KR20130068721A - 신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈 어셈블리로서, 상기 전지모듈들의 전극단자들을 전기적으로 상호 연결하고, 상기 전극단자들의 이격 거리에 대응하는 위치에 관통구들이 천공되어 있으며, 하기 체결부재에 의해 전지모듈에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 도전성 접속부재; 및 상기 접속부재의 관통구들에 체결되며, 접속부재에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 체결부재;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.

Description

신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 {Battery Module Assembly of Improved Reliability and Battery Pack Employed with the Same}

본 발명은 신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈 어셈블리로서, 상기 전지모듈들의 전극단자들을 전기적으로 상호 연결하고, 상기 전극단자들의 이격 거리에 대응하는 위치에 관통구들이 천공되어 있으며, 하기 체결부재에 의해 전지모듈에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 도전성 접속부재; 및 상기 접속부재의 관통구들에 체결되며, 접속부재에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 체결부재;를 포함하는 전지모듈 어셈블리에 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) 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.

일반적으로, 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 카트리지에 내장하고, 이러한 카트리지 다수 개를 전기적으로 연결하여 제작한다. 경우에 따라서는, 더욱 높은 출력을 제공하기 위하여 둘 이상의 전지모듈을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩 또는 시스템으로 제작되기도 한다.

따라서, 전지들(단위전지 포함), 전지 카트리지들, 전지모듈들 상호간의 전기적 연결, 이들로부터 전력을 공급받기 위하여 외부기기와의 연결 등을 위해서는 전극단자의 연결이 필요하다.

그러나, 전극단자의 연결부위는 외부 충격시 단락 위험성이 높은 부위이고 또한 고전압이 흐르는 부위이므로 작업 중 또는 사용 중 주의가 요구된다.

예를 들어, 전기자동차 또는 하이브리드 전지자동차 등에 중대형 전지팩이 장착될 때, 팩 케이스는 소망하는 기계적 강성을 부여할 수 있도록 금속 소재로 이루어져 있다. 따라서, 차량 충돌 등의 과정에서 외부 충격이 중대형 전지팩에 인가된 경우, 팩 케이스가 변형되면서 전지모듈의 전극단자 연결부위와 접촉하여 단락을 유발할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일부 선행기술들은 전지모듈의 전극단자 연결부위를 충돌 가능성이 높은 차량의 전후 방향이 아닌 좌우 방향으로 배열하는 방안을 제안하고 있고, 또는 전후 방향으로 배열하더라도 전지모듈의 전면에 충격 완화를 위한 추가적인 공간을 제공하는 방안들을 제시하고 있다. 그러나, 상기와 같은 기술들은 디바이스 내에서 전지모듈의 배치 공간의 효율성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 일부 선행기술은 전극단자 연결부위에 절연성 외장부재를 사용하여 밀폐시키는 구조의 전지모듈을 제시하고 있다.

도 1을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(100)는 전극단자들(도시하지 않음)을 전기적으로 연결하는 도전성 접속부재(110), 도전성 접속부재(110)와 전극단자의 접속부위를 외부로부터 보호하기 위해 도전성 접속부재(110)를 감싸면서 장착하는 절연성 외장부재(120), 및 절연성 외장부재(120)의 개방 상단을 개폐하기 위한 보호커버(130)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

그러나, 상기 절연성 외장부재 및 보호커버를 포함할 경우, 그에 따른 제조비용과 크기 증가를 피할 수 없을 뿐만 아니라, 전극단자 연결부위의 전면을 상기 보호커버로 덮는 공정이 추가되므로, 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결하고, 전지모듈의 구조를 단순화함으로써 다양한 구조의 전지모듈 구성시 공용화가 가능한 절연구조 등에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

즉, 본 발명의 목적은 전지모듈의 전극단자 접속을 달성함과 동시에, 콤팩트한 구조로 전극단자 연결부위의 절연성을 담보할 수 있는 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈 어셈블리로서,

상기 전지모듈들의 전극단자들을 전기적으로 상호 연결하고, 상기 전극단자들의 이격 거리에 대응하는 위치에 관통구들이 천공되어 있으며, 하기 체결부재에 의해 전지모듈에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 도전성 접속부재; 및

상기 접속부재의 관통구들에 체결되며, 접속부재에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 체결부재;

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 상기와 같이 도전성 접속부재 및 체결부재에 절연성 도포층을 포함함으로써, 전지모듈의 전극단자에 대한 도전성 접속부재의 결합과 동시에 절연성을 담보할 수 있으며, 종래의 커버부재를 생략함으로써, 제조 공정성의 향상 및 전지모듈의 크기 증가와 제조 비용의 증가를 현저히 억제할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈 어셈블리는 동일 면에 양극단자와 음극단자가 돌출되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 상호 밀착된 구조로 이루어질 수 있는 구조일 수 있다. 즉, 양극단자와 음극단자들을 동일한 면에 형성함으로써 양극단자와 음극단자들이 각각 다른 면에 형성되는 경우에 비해 전극단자들의 돌출부위로 인해 발생하는 공간을 감소시키고 전기적 연결을 위한 구조를 간소화시킬 수 있으므로, 전지모듈 어셈블리를 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 전지모듈들의 전극단자들은 동일 선상에 배열되어 있고, 상기 전지모듈들의 전극단자들은 전기적 접속부위에 상기 도전성 접속부재와 채결부재가 장착될 수 있다.

상기 체결부재는 도전성 접속부재에 용이하게 체결되어 전기적 연결을 이루는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 볼트일 수 있다.

구체적으로, 상기 볼트는, 평면상으로 원형이고 상단 중심에 볼팅 홈을 포함하며 볼팅 홈을 제외한 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 본체부; 및 상기 본체부로부터 하향 연장되어 있고 외면에 나사선이 형성되어 있는 체결 연장부; 를 포함하는 구조일 수 있다.

상기 구조에서, 상기 본체부와 전기 절연성 도포층의 결합력 강화를 위해, 본체부의 외면 하단에는 그루브가 형성되어 있고, 전기 절연성 도포층이 상기 그루브에 도입된 상태로 형성되어 있을 수 있다.

이러한 구조에 의해, 도전성 접속부재에 흐르는 전기를 외부와 차단되도록 할 수 있고, 도전성 접속부재와 체결부재가 맞닿는 부위의 이물질의 유입, 수분의 침투 등을 방지할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 도전성 접속부재는 바람직하게는 도전성 판재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 도전성 판재의 상면에는 바람직하게는 체결부재가 결합되는 부위를 제외하고 전기 절연성 도포층이 형성되어 있어서, 체결부재의 장착시 각각의 전기 절연성 도포층에 의해 전기적 연결부위를 밀폐시킬 수 있으므로 매우 바람직하다. 뿐만 아니라, 상기와 같이 콤팩트한 구조로 전기 절연성을 향상시킬 수 있으므로, 다양한 구조의 전지모듈에서 사용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 전기 절연성 도포층은 예를 들어, 이중 사출 방식으로 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 이중 사출 방식이란, 2종의 다른 수지를 사용하여 2개의 사출장치에 의해 이중 사출을 수행하는 방식으로, 최초에 성형한 1차 성형품과 2차 캐비티(cavity)와의 공간에 2차 수지를 충진하여 성형하는 방식을 의미한다.

본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 출력 및 용량에 대응하여 상기 전지모듈 어셈블리 둘 또는 그 이상을 포함하는 구조로 이루어진 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공한다.

상기 전지팩은 고출력 대용량의 전력을 제공하고, 충격 진동 등과 같은 외력에 노출되어 있으며, 작동 조건에서 도전성 이물질, 수분 등이 유입될 가능성이 높은 디바이스 또는 시스템에 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 대표적인 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전지자동차, 전기오토바이, 전동공구 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

이러한 고출력 대용량의 전지팩과 그것이 사용되는 디바이스의 구조 및 이를 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 도전성 접속부재와 체결부재의 전기 절연성 도포층에 의해 전극단자 연결부위를 외부로부터 밀폐시킬 수 있으므로, 제조 공정성 및 제조비용을 크게 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 콤팩트한 구조로 전극단자들 상호간의 전기적 연결, 기계적 체결 및 절연을 안정적이고 용이하게 수행할 수 있으므로 소망하는 출력의 크기와 용량에 맞도록 전지모듈 어셈블리의 자유로운 설계를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 전지모듈 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도이다;
도 3은 도 2의 도전성 접속부재의 사시도이다;
도 4는 도 2의 체결부재의 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 부분 사시도이다.

도 2를 참조하면, 고출력 대용량의 전력을 제공하는 전지모듈 어셈블리(200)는 3개의 전지모듈들(210)로 구성되어 있다. 전지모듈들(210)에서 각각의 전극단자들(도시하지 않음)은 그것의 일측면에 돌출되어 있고, 전지모듈들(210)이 적층되는 방향에 평행하도록 동일한 선상에 배열되어 있다.

또한, 전지모듈 어셈블리(200)는 도전성 접속부재(300) 및 체결부재(400)를 포함한다.

도전성 접속부재(300)는 전지모듈들(210)의 전극단자들(도시하지 않음)을 전기적으로 상호 연결하고, 전극단자들(도시하지 않음)의 이격 거리에 대응하는 위치에 관통구들(310)이 천공되어 있으며, 체결부재(400)에 의해 전지모듈(210)에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층(320)이 형성되어 있다.

체결부재(400)는 볼트로서, 평면상으로 원형이고 상단 중심에 볼팅 홈(412)을 포함하며 볼팅 홈(412)을 제외한 외면에 전기 절연성 도포층(414)이 형성되어 있는 본체부(410), 및 이러한 본체부(410)로부터 하향 연장되어 있고 외면에 나사선이 형성되어 있는 체결 연장부(420)으로 구성된다.

따라서, 체결부재(400)는 접속부재(300)의 관통구들(310)에 체결되며, 접속부재(300)에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 외면이 전기 절연성 도포층(414)으로 감싸인 구조를 유지한다.

또한, 본체부(410)와 전기 절연성 도포층의 결합력 강화를 위해, 본체부(410)의 외면 하단에는 그루브(416)가 형성되어 있고, 전기 절연성 도포층(414)이 그루브(416)에 도입된 상태로 형성된다.

한편, 도전성 접속부재(300)는 도전성 판재로서, 도전성 판재의 상면에는 체결부재(400)가 결합되는 부위를 제외하고 전기 절연성 도포층(320)이 형성되어 있다.

따라서, 도전성 접속부재(300)에 체결부재(400)의 장착시 각각의 전기 절연성 도포층(320, 414)에 의해 전기적 연결부위를 밀폐시킬 수 있다.

한편, 전기 절연성 도포층(320, 414)은, 예를 들어, 이중 사출 방식으로 형성된다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈 어셈블리로서,
   상기 전지모듈들의 전극단자들을 전기적으로 상호 연결하고, 상기 전극단자들의 이격 거리에 대응하는 위치에 관통구들이 천공되어 있으며, 하기 체결부재에 의해 전지모듈에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 도전성 접속부재; 및
   상기 접속부재의 관통구들에 체결되며, 접속부재에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 체결부재;
   를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리는 동일 면에 양극단자와 음극단자가 돌출되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 상호 밀착된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 체결부재는 볼트인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 볼트는,
   평면상으로 원형이고 상단 중심에 볼팅 홈을 포함하며 볼팅 홈을 제외한 외면에 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 본체부; 및
   상기 본체부로부터 하향 연장되어 있고 외면에 나사선이 형성되어 있는 체결 연장부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 본체부와 전기 절연성 도포층의 결합력 강화를 위해, 본체부의 외면 하단에는 그루브가 형성되어 있고, 전기 절연성 도포층이 상기 그루브에 도입된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부재는 도전성 판재로 이루어진 것을 특징으로 전지모듈 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 도전성 판재의 상면에는 체결부재가 결합되는 부위를 제외하고 전기 절연성 도포층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 절연성 도포층은 이중 사출 방식으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
9. 출력 및 용량에 대응하여 제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리 둘 또는 그 이상을 포함하는 구조로 이루어진 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.

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