KR20170021631A - 셀 리드 연결 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 셀 리드 연결 장치는, 적층된 배터리 셀들의 셀 리드들에 대향하는 벽체를 형성하는 메인 프레임 및 메인 프레임에 상호 간 통전 또는 절연 가능하게 설치되고, 셀 리드들과 하나씩 끼움 결합 가능하게 마련되는 복수의 리드 접속부재를 포함할 수 있다.

Description

셀 리드 연결 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Cell Lead Connecting Apparatus and Battery module including the same}
본 발명은 셀 리드 연결 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 적층된 배터리 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결시키기 위한 셀 리드 연결 장치에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치 뿐만 아니라, 내연 기관 및/또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 전기 자동차에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 상기 전기 자동차에는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 내연 기관 없이 전기 모터와 배터리로만 구동되는 순수 전기 자동차등이 포함된다.
이러한 전기 자동차에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된다. 특히, 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
한편, 종래의 배터리 모듈은 이차 전지들을 전기적으로 연결시키기 위해 레이져 용접 방식을 채택하고 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 적층된 이차 전지(1)들은, 셀 리드(2)를 폴딩 후, 폴딩된 셀 리드(2) 부분들을 레이져로 융착시킴으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 레이져 용접 방식은 셀 리드(2)끼리의 강한 융착력을 보장하지만, 다음과 같은 단점들이 있다. 첫째, 레이져 용접기 적용에 따른 초기 비용 및 유지보수에 대한 비용이 발생한다. 둘째, 용접 적용 대상에 대한 지그 설계 및 제작 비용이 발생한다. 셋째, 불량 셀 및 셀 밸런싱 상 퇴화된 셀의 단독 제거가 곤란하다. 넷째, 초기 용접 조건 수립에 따른 자원 및 용접 공정에 따른 작업 시간이 늘어난다. 다섯째, 용접 시 셀 리드끼리의 쇼트(short) 발생 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 리셉터클 타입으로 셀 리드 부분을 끼워 넣음으로써 이차 전지들을 전기적으로 연결시킬 수 있는 셀 리드 연결 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적층된 배터리 셀들의 셀 리드들에 대향하는 벽체를 형성하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임에 상호 간 통전 또는 절연 가능하게 설치되고, 상기 셀 리드들과 하나씩 끼움 결합 가능하게 마련되는 복수의 리드 접속부재를 포함하는 셀 리드 연결 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 메인 프레임에서 상기 셀 리드를 향해 돌출된 형태로 마련되는 접지부를 포함하며, 상기 접지부는, 상호 대칭된 형태로 일 방향으로 갈수록 폭이 미리 결정된 크기만큼 좁아지도록 구성되어 상기 셀 리드의 양면을 클램핑하는 제1 플레이트 및 제2 플레이트을 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 접지부는, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 사이의 폭이 일정하게 유지되도록 탄성 복원력을 갖는 전기 전도성 소재로 마련될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 일체로 형성되되, 끝단부는 서로 반대 방향으로 만곡된 형태로 분리되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 리드 접속부재는, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 감싸는 형태로 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 외측면에 결합되는 강도보강부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 리드 접속부재 중 적어도 2개의 리드 접속부재를 전기적으로 연결시키는 통전부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 통전부재는, 케이블 및 버스바 중 적어도 어느 하나의 조합으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 메인 프레임은, 일 측면에서 돌출 연장되는 복수의 격벽을 구비하고, 상기 복수의 격벽과 상기 복수의 리드 접속부재는 높이 방향을 따라 상호 간 하나씩 서로 교번적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 격벽은, 적어도 상기 리드 접속부재 보다 더 길게 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 메인 프레임과 상기 적층된 배터리 셀들 사이에서 벽체를 형성하며, 상기 리드 접속부재에 대응되는 위치에 상기 셀 리드가 통과될 수 있는 관통공을 구비하는 파티션 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 메인 프레임은 2개를 한 쌍으로 하여, 소정 간격 이격 배치되고, 상기 2개의 메인 프레임의 하단부에 연결되고, 정반 형태로 마련되는 베이스 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 셀 리드 연결 장치를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리셉터클 타입으로 셀 리드 부분을 끼워 넣음으로써 배터리 셀들을 전기적으로 연결시킬 수 있는 셀 리드 연결 장치가 제공될 수 있다.
이러한 셀 리드 연결 장치에 의하면, 기존의 용접 방식에 따른 셀 리드 폴딩 공정 및 용접 공정 없이, 간단하게 셀 리드끼리의 전기적 연결이 가능해져 설치 비용 및 유지 보수에 대한 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이차 전지들 간의 전기적 연결 작업 시간이 현저히 단축될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초기 제품 테스트 단계에서 불량 셀이 있는 경우 이를 손쉽게 제거할 수 있다. 또한, 중,대형 전력 장치의 운용에 있어서, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 상 퇴화된 셀의 제거 및 교체가 용이해질 수 있다.
도 1은, 종래 기술에 따른 레이져 용접 방식을 적용한 셀 리드 간 접합 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 셀 리드 연결 장치의 사시도이다.
도 4는, 도 2의 셀 리드 연결 장치의 주요 부분 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 접속부재와 통전부재를 나타내는 사시도이다.
도 6은, 도 2의 리드 접속부재와 셀 리드 간의 접속 전,후 상태를 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 7은, 도 2의 배터리 모듈 주요 부분 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 배터리 모듈의 주요 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 모듈 적층체(100) 및 셀 리드 연결 장치(200)를 포함한다.
배터리 모듈 적층체(100)는 배터리 셀(110)들이 적층된 것이다. 배터리 셀(110)은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 배터리 셀(110)이고, 일면 또는 양면이 인접한 배터리 셀(110)에 대면하도록 적층 배열되어 배터리 셀 적층체(100)를 형성하고 있을 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는, 도시하지 않았으나, 배터리 셀(110)의 적층을 위한 적층용 프레임을 더 포함할 수 있다. 적층용 프레임은 배터리 셀(110)을 적층하는데 이용되는 구성으로서, 배터리 셀(110)을 홀딩하여 그 유도을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 배터리 셀(110)의 조립을 가이드할 수 있다.
배터리 셀(110)은 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극조립체를 포함하며, 각 배터리 셀(110)의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드(이하에서 셀 리드(111)라 정의한다)가 전기적으로 접속된 것일 수 있다.
여기서 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀(110)일 수 있다. 파우치형 배터리 셀(110)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 외장케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 외장케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조를 가질 수 있다.
이러한 배터리 셀 적층체(100)는 셀 리드 연결 장치(200)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은, 도 2의 셀 리드 연결 장치의 사시도이고, 도 4는, 도 2의 셀 리드 연결 장치의 주요 부분 단면도이고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 접속부재와 통전부재를 나타내는 사시도이고, 도 6은, 도 2의 리드 접속부재와 셀 리드 간의 접속 전,후 상태를 나타내는 부분 확대 사시도이며, 도 7은, 도 2의 배터리 모듈의 주요 부분 단면도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 리드 연결 장치(200)는, 메인 프레임(210), 리드 접속부재(220), 통전부재(230) 및 베이스 프레임(240)을 포함한다.
메인 프레임(210)은 적층된 배터리 셀(110)들의 셀 리드(111)에 대향하는 벽체를 형성하는 구성이다. 상기 메인 프레임(210)에는 복수의 리드 접속부재(220)와 통전부재(230)가 결합될 수 있다. 본 실시예에 따른 메인 프레임(210)은, 자세히 도시하지 않았으나, 전면 프레임(211)과 배면 프레임(212)으로 구성될 수 있다.
전면 프레임(211)과 배면 프레임(212)은 내부 공간이 형성되도록 상호 간 착탈 결합 가능한 구조로 마련될 수 있다. 그리고 전면 프레임(211)은 내부 공간과 통하는 복수의 슬롯 또는 통공(미도시)을 구비할 수 있다.
상기 내부 공간과 복수의 슬롯 또는 통공(미도시)을 통해 복수의 리드 접속부재(220) 및 통전부재(230)가 메인 프레임(210)에 설치될 수 있다. 메인 프레임(210)은, 예컨대 플라스틱 재질로 형성될 수 있으나, 전기 절연성 재질이라면 어떠한 것이라도 무방할 수 있다.
메인 프레임(210)은 배터리 셀 적층체(100)의 일 측면 또는 양 측면에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 메인 프레임(210)은 2개가 마련되고, 판면이 각각 배터리 셀(110)들의 셀 리드(111)들을 마주보게 배치될 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)을 기준으로 양방향으로 연장된 양극 리드와 음극 리드에 각각 대응되도록 2개의 메인 프레임(210)이 배치될 수 있다.
그러나 본 실시예와 달리, 메인 프레임(210)은 하나일 수도 있다. 즉, 양극 리드와 음극 리드가 단방향으로 연장된 배터리 셀(110)의 경우, 배터리 셀 적층체(100)의 일면에만 배치될 수 있다.
메인 프레임(210)은 일 측면에서 돌출 연장되는 복수의 격벽(213)을 구비할 수 있다. 상기 복수의 격벽(213)은 높이 방향을 따라 전면 프레임(211)에 상호 이격되게 하나씩 구비될 수 있다.
상기 복수의 격벽(213)들 사이 간격 또는 높이는 하나의 배터리 셀(110)의 두께에 대응될 수 있다. 배터리 셀 적층체(100)에서 어느 하나의 배터리 셀(110)의 셀 리드(111)는 서로 인접한 2개의 격벽(213) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 격벽(213)은 리드 접속부재(220)보다 적어도 더 길게 연장될 수 있다.
따라서 적층된 배터리 셀(110)들의 셀 리드(111)들은 각각 격벽(213)에 의해 분리된 공간에 위치하게 되므로, 셀 리드(111) 간의 단락이 방지될 수 있다.
리드 접속부재(220)는 셀 리드(111)와 접속되는 구성으로 복수 개가 마련될 수 있다. 리드 접속부재(220)는 적층된 배터리 셀(110)들의 개수에 대응되는 개수의 2배수로 마련될 수 있다. 즉, 복수의 리드 접속부재(220)의 개수는 적층된 배터리 셀(110)들의 셀 리드(111) 개수에 대응되는 개수일 수 있다. 그리고 복수의 리드 접속부재(220)는 각 메인 프레임(210)의 높이 방향을 따라 복수의 격벽(213)들과 상호 간 하나씩 서로 교번적으로 배치될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 리드 접속부재(220)는 접지부(221)와 강도보강부(222)를 포함할 수 있다.
접지부(221)는, 리셉터클 타입(receptacle type)으로, 셀 리드(111)의 삽입 허용하는 공간을 갖고, 셀 리드(111)의 적어도 일 부분을 클램핑하는 역할을 한다. 접지부(221)는 메인 프레임(210)에서 셀 리드(111)를 향해 돌출된 형태로 마련될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 접지부(221)는 일단이 전면 프레임(211)의 슬롯(미도시)에 억지 끼움 방식으로 설치될 수 있다.
접지부(221)는, 하나의 플레이트를 상하로 대칭되게 폴딩시켜 끝이 갈라진 형태로 좁은 입구를 갖도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서 접지부(221)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)을 포함할 수 있다. 이러한 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)은 개념적으로 구분되는 요소이고, 이들 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)는 상호 조립 또는 일체로 성형될 수 있음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)의 일단부는 서로 연결된 형태일 수 있다. 그리고 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)는 일단부에서 상호 대칭된 형태로 폭이 넓어지다가 일 방향으로 갈수록 폭이 미리 결정된 크기(D)만큼 좁아질 수 있다.
여기서 상기 폭이 미리 결정된 크기(D)는 적어도 셀 리드(111)의 두께보다 작은 폭일 수 있다. 즉, 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)는 서로 대향하는 내측면 사이의 폭이 적어도 셀 리드(111)의 두께보다 작은 폭을 갖거나, 서로 접하게 되는 부분을 갖도록 구성될 수 있다.
그리고 접지부(221)는, 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b) 사이의 폭이 일정하게 유지되도록 탄성 복원력을 갖는 전기 전도성 소재로 마련될 수 있다. 따라서 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)는 탄성 복원력을 가짐으로서 외력에 의해 끝단이 벌려지더라도 외력이 사라지면 원래의 형태로 돌아갈 수 있다.
이러한 접지부(221) 구성에 의하면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 셀 리드(111)는 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b) 사이의 틈새로 끼워 넣어질 수 있다. 이때, 제1 플레이트(221a)과 제2 플레이트(221b)은 셀 리드(111)의 두께보다 작은 폭 갖는 선단부를 가지므로, 셀 리드(111)는, 접지부(221)에 삽입된 후, 셀 리드(111)의 양면이 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)의 탄성 복원력에 의해 클램핑될 수 있어 접지부(221)에 안정적으로 접속될 수 있다.
또한, 제1 플레이트(221a)과 제2 플레이트(221b)은 끝단부가 서로 반대 방향으로 만곡된 형태로 형성될 수 있다. 도 4에 표시된 O와 같이, 제1 플레이트(221a)과 제2 플레이트(221b)의 끝단부가 서로 반대 방향으로 만곡됨으로서 셀 리드(111)를 접지부(221) 속에 끼워 넣기가 수월해질 수 있다.
강도보강부(222)는 접지부(221)의 기계적 강성을 증가시키기 위한 구성이다. 상기 강도보강부(222)는 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)를 감싸는 형태로 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)의 외측면에 결합될 수 있다. 특히, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 강도보강부(222)는 끝단부가 만곡된 형상으로 제1 플레이트(221a)와 제2 플레이트(221b)의 외측면에 결합될 수 있다.
이때, 강도보강부(222)의 일측은 제1 플레이트(221a)과 제2 플레이트(221b)의 폭이 최대인 지점에 결합될 수 있으며 타측 즉, 만곡된 끝단부는 제1 플레이트(221a)과 제2 플레이트(221b)의 폭이 최소인 지점에 결합될 수 있다.
이와 같은 강도보강부(222)도에 의해, 접지부(221)는 과도한 변형이 억제되고 구조적으로 강성을 유지할 수 있다.
상기 리드 접속부재(220)는, 전술한 바와 같이, 배터리 셀 적층체(100)의 셀 리드(111)들의 위치에 대응되는 높이마다, 메인 프레임(210)에 복수 개가 설치될 수 있다. 그리고 복수의 리드 접속부재(220) 중 적어도 2개의 리드 접속부재(220)는 통전부재(230)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들면, 본 실시예의 배터리 셀 적층체(100)는, 도 2 및 도 7을 참조하면, 4개의 배터리 셀(110)들로 구성되고 배터리 셀 적층체(100) 양쪽 셀 리드(111)들은 셀 리드 연결 장치(200)의 리드 접속부재(220)들에 각각 삽입되어 연결될 수 있다. 그리고 리드 접속부재(220)들은 통전부재(230)에 의해 2개씩 각각 연결될 수 있다.
이때, 양극 리드들이 같은 방향에 위치하도록 배터리 셀(110)들을 적층하고, 셀 리드(111)들을 각각 해당 리드 접속부재(220)들에 삽입하면, 배터리 셀(110)들은 병렬적으로 연결될 수 있다.
또한, 어느 하나의 배터리 셀(110)의 양극 리드 위에 다른 하나의 배터리 셀(110)의 음극 리드가 위치하도록 배터리 셀(110)들을 적층하고 셀 리드(111)들을 해당 리드 접속부재(220)들에 삽입하면, 배터리 셀(110)들이 직렬적으로 연결될 수 있다.
물론, 본 실시예에 따른 배터리 셀 적층체(100)는, 도면의 편의상, 4개의 배터리 셀(110)들만으로 구성하였으나, 배터리 셀 적층체(100)는 5개 이상의 배터리 셀(110)들로 구성될 수 있고, 배터리 셀(110)들 간의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위해 3개이상이 리드 접속부재(220)가 통전부재(230)에 의해 연결되거나, 어느 하나의 통전부재(230)와 다른 하나의 통전부재(230)가 또 다른 통전부재(230)에 의해 연결되도록 구성될 수도 있다.
통전부재(230)는 메인 프레임(210)의 외면에 부착된 형태이거나 내부에 매입된 형태로 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 통전부재(230)가 메인 프레임(210)의 내부에 배치되도록 구성하였다. 이와 같이, 통전부재(230)들이 절연체인 메인 프레임(210)의 내부에 배치됨으로서 배터리 셀(110)들 간 단락 위험성이 보다 낮아질 수 있다.
통전부재(230)는 전도체로서 케이블 및 버스바 중 적어도 어느 하나의 조합으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 통전부재(230)는 플레이트 형태의 버스바일 수 있다. 상기 통전부재(230)는 단면이 대략 "ㄷ" 형태로 절곡된 상판과 하판 부분이 각각 2개의 리드 접속부재(220)의 일단부에 연결되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 상판과 하판은 각각 리드 접속부재(220)의 일단부와 볼팅 또는 용접될 수 있다. 물론, 통전부재(230)는 2개의 리드 접속부재(220)와 일체로 성형될 수도 있다.
베이스 프레임(240)은 정반 형태로 배터리 셀 적층체(100)를 지지하는 구성이다. 이러한 베이스 프레임(240)은 배터리 셀(110)들이 적층될 수 있는 환경을 제공한다. 따라서 베이스 프레임(240) 위에 적층된 배터리 셀(110)들의 셀 리드(111)들은 높이 방향을 따라 상호 간 나란하게 배열될 수 있다. 베이스 프레임(240)을 기준으로 셀 리드(111)들이 일정한 높이에 위치되면, 해당 리드 접속부재(220)와의 삽입 연결이 용이해질 수 있다.
본 실시예에 따른 베이스 프레임(240)은 2개의 메인 프레임(210)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 베이스 프레임(240)은 양단부가 2개의 메인 프레임(210)의 하단부에 연결된 형태로 마련될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 셀 리드 연결 장치(200)의 구성에 의하면, 종래의 용접 방식에 비해, 배터리 셀(110)들 간의 전기적 연결이 매우 쉬워질 수 있다. 또한, 초기 배터리 모듈(10) 테스트 단계에서 불량 셀이 있는 경우 이를 손쉽게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 중,대형 전력 장치의 운용에 있어서 셀 밸런싱(Cell Balancing) 상 퇴화된 셀의 제거 및 교체가 매우 용이해질 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 8의 배터리 모듈의 주요 부분 단면도이다.
이하에서는, 도 8 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 리드 연결 장치(200)에 대해 설명하기로 한다. 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 리드 연결 장치(300)는, 전술한 실시예와 달리, 리드 접속부재(320)와 통전부재(330)가 일체로 형성되고, 통전부재(330)가 메인 프레임(310)의 외면에 부착되도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀 적층체(100)는 총 8개의 배터리 셀(110)들로 구성될 수 있다. 그리고 각 배터리 셀(110)들은 양극 리드와 음극 리드가 엇갈리게 적층될 수 있다. 이때, 총 8개의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들과 음극 리드들은, 각각 배터리 셀 적층체(100) 양쪽에 위치한 리드 접속부재(220)들과 연결되도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 도 8 및 도 9를 참조하면, 좌측편 메인 프레임(310)에 설치된 리드 접속부재(320)들 중 최상단의 리드 접속부재(320)와 최하단의 리드 접속부재(320)는 장치 외부로 연장될 수 있다. 이를 위해, 좌측편의 메인 프레임(310)은 상단부와 하단부에 각각 슬롯(미도시)을 더 구비할 수 있고, 이러한 슬롯(미도시)을 통해 외부에서 케이블이나 버스바가 최상단의 리드 접속부재(320)와 최하단의 리드 접속부재(220)와 연결될 수 있다.
그리고 최상단의 리드 접속부재(320)와 최하단의 리드 접속부재(320) 사이에 위치한 6개의 리드 접속부재(320)들은 2개를 한 쌍으로 통전부재(330)에 의해 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
반면, 우측편 메인 프레임(310)에 설치된 8개의 리드 접속부재(320)들은 2개를 한 쌍으로 통전부재(330)에 의해 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
이러한 셀 리드 연결 장치(300) 구성에 의하면, 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 양극 리드와 음극 리드가 높이 방향을 따라 서로 교번적으로 위치되게 배터리 셀(110)들을 적층시키고, 양극 리드들과 음극 리드(111)들을 해당 리드 접속부재(220)들에 끼워 넣으면 8개의 배터리 셀(110)들이 직렬적으로 연결될 수 있다.
전술한 실시예의 메인 프레임(210)은 격벽(213)을 구비하지만, 본 실시예의 메인 프레임은 격벽을 구비하지 않는다. 그 대신에 본 실시예의 경우, 메인 프레임(310)과 배터리 셀(110)들 사이에 파티션 프레임(350)을 포함할 수 있다.
파티션 프레임(350)은 메인 프레임(310)과 적층된 배터리 셀(110)들 사이에서 벽체를 형성하고, 리드 접속부재(320)에 대응되는 위치에 셀 리드(111)가 통과될 수 있는 관통공(H)을 구비할 수 있다.
셀 리드(111)들은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(H)들에 하나씩 끼워 넣어짐으로써 단락이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀 적층체
110: 배터리 셀 111: 셀 리드
200: 셀 리드 연결 장치 210: 메인 프레임
211: 전면 프레임 212: 배면 프레임
213: 격벽 220: 리드 접속부재
221: 접지부 221a: 제1 플레이트
221b: 제2 플레이트 222: 강도보강부
230: 통전부재 240: 베이스 프레임
350: 파티션 프레임

Claims (13)

  1. 적층된 배터리 셀들의 셀 리드들에 대향하는 벽체를 형성하는 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임에 상호 간 통전 또는 절연 가능하게 설치되고, 상기 셀 리드들과 하나씩 끼움 결합 가능하게 마련되는 복수의 리드 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 접속부재는,
    상기 메인 프레임에서 상기 셀 리드를 향해 돌출된 형태로 마련되는 접지부를 포함하며,
    상기 접지부는, 상호 대칭된 형태로 일 방향으로 갈수록 폭이 미리 결정된 크기만큼 좁아지도록 구성되어 상기 셀 리드의 양면을 클램핑하는 제1 플레이트 및 제2 플레이트을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접지부는, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 사이의 폭이 일정하게 유지되도록 탄성 복원력을 갖는 전기 전도성 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 일체로 형성되되, 끝단부는 서로 반대 방향으로 만곡된 형태로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 리드 접속부재는,
    상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 감싸는 형태로 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 외측면에 결합되는 강도보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드 접속부재 중 적어도 2개의 리드 접속부재를 전기적으로 연결시키는 통전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통전부재는, 케이블 및 버스바 중 적어도 어느 하나의 조합인 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프레임은, 일 측면에서 돌출 연장되는 복수의 격벽을 구비하고,
    상기 복수의 격벽과 상기 복수의 리드 접속부재는 높이 방향을 따라 상호 간 하나씩 서로 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 격벽은, 적어도 상기 리드 접속부재 보다 더 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프레임과 상기 적층된 배터리 셀들 사이에서 벽체를 형성하며, 상기 리드 접속부재에 대응되는 위치에 상기 셀 리드가 통과될 수 있는 관통공을 구비하는 파티션 프레임을 더 포함하는 셀 리드 연결 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프레임은 2개를 한 쌍으로 하여, 소정 간격 이격 배치되고,
    상기 2개의 메인 프레임의 하단부에 연결되고, 정반 형태로 마련되는 베이스 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 리드 연결 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 셀 리드 연결 장치를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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