KR20160139522A - 조립식 체결구조의 절연성 커버 부재를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 둘 이상의 전지셀들이 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정된 상태로 지면으로부터 수직으로 적층되어 있는 구조의 전지셀 어셈블리; 상기 전지셀 어셈블리의 일면에 장착되고, 전압 센싱 신호를 전달하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함하고 있으며, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재; 및 상기 커버 부재의 중앙부를 기준으로 양측 부위에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결하면서 PCB에 각각 접속되어 있는 도전성 접속부들;을 포함하고 있으며, 상기 카트리지 프레임에는 하나 이상의 체결구가 형성되어 있고, 상기 커버 부재에는 체결구가 착탈 가능하게 결합되기 위한 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

조립식 체결구조의 절연성 커버 부재를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Comprising Assembly-typed Insulating Cover Member}

본 발명은 조립식 체결구조의 절연성 커버 부재를 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, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

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 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

이러한 중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 전지모듈 내에서 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결되어야 하고, 이러한 전지셀들 간에는 전기적으로 안정적인 장착 상태를 유지할 수 있어야 하고, 특히, 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라, 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 전지모듈의 다수의 전지셀들이 안정적인 접속 상태를 유지하여야 한다.

또한, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되는 바, 이들을 검출하기 위한 안전수단인 전압센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있다.

그러나, 종래의 전지모듈에서는 상기 다수의 전지셀들을 전기적으로연결하기 위해, 일면에 일체로 장착되는 ICB(interconnection board) 등을 사용하여 전지셀들을 직렬로 연결한 후, 외부에서 초음파 용접을 수행하여 전기적 연결을 이루는 구조를 사용하여 왔다. 이러한 용접 방식은, 전지셀들의 이상 상태가 발생하는 경우 또는 용접 불량이 방생하는 경우에 상기 ICB 등의 접속부재가 용접으로 고정되어 있으므로, 일부에서 불량이 발생하더라도 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 전지모듈의 특성상 차량 등에 장착되어 잦은 충격으로 용접 부위가 파손되거나 불량이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 용이하게 해결하면서, 전지셀들의 안정적인 체결구조를 유지하면서도 일부 전지셀에 불량이 발생하는 경우에 해당 전지셀만을 용이하게 교체할 수 있는 구조의 접속부재를 포함하는 전지모듈에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.

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

구체적으로, 본 발명의 목적은 다수의 전지셀들은 전기적으로 연결하는 전기 절연성의 커버를 포함하는 전지모듈로서, 상기 전지모듈의 일면에 조립 장착이 가능한 구조의 전기기 절연성의 커버를 포함함으로써, 용접 불량 또는 충방전시에 과전류 및 발열로 인한 전지셀 손상시에 해당 전지셀만을 교체할 수 있는 구조를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 둘 이상의 전지셀들이 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정된 상태로 지면으로부터 수직으로 적층되어 있는 구조의 전지셀 어셈블리;

상기 전지셀 어셈블리의 일면에 장착되고, 전압 센싱 신호를 전달하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함하고 있으며, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재; 및

상기 커버 부재의 중앙부를 기준으로 양측 부위에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결하면서 PCB에 각각 접속되어 있는 도전성 접속부들;

을 포함하고 있으며,

상기 카트리지 프레임에는 하나 이상의 체결구가 형성되어 있고, 상기 커버 부재에는 체결구가 착탈 가능하게 결합되기 위한 체결홈이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 카트리지 프레임에 장착된 전지셀들의 전면에 조립식 체결구조로 탈부착이 가능한 전기 절연성의 커버부재를 포함함으로써, 조립 과정 중에 발생하는 용접 불량 또는 과전류 등에 의해 필요한 경우, 해당 전지셀이 장착되어 있는 카트리지만을 용이하게 제거하여 교체할 수 있다.

상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화 할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가지는 판상형 전지셀일 수 있다.

그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.

상기 판상형 전지셀에는 양극 단자 및 음극 단자가 돌출되어 있으며, 이러한 양극 단자 및 음극 단자는 전지셀의 일측 단부에 모두 돌출되어 있는 구조일 수 있다.

상기 전지셀들의 전극단자들은 직렬로 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 전지셀들이 적층된 상태에서 인접한 전지셀들과 상호 직접 연결되어 전기적 연결을 이루고 있는 구조일 수 있으며, 이 때 인접한 전지셀들의 전극단자들은 절곡된 상태로 단부가 중첩되어 상호 접속된 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 어셈블리의 모서리 부위에는 외부 디바이스 또는 팩 케이스와 체결을 위한 하나 이상의 부싱이 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 구조에서, 상기 체결구와 체결홈의 착탈 가능한 결합 구조는 볼트와 너트 체결 방식 또는 탄성적 가압에 의해 구속되는 후크 체결 방식으로 이루어지는 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기계적 체결 방식으로 탈부착이 가능한 구조는 다양하게 사용될 수 있음은 물론이다.

예를 들어, 상기 카트리지 프레임 각각에는 2개의 체결구들이 형성되어 있고, 상기 체결구들은 카트리지 프레임의 일측 외면에서 서로 대향하는 부위에 위치하는 구조로 이루어질 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 최외곽에 위치한 도전성 접속부들에는 전지모듈의 외부 입출력 단자들과 연결되는 버스 바가 각각 결합되어 있는 구조일 수 있다.

상기 외부 입출력 단자들은 커버 부재의 중앙을 기준으로 일측 단부에서 평행하게 함께 위치하는 구조일 수 있다.

여기서, 상기 전지셀의 전극단자에 대한 버스 바의 전기적 연결은, 전극단자의 내면이 버스 바의 표면에 밀착된 상태에서 전극단자의 외면에 대해 용접을 수행하여 달성되는 구조일 수 있고, 예들 들어, 상기 용접은 전극단자의 외면에 레이저를 조사하여 달성될 수 있다.

상기 전극단자는 적층된 전지셀들의 외향 방향으로 돌출된 구조일 수 있다.

하나의 구체적 예에서, 상기 커버 부재는 전지셀들의 전극단자 방향으로 장착되는 구조일 수 있다.

한편, 상기 PCB는 전지셀들의 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재의 외면에 기계적으로 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

참고로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 포함하고 있는 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지팩은 둘 이상의 전지모듈들이 밀착 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리가 트레이(tray) 어셈블리의 상면에 탑재되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는, 예를 들어어, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 카트리지 프레임에 장착된 전지셀들의 전면에 조립식 체결구조로 탈부착이 가능한 전기 절연성의 커버부재를 포함함으로써, 용접 불량 또는 과전류 등에 의한 파손된 전지셀만을 교체하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전지셀들의 전극단자들이 용접 방식이아닌 상기 커버부재에 삽입된 구조로 장착되어 있으므로, 교체가 필요한 해당 전지셀이 장착되어 있는 카트리지만을 용이하게 교체할 수 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀들이 하나의 실시예에 따른 카트리지 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 나타낸 시도이다;
도 4는 도 3의 전지모듈 어셈블리의 사시도이다;
도 5는 도 3의 ICB 커버의 정면도이다;
도 6은 도 3의 ICB 커버의 배면도이다;
도 7은 도 6의 A부분의 확대도이다.

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 전극 리드들(11, 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)의 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 전지셀들(10, 20)이 카트리지 프레임(31)에 장착되는 모습을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀(10)은 전극리드들(11, 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀이다. 구체적으로 판상형 전지셀(10)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(13)에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장된 후에 실링부(14)에 의해 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.

또, 한 쌍의 전지셀들(10)은 카트리지 프레임(31)에 장착되고, 이러한 다수의 카트리지 프레임(31)은 한 쌍의 카트리지 프레임 커버들(도시하지 않음)에 의해 볼트 체결(도시하지 않음)되어 고정되어 하나의 전지모듈(100)을 이룬다. 또한, 카트리지 프레임들(31) 내부에 장착된 전지셀들(10)의 전극리드들(12)은 전지모듈(100)의 일측면에 정렬되고, 'ㄷ'자형 버스 바들(도시하지 않음)에 의해 전기적으로 병렬 연결된다. 이렇게 전기적으로 병렬 연결된 전극리드들(12)은 각각 하기에서 후술할 외부 입출력 단자들(도 5: 130, 140)에 연결된다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지모듈 어셈블리의 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 ICB 커버의 정면도가 모식적으로 도시어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지모듈(300)은 한 쌍의 전지셀들(10)이 장착되어 있는 20개의 카트리지 프레임들(31)이 지면을 기준으로 수직 방향으로 적층된 구조의 전지모듈 어셈블리(310) 및 전지모듈 어셈블리(310)의 전면에 장착되어 전지셀들(10)을 직렬로 연결하는 ICB 커버(200)를 포함하여 구성되어 있다.

전지모듈 어셈블리(310)에는 ICB 커버(200)와 결합을 위한 체결구들(330)이 형성되어 있고, ICB 커버(200)의 대응 부위에는 하기의 체결홈들(도 6: 260)이 형성되어 있으므로 상호 탄성적 가압에 의해 체결되는 구조로 이루어져 있다.

또, 전지모듈 어셈블리(310)의 모서리 부위에는 외부 디바이스 또는 팩 케이스와 체결을 위한 부싱들(35)이 형성되어 있다.

ICB 커버(200)에는 전지셀들(10)의 전극단자들(11,12)이 관통되는 관통홈들(230)이 천공되어 있고, ICB 커버(200)의 중앙부를 기준으로 양측 부위에 대향하여 배열된 상태로 전지셀들(10)의 전극단자들(11,12)을 전기적으로 연결하면서 PCB(도시하지 않음)에 각각 접속되어 있는 도전성 접속부들(250)이 형성되어 있다.

여기서, 최외곽에 위치한 전지셀들(19)의 전극단자들을 연결하는 도전성 접속부들(250)에는 전지모듈(300)의 외부 입출력 단자들(130,140)과 각각 연결되는 버스 바(도시하지 않음)가 부착되어 있다. 외부 입출력 단자들(130,140)은 ICB 커버(200)의 중앙을 기준으로 일측 단부에서 평행하게 함께 형성되어 있다.

도 6에는 도 3의 ICB 커버의 배면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 A부분의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 도 1 내지 도 5와 함께 참조하면, ICB 커버(200)에는 전지모듈 어셈블리(310)의 체결구들(330)이 삽입되는 체결홈들(260)이 형성되어 있고, 전지셀들(10)의 전극단자들(11,12)의 양측 단부가 삽입되는 형상으로 장착되어 있다.

따라서, 일부 전지셀(10)의 교체가 필요한 경우에 해당 전지셀이 장착되어 있는 카트리지 프레임(31)만을 분리가 가능하므로, 해당 전지셀의 교체가 용이하게 이루어질 수 있다.

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

Claims (18)

1. 둘 이상의 전지셀들이 카트리지 프레임(cartridge frame)에 고정된 상태로 지면으로부터 수직으로 적층되어 있는 구조의 전지셀 어셈블리;
   상기 전지셀 어셈블리의 일면에 장착되고, 전압 센싱 신호를 전달하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함하고 있으며, 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 천공되어 있는 전기 절연성의 커버 부재; 및
   상기 커버 부재의 중앙부를 기준으로 양측 부위에 대향하여 배열되어 있고, 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결하면서 PCB에 각각 접속되어 있는 도전성 접속부들;
   을 포함하고 있으며,
   상기 카트리지 프레임에는 하나 이상의 체결구가 형성되어 있고, 상기 커버 부재에는 체결구가 착탈 가능하게 결합되기 위한 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 일측 단부에 양극 단자 및 음극 단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈에서 전지셀들은 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리의 모서리 부위에는 외부 디바이스 또는 팩 케이스와 체결을 위한 하나 이상의 부싱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 체결구와 체결홈의 착탈 가능한 결합 구조는 볼트와 너트 체결 방식 또는 탄성적 가압에 의해 구속되는 후크 체결 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
8. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 위치한 도전성 접속부들에는 전지모듈의 외부 입출력 단자들과 연결되는 버스 바가 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자들은 커버 부재의 중앙을 기준으로 일측 단부에서 평행하게 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 전극단자에 대한 버스 바의 전기적 연결은, 전극단자의 내면이 버스 바의 표면에 밀착된 상태에서 전극단자의 외면에 대해 용접을 수행하여 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 용접은 전극단자의 외면에 레이저를 조사하여 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극단자는 적층된 전지셀들의 외향 방향으로 돌출된 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재는 전지셀들의 전극단자 방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB는 전지셀들의 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재의 외면에 기계적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 포함하고 있는 전지팩.
17. 제 16 항에 따른 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
    

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