KR20120108260A - Battery pack of improved safety - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안전성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 전지셀 적층체의 전면 및/또는 후면에 각각 위치한 전지셀들의 전극단자 연결부에 전기적으로 연결되어 전지셀 또는 단위모듈의 전압을 검출하기 위한 접속단자를 단부에 구비하고 있고, 전지팩 제어부에 전기적으로 연결되어 있는 전압 센싱부재들; 및 전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하는 안전부재;를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack having improved safety, and more particularly, a battery cell stack in which a plurality of battery cells or unit modules connected in series and / or in parallel are stacked; It is electrically connected to the electrode terminal connecting portion of the battery cells respectively located on the front and / or rear of the battery cell stack is provided with a connection terminal for detecting the voltage of the battery cell or unit module at the end, and electrically connected to the battery pack controller Connected voltage sensing members; And a safety member for blocking a connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack controller when a short circuit occurs in the voltage sensing member.
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.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
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 전지모듈 또는 전지모듈들 다수 개를 전기적으로 연결한 전지팩이 사용된다.Small and mobile devices use one or two or four battery cells per device, whereas large and large devices such as automobiles require a large number of battery modules or battery modules electrically connected to a plurality of battery cells due to the need for high output and large capacity. An electrically connected battery pack is used.
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. Since the battery module is preferably manufactured in a small size and a weight as much as possible, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, and the like, which can be charged with a high degree of integration and have a small weight to capacity ratio, are mainly used as battery cells of a middle- or large-sized battery module. In particular, a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to the advantages of low weight and low manufacturing cost.
또한, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다. 또한 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 검출수단이 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하는 수단이 필요하다.In addition, since the battery module has a structure in which a plurality of battery cells are combined, when some battery cells are overvoltage, overcurrent, or overheating, the safety and operation efficiency of the battery module are greatly detrimental, so a means for detecting and controlling them is necessary. Do. Therefore, by connecting a voltage sensor or the like to the battery cells to check and control the operation state in real time or at regular intervals, the installation or connection of such a detection means makes the assembly process of the battery module very complicated and multiple wirings for this. There is also a risk of short circuits. In addition, as the secondary battery is used as a power source for automobiles due to the expansion of the application range of the secondary battery, there is a need for a means for maintaining the stable contact state even when a strong shock or vibration is applied.
한편, 전지모듈 또는 전지팩을 자동차용 전지로 사용하기 위해서는 전지의 상태 및 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 변수들을 측정하는 것이 중요하다. 특히, 전지의 전기적 상태를 나타내는 지표인 전압과 온도는 매우 중요하므로 전지의 전압과 온도를 신뢰성있게 측정하는 방법과 이러한 측정 방법의 안전성은 전지시스템에서 매우 중요한 부분을 차지한다.Meanwhile, in order to use the battery module or the battery pack as a vehicle battery, it is important to measure variables that can confirm the state of the battery and whether it is operating normally. In particular, since voltage and temperature, which are indicators of the electrical state of the battery, are very important, the method of reliably measuring the voltage and temperature of the battery and the safety of the measuring method are very important parts of the battery system.
더욱이, 리튬 이차전지의 경우, 각 전지셀의 상태를 확인하기 위해 각 전지셀들의 전압을 모두 측정하여야 하므로, 전압 센싱부의 단락이 발생하는 경우, 전지의 안전성 관련 이슈가 발생하는 위험 요소가 있고, 이러한 상황이 발생했을 때 이를 보호하기 위한 방안은 전지시스템에서 매우 중요하다.In addition, in the case of a lithium secondary battery, all voltages of the battery cells must be measured to check the state of each battery cell. Therefore, when a short circuit occurs in the voltage sensing unit, there is a risk factor that causes safety issues of the battery. When such a situation occurs, a method for protecting it is very important in a battery system.
또한, 종래의 전지팩은 전지팩의 크기 또는 전지팩의 용량이 상대적으로 크지 않아 전압 센싱 배선이 단순하므로, 각 전지셀의 전압 센싱 배선의 단락에 의한 위험성이 높지 않았다. 따라서, 전지팩 제어부의 진단을 통해 보호회로를 작동하는 능동적인 보호방식을 주로 사용하여 왔다,In addition, since the size of the battery pack or the capacity of the battery pack is not relatively large, the conventional battery pack has a simple voltage sensing wiring, and thus the risk of short circuit of the voltage sensing wiring of each battery cell is not high. Therefore, the active protection method that operates the protection circuit through the diagnosis of the battery pack control unit has been mainly used,
그러나, 전기자동차와 같이 대용량의 전압을 요구하는 전지팩은 크기와 용량이 종래의 전지팩과 비교하여 월등히 크므로, 전압 센싱 배선이 복잡하여 전압 센싱의 단락에 의한 전지팩 전체의 위험성도 커지고, 종래의 능동적인 보호방식으로는 이러한 전압 센싱부들의 단락 위험성을 모두 제거하지 못하는 문제점이 있다. However, since a battery pack requiring a large voltage, such as an electric vehicle, is much larger in size and capacity than a conventional battery pack, the voltage sensing wiring is complicated, which increases the risk of the entire battery pack due to a short circuit of the voltage sensing. In the conventional active protection scheme, there is a problem in that all of the short circuit risks of the voltage sensing units are not eliminated.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단할 수 있는 안전부재를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery pack including a safety member that can block the connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack control unit when a short circuit occurs in the voltage sensing member.
본 발명의 또 다른 목적은, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있는 전압 센싱부재를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a battery pack including a voltage sensing member that can be manufactured by a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising:
직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 적층되어 있는 전지셀 적층체;A battery cell stack in which a plurality of battery cells or unit modules connected in series and / or in parallel are stacked;
전지셀 적층체의 전면 및/또는 후면에 각각 위치한 전지셀들의 전극단자 연결부에 전기적으로 연결되어 전지셀 또는 단위모듈의 전압을 검출하기 위한 접속단자를 단부에 구비하고 있고, 전지팩 제어부에 전기적으로 연결되어 있는 전압 센싱부재들; 및It is electrically connected to the electrode terminal connecting portion of the battery cells respectively located on the front and / or rear of the battery cell stack is provided with a connection terminal for detecting the voltage of the battery cell or unit module at the end, and electrically connected to the battery pack controller Connected voltage sensing members; And
전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하는 안전부재;A safety member for blocking a connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack controller when a short circuit occurs in the voltage sensing member;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.It consists of a structure that includes.
종래의 전지팩은, 도 8에서 보는 바와 같이, 전지모듈들(26) 별로 각각 버스 바와 와이어(22)에 의해 전기적 직렬 연결하고, 전압센싱 배선(24)을 사용하여 전기적 직렬 연결부위별로 전압을 검출하는 구조를 취하고 있다.In the conventional battery pack, as shown in FIG. 8, each
상기의 전지팩 구조에서 전지팩의 용량이 커지는 경우 전지팩을 구성하는 전지모듈들의 수가 많아지게 된다. 이 경우, 전압을 센싱하는 전압 센싱부재의 배선 구조는 각각의 전지모듈별로 전압을 검출해야 되기 때문에 매우 복잡해진다. 또한, 복잡한 배선 구조로 인해 전압 센싱부재들에서 단락이 빈번하게 발생되고, 단락 발생시 전지팩 제어부(28)만을 사용하여 회로적으로 제어하는 경우에는 단락에 대해 신속히 대응하지 못하는 문제점이 있다.When the capacity of the battery pack increases in the battery pack structure, the number of battery modules constituting the battery pack increases. In this case, the wiring structure of the voltage sensing member for sensing the voltage becomes very complicated because the voltage must be detected for each battery module. In addition, a short circuit occurs frequently in the voltage sensing members due to a complicated wiring structure, and when a short circuit occurs, when the circuit is controlled by using only the
상기의 문제점들을 해결하기 위해 본 발명의 전지팩은, 전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부와 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하는 안전부재를 전압 센싱부재들과 가까운 부위에 설치함으로써 전압 센싱부재들의 단락에 대해 신속히 대응하여 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.In order to solve the above problems, the battery pack of the present invention, by installing a safety member close to the voltage sensing member to cut off the connection circuit of the battery pack control unit and the voltage sensing member in the event of a short circuit in the voltage sensing member By responding quickly to the short circuit of the voltage sensing member can greatly improve the safety of the battery pack.
상기 전압 센싱부재들의 단락은 와이어링 하니스가 외력에 의해 짖눌리거나 절단되는 경우, 또는 전지팩 제어부의 오작동에 의해 주로 발생된다.The short circuit of the voltage sensing members is mainly caused when the wiring harness is barked or cut by an external force, or by a malfunction of the battery pack controller.
이와 관련하여, 본 발명의 전지팩에서는, 전압 센싱부재와 가장 가까운 부위에 안전부재가 장착되어 있는 구조에 기반하여 단락이 발생했을 때 전압 센싱부재들의 연결회로를 차단하는 방법을 취하므로, 종래의 전지팩 구조를 크게 변경하지 않고도 용이하게 안전성을 확보할 수 있으므로 바람직하다.In this regard, in the battery pack of the present invention, since a short circuit occurs based on a structure in which a safety member is installed at a portion closest to the voltage sensing member, a method of blocking the connection circuit of the voltage sensing members is taken. It is preferable because safety can be easily ensured without largely changing the battery pack structure.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전압 센싱부재들은 전지팩 제어부로서 BMS(Battery Management System)와 와이어링 하니스에 의해 연결되어 있어서, BMS는 전압 센싱부재들로부터 수신된 전압 검출값을 가지고 전지팩을 용이하게 제어할 수 있다.In one preferred example, the voltage sensing members are connected to a battery management system (BMS) and a wiring harness as a battery pack controller, so that the BMS has a voltage detection value received from the voltage sensing members to facilitate the battery pack. Can be controlled.
이러한 안전부재는 전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하는 부재이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 퓨즈일 수 있다.The safety member is not particularly limited as long as it blocks a connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack controller when a short circuit occurs in the voltage sensing member. However, the safety member may be, for example, a fuse.
상기 퓨즈는 전지팩의 전압 사양에 따라 달라지므로, 와이어링 하니스의 퓨즈 적용 전압 한계 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. Since the fuse is dependent on the voltage specification of the battery pack, it may be appropriately selected in consideration of the fuse application voltage limit of the wiring harness.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 안전부재는 전압 센싱부재와 전지팩 제어부의 연결 회로 상에 위치하고 있어서, 전압 센싱부재의 단락 발생시 전압 센싱부재와 전지팩 제어부의 전기적 연결을 용이하게 차단할 수 있다.In another preferred embodiment, the safety member is located on the connection circuit of the voltage sensing member and the battery pack control, it is possible to easily cut off the electrical connection between the voltage sensing member and the battery pack control when a short circuit occurs in the voltage sensing member.
상기 구조에서, 안전부재는 바람직하게는 전압 센싱부재의 접속단자에 인접한 회로 상에 연결되어 있는 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전압 센싱부재의 접속단자에 연속하여 연결되어 있는 구조일 수 있다.In the above structure, the safety member may be a structure that is preferably connected on a circuit adjacent to the connection terminal of the voltage sensing member, more preferably may be a structure that is continuously connected to the connection terminal of the voltage sensing member.
따라서, 상기 안전부재는 전압 센싱부재 내의 접속단자와 직접 연결되어 있으므로 종래의 전지팩 구조를 크게 변경하지 않고도 용이하게 적용할 수 있다.Therefore, since the safety member is directly connected to the connection terminal in the voltage sensing member, the safety member can be easily applied without greatly changing the conventional battery pack structure.
한편, 상기 전지셀 적층체는 전면부에 전지셀의 전극단자를 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 구조일 수 있다.Meanwhile, the battery cell stack may have a structure in which a bus bar for connecting an electrode terminal of the battery cell to an external input / output terminal is provided at a front portion thereof.
상기 전지팩은, 예를 들어,The battery pack, for example,
상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 상기 전압 센싱부재들이 삽입되어 장착되기 위한 장착부가 구비되어 있는 상부 케이스; 및An upper case surrounding the one end portion of the battery cell stack, and a part of an upper end and a lower end thereof, the upper case including a mounting part for inserting and mounting the voltage sensing members; And
상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 하부 케이스;A lower case having a structure coupled to the upper case while surrounding the other end portion and the upper and lower portions of the battery cell stack, and having an external input / output terminal in a front portion thereof;
를 포함하는 구조일 수 있다.It may be a structure including a.
즉, 상기 전지팩에서 전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 상기 전지셀 적층체는 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착된다. That is, the battery cell stacks in which the electrode terminals are interconnected and filled with high density in the battery pack are vertically mounted to the case of the vertical separation type that is coupled by the prefabricated fastening structure.
상기 상하부 케이스는, 전지셀 적층체를 상하부 케이스에 장착한 후 상하부 케이스를 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 있다The upper and lower cases, in which the battery cell stack is mounted on the upper and lower cases and assembled together with the upper and lower cases, preferably surrounds only the outer circumferential surface of the battery cell stack and its outer surface for easy heat dissipation of the battery cell stack. It consists of a structure exposed to the outside of the case. Therefore, as described above, the upper case is composed of a structure surrounding the battery cell stack one side end and the upper and lower portions, the lower case is made of a structure surrounding the other side end and the upper and lower portions of the battery cell stack. have
또한, 본 발명에 따른 전지팩은 전압 센싱부재들이 상부 케이스의 전면 및 후면에 위치한 장착부에 삽입되어 장착된 상태에서 전지셀 적층체의 전면 및 후면에 각각 위치한 전지셀들의 전극단자 연결부에 전기적으로 연결되는 구조로 구성되어 있어서, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 검출이 가능한 구조를 가진다.In addition, the battery pack according to the present invention is electrically connected to the electrode terminal connection of the battery cells respectively located on the front and rear of the battery cell stack in a state that the voltage sensing member is inserted into the mounting portion located on the front and rear of the upper case It is composed of a structure that, as a whole, the assembly process is simple, has a structure that can be detected compact and stable voltage.
더욱이, 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재가 모듈화된 전압 센싱부재들로 이루어져 있으므로, 이러한 전압 센싱부재들을 전지팩의 전면 및 후면에 용이하게 장착할 수 있고, 전압 검출구조의 중간 연결부를 최소화하여 전압 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Furthermore, since the member for detecting the voltage of the battery cells is made of a modular voltage sensing member, such a voltage sensing member can be easily mounted on the front and rear of the battery pack, minimizing the intermediate connection of the voltage detection structure The reliability of voltage detection can be improved.
더 나아가, 상기와 같이 별도의 독립적인 파트로 구성된 전압 센싱부재의 단순화된 구조는 제조 원가를 절감시키고 외주 생산을 가능하게 하므로 전지팩의 제조 생산성을 크게 향상시킨다.Furthermore, the simplified structure of the voltage sensing member composed of separate independent parts as described above greatly reduces the manufacturing cost and enables outsourcing production, thereby greatly improving the manufacturing productivity of the battery pack.
또한, 전압 센싱부재의 이상 발생시, 종래의 전지팩 구조와 비교하여 전지팩 내부를 분해하지 않고 전지팩의 전면과 후면에 장착된 전압 센싱부재만 교체하면 되므로, 전지팩의 유지 보수성 또한 크게 향상된다.In addition, when an abnormality occurs in the voltage sensing member, compared to the conventional battery pack structure, only the voltage sensing members mounted on the front and rear of the battery pack are replaced without disassembling the inside of the battery pack, thereby greatly improving the maintainability of the battery pack. .
전압 센싱부재들의 장착부가 상부 케이스에 형성되어 있으므로, 전지모듈을 조립한 후 필요에 따라 전압 센싱부재들을 선택적으로 전지팩에 장착할 수 있고, 전압 센싱부재들이 하부 케이스의 내부에 장착되는 종래의 전지팩 구조와 비교하여 전압 센싱부재들의 구조를 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다.Since the mounting portions of the voltage sensing members are formed in the upper case, after assembling the battery module, the voltage sensing members may be selectively mounted in the battery pack as needed, and the conventional battery in which the voltage sensing members are mounted inside the lower case. Compared with the pack structure, the structure of the voltage sensing members can be configured more compactly.
상기 전지셀은, 예를 들어, 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀로 이루어질 수 있다.The battery cell may be formed of, for example, a plate-shaped battery cell in which electrode terminals are formed at upper and lower ends, respectively.
상기 전압 센싱부재는 전지셀들의 전극단자 연결부에 전기적으로 연결되어 전지셀 또는 단위모듈의 전압을 용이하게 검출할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 하나의 바람직한 예로서, 전지셀 적층체의 전면에 위치한 전극단자 연결부와 접속되는 전방 센싱부재와, 전지셀 적층체의 후면에 위치한 전극단자 연결부와 접속되는 후방 센싱부재를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.The voltage sensing member is not particularly limited as long as the voltage sensing member is electrically connected to the electrode terminal connection portions of the battery cells so as to easily detect the voltage of the battery cell or the unit module. The front sensing member connected to the electrode terminal connecting portion positioned, and the rear sensing member connected to the electrode terminal connecting portion located on the rear of the battery cell stack can be made.
따라서, 전방 센싱부재와 후방 센싱부재는 단지 상부 케이스의 장착부들에 각각 삽입됨으로써 전지셀 적층체의 전면과 후면에 위치한 전극단자 연결부에 전기적으로 용이하게 접속된다.Accordingly, the front sensing member and the rear sensing member are simply inserted into the mounting portions of the upper case, respectively, so that the front sensing member and the rear sensing member are electrically connected to the electrode terminal connecting portions located at the front and rear of the battery cell stack.
바람직하게는, 상기 센싱부재는 각각 중공형 구조의 커넥터 형상으로 이루어진 본체부와, 상기 본체부 내에 삽입된 상태에서 전지셀 전극단자들의 직렬 연결 절곡부위(전극단자 연결부)에 접속되는 접속단자로 구성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.Preferably, the sensing member is composed of a main body portion each having a hollow connector shape, and a connection terminal connected to a series connection bending portion (electrode terminal connection portion) of the battery cell electrode terminals while inserted into the main body portion. It may be made of a structure.
상기 구조의 하나의 예로서, 본체부는 전극단자 연결부 별로 접속단자가 삽입될 수 있도록 하부가 분지형 구조로 이루어져 있어서, 하부의 분지형 구조에 삽입된 전압 센싱부재의 접속단자는 전지셀 적층체의 전면과 후면에 각각 위치한 전지셀들의 전극단자 연결부별로 용이하게 전기적으로 연결된다.As one example of the structure, the main body portion has a branched structure in which the lower portion is inserted so that the connection terminal can be inserted for each electrode terminal connection portion, and the connection terminal of the voltage sensing member inserted into the branched structure in the lower portion of the battery cell stack The electrode terminals of the battery cells respectively positioned on the front and rear sides are easily electrically connected.
상기 전방 센싱부재와 후방 센싱부재의 본체부 하부 분지 개수는 전지모듈을 구성하는 단위모듈들의 개수, 단위모듈들의 직렬 및/또는 병렬 연결 구조, 또는 버스 바의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 4개의 단위모듈들(8개의 전지셀들)이 측면 방향으로 세워진 상태로 적층된 전지셀 적층체의 경우, 전지셀 적층체의 전면과 후면에 각각 위치한 전극단자 연결부에 대응하여 연결될 수 있도록 전방 센싱부재의 본체부는 하부가 3개 분지되어 있고, 후방 센싱부재의 본체부는 하부가 4개 분지되어 있는 구조일 수 있다. The number of lower branches of the main body portion of the front sensing member and the rear sensing member may vary depending on the number of unit modules constituting the battery module, a series and / or parallel connection structure of the unit modules, or a shape of a bus bar. In the case of a battery cell stack in which four unit modules (eight battery cells) are stacked in a lateral direction, front sensing is performed so as to be connected to the electrode terminal connecting portions respectively located on the front and rear surfaces of the battery cell stack. The main body portion of the member may be divided into three lower portions, and the main body portion of the rear sensing member may have a structure in which four lower portions are branched.
상기 구조의 또 다른 예로서, 접속단자는 상부로부터 전극단자 연결부에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어져 있어서, 외부 충격의 인가시에도 전압 센싱부재의 접속단자와 전지셀들의 전극단자 연결부는 안정적인 전기적 연결 상태를 유지할 수 있으므로 바람직하다.As another example of the above structure, the connection terminal has a receptacle type structure fitted to the electrode terminal connection portion from the top, so that the connection terminal of the voltage sensing member and the electrode terminal connection of the battery cells are stable even when an external impact is applied. It is desirable because it can maintain an electrical connection.
더욱 바람직하게는, 안전부재로서 퓨즈가 상기 리셉터클형 접속단자에 연결된 상태로 본체부 내에 장착되어 있어서, 리셉터클형 접속단자와 전지팩 제어부의 전기적 연결을 필요에 따라 용이하게 단전시킬 수 있으므로, 전압 센싱 회로의 단락이 발생하는 경우 전지 시스템을 안전하게 보호할 수 있다. More preferably, as a safety member, a fuse is mounted in the main body while being connected to the receptacle connection terminal, and thus, electrical connection between the receptacle connection terminal and the battery pack controller can be easily disconnected as necessary, so that voltage sensing is possible. In the event of a short circuit, the battery system can be protected.
한편, 상기 전지팩에서 전지셀 또는 단위모듈 사이에는 전지셀 적층체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서가 추가로 장착될 수 있으며, 이 경우, 온도의 지나친 상승을 감지하여 이를 제어함으로써, 전지팩의 발화 또는 폭발을 미연에 효과적으로 방지할 수 있다.On the other hand, in the battery pack between the battery cell or the unit module may be additionally equipped with a temperature measuring sensor for measuring the temperature of the battery cell stack, in this case, by detecting the excessive rise of the temperature, the battery pack Can effectively prevent ignition or explosion.
상기 온도 측정센서는, 예를 들어, 써미스터일 수 있다.The temperature measuring sensor may be, for example, a thermistor.
상기 전지셀 적층체는 바람직하게는 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있다. 상기 단위모듈은, 전극단자들이 직렬 및/또는 병렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들; 및 상기 전지셀들의 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버;를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.The battery cell stack preferably includes a plurality of unit modules including plate-shaped battery cells in which electrode terminals are formed at upper and lower ends, respectively. The unit module may include two or more battery cells in which electrode terminals are interconnected in series and / or in parallel; And a pair of high-strength cell covers coupled to surround the entire outer surface of the battery cell stack except for the electrode terminal portions of the battery cells.
상기에서, 전극단자들을 직렬로 상호 연결하는 구조는 전극단자들의 전기적 연결이 용이한 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 전극단자들을 용접에 의해 직접 연결하거나, 버스 바를 이용하여 연결할 수 있다. In the above structure, the structure in which the electrode terminals are interconnected in series is not particularly limited as long as the structure of the electrode terminals is easily connected. For example, the electrode terminals may be directly connected by welding or connected by using a bus bar.
경우에 따라서는, 전압 센싱부재의 반복적인 사용에 대한 신뢰성을 높이기 위해 별도의 단자를 전극단자들 또는 버스 바에 연결할 수도 있다. 한편, 본 발명에 따른 전지팩은 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 단위모듈들 또는 전지모듈들로 전지팩을 구성함으로써, 전지팩을 필요한 수만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.In some cases, a separate terminal may be connected to the electrode terminal or the bus bar in order to increase the reliability of the repeated use of the voltage sensing member. On the other hand, the battery pack according to the present invention has a compact structure as a whole, it is possible to achieve structurally stable mechanical fastening and electrical connection without using a large number of members. In addition, by configuring a battery pack with predetermined units, for example, four, six, eight, ten unit modules or battery modules, the battery pack can be effectively mounted in a limited space as necessary. Can be.
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, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.Medium and large battery packs according to the present invention can be manufactured by combining the battery modules according to the desired output and capacity, and considering the mounting efficiency, structural stability, etc. as described above, has a limited mounting space and frequent vibration and strong impact It can be preferably used as a power source of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle to be exposed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 안전부재를 포함하고 있으므로, 전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하여 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.As described above, since the battery pack according to the present invention includes a safety member, when a short circuit occurs in the voltage sensing member, the safety circuit of the battery pack is improved by cutting off the connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack controller. You can.
또한, 본 발명에 따른 전압 센싱부재는 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우에도 안정적인 전압검출이 가능하다.In addition, the voltage sensing member according to the present invention is manufactured by a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, thereby lowering the overall manufacturing cost and stable voltage detection even when a strong shock or vibration is applied from the outside. This is possible.
더욱이, 본 발명에 따른 전압 센싱부재는 별도의 독립적인 구조로 구성되어 있어서, 전지팩의 제조시 생산성 및 유지 보수성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the voltage sensing member according to the present invention is composed of a separate independent structure, it is possible to greatly improve the productivity and maintainability in the manufacturing of the battery pack.
도 1은 전지모듈에 장착되는 판상형 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈의 분해 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지모듈에서 전지셀 적층체의 사시도이다;
도 5는 도 3의 전지모듈에서 후방 센싱부재와 전지모듈용 온도 측정센서의 투시도들이다;
도 6은 도 3의 전지모듈에서 전방 센싱부재의 투시도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 8은 종래의 전지팩의 구성 모식도이다.1 is a perspective view of a plate-shaped battery cell mounted to the battery module;
2 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention;
3 is an exploded schematic view of the battery module of FIG. 2;
4 is a perspective view of a battery cell stack in the battery module of FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view of a rear sensing member and a temperature measuring sensor for a battery module in the battery module of FIG. 3; FIG.
6 is a perspective view of the front sensing member in the battery module of FIG. 3;
7 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram of a conventional battery pack.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a perspective view schematically showing one exemplary plate-shaped battery cell mounted to the unit module of the present invention.
도 1을 참조하면, 판상형 전지셀(10)은 두 개의 전극리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14b)과 상단부(14a) 및 하단부(14c)를 부착시킴으로써 전지셀(10)이 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14b)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14a)와 하단부(14c)에는 전극리드(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극리드(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the plate-shaped
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지모듈의 분해 모식도가 도시되어 있다.2 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an exploded schematic view of the battery module of FIG.
이들 도면을, 이후 자세하게 설명할 도 4 및 도 5의 일부 내용과 함께 참조하면, 전지모듈(700)은 전지셀 적층체(200), 전압 센싱부재들(110, 120), 상부 케이스(300), 및 하부 케이스(400)로 구성되어 있다.4 and 5, which will be described in detail later, the
전지셀 적층체(200)는 직렬로 연결된 4개의 단위모듈들(208)이 측면방향으로 세워진 상태로 적층되어 있고, 전지셀(220)의 전극단자를 하부 케이스(400)의 외부 입출력 단자(402)에 연결하기 위한 버스 바(202)가 전면부에 구비되어 있다.The
전압 센싱부재들(110, 120)은 전지셀 적층체(200)의 전면과 후면에 각각 위치한 단위모듈들(208)의 전극단자 연결부(204, 206)에 전기적으로 연결되어 단위모듈(208)의 전압을 검출하기 위한 접속단자들(114, 124)을 하단부에 구비하고 있다.The
전압 센싱부재들(110, 120)은 전지셀 적층체(200)의 전면에 위치한 전극단자 연결부(204)와 전기적으로 접속되는 전방 센싱부재(120)와, 전지셀 적층체(200)의 후면에 위치한 전극단자 연결부(206)와 접속되는 후방 센싱부재(110)로 이루어져 있다. The
상부 케이스(300)는 전지셀 적층체(200)의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전압 센싱부재들(110, 120)이 삽입되어 장착되기 위한 장착부들(302)을 전면부와 후면부에 각각 구비하고 있다.The
하부 케이스(400)는 전지셀 적층체(200)의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상부 케이스(300)와 볼팅(306)에 의해 결합되는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자(402)를 전면부에 구비하고 있다.The
또한, 단위모듈들(208) 사이에는 전지모듈(700)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서(130)인 써미스터가 장착되어 있고, 온도 측정센서(130)의 상단부는 상부 케이스(300)의 관통구(304) 상부로 돌출되어 있다.In addition, a thermistor, which is a
따라서, 온도 측정센서(130)가 불량이 발생하더라고 전지모듈(700)을 분해하지 않고 온도 측정센서(130)만 교체가 가능하므로 종래의 전지모듈 구조와 비교하여 유지 보수성이 향상되는 장점이 있다. Therefore, even if the
도 4에는 도 3의 전지모듈에서 전지셀 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a perspective view schematically illustrating a battery cell stack in the battery module of FIG. 3.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 전지셀 적층체(200)는 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들(220) 2개로 구성된 단위모듈들(208) 4개로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4 together with FIG. 3, the
단위모듈(208)은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 전극단자들의 연결부(204)가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2개의 전지셀들(220), 및 전지셀들(220)의 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체(200)의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버(210)로 구성되어 있다. The
버스 바(202)는 전지모듈(700)의 최외각 전극단자와 전기적으로 접속되는 전극단자 접속부(212)와 하부 케이스(400)의 외부 입출력 단자(402)와 연결되는 입출력 단자 접속부(214)로 이루어져 있다.The
또한, 입출력 단자 접속부(214)는 전극단자 접속부(212)와 전지모듈(700)의 내측 방향으로 수직 절곡되어 있고, 내측으로 만입된 부위(216)가 하부에 형성되어 있으므로, 하부 케이스(400)의 외부 입출력 단자(402)는 만입된 부위(216)에 삽입되어 버스 바(202)와의 전기적 연결이 용이하게 달성된다.In addition, the input / output
도 5에는 도 3의 전지모듈에서 후방 센싱부재와 전지모듈용 온도 측정센서의 투시도들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 3의 전지모듈에서 전방 센싱부재의 투시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a rear sensing member and a temperature sensor for a battery module in the battery module of FIG. 3, and FIG. 6 is a perspective view of the front sensing member in the battery module of FIG. 3. .
이들 도면을 도 4 및 도 7과 함께 참조하면, 전방 센싱부재(120)와 하부 센싱부재(110)는 중공형 구조의 커넥터 형상으로 이루어진 본체부(112, 122)와, 본체부(112, 122) 내에 삽입된 상태에서 전지셀 전극단자들의 직렬 연결 절곡부위(전극단자 연결부)에 접속되는 접속단자(114, 124)로 구성되어 있다. 즉, 접속단자(114, 124)는 본체부(112, 122)에 삽입된 상태에서 그것의 단부가 본체부(112, 122)의 하단을 통해 외부로 노출된 구조를 형성한다. 4 and 7, the
또한, 본체부(112, 122)는 전지셀 적층체(200)의 전극단자 연결부(204) 별로 접속단자(114, 124)가 삽입될 수 있도록 하부가 분지형 구조로 이루어져 있고, 접속단자(114, 124)는 상부로부터 전극단자 연결부에 끼워지는 리셉터클형 구조로 이루어져 있다. In addition, the
전방 센싱부재(120)의 본체부(122)는 하부가 3개 분지되어 있어서 전지셀 적층체(220)의 전면에 위치한 전극단자 연결부(204)에 연결되고, 후방 센싱부재(110)의 본체부(112)는 하부가 4개 분지되어 있어서 전지셀 적층체(220)의 후면에 위치한 전극단자 연결부(206)에 연결된다.The
또한, 안전부재(170)는 전압 센싱부재들(120, 110)과 전지팩 제어부인 BMS(610)의 연결 회로 상에 위치하고, 전압 센싱부재들(120, 110)의 접속단자들(124, 114)에 인접한 회로 상에 연결되어 있다.In addition, the
구체적으로, 안전부재(170)는 전압 센싱부재들(120, 110)의 접속단자들(124, 114)에 연속하여 연결될 수 있는 바, 예를 들어, 안전부재(170)로서 퓨즈가 리셉터클형 접속단자들(124, 114)에 연결된 상태로 본체부들(112, 122) 내에 장착될 수 있다.Specifically, the
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 7 is a perspective view schematically showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 전지팩(800)은 전지모듈들(700)이 측면방향으로 적층되어 있고, 전지모듈들(700)은 각각 전압 센싱부재들(110, 120)과 온도 측정센서들(130)을 포함하고 있다.Referring to FIG. 7, in the battery pack 800,
또한, 전압 센싱부재들(110, 120)과 전지모듈용 온도 측정센서들(130)은 각각 와이어링 하니스(150, 160)에 의해 BMS(610)에 전기적으로 연결되어 있다.In addition, the
더욱이, 와이어링 하니스(150, 160)가 전지팩(800)의 상부에 위치하고 있으므로, 차량의 진동과 같은 외력이 전지팩에 인가되는 경우 와이어링 하니스(150, 160)가 전지팩(800)에 의해 손상되는 것을 효과적으로 방지한다.Furthermore, since the wiring harnesses 150 and 160 are located above the battery pack 800, the wiring harnesses 150 and 160 are connected to the battery pack 800 when an external force such as a vehicle vibration is applied to the battery pack. Effectively prevents damage.
더욱이, 전지팩(800)은 냉매 유입부의 공기 온도를 측정하기 위한 공기 온도 측정센서(140)를 포함하고 있어서, 전지모듈들(700)의 온도뿐만 아니라 냉매 유입부의 공기 온도도 측정하게 된다.Furthermore, the battery pack 800 includes an air temperature measuring sensor 140 for measuring the air temperature of the refrigerant inlet, thereby measuring not only the temperature of the
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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (18)
전지셀 적층체의 전면 및/또는 후면에 각각 위치한 전지셀들의 전극단자 연결부에 전기적으로 연결되어 전지셀 또는 단위모듈의 전압을 검출하기 위한 접속단자를 단부에 구비하고 있고, 전지팩 제어부에 전기적으로 연결되어 있는 전압 센싱부재들; 및
전압 센싱부재에 단락이 발생하는 경우에 전지팩 제어부에 대한 전압 센싱부재들의 연결 회로를 차단하는 안전부재;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery cell stack in which a plurality of battery cells or unit modules connected in series and / or in parallel are stacked;
It is electrically connected to the electrode terminal connecting portion of the battery cells respectively located on the front and / or rear of the battery cell stack is provided with a connection terminal for detecting the voltage of the battery cell or unit module at the end, and electrically connected to the battery pack controller Connected voltage sensing members; And
A safety member for blocking a connection circuit of the voltage sensing members to the battery pack controller when a short circuit occurs in the voltage sensing member;
A battery pack comprising a.
상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 상기 전압 센싱부재들이 삽입되어 장착되기 위한 장착부가 구비되어 있는 상부 케이스; 및
상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 하부 케이스;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.The method of claim 1, wherein the battery pack,
An upper case surrounding the one end portion of the battery cell stack, and a part of an upper end and a lower end thereof, the upper case including a mounting part for inserting and mounting the voltage sensing members; And
A lower case having a structure coupled to the upper case while surrounding the other end portion and the upper and lower portions of the battery cell stack, and having an external input / output terminal in a front portion thereof;
Battery pack comprising a.
전극단자들이 직렬 및/또는 병렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들; 및
상기 전지셀들의 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버;
를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery cell stack of claim 1, wherein the battery cell stack includes a plurality of unit modules including plate-shaped battery cells having electrode terminals formed on top and bottom thereof, respectively.
Two or more battery cells having electrode terminals interconnected in series and / or in parallel; And
A pair of high-strength cell covers that are coupled to each other to cover the entire outer surface of the battery cell stack except for electrode terminal portions of the battery cells;
Battery pack, characterized in that configured to include.
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