KR20120048259A - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

전지 모듈은, 외측으로 돌출된 단자를 포함하는 복수 개의 이차 전지와, 이차 전지의 단자를 전기적으로 연결하는 복수개의 버스 바와, 버스 바의 측면에서 돌출하는 접속부와, 접속부를 전기적으로 연결하여 이차 전지의 전압을 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 전송하는 전송 와이어를 포함한다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODUAL}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 전류 및 전압을 용이하게 확인할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 하나의 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 이차 전지는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 연결되어 충전 전압을 검출하고 관리한다. 그러나, 종래 이차 전지는 BMS와의 연결을 위한 구성이 복잡하고, 안정적으로 결합되지 않아 오접속이 이루어질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이차 전지와 BMS와의 연결 과정에서 오접속이 이루어지는 것을 방지하고 안정적인 연결이 가능하도록 하는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 외측으로 돌출된 단자를 포함하는 복수 개의 이차 전지와, 이차 전지의 단자를 전기적으로 연결하는 복수개의 버스 바와, 버스 바의 측면에서 돌출하는 접속부와, 접속부를 전기적으로 연결하여 이차 전지의 전압을 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 전송하는 전송 와이어를 포함한다.
전지 모듈의 접속부는 버스 바의 측면에서 돌출하는 접속 돌기를 포함할 수 있다.
접속부는 접속 돌기에 결합되어 전송 와이어를 삽입 고정하는 와이어 소켓을 더 포함할 수 있다.
와이어 소켓은, 접속 돌기와 지지판과 함께 볼트 결합으로 연결되는 결합부와, 결합부에 연장되어 전송 와이어의 일부를 압입 고정하는 압입 고정부를 포함할 수 있다.
접속 돌기는 지지판에 볼트 결합으로 고정될 수 있다.
접속 돌기는 2개의 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 길이 방향의 측면에 돌출할 수 있다.
접속 돌기는 4개 이상의 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 길이 방향의 측면에 돌출할 수 있다.
버스 바와 이차 전지의 사이에 위치하는 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
이차 전지들이 내장되는 하우징을 더 포함하고, 보호 부재는 하우징 상에 설치될 수 있다.
보호 부재는 이차 전지의 케이스 위에 배치된 지지판을 더 포함하고, 지지판에는 단자가 삽입되는 홀이 형성될 수 있다.
지지판에는 전송 와이어를 BMS로 안내하는 가이드부재가 형성될 수 있다.
가이드부재는, 지지판의 일부가 절개되고, 절개된 부분이 홀의 형태로 절곡되어 전송 와이어를 삽입하여 BMS를 향해 가이드할 수 있다.
가이드부재는 지지판의 상측에서 BMS를 향해 복수개가 선형으로 배치될 수 있다.
접속부는 가이드부재의 홀의 위치에 대응하는 높이를 갖도록 지지판으로부터 이격될 수 있다.
보호 부재에는 배기홀이 형성되고, 배기홀은 이차 전지에 형성된 배기부재의 상부에 위치할 수 있다.
버스 바의 표면은 주석 도금될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 버스 바의 측면에 돌출된 접속부에 전송 와이어를 결합하여 BMS로 이차 전지의 전압 및 전류를 전송함으로써, 전송 와이어의 오접속을 방지하고 안정적인 연결이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 와이어 소켓을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 가이드부재를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 전지 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 도시한 부분 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 외측으로 돌출된 단자(11)를 포함하는 복수 개의 이차 전지(10)와, 이차 전지(10)의 단자(11)를 전기적으로 연결하는 복수개의 버스 바(20)와, 버스 바(20)의 측면에서 돌출하는 접속부(40)와, 접속부(40)를 전기적으로 연결하여 이차 전지(10)의 전압을 BMS(BATTERY MAGEMENT SYSTEM, 21)에 전송하는 전송 와이어(50)와, 버스 바(20)와 이차 전지(10)의 사이에 위치하는 보호 부재(30)를 포함한다.
이차 전지(20)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 등의 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
이차 전지(10)는 전극 어셈블리(미도시)가 내장되는 케이스(12)와 케이스(12)의 외측으로 돌출된 단자(11)를 포함한다. 또한, 이차 전지(10)는 설정된 압력에서 개방되어 가스를 배출할 수 있도록 노치가 형성된 배기부재(13)를 더 포함한다. 단자(11)는 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 양극 단자(11a)와 전극 어셈블리의 음극과 전기적으로 연결된 음극 단자(11b)로 이루어진다.
케이스(12)는 대략 직육면체 형상의 각형(prismatic) 타입으로 형성되며, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어진다. 이차 전지(10)의 상부에는 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 양극 단자(11a)와 전극 어셈블리의 음극과 전기적으로 연결된 음극 단자(11b)가 돌출 설치되어 있다.
복수 개의 이차 전지(10)는 적층 배열되는 바, 이차 전지(10)의 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 일방향(도 1의 x축 방향)으로 적층 배열된다.
본 실시예에서 이차 전지들(10)은 버스 바(bus-bar)(20)에 의하여 직렬로 연결되는데, 이웃하는 이차 전지들(10)의 양극 단자(11a)와 음극 단자(11b)가 엇갈리도록 배치된 상태에서 일측 이차 전지(10)의 양극 단자(11a)와 이에 이웃하는 이차 전지(10)의 음극 단자(11b)에 버스 바(20)가 접속되어 직렬로 연결된다. 한편, 동일한 극성의 단자를 이웃하게 배치하여 상기 버스 바(20)로 접속하는 경우 이차 전지들을 병렬로 연결할 수 있다.
버스 바(20)에는 단자를 끼울 수 있도록 길이 방향 양쪽 가장자리에 홀(20a)이 형성되어 있다. 단자(11)에 체결된 베이스 부재(15) 위에 버스 바(20)가 끼움 설치된 후, 너트(17)에 의하여 버스 바(20)가 단자에 고정된다. 이 때, 베이스 부재(15)는 단자에 체결된 너트로 이루어질 수 있다. 상기한 바에 따라 버스 바(20)의 하면은 베이스 부재(15)와 맞닿고 상면은 너트(17)와 맞닿는다.
보호 부재(30)는 판 형상으로 이루어진 지지판(31)과 지지판(31) 상에서 돌출 형성되어 버스 바(20)의 둘레에 형성된 돌기부(33)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 지지판(31)은 대략 사각판 형상으로 이루어지며, 보호 부재(30)는 이차 전지들(10)이 내장되는 하우징(19)의 개구에 결합되어 하우징(19)에 볼트(14) 등으로 고정된다.
지지판(31)에는 단자(11)가 삽입되는 홀(35)이 형성되는 바, 홀(35)은 돌기부(33)에 의해 둘러싸인 안쪽에 형성된다. 본 실시예에서, 버스 바(20)는 2개의 이차 전지들(10)을 직렬로 연결하며, 돌기부(33)의 안쪽에는 2개의 홀(35)이 형성되어 있다.
돌기부(33)는 버스 바(20)를 감싸는 리브(rib) 형상으로 이루어진 보호 돌기(33a)와 보호 돌기(33a)의 양단에서 지지판(31)의 폭방향 중앙을 향하여 이어져 형성된 안내 돌기(33b)를 포함한다. 보호 돌기(33a)는 양쪽 가장자리에 형성된 호형부와 호형부를 잇는 직선부로 이루어져 버스 바(20)를 감싸고 있다. 이에 따라 버스 바(20)가 이웃하는 버스 바(20)와 단락되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 작업 중에 공구 등의 외부 도전체와 상기 단자(11) 또는 버스 바(20)가 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 안내 돌기(33b)는 단자(11) 또는 버스 바(20)에 연결되어 전류와 전압을 측정하는 전선을 보호하는 역할을 한다.
전지 모듈(100)에서 단부에 위치하여 버스 바(20)와 연결되지 않는 단자(11a, 11b)에는 외부로 전류를 인출하기 위한 인출단자(16, 18)가 각각 설치되며, 이러한 단자(11a, 11b)의 둘레에는 단자(11a, 11b)를 보호하도록 지지판(31)에서 돌출된 리브 형상의 돌기부(35, 37)가 형성된다.
한편, 지지판(31)에는 가장자리를 따라 돌출된 보강 리브(39)가 형성된다. 보강 리브(39)는 지지판(31)이 외부의 충격 등으로 변형되거나 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
지지판(31)에는 배기 홀(13a)이 형성되는 바, 배기 홀(13a)은 이차 전지(10)에 설치된 배기부재(13)의 상부에 위치한다. 배기 홀(13a)의 둘레에는 배기 돌기(13b)가 형성되어 있는데, 배기 돌기(13b)는 배기 홀(13a)의 둘레를 따라 이어져 형성된다. 이에 따라 배기부재(13)가 개방될 때, 배기 홀(13a)과 배기 돌기(13b)의 안내를 받아서 이차 전지(10) 내부의 가스가 신속하게 배출될 수 있다.
한편, 버스 바(20)의 측면에는 접속부(40)가 돌출한다. 접속부(40)는 이차 전지(10)의 전류와 전압의 측정을 위한 전송 와이어(50)의 연결을 위한 부재이다.
접속부(40)는 버스 바(20)의 측면에 돌출하는 접속 돌기(41)와, 접속 돌기(41)에 결합되어 전송 와이어(50)를 고정하는 와이어 소켓(43)을 포함한다.
접속 돌기(41)는 버스 바(20)의 길이 방향 측면의 중앙 위치에서 돌출할 수 있다. 접속 돌기(41)는 버스 바(20)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 돌출하는 것도 가능하고, 버스 바(20)의 길이 방향에 일정 각도 기울어지게 돌출하는 것도 가능하다. 즉, 접속 돌기(41)는 후술하는 전송 와이어(50)의 연결을 위해 각도에 한정되지 않고 돌출될 수 있다.
접속 돌기(41)의 돌출된 선단 부분에는 볼트부재(42)가 결합되는 결합홀(41a)이 형성된다. 이에 따라, 접속 돌기(41)는 지지판(31)에 위치한 상태에서 볼트부재(42)의 결합으로 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서, 버스 바(20)는 외부 충격 등에 대응하여 고정된 위치의 흔들림이 없고, 이차 전지(10)의 전류와 전압을 전송 와이어(50)를 통해 BMS(21)에 안정적으로 전송할 수 있다.
본 실시예에서 결합홀(41a)은 접속 돌기(41)에 하나로 형성되는 것을 예시하지만, 2 이상의 복수개로 형성되는 것도 가능하다. 접속 돌기(41)에 결합홀(41a)을 2개 이상으로 형성하면 보다 안정적인 결합이 가능하다.
접속 돌기(41)에는 전송 와이어(50)의 연결을 위한 와이어 소켓(43)이 결합된다.
도 3은 와이어 소켓을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 와이어 소켓(43)은 결합부(43a)와, 압입 고정부(43b)를 포함한다.
결합부(43a)는 접속 돌기(41)에 직접적으로 결합되는 부분을 말한다. 이를 위해, 결합부(43a)에는 관통홀(43b)이 형성되어, 볼트부재(42)를 이용하여 접속 돌기(41)와 함께 지지판(31)에 결합된다. 결합부(43a)와 접속 돌기(41)는 관통홀(43b)과 결합홀(41a)이 연통된 상태에서 볼트부재(42)가 체결되어 결합되는 것이다.
압입 고정부(43b)는 결합부(43a)에 일체로 돌출된 상태로 형성될 수 있다. 압입 고정부(43b)는 전송 와이어(50)의 일부분이 삽입되어 고정된다. 이를 위해 압입 고정부(43b)는 그 길이 방향으로 일부분이 압입홀(43d)이 형성되도록 굴곡된다. 따라서, 압입 고정부(43b)의 압입홀(43d)에 전송 와이어(50)의 일부가 삽입된 상태에서, 압입홀(43d)의 직경이 감소하도록 압입 고정부(43b)를 가압하면, 전송 와이어(50)가 압입 고정부(43b)에 안정적으로 결합될 수 있다.
한편, 접속부(40)는 전송 와이어(50)가 지지판(31)과 일정 거리 이격되도록 지지판(31)의 상측에서 일정 높이를 갖는다. 이는 전송 와이어(50)가 지지판(31)에 접촉되는 것을 방지하기 위함이다.
전송 와이어(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 접속부(40)에 의해 버스 바(20)에 연결되어, 이차 전지(10)의 전류와 전압을 BMS(21)에 전송한다. 하나의 전송 와이어(50)는 하나의 버스 바(20)와 BMS(21)를 연결한다. 즉, 전송 와이어(50)는 복수개의 버스 바(20)에 대응한 개수로 설치되어 BMS(21)에 연결된다. 이는 각각의 버스 바(20)에 연결되는 이차 전지(10)의 전압과 전류를 BMS(21)가 구별하여 센싱할 수 있도록 하기 위함이다. BMS(21)의 구성 및 작동은 공지된 것으로 이하에서는 그 자세한 설명은 생략한다.
전송 와이어(50)는 가이드부재(60)에 의해 BMS(21) 방향으로 가이드된다.
도 4는 가이드부재를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가이드부재(60)는, 지지판(31)의 일부가 절개되고, 절개된 부분이 일측이 개구된 홀(61)의 형태로 절곡되어 전송 와이어(50)를 삽입하여 BMS(21) 방향으로 가이드한다. 참조번호 63은 가이드부재(60)의 형성을 위한 절개부(65)에 이물질의 유입을 방지하는 프로텍터를 가리킨다.
이러한 가이드부재(60)는 지지판(31)의 상측에서 전지 모듈(100)의 길이 방향을 따라 복수개로 선형을 이루도록 배치된다. 따라서 가이드부재(60)는 전송 와이어(50)를 인접 부품과의 간섭을 방지하면서 BMS(21) 방향으로 안정적으로 가이드할 수 있다.
한편, 본 실시예의 버스 바(20)는 그 표면에 주석을 피복 시키는 주석 도금이 행해진다. 버스 바(20)의 표면에 주석도금을 하는 것은 버스 바(20)와 단자(11) 사이에 접촉 저항 조건을 동일하게 하여, 이차 전지(10)의 전류 및 전압의 센싱을 보다 정확하게 하기 위함이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈(200)은 버스 바(20)가 지지판(31)의 상측에 제1 실시예의 돌기부(33)의 구성을 삭제한 상태로 구성된다. 따라서 제2 실시예의 전지 모듈(200)은 돌기부(33)에 해당하는 공간을 활용 가능하여, 설계 자유도가 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 전지 모듈(300)은, 4 개의 이차 전지(10)가 하나의 버스 바(220)에 의하여 전기적으로 연결된다. 보다 상세하게 버스 바(220)와 이차 전지(10) 간의 연결을 설명하면, 병렬로 연결된 2개의 이차 전지(10)가 직렬로 연결된다. 이를 위해서, 2개의 이차 전지들(10)은 양극 단자(11a)가 서로 인접하게 배치되고, 2개의 이차 전지들(10)은 음극 단자(11b)가 서로 인접하게 배치된 상태에서 버스 바(220)가 결합된다. 이를 위해서 버스 바(220)에는 4 개의 홀(220a)이 형성되어 있으며, 이 홀들(220a)에 단자(11a, 11b)가 삽입된다. 버스 바(220)가 단자(11a, 11b)에 삽입된 상태에서 너트(17)가 단자(11a, 11b)에 결합되어 버스 바(220)를 단자(11a. 11b)에 고정한다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10...이차 전지 11...단자
11a..양극 단자 11b..음극 단자
12...케이스 13...배기부재
13a..배기 홀 13b..배기 돌기
14...볼트 15...베이스 부재
17...너트 19...하우징
20...버스 바 20a..홀
21..BMS 30...보호부재
31...지지판 33...돌기부
40...접속부 41...접속 돌기
41a..결합홀 43...와이어 소켓
43a..결합부 43b..압입 고정부
50...전송 와이어 60...가이드부재
63...프로텍터 65...절개부

Claims (16)

  1. 외측으로 돌출된 단자를 포함하는 복수 개의 이차 전지;
    상기 이차 전지의 상기 단자를 전기적으로 연결하는 버스 바;
    상기 버스 바의 측면에서 돌출하는 접속부; 및
    상기 접속부를 전기적으로 연결하여 상기 이차 전지의 전압을 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 전송하는 전송 와이어;
    를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 버스 바의 측면에서 돌출하는 접속 돌기를 포함하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 접속 돌기에 결합되어 상기 전송 와이어를 삽입 고정하는 와이어 소켓을 더 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 소켓은,
    상기 접속 돌기와 상기 지지판과 함께 볼트 결합으로 연결되는 결합부; 및
    상기 결합부에 연장되어 상기 전송 와이어의 일부를 압입 고정하는 압입 고정부;
    를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 접속 돌기는 상기 지지판에 볼트 결합으로 고정되는 전지 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 접속 돌기는 2개의 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 길이 방향의 측면에 돌출하는 전지 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 접속 돌기는 4개 이상의 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 길이 방향의 측면에 돌출하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바와 상기 이차 전지의 사이에 위치하는 보호 부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이차 전지들이 내장되는 하우징을 더 포함하고, 상기 보호 부재는 상기 하우징 상에 설치되는 전지 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 보호 부재는 상기 이차 전지의 케이스 위에 배치된 지지판을 더 포함하고, 상기 지지판에는 상기 단자가 삽입되는 홀이 형성된 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지판에는 상기 전송 와이어를 상기 BMS로 안내하는 가이드부재가 형성되는 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가이드부재는,
    상기 지지판의 일부가 절개되고, 절개된 부분이 홀의 형태로 절곡되어 상기 전송 와이어를 삽입하여 상기 BMS를 향해 가이드하는 전지 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 지지판의 상측에서 상기 BMS를 향해 복수개가 선형으로 배치된 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 가이드부재의 홀의 위치에 대응하는 높이를 갖도록 상기 지지판으로부터 이격되는 전지 모듈.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 보호 부재에는 배기홀이 형성되고, 상기 배기홀은 상기 이차 전지에 형성된 배기부재의 상부에 위치하는 전지 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바의 표면은 주석 도금되는 전지 모듈.
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