 수 있으며, 안전성이 중요시되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등에 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈로부터 측정된 전압 및/또는 온도 신호를 상기 전지모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System)로 송신하는데 사용되는 와이어형(wire-typed) 중대형 전지모듈용 접속부재를 제공한다.
상기 중대형 전지모듈용 접속부재는, 구체적으로, 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 BMS의 커넥터에 연결되는 플러그 또는 캡 구조로 이루어져 있고, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있도록, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있다.
따라서, 상기 접속부재는, 앞서 언급한 바와 같이, 플러그 또는 캡 구조로 이루어져 있으므로, BMS의 커넥터와 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합을 용이하게 달성할 수 있다.
또한, 상기 접속부재의 와이어에는 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있으므로, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되어 접속 연결부에서 발생하는 단락을 용이하게 방지할 수 있디.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 하향 절곡부가 형성되어 있는 와이어형 접속부재를 포함하고 있으므로, 와이어형 접속부재의 접속 연결부가 방수 기능을 가지지 않는 경우에도 수분에 의한 접속 연결부와 접속 대응부의 결합 부위에 대한 단락을 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같은 와이어형 접속부재의 특정 구조는 전지셀의 전압, 온도 등과 같은 측정요소들을 안정적으로 센싱하고, 전지셀들의 이상 편차를 방지함으로써 중대형 전지모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 와이어형 접속부재를 사용하는 중대형 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도이고, 도 3은 도 2의 하향 절곡부 만을 확대하여 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 2의 와이어형 접속부재의 또 다른 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도이다;
도 5 및 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도들이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어형 접속부재의 모식도들이다;
도 8은 도 2의 와이어형 접속부재의 또 다른 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도이다;
도 9는 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다;
도 10은 도 2의 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 셀 커버에 대한 사시도이다;
도 11은 다수의 단위모듈들로 구성된 전지셀 적층체의 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정된 것은 아니다.
도 1에는 종래의 와이어형 접속부재를 사용하는 중대형 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다.
도 1의 중대형 전지모듈(10)에서 와이어링 하니스인 와이어형 접속부재(20)의 일측 단부에 위치한 접속 연결부(22)는 BMS(30)의 상부에 위치한 접속 대응부(32)에 암수 체결방식으로 결합되어 있다.
그러나, 이러한 구조는 와이어형 접속부재(20)의 표면에 응결된 수분이 와이어형 접속부재(20)의 최상단부(24)로부터 중력에 의해 접속 연결부(22)로 흘러 들어가므로, 접속 연결부(22)와 접속 대응부(32)의 결합 부위에서 단락이 발생하는 문제점이 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 하향 절곡부 만을 확대하여 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 중대형 전지모듈(400)은 직렬로 연결된 다수의 단위모듈들이 측면방향으로 세워져 있는 전지셀 적층체가 모듈 케이스에 내장하고 있는 구조로 형성되어 있다.
모듈 케이스는 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 구조의 상부 케이스(410), 및 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상부 케이스(410)와 결합되고, 전면부에 전지셀의 전극단자를 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 하부 케이스(412)로 구성되어 있다.
하부 케이스(412)의 후면부 하단에는 외부 장치에 고정할 수 있도록, 중앙에 관통구(414)가 형성되어 있는 체결부가 형성되어 있다.
단위모듈들의 측정 전압 및/또는 온도 신호를 송수신하기 위한 와이어형 접속부재(420)는 일측 단부인 접속 연결부(422)가 소켓(430) 상부의 의 접속 대응부(432)와 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합으로 전기적 연결되어 있고, 타측 단부는 상기 센싱 신호를 처리하는 BMS(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
와이어형 접속부재(420)에는 접속 연결부(422)로부터 대략 2 cm 정도 이격된 위치(d)에 접속 연결부(422)보다 대략 5 cm 정도 낮은 높이(h)로 하향 절곡된 하향 절곡부(A)가 형성되어 있어서, 접속부재(420) 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부(422)로 도입되는 것을 방지할 수 있다.
하향 절곡부(A)는 접속 연결부(422)를 기준으로 제 1 수직 절곡점(421), 수평 절곡점(424) 및 제 2 수직 절곡점(426)이 연속된 구조로 이루어져 있고 평면상 반타원형의 형상을 가지고 있다.
예를 들어, 제 1 수직 절곡점(421)의 반경(R1)은 약 2 cm, 제 2 수직 절곡점(426)의 반경(R3)은 약 3 cm, 수평 절곡점(424)의 반경(R2)은 약 0.5 cm로 형성될 수 있지만, 절곡점들의 내부 저항과 접곡 상태의 복원 정도 등을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
도 4 에는 도 2의 와이어형 접속부재의 또 다른 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 도 2와 함께 참조하면, 중대형 전지모듈(400a)은 와이어형 접속부재(420a)의 하향 절곡부에 절곡 상태의 복원을 방지할 수 있도록 절연성 밴드(428)가 감겨있고, 절연성 밴드(428)는 상부가 개방된 구조로 하향 절곡부를 감싸는 캡의 형상으로 이루어져 있는 것을 제외하고는 도 2의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도들이 도시되어 있다.
도 5의 중대형 전지모듈(400b)은 도 2의 와이어형 접속부재(420)가 접속 대응부(412)에 대해 수평 방향으로 연결된 것을 제외하고는 도 2의 중대형 전지모듈(400) 구조와 동일하다.
도 6의 중대형 전지모듈은 도 4의 와이어형 접속부재(420a)가 접속 대응부(412)에 대해 수평 방향으로 연결된 것을 제외하고는 도 4의 중대형 전지모듈(400a) 구조와 동일하다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어형 접속부재의 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 7의 와이어형 접속부재(420d)는 두 개의 하향 절곡부(B, C)가 연속하여 형성되어 있다는 점에서는 도 3의 구조와 차이가 있지만, 접속부재(420d) 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부(422d)로 도입되는 것을 방지한다는 측면에서는 동일한 효과를 발휘한다.
도 8에는 도 2의 와이어형 접속부재의 또 다른 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 도 2와 함께 참조하면, 중대형 전지모듈(400d)은 절연성 밴드(429)가 와이어형 접속부재(420a)의 하향 절곡부에 대응하는 와이어를 감싸는 중공 파이프 형태이고, 중공 파이프의 내부에는 실리카겔과 같은 흡습제가 충진 또는 도포되어 있다.
도 9에는 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 9의 파우치형 전지(100)는 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지 본체(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(140)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(140a)과 상단부 및 하단부(140b, 140c)를 부착시킴으로써 전지(100)가 만들어진다. 외장부재(140)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(140b)과 상단부 및 하단부(140a, 140c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(140b)은 상하 외장부재(140)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(140a)와 하단부(140c)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 외장부재(140) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
도 10에는 도 2의 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 셀 커버에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 셀 커버(200)는 도 9에서와 같은 파우치형 전지셀 2 개를 내장하며 그것의 기계적 강성을 보완할 뿐만 아니라 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 하는 역할을 한다. 상기 2 개의 전지들은 그것의 일측 전극단자들이 직렬로 연결된 후 절곡되어 상호 밀착된 구조로 셀 커버(200) 내부에 장착된다.
셀 커버(200)는 상호 결합 방식의 한 쌍의 부재들(210, 220)로 구성되어 있으며, 고강도 금속 판재로 이루어져 있다. 셀 커버(200)의 좌우 양단에 인접한 외면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 단차(230)가 형성되어 있으며, 상단과 하단에도 역시 동일한 역할을 하는 단차(240)가 형성되어 있다. 또한, 셀 커버(200)의 상단과 하단에는 폭방향으로 고정부(250)가 형성되어 있어서, 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 한다.
셀 커버(200)의 외면에는 길이 방향으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부(260)가 형성되어 있으며, 가운데 형성되어 있는 돌출부(261)에는 써미스터(도시하지 않음)의 장착을 위한 만입부(262)가 형성되어 있다. 또한, 선형 돌출부들(260) 중에서 상단과 하단의 돌출부에는 상호 반대되는 형상의 돌기(263, 264)가 각각 형성되어 있다.
도 11에는 다수의 단위모듈들로 구성된 전지셀 적층체(300)의 사시도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 전지셀 적층체(300)는 4 개의 단위모듈들(200, 201)로 이루고 있으며, 각 단위모듈(200) 당 2 개의 전지셀들(도시하지 않음)이 내장되어 있으므로, 전체적으로 8 개의 전지셀들이 포함되어 있다. 전지셀 상호간 및 단위모듈 상호간의 전극단자 결합은 직렬 방식이며, 이러한 전극단자 연결부(310)는 적층체의 구성을 위해 단면상으로 'ㄷ' 자 형태로 절곡되어 있고, 그 중 최외각에 있는 단위모듈들(200, 201)의 외측 전극단자(320, 321)는 다른 전극단자 연결부(310)보다 조금 돌출된 상태에서 안쪽을 향해 단면상으로 'ㄱ' 자 형태로 절곡되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈들 중에서 와이어형(wire-typed) 접속부재에 의해 측정 전압 및/또는 온도 신호를 송수신하는 접속 구조를 포함하는 중대형 전지모듈로서, 상기 접속부재의 적어도 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 접속 대응부에 연결되고, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있도록, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 직렬로 연결된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 세워져 있는 전지셀 적층체가 모듈 케이스에 내장하고 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속 대응부는 전지모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery management System)에 위치하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 절곡부는 평면상 반타원형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 절곡부는 접속 연결부로부터 1 내지 10 cm의 거리 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 절곡부의 하단은 접속 연결부보다 0.5 내지 10 cm 낮은 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 절곡부는 제 1 수직 절곡점, 수평 절곡점 및 제 2 수직 절곡점이 연속된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 절곡점들의 절곡 반경은 0.3 내지 3 cm인 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 절곡부에는 절곡 상태의 복원을 방지할 수 있도록 절연성 밴드가 감겨있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연성 밴드는 상부가 개방된 구조로 하향 절곡부를 감싸는 캡 형태인 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 절연성 밴드는 하향 절곡부에 대응하는 와이어를 감싸는 중공 파이프 형태인 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 캡 또는 중공 파이프의 내부에는 흡습제가 충진 또는 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 와이어링 하니스(Wiring Harness)인 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재의 단부는 대응 접속부와의 연결을 위한 플러그 또는 캡 형태의 커넥터로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재에는 두 개 이상의 하향 절곡부가 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있고; 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 케이스는,
    (a) 상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 구조의 상부 케이스; 및
    (b) 상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면부에 전지셀의 전극단자를 상기 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 하부 케이스;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 하부 케이스의 전면부 및/또는 후면부의 하단에는 외부 장치에 고정할 수 있도록, 중앙에 관통구가 형성되어 있는 체결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  19. 제 1 항에 따른 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 고출력 대용량의 중대형 전지시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 시스템은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지시스템
  21. 다수의 전지셀 또는 단위모듈들로 구성된 전지모듈로부터 측정된 전압 및/또는 온도 신호를 상기 전지모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery management System)로 송신하는데 사용되는 와이어형(wire-typed) 중대형 전지모듈용 접속부재로서, 일측 단부는 암수 체결 방식에 의한 기계적 결합에 의해 BMS의 커넥터에 연결되는 플러그 또는 캡 구조로 이루어져 있고, 접속부재 상에 응결된 수분이 중력에 의해 접속 연결부로 도입되는 것을 방지할 수 있도록, 접속부재의 와이어에는 상기 접속 연결부에 인접한 부위에서 접속 연결부보다 낮은 높이로 하향 절곡된 부위(하향 절곡부)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈용 접속부재.
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