KR20130116446A - 신규한 구조의 외부 입출력 케이블 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 둘 이상의 전지모듈들을 포함하는 전지모듈 어셈블리의 외부 입출력 케이블 어셈블리로서, 절연성 소재로 이루어져 있고, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하고 있는 하우징, 일측 단부에는 전지모듈의 제 1 전극단자와 연결되는 전극단자 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 제 1 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되어 있는 전원 케이블, 일측 단부에는 통신 케이블 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 통신 케이블 단자와 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블, 및 전지모듈의 제 2 전극단자와 접속되며, 상기 하우징의 제 2 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리를 제공한다.

Description

신규한 구조의 외부 입출력 케이블 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리 {External Input and Output Cable Assembly with Novel Structure, and Battery Module Assembly Employed with the Same}
본 발명은 둘 이상의 전지모듈들을 포함하는 전지모듈 어셈블리의 외부 입출력 케이블 어셈블리로서, 절연성 소재로 이루어져 있고, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하고 있는 하우징, 일측 단부에는 전지모듈의 제 1 전극단자와 연결되는 전극단자 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 제 1 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되어 있는 전원 케이블, 일측 단부에는 통신 케이블 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 통신 케이블 단자와 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블, 및 전지모듈의 제 2 전극단자와 접속되며, 상기 하우징의 제 2 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 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.
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 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여 전지모듈을 구성하여야 하고, 전지모듈의 용량이 커질수록 확장성이 용이하고 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다. 특히, 다수의 전지모듈들을 사용하여 전지모듈 어셈블리를 구성하는 경우, 버스 바 또는 전원 연결 케이블과 같이 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다.
더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 전지 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 앞서 설명한 바와 같은 측면에서 바람직하지 않다.
또한, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조로 이루어져 있어서, 일부 전지셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 안전 시스템인 BMS (Battery Management System)를 구비하여 과전압, 과전류 또는 과발열 등을 탐지하여 전지팩을 제어/보호하고 있으나, 이에 따른 BMS와 센서들을 연결하는 케이블 등의 다수의 배선에 의해 단락의 위험성이 발생한다. 또한, 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 센서 케이블 및 버스 바, 전원 케이블 등이 단락을 방지하고 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하는 구조가 필요하다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 다수의 셀 모듈 어셈블리를 전기적으로 연결하면서 내부 단락을 방지하는 외부 입출력 케이블 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 입출력 케이블 어셈블리를 포함하는 구조적 안정성이 우수한 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 둘 이상의 전지모듈들을 포함하는 전지모듈 어셈블리의 외부 입출력 케이블 어셈블리로서,
절연성 소재로 이루어져 있고, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하고 있는 하우징;
일측 단부에는 전지모듈의 제 1 전극단자와 연결되는 전극단자 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 제 1 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되어 있는 전원 케이블;
일측 단부에는 통신 케이블 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 통신 케이블 단자와 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블; 및
전지모듈의 제 2 전극단자와 접속되며, 상기 하우징의 제 2 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되는 버스 바;
를 포함하고 있다.
종래의 전지모듈에서는 전지모듈 어셈블리 내부의 전원 케이블, 버스 바, 통신 케이블 등이 개별적으로 구성되어 각각의 체결 구조와 추가적인 절연 처리가 필요하였고, 이러한 구조는 협소한 공간 내에서 복잡한 구조를 야기하여 생산 비용이 상승하고 공정성이 낮아지는 문제점을 가지고 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 외부 입출력 케이블 어셈블리는 절연성 소재의 하우징에 외부 입출력 단자 및 통신 케이블 단자가 포함되어 있고, 전원 케이블 및 통신 케이블이 상기 하우징의 단자들과 연결된 구조로 이루어져 있어서, 부품들이 단일 고정 구조(하우징)에 조립 또는 연결되므로 부품의 수가 감소하고, 조립 작업 및 관리가 용이하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 외부 입출력 케이블 어셈블리는 상기 하우징에 결합되며, 상기 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들과 연결되는 외부 입출력 커넥터, 및 상기 통신 케이블 단자와 연결되는 통신 케이블 커넥터가 형성되어 있는 플러그-인(plug-in) 커넥터를 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 플러그-인 커넥터는 전지모듈 어셈블리의 외측면에 노출되도록 위치하며, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들, 및 통신 케이블 단자와 외부 디바이스의 연결을 용이하게 한다. 상기 외부 입출력 커넥터 및 통신 케이블 커넥터의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 소켓 구조로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 바람직하게는, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하는 하우징 본체, 및 상기 전원 케이블 및 통신 케이블을 상기 제 1 외부 입출력 단자 및 통신 케이블 단자에 연결한 상태에서 상기 하우징 본체의 상측에 결합되는 하우징 커버를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 절연소재의 하우징 본체에 형성된 제 1 외부 입출력 단자 및 통신 케이블 단자에 각각 전원 케이블 및 통신 케이블을 연결한 후, 상기 하우징 커버를 하우징 본체의 상측에 결합시켜 장착함으로써 단자 및 케이블 간의 접속을 더욱 안정적으로 유지시키고, 접속부위가 노출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 전극단자는 전지모듈의 양극 또는 음극에 연결되고, 상기 제 2 전극단자는 전지모듈의 음극 또는 양극에 연결된다. 구체적으로, 상기 제 1 전극단자는 전지모듈의 양극과 연결되고 상기 제 2 전극단자는 전지모듈의 음극에 연결되는 구조이거나, 또는 상기 제 1 전극단자는 전지모듈의 음극에 연결되고 상기 제 2 전극단자는 전지모듈의 양극에 연결되는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 전지모듈의 양극 또는 음극은 하나의 전지모듈에 대한 양극 또는 음극이거나, 다수 개의 전지모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 구조의 양극 또는 음극일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 버스 바는 전지모듈의 제 2 전극단자 및 하우징의 제 2 외부 입출력 단자에 효율적으로 접속되도록 각각 연결되는 양측 단부들이 수직 절곡된 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 폭보다 길이가 긴 판상형 부재의 길이쪽 양측 단부들이 수직 절곡되어 측면 형상으로 'ㄷ'자 형태로 형성되고, 상기 절곡된 단부는 각각 전지모듈의 제 2 전극단자 및 하우징의 제 2 외부 입출력 단자에 면 접촉 방식으로 접촉되어 전기적 연결을 이루는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 외부 입출력 케이블 어셈블리, 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들, 전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트(base plate), 전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate), 및 전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(assembly cover)를 포함하는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.
본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 전지모듈 어셈블리의 조립 공정에서, 추가적인 부품의 구성이 필요치 않으므로, 콤팩트한 구조를 제공하면서 생산 공정의 효율성 증대 효과를 달성할 수 있다. 더욱이, 전지모듈의 안정적인 고정 및 케이블들을 비롯한 상부 커버 플레이트 등과 같은 구성 부품들의 장착 고정을 용이하게 할 수 있으므로, 생산 공정의 효율성 증대 효과와 더불어 안전성 증대 효과를 함께 달성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 각형 이차전지는 각형의 금속 케이스에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있고, 상기 파우치형 이차전지는 구체적으로 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.
상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 활물질과 바인더의 혼합물을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당 업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이러한 리튬 이차전지는 당 업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈에서 전지셀들은 상호 병렬 연결되어 있는 구조일 수 있다.
상기 병렬 연결은, 예를 들어, 'ㄱ'자형 또는 'ㄷ'자형 버스 바(bus bar)에 의해 달성되는 구조일 수 있다.
상기 전지셀들은 바람직하게는 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정되고, 상기 전지모듈은 카트리지 프레임들의 적층 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 카트리지 프레임은 소정의 강성을 갖는 구조물로서, 외부의 충격으로부터 전지셀들을 보호하고, 전지셀들의 안정적인 장착을 보장한다. 또한, 카트리지 프레임에 의해 상기 전지셀들은 전극 리드들이 일측면을 향하도록 배열됨으로써, 상기 버스 바에 의한 전기적 병렬 연결을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 버스 바에 의해 전기적 병렬 연결을 이루는 전지셀 전극 리드들은 전극단자와 연결되고, 상기 전극단자는, 바람직하게는, 전극 리드들이 배열된 일측면과 동일면 상에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전지셀들이 카트리지 프레임에 의해 고정되고 카트리지 프레임의 적층에 의해 조립된 전지모듈은, 일측면에 형성된 전극단자에 의해 전지모듈들 상호간의 전기적 연결뿐만 아니라, 전압 측정을 위한 검출부재를 용이하게 장착할 수 있다.
또한, 상기 전지모듈들에는 어셈블리 커버와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 전지모듈은 베이스 플레이트에 형성된 모듈 수납부의 상면에 탑재됨과 동시에 어셈블리 커버와 체결될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 또한, 상기 체결구들을 통해 달성되는 전지모듈과 어셈블리 커버와의 체결은, 바람직하게, 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 상기 어셈블리 커버에는 전지모듈들의 상면이 개방되는 개구들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 전지모듈들은 어셈블리 커버에 의해 베이스 플레이트에 안착 고정됨과 동시에 전지모듈의 상단면 일부가 외부로 노출될 수 있다. 이러한 노출부는 전지모듈로부터 발생하는 열을 외부로 용이하게 발산할 수 있는 구조인 바, 전지모듈의 상면 넓이에 대응하는 일정 비율로서 천공될 수 있으며, 그 형상은 사각형 형상뿐만 아니라 기타 형상일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 케이블은 전지모듈 어셈블리의 전원 케이블, 전지모듈들의 전압 검출용 케이블, 및 전지모듈 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블(communication cable)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이블은 케이블 고정부에 안착 고정될 수 있는 바, 바람직하게, 상기 케이블 고정부는 전원 케이블이 안착 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 연장된 구조의 하나 이상의 제 1 케이블 고정부를 포함하고 있는 구조일 수 있으며, 수직 단면 상으로 'L'자형 구조일 수 있다.
따라서, 상기 케이블 고정부는 상기 전원 케이블을 안정적으로 전지모듈 어셈블리 내부에 안착 고정할 수 있으며, 이와 더불어 전지모듈 어셈블리 조립 공정에서 보다 안전한 공정을 담보할 수 있다.
또한, 상기 케이블 고정부는 바람직하게는 전압 검출 케이블 또는 통신 케이블이 밴드 클립(band clip)에 의해 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 상향 절곡된 구조의 하나 이상의 제 2 케이블 고정부를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 밴드 클립은, 바람직하게는, 케이블을 고정하면서 제 2 케이블 고정부에 결합되는 그립(grip)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 밴드 클립은 소정의 탄성을 포함하는 소재로 구성되는 바, 케이블과 결합될 시, 자체 탄성에 의해 변형 및 복원에 의해 케이블과 결합된다. 또한, 상기 케이블과 결합되는 케이블 결합부는 자체 탄성을 이용할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 케이블을 감쌀 수 있도록 측면 방향에서 'C'자 형상인 구조일 수 있다.
따라서, 상기 케이블 고정부는 전지모듈 어셈블리를 구성함에 있어서, 내부 케이블들의 안정적인 장착 고정을 유도하고, 그것의 조립 공정에서 보다 용이한 조립 공정을 제공할 수 있다. 또한, 상기 케이블 고정부 및 밴드 클립은 소정의 강성을 갖는 부재로 구성되는 바, 외부 진동 및 충격으로부터 내부 케이블들의 안정적인 장착 고정을 유지하므로, 완성 제품에 있어 안전성 향상의 효과를 달성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 어셈블리 커버는 전지셀 또는 전지모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 장착을 위한 온도 센서 고정부를 추가로 포함하고 있는 구조일 수 있다.
이러한 온도 센서 고정부는, 내부의 온도 센서의 위치를 용이하게 장착할 수 있는 위치에 형성되어 있는 바, 바람직하게, 상기 어셈블리 커버의 상단면의 정 중앙부일 수 있으며, 또 다른 내부 수납부재의 위치 관계를 고려하여, 정 중앙부로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 형성될 수 있다.
따라서, 상기 온도 센서 고정부에 고정되는 온도 센서는, 상기 어셈블리 커버에 고정된 전지모듈들의 온도 상태를 일측 편향됨 없이 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 상기 온도 센서를 전지모듈들 각각에 설치하지 않고 일체화된 어셈블리 커버에 장착하므로, 온도 센서를 장착하기 위한 추가적인 부재가 필요치 않다.
경우에 따라서는, 상기 어셈블리 커버는 전지모듈의 모듈 커버가 결합되기 위한 체결홈을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전지모듈은 상기 어셈블리 커버와 체결됨과 동시에 베이스 플레이트에 형성된 모듈 수납부의 상면에 탑재될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 또한, 상기 체결구들을 통해 달성되는 전지모듈과 어셈블리 커버와의 체결은, 바람직하게는, 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 구체적으로, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 외부 입출력 케이블 어셈블리는, 절연성 소재의 하우징에 외부 입출력 단자 및 통신 케이블 단자가 포함되어 있고 전원 케이블 및 통신 케이블이 하우징의 단자들과 연결된 구조로 이루어져 있어서, 부품들이 단일 고정 구조에 조립 또는 연결되므로 부품의 수가 감소하고, 조립 작업 및 관리가 용이하므로 제조비용을 감소시키고 생산 공정성을 향상시킬 뿐만 아니라 내부 단락을 방지하는 구조로 형성됨으로써 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외부 입출력 케이블 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 도 1에 도시된 외부 입출력 케이블 어셈블리의 분해 사시도이다;
도 3은 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리에 포함되는 하우징의 분해 사시도이다;
도 4는 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리에 포함되는 전원 케이블의 사시도이다;
도 5는 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리에 포함되는 통신 케이블의 사시도이다;
도 6은 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리에 포함되는 버스 바의 사시도이다;
도 7은 파우치형 전지셀들이 카트리지 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 8은 카트리지 프레임들에 의해 조립된 전지모듈의 사시도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리를 포함하는 전지모듈 어셈블리의 사시도이다;
도 10은 도 9의 어셈블리 커버의 사시도이다;
도 11은 도 9의 어셈블리 커버의 상단에 케이블을 장착하는 모습을 나타낸 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 외부 입출력 케이블 어셈블리의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 외부 입출력 케이블(100)은 하우징(110), 전원 케이블(130), 통신 케이블(140), 및 버스 바(150)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
절연성 소재로 이루어진 하우징(110)은 하우징 본체(112), 하우징 커버(160), 플러그-인(plug-in) 커넥터(120)를 포함하며, 하우징 본체(112)는 제 1 외부 입출력 단자(114), 제 2 외부 입출력 단자(115), 및 통신 케이블 단자(116)를 구비하고 있다. 전원 케이블(130)은 일측 단부에 전극단자 접속부(135)가 형성되어 있고, 타측 단부가 하우징 본체(112)의 제 1 외부 입출력 단자(114)와 연결되어 있다. 통신 케이블(140)은 일측 단부에 통신 케이블 접속부(145)가 형성되어 있고, 타측 단부가 하우징 본체(112)의 통신 케이블 단자(116)와 연결되어 있다. 또한, 버스 바(150)는 하우징 본체(112)의 제 2 외부 입출력 단자(115)와 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 구조의 외부 입출력 케이블 어셈블리(100)에서, 전원 케이블(130)의 전극단자 접속부(135)는 전지모듈(도시하지 않음)의 제 1 전극단자와 연결되고, 버스 바(150)의 일측 단부는 전지모듈의 제 2 전극단자와 연결된다.
따라서, 외부 입출력 케이블 어셈블리(100)는 절연성 소재의 하우징(110)에 외부 입출력 단자(114, 115) 및 통신 케이블 단자(116)가 포함되어 있고, 전원 케이블(130) 및 통신 케이블(140)은 하우징(110)의 단자들(114, 115, 116)과 연결된 구조로 이루어져 있어서, 부품들이 단일 고정 구조에 조립 또는 연결되므로 부품의 수가 감소하고, 조립 작업 및 관리가 용이한 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리의 하우징의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3을 도 1 내지 도 2와 함께 참조하면, 하우징(110)은 하우징 본체(112), 하우징 커버(160), 및 플러그-인(plug-in) 커넥터(120)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
하우징 본체(112)는 제 1 외부 입출력 단자(114), 제 2 외부 입출력 단자(115), 및 통신 케이블 단자(116)를 구비하며, 이들은 각각 전원 케이블(130), 버스 바(150), 및 통신 케이블(140)과 전기적으로 접속된다. 하우징 본체(112)는 절연성 소재로 이루어져 있어서, 각각의 전기적 접속 구조를 고정하면서 절연 상태를 유지한다. 절연성 소재의 하우징 커버(160)는 제 1 외부 입출력 단자(114), 제 2 외부 입출력 단자(115), 및 통신 케이블 단자(115)가 각각 전원 케이블(130), 버스 바(150), 및 통신 케이블(140)과 전기적으로 접속된 상태에서 하우징 본체(112)의 상측에 결합되는 구조로서, 단자 및 케이블 간의 접속을 더욱 안정적으로 유지시키고, 접속부위가 노출되는 것을 방지한다.
또한, 플러그-인(plug-in) 커넥터(120)에는 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들(114, 115), 및 통신 케이블 단자(116)와 외부 디바이스의 연결을 용이하게 하는 소켓 구조가 형성되어 있다.
도 4, 도 5, 및 도 6에는 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리에 포함되는 전원 케이블, 통신 케이블, 및 버스 바의 사시도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1 내지 도 2와 함께 참조하면, 전원 케이블(130)은 일측 단부에 전지모듈의 제 1 전극단자와 연결되는 전극단자 접속부(135)가 형성되어 있고, 타측 단부에는 하우징 본체(112)의 제 1 외부 입출력 단자(114)와 전기적으로 연결된다. 통신 케이블(140)은 일측 단부에 통신 케이블 접속부(145)가 형성되어 있고, 타측 단부에는 하우징 본체(112)의 통신 케이블 단자(116)와 연결되는 구조로 이루어져 있다. 전원 케이블(130) 및 통신 케이블(140)에는 전지모듈 어셈블리 상에서 배선 구조를 고정하기 위한 밴드 클립(138, 148)이 포함되어 있으며, 이와 관련된 구조는 하기 전지모듈 어셈블리에 관한 도면에서 자세하게 설명한다.
버스 바(150)는 전지모듈의 제 2 전극단자 및 하우징 본체(112)의 제 2 외부 입출력 단자(115)에 효율적으로 접속되도록 양측 단부들이 수직 절곡되어 있고, 절곡된 부위에 체결용 홈(152, 153)이 형성되어 있다. 따라서, 전지모듈의 제 2 전극단자 및 하우징 본체(112)의 제 2 외부 입출력 단자(115)와 버스 바(150)의 각각의 체결용 홈들(152, 153)이 체결용 볼트에 의해 결합되어 전기적으로 접속된다.
도 7에는 파우치형 전지셀들(212, 214)이 카트리지 프레임(220)에 장착되는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 카트리지 프레임들(221-227)에 의해 조립된 전지모듈(200)의 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀들(212, 214)은 카트리지 프레임(220)에 장착되고, 이러한 카트리지 프레임들(221-227)은 카트리지 프레임 상단 커버(230) 및 카트리지 프레임 하단 커버(240)에 의해 볼트 체결(235, 236, 237, 238)되어 고정되어 하나의 전지모듈(200)을 이룬다. 또한, 카트리지 프레임들(221-227) 내부에 장착된 전지셀들(212, 214)의 전극 리드들은 전지모듈(200)의 일측면에 정렬되고, 'ㄷ'자형 버스 바들(252, 254)에 의해 전기적으로 병렬 연결된다. 또한, 이렇게 전기적으로 병렬 연결된 전극 리드들은 각각 양극 단자(260) 및 음극 단자(270)에 연결된다.
도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 외부 입출력 케이블 어셈블리를 포함하는 전지모듈 어셈블리의 사시도가 도시되어 있다.
도 9를 도 8과 함께 참조하면, 전지모듈 어셈블리는 외부 입출력 케이블 어셈블리(100), 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 다수의 전지모듈(200)들, 전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈(200)들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽(310)이 형성되어 있는 베이스 플레이트(300), 전지모듈(200)의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽(410)을 포함하고 있고, 베이스 플레이트(300) 상에 고정되어 전지모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(400), 및 전지모듈(200)들의 상면에 탑재되고 전지모듈(200)들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 외부 입출력 케이블 어셈블리(100)의 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(500)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
도 10에는 도 9의 어셈블리 커버의 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 어셈블리 커버의 상단에 케이블을 장착하는 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전원 케이블들(610, 620), 전압 검출용 케이블(640) 및 통신 케이블(630)이 각각 밴드 클립들(611, 621, 641, 631)에 의해 어셈블리 커버(500)의 고정부들(511, 530)에 장착 고정된다.
구체적으로, 전원 케이블들(610, 620)은 각각 밴드 클립들(611, 621)에 고정되고, 밴드 클립이 어셈블리 커버(500)의 제 1 케이블 고정부(511)에 장착됨으로써 고정된다. 또한, 제 1 케이블 고정부(511)는 밴드 클립들(611, 621)의 용이한 장착 고정을 위해 수직 단면상으로 'L'자형 구조(510)로 이루어져 있다.
전압 검출용 케이블(640) 및 통신 케이블(630)은 각각 밴드 클립들(641)에 의해 고정되고, 밴드 클립이 어셈블리 커버(500)의 제 2 케이블 고정부(530)에 장착됨으로써 고정된다.
온도 센서(660)는 전압 검출용 케이블(640)상에서 분리되어 어셈블리 커버(500)의 온도 센서 고정부(550)에 장착 고정된다.
베이스 플레이트(300)의 후면부 중앙부(340)에는 BMS(도시하지 않음)가 장착되고, BMS의 단자부(도시하지 않음)에 전압 검출용 케이블(640)의 연결 단자(642) 및 통신 케이블(630)의 통신 케이블 접속부(632)가 접속된다.
또한, 베이스 플레이트(300)의 전면 중앙부에는 전원 케이블(610) 및 통신 케이블(630)의 끝단부가 집결되어 전기적으로 접속되는 외부 입출력 케이블 어셈블리의 하우징(710)이 장착된다.
하우징(710)은 플러그-인 커넥터(720)를 포함하며, 이러한 구조는 구성된 부품들이 단일 고정 구조에 조립되어 부품 수를 감소할 수 있으며, 조립 작업 및 관리가 용이하고 효율적인 내부 공간 활용이 가능할 수 있도록 해 준다. 또한, 전원 케이블(610) 및 버스 바(도시하지 않음)가 절연성 하우징 부재에 의해 격리되므로 조립 공정 중 발생할 수 있는 단락 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
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 (22)

  1. 둘 이상의 전지모듈들을 포함하는 전지모듈 어셈블리의 외부 입출력 케이블 어셈블리로서,
    (a) 절연성 소재로 이루어져 있고, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하고 있는 하우징;
    (b) 일측 단부에는 전지모듈의 제 1 전극단자와 연결되는 전극단자 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 제 1 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되어 있는 전원 케이블;
    (c) 일측 단부에는 통신 케이블 접속부가 형성되어 있고, 타측 단부에는 상기 하우징의 통신 케이블 단자와 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고 어셈블리의 제어를 위한 통신 케이블; 및
    (d) 전지모듈의 제 2 전극단자와 접속되며, 상기 하우징의 제 2 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되는 버스 바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징에 결합되며, 상기 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들과 연결되는 외부 입출력 커넥터, 및 상기 통신 케이블 단자와 연결되는 통신 케이블 커넥터가 형성되어 있는 플러그-인(plug-in) 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 입출력 커넥터 및 통신 케이블 커넥터는 소켓 구조인 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은, 제 1 및 제 2 외부 입출력 단자들 및 통신 케이블 단자를 포함하는 하우징 본체, 및 상기 전원 케이블 및 통신 케이블을 상기 제 1 외부 입출력 단자 및 통신 케이블 단자에 연결한 상태에서 상기 하우징 본체의 상측에 결합되는 하우징 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극단자는 전지모듈의 양극 또는 음극에 연결되고, 상기 제 2 전극단자는 전지모듈의 음극 또는 양극에 연결되는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지모듈의 제 2 전극단자 및 하우징의 제 2 외부 입출력 단자에 각각 연결되는 양측 단부들이 수직 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 입출력 케이블 어셈블리.
  7. 제 1 항에 따른 외부 입출력 케이블 어셈블리;
    전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층된 둘 이상의 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 둘 이상의 전지모듈들;
    전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 상태로 전지모듈들이 상면에 탑재되는 모듈 수납부들을 포함하고 있고 외주면에 상향 절곡된 구조의 측벽이 형성되어 있는 베이스 플레이트(base plate);
    전지모듈의 전극단자를 기준으로 양측에 하향 절곡된 측벽을 포함하고 있고, 베이스 플레이트 상에 고정되어 모듈 어셈블리의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate); 및
    전지모듈들의 상면에 탑재되고 전지모듈들에 체결 결합되는 판상형 부재로서, 상기 외부 입출력 케이블 어셈블리의 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정부를 포함하고 있는 어셈블리 커버(assembly cover);
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전지모듈에서 전지셀들은 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 병렬 연결은 'ㄱ'자형 또는 'ㄷ'자형 버스 바(bus bar)에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀들은 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정되어 있고, 상기 전지모듈은 카트리지 프레임들의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 전지모듈들에는 어셈블리 커버와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버에는 전지모듈들의 상면이 개방되는 개구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 케이블 고정부는 전원 케이블이 안착 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 연장된 구조의 하나 이상의 제 1 케이블 고정부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 케이블 고정부는 수직 단면 상으로 'L'자형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  17. 제 7 항에 있어서, 상기 케이블 고정부는 통신 케이블이 밴드 클립(band clip)에 의해 고정될 수 있도록 어셈블리 커버의 단부가 상향 절곡된 구조의 하나 이상의 제 2 케이블 고정부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 밴드 클립은 케이블을 고정하면서 제 2 케이블 고정부에 결합되는 그립(grip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  19. 제 7 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버는 전지셀 또는 전지모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 장착을 위한 온도 센서 고정부를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  20. 제 7 항에 있어서, 상기 어셈블리 커버는 전지모듈의 모듈 커버가 결합되기 위한 체결홈을 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  21. 제 7 항에 따른 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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