KR20170050511A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배터리 모듈에 관한 것으로서, 전극 리드를 각각 갖는 복수의 이차 전지들과, 이차 전지들 중 적어도 하나의 이차 전지를 각각 수용하며, 다단으로 적층되는 복수의 카트리지들을 구비하는 카트리지 적층체; 전극 리드와 전기적으로 접속되는 버스바를 구비하며, 카트리지 적층체의 일면에 결합되는 ICB 하우징; 버스바와 전기적으로 접속되는 센싱 와이어와, 센싱 와이어의 단부에 결합되는 센싱 커넥터를 구비하며, 이차 전지들의 전압을 센싱하는 센싱 커넥터 조립체; 및 센싱 커넥터와 체결 및 접속되는 서브 커넥터와, 이차 전지들의 전압을 측정 가능한 외부의 계측 회로의 회로 커넥터와 체결 및 접속되는 메인 커넥터와, 서브 커넥터와 메인 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결 와이어를 구비하며, 센싱 커넥터 조립체와 상기 계측 회로를 전기적으로 연결하는 연결 커넥터 조립체;를 포함한다. 이러한 본 발명은, 자동화된 배터리 모듈의 조립 작업 이후에 커넥터를 연결 및 고정하기 위한 별도의 수작업이 요구되지 않으므로, 이를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and battery pack including the same}

본 발명의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 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 충 방전이 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 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 수납 및 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

배터리 모듈은 이처럼 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 이차 전지가 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다고 할 수 있다. 이러한 배터리 모듈은, 안정적인 성능의 유지를 위해 이차 전지들의 전압 측정을 필요로 한다. 이를 위하여, 배터리 모듈은, 이차 전지들의 전극 리드와 접속되는 버스바와, 외부의 계측 회로가 구비하는 회로 커넥터와 체결 및 접속되는 커넥터와, 버스바와 커넥터를 전기적으로 연결하는 와이어 등을 포함할 수 있다. 여기서, 와이어와 커넥터의 연결 작업과, 와이어와 연결된 커넥터를 배터리 모듈에 고정하는 작업은, 자동화의 어려움으로 인해 수작업으로 실시하고 있다. 그러므로, 종래의 배터리 모듈은, 배터리 모듈의 조립 작업들 중 자동화 가능한 작업들을 자동으로 실시한 후 와이어와 커넥터의 연결 작업 및 커넥터의 고정 작업을 수작업을 통해 실시하여야 했다. 따라서, 종래의 배터리 모듈은, 자동화된 조립 작업들 이후에도 추가적인 수작업이 별도로 요구됨으로 인해 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 모듈의 조립 작업을 실시한 후 커넥터의 연결 및 고정 작업을 수작업을 통해 별도로 실시하지 않아도 되도록 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 각각 갖는 복수의 이차 전지들과, 상기 이차 전지들 중 적어도 하나의 이차 전지를 각각 수용하며, 다단으로 적층되는 복수의 카트리지들을 구비하는 카트리지 적층체; 상기 전극 리드와 전기적으로 접속되는 버스바를 구비하며, 상기 카트리지 적층체의 일면에 결합되는 ICB 하우징; 상기 버스바와 전기적으로 접속되는 센싱 와이어와, 상기 센싱 와이어의 단부에 결합되는 센싱 커넥터를 구비하며, 상기 이차 전지들의 전압을 센싱하는 센싱 커넥터 조립체; 및 상기 센싱 커넥터와 체결 및 접속되는 서브 커넥터와, 상기 이차 전지들의 전압을 측정 가능한 외부의 계측 회로가 구비하는 회로 커넥터와 체결 및 접속되는 메인 커넥터와, 상기 서브 커넥터와 상기 메인 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결 와이어를 구비하며, 상기 센싱 커넥터 조립체와 상기 계측 회로를 전기적으로 연결하는 연결 커넥터 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 ICB 하우징은, 상기 서브 커넥터가 고정되는 서브 커넥터 고정부; 및 상기 메인 커넥터가 고정되는 메인 커넥터 고정부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 서브 커넥터 고정부는, 상기 서브 커넥터가 미리 정해진 고정 방향으로 삽입되어 끼움 결합되는 커넥터 끼움홀; 및 상기 커넥터 끼움홀의 내주면으로부터 연장 형성되며, 상기 커넥터 끼움홀에 미리 정해진 깊이만큼 삽입된 서브 커넥터가 걸림되도록 마련되는 적어도 하나의 커넥터 걸림턱;을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 메인 커넥터는, 일면으로부터 상기 고정 방향을 향해 돌출 형성된 탄성 후크를 구비하며, 상기 메인 커넥터 고정부는, 상기 탄성 후크가 삽입 가능하도록 상기 ICB 하우징에 천공된 후크홀과, 상기 탄성 후크가 상기 후크홀에 삽입된 상태에서 상기 메인 커넥터를 상기 고정 방향으로 이송한 경우에, 상기 탄성 후크에 의해 탄성 가압되도록 상기 후크홀로부터 상기 고정 방향으로 연장 형성되는 가압부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 서브 커넥터 고정부와 상기 메인 커넥터 고정부는, 상기 가압부가 상기 후크홀에 삽입된 상기 탄성 후크에 의해 탄성 가압되도록 상기 메인 커넥터가 상기 고정 방향으로 이송된 경우에, 상기 서브 커넥터가 상기 연결 와이어에 의해 상기 메인 커넥터를 따라 상기 고정 방향으로 이송되어 상기 서브 커넥터 끼움홀에 끼움 결합되도록 상기 연결 와이어의 길이와 대응하는 간격만큼 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 연결 커넥터 조립체는, 상기 카트리지 적층체와 접촉되도록 설치되며, 상기 이차 전지들의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 온도 센서와 상기 메인 커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 와이어를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 메인 커넥터 고정부에 고정된 메인 커넥터의 적어도 일부분이 외부로 노출되도록 개방 형성되는 개방구를 구비하며, 상기 카트리지 적층체와 상기 ICB 하우징의 적어도 일부분을 둘러싸도록 설치되는 모듈 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 버스바는, 미리 정해진 접속 방향으로 돌출 형성된 접속핀을 갖고, 상기 센싱 커넥터 조립체는, 상기 접속핀이 삽입되는 접속홀과, 상기 접속홀에 삽입된 접속핀과 전기적으로 접속되도록 상기 접속홀의 내부에 장착되는 리셉터클을 갖는 센싱 하우징을 더 구비하며, 상기 센싱 와이어는 상기 리셉터클과 상기 센싱 커넥터를 전기적으로 연결하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 센싱 커넥터는, 상기 접속핀이 상기 접속홀에 삽입되어 상기 리셉터클과 전기적으로 접속될 때 상기 서브 커넥터 고정부에 고정된 서브 커넥터와 체결되도록 상기 센싱 하우징에 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 카트리지 적층체의 타면에 결합되는 쿨링 플레이트를 더 포함하며, 상기 센싱 하우징은, 상기 쿨링 플레이트가 상기 카트리지 적층체에 결합될 때 상기 접촉핀이 상기 접속홀에 삽입되어 상기 리셉터클과 전기적으로 접속되도록 상기 쿨링 플레이트와 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 배터리 팩은, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 자동차는, 전술한 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 자동화된 배터리 모듈의 조립 작업 이후에 커넥터를 연결 및 고정하기 위한 별도의 수작업이 요구되지 않으므로, 이를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 커넥터의 고정 위치를 자유롭게 선택 가능하므로, 배터리 모듈의 데드 스페이스를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 Ⅰ-Ⅰ'선 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 이차 전지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 ICB 하우징의 사시도.
도 5는 도 2의 A 영역에 대한 부분 확대도.
도 6은 도 1에 도시된 ICB 하우징의 정면도.
도 7은 도 1에 도시된 쿨링 플레이트와 센싱 커넥터 조립체의 결합 사시도.
도 8은 도 1에 배터리 모듈의 측면도.
도 9는 도 8에 도시된 배터리 모듈의 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도.
도 10은 도 9의 C 영역에 대한 부분 확대도.
도 11은 도 8에 도시된 연결 커넥터 조립체의 사시도.
도 12는 도 8에 도시된 연결 커넥터 조립체의 후면도.
도 13은 도 8에 도시된 ICB 하우징과 연결 커넥터 조립체의 결합 사시도.
도 14는 도 8에 도시된 ICB 하우징과 연결 커넥터 조립체의 Ⅲ-Ⅲ'선 단면도.
도 15는 모듈 케이스가 설치된 상태를 나타내는 배터리 모듈의 사시도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 이차 전지(12)가 각각 수용된 복수의 카트리지(14)들을 구비하는 카트리지 적층체(10); 전극 리드(16)와 전기적으로 접속되는 버스바(22)를 구비하며, 카트리지 적층체(10)의 일면에 결합되는 ICB 하우징(20); 카트리지 적층체(10)의 타면에 결합되며, 이차 전지(12)들을 냉각시키는 쿨링 플레이트(30); 버스바(22)와 전기적으로 접속되며, 쿨링 플레이트(30)에 결합되는 센싱 커넥터 조립체(50)와, 센싱 커넥터 조립체(50)를 외부의 계측 회로와 전기적으로 연결하며, ICB 하우징(20)에 결합되는 연결 커넥터 조립체(60)를 구비하는 센싱 유닛(40);을 포함한다. 이러한 배터리 모듈(1)은 복수 개가 미리 정해진 전기적인 연결 방법으로 연결되어 배터리 팩을 구성할 수 있다. 또한, 이러한 배터리 팩은 자동차에 설치되어 사용될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 Ⅰ-Ⅰ'선 단면도이며, 도 3은 이차 전지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

먼저, 카트리지 적층체(10)는 복수의 이차 전지(12)들을 수용하기 위한 부재이다.

카트리지 적층체(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 이차 전지(12)들과, 이러한 이차 전지(12)들 중 적어도 하나의 이차 전지(12)를 각각 수용하는 복수의 카트리지(14)들을 포함한다.

이차 전지(12)들은 리튬 폴리머 전지로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이차 전지(12)들은, 리튬 이온 전지, 니켈 카트늄 전지, 니켈 수소 전지 및 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수도 있다.

이차 전지(12)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형으로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이차 전지들은 원통형, 각형 등으로 구성될 수도 있다.

이차 전지(12)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극 리드(16)들을 포함한다. 전극 리드(16)들 중 어느 하나는, 이차 전지(12)의 일단에 마련되며, 양극과 음극 중 어느 하나의 극성을 갖는다. 전극 리드(16)들 중 다른 하나는, 이차 전지(12)의 타단에 마련되며, 양극과 음극 중 다른 하나의 극성을 갖는다.

카트리지(14)들은 각각, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 이차 전지(12)들을 전극 리드(16)들이 카트리지(14)의 외부로 돌출되도록 수용 및 홀딩한다. 따라서, 이차 전지(12)들은 이러한 카트리지(14)들에 의하여 유동이 방지된다.

카트리지(14)들은, 이차 전지(12)들의 적층 및 조립을 용이하게 할 수 있도록 상호 적층 가능하도록 구성된다. 따라서, 카트리지(14)들은, 다단으로 적층되어 카트리지 적층체(10)를 형성한다.

도 4는 도 1에 도시된 ICB 하우징의 사시도, 도 5는 도 2의 A 영역에 대한 부분 확대도이며, 도 6은 도 1에 도시된 ICB 하우징의 정면도이다.

다음으로, ICB 하우징(20)은 이차 전지(12)들을 전기적으로 연결하는 부재이다.

ICB 하우징(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)들이 통과되도록 천공된 리드홀(21)과, 리드홀(21)들을 통과한 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)들과 전기적으로 접속되는 버스바(22)와, 연결 커넥터 조립체(60)를 고정하는 커넥터 고정부(23)를 포함한다. 이러한 ICB 하우징(20)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)들이 리드홀(21)들을 각각 통과하도록 카트리지 적층체(10)의 일측면에 결합된다.

리드홀(21)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)들이 통과될 수 있도록 복수 개가 미리 정해진 간격으로 천공된다.

버스바(22)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 리드홀(21)들의 적어도 일부분을 둘러싸도록 ICB 하우징(20)의 외면에 결합된다. 버스바(22)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들과 버스바(22)의 전기적인 연결 방법에 따라 적어도 하나의 버스바(22)가 설치될 수 있다.

버스바(22)들 중 적어도 하나는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하단부에 장착되는 연결탭(24)을 포함한다. 연결탭(24)은, 카트리지 적층체(10)의 하측 방향 즉, 후술할 쿨링 플레이트(30)를 향해 돌출 형성된 접속핀(24a)을 포함한다.

이러한 버스바(22)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)와 미리 정해진 접속면(P)에서 전기적으로 접속된다. 이를 위하여, 전극 리드(16)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 리드홀(21)을 통해 ICB 하우징(20)의 외부로 돌출된 단부가 전술한 접속면(P)에서 버스바(22)와 접속되도록 절곡되어 형성되는 접속부(16a)를 포함한다

커넥터 고정부(23)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 연결 커넥터 조립체(60)의 서브 커넥터(61)가 고정되는 서브 커넥터 고정부(25)와, 연결 커넥터 조립체(60)의 메인 커넥터(62)가 고정되는 메인 커넥터 고정부(26)와, 연결 커넥터 조립체(60)의 연결 와이어(63)가 고정되는 와이어 고정부(27)를 포함한다.

서브 커넥터 고정부(25)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 고리 형상을 갖고, 버스바(22)의 하측에 위치하도록 ICB 하우징(20)의 외면으로부터 돌출 형성된다. 이러한 서브 커넥터 고정부(25)는, 서브 커넥터(61)가 삽입되어 끼움 결합되는 커넥터 끼움홀(25a)과, 커넥터 끼움홀(25a)에 미리 정해진 깊이만큼 삽입된 서브 커넥터(61)가 걸림되도록 커넥터 끼움홀(25a)의 내측면으로부터 연장 형성되는 적어 하나의 커넥터 걸림턱(25b)과, 커넥터 끼움홀(25a)과 연통되도록 서브 커넥터 고정부(25)의 일부가 절개되어 형성되는 와이어 안내홈(25c)을 포함한다.

메인 커넥터 고정부(26)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 버스바(22)의 상측에 위치하도록 형성된다. 즉, 메인 커넥터 고정부(26)는, 버스바(22)를 사이에 두고 서브 커넥터 고정부(25)와 미리 정해진 간격만큼 이격되도록 형성되는 것이다. 이러한 메인 커넥터 고정부(26)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 커넥터(62)를 수용 가능하도록 ICB 하우징(20)의 외면에 요입 형성되는 커넥터 수용홈(26a)과, 후술할 메인 커넥터(62)의 탄성 후크(66a)가 삽입 가능하도록 커넥터 수용홈(26a)에 천공된 후크홀(26b)과, 후크홀(26b)에 삽입된 탄성 후크(66a)에 의해 탄성 가압되도록 후크홀(26b)로부터 ICB 하우징(20)의 상측 방향으로 연장 형성되는 가압부(26c)를 포함한다.

와이어 고정부(27)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 서브 커넥터 고정부(25)와 메인 커넥터 고정부(26) 사이에 위치하도록 ICB 하우징(20)의 외면에 마련된다. 이러한 와이어 고정부(27)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 ICB 하우징(20)의 외면이 제2 ICB 하우징(20)의 내면 쪽을 향해 요입되어 형성되는 와이어 고정홈(27a)과, 연결 와이어(63)가 와이어 고정홈(27a)에 끼움 결합되도록 미리 정해진 간격을 두고 와이어 고정홈(27a)으로부터 돌출 형성되는 복수의 이탈 방지 돌기(27b)를 구비한다.

도 7은 도 1에 도시된 쿨링 플레이트와 센싱 커넥터 조립체의 결합 사시도이며, 도 8은 도 1에 배터리 모듈의 측면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 배터리 모듈의 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도이다.

다음으로, 쿨링 플레이트(30)는, 이차 전지(12)들에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 부재이다.

쿨링 플레이트(30)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 카트리지(14)들과 접촉되도록 마련되는 플레이트 본체(32)와, ICB 하우징(20)과 대면되도록 플레이트 본체(32)의 단부로부터 연장 형성되며, 후술할 센싱 커넥터 조립체(50)의 센싱 하우징(52)이 결합되는 결합부(34)를 포함한다.

쿨링 플레이트(30)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 센싱 커넥터 조립체(50)와 일체된 결합된 상태로 카트리지 적층체(10)의 저면에 결합된다. 보다 구체적으로, 쿨링 플레이트(30)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 플레이트 본체(32)가 카트리지(14)들과 접촉됨과 함께, 결합부(34)가 ICB 하우징(20)과 대면되도록 카트리지 적층체(10)의 타면에 결합된다. 쿨링 플레이트(30)와 카트리지 적층체(10)의 결합 방법은 특별히 한정되지 않으며, 끼움 결합, 후크 결합 등 다양한 결합 방식을 이용해 쿨링 플레이트(30)와 카트리지 적층체(10)를 결합할 수 있다.

쿨링 플레이트(30)는, 카트리지(14)들과 접촉된 플레이트 본체(32)를 통해 이차 전지(12)들에서 발생한 열을 카트리지(14)들을 통해 전달받아 외부로 방출함으로써, 이차 전지(12)들을 냉각시킬 수 있다.

다음으로, 센싱 유닛(40)은, 이차 전지(12)들의 전압을 센싱하기 위한 부재이다.

센싱 유닛(40)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)와 접속되는 센싱 커넥터 조립체(50)와, 센싱 커넥터 조립체(50)를 외부의 계측 회로와 전기적으로 연결하는 연결 커넥터 조립체(60)를 포함한다.

도 10은 도 9의 C 영역에 대한 부분 확대도이다.

센싱 커넥터 조립체(50)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 버스바(22)와 전기적으로 접속되는 센싱 하우징(52)과, 후술할 연결 커넥터 조립체(60)와 체결 및 접속되는 센싱 커넥터(54)와,센싱 하우징(52)과 센싱 커넥터(54)를 전기적으로 연결하는 센싱 와이어(56)를 포함한다.

센싱 하우징(52)은, 버스바(22)의 접속핀(24a)이 삽입되는 접속홀(52a)과, 접속홀(52a)에 삽입된 버스바(22)의 접속핀(24a)과 접속되도록 접속홀(52a)의 내부에 장착되는 리셉터클(52b)을 포함한다.

접속홀(52a)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 센싱 하우징(52)을 상하 방향으로 관통하도록 천공된다. 접속홀(52a)은, 접속핀(24a)과 리셉터클(52b)이 각각 삽입 및 고정되도록 미리 정해진 형상을 갖는다. 이러한 접속홀(52a)의 형성 개수는 특별히 한정되지 않으며, 버스바(22)에 마련되는 접속핀(24a)의 개수와 대응되도록 적어도 하나의 접속홀(52a)이 센싱 하우징(52)에 형성될 수 있다.

리셉터클(52b)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 접속홀(52a)의 내부에 장착되어 설치된다. 리셉터클(52b)은, 접속핀(24a)과 클립 결합 가능한 클립 구조를 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 리셉터클(52b)은, 버스바(22)를 매개로 이차 전지(12)들의 전극 리드(16)와 전기적으로 연결됨으로써, 이차 전지(12)들의 전압을 센싱할 수 있다.

이러한 센싱 하우징(52)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(30)와 일체를 이루도록 결합부(34)의 미리 정해진 결합 위치에 결합되어 설치된다. 여기서, 상기 미리 정해진 결합 위치란, 센싱 하우징(52)과 일체로 결합된 쿨링 플레이트(30)가 카트리지 적층체(10)의 저면에 결합될 때 버스바(22)의 접속핀(24a)이 접속홀(52a)에 삽입되어 리셉터클(52b)과 결합 및 접속되는 위치를 말한다.

센싱 커넥터(54)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 센싱 하우징(52)의 미리 정해진 결합 위치에 결합되어 설치된다. 상기 미리 정해진 결합 위치란, 도 10에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(30)가 카트리지 적층체(10)의 타면에 결합될 때, 센싱 커넥터(54)와 서브 커넥터(61)가 체결 및 접속되는 위치를 말한다.

센싱 와이어(56)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 일단이 리셉터클(52b)과 결합 및 접속되고 또한 타단이 센싱 커넥터(54)와 결합 및 접속됨으로써, 리셉터클(52b)과 센싱 커넥터(54)를 전기적으로 연결할 수 있다.

도 11은 도 8에 도시된 연결 커넥터 조립체의 사시도이며, 도 12는 도 8에 도시된 연결 커넥터 조립체의 후면도이다.

또한, 도 13은 도 8에 도시된 ICB 하우징과 연결 커넥터 조립체의 결합 사시도이며, 도 14는 도 8에 도시된 ICB 하우징과 연결 커넥터 조립체의 Ⅲ-Ⅲ'선 단면도이다.

연결 커넥터 조립체(60)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 센싱 커넥터(54)와 체결 및 접속되는 서브 커넥터(61)와, 외부의 계측 회로가 구비하는 회로 커넥터와 체결 및 접속되는 메인 커넥터(62)와, 서브 커넥터(61)와 메인 커넥터(62)를 전기적으로 연결하는 연결 와이어(63)와, 이차 전지(12)들의 온도를 센싱하는 온도 센서(64)와, 온도 센서(64)와 메인 커넥터(62)를 전기적으로 연결하는 도전성 와이어(65)를 포함한다.

서브 커넥터(61)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 센싱 커넥터(54)의 플러그 터미널과 전기적으로 접속되는 플러그가 마련된 암 커넥터로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 서브 커넥터(61)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 커넥터 걸림턱(25b)에 걸림되도록 커넥터 끼움홀(25a)에 ICB 하우징(20)의 상측 방향으로 미리 정해진 깊이만큼 삽입되어 끼움 결합됨으로써, ICB 하우징(20)과 결합된다.

한편, 이와 같이 서브 커넥터(61)를 고정 설치 할 때에는, 연결 와이어(63)가 서브 커넥터 고정부(25)에 걸림되지 않도록 연결 와이어(63)를 와이어 안내홈(25c)을 통해 커넥터 끼움홀(25a)에 먼저 삽입해 두는 것이 바람직하다.

메인 커넥터(62)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 계측 회로의 회로 커넥터의 플러그 터미널과 전기적으로 접속되는 플러그가 마련된 암 커넥터로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 메인 커넥터(62)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 후크홀(26b)에 삽입 가능하도록 후면으로부터 돌출 형성되는 탄성 후크(66a)를 포함한다. 탄성 후크(66a)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 메인 커넥터(62)의 후면과 연결된 연결부(66b)와, 연결부(66b)로부터 메인 커넥터(62)의 상측 방향, 다시 말하면, ICB 하우징(20)의 상측 방향을 향해 연장 형성되는 탄성부(66c)를 포함한다. 특히, 탄성부(66c)는, 메인 커넥터(62)의 후면 쪽으로 탄성 바이어스되도록 형성된다.

메인 커넥터(62)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 탄성 후크(66a)를 커넥터 수용홈을 통해 후크홀(26b)에 삽입한 후 탄성부(66c)가 가압부(26c)를 탄성 가압하도록 메인 커넥터(62)를 ICB 하우징(20)의 상측 방향으로 이송함으로써, ICB 하우징(20)에 결합할 수 있다. 즉, 메인 커넥터(62)는, 탄성 후크(66a)가 가압부(26c)에 탄성 결합됨으로써, 커넥터 수용홈(26a)에 수용된 상태로 ICB 하우징(20)에 결합되는 것이다.

이러한 메인 커넥터(62)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 연결 와이어(63)에 의해 서브 커넥터(61)와 전기적으로 연결되며, 외부의 계측 회로가 구비하는 회로 커넥터와 체결 및 접속된다. 그러면, 계측 회로는, 리셉터클(52b)에 의해 센싱된 전압을 메인 커넥터(62)를 통해 전달받아 이차 전지(12)들의 전압을 측정할 수 있다.

연결 와이어(63)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 일단이 서브 커넥터(61)와 결합 및 접속되고 또한 타단이 메인 커넥터(62)와 결합 및 접속됨으로써, 서브 커넥터(61)와 메인 커넥터(62)를 전기적으로 연결한다. 복수의 연결 와이어(63)들이 마련될 경우에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 연결 와이어(63)들은 와이어 타이(67)에 의해 한 묶음으로 체결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 연결 와이어(63)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 이탈 방지 돌기(27b)에 의해 커버되어 이탈이 방지되도록 적어도 일부분이 와이어 고정홈(27a)에 삽입되어 고정됨으로써, ICB 하우징(20)에 결합된다.

온도 센서(64)는, 이차 전지(12)들의 온도를 측정하기 위해 일반적으로 사용되는 온도 센서(64)로 구성된다. 온도 센서(64)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 도전성 와이어(65)에 의해 메인 커넥터(62)와 전기적으로 연결된다. 이러한 온도 센서(64)와 도전성 와이어(65)는, ICB 하우징(20)가 카트리지 적층체(10)의 일측면에 결합될 때 온도 센서(64)가 카트리지 적층체(10)의 미리 정해진 온도 측정 위치와 접촉되도록 후크홀(26b)에 삽입되어 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 서브 커넥터(61)와 메인 커넥터(62)는 연결 와이어(63)들에 의해 전기적 및 물리적으로 연결되므로, 메인 커넥터(62)를 이송할 경우에, 서브 커넥터(61)는 연결 와이어(63)들에 작용하는 장력에 의해 메인 커넥터(62)를 따라 이송된다. 이를 이용하여 메인 커넥터(62)가 ICB 하우징(20)에 고정될 때 서브 커넥터(61)도 ICB 하우징(20)에 함께 고정되도록 서브 커넥터 고정부(25)와 메인 커넥터 고정부(26)를 마련할 수 있다.

예를 들어, 서브 커넥터 고정부(25)와 메인 커넥터 고정부(26)는, ICB 하우징(20)의 상하 방향으로 연결 와이어(63)의 길이와 대응하는 간격만큼 이격되도록 마련될 수 있다. 그러면, 도 14에 도시된 바와 같이, 후크홀(26b)에 삽입된 탄성 후크(66a)가 가압부(26c)를 탄성 가압하도록 메인 커넥터(62)를 제2 ICB 하우징(20)의 상측 방향으로 이송한 경우에, 서브 커넥터(61)는 메인 커넥터(62)를 따라 제2 ICB 하우징(20)의 상측 방향으로 이송되어 커넥터 끼움홀(25a)에 끼움 결합될 수 있다.

도 15는 모듈 케이스가 설치된 상태를 나타내는 배터리 모듈의 사시도이다.

추가적으로, 배터리 모듈(1)은, 카트리지 적층체(10), ICB 하우징(20) 기타 전술한 부재들을 외부로 보호할 수 있도록 전술한 부재들의 적어도 일부분을 둘러싸도록 설치되는 모듈 케이스(70)를 더 포함할 수 있다.

모듈 케이스(70)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(1)의 상부를 커버하도록 마련되는 상부 케이스(80)와, 배터리 모듈(1)의 하부를 커버하도록 마련되는 하부 케이스(90)를 포함한다. 특히, 상부 케이스(80)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 메인 커넥터(62)의 플러그가 외부로 노출되도록 개방 형성되는 개방구(82)를 포함할 수 있다.

전술한 배터리 모듈(1)은, 센싱 커넥터 조립체(50)와 미리 결합된 쿨링 플레이트(30) 및 연결 커넥터 조립체(60)와 미리 결합된 카트리지 적층체(10)가 서로 결합될 때 센싱 커넥터 조립체(50)가 이차 전지(12) 및 연결 커넥터 조립체(60)와 각각 결합 및 접속되는 구조를 갖는다. 그런데, 쿨링 플레이트(30)와 카트리지 적층체(10)의 결합 작업은 자동화가 용이하므로, 수작업이 요구되는 센싱 커넥터 조립체(50)와 쿨링 플레이트(30)의 결합 작업 및 연결 커넥터 조립체(60)와 카트리지 적층체(10)의 결합 작업을 각각 별도의 장소 또는 배터리 모듈(1)의 조립 장소에서 미리 실시한 후, 배터리 모듈(1)의 나머지 조립 공정들을 자동으로 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 자동화된 배터리 모듈(1)의 조립 작업들 이후에 별도의 수작업이 요구되지 않으므로, 종래의 배터리 모듈에 비해 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 센싱 커넥터 조립체(50)와 연결 커넥터 조립체(60)가 구비하는 커넥터(54)(61)(62)를 미리 정해진 위치에 고정해 둔 후 배터리 모듈(1)의 나머지 자동화된 공정들을 수행 가능한 구조를 갖는다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 자동화된 배터리 모듈(1)의 공정들을 수행한 후 추가적으로 커넥터의 설치 작업을 수 작업으로 수행하여야 하는 종래의 배터리 모듈에 비해 커넥터(54)(61)(62)의 설치 위치를 상대적으로 자유롭게 선택 가능하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시에 따른 배터리 모듈(1)은, 부재들이 배치되지 않는 배터리 모듈(10)의 빈 공간을 커넥터(54)(61)(62)의 설치 공간으로 활용 가능하므로, 종래의 배터리 모듈에 비해 사용되지 않는 데드 스페이스(Dead Space)를 감소시킬 수 있다.

1 : 배터리 모듈
10 : 카트리지 적층체
20 : ICB 하우징
30 : 쿨링 플레이트
40 : 센싱 유닛
50 : 센싱 커넥터 조립체
60 : 연결 커넥터 조립체
70 : 모듈 케이스
80 : 상부 케이스
90 : 하부 케이스

Claims (12)

1. 전극 리드를 각각 갖는 복수의 이차 전지들과, 상기 이차 전지들 중 적어도 하나의 이차 전지를 각각 수용하며, 다단으로 적층되는 복수의 카트리지들을 구비하는 카트리지 적층체;
   상기 전극 리드와 전기적으로 접속되는 버스바를 구비하며, 상기 카트리지 적층체의 일면에 결합되는 ICB 하우징;
   상기 버스바와 전기적으로 접속되는 센싱 와이어와, 상기 센싱 와이어의 단부에 결합되는 센싱 커넥터를 구비하며, 상기 이차 전지들의 전압을 센싱하는 센싱 커넥터 조립체; 및
   상기 센싱 커넥터와 체결 및 접속되는 서브 커넥터와, 상기 이차 전지들의 전압을 측정 가능한 외부의 계측 회로가 구비하는 회로 커넥터와 체결 및 접속되는 메인 커넥터와, 상기 서브 커넥터와 상기 메인 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결 와이어를 구비하며, 상기 센싱 커넥터 조립체와 상기 계측 회로를 전기적으로 연결하는 연결 커넥터 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 ICB 하우징은,
   상기 서브 커넥터가 고정되는 서브 커넥터 고정부; 및
   상기 메인 커넥터가 고정되는 메인 커넥터 고정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서브 커넥터 고정부는,
   상기 서브 커넥터가 미리 정해진 고정 방향으로 삽입되어 끼움 결합되는 커넥터 끼움홀; 및
   상기 커넥터 끼움홀의 내주면으로부터 연장 형성되며, 상기 커넥터 끼움홀에 미리 정해진 깊이만큼 삽입된 서브 커넥터가 걸림되도록 마련되는 적어도 하나의 커넥터 걸림턱;을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 메인 커넥터는, 일면으로부터 상기 고정 방향을 향해 돌출 형성된 탄성 후크를 구비하며,
   상기 메인 커넥터 고정부는, 상기 탄성 후크가 삽입 가능하도록 상기 ICB 하우징에 천공된 후크홀과, 상기 탄성 후크가 상기 후크홀에 삽입된 상태에서 상기 메인 커넥터를 상기 고정 방향으로 이송한 경우에, 상기 탄성 후크에 의해 탄성 가압되도록 상기 후크홀로부터 상기 고정 방향으로 연장 형성되는 가압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 서브 커넥터 고정부와 상기 메인 커넥터 고정부는, 상기 가압부가 상기 후크홀에 삽입된 상기 탄성 후크에 의해 탄성 가압되도록 상기 메인 커넥터가 상기 고정 방향으로 이송된 경우에, 상기 서브 커넥터가 상기 연결 와이어에 의해 상기 메인 커넥터를 따라 상기 고정 방향으로 이송되어 상기 서브 커넥터 끼움홀에 끼움 결합되도록 상기 연결 와이어의 길이와 대응하는 간격만큼 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제4항에 있어서,
   상기 연결 커넥터 조립체는,
   상기 카트리지 적층체와 접촉되도록 설치되며, 상기 이차 전지들의 온도를 센싱하는 온도 센서;
   상기 온도 센서와 상기 메인 커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 와이어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제2항에 있어서,
   상기 메인 커넥터 고정부에 고정된 메인 커넥터의 적어도 일부분이 외부로 노출되도록 개방 형성되는 개방구를 구비하며, 상기 카트리지 적층체와 상기 ICB 하우징의 적어도 일부분을 둘러싸도록 설치되는 모듈 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제2항에 있어서,
   상기 버스바는, 미리 정해진 접속 방향으로 돌출 형성된 접속핀을 갖고,
   상기 센싱 커넥터 조립체는, 상기 접속핀이 삽입되는 접속홀과, 상기 접속홀에 삽입된 접속핀과 전기적으로 접속되도록 상기 접속홀의 내부에 장착되는 리셉터클을 갖는 센싱 하우징을 더 구비하며,
   상기 센싱 와이어는 상기 리셉터클과 상기 센싱 커넥터를 전기적으로 연결하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 센싱 커넥터는, 상기 접속핀이 상기 접속홀에 삽입되어 상기 리셉터클과 전기적으로 접속될 때 상기 서브 커넥터 고정부에 고정된 서브 커넥터와 체결되도록 상기 센싱 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 카트리지 적층체의 타면에 결합되는 쿨링 플레이트를 더 포함하며,
    상기 센싱 하우징은, 상기 쿨링 플레이트가 상기 카트리지 적층체에 결합될 때 상기 접촉핀이 상기 접속홀에 삽입되어 상기 리셉터클과 전기적으로 접속되도록 상기 쿨링 플레이트와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제1항 내지 제10항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제11항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
    

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