KR20160052018A - 외부 입출력 단자 및 버스 바의 장착 수단을 포함하는 전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈로서, 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 일측면이 하부 방향을 향하도록 세워진 상태로 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 상부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 일부, 및 대향측인 후방부의 일부를 감싸고 있는 상부 모듈 케이스; 상기 상부 모듈 케이스와 결합되며, 상부 모듈 케이스에 대응하여, 전지셀 적층체의 하부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 나머지 부위, 및 대향측인 후방부의 나머지 부위를 감싸는 구조의 하부 모듈 케이스; 상기 전지셀 적층체의 상부 방향인 제 1 방향을 향하여 외부로 노출되는 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고 있고 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전극 단자에 접속되어 있는 제 1 버스 바(bus-bar) 및 제 2 버스 바; 및 외부와의 전기적 연결을 위한 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자;를 포함하고 있고,
상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.
상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 외부 입출력 단자 및 버스 바의 장착 수단을 포함하는 전지모듈 에 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, 복수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
이러한 중대형 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.
또한, 이러한 중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 복수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
따라서, 복수의 전지셀들을 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 복수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 내지 디바이스의 공간상의 한계 측면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 차량 등과 같이 한정된 내부공간에 효율적으로 장착되기 위해서는 더욱 콤팩트한 구조의 중대형 전지모듈이 요구된다.
한편, 종래기술의 전지모듈은 병렬 또는 직렬로 전기적 연결을 이루고 있는 복수의 전지셀들을 포함하고 있었다. 또한, 복수의 전지모듈을 전기적으로 연결하여 전지팩을 구성하였다.
그러나, 종래기술에서는 전지모듈의 에너지 밀도를 높이기 위해 제한된 공간에서 공간 효율성을 높이기 위해 여러가지 디자인의 적용을 시도하고 있지만, 실질적으로 전지셀 수납 공간을 제외한 전지모듈의 대부분의 공간이 기계적 체결, 전기 배선, 및 전압 센싱 배선 등을 위해 사용되고 있어, 에너지 밀도를 높이는 데는 많은 한계가 있었다.
또한, 종래기술의 전지모듈은 일반적으로 모듈 케이스 외측에 외부 입출력 단자가 형성되어 있었고, 이러한 외부 입출력 단자는 외부 장치와의 전기적 접속을 용이하게 하기 위해 외부로 돌출된 구조로 형성되었다. 그러나, 이러한 구조는 버스 바를 장착하였을 때, 외부 방향으로 크기가 늘어나는 단점이 있으며, 또한 버스 바 및 외부 입출력 단자의 연결부위를 보호하는 커버를 추가할 경우 크기가 더욱 늘어나 전지모듈의 전체 크기가 커지는 문제가 있었다.
따라서, 상기 종래기술의 문제들을 해결하면서 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하며, 배치와 조립 구성을 간소화 하여 버스 바 및 외부 입출력 단자의 장착되는 공간 효율성을 높일 수 있는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 하부 모듈 케이스의 전방부에 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부를 형성시킬 경우, 전지모듈의 크기를 최소화하고 배치와 조립 구성을 간소화 하여 버스 바 및 외부 입출력 단자의 장착되는 공간 효율성을 높일 수 있으며, 부품의 개수를 줄여 조립성을 향상시키고 제조비용이 감소되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
복수의 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈로서,
직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 일측면이 하부 방향을 향하도록 세워진 상태로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체의 상부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 일부, 및 대향측인 후방부의 일부를 감싸고 있는 상부 모듈 케이스;
상기 상부 모듈 케이스와 결합되며, 상부 모듈 케이스에 대응하여, 전지셀 적층체의 하부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 나머지 부위, 및 대향측인 후방부의 나머지 부위를 감싸는 구조의 하부 모듈 케이스;
상기 전지셀 적층체의 상부 방향인 제 1 방향을 향하여 외부로 노출되는 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고 있고 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전극 단자에 접속되어 있는 제 1 버스 바(bus-bar) 및 제 2 버스 바; 및
외부와의 전기적 연결을 위한 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자;
를 포함하고 있고,
상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 종래의 전지모듈은, 전지모듈의 전극단자와 접속되는 버스 바와 외부와의 연결을 위한 외부 입출력 단자를 정위치 고정하기 위한 지지 플레이트, 또는 상기 버스 바와 외부 입출력 단자가 연결되어 있는 구조를 보호하기 위한 커버 등을 추가로 구성할 필요가 있었다. 그러나, 이러한 구성들을 추가하였을 경우 전지모듈의 전체 크기가 커져 콤팩트한 구조를 형성이 어렵고 조립이 더욱 복잡해져 제조비용이 크게 상승하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 상기 하부 모듈 케이스의 전방부에, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부를 형성시킴으로써, 지지 플레이트 또는 커버 등의 부품을 생략할 수 있어 조립시간이 단축되고 제조비용이 감소되며, 버스 바가 위치한 부위의 크기를 최소화하여 보다 콤팩트한 구조의 전지모듈을 제공할 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 전극단자들(양극단자 및 음극단자)이 외주면의 일측에 형성되어 있거나, 또는 외주면의 일측 및 대향측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀일 수 있고, 이러한 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
또한, 상기 버스 바는 전지셀 적층체의 최외곽 전극단자에 연결되며, 양극을 구성하는 전극단자, 및 음극을 구성하는 전극단자와 접속되도록 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 외부 입출력 단자는 육면체 형상의 본체로부터 원기둥 형상의 단자부가 상향 연장되어 있는 볼트형 구조로 이루어질 수 있으나, 이러한 형상만으로 한정되는 것은 아니고 육각 볼트형, 둥근 머리 볼트형, 접시머리 볼트형, 무두 볼트형 등으로 다양할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부 각각의 상단부들에는 외부 입출력 단자를 측면으로부터 수용하는 삽입홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상세하게는, 상기 삽입홈의 내면에는 외부 입출력 단자의 삽입 방향을 유도하고 삽입된 상태에서 유동을 방지하는 가이드 레일(guide rails) 구조가 형성될 수 있고, 상기 외부 입출력 단자의 본체의 밑면에는 외부 입출력 단자의 측면 삽입을 위해 상기 가이드 레일에 대응하는 그루브(groove)가 형성될 수 있으며, 또한, 상기 삽입홈의 상단부에는 외부 입출력 단자의 단자부가 일측 방향으로 도입되고 삽입홈의 외부로 돌출될 수 있도록 일측이 개방되어 있는 개구가 형성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은, 앞서 언급한 전지모듈의 외부 입출력 단자를 위한 장착 구조들로 인해, 외부 입출력 단자가 일방향 이동으로 하부 모듈 케이스의 삽입홈에 손쉽게 결합할 수 있고, 상기 가이드 레일 구조와 그루브가 서로 정밀하게 맞물려 외부 입출력 단자의 유동을 방지함으로써, 전기적 연결의 신뢰성을 높이고 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 종래의 전지모듈이 구비하였던 외부 입출력 단자를 정위치에 고정하기 위한 지지 플레이트, 또는 버스 바 및 외부 입출력 단자를 보호하기 위한 커버 구성 등을 생략하기 위해, 상단부에 삽입홈을 형성시킨 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부를 하부 모듈 케이스에 형성시킴으로써, 안전성이 우수하고 전지모듈의 크기를 최소화할 수 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 버스 바의 일부는 전지셀 적층체의 최외곽 전극단자에 용접에 의해 접속될 수 있고, 구체적으로, 상기 제 1 버스 바의 일부가 최외각 전지셀의 양극 단자의 일면에 접합하여 전기적 접속을 이루고, 상기 제 2 버스 바는 나머지 최외각 전지셀의 음극 단자의 일면에 접합하여 전기적 접속을 이룰 수 있으며, 용접 방식 외에도 볼트, 리벳 등을 이용한 기계적 접속 방식이 사용될 수 있다.
또한, 상기 버스 바들의 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부는 전지셀의 적층 방향에 평행하면서 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 절곡된 구조일 수 있다. 즉, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 절곡된 구조는, 제 1 단부 및 제 2 단부가 제 1 방향으로 노출될 때, 제 1 단부 및 제 2 단부가 평면상으로 노출되는 구조임을 의미한다.
또한, 상기 제 1 단부 및 제 2 단부에는 전기적 및 기계적 체결을 위한 관통구가 각각 천공되어 있을 수 있으며, 상기 관통구들은 외부 입출력 단자의 체결을 통해 디바이스 또는 다른 전지모듈과 전기적으로 연결되는 구조일 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바는 제 1 단부 및 제 2 단부의 각각의 관통구들이 외부 입출력 단자의 단자부와 체결되어 각각의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부 상에 장착될 수 있으며, 상기 장착 구조는 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 각각의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부의 상단면 및 상기 상단면으로부터 연장되어 있는 일측면과 접하는 구조로 장착된 것일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는 전지셀 적층체의 최외곽 전극단자에 접속되어 있는 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 삽입되는 제 1 슬릿(slit) 및 제 2 슬릿이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿은 하부 모듈 케이스의 전방부 최외각면과 돌출부들 사이에 형성되고 양극 버스 바 및 음극 버스 바가 각각 삽입되어 고정되는 구조일 수 있다. 이러한 슬릿 구조는 버스 바의 결합을 간편하고 신속하게 이루어질 수 있게 하고, 버스 바가 안정적으로 고정되어 전기적 연결 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 하부 모듈 케이스의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부 사이의 하단 내면에는 제 1 방향으로 체결공이 천공되어 있는 체결부가 형성되어 있을 수 있다. 즉, 상기 체결부는 복수의 전지모듈들을 포함하는 전지팩 또는 디바이스에 상기 전지모듈을 고정하기 위한 수단이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 상부 모듈 케이스는 각각의 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부의 측면 둘레를 감싸는 제 1 중공부 및 제 2 중공부를 포함하고 있고, 상기 제 1 중공부 및 제 2 중공부의 상부에는 버스 바들의 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부를 제 1 방향으로 노출시키기 위한 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 상부 모듈 케이스의 개구부의 외주(外周) 중 적어도 일부에는 외부 입출력 단자를 보호하는 하나 이상의 측벽이 상향 돌출되어 있으며, 상세하게는, 상기 측벽은 상부 모듈 케이스의 개구부의 외주 중에서 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자가 대면하고 있는 일측 및 상기 전지셀의 전극단자가 돌출된 방향인 제 3 방향의 일측에 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 상부 모듈 케이스의 외부 입출력 단자를 보호하는 하나 이상의 측벽이 상향 돌출되어 있어, 외부 입출력 단자의 단락 위험성 및 외부 충격으로 인한 변형을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 하기 모듈 연결용 버스 바를 수용하는 공간을 확보할 수 있는 바, 구조적 안정성이 우수하고 컴팩트한 구조의 전지모듈을 제공하는 효과가 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층체는 전극단자들이 일측 및 대향측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 복수 개로 이루어져 있고, 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 셀 커버;
를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전지모듈은 안전성의 확보를 위하여 전압 센싱부재들과 온도 측정센서를 추가로 포함하는 구조일 수 있다. 상기 전압 센싱부재들 및 온도 측정센서에서 측정된 데이터는 BMS(Battery Management System)로 전송되어 전지모듈이 제어되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈이 둘 이상이 조합되어 구성된 고출력 대용량의 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 전지모듈들이 상하 방향 또는 측면 방향으로 적층 배열되어 있는 구조로 구성될 수 있으며, 또한, 상하 및 측면으로 적층 배열되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, 상기 전지팩의 전지모듈들은 버스 바들이 전방부에 위치하도록 측면방향으로 적층 배열될 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 전지모듈들은 상호 접해 있는 제 1 전지모듈과 제 2 전지모듈을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 버스 바가 장착되어 있는 제 1 전지모듈의 제 1 중공부와 상기 제 2 버스 바의 제 2 전지모듈의 제 2 중공부에, 모듈 연결용 버스 바를 장착하여 전기적 접속을 이룰 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 장착의 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 바이크, 전기 자전거, 및 전력저장장치 중 하나일 수 있으나 이들만으로 한정되지는 않는다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은,
하부 모듈 케이스의 전방부에 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부를 형성시킴으로써, 버스 바 및 외부 입출력 단자의 연결부위를 보호하기 위한 지지 플레이트 또는 커버 등을 추가로 구성할 필요가 없어, 배치와 조립 구성을 간소화 하여 버스 바 및 외부 입출력 단자의 장착되는 공간 효율성을 높일 수 있고, 부품의 개수를 줄여 조립성을 향상시켜 제조비용을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 사시도A, 부분 확대도B, 및 부분 평면도C이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 외부 입출력 단자와 수납부의 체결 구조를 나타내는 부분 사시도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전지셀 적층체가 하부 모듈 케이스에 장착된 구조를 나타낸 사시도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 상부 모듈 케이스의 사시도이다;
도 7 및 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 이용한 전지모듈들의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도들이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 나타낸 평면도 및 사시도들이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 사시도A, 부분 확대도B, 및 부분 평면도C이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 외부 입출력 단자와 수납부의 체결 구조를 나타내는 부분 사시도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전지셀 적층체가 하부 모듈 케이스에 장착된 구조를 나타낸 사시도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 상부 모듈 케이스의 사시도이다;
도 7 및 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 이용한 전지모듈들의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도들이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 나타낸 평면도 및 사시도들이다.
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 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지모듈(100)은 전지셀 적층체(110), 제 1 버스 바(122), 제 2 버스 바(124), 상부 모듈 케이스(130), 하부 모듈 케이스(140), 제 1 외부 입출력 단자(152) 및 제 2 외부 입출력 단자(154)를 포함하고 있다.
이러한 전지셀 적층체(110)는 단위모듈(111) 4개가 직렬로 연결되어 있고 일측면이 하부 방향을 향하도록 세워진 상태로 적층되어 있다.
여기서 단위모듈(111)은 전극단자들(112, 114)이 일측 및 대향측에 형성되어 있는 판상형 전지셀(도시하지 않음) 2 개가 상호 직렬로 연결되어 적층된 구조로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자들(112, 114)이 돌출된 전방 및 후방 일부위를 제외한 외면 전체를 감싸도록 결합되는 고강도 셀 커버(116)가 장착된 구조로 형성되어 있다.
또한, 상부 모듈 케이스(130)는 전지셀 적층체의 상부(114), 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 일부(115), 및 대향측인 후방부의 일부(116)를 감싸는 구조로 형성되어 있다.
그리고, 하부 모듈 케이스(140)는 상부 모듈 케이스(130)와 결합되며, 상부 모듈 케이스(130)에 대응하여, 전지셀 적층체의 하부(117), 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 나머지 부위(118), 및 대향측인 후방부의 나머지 부위(119)를 감싸는 구조로 형성되어 있다.
또한, 하부 모듈 케이스(140)의 전방부에는, 각각의 제 1 버스 바(122) 및 제 2 버스 바(124)를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자(152) 및 제 2 외부 입출력 단자(154)를 수용하여 제 1 버스 바(122) 및 제 2 버스 바(124)에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부(143) 및 제 2 돌기부(144)가 형성되어 있다.
여기서, 제 1 버스 바(122) 및 제 2 버스 바(124)는 전지셀 적층체(110)의 상부 방향인 제 1 방향(y)을 향하여 외부로 노출되는 각각의 제 1 단부(123) 및 제 2 단부(125)를 포함하고 있고, 버스 바들(122, 124)의 각각의 제 1 단부(123) 및 제 2 단부(125)는 전지셀의 적층 방향에 평행하면서 제 1 방향(y)에 수직인 제 2 방향(z)으로 절곡된 구조로 형성되어 있다.
또한, 제 1 단부(123) 및 제 2 단부(125)에는 각각의 외부 입출력 단자들(152, 154)와 전기적 및 기계적 체결을 위한 관통구들(126, 127)이 각각 천공되어 있다.
또한, 제 1 버스 바(122)는 전지셀 적층체(110)의 양극을 구성하는 최외곽 전극 단자(112)에 접속되어 있고, 제 2 버스 바(124)는 전지셀 적층체(110)의 음극을 구성하는 최외곽 전극 단자(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 사시도A, 부분 확대도B, 및 부분 평면도C가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 하부 케이스의 외부 입출력 단자와 수납부의 체결 구조를 나타내는 부분 사시도들이 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 외부 입출력 단자들(152, 154)은 육면체 형상의 본체(153)로부터 원기둥 형상의 단자부(155)가 상향 연장되어 있는 볼트형 구조로 이루어져 있다.
제 1 돌기부(143) 및 제 2 돌기부(144) 각각의 상단부들에는 외부 입출력 단자들(152, 154)를 측면으로부터 수용하는 삽입홈들(145, 146)이 형성되어 있다.
또한, 삽입홈들(145, 146)의 내면에는 각각의 외부 입출력 단자들(152, 154)의 삽입 방향을 유도하고 삽입된 상태에서 유동을 방지하는 가이드 레일(149) 구조가 각각 형성되어 있고, 외부 입출력 단자들(152, 154)의 본체(153)의 밑면에는 외부 입출력 단자(152)의 측면 삽입을 위해 가이드 레일(149)에 대응하는 그루브(도시되어 있지 않음)가 형성되어 있다.
또한, 삽입홈들(145, 146)의 상단부에는 외부 입출력 단자들(152, 154)의 단자부(155)가 일측 방향으로 도입되고 삽입홈의 외부로 돌출될 수 있도록 일측이 개방되어 있는 개구들(147, 148)이 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전지셀 적층체가 하부 모듈 케이스에 장착된 구조를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 3의 부분 평면도C 및 도 5를 참조하면, 전지셀 적층체(110)가 하부 모듈 케이스(140)에 장착되어 있고, 제 1 버스 바(122) 및 제 2 버스 바(124)는, 제 1 단부(123) 및 제 2 단부(125)의 각각의 관통구들(126, 127)이 각각의 외부 입출력 단자들(152, 154)의 단자부와 체결되어 각각의 제 1 돌출부(143) 및 제 2 돌출부(144) 상에서 돌출부들(143, 144)의 상단면 및 일측면과 접하는 구조로 장착되어 있다.
이때, 하부 모듈 케이스(140)의 전방부에는 전지셀 적층체(110)의 최외곽 전극단자에 접속되어 있는 각각의 제 1 버스 바(122) 및 제 2 버스 바(124)가 하부 모듈 케이스의 전방부 최외각부와 돌출부들(143, 144) 사이에 형성된 제 1 슬릿(141) 및 제 2 슬릿(142)에 각각 삽입되어 고정된다.
또한, 하부 모듈 케이스(140)의 제 1 돌출부(143) 및 제 2 돌출부(144) 사이의 하단 내면에는 제 1 방향(y)으로 체결공(161)이 천공되어 있는 체결부(160)가 형성되어 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 상부 모듈 케이스의 사시도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상부 모듈 케이스(130)의 전방부에는 각각의 제 1 돌기부(143) 및 제 2 돌기부(144)의 측면 둘레를 감싸는 제 1 중공부(132) 및 제 2 중공부(134)가 형성되어 있고, 이러한 제 1 중공부(132) 및 제 2 중공부(134)의 상부에는 버스 바들(122, 124)의 각각의 제 1 단부(123) 및 제 2 단부(125)를 제 1 방향(y)으로 노출시키기 위한 제 1 개구부(136) 및 제 2 개구부(137)가 형성되어 있다.
또한, 상부 모듈 케이스(130)의 개구부들(136, 137)의 각각의 외주(外周)에는 외부 입출력 단자들(152, 154)를 보호하는 측벽들(138, 139)이 상향 돌출되어 있다. 즉, 측벽들(138, 139)은 제 1 외부 입출력 단자(152) 및 제 2 외부 입출력 단자(154)가 대면하고 있는 일측 및 전지셀의 전극단자가 돌출된 방향인 제 3 방향(x)의 일측에 형성되어 있는 바, 외부 입출력 단자들(152, 154)의 단락의 위험성 및 외부 충격으로 인한 변형을 최소화시킬 수 있다.
도 7 및 도 8에는 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 이용한 전지모듈들의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도들이 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모듈 연결용 버스 바를 나타낸 평면도 및 사시도들이 도시되어 있다.
우선, 도 7 및 도 8을 참조하면, 전지팩(300)은 상호 접해 있는 제 1 전지모듈(100)과 제 2 전지모듈(101)을 포함하고 있고, 이러한 전지모듈들(100, 101)은 버스 바들(122, 124)이 전방부에 위치하도록 측면방향으로 적층 배열되어 있다.
또한, 모듈 연결용 버스 바(200)는 제 1 버스 바(122)가 장착되어 있는 제 1 전지모듈(100)의 제 1 중공부(132) 및 제 2 버스 바(124)의 제 2 전지모듈(101)의 제 2 중공부(134) 내부에 안착하여, 제 1 전지모듈(100)과 제 2 전지모듈(101)의 전기적 연결을 이룬다.
도 9를 참조하면, 모듈 연결용 버스 바(200)는 상부를 덮는 덮개(220)및 도전성 플레이트(211)를 수용하고 있는 본체부(210)를 포함하고 있고, 덮개(220)와 본체부(210)는 일체형의 구조로 형성되어 있다. 이러한, 도전성 플레이트(211)에는 각각의 외부 입출력 단자들(152, 154)을 삽입하여 접속하기 위한 관통구들(212, 213)이 천공되어 있다.
또한, 모듈 연결용 버스 바(200)는 덮개(220)를 본체부(210)에 결합하기 위한 체결부(213, 214)와, 도전성 플레이트(211)를 본체부(210) 내부에 결합 고정하기 위한 체결부(215, 216, 217, 218)를 포함하고 있다. 즉, 이러한 체결부들로 인해, 모듈 연결용 버스 바(200)는 별도의 공구의 사용없이 덮개(220)를 본체부(210)에 체결할 수 있고, 도전성 플레이트(211) 또한 별도의 공구 없이 스냅-핏(snap-fit) 형태의 조립이 가능하여 조립공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이러한 모듈 연결용 버스 바(200)는 외부 입출력 단자들(152, 154)의 단락의 위험성 및 외부 충격으로 인한 손상을 최소화시킬 수 있어, 구조적 안정성이 뛰어난 연결 구조를 형성시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전지모듈은, 상기 하부 모듈 케이스의 전방부에, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부를 형성시킴으로써, 부품의 개수를 줄여 조립 효율성을 향상시키고 제조비용을 감소시키며, 버스 바가 위치한 부위의 공간을 최적화하여 보다 콤팩트한 구조의 전지모듈을 제공할 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (25)
- 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈로서,
직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 일측면이 하부 방향을 향하도록 세워진 상태로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체의 상부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 일부, 및 대향측인 후방부의 일부를 감싸고 있는 상부 모듈 케이스;
상기 상부 모듈 케이스와 결합되며, 상부 모듈 케이스에 대응하여, 전지셀 적층체의 하부, 전지셀의 전극단자가 돌출되어 있는 전방부의 나머지 부위, 및 대향측인 후방부의 나머지 부위를 감싸는 구조의 하부 모듈 케이스;
상기 전지셀 적층체의 상부 방향인 제 1 방향을 향하여 외부로 노출되는 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고 있고 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전극 단자에 접속되어 있는 제 1 버스 바(bus-bar) 및 제 2 버스 바; 및
외부와의 전기적 연결을 위한 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자;
를 포함하고 있고,
상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는, 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 정위치 고정하고, 각각의 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자를 수용하여 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바에 전기적으로 연결하는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극단자들이 외주면의 일측 및 대향측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자는 육면체 형상의 본체로부터 원기둥 형상의 단자부가 상향 연장되어 있는 볼트형 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부 각각의 상단부들에는 외부 입출력 단자를 측면으로부터 수용하는 삽입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 삽입홈의 내면에는 외부 입출력 단자의 삽입 방향을 유도하고 삽입된 상태에서 유동을 방지하는 가이드 레일(guide rails) 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 6 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자의 본체의 밑면에는 외부 입출력 단자의 측면 삽입을 위해 상기 가이드 레일에 대응하는 그루브(groove)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 삽입홈의 상단부에는 외부 입출력 단자의 단자부가 일측 방향으로 도입되고 삽입홈의 외부로 돌출될 수 있도록 일측이 개방되어 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바의 일부는 전지셀 적층체의 최외곽 전극단자에 용접에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바들의 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부는 전지셀의 적층 방향에 평행하면서 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 절곡된 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 단부 및 제 2 단부에는 전기적 및 기계적 체결을 위한 관통구가 각각 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바는 제 1 단부 및 제 2 단부의 각각의 관통구들이 외부 입출력 단자의 본체와 체결되어 각각의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바는 각각의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부의 상단면 및 상기 상단면으로부터 연장되어 있는 일측면과 접하는 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 모듈 케이스의 전방부에는 전지셀 적층체의 최외곽 전극단자에 접속되어 있는 각각의 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 삽입되는 제 1 슬릿(slit) 및 제 2 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 모듈 케이스의 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부 사이의 하단 내면에는 제 1 방향으로 체결공이 천공되어 있는 체결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 모듈 케이스는 각각의 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부의 측면 둘레를 감싸는 제 1 중공부 및 제 2 중공부를 포함하고 있고, 상기 제 1 중공부 및 제 2 중공부의 상부에는 버스 바들의 각각의 제 1 단부 및 제 2 단부를 제 1 방향으로 노출시키기 위한 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 16 항에 있어서, 상기 상부 모듈 케이스의 개구부의 외주(外周) 중 적어도 일부에는 외부 입출력 단자를 보호하는 하나 이상의 측벽이 상향 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 17 항에 있어서, 상기 측벽은 상부 모듈 케이스의 개구부의 외주 중에서 제 1 외부 입출력 단자 및 제 2 외부 입출력 단자가 대면하고 있는 일측 및 상기 전지셀의 전극단자가 돌출된 방향인 제 3 방향의 일측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 전극단자들이 일측 및 대향측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 복수 개로 이루어져 있고, 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 셀 커버;
를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 제 1 항에 있어서, 전압 센싱부재들과 온도 측정센서를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나에 따른 둘 이상의 전지모듈들이 조합되어 구성된 전지팩.
- 제 21 항에 있어서, 상기 전지모듈들이 버스 바들이 전방부에 위치하도록 측면방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 22 항에 있어서, 상기 전지모듈들은 상호 접해 있는 제 1 전지모듈과 제 2 전지모듈을 포함하고 있고, 상기 제 1 버스 바가 장착되어 있는 제 1 전지모듈의 제 1 중공부와 상기 제 2 버스 바의 제 2 전지모듈의 제 2 중공부에, 모듈 연결용 버스 바를 장착하여 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 21 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
- 제 24 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 바이크, 전기 자전거, 및 전력저장장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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