KR20150137841A - 단위전지모듈, 전지모듈과 전지팩 및 이들의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈은, 전지몸체와 전지몸체로부터 돌출연장된 한 쌍의 전극단자를 포함하는 전지셀, 양측방향으로 적어도 하나 이상의 전지셀이 수용되며, 상기 수용된 전지셀의 상기 전극단자가 전기적으로 결합되는 내부연결버스바가 결합되는 단자결합부가 형성된 셀지지체 및 상기 수용된 전지셀의 양측방향으로 결합되어 지지하는 한 쌍의 프레임부를 포함하고, 상기 셀지지체의 단자결합부는 상기 내부연결버스바와의 결합시에 회피공간(s)을 형성하기 위한 돌기부가 적어도 하나 이상 돌출되어 형성된다.

Description

단위전지모듈, 전지모듈과 전지팩 및 이들의 제조방법{Unit battery modue, Battery module and Battery pack And Method for manufacturing the same}

본 발명은 단위전지모듈, 전지모듈과 전지팩 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.

이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.

최근 이차전지는 IT제품, 자동차분야 및 에너지 저장분야 등에서 널리 사용됨으로써 각광받는 에너지원으로 주목받고 있다. IT제품 분야에서 이차전지는 장시간 연속사용이 가능하며, 소형화, 경량화가 요구되고 있으며, 자동차 분야에서는 고출력, 내구성 및 폭발위험을 해소하기 위한 안정성 등을 요구하고 있다. 에너지 저장분야는 풍력, 태양광 발전 등으로 생산한 잉여전력을 저장하는 것으로, 고정형으로 사용됨에 따라 보다 완화된 조건의 이차전지를 적용할 수 있다.

이러한 이차전지는 하기의 특허문헌인 대한민국 공개공보 제2006-0028058호에서와 같이, 전지모듈을 구성하는 단위전지모듈간의 직렬 또는 병렬의 연속되는 전기적 연결을 통해 전지팩을 구성하여 사용될 수 있다.

KR 2006-0028058 A

본 발명의 일실시예는 상기의 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단위전지모듈의 구성시에 최소한의 공간으로 보다 높은 에너지 효율을 얻을 수 있고,

단위전지모듈의 표준화를 통해 전지모듈의 구성을 공용화 할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 디바이스 스펙에도 전기적 연결의 형태 및 전지모듈의 형태의 설계 자유도를 효과적으로 향상시킬 수 있고,

단위전지모듈 내부의 전기적 신뢰성 뿐만 아니라 기계적 강성을 확보하여, 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩의 전기적인 신뢰성과 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 단위전지모듈과 이를 포함하는 전지모듈 및 전지모듈의 제조방법과 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈은, 전지몸체와 전지몸체로부터 돌출연장된 한 쌍의 전극단자를 포함하는 전지셀, 양측방향으로 적어도 하나 이상의 전지셀이 수용되며, 상기 수용된 전지셀의 상기 전극단자가 전기적으로 결합되는 내부연결버스바가 결합되는 단자결합부가 형성된 셀지지체; 및 상기 수용된 전지셀의 양측방향으로 결합되어 지지하는 한 쌍의 프레임부를 포함하고, 상기 셀지지체의 단자결합부는 상기 내부연결버스바와의 결합시에 회피공간을 형성하기 위한 돌기부가 적어도 하나 이상 돌출되어 형성된다.

또한, 상기 단자결합부에 결합되는 내부연결버스바는 상기 내부연결버스바는 상기 단자결합부의 결합방향의 상단면에서 양측면으로 연장되어 양측이 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 내부연결버스바의 양측에서 절곡된 외측방향의 일측면과 타측면은 상기 전지셀의 전극단자와 각각 전기적으로 접합되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임부 외측면에는 인접하는 단위전지모듈과의 이격공간을 형성하기 위해 외측방향으로 돌출된 프레임돌기부가 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임돌기부는 상기 프레임돌기부 외측 둘레를 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임돌기부는 상기 프레임돌기부 외측 둘레를 따라 단속적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 내부연결버스바는 상기 하나의 셀지지체에 서로 이격되어 형성되고, 상기 단자결합부의 결합방향의 상단면에서 양측면으로 연장되어 양측이 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 내부연결버스바의 양측에서 절곡된 외측방향의 일측면과 타측면은 상기 전지셀의 전극단자와 각각 전기적으로 접합되도록 형성된 제1 내부연결버스바 및 상기 제1 내부연결버스바에 이격되어 형성되고, 버스바몸체 및 상기 버스바몸체의 상기 전지셀이 수용되는 양측면방향으로 연장되어 형성된 단자부를 포함하는 제2 내부연결버스바를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 내부연결버스바는 상기 버스바몸체는 절연재질로 형성되고, 상기 단자부는 전도성의 금속재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈은, 적어도 둘 이상의 단위전지모듈이 측면방향으로 순차적으로 적층 결합되고, 상기 순차적으로 적층되는 각 단위전지모듈 사이에 각각의 내부연결버스바가 내부버스바를 통해 전기적으로 연결되도록 형성되며, 상기 단위전지모듈 일측면 방향의 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제1 모듈터미널을 포함하는 제1 단위전지모듈 및 상기 단위전지모듈 타측면 방향 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제2 모듈터미널을 포함하는 제2 단위전지모듈을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전지팩은, 전지모듈을 수용하는 하부하우징; 및 상기 전지모듈 양측 최외측면에 결합되도록 일측면의 제1 금속커버부재와 타측면의 제2 금속커버부재를 포함하는 금속커버부재를 포함한다.

또한, 상기 내부연결버스바는 상기 단위전지모듈상에 이격되어 제1 내부연결버스바 및 제2 내부연결버스바로 형성되고, 상기 내부버스바는 상기 전지모듈 상단부에 결합되는 센싱회로기판에 결합되고, 양측방향으로 제1 내부연결버스바 및 제2 내부연결버스바에 각각 연결되는 결합단자부로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부하우징은 일측면에 형성되어 상기 전지모듈 일측면을 감싸는 제1 측면하우징 및 상기 제1 측면하우징의 반대편 타측면에 형성되어 상기 전지모듈 타측면을 감싸는 제2 측면하우징으로 형성되고, 상기 제1 측면하우징 및 상기 제2 측면하우징 내측에는 상기 전지모듈의 결합 얼라인을 위한 적어도 하나 이상의 가이드홈이 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부하우징의 상부를 커버하도록 결합되는 상부하우징을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 제조방법은, 제1 프레임부를 준비하는 단계, 상기 제1 프레임상에 제1 전지셀을 안착하는 단계, 상기 제1 전지셀상의 전극단자와 상기 수용된 제1 전지셀의 상기 전극단자가 내부연결버스바의 일측방향에 전기적으로 접속되도록, 상기 내부연결버스바가 결합된 단자결합부를 포함한 셀지지체를 결합하는 단계, 상기 내부연결버스바의 타측방향으로 전극단자가 전기적으로 접속되도록 제2 전지셀을 안착하는 단계, 상기 제2 전지셀 상에 결합되고, 상기 제1 프레임부와 대응되도록 결합되는 제2 프레임부를 결합하는 단계 및 상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부 외측둘레를 따라 레이저용접하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제1 전지셀이 적층되는 단계 이후에, 상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀 사이에 형성되도록 냉각조립체가 적층되는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 냉각조립체는 상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀의 전지몸체에 대응되는 냉각몸체 및 상기 냉각몸체의 테두리를 따라 냉각유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부 외측둘레를 레이저용접하는 단계에서, 상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부는 반투명재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 제조방법은, 단위전지모듈을 준비하는 단계, 상기 단위전지모듈을 상기 단위전지모듈의 측면방향으로 복수개를 순차적으로 적층하는 단계, 상기 복수개의 단위전지모듈의 각 내부연결버스바를 내부버스바를 통해 전기적 연결을 수행하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 내부버스바를 통해 전기적 연결을 수행하는 단계에서, 상기 내부버스바는 상기 복수개의 단위전지모듈상에 결합되는 센싱회로기판에 일체로 결합되는 결합단자부로 형성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 전지팩의 제조방법은, 복수개의 단위전지모듈을 포함한 전지모듈을 하부하우징에 삽입하는 단계, 상기 삽입된 전지모듈의 상부면을 감싸도록 상기 하부하우징 반대측 상부방향에서 상부하우징을 결합하는 단계, 상기 전지모듈의 양측면 방향 최외측에 각각 형성된 단위전지모듈의 각 외측면에 금속커버부재를 결합하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 복수개의 단위전지모듈을 하부하우징에 삽입하는 단계에서, 상기 하부하우징은 일측면에 형성되어 상기 전지모듈 일측면을 감싸는 제1 측면하우징 및 상기 제1 측면하우징의 반대편 타측면에 형성되어 상기 전지모듈 타측면을 감싸는 제2 측면하우징으로 형성되고, 상기 제1 측면하우징 및 상기 제2 측면하우징 내측에는 상기 전지모듈의 결합 얼라인을 위한 적어도 하나 이상의 가이드홈이 각각 형성되고, 상기 단위전지모듈의 양측면이 상기 가이드홈에 삽입될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 단위전지모듈의 전기적 연결을 위한 내부연결버스바와 결합되는 셀지지체의 단자결합부상에 돌출부를 형성함으로써, 내부연결버스바와 단자결합부의 용접결합의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 단위전지모듈의 전기적연결을 위한 내부연결버스바를 양측방향이 하부방향으로 절곡된 형상으로 형성함으로써, 내부연결버스바 간의 전기적 연결을 위한 내부버스바 및 전지셀의 전극단자와의 결합부위의 중첩을 최소화하여 전기적 연결의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 단위전지모듈 내부에 수용된 전지셀을 양측방향의 외측면에서 고정 지지하는 프레임부를 구비함으로써, 단위전지모듈의 기계적 강성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 단위전지모듈에 형성된 내부연결버스바를 통해 복수개의 단위전지모듈을 전기적으로 연결하고, 양측 방향의 최외측에 형성된 각 단위전지모듈 상에 내부연결버스바 및 모듈터미널을 각각 구비함으로써 공용화된 단위전지모듈을 통해 전지모듈을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 단위전지모듈을 공용화하여 전지모듈을 구현함으로써, 다양한 스펙의 전지모듈을 보다 용이하고 정확하게 구현할 수 있어 전지모듈의 전기적인 연결의 신뢰성을 통한 전기적 안정성 및 조립시의 결합력을 향상시켜 기계적인 강성을 동시에 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전지모듈이 수용되는 하부하우징상에 각 단위전지모듈의 측면부를 안내하는 가이드홈을 구비함으로서 전지모듈이 결합된 전지팩의 전기적인 안정성과 더불어 조립의 신뢰성 및 작동성능을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지셀의 사시도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 분해 사시도;
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀지지체이 분해 사시도
더 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 단면도;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 분리 사시도;
도 7 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 제조방법의 공정도; 및
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈을 이용한 전지팩의 제조방법의 공정을 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지셀의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 분해 사시도, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀지지체이 분해 사시도, 더 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 분리 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈은, 전지몸체(11)와 전지몸체(11)로부터 돌출연장된 한 쌍의 전극단자(12)를 포함하는 전지셀(10), 양측방향으로 적어도 하나 이상의 전지셀(10)이 수용되며, 상기 수용된 전지셀(10)의 상기 전극단자(12)가 전기적으로 결합되는 내부연결버스바(30)가 결합되는 단자결합부(21a)가 형성된 셀지지체(21) 및 상기 수용된 전지셀(10)의 양측방향으로 결합되어 지지하는 한 쌍의 프레임부(23)를 포함하고, 상기 셀지지체(21)의 단자결합부(21a)는 상기 내부연결버스바(30)와의 결합시에 회피공간(s)을 형성하기 위한 돌기부(21b)가 적어도 하나 이상 돌출되어 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 전지셀(10)은 충방전이 가능한 이차전지로서 리튬이차전지 또는 니켈-수소 이차전지를 사용할 수 있으나, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 충방전이 가능한 이차전지라면 당업자에 다양한 종류의 이차전지를 선택 적용할 수 있음은 자명하다. 전지셀(10)은 적어도 하나 이상이 적층되어 단위전지모듈을 이루는 것으로, 단위전지모듈이 적층되어 형성되는 전지모듈(40)의 콤팩트화를 이루기 위해 얇은 두께와 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트시트의 케이스에 전극조립체가 내장되고, 전극단자(12)를 이루는 제1 탭부(12a)와 제2 탭부(12b)가 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있으며, 특히, 알루미늄 라이네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장된 구조로 형성될 수 있다.

여기서, 전극조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하여 형성되며, 양극과 음극이 적층되는 사이에 분리막이 형성된다. 양극, 음극 및 분리막을 결합하는 방법에 따라, 젤리-롤(Jelly-roll)로 권취된 타입(Winding type)이거나, 스택형/ 스택폴딩형 등으로 형성될 수 있다. 이하 자세한 설명은 종래의 공지 기술에 해당하므로 여기서는 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전지셀(10)은 전극조립체를 포함하는 전지몸체(11)와 전지몸체(11)로부터 돌출 연장되어 형성된 전극단자(12)인 제1 탭부(12a)와 제2 탭부(12b)로 형성될 수 있다. 도시된 도면은, 전지몸체(11)로부터 동일한 측면에 제1 탭부(12a)와 제2 탭부(12b)가 형성된 것을 도시하였으나, 전지몸체(11)의 일단 및 타단에 각각 제1 탭부(12a)와 제2 탭부(12b)가 형성될 수 있으며, 이러한 전극단자(12)의 배치 구조 및 종류는 특별한 구조에 한정되는 것은 아니다.

단위전지모듈은, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀지지체(21), 셀지지체(21)에 양측 방향으로 결합되는 전지셀(10)과 전지셀(10)의 외측 양 방향에서 전지셀(10)을 수용 및 고정하기 위한 프레임부(23)로 구성된다.

이하에서는, 단위전지모듈의 각 구성에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 셀지지체(21)는 전지셀(10)의 전극단자(12)와 전기적으로 결합될 수 있는 내부연결버스바(30)가 결합되는 단자결합부(21a)가 셀프레임(21c)에 상호 이격되어 한 쌍으로 형성된다. 단자결합부(21a)는, 도시된 도면과 같이, 전지셀(10)로부터 돌출된 한 쌍의 전극단자(12)와 각각 결합될 수 있도록 대응되는 위치에 상호 이격되어 셀프레임(21c)상에 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 전극단자(12)의 일측방향으로 한 쌍의 전극단자(12)가 돌출된 예를 설명하지만, 이외에도 전지셀(10)의 전극단자(12)의 위치는 구조적으로 변경될 수 있으며, 이에 따라 셀지지체(21)의 구조도 대응되도록 설계변경될 수 있음은 물론이다.

도 3은 셀지지체(21)에 각 단자결합부(21a)에 내부연결버스바(30)가 결합되는 모습을 나타낸 분해사시도이다. 상술한 바와 같이 전지셀(10)의 전지몸체(11)로부터 돌출 연장되어 형성된 전극단자(12)인 제1 탭부(12a)와 제2 탭부(12b)에 각각 내부연결버스바(30)를 결합하기 위해 대응되는 위치에 단자결합부(21a)가 형성된다. 도시된 도면에서와 같이, 한 쌍의 단자결합부(21a)가 상호 이격, 절연되어 각각 내부연결버스바(30)와 결합된다. 본 발명의 일실시예에 따른 내부연결버스바(30)는 제1 내부연결버스바(31)와 제2 내부연결버스바(32)를 포함한다. 제1 내부연결버스바(31)는 역 "U"자 형인 "∩" 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 내부연결버스바(30)는 상단면으로부터 양측방향으로 연장되어 양측단부에서 각각 하부방향으로 절곡되어 형성되는 것이다. 이 때, 양측의 하방으로 절곡된 각 외측면상에 전극단자(12)의 제1 탭부(12a) 또는 제2 탭부(12b)중 어느 하나가 전기적으로 용접결합될 수 있다. 여기서 도시한 역 "U"자 형인 "∩" 형태는 하나의 구체적인 실시예로서, 전극단자가 각각 전기적 접속될 수 있도록 양측면으로 형성되는 어떠한 다른 구체적인 형태로 설계변경될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.

제2 내부연결버스바(32)는 버스바몸체(32a)와 버스바몸체(32a)의 양측면에 전극단자(12)와 전기적 용접결합될 수 있도록 단자부(32b)를 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내부연결버스바(31)의 양측방향으로 절곡된 외측면에 대응되도록 버스바몸체(32a)의 양측면에 단자부(32b)가 형성된다. 단자부(32b)는 전기적인 연결을 위해 전도성의 금속재질로 형성되고, 버스바몸체(32a)는 절연재질로 형성되며, 그 형성방법은 사출 등의 다양한 방법으로 제작될 수 있다.

제1 내부연결버스바(31)와 제2 내부연결버스바(32)는 임의적으로 지칭한 것이고, 도면상의 도시된 일실시예의 상호 위치가 변경될 수 있음은 물론이다.

도 4는 내부연결버스바(30) 및 모듈터미널(40)이 함께 형성된 셀지지체(21)를 도시한 도면이다. 모듈터미널(40)은 단위전지모듈을 복수개 적층하여 하나의 전지모듈을 형성할 때, 전지모듈과 외부 디바이스와의 전기적 연결을 위해 형성된다. 즉, 하나의 전지모듈이 형성되는 경우, 각 단위전지모듈의 내부연결버스바(30)간에 내부버스바를 통해 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결시키고, 최외측에 모듈터미널(40)을 각각 배치함으로써 이를 통해 외부 전원 및 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 셀지지체(21)의 단자결합부(21a)상에는 돌기부(21b)가 적어도 하나 이상 돌출되어 형성될 수 있다. 단자결합부(21a)상에 내부연결버스바(30)를 결합하는 경우에, 일반적인 용접결합하는 경우 용접시 발생되는 열에 의해 단자결합부(21a)를 포함한 셀지지체(21)의 파손이나 결합시의 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 돌기부(21b)와 내부연결버스바(30)를 결합시킬때, 회피공간을 형성하여 단자결합부(21a)와 내부연결버스바(30)의 용접결합(P부분)시에 단자결합부(21a)를 포함한 셀지지체(21)가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

프레임부(23)는 도 2에 도시된 바와 같이, 셀지지체(21)상에 전지셀(10)이 전기적으로 결합되고, 전지셀(10)의 양측면을 마주보는 방향으로 각각 제1 프레임부(23a)와 제2 프레임부(23b)를 통해 고정 지지할 수 있다. 제1 프레임부(23a)와 제2 프레임부(23b)는 후술하는 바와 같이, 제조방법상에서 레이저용접으로 결합될 수 있어, 반투명의 절연재질로 형성될 수 있다. 제1 프레임부(23a)와 제2 프레임부(23b)의 외측둘레상에는 단위전지모듈간의 이격공간을 확보하기 위한 프레임돌기부(21b)를 형성할 수 있다. 단위전지모듈간의 이격공간을 둠으로써, 공기에 의한 냉각효과를 볼 수 있으며, 단위전지모듈간에 발생될 수 있는 전기적인 신뢰성 문제의 발생도 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다. 여기서, 프레임돌기부는 프레임부(23)외측둘레를 따라 연속적 또는 단속적으로 형성될 수 있다.

도 6은 복수개의 단위전지모듈을 전기적으로 결합하여 전지모듈을 이루는 모식도를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈은, 적어도 둘 이상의 단위전지모듈이 측면방향으로 순차적으로 적층 결합되고, 상기 순차적으로 적층되는 각 단위전지모듈 사이에 각각의 내부연결버스바(30)가 내부버스바를 통해 전기적으로 연결되도록 형성되며, 상기 단위전지모듈 일측면 방향의 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바(30) 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제1 모듈터미널(41)을 포함하는 제1 단위전지모듈(1a) 및 상기 단위전지모듈 타측면 방향 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바(30) 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제2 모듈터미널(42)을 포함하는 제2 단위전지모듈(1b)을 포함한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부연결버스바(30)들간의 전기적 연결을 위한 내부버스바를 형성하고, 양측 최외측에는 제1 모듈터미널(41)과 제2 모듈터미널(42)을 통해 외부 전원이나 외부 디바이스와의 전기적 연결이 가능하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 센싱회로기판(50)상에 결합된 결합단자부(51)를 통해 내부버스바를 형성할 수 있다.

이하, 단위전지모듈 및 이를 포함한 전지모듈과 전지팩의 제조방법에서 전지팩의 구조도 함께 후술한다.

도 7 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 제조방밥의 공정을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈의 제조방법은, 제1 프레임부(23a)를 준비하는 단계, 상기 제1 프레임상에 제1 전지셀(10a)을 안착하는 단계, 상기 제1 전지셀(10a)상의 전극단자(12)와 상기 수용된 제1 전지셀(10a)의 상기 전극단자(12)가 내부연결버스바(30)의 일측방향에 전기적으로 접속되도록, 상기 내부연결버스바(30)가 결합된 단자결합부(21a)를 포함한 셀지지체(21)를 결합하는 단계, 상기 내부연결버스바(30)의 타측방향으로 전극단자(12)가 전기적으로 접속되도록 제2 전지셀(10b)을 안착하는 단계, 상기 제2 전지셀(10b) 상에 결합되고, 상기 제1 프레임부(23a)와 대응되도록 결합되는 제2 프레임부(23b)를 결합하는 단계; 및 상기 제1 프레임부(23a) 및 상기 제2 프레임부(23b) 외측둘레를 따라 레이저용접하는 단계를 포함한다.

이하, 상세한 설명은 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 프레임부(23a)를 준비한다. 제1 프레임부(23a)는 상술한 바와 같이, 후술하는 제2 프레임부(23b)와의 레이저용접결합을 위해 반투명 재질로 형성될 수 있다.

다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 전지셀(10a)을 내부에 안착되도록 삽입한다.

다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 전지셀(10a)에 형성된 한 쌍의 전극단자(12)와 내부연결버스바(30)가 전기적인 접속을 할 수 있도록, 단자결합부(21a)상에 내부연결버스바(30)가 결합된 셀지지체(21)를 제1 전지셀(10a)에 결합한다.

다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 냉각조립체(80)를 삽입한다. 냉각조립체(80)의 삽입은 반드시 단위전지모듈의 제조방법상에 필수단계는 아니며, 경우에 따라 적절히 생략될 수 있다. 냉각조립체(80)는 전지셀(10)에 접하는 냉각몸체(81)와 냉각몸체(81) 둘레를 따라 형성된 냉각유로(82)를 포함한다. 전지셀(10)에 직접 밀착되어 전지셀(10)로부터 발생되는 열을 외측으로 전달하고, 냉각몸체(81) 외측둘레에 형성된 냉각유로(82)에 유동하는 냉각수나 냉매 등을 통해 전지셀(10)의 열을 냉각할 수 있다. 여기서, 냉각조립체(80)는 공랭식 모듈을 위한 에어 채널(air channel)을 형성하는 스페이서(spacer)가 삽입될 수 있으며, 수냉식의경우 냉각몸체(81)내부에 쿨링채널(cooling channel)이 형성되어 있는 쿨링핀(cooling pin)이 삽입될 수도 있는 것으로, 적용되는 디바이스에 적합하도록 다양한 냉각방식의 냉각조립체를 삽입할 수 있음은 물론이다.

다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 전지셀(10a)에 직접 제2 전지셀(10b)을 삽입하거나, 상술한 냉각조립체(80)상에 제2 전지셀(10b)이 삽입될 수 있다. 제2 전지셀(10b)은 제1 전지셀(10a)과 같이, 셀지지체(21)의 내부연결버스바(30)의 일측면에 전극단자(12)가 전기적 접속될 수 있도록 결합된다

다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 프레임부(23b)를 결합하여, 내부에 수용된 제1 전지셀(10a)과 제2 전지셀(10b)을 지지 및 고정시킨다. 제2 프레임부(23b)는 제1 프레임부(23a)와 마주보는 위치에 정합하여 결합된다.

다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 프레임부(23a)와 제2 프레임부(23b)의 외측둘레부를 레이저용접을 통해 결합한다. 레이저용접을 사용함으로써, 물리적인 결합구조를 통해 발생될 수 있는 부재의 손상이나 파손, 결합의 신뢰성 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 공정상의 리드타임(lead time)을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있음은 물론이다 .

도 14 내지 도 17은 단위전지모듈을 통해 전지모듈을 구성하여 최종적으로 전지팩을 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 14는, 하부하우징(70)에 단위전지모듈을 순차적으로 적층결합시킨 전지모듈을 결합한다. 여기서, 전지모듈의 제조방법은 상기에서 제조된 단위전지모듈을 준비하는 단계, 상기 단위전지모듈을 상기 단위전지모듈의 측면방향으로 복수개를 순차적으로 적층하는 단계 및 상기 복수개의 단위전지모듈의 각 내부연결버스바를 내부버스바를 통해 전기적 연결을 수행하는 단계;를 포함한다. 즉, 복수개의 단위전지모듈을 적층시켜 하나의 전지모듈을 형성할 수 있다. 전지모듈의 각 단위전지모듈간에는 상술한 바와 같이 단위전지모듈의 내부연결버스바 상호간에 내부버스바를 전기적으로 연결시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 내부버스바는 복수개의 단위전지모듈상에 결합되는 센싱회로기판에 일체로 결합되는 결합단자부로 형성할 수 있음은 상술한 바와 같다.

이때, 하부하우징(70)은 일측면에 형성되어 전지모듈 일측면을 감싸는 제1 측면하우징(71) 및 제1 측면하우징(71)의 반대편 타측면에 형성되어 전지모듈 타측면을 감싸는 제2 측면하우징(72)으로 형성되고, 제1 측면하우징(71) 및 제2 측면하우징(72) 내측에는 전지모듈의 결합 얼라인을 위한 적어도 하나 이상의 가이드홈(73)이 각각 형성되고, 단위전지모듈의 양측면이 상기 가이드홈(73)에 일치되도록 삽입된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 하부하우징(70)에 결합되는 전지모듈은 외부 전원이나 디바이스에 전기적 연결이 가능하도록, 최외측 단위전지모듈상에 각각 하나의 제1 모듈터미널(41)과 제2 모듈터미널(42)이 구비된다.

다음, 도 15에 도시된 바와 같이, 전지모듈의 단위전지모듈간의 전기적인 직렬 또는 병렬의 연결을 위한 내부버스바가 결합된다. 이대, 센싱회로기판(50)을 결합하는 단계에서, 센싱회로기판(50)상에 양측방향으로 돌출된 결합단자부(51)를 통해 내부버스바를 구현할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 센싱회로기판(50)의 양측면에 내부연결버스바(30)에 각각 전기적으로 결합되는 위치상에 결합단자부(51)가 대응되는 개수로 결합된다.

다음, 도 16에 도시된 바와 같이, 삽입된 전지모듈의 상부면을 커버하기 위해 상부하우징(60)이 결합된다. 상부하우징(60)은 상술한 하부하우징(70)의 반대측면상에서 결합된다. 상부하우징(60)도, 도시된 바와 같이, 하부하우징(70)과 같이 양 측면하우징상에 동일한 가이드홈(73)을 구비하여 상측방향에서 단위전지모듈 각각이 결합되어 결합방향을 안내할 수 있다.

다음, 최종적으로 전지모듈의 양 측면을 한 쌍의 금속커버부재(90)로 결합한다 그렇게 함으로써, 최종적인 전지팩을 구성할 수 있다.

각 구성에 대한 자세한 설명은 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 단위전지모듈에서 상술하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.

이상 본 발명의 일실시예를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명의 일실시예를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예에 포함된 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 일실시예에 대한 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 일실시예의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 일실시예의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 단위전지모듈 1a: 제1 단위전지모듈
1b: 제2 단위전지모듈 10: 전지셀
10a: 제1 전지셀 10b: 제2 전지셀
11: 전지몸체 12: 전극단자
12a: 제1 탭부 12b: 제2 탭부
21: 셀지지체 21a: 단자결합부
21b: 돌기부 21c: 셀프레임
23: 프레임부 23a: 제1 프레임부
23b: 제2 프레임부 30: 내부연결버스바
31: 제1 내부연결버스바 32: 제2 내부연결버스바
32a: 버스바몸체 32b: 단자부
40: 모듈터미널 41: 제1 모듈터미널
42: 제2 모듈터미널 50: 센싱회로기판
51: 결합단자부 60: 상부하우징
70: 하부하우징 71: 제1 측면하우징
72: 제2 측면하우징 73: 가이드홈
80: 냉각조립체 81: 냉각몸체
82: 냉각유로 90: 금속커버부재

Claims (20)

1. 전지몸체와 전지몸체로부터 돌출연장된 한 쌍의 전극단자를 포함하는 전지셀;
   양측방향으로 적어도 하나 이상의 전지셀이 수용되며, 상기 수용된 전지셀의 상기 전극단자가 전기적으로 결합되는 내부연결버스바가 결합되는 단자결합부가 형성된 셀지지체; 및
   상기 수용된 전지셀의 양측방향으로 결합되어 지지하는 한 쌍의 프레임부를 포함하고,
   상기 셀지지체의 단자결합부는 상기 내부연결버스바와의 결합시에 회피공간을 형성하기 위한 돌기부가 적어도 하나 이상 돌출되어 형성된 단위전지모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단자결합부에 결합되는 내부연결버스바는 상기 내부연결버스바는 상기 단자결합부의 결합방향의 상단면에서 양측면으로 연장되어 양측이 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 내부연결버스바의 양측에서 절곡된 외측방향의 일측면과 타측면은 상기 전지셀의 전극단자와 각각 전기적으로 접합되도록 형성된 단위전지모듈.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임부 외측면에는 인접하는 단위전지모듈과의 이격공간을 형성하기 위해 외측방향으로 돌출된 프레임돌기부가 더 형성되는 단위전지모듈.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 프레임돌기부는 상기 프레임돌기부 외측 둘레를 따라 연속적으로 형성된 단위전지모듈.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 프레임돌기부는 상기 프레임돌기부 외측 둘레를 따라 단속적으로 형성된 단위전지모듈.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부연결버스바는 상기 하나의 셀지지체에 서로 이격되어 형성되고,
   상기 단자결합부의 결합방향의 상단면에서 양측면으로 연장되어 양측이 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 내부연결버스바의 양측에서 절곡된 외측방향의 일측면과 타측면은 상기 전지셀의 전극단자와 각각 전기적으로 접합되도록 형성된 제1 내부연결버스바 및
   상기 제1 내부연결버스바에 이격되어 형성되고, 버스바몸체 및
   상기 버스바몸체의 상기 전지셀이 수용되는 양측면방향으로 연장되어 형성된 단자부를 포함하는 제2 내부연결버스바를 포함하는 단위전지모듈.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2 내부연결버스바는
   상기 버스바몸체는 절연재질로 형성되고, 상기 단자부는 전도성의 금속재질로 형성된 단위전지모듈.
8. 청구항 1에 의한 적어도 둘 이상의 단위전지모듈이 측면방향으로 순차적으로 적층 결합되고, 상기 순차적으로 적층되는 각 단위전지모듈 사이에 각각의 내부연결버스바가 내부버스바를 통해 전기적으로 연결되도록 형성되며,
   상기 단위전지모듈 일측면 방향의 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제1 모듈터미널을 포함하는 제1 단위전지모듈 및
   상기 단위전지모듈 타측면 방향 최외측에 적층되어 형성되고, 한 쌍의 내부연결버스바 중 어느 하나는 상기 내부버스바에 전기적 연결되며, 다른 하나는 외부전원과 전기적 연결되는 제2 모듈터미널을 포함하는 제2 단위전지모듈을 포함하는 전지모듈.
9. 청구항 8에 의한 상기 전지모듈을 수용하는 하부하우징; 및
   상기 전지모듈 양측 최외측면에 결합되도록 일측면의 제1 금속커버부재와 타측면의 제2 금속커버부재를 포함하는 금속커버부재를 포함하는 전지팩.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내부연결버스바는
    상기 단위전지모듈상에 이격되어 제1 내부연결버스바 및 제2 내부연결버스바로 형성되고,
    상기 내부버스바는
    상기 전지모듈 상단부에 결합되는 센싱회로기판에 결합되고, 양측방향으로 제1 내부연결버스바 및 제2 내부연결버스바에 각각 연결되는 결합단자부로 형성된 전지팩.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부하우징은
    일측면에 형성되어 상기 전지모듈 일측면을 감싸는 제1 측면하우징 및
    상기 제1 측면하우징의 반대편 타측면에 형성되어 상기 전지모듈 타측면을 감싸는 제2 측면하우징으로 형성되고,
    상기 제1 측면하우징 및 상기 제2 측면하우징 내측에는 상기 전지모듈의 결합 얼라인을 위한 적어도 하나 이상의 가이드홈이 각각 형성된 전지팩.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부하우징의 상부를 커버하도록 결합되는 상부하우징을 더 포함하는 전지팩.
13. 제1 프레임부를 준비하는 단계;
    상기 제1 프레임상에 제1 전지셀을 안착하는 단계;
    상기 제1 전지셀상의 전극단자와
    상기 수용된 제1 전지셀의 상기 전극단자가 내부연결버스바의 일측방향에 전기적으로 접속되도록, 상기 내부연결버스바가 결합된 단자결합부를 포함한 셀지지체를 결합하는 단계;
    상기 내부연결버스바의 타측방향으로 전극단자가 전기적으로 접속되도록 제2 전지셀을 안착하는 단계;
    상기 제2 전지셀 상에 결합되고, 상기 제1 프레임부와 대응되도록 결합되는 제2 프레임부를 결합하는 단계; 및
    상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부 외측둘레를 따라 레이저용접하는 단계를 포함하는 단위전지모듈의 제조방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 전지셀이 적층되는 단계 이후에,
    상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀 사이에 형성되도록 냉각조립체가 적층되는 단계를 더 포함하는 단위전지모듈의 제조방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 냉각조립체는 상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀의 전지몸체에 대응되는 냉각몸체 및
    상기 냉각몸체의 테두리를 따라 냉각유로가 형성된 단위전지모듈의 제조방법.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부 외측둘레를 레이저용접하는 단계에서,
    상기 제1 프레임부 및 상기 제2 프레임부는 반투명재질로 형성된 단위전지모듈의 제조방법.
17. 청구항 13에 의해 제조된 단위전지모듈을 준비하는 단계;
    상기 단위전지모듈을 상기 단위전지모듈의 측면방향으로 복수개를 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 복수개의 단위전지모듈의 각 내부연결버스바를 내부버스바를 통해 전기적 연결을 수행하는 단계;를 포함하는 전지모듈의 제조방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 내부버스바를 통해 전기적 연결을 수행하는 단계에서,
    상기 내부버스바는 상기 복수개의 단위전지모듈상에 결합되는 센싱회로기판에 일체로 결합되는 결합단자부인 전지모듈의 제조방법.
19. 복수개의 단위전지모듈을 포함한 전지모듈을 하부하우징에 삽입하는 단계;
    상기 삽입된 전지모듈의 상부면을 감싸도록 상기 하부하우징 반대측 상부방향에서 상부하우징을 결합하는 단계;
    상기 전지모듈의 양측면 방향 최외측에 각각 형성된 단위전지모듈의 각 외측면에 금속커버부재를 결합하는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법.
20. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수개의 단위전지모듈을 하부하우징에 삽입하는 단계에서,
    상기 하부하우징은
    일측면에 형성되어 상기 전지모듈 일측면을 감싸는 제1 측면하우징 및
    상기 제1 측면하우징의 반대편 타측면에 형성되어 상기 전지모듈 타측면을 감싸는 제2 측면하우징으로 형성되고,
    상기 제1 측면하우징 및 상기 제2 측면하우징 내측에는 상기 전지모듈의 결합 얼라인을 위한 적어도 하나 이상의 가이드홈이 각각 형성되고,
    상기 단위전지모듈의 양측면이 상기 가이드홈에 삽입되는 전지팩의 제조방법.

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