KR20190074800A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀을 수납하고, 바텀 플레이트 및 측면 플레이트를 포함하는 하우징과 상기 하우징의 일단 또는 양단에 위치하는 연결 보드를 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트에 결합되고, 상기 측면 플레이트는 복수의 버스바 지지부를 포함하며, 상기 복수의 버스바 지지부 중 적어도 일부는 위쪽으로 돌출된 걸림 돌기를 가지며, 상기 연결 보드는 아래로 뚫린 걸림 홈을 가지는 걸림 부재를 포함하여, 상기 연결 보드가 상기 측면 플레이트에 결합된 상태에서 상기 걸림 돌기가 상기 걸림 홈에 삽입되어 결합한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 고정 구조를 갖는 연결 보드를 포함하는 전지 모듈 및 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지 모듈 또는 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
이러한 중대형 전지팩에서 이차 전지의 안정성 문제는 더욱 중요하다. 여기서, 많은 개수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄 반응을 유발할 수 있고, 그로 인한 발화 및 폭발은 대형 사고를 초래할 수 있다. 따라서, 종래의 중대형 전지 모듈 또는 전지팩에는 전지셀들의 전압 및 온도를 측정할 수 있는 센싱 장치, 이러한 센싱 장치와 전지 관리 시스템(Battery Management System; BMS)를 연결하기 위한 연결 부재, 측정된 값을 바탕으로 전지를 제어하는 BMS를 포함하는 안전 시스템이 구비될 수 있었다. 그러나, 이러한 안전 시스템이 적용된 중대형 전지 모듈 또는 전지팩은, 에너지 밀도를 높이고 전지팩의 크기를 최소화하기 위해 안전 시스템이 차지하는 공간을 최소화할 필요가 있었다.
또한, 전지 모듈이 외부 디바이스에 전원을 공급하기 위해 외부 입출력 단자를 구비하고 있는데, 외부 입출력 단자 구성이 전지 모듈에서 차지하는 공간을 최소화하기 위하여 전지 모듈의 외각에 작은 크기로 외부 입출력 단자 구성을 설치하는데, 이러한 구성들이 전지 모듈 내에서 단단하게 고정되지 않음으로 인해서, 외력에 의하여 용접부 손상, 셀 리드(cell lead) 단절, 버스바 솔더링 크랙(busbar soldering crack) 등의 불량이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 외부 입출력 단자를 연결하는 연결 보드가 전지 모듈에 단단하게 고정되도록 하여 외력이 가해져도 용접부 손상, 셀 리드(cell lead) 단절, 버스바 솔더링 크랙(busbar soldering crack) 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 진동 및 충격에도 연결 보드가 전지 모듈로부터 분리되지 않도록 하는 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀을 수납하고, 바텀 플레이트 및 측면 플레이트를 포함하는 하우징과 상기 하우징의 일단 또는 양단에 위치하는 연결 보드를 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트에 결합되고, 상기 측면 플레이트는 복수의 버스바 지지부를 포함하며, 상기 복수의 버스바 지지부 중 적어도 일부는 위쪽으로 돌출된 걸림 돌기를 가지며, 상기 연결 보드는 아래로 뚫린 걸림 홈을 가지는 걸림 부재를 포함하여, 상기 연결 보드가 상기 측면 플레이트에 결합된 상태에서 상기 걸림 돌기가 상기 걸림 홈에 삽입되어 결합한다.
상기 복수의 버스바 지지부는 상기 걸림 돌기를 가지지 않는 제1 버스바 지지부와 상기 걸림 돌기를 가지는 제2 버스바 지지부로 구분되고, 상기 제1 버스바 지지부와 상기 제2 버스바 지지부가 교대로 배치될 수 있다.
상기 연결 보드를 바깥쪽에서 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치할 수 있다.
상기 하우징, 상기 연결 보드 및 상기 엔드 플레이트를 덮는 탑 커버를 더 포함하고, 상기 탑 커버는 적어도 하나의 막대 모양 결합부를 가지고, 상기 연결 보드는 상단에 형성되어 있는 적어도 한 쌍의 결합 돌기를 가지며, 상기 막대 모양 결합부는 상기 한 쌍의 결합 돌기 사이에 끼워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀을 수납하고, 바텀 플레이트 및 측면 플레이트를 포함하는 하우징, 상기 하우징의 일단 또는 양단에 위치하는 연결 보드, 상기 하우징, 상기 복수의 전지셀 및 상기 연결 보드를 덮는 탑 커버를 포함하고, 상기 탑 커버는 적어도 하나의 막대 모양 결합부를 가지고, 상기 연결 보드는 상단에 형성되어 있는 적어도 한 쌍의 결합 돌기를 가지며, 상기 막대 모양 결합부는 상기 한 쌍의 결합 돌기 사이에 끼워진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결 보드에 형성되어 있는 고정 홈에 측면 플레이트에 형성되어 있는 고정 돌기가 삽입됨으로써 연결 보드가 측면 플레이트에 단단하게 고정된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔드 플레이트가 연결 보드를 덮어 가압함으로써 연결 보드가 더욱 단단하게 고정된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결 보드의 상단이 탑 커버와도 결합하여 더욱 단단하게 고정된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 전지셀 적층체의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징에 연결 보드가 결합하기 전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 오른쪽에 위치하는 연결 보드가 삽입되는 측면 플레이트의 구성을 나타내는 확대도이다.
도 5는 도 3의 왼쪽에 위치하는 연결 보드가 삽입되는 측면 플레이트의 구성을 나타내는 확대도이다.
도 6은 도 3의 오른쪽에 위치하는 측면 플레이트의 확대도이다.
도 7은 도 3의 오른쪽에 위치하는 측면 플레이트에 연결 보드가 결합한 구성을 나타내는 확대도이다.
도 8은 도 7에서 단면선 VIII-VIII에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징에 연결 보드와 엔드 플레이트가 결합한 구성을 나타내는 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 연결 보드와 탑 커버 사이의 결합을 보여주는 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하고 바텀 플레이트(151) 및 측면 플레이트(152)를 포함하는 하우징(150), 전지셀 적층체(100)를 기준으로 하우징(150)이 위치하는 부분의 반대편에 위치하는 탑 커버(2000) 및 한 쌍의 엔드 플레이트(1500)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 측면 플레이트(152)에는 각각 연결 보드(200a, 200b)가 결합되어 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 10을 참고하여 전지 모듈의 각 구성 요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 전지셀 적층체의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2를 참고하면, 전지셀 적층체(100)는 복수의 전지셀(110)을 포함하는 이차 전지의 집합체이다. 전지셀 적층체(100)는 복수의 파우치형 전지셀을 포함할 수 있고, 각각의 전지셀은 전극 리드(111)를 포함한다. 전극 리드(111)는 양극 리드 또는 음극 리드이며, 각 파우치형 전지셀의 전극 리드(111)는 x축 방향으로 돌출되다가 전극 리드(111)의 단부가 y축 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 구부러질 수 있다. 단부가 한쪽 방향으로 구부러진 전극 리드(111)는 인접한 다른 전지셀이 갖는 전극 리드(111)의 단부와 맞닿을 수 있다. 서로 맞닿은 2개의 전극 리드(111)는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있고, 이를 통해 전지셀 적층체(100) 내부의 전지셀 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
한편, 전지셀 적층체(100)는, 복수의 파우치형 전지셀을 배열하기 위해 카트리지(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 카트리지는 복수이 전지셀을 배열하는데 이용되는 구성요소로서, 전지셀을 홀딩하여 그 움직임을 방지하고, 복수의 전지셀 배열이 가이드될 수 있도록 한다. 이러한 카트리지는, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 카트리지의 네 모서리는 전지셀의 외주부에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징에 연결 보드가 결합하기 전 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 오른쪽에 위치하는 연결 보드가 삽입되는 측면 플레이트의 구성을 나타내는 확대도이다. 도 5는 도 3의 왼쪽에 위치하는 연결 보드가 삽입되는 측면 플레이트의 구성을 나타내는 확대도이다. 도 6은 도 3의 오른쪽에 위치하는 측면 플레이트의 확대도이다. 도 7은 도 3의 오른쪽에 위치하는 측면 플레이트에 연결 보드가 결합한 구성을 나타내는 확대도이다. 도 8은 도 7에서 단면선 VIII-VIII에 대한 단면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징에 연결 보드와 엔드 플레이트가 결합한 구성을 나타내는 확대도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 연결 보드와 탑 커버 사이의 결합을 보여주는 확대도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3을 참고하면, 도 1에서 설명한 전지셀 적층체(100)를 수용하기 위한 하우징(150)이 바텀 플레이트(151) 및 측면 플레이트(152)를 포함한다. 측면 플레이트(152)가 하우징(150)의 바텀 플레이트(151)와 수직하게 형성되며, 바텀 플레이트(151)의 일단 또는 양단에 위치할 수 있다. 도 3에서는 측면 플레이트(152)가 바텀 플레이트(151) 양단에 각각 형성되는 것으로 도시하였다.
본 실시예에서 측면 플레이트(152)는 바텀 플레이트(151)와 일체로 형성될 수 있다. 일체로 형성된다는 것의 의미는, 측면 플레이트(152)와 바텀 플레이트(151)가 하나의 사출 공정에 의해 한 몸으로 형성되는 것을 의미할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 측면 플레이트(152)에 연결 보드(200a, 200b)가 결합된다. 도 4 및 도 5를 참고하면, 연결 보드(200a, 200b)는 복수의 돌출부(210)를 포함하고, 측면 플레이트(152)에는 복수의 에어 채널(160)이 형성되어 있으며, 도 4를 참고하면, 연결 보드(200a, 200b)의 돌출부(210)는 복수의 에어 채널(160) 중에서 서로 이웃하는 에어 채널 사이에 위치하도록 측면 플레이트(152)에 결합된다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 측면 플레이트(152)는 복수의 에어 채널(160)이 형성된 제1 플레이트(152a) 및 일측에서 돌출된 복수의 제1 버스바 지지부(155)와 복수의 제2 버스바 지지부(156)를 포함하는 제2 플레이트(152b)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(152a)와 제2 플레이트(152b) 사이에 장착 영역(153)이 형성되어 있으며, 연결 보드(200a, 200b)는 장착 영역(153)에 삽입될 수 있다. 제1 버스바 지지부(155)와 복수의 제2 버스바 지지부(156)는 연결 보드(200a, 200b)가 측면 플레이트(152)에 결합된 후에 y축 방향으로 연결 보드(200a, 200b)가 움직이는 것을 방지할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 측면 플레이트(152)의 제2 버스바 지지부(156)의 바깥쪽 측면에는 걸림 돌기(157)가 형성되어 있고, 연결 보드(200a, 200b)의 안쪽 측면(측면 플레이트(152)를 향하는 면)에는 아래쪽으로 뚫린 걸림 홈을 가지는 걸림 부재(201)가 형성되어 있다. 제1 버스바 지지부(155)에는 걸림 돌기(157)가 형성되어 있지 않고 상단이 원통 모양으로 형성되어 있다. 제1 버스바 지지부(155)와 제2 버스바 지지부(156)는 교대로 배치되어 있다. 연결 보드(200a, 200b)를 측면 플레이트(152)에 결합했을 때, 걸림 돌기(157)가 걸림 부재(201)의 걸림 홈에 삽입되어 고정됨으로써 연결 보드(200a, 200b)가 측면 플레이트(152)에 대하여 이동하는 것을 방지한다.
측면 플레이트(152)에는 걸림부(154)가 형성되어 있고, 걸림부(154)는 복수의 에어 채널(160) 중에서 서로 이웃하는 에어 채널(160) 사이에 배치될 수 있다. 걸림부(154)에는 연결 보드(200a, 200b)에 형성되어 있는 돌출부가 삽입되어 연결 보드(200a, 200b)가 측면 플레이트(152)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참고하면, 측면 플레이트(152)에 연결 보드(200a, 200b)가 결합된 상태에서 연결 보드(200a, 200b)의 바깥쪽에 엔드 플레이트(1500)가 설치되어 연결 보드(200a, 200b)를 보호함과 동시에 연결 보드(200a, 200b)의 고정을 보강한다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 전지셀 적층체(100)를 연결 보드(200a, 200b)가 결합되어 있는 하우징(150)에 장착하고, 연결 보드(200a, 200b)의 바깥쪽에 엔드 플레이트(1500)를 설치한 다음에는 탑 커버(2000)를 덮어 전지 모듈(1000)을 완성한다. 탑 커버(2000)가 전지셀 적층체(100), 연결 보드(200a, 200b), 하우징(150) 및 엔드 플레이트(1500)를 덮어 전지 모듈(1000)이 완성된 상태에서 연결 보드(200a, 200b)의 상단에 형성되어 있는 한 쌍의 결합 돌기(202) 사이에 탑 커버(2000)의 하부에 형성되어 있는 막대 모양 결합부(2001)가 끼워진다. 이를 통해, 연결 보드(200a, 200b)의 y 방향 움직임이나 z 방향 움직임이 더욱 확실하게 방지된다. 결합 돌기(202)는 연결 보드(200a, 200b)에 복수 쌍으로 형성될 수 있고, 탑 커버(2000)의 하부에 형성되어 있는 막대 모양 결합부(2001)도 복수 개 형성될 수 있다.
앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전지팩을 이루거나, 복수의 전지 모듈이 전기적으로 연결되어 전지팩을 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
150: 하우징
152: 측면 플레이트
157: 걸림 돌기
200a, 200b: 연결 보드
201: 걸림 부재 202: 결합 돌기
1500: 엔드 플레이트
2000: 탑 커버 2001: 막대 모양 결합부

Claims (9)

  1. 복수의 전지셀을 수납하고, 바텀 플레이트 및 측면 플레이트를 포함하는 하우징, 그리고
    상기 하우징의 일단 또는 양단에 위치하는 연결 보드
    를 포함하고,
    상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트에 결합되고,
    상기 측면 플레이트는 복수의 버스바 지지부를 포함하며, 상기 복수의 버스바 지지부 중 적어도 일부는 위쪽으로 돌출된 걸림 돌기를 가지며, 상기 연결 보드는 아래로 뚫린 걸림 홈을 가지는 걸림 부재를 포함하여, 상기 연결 보드가 상기 측면 플레이트에 결합된 상태에서 상기 걸림 돌기가 상기 걸림 홈에 삽입되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 버스바 지지부는 상기 걸림 돌기를 가지지 않는 제1 버스바 지지부와 상기 걸림 돌기를 가지는 제2 버스바 지지부로 구분되고, 상기 제1 버스바 지지부와 상기 제2 버스바 지지부가 교대로 배치되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 연결 보드를 바깥쪽에서 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 하우징, 상기 연결 보드 및 상기 엔드 플레이트를 덮는 탑 커버를 더 포함하고,
    상기 탑 커버는 적어도 하나의 막대 모양 결합부를 가지고, 상기 연결 보드는 상단에 형성되어 있는 적어도 한 쌍의 결합 돌기를 가지며, 상기 막대 모양 결합부는 상기 한 쌍의 결합 돌기 사이에 끼워지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 연결 보드를 바깥쪽에서 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 하우징, 상기 복수의 전지셀, 상기 연결 보드 및 상기 엔드 플레이트를 덮는 탑 커버를 더 포함하고,
    상기 탑 커버는 적어도 하나의 막대 모양 결합부를 가지고, 상기 연결 보드는 상단에 형성되어 있는 적어도 한 쌍의 결합 돌기를 가지며, 상기 막대 모양 결합부는 상기 한 쌍의 결합 돌기 사이에 끼워지는 전지 모듈.
  7. 복수의 전지셀을 수납하고, 바텀 플레이트 및 측면 플레이트를 포함하는 하우징,
    상기 하우징의 일단 또는 양단에 위치하는 연결 보드,
    상기 하우징, 상기 복수의 전지셀 및 상기 연결 보드를 덮는 탑 커버
    를 포함하고,
    상기 탑 커버는 적어도 하나의 막대 모양 결합부를 가지고, 상기 연결 보드는 상단에 형성되어 있는 적어도 한 쌍의 결합 돌기를 가지며, 상기 막대 모양 결합부는 상기 한 쌍의 결합 돌기 사이에 끼워지는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 연결 보드를 바깥쪽에 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 연결 보드는 상기 측면 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하며, 상기 탑 커버는 상기 엔드 플레이트도 덮는 전지 모듈.
  9. 제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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