KR20170141402A - 힌지 구조로 결합된 외장 부재를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및 전지셀 어셈블리의 외면들 중에서 각각 적어도 1개의 외면을 감싸며, 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합되어 있는 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

힌지 구조로 결합된 외장 부재를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Comprising Module Case Coupled with Hinge Structure}
본 발명은 힌지 구조로 결합된 외장 부재를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 이차전지가 자동차의 동력원 또는 전력 저장 장치와 같이 대용량을 필요로 하는 디바이스 내지 장치에 사용되는 경우, 상기 이차전지는 다수의 전지셀들이 배열된 구조의 전지셀 어셈블리 내지 전지모듈의 형태로 이용된다.
일반적으로, 이러한 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈은 상기 디바이스 내지 장치의 다양한 운용 환경에서, 상기 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈을 구성하는 전지셀들의 물리적 손상에 따른 성능 저하 내지 안전성의 저하를 방지할 수 있도록, 외면을 감싸는 복수의 외장 부재에 의해 구조적 안정성을 향상시키는 구조로 이용된다.
도 1 및 2에는 종래의 전지모듈의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 분해도가 도시되어 있다.
우선, 도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 어셈블리(110) 및 전지셀 어셈블리(110)의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고 있다.
전지셀 어셈블리(110)는 복수의 전지셀(111)이 서로 전극 단자(112) 부위에서 전기적으로 연결된 상태에서, 일면 방향으로 배열되어 있는 구조로서, 전체적으로 육면체 형상으로 이루어져 있다.
외장 부재(121, 122)는 제 1 외장 부재(121) 및 제 2 외장 부재(122)를 포함하고 있다.
제 1 외장 부재(121) 및 제 2 외장 부재(122)는 전지셀 어셈블리(110)를 구성하는 전지셀(111)의 전극 단자(112) 돌출 방향을 기준으로 서로 대향하는 제 1 면과 제 2 면을 제외한 나머지 외면들을 감싸는 구조로 결합된다.
제 1 외장 부재(121)는 전지셀 어셈블리(110)의 제 1 면과 제 2 면을 제외한 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 상면 및 후면을 연속적으로 감싸도록, 수직 단면상의 "ㄷ"자 형으로 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다.
제 2 외장 부재(122)는 전지셀 어셈블리(110)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들 중에서, 제 1 외장 부재(121)에 의해 감싸지는 전면, 상면 및 후면을 제외한 나머지 하면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다.
제 1 외장 부재(121)와 제 2 외장 부재(122)는 서로 대응하는 모서리 부위들(121a, 121b, 122a, 122b)이 접촉된 상태에서, 용접에 의해 결합됨으로써 전지셀 어셈블리(110)를 감싸는 구조로 이루어져 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 외장 부재(221) 및 제 2 외장 부재(222)는 전지셀 어셈블리(210)의 서로 대향하는 제 1 면과 제 2 면을 제외한 나머지 외면들 중에서, 각각 서로 인접한 일 측면과 상면, 및 타측면과 하면을 연속적으로 감싸도록, 수직 단면상의 "ㄴ"자 형으로 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1의 전지모듈과 동일하다.
그러나, 이러한 전지모듈은 제한된 공간에서의 용량을 최대화할 수 있도록, 전지셀 어셈블리와 외장 부재 사이에 별도의 커버 내지 보호 부재가 개재되지 않은 상태에서, 상기 외장 부재가 전지셀 어셈블리의 외면을 직접 감싼 상태로 용접에 의해 결합되므로, 상기 용접 과정에서 발생하는 불꽃 내지 비산물에 의해 전지셀 어셈블리가 손상을 입을 수 있는 문제가 있다.
또한, 이러한 불꽃에 의한 전지셀 어셈블리의 손상은 화재 및 전지셀 어셈블리의 폭발과 같은 위험을 초래할 수 있어, 상기 작업간 작업자의 작업 환경을 열악하게 만드는 요인으로 작용한다.
더욱이, 이러한 외장 부재의 용접 과정에서, 상기 문제점을 최소화하기 위한 용접 부위를 설정하는 것 역시 용이하지 않으며, 이러한 경우에, 상기 외장 부재의 결합을 위한 용접에 소요되는 시간이 증가하게 되므로, 전지모듈의 제조에 소요되는 시간 및 비용 역시 증가할 수 밖에 없는 문제점도 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 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, 전지셀 어셈블리의 외면을 감싸는 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재가 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합되도록 구성함으로써, 외장 부재의 결합을 위한 용접 과정에서 발생할 수 있는 비산물 내지 불꽃에 의한 전지셀 어셈블리의 손상을 방지하고, 이로 인한 화재 및 전지셀 어셈블리의 폭발을 예방함으로써, 작업 환경에 대한 안전성을 보다 향상시킬 수 있으며, 용접 부위를 설정하기 위한 별도의 설계 내지 공정이 요구되지 않으므로, 전지모듈을 보다 용이하게 제조할 수 있는 동시에, 상기 전지모듈의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
복수의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및
전지셀 어셈블리의 외면들 중에서 각각 적어도 1개의 외면을 감싸며, 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합되어 있는 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀 어셈블리의 외면을 감싸는 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합함으로써, 외장 부재의 결합을 위한 용접 과정을 배제할 수 있으므로, 외장 부재의 결합을 위한 용접 과정에서 발생할 수 있는 비산물 내지 불꽃에 의한 전지셀 어셈블리의 손상을 방지하고, 이로 인한 화재 및 전지셀 어셈블리의 폭발을 예방함으로써, 작업 환경에 대한 안전성을 보다 향상시킬 수 있으며, 용접 부위를 설정하기 위한 별도의 설계 내지 공정이 요구되지 않으므로, 전지모듈을 보다 용이하게 제조할 수 있는 동시에, 상기 전지모듈의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 파우치형 전지일 수 있다.
상기 파우치형 전지는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 내장한 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀 어셈블리는 복수의 전지셀들이 상호 대면한 상태로 배열된 육면체 구조로 이루어져 있을 수 있다. 상기 전지셀들의 사이에는 접착 부재가 개재되어 상기 전지셀들을 접촉 및 고정하는 구조일 수 있다. 상기 접착 부재는 예를 들어 양면 테이프 일 수 있지만, 전지셀들의 접촉 및 고정을 용이하게 할 수 있는 소재라면 이에 한정되지 않는다.
상기 전지셀들의 전극단자들은 전지셀 어셈블리의 제 1 외면에 위치하거나, 또는 제 1 외면 및 상기 제 1 외면의 반대면인 제 2 외면에 각각 위치할 수 있다.
여기서, 상기 전지셀 어셈블리의 서로 대향하는 제 1 외면과 제 2 외면에는 전지셀의 전극단자에 전기적으로 연결되는 전기적 연결 부재가 위치하는 구조일 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 전기적 연결 부재는 전지셀의 전극단자들을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바, 또는 전지모듈을 외부 장치와 전기적으로 연결하기 위한 외부 입출력 단자와 같은 전기적 연결 부재일 수 있다.
따라서, 상기 전지셀 어셈블리는 전극단자 부위에서, 상기 전기적 연결 부재와 우선적으로 연결된 상태에서, 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재가 결합되어 전지모듈을 형성하거나, 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재가 우선적으로 결합된 상태에서, 개방되어 있는 제 1 외면 및 제 2 외면 부위를 통해, 상기 전지셀 어셈블리는 전극 단자부위에서, 상기 전기적 연결 부재와 연결될 수 있으므로, 전지모듈을 구성하는 부재들 간의 간섭 없이, 보다 용이하게 상기 전지모듈을 제조할 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리의 육면체 구조는 제 1 외면 및 제 2 외면에 각각 변을 접하는 제 3 외면, 제 4 외면, 제 5 외면 및 제 6 외면을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리의 형상은 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재에 내장되는 전지 용량을 최대화 하기 위해서 육면체 구조로 이루어져 있을 수 있지만, 제1 외장 부재 및 제 2 외장 부재의 형상에 따라 다양한 형상의 다면체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 제 1 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 제 3 외면과 제 4 외면을 감싸도록 절곡되어 있을 수 있고, 상기 제 2 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 제 5 외면과 제 6 외면을 감싸도록 절곡되어 있을 수 있다. 상기 전지셀 어셈블리는 육면체 구조로 이루어져 있을 수 있으므로, 상기 제 1 외장 부재의 제 3 외면과 제 3 외면에 인접하는 제 4 외면을 감싸도록 절곡되어 있는 구조는 'ㄴ'자 형상으로 이루어진 구조일 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 2 외장 부재의 제 5 외면과 제 5 외면에 인접하는 제 6 외면을 감싸도록 절곡되어 있는 구조는 'ㄴ'자 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 외면을 감싸도록 수직으로 절곡되어 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는, 제 1 외장 부재에서 모서리의 길이 방향으로 모서리 단부에 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 힌지 체결구, 제 2 외장 부재에서 모서리의 길이 방향으로 모서리 단부에 형성되어 있는 하나 이상의 제 2 힌지 체결구, 및 상기 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구에 삽입되는 체결 샤프트의 조합에 의해, 가역적 결합 방식의 힌지 구조를 형성하고 있을 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 제 1 외장 부재의 모서리 단부에는 복수의 제 1 힌지 체결구들이 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 2 외장 부재의 모서리 단부에는 복수의 제 2 힌지 체결구들이 형성되어 있을 수 있으며, 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구가 교번 배열되도록 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재의 모서리 단부들에 제 1 힌지 체결구들 및 제 2 힌지 체결구들이 형성되어 있을 수 있다.
상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는 각각 판재로 이루어져 있을수 있고, 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구는 판재의 모서리 단부가 컬링(curling)된 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 체결 샤프트의 하나의 구체적인 예로서, 상기 체결 샤프트는,
제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구에 삽입되는 샤프트 본체;
제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 샤프트 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 샤프트 헤드; 및
제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 가지며 샤프트 본체의 타측 단부에 형성되어 있는 체결용 만입홈;
을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
또한 상기 체결 샤프트는, 상기 체결 샤프트의 샤프트 본체가 제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구에 삽입된 상태에서 체결용 만입홈에 장착되는 고정 부재를 추가로 포함하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 고정 부재는 제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 체결용 만입홈이 삽입되는 개구를 포함하고 있을 수 있다.
상기 샤프트 본체는 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재 상호 간 샤프트 본체를 중심으로 회전 구조를 가능하게 하는 형상으로 이루어져 있을 수 있으며, 예를 들면, 상기 샤프트 본체는 수직 단면상으로 원형 또는 다각형 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리 단부와 타측 모서리 단부에 각각 복수의 제 1 힌지 체결구들이 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 2 외장 부재의 일측 모서리 단부와 타측 모서리 단부에 각각 복수의 제 2 힌지 체결구들이 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재는 전지셀 어셈블리를 내장하지 않은 상태에서, 상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 1 힌지 체결구들과 이에 대응하여 제 2 외장 부재의 일측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 2 힌지 체결구들의 조합에 의해 제 1 힌지 구조가 형성될 수 있다.
상기 제 1 힌지 구조가 형성된 상태에서, 상기 전지셀 어셈블리는 상기 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재의 내측에 장착될 수 있고, 상기 제 1 외장 부재의 타측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 1 힌지 체결구들과 이에 대응하여 제 2 외장 부재의 타측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 2 힌지 체결구들의 조합에 의해 제 2 힌지 구조가 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조에 따라, 상기 전지셀 어셈블리는 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재가 완전히 결합된 상태에서 전지셀 어셈블리를 삽입하는 공정과 대비하여, 전지셀 어셈블리를 장착하는 과정에서의 저항을 현저히 낮출 수 있고 조립 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀 어셈블리의 전극 단자들이 위치하는 부위에는, 전지셀들을 전기적으로 연결하는 복수의 버스 바들과 전지셀들의 전압 및 온도를 측정하는 센싱 단자들을 포함하는 버스 바 어셈블리가 장착되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈이 전원으로 하나 이상 장착되어 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 디바이스 및 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 제작하는 방법으로서,
(a) 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 상태로 육면체 구조로 배열하여 전지셀 어셈블리를 구성하는 과정;
(b) 판재를 상기 전지셀 어셈블리의 전극단자가 돌출되어 있는 제 1외면 및 제 2 외면을 제외한 나머지 제 3 외면 내지 제 6 외면에 대응하여 절곡하여 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 구성하는 과정;
(c) 하기 제 1 힌지 체결구들 및 제 2 체결구들이 교변 배열되도록 상기 제 1 외장 부재의 모서리에 복수의 제 1 힌지 체결구들을 형성하고, 상기 제 2 외장 부재의 모서리에 제 2 힌지 체결구들을 형성하며, 상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리와 상기 제 2 외장 부재의 일측 모서리가 접한 상태에서, 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재의 일측 모서리의 힌지 체결구들에 체결 샤프트를 삽입하여 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 일측 모서리에서 가역적 결합 방식의 제 1 힌지 구조로 상호 결합하는 과정;
(d) 상기 제 1 힌지 구조가 형성된 상태에서 상기 전지셀 어셈블리를 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재에 장착하는 과정; 및
(e) 상기 전지셀 어셈블리가 상기 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재에 장착된 상태에서, 상기 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재를 제 1 힌지 구조를 중심으로 회전하여, 상기 전지셀 어셈블리의 외면들 중에서 제 3 외면 및 제 4 외면을 제 1 외장 부재에 의해 감싸고, 제 5 외면 및 제 6 외면을 제 2 외장 부재에 의해 감싸며, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재의 타측 모서리의 힌지 체결구들에 체결 샤프트를 삽입하여 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 타측 모서리에서 가역적 결합 방식의 제 2 힌지 구조로 상호 결합하는 과정;
을 포함하는 전지모듈 제작 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀 어셈블리의 외면을 감싸는 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합함으로써, 외장 부재의 결합을 위한 용접 과정에서 발생할 수 있는 비산물 내지 불꽃에 의한 전지셀 어셈블리의 손상을 방지하고, 이로 인한 화재 및 전지셀 어셈블리의 폭발을 예방함으로써, 작업 환경에 대한 안전성을 보다 향상시킬 수 있으며, 용접 부위를 설정하기 위한 별도의 설계 내지 공정이 요구되지 않으므로, 전지모듈을 보다 용이하게 제조할 수 있는 동시에, 상기 전지모듈의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 2는 종래의 전지모듈의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 분해도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 분해도이다;
도 4는 도 3의 외장 부재들이 전지셀 어셈블리를 내장하기 전 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 4의 체결 샤프트의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 3의 전지모듈을 제작하는 방법에 대한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 분해도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 외장 부재들이 전지셀 어셈블리를 내장하기 전 상태를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 전지모듈(300)은 전지셀 어셈블리(330)와 제 1 외장 부재(310) 및 제 2 외장 부재(320)를 포함하고 있다.
전지셀 어셈블리(330)는 복수의 전지셀(30)들이 상호 측면이 대면한 상태로 배열된 구조로서, 전체적으로 육면체 구조로 이루어져 있다. 복수의 전지셀(30)들 사이에는 접착 부재(도시하지 않음)가 개재되어 있으며, 접착 부재에 의해 전지셀(30)들은 상호 접촉 및 고정되어 있다.
제 1 외장 부재(310)와 제 2 외장 부재(320)는 각각 전지셀 어셈블리(330)를 구성하는 전지셀(30)의 전극 단자(31) 돌출 방향을 기준으로 서로 대향하는 제 1 외면(331)과 제 2 외면(332)을 제외한 나머지 외면들(333, 334, 335, 336) 중에서, 서로 인접한 2개의 외면을 연속적으로 감싸도록, 판재를 수직 단면상의 "ㄴ"자 형으로 절곡한 판상형 구조로 이루어져 있다.
즉, 제 1 외장 부재(310)는 전지셀 어셈블리(330)의 제 3 외면(333) 및 제 4 외면(334)을 감싸도록 절곡되어 있고, 제 2 외장 부재(320)는 전지셀 어셈블리(330)의 제 5 외면(335) 및 제 6 외면(336)을 감싸도록 절곡되어 있다. 제 1 외장 부재(310) 및 제 2 외장 부재(320)는 전지셀 어셈블리(330)의 육면체 구조에 대응하여 수직으로 절곡되어 있다.
제 1 외장 부재(310)의 제 1 모서리 단부(312)와 제 2 모서리 단부(313)에는 각각 복수의 제 1 힌지 체결구(311)들이 형성되어 있고, 제 2 외장 부재(320)의 제 3 모서리 단부(322)와 제 4 모서리 단부(323)에는 각각 복수의 제 2 힌지 체결구(321)들이 형성되어 있다.
제 1 힌지 체결구(311)들과 제 2 힌지 체결구(321)들은 제 1 힌지 체결구(311)와 제 2 힌지 체결구(321)가 교번 배열되도록 형성되어 있다.
또한, 제 1 외장 부재(310)와 제 2 외장 부재(320)는 각각 판재로 이루어져 있고, 제 1 힌지 체결구(311)와 제 2 힌지 체결구(321)는 판재의 모서리 단부(312, 313, 322, 323)가 컬링된 구조로 형성되어 있다.
제 1 외장 부재(310) 및 제 2 외장 부재(320)는 전지셀 어셈블리(330)가 내장되기 전 상태에서, 제 1 모서리 단부(312) 및 제 3 모서리 단부(322)가 먼저 결합되어 제 1 힌지 구조를 형성한다.
제 1 힌지 구조가 형성된 상태에서 전지셀 어셈블리(330)가 제 2 외장 부재(320)의 내측에 장착되고, 전지셀 어셈블리(330)가 제 2 외장 부재(320)에 장착된 상태에서 제 1 외장 부재(310)가 회전하여 제 2 모서리 단부(313)와 제 4 모서리 단부(323)가 결합되어 제 2 힌지 구조를 형성한다.
이 같은 구조에 따라, 전지셀 어셈블리는 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재가 완전히 결합된 상태에서 전지셀 어셈블리를 삽입하는 공정과 대비하여, 전지셀 어셈블리를 장착하는 과정에서의 저항을 현저히 낮출 수 있고 조립 시간을 단축할 수 있다.
도 5에는 도 3의 체결 샤프트의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 체결 샤프트(400)는, 샤프트 본체(410), 샤프트 헤드(420) 체결용 만입홈(430) 및 고정 부재(440)로 이루어져 있다.
샤프트 본체(410)는 제 1 힌지 체결구(311) 및 제 2 힌지 체결구(321)에 삽입되는 구조로 이루어져 있다.
샤프트 헤드(420)는 샤프트 본체(410)가 제 1 힌지 체결구(311) 및 제 2 힌지 체결구(321)에 삽입된 상태에서, 샤프트 본체(410)가 힌지 체결구들(310, 320)을 통과하여 빠져나가는 것을 방지할 수 있도록 힌지 체결구들(310, 320)의 내경보다 큰 외경을 가지며 샤프트 본체(410)의 일측 단부에 형성되어 있다.
만입홈(430)은 샤프트 본체(410)가 제 1 힌지 체결구(311) 및 제 2 힌지 체결구(321)에 삽입된 상태에서, 샤프트 본체(410)의 타측 단부를 고정할 수 있도록 힌지 체결구들(310, 320)의 내경보다 작은 외경을 가지는 구조로 이루어져 있고, 고정 부재(440)가 만입홈(430)에 장착되어 샤프트 본체(410)를 고정한다.
고정 부재(440)는 힌지 체결구들(310, 320)의 내경보다 큰 외경을 가지며 체결용 만입홈(430)이 삽입되는 개구(441)를 포함하고 있다.
샤프트 본체(410)는 수직 단면 상 다각형 구조로 이루어져 있고, 제 1 외장 부재(310) 및 제 2 외장 부재(320)는 샤프트 본체(410)를 중심으로 상호 회전 가능한 구조로 이루어져 있다.
도 6에는 도 3의 전지모듈을 제작하는 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
도 6을 도 3 내지 도 5와 함께 참조하면, 과정 (a)에서, 먼저 복수의 전지셀(30)들을 전기적으로 연결한 상태로 육면체 구조로 배열하여 전지셀 어셈블리(330)를 구성한다(S100).
다음으로, 과정 (b)에서, 판재를 전지셀 어셈블리(330)의 제 1 외면(331) 및 제 2 외면(332)을 제외하고, 제 3 외면(333) 및 제 4 외면(334)에 대응하여 절곡하여 제 1 외장 부재(310)를 구성하고, 제 5 외면(335) 및 제 6 외면(336)에 대응하여 절곡하여 제 2 외장 부재(320)를 구성한다(S200).
과정 (c)에서, 제 1 외장 부재(310)의 모서리 단부들(312, 313)에 제 1 힌지 체결구(311)들을 형성하고, 제 2 외장 부재(320)의 모서리 단부들(322, 323)에 제 2 힌지 체결구(321)들을 형성한다. 제 1 힌지 체결구(311)들 및 제 2 힌지 체결구(321)들은 교번 배열되도록 형성한다. 제 1 외장 부재(310)의 제 1 모서리 단부(312)와 제 2 외장 부재(320)의 제 3 모서리 단부(322)가 접한 상태에서 체결 샤프트(400)를 제 1 힌지 체결구(311)들 및 제 2 힌지 체결구(321)들에 삽입하여 제 1 힌지 구조를 형성한다(S300).
과정 (d)에서, 전지셀 어셈블리(330)를 제 2 외장 부재(320)에 장착한다(S400).
과정 (e)에서, 제 1 외장 부재(310)를 제 1 힌지 구조를 중심으로 회전하여 제 1 외장 부재(310)의 제 2 모서리 단부(313)를 제 2 외장 부재(320)의 제 4 모서리 단부(323)에 접하고, 전지셀 어셈블리(330)의 외면들 중에서 제 3 외면(333) 및 제 4 외면(334)을 제 1 외장 부재(310)에 의해 감싸고, 제 5 외면(335) 및 제 6 외면(336)을 제 2 외장 부재(320)에 의해 감싼다. 마지막으로, 제 1 외장 부재(310)의 제 2 모서리 단부(313)와 제 2 외장 부재(320)의 제 4 모서리 단부(323)가 접한 상태에서 체결 샤프트(400)를 제 1 힌지 체결구(311)들 및 제 2 힌지 체결구(321)들에 삽입하여 제 2 힌지 구조를 형성한다(S500).
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및
    전지셀 어셈블리의 외면들 중에서 각각 적어도 1개의 외면을 감싸며, 가역적 결합 방식의 힌지 구조로 상호 결합되어 있는 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지셀 어셈블리는 복수의 전지셀들이 상호 대면한 상태로 배열된 육면체 구조로 이루어져 있고;
    상기 전지셀들의 전극단자들은 제 1 외면에 위치하거나, 또는 제 1 외면 및 상기 제 1 외면의 반대면인 제 2 외면에 각각 위치하며;
    상기 전지셀 어셈블리의 육면체 구조는 제 1 외면 및 제 2 외면에 각각 변을 접하는 제 3 외면, 제 4 외면, 제 5 외면 및 제 6 외면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 제 3 외면과 제 4 외면을 감싸도록 절곡되어 있고, 상기 제 2 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 제 5 외면과 제 6 외면을 감싸도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는 전지셀 어셈블리의 외면을 감싸도록 수직으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는, 제 1 외장 부재에서 모서리의 길이 방향으로 모서리 단부에 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 힌지 체결구, 제 2 외장 부재에서 모서리의 길이 방향으로 모서리 단부에 형성되어 있는 하나 이상의 제 2 힌지 체결구, 및 상기 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구에 삽입되는 체결 샤프트의 조합에 의해, 가역적 결합 방식의 힌지 구조를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재의 모서리 단부에는 복수의 제 1 힌지 체결구들이 형성되어 있고, 상기 제 2 외장 부재의 모서리 단부에는 복수의 제 2 힌지 체결구들이 형성되어 있으며, 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구가 교번 배열되도록 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재의 모서리 단부들에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재는 각각 판재로 이루어져 있고, 제 1 힌지 체결구와 제 2 힌지 체결구는 판재의 모서리 단부가 컬링(curling)된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 체결 샤프트는,
    제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구에 삽입되는 샤프트 본체;
    제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 샤프트 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 샤프트 헤드; 및
    제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 가지며 샤프트 본체의 타측 단부에 형성되어 있는 체결용 만입홈;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 체결 샤프트의 샤프트 본체가 제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구에 삽입된 상태에서 체결용 만입홈에 장착되는 고정 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고정 부재는 제 1 힌지 체결구 및 제 2 힌지 체결구의 내경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 체결용 만입홈이 삽입되는 개구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 샤프트 본체는 수직 단면상으로 원형 또는 다각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리 단부와 타측 모서리 단부에 각각 복수의 제 1 힌지 체결구들이 형성되어 있고, 상기 제 2 외장 부재의 일측 모서리 단부와 타측 모서리 단부에 각각 복수의 제 2 힌지 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 1 힌지 체결구들과 이에 대응하여 제 2 외장 부재의 일측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 2 힌지 체결구들의 조합에 의해 제 1 힌지 구조가 형성되고;
    상기 제 1 외장 부재의 타측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 1 힌지 체결구들과 이에 대응하여 제 2 외장 부재의 타측 모서리 단부에 형성되어 있는 제 2 힌지 체결구들의 조합에 의해 제 2 힌지 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리의 전극 단자들이 위치하는 부위에는, 전지셀들을 전기적으로 연결하는 복수의 버스 바들과 전지셀들의 전압 및 온도를 측정하는 센싱 단자들을 포함하는 버스 바 어셈블리가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항에 따른 전지모듈이 하나 이상 장착되어 있는 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 제작하는 방법으로서,
    (a) 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 상태로 육면체 구조로 배열하여 전지셀 어셈블리를 구성하는 과정;
    (b) 판재를 상기 전지셀 어셈블리의 전극단자가 돌출되어 있는 제 1외면 및 제 2 외면을 제외한 나머지 제 3 외면 내지 제 6 외면에 대응하여 절곡하여 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 구성하는 과정;
    (c) 하기 제 1 힌지 체결구들 및 제 2 체결구들이 교변 배열되도록 상기 제 1 외장 부재의 모서리에 복수의 제 1 힌지 체결구들을 형성하고, 상기 제 2 외장 부재의 모서리에 제 2 힌지 체결구들을 형성하며, 상기 제 1 외장 부재의 일측 모서리와 상기 제 2 외장 부재의 일측 모서리가 접한 상태에서, 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재의 일측 모서리의 힌지 체결구들에 체결 샤프트를 삽입하여 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 일측 모서리에서 가역적 결합 방식의 제 1 힌지 구조로 상호 결합하는 과정;
    (d) 상기 제 1 힌지 구조가 형성된 상태에서 상기 전지셀 어셈블리를 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재에 장착하는 과정; 및
    (e) 상기 전지셀 어셈블리가 상기 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재에 장착된 상태에서, 상기 제 1 외장 부재 또는 제 2 외장 부재를 제 1 힌지 구조를 중심으로 회전하여, 상기 전지셀 어셈블리의 외면들 중에서 제 3 외면 및 제 4 외면을 제 1 외장 부재에 의해 감싸고, 제 5 외면 및 제 6 외면을 제 2 외장 부재에 의해 감싸며, 상기 제 1 외장 부재와 제 2 외장 부재의 타측 모서리의 힌지 체결구들에 체결 샤프트를 삽입하여 상기 제 1 외장 부재 및 제 2 외장 부재를 타측 모서리에서 가역적 결합 방식의 제 2 힌지 구조로 상호 결합하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제작 방법.
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