KR20150022468A - 병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈로서, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며, 상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈 {Stacking Type Battery Module of Parallel Connection Structure}
본 발명은 병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며, 상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 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 주목 받고 있다.
또한, 전기를 저장해 두었다가 필요한 시점에 안정적으로 전력계통에 다시 공급해주는 전력 저장 장치에 관한 기술이 개발되고 있다. 전력 저장 장치는 전력 수요가 적을 때 에너지를 저장하고, 과부하 또는 비상시에 전력을 공급하는 장치로서, 전력 품질 및 에너지 사용 효율을 향상시키는 효과를 제공하고 있다. 특히, 가정용 전력 저장 장치 및 산업용 또는 상업용 중형 전력 저장 장치는 스마트 그리드 기술과 결부되어 시장규모가 급성장하고 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 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 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 복잡하며, 전지모듈을 확장해야 하는 경우, 구조 변경이 용이하지 않을 뿐만 아니라 많은 부품의 추가가 필요하여 제조 비용을 상승시킨다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전지모듈의 부품의 추가를 최소화 하여 제조 공정성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조립이 용이하고 간단한 과정으로 확장이 가능하며, 전체적으로 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수한 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며;
상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며;
상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 구조로 형성되어 있다.
즉, 본 발명의 전지모듈은 다수의 단위셀들을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이들을 적층하여 병렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 구조의 확장이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 전지모듈은 단위셀들이 카트리지 상에 특정하게 배열 장착됨으로써, 전체적으로 콤팩트한 구조를 제공하고 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀은 판상형 전지셀 구조이거나, 또는 전극단자들이 노출된 상태로 둘 이상의 판상형 전지셀들이 셀 커버에 장착되어 있는 전지셀 어셈블리의 구조일 수 있다.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 전지케이스가 1 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수도 있음은 물론이다.
상기 전지셀은 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 단위셀의 또 다른 예인 전지셀 어셈블리에서, 셀 커버는 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성될 수 있다. 이러한 셀 커버에는, 예를 들어 2개의 전지셀들이 장착될 수 있고, 상기 2개의 전지셀들은 동일 극성의 전극단자들이 서로 접하면서 병렬 연결되도록 적층된 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들은 적층된 상태로 고정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 단위셀 병렬 연결 구조에 포함되는 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지가 상호 결합될 수 있다. 즉, 카트리지를 적층한 후 상기 카트리지들의 체결홈에 상기 체결부재를 삽입하여 통과시키는 구조로 결합될 수 있다.
이러한 구조에서, 카트리지들 사이에 안정적인 결합 구조를 제공하기 위하여, 상기 카트리지의 양 측면의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열될 수 있다.
상기 단위셀의 전극단자들이 결합되는 병렬 연결용 버스 바들은 카트리지에 결합되어 있는 구조일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 버스 바의 양측 단부에 각각 카트리지가 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 단위셀의 전극단자들은 병렬 연결용 버스 바에 다양한 방법으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 용접, 솔더링, 기계적 체결 등으로 결합될 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 병렬 연결용 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있는 구조일 수 있다. 상기 절곡된 일측 단부에는 상기 병렬 접속부재가 결합되며, 상기 적층된 단위셀 병렬 연결 구조들의 외측에 상기 절곡된 일측 단부가 위치하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 병렬 접속부재는 상호 인접한 단위셀 병렬 연결 구조들의 버스 바를 연결하여 병렬 구조를 형성한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바의 절곡된 일측 단부와 병렬 접속부재의 일측 단부에는 각각 결합구들이 형성되어 있고, 상기 결합구들은 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.
상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 병렬 연결용 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 병렬 연결용 버스 바에 전극단자가 연결되어 있는 단위셀의 구조가 상기 버스 바를 중심으로 대칭되도록 배열되는 구조로 형성될 수 있다. 이 때, 단위셀들을 고정하는 카트리지도 상기 단위셀에 대응하여 버스 바를 기준으로 대칭되도록 배열될 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 병렬 연결용 버스 바들 중 적어도 2개의 병렬 연결용 버스 바들은 직렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 직렬 접속부재에 의해 직렬로 연결되며, 상기 직렬 접속부재는 상기 병렬 접속부재와 마찬가지로 일측 단부에 결합구가 형성되어 있고, 상기 병렬 연결용 버스 바의 결합구와 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.
따라서, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 병렬 연결을 통해 전지모듈의 용량을 조절 또는 확장할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결을 통해 전지모듈의 출력 또한 조절 및 확장이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 직렬로 연결되는 단위셀 병렬 연결 구조의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 다수 개가 연결될 수 있다. 또한, 직렬로 연결된 단위셀 병렬 연결 구조들을 둘 이상으로 제조한 후, 이들을 병렬로 연결한 구조로도 형성될 수 있다.
상기 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결에 관한 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 제 1 버스 바 및 및 2 버스 바를 포함하며, 상기 제 1 버스 바는 단위셀의 양극단자와 연결되고, 상기 제 2 버스 바는 단위셀의 음극단자와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되면서, 각각의 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조로 형성될 수 있다.
상기 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층하는 과정을 사용하여 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다.
즉, 상기와 같이 양극단자와 연결된 제 1 버스 바와 음극단자가 연결된 제 2 버스 바가 교번 배열되어 적층된 구조에서, 상기 직렬 접속부재를 이용하여 상하 적층된 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바를 연결함으로써 직렬 연결이 달성될 수 있다.
한편, 상기 전지모듈은 외부와 전기적으로 연결되는 외부 입출력 단자를 포함할 수 있으며, 상기 외부 입출력 단자는 상기 버스 바와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 외부 입출력 단자는, 예를 들어, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조들의 외면 일측에 형성될 수 있으며, 상기 버스 바와 상기 외부 입출력 단자를 연결하는 연결부재에 전기적으로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 다수의 전지셀을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이를 적층하여 병렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 구조의 확장이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지모듈은, 단위셀 병렬 연결 구조들을 적층하여 병렬로 연결한 구조에, 일부 단위셀 병렬 연결 구조들을 직렬로 연결한 구조를 추가함으로써, 병렬/직렬의 조합을 용이하게 형성시킬 수 있으며, 따라서 간단한 과정으로 전지모듈의 용량 및 출력을 자유롭게 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 4는 도 3의 평면도이다;
도 5는 카트리지에 단위셀이 장착되는 구조에 관한 사시도이다;
도 6은 도 5의 측면도이다;
도 7은 도 5의 A 부위에 대한 확대도다;
도 8은 도 3의 B 부위에 대한 확대도다;
도 9는 도 3에 외부 입출력 단자를 형성한 구조의 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 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 전극단자들(양극단자: 11, 음극단자: 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(10)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(13)에 전극조립체(도시하지 않음)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(14)를 형성한 구조이며, 통상적으로 이를 ‘파우치형 전지셀’로 통칭하기도 한다.
도 2를 참조하면, 단위셀(110)은 전극단자들(112, 114)이 일측에 노출된 상태로 2개의 판상형 전지셀들이 셀 커버(116)에 장착된 구조로 이루어져 있다. 단위셀(110)의 셀 커버(116)는 전극단자들(112, 114) 부위를 제외하고 전지셀의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성되며, 전지셀들은 셀 커버(116) 내부에 적층되도록 장착되고, 전지셀들의 전극단자들(112, 114)은 동일 극성이 서로 접하면서 병렬로 연결되어 셀 커버 외측으로 노출되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고 도 4에는 도 3의 평면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 전지모듈(100)은 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 일측에 형성되어 있는 단위셀들(110, 110’), 단위셀들(110, 110’)을 각각 고정하는 카트리지들(120, 121), 및 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)과 결합되어 단위셀들(110, 110’)을 전기적으로 연결하는 버스 바들(132, 134)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
이러한 단위셀들(110, 110’)은 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 대면하도록 카트리지(120)에 장착되어 있으며, 카트리지(120)에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)에 의해 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들(120, 121)에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고 있다.
단위셀 병렬 연결 구조는 지면으로부터 높이 방향으로 배열되도록 카트리지들(120, 121)이 적층된 구조로 형성되어 있으며, 단위셀 병렬 연결 구조들을 서로 전기적으로 연결하기 위해, 병렬 접속부재(140)가 각각의 단위셀 병렬 연결 구조에 포함된 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)과 결합되어 있다.
카트리지(120)는 양 측면에 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 형성되어 있고, 카트리지들(120, 121)을 적층한 후 카트리지들(120, 121)의 체결홈들(124)에 체결부재(150)를 삽입함으로써 카트리지들(120, 121)이 적층된 상태를 고정하는 구조로 이루어져 있다. 카트리지들(120, 121) 사이에 안정된 결합 구조를 제공하면서 교번 배열이 가능할 수 있도록, 카트리지(120)의 돌출부들(122)은 카트리지 중심을 기준으로 대칭 배열된 구조로 형성되어 있다.
도 5에는 카트리지에 단위셀이 결합되는 구조에 관한 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 카트리지에 단위셀이 결합된 단위셀 병렬 연결 구조의 측면도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 병렬 연결용 버스 바는 제 1 버스 바(132) 및 제 2 버스 바(134)를 포함하며, 제 1 버스 바(132)는 단위셀들(110, 110’)의 양극단자들(112, 112’)과 연결되어 있고, 제 2 버스 바(134)는 단위셀들(110, 110’)의 음극단자들(114, 114’)과 연결되어 있다.
단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되면서, 직렬 접속부재에 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여 제 1 버스 바(132)와 제 2 버스 바(134)가 상 하로 교번 배열되도록 단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되는 구조로 형성되어 있다. 제 1 버스 바(132)와 제 2 버스 바(134)가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 카트리지들(120)에 각각 단위셀들(110, 110’)을 장착한 상태에서 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층시키는 과정을 사용하여 제 1 버스 바(132) 및 제 2 버스 바(134)가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다. 버스 바가 적층된 구조는 하기 도 8에 확대도로 도시되어 있다.
도 7에는 도 5의 A 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.
도 7을 도 5와 함께 참조하면, 단위셀들(110, 110’)은 병렬 연결용 버스 바(132, 134)를 기준으로 대칭 배열된 상태로 카트리지(120)에 장착되어 있다. 이 때, 단위셀들(110, 110’)을 고정하는 카트리지들(120, 121)도 단위셀들(110, 110’)에 대응하여 병렬 연결용 버스 바(132, 134)를 기준으로 대칭되도록 배열되어 있다.
단위셀들(110, 110’)의 전극단자들(112, 112’, 114, 114’)은 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)에 용접으로 결합되어 전기적으로 연결된다.
이러한 단위셀들(110, 110’)의 전극단자들(112, 112’, 114, 114’)이 결합되는 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)은 카트리지(120)에 결합된 구조로 이루어져 있으며, 구체적으로, 병렬 연결용 버스 바(132, 134)의 양측 단부에 각각 카트리지들(120, 121)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 8에는 도 1의 B 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.
도 8을 도 1과 함께 참조하면, 병렬 연결용 버스 바(134)는 전극단자들이 결합되어 있는 면의 일측 단부가 하향 절곡되어 있다. 병렬 연결용 버스 바(134)의 절곡된 일측 단부에는 병렬 접속부재(140) 또는 직렬 접속부재(142)가 결합되며, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조(182, 184, 186, 188)들의 외측에 절곡된 일측 단부가 위치하는 구조로 형성되어 있다. 병렬 접속부재(140) 및 직렬 접속부재(142)는 상호 인접한 단위셀 병렬 연결 구조들의 병렬 연결용 버스 바(134)를 연결하여 병렬 또는 직렬 구성을 형성하고 있다.
병렬 연결용 버스 바(134)의 절곡된 일측 단부, 병렬 접속부재(140) 및 직렬 접속부재(142)의 일측 단부에는 결합구들(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 결합구들에 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트등의 체결수단(136)에 의해 전기적 및 기계적으로 체결된다.
단위셀 병렬 연결 구조들(182, 184, 186, 188) 중, 제 1 단위셀 병렬 연결 구조(182)와 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)는 병렬로 연결되어 있고, 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)와 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)는 직렬로 연결되어 있으며, 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)와 제 4 단위셀 병렬 연결 구조(188)는 병렬로 연결되어 있다.
제 1 단위셀 병렬 연결 구조(182) 및 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)를 기준으로, 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186) 및 제 4 단위셀 병렬 연결 구조(188)는 평면상으로 180도 회전하여 적층되었기 때문에 일측에 노출된 병렬 연결용 버스 바(134)의 극성이 반대로 형성된다. 따라서, 도 8과 같이 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)와 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)는 직렬로 연결된다.
그러나, 이러한 구조는 하나의 예시에 불과하며, 도 8과 같은 구조 뿐 만 아니라 단위셀 병렬 연결 구조들이 병렬, 또는 병렬 및 직렬의 다양한 조합으로 이루어지는 구성이 가능함은 물론이다.
도 9에는 도 1에 외부 입출력 단자를 형성한 구조의 사시도가 도시되어 있다.
도 9를 도 1과 함께 참조하면, 전지모듈(100)의 단위셀 병렬 연결 구조의 외면 일측에 외부 입출력 단자(160)가 형성되어 있다. 외부 입출력 단자(160)는 병렬 접속부재(140)와 전기적으로 연결되어 있으며, 이러한 연결은 외부 입출력 단자(160)와 병렬 접속부재(140) 사이를 연결하는 연결부재(165)에 의해 달성된다. 연결부재(165)는 플레이트 형상의 도전성 부재로 형성되어 있으며, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조의 외면을 따라 위치하고 있고, 양 단부가 각각 외부 입출력 단자(160) 및 병렬 접속부재(140)에 연결되어 있다.
또한, 외부 입출력 단자(160)에는 BMS(170)가 장착되어 있어서 과전압, 과전류 또는 과발열 등을 탐지하여 전지모듈(100)을 제어/보호하는 구조로 이루어져 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며;
    상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며;
    상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀은, 하나의 판상형 전지셀 구조이거나, 또는 전극단자들이 노출된 상태로 둘 이상의 판상형 전지셀들이 셀 커버에 장착되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 셀 커버는 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성된 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 셀 커버에는 2개의 전지셀들이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 셀 커버 내에서 2개의 전지셀들은 동일 극성의 전극단자들이 서로 접하면서 병렬 연결되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되는 구조인 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 카트리지의 양 측면의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 카트리지에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀의 전극단자들은 병렬 연결용 버스 바에 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 병렬 연결용 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있고, 상기 절곡된 일측 단부와 상기 병렬 접속부재가 결합되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 병렬 연결용 버스 바의 절곡된 일측 단부와 병렬 접속부재의 일측 단부에는 각각 결합구들이 형성되어 있고, 상기 결합구들은 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 병렬 연결용 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 병렬 연결용 버스 바들 중 적어도 2 개의 병렬 연결용 버스 바들은 직렬 접속부재에 의하여 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 단위셀의 양극단자와 연결되는 제 1 버스 바, 및 단위셀의 음극단자와 연결되는 제 2 버스 바를 포함하며, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 카트리지 단위로 교번 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록, 하부의 카트리지는 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 적층된 단위셀 병렬 연결 구조들의 외면 일측에는 상기 버스바와 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200029306A (ko) * 2018-09-10 2020-03-18 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2020055037A1 (ko) * 2018-09-10 2020-03-19 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2020055038A1 (ko) * 2018-09-10 2020-03-19 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2022103186A1 (ko) * 2020-11-13 2022-05-19 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2023038396A1 (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치형 배터리 셀의 길이 방향 확장 구조를 적용한 셀 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 팩
WO2023075231A1 (ko) * 2021-10-27 2023-05-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
US20230223663A1 (en) * 2019-01-11 2023-07-13 Meta Platforms Technologies, Llc Anode and Cathode Tab Architecture for Parallel Connection of Batteries

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100889241B1 (ko) * 2006-10-23 2009-03-17 주식회사 엘지화학 전지모듈의 전극단자 접속부재

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200029306A (ko) * 2018-09-10 2020-03-18 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2020055035A1 (ko) * 2018-09-10 2020-03-19 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2020055037A1 (ko) * 2018-09-10 2020-03-19 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
WO2020055038A1 (ko) * 2018-09-10 2020-03-19 주식회사 엘지화학 Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법
US11563258B2 (en) 2018-09-10 2023-01-24 Lg Energy Solution, Ltd. ICB assembly, battery module comprising the same and method for fabricating the battery module
US11996584B2 (en) 2018-09-10 2024-05-28 Lg Energy Solution, Ltd. ICB assembly, battery module including same and method for manufacturing same
US20230223663A1 (en) * 2019-01-11 2023-07-13 Meta Platforms Technologies, Llc Anode and Cathode Tab Architecture for Parallel Connection of Batteries
WO2022103186A1 (ko) * 2020-11-13 2022-05-19 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2023038396A1 (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치형 배터리 셀의 길이 방향 확장 구조를 적용한 셀 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 팩
WO2023075231A1 (ko) * 2021-10-27 2023-05-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

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