KR20120016354A

KR20120016354A - 구조적 안정성이 향상된 전지팩

Info

Publication number: KR20120016354A
Application number: KR1020100078628A
Authority: KR
Inventors: 이범현; 양재훈; 이진규; 윤종문
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-02-24
Also published as: KR101281811B1

Abstract

본 발명은 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈; 상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및 상기 전지모듈이 팩 케이스에 안정적으로 장착될 수 있도록, 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되어 있는 보강부재; 를 포함하는 전지팩을 제공한다.

Description

구조적 안정성이 향상된 전지팩 {Battery Pack Having Improved Structure Stability}

본 발명은, 구조적 안정성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 구체적으로는, 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈; 상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및 상기 전지모듈이 팩 케이스에 안정적으로 장착될 수 있도록, 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되어 있는 보강부재를 포함하는 전지팩에 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)의 동력원 또는 전력 저장장치의 전원으로서도 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 전지모듈이 사용된다.

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 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

한편, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우, 전해액의 분해로 인한 다량의 가스가 발생하면서 케이스가 부풀어오르는 이른바 스웰링 현상이 나타나는데, 이러한 스웰링 현상은 밀봉된 케이스 내부에 고압을 유발하면서, 전해액 분해를 더욱 촉진하여 폭발을 초래할 수 있다. 또한, 발생한 가스로 인해 전지케이스의 중앙 부위가 부풀어 오르면서 전지의 변형을 유발하고, 그로 인해 단락이 발생하는 문제점이 있다.

이 경우, 스웰링 발생시 전지팩의 전체 크기가 증가하는 것을 방지하기 위한 구조가 필요하다. 또한, 이차전지의 활용 범위의 확대로 전지팩이 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라 전지팩에 강한 충격이나 진동이 가해지더라도 구조적 안정성이 확보되는 것이 필요하다.

또한, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하거나 또는 소정 단위의 전지셀들로 이루어진 셀 모듈 다수를 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하고, 이러한 부재들의 결합, 용접 등을 위한 공간이 요구되므로 그로 인해 전지 시스템의 전체 크기가 커지는 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점들을 해결하고 전체 부피를 증가시키지 않으면서 구조적 안정성을 향상시키는 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 팩 케이스 내에 전지모듈을 안정적으로 고정시키는 고정부재를 이용하여, 전지셀들의 스웰링이 발생하더라도 전지팩의 전체 부피가 증가하는 것을 억제함으로써 구조적 안정성이 향상된 전지팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고정부재와 제어부의 조립이 가능하고, 다수의 체결부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 전체 크기를 일정하게 유지할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,

전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;

상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;

상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및

상기 전지모듈이 팩 케이스에 안정적으로 장착될 수 있도록, 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되어 있는 보강부재;

를 포함하는 구조로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 상기와 같이 특정 구조로 인해, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 전지팩에 인가되더라도, 전지모듈이 팩 케이스에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 보강부재가 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되어 있으므로, 전지모듈을 팩 케이스에 안정적으로 고정시키고, 전지셀의 부피 팽창에 의한 전지모듈의 변형을 억제할 수 있다.

이러한 보강부재의 개수 또는 장착되는 위치는 전지모듈을 팩 케이스에 안정적으로 고정시킬 수 있으면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 하나의 보강부재가 전지모듈의 상부 일부 또는 전부를 감싸는 구조일 수 있다. 또한, 하나의 보강부재가 전지모듈 상부의 중앙부를 감싸거나, 둘 이상의 보강부재가 전지모듈의 양 측부를 감싸도록 구성할 수도 있다.

이러한 보강부재는 바람직하게는 전지모듈의 상부면 구조에 대응하는 금속 밴드("스트랩") 형상의 판재로 이루어져 있어서, 별도의 연결장비 없이 간단한 조립으로도 팩 케이스에 연결되어 전지모듈을 안정적으로 고정시킬 수 있다.

상기 보강부재는 소정의 기계적 강성을 가지고 있으면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 금속 소재, 고분자 수지 소재, 또는 고분자 복합체 소재로 이루어질 수 있다.

특히, 보강부재가 열에 대한 수축 팽창이 유연한 금속 소재로 이루어진 경우, 열 팽창으로 인해 보강부재가 끊어지거나, 열 수축으로 인해 보강부재의 고정력이 감소되지 않으므로 바람직하다.

상기 상단 플레이트와 하단 플레이트는 평면상 중공형 구조의 직사각형으로 이루어져 있으며, 예를 들어, 금속판재일 수 있다.

상기 구조에서 중공형 구조의 상단에는 단열부재가 장착되어 있으므로, 팩 케이스와 전지모듈의 직접적인 접촉을 단열부재가 차단함으로써 외부 복사열과 같이 전지팩의 외부에서 발생한 열이 전지모듈에 전달되는 것을 방지할 수 있다.

참고로, 단열부재는 단열성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 바람직하게는 다공성 고분자 수지로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 스티로폼일 수 있다.

또한, 상기 상단 플레이트와 하단 플레이트의 형상은 직사각형에 한정되는 것은 아니며 전지모듈의 형상에 따라 다양한 변형이 가능할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상단 플레이트와 하단 플레이트의 4 모서리에는 셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구들이 각각 형성되어 있어서, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 셀 모듈 적층체가 상단 플레이트와 하단 플레이트에서 이탈되면서 파손되는 것을 방지하고, 전지모듈의 구조적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 구조에서 관통구에 체결되는 체결부재는 예를 들어, 볼트와 너트 등이 사용될 수 있다.

상기 상단 플레이트와 팩 커버 사이에는 제어부가 위치하고 있으며, 상기 제어부는 전지관리 시스템인 BMS(Battery Management System)일 수 있다.

상기 구조에서, 본 발명에 따른 전지팩은 제어부와 상단 플레이트 사이를 보강부재가 통과하는 구조로 이루어져 있어서, 비정상적인 작동 상태 또는 장기간의 사용에 의해 전지모듈의 전지셀들이 팽창하더라도 전지모듈이 제어부를 가압하여 오작동 또는 작동 중단을 유발하는 것을 방지할 수 있다.

경우에 따라서는, 보강부재의 상부에 너트 또는 볼트의 체결홈이 형성되어 있어서, BMS와 같은 전장품을 보강부재에 안정적으로 고정시킬 수 있다.

상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있다.

본 발명에 따른 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 전지셀들 또는 셀 모듈들로 전지모듈을 구성함으로써, 전지모듈을 필요한 수만큼 한정된 공간 내에 효과적으로 장착할 수 있다.

상기 전압 검출 어셈블리는,

(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;

(b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및

(c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;

를 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.

상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 구조로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전압 검출 어셈블리는 도전성 센싱부들이 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자에 접속되는 구조로 구성되어 있어서, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 검출이 가능한 구조를 가진다.

또한, 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재가 하나의 모듈화된 어셈블리 구조로 이루어져 있으므로, 전압 검출 어셈블리를 전지모듈의 전면 또는 후면에 용이하게 장착할 수 있다.

상기 도전성 센싱부들은 같은 열에 위치한 상태로 블록 케이스에 고정되어 있으므로, 본 발명에 따른 전압 검출 어셈블리는 전압 및 전류와 같은 전지모듈의 사용 환경에 따라 용이하게 확장될 수 있다. 상기 제어부는 예를 들어 BMS일 수 있지만 그것만으로 한정되는 것은 아니다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어져 있어서, 조립이 용이하고 외부 충격의 인가시에도 도전성 센싱부와 전압 검출용 단자는 안정적인 전기적 연결 상태를 유지할 수 있다.

상기 버스 바는, 예를 들어, 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어질 수 있다. 또한, 버스 바는 전면으로 돌출된 형상으로 이루어져 있어서, 블록 케이스와의 결합이 용이하게 달성된다.

상기 카트리지는,

전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구가 중앙 부위에 형성되어 있고;

셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구가 4 모서리에 형성되어 있으며;

상기 카트리지의 전면에는, 전압 검출 어셈블리가 버스 바에 안정적으로 접속될 수 있도록, 상기 전압 검출 어셈블리 및 버스 바의 장착을 위한 장착용 절연부재가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 버스 바는 장착용 절연부재의 사출물에 열융착되어 있는 구조일 수 있다.

상기 장착용 절연부재는 셀 모듈 적층체의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로 이루어져 있고, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들이 양 측면에 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 장착용 절연부재의 전면에는 버스 바의 외부 입출력 단자 접속부를 안정적으로 탑재하기 위한 외부 입출력 단자 접속부용 안착부가 양측 단부에 형성되어 있고, 전압 검출 어셈블리를 안정적으로 탑재하기 위한 전압 검출 어셈블리용 안착부가 중앙 부위에 형성되어 있는 구조일 수 있다.

한편, 상기 상단 플레이트의 네 모서리에는 팩 커버 및 팩 케이스와 결합하기 위한 'ㄱ'자형의 프레임 부재가 장착되어 있는 구조일 수 있다.

구체적으로 상기 프레임 부재에는 팩 커버의 양 측 일부에 형성된 제 1 관통구들, 및 상기 제 1 관통구들에 대응하는 부위에 형성된 팩 케이스의 제 2 관통구들과 결합하기 체결구들이 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 중대형 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

특히, 상기 구조의 전지팩은 전지셀들이 상하로 적층되어 있고, 전체적인 크기가 콤팩트하므로 통신사 중계기에 탑재되어 비상시 전원을 공급하는 UPS(Uninterruptible Power Supply)로 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 보강부재가 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되는 조립구조로 구성되어 있으므로, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 전지팩에 인가되는 경우에도 전지모듈이 팩 케이스에서 이탈되는 것을 방지함으로써 전지팩의 구조적 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지팩은 보강부재를 이용하여 전지모듈 외에도 제어부와 같은 전지팩 내부에 장착되는 전장부품들을 고정할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀들의 스웰링이 발생하더라도 전지 팩의 전체 부피를 증가시키지 않도록 할 수 있다.

도 1은 전지모듈에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도이다;
도 4는 도 3의 도전성 센싱부의 사시도이다;
도 5는 도 3의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도이다;
도 6은 도 5의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바들의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 8은 도 7의 전지모듈에서 셀 모듈 적층체와 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도이다;
도 9는 도 7의 전지모듈에서 카트리지들의 적층 구조를 나타내는 사시도이다;
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보강부재의 장착 상태를 나타내는 수직 단면 모식도이다;
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보강부재의 장착 상태를 나타내는 사시도이다;
도 13은 도 12의 구조에 보강부재와 제어부가 장착되는 것을 나타내는 사시도이다;
도 14는 도 13에서 팩 케이스와 팩 커버가 결합된 것을 나타내는 전지팩의 사시도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은, 파우치형 전지케이스(100) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 그것의 양극 및 음극 탭들(220, 230)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(222, 232)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.

전지케이스(100)는 전극조립체(210)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(142)를 포함하는 케이스 본체(140)와 그러한 본체(140)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(150)로 이루어져 있다.

스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(210)는 다수의 양극 탭들(220)과 다수의 음극 탭들(230)이 각각 융착되어 전극단자(222, 232)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자(222, 232) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자(222, 232)와 전지케이스(100)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자(222, 232)의 상하면에 절연필름(240)이 부착된다.

케이스 본체(140)와 커버(150)는 외측 수지층(110), 차단성 금속층(120) 및 내측 수지층(130)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(130)은 케이스 본체(140)의 외면과 커버(150)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.

전해액이 함침된 전극조립체(210)를 수납부(142)에 안착한 상태에서 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)의 접촉부위를 열융착시키면 실링부가 형성된다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 도전성 센싱부의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 전압 검출 어셈블리(300)는 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈(400)의 전면 상에 장착되는 블록 케이스(10); 전지셀들의 전극단자 연결부(도시하지 않음)와 전기적 접속되어 있는 버스 바(40a)의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자(44)에 각각 접속되는 도전성 센싱부들(20); 및 도전성 센싱부들(20)의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터(30)로 이루어져 있다.

블록 케이스(10)는 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들(12)을 포함하고 있어서, 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들(20)을 장착하고 있고, 도전성 센싱부들(20)은 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)에 장착된 상태에서 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)와 접속되어 있다.

또한, 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)은 도전성 센싱부(20) 별로 독립적으로 형성되어 있고, 도전성 센싱부들(20)은 전면으로부터 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클형 구조로 이루어져 있다.

구체적으로, 도전성 센싱부(20)는 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클부(22)와 통전용 와이어(24)를 포함하고 있고, 리셉터클부(22)는 통전용 와이어(24)에 대해 직각의 연결 구조를 형성하고 있다.

도전성 센싱부들(20)은 각각 와이어(24)에 의해 커넥터에 연결되어 있으며, 와이어들(24)은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프(32)로 감싸여 있다.

또한, 블록 케이스(10)의 전면에는 와이어들(24)을 안정적으로 고정하기 위해 집게 형상의 체결구들(14)이 전면 방향으로 돌출되어 있다.

블록 케이스(10)의 양측 단부에는 장착용 절연부재(50)의 슬릿과 결합하기 위한 체결돌기(16)가 측면으로 돌출되어 있고, 체결돌기(16)의 상부에는 장착용 절연부재(50)의 전압 검출 어셈블리용 안착부(54) 내면에 슬라이딩하여 체결되는 슬라이딩 돌기(18)가 측면으로 돌출되어 있다.

도 5에는 도 3의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 7과 함께 참조하면, 버스 바(40a)는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체(42), 및 판상형 본체(42)의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자(44)로 이루어져 있다.

버스 바들 중, 양극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40b)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)를 더 포함하고 있다.

또한, 본체(42)와 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)의 사이에는 과전류시 단락을 유도하기 위해 본체(42)의 수직 단면적 대비 40%의 수직 단면적을 가지는 좁은 구간의 만입부(48)가 형성되어 있다.

버스 바들 중, 음극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40c)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면 및 상향으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)를 더 포함하고 있다.

제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)와 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈(45)이 천공되어 있다.

장착용 절연부재(50)는 셀 모듈 적층체(70)의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로서, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈(51)이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들(52)이 양 측면에 형성되어 있다.

또한, 장착용 절연부재(50)의 전면에는 외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)가 양측 단부에 형성되어 있어서 버스 바들(40a 40b, 40c)의 외부 입출력 단자 접속부(44)들을 안정적으로 탑재하고, 전압 검출 어셈블리용 안착부(54)가 중앙 부위에 형성되어 있어서 전압 검출 어셈블리(300)를 안정적으로 탑재하고 있다.

외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)에는 체결용 만입부가 형성되어 있고, 전극단자 관통홈(52)을 통해 전면으로 노출된 전지셀의 전극단자 연결부(도시하지 않음)는 전극단자 관통홈(52)에 장착되어 있는 버스 바(40a)의 상단면과 전기적 접속되어 있다.

도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 전지모듈에서 셀 모듈 적층체와 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 9에는 도 7의 전지모듈에서 카트리지들의 적층 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 6과 함께 참조하면, 전지모듈(400)은, 전압 검출 어셈블리(300); 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체(70); 셀 모듈 적층체(70)의 하단을 지지하는 하단 플레이트(80); 및 하단 플레이트(80) 상에 위치한 셀 모듈 적층체(70)의 최상부 카트리지(82)를 고정하는 상단 플레이트(90)를 포함하고 있다.

카트리지(82)는, 전지셀이 장착될 수 있도록 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구(84)가 중앙 부위에 형성되어 있고, 셀 모듈 적층체(70)의 4 모서리를 고정하기 위한 체결부재(도시하지 않음)가 삽입되는 관통구들(86)이 4 모서리에 형성되어 있다.

카트리지(82)의 전면에는 전압 검출 어셈블리(300) 및 버스 바들(40a, 40b, 40c)의 장착을 위한 장착용 절연부재(50)가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부(88)가 형성되어 있어서, 전압 검출 어셈블리(300)는 버스 바들(40a, 40b, 40c)의 전압 검출용 단자(44)들과 안정적으로 접속된다.

또한, 전지모듈(400)은 셀 모듈의 카트리지(82)에 전지셀을 장착하고, 이러한 카트리지들(82)을 하단 플레이트(80) 상에 다수 개 적층한 후, 최상부의 카트리지(82)에 상단 플레이트(90)를 결합시키는 구조로 이루어져 있다.

도 8을 참조하면, 상단 플레이트(90)와 하단 플레이트(80)는 평면상 중공형 구조의 직사각형으로 이루어져 있고, 중공형 구조의 상단에는 단열부재(92)가 장착되어 있다.

상단 플레이트(90)와 하단 플레이트(80)의 4 모서리에는 관통구(81, 91)이 형성되어 있으며 관통구(81, 91)에 체결부재(도시하지 않음)가 결합된다.

도 10에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 분해한 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보강부재의 장착 상태를 나타내는 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 8과 함께 참조하면, 전지팩(900)은 전지모듈(400), 전지모듈(400)이 장착되는 박스형의 팩 케이스(500b), 팩 케이스(500b)에 결합되는 팩 커버(500a), 및 보강부재(600)로 구성되어 있다.

보강부재(600)는 전지모듈(400)의 상부를 감싸면서 팩 케이스(500b)에 결합되어 있으므로, 전지모듈(400)을 팩 케이스(500b)에 안정적으로 장착한다.

또한, 보강부재(600)는 전지모듈(400)의 상부면 구조에 대응하는 스트립 형상의 판재로 이루어져 있고, 제어부(700)와 상단 플레이트(90) 사이를 통과하는 구조로 이루어져 있다.

이러한 보강부재(600)는 다양한 방식으로 팩 케이스(500b)에 결합될 수 있는 바, 예를 들어, 보강부재(600)와 팩 케이스(500b)에 각각 체결홈들이 형성되어 있고 여기에 체결부재가 삽입되어 결합되거나, 보강부재(600) 또는 팩 케이스(500b)에 체결홈이 형성되어 있고 그에 대응하여 팩 케이스(500b) 또는 보강부재(600)에 체결구가 형성되어 있어서 이들의 결합에 의해 체결이 이루어지거나, 보강부재(600)와 팩 케이스(500b)가 접착제에 의해 결합될 수도 있다.

한편, 팩 커버(500a) 및 팩 케이스(500b)와 결합하기 위한 'ㄱ'자형의 프레임 부재들(95)이 상단 플레이트(90)의 네 모서리에 장착되어 있다.

또한, 팩 커버(500a)의 양 측 일부에 형성된 제 1 관통구(510a)들, 및 제 1 관통구(510a)들에 대응하는 부위에 형성된 팩 케이스(500b)의 제 2 관통구(510b)들과 결합하기 체결구(96)들이 프레임 부재(95)에 형성되어 있다.

도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보강부재의 장착 상태를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 13에는 도 12의 구조에 보강부재와 제어부가 장착되는 것을 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 14에는 도 13에서 팩 케이스와 팩 커버가 결합된 것을 나타내는 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 박스형의 팩 케이스(500d)에 장착된 전지모듈(400)상에 상단 플레이트(90a)가 결합되어 있고, 보강부재들(600a, 600b, 600c)은 상단 플레이트(90a)의 양 단부와 중앙 부위를 감싸면서 팩 케이스(500d)와 용접에 의해 결합되어 있다.

또한, 팩 커버(500c)는 내부에 전지모듈(400a)을 수납할 수 있는 박스형 구조로 이루어져 있어서, 팩 커버(500c)와 상단 플레이트(90a)의 사이에는 제어부(700)가 장착되는 공간이 형성된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체, 상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트, 상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트, 및 상기 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리를 포함하는 전지모듈;
상기 전지모듈이 장착되는 박스형의 팩 케이스;
상기 팩 케이스에 결합되는 팩 커버; 및
상기 전지모듈이 팩 케이스에 안정적으로 장착될 수 있도록, 전지모듈의 상부를 감싸면서 팩 케이스에 결합되어 있는 보강부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 하단 플레이트는 평면상 중공형 구조의 직사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 2 항에 있어서, 상기 중공형 구조의 상단에는 단열부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 하단 플레이트의 4 모서리에는 셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트와 팩 커버 사이에는 제어부가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 5 항에 있어서, 상기 제어부와 상단 플레이트 사이를 보강부재가 통과하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 전지모듈의 상부면 구조에 대응하는 스트립 형상의 판재인 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 금속 소재, 고분자 수지 소재, 또는 고분자 복합체 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전압 검출 어셈블리는,
(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;
(b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및
(c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 10 항에 있어서, 상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 10 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 10 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어진 것을 특징으로 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 카트리지는,
전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구가 중앙 부위에 형성되어 있고;
셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구가 4 모서리에 형성되어 있으며;
상기 카트리지의 전면에는, 전압 검출 어셈블리가 버스 바에 안정적으로 접속될 수 있도록, 상기 전압 검출 어셈블리 및 버스 바의 장착을 위한 장착용 절연부재가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 14 항에 있어서, 상기 장착용 절연부재는 셀 모듈 적층체의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로 이루어져 있고, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들이 양 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 14 항에 있어서, 상기 장착용 절연부재의 전면에는 버스 바의 외부 입출력 단자를 안정적으로 탑재하기 위한 외부 입출력 단자용 안착부가 양측 단부에 형성되어 있고, 전압 검출 어셈블리를 안정적으로 탑재하기 위한 전압 검출 어셈블리용 안착부가 중앙 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 상단 플레이트의 네 모서리에는 팩 커버 및 팩 케이스와 결합하기 위한 'ㄱ'자형의 프레임 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 17 항에 있어서, 상기 프레임 부재에는 팩 커버의 양 측 일부에 형성된 제 1 관통구들, 및 상기 제 1 관통구들에 대응하는 부위에 형성된 팩 케이스의 제 2 관통구들과 결합하기 체결구들이 형성되어 있는 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.