KR20190112467A - 버스바 내장 카트리지 - Google Patents

버스바 내장 카트리지 Download PDF

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KR20190112467A KR1020180034494A KR20180034494A KR20190112467A KR 20190112467 A KR20190112467 A KR 20190112467A KR 1020180034494 A KR1020180034494 A KR 1020180034494A KR 20180034494 A KR20180034494 A KR 20180034494A KR 20190112467 A KR20190112467 A KR 20190112467A
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Abstract

본 발명은 버스바 내장 카트리지가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 버스바 내장 카트리지는 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀과 결합될 수 있도록, 전지셀의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임 및 상기 프레임의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바를 포함하여 구성된다.

Description

버스바 내장 카트리지 {CARTRIDGE HAVING BUSBAR}
본 발명은 버스바 내장 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카트리지에 리드 연결을 위한 버스바를 내장하여 제조 공정을 감소시킬 수 있는 구조의 버스바 내장 카트리지에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 이러한 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, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
전지모듈을 구성하는 상기와 같은 전지셀들간 직렬 연결이나 병렬 연결은, 배터리 팩이 적용된 장치를 고려하여 배터리 팩의 출력이나 용량, 구조 등에 따라 여러 형태로 결정될 수 있다. 따라서, 이차 전지들은 다양한 직렬 연결 및 병렬 연결 형태로 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈은 하나 이상 배터리 팩에 포함될 수 있다. 특히, 배터리 모듈은 경우에 따라서 이차 전지가 직렬 또는 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.
이처럼, 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되기 위해서는, 전극 리드가 버스바(bus bar)를 통해 서로 결합될 필요가 있으며, 그 결합 상태를 안정적으로 유지하기 위해 용접이 수행되는 경우가 많다.
도 1에는 종래의 전지모듈의 제작 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)의 리드(11)와 버스바(12)를 용접하고 셀 적층 후에 용접 지그를 이용하여 용접을 한다. 용접이 된 전지모듈(20)은 양측에서 결합되는 좌우 카트리지(30)에 내장되어 제작된다.
그러나, 종래의 전지셀의 리드 연결 구조에서 리드 간 연결시 박판 또는 이종금속을 용접으로 연결하고, 구부려서 맞물려 진행 함으로써 용접 불량이 발생하는 문제가 있다. 또한 용접 불량 개선을 위한 별도의 보조 버스바 적용시 추가적인 부품 사용에 다른 공정이 추가되고 별도의 조립 기구들이 필요하여 제조 공정이 복잡해지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2015-0113827 호
본 발명의 일 실시 예는, 종래의 전지셀의 리드 연결 구조에서 리드 간 연결시 용접 불량이 발생하는 문제가 있고, 별도의 보조 버스바를 사용시에 제조 공정이 복잡해지는 단점이 있어 이를 해결하기 위해 버스바를 카트리지에 내장하여 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 버스바 내장 카트리지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀과 결합될 수 있도록, 전지셀의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임 및 상기 프레임의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바를 포함하고, 상기 프레임에는 가이드 돌기가 형성될 수 있다.
상기 버스바의 양측에는 고정 후크가 형성될 수 있다.
상기 프레임에는 용접시 발생하는 가스를 배기하는 가스 배기 홈이 형성될 수 있다.
상기 버스바 용접시에 용접 면착력을 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임은 장방형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 프레임의 모서리부에는 나사 관통홀이 각각 천공될 수 있다.
상기 프레임의 측면에는 쿨링 커버 조립용 조립 돌기들이 형성될 수 있다.
상기 전지셀은 파우치형 전지셀일 수 있다.
상기 전지셀의 리드는 양방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀과 결합될 수 있도록, 전지셀의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임 및 상기 프레임의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바를 포함하고, 상기 프레임의 외주부에는 나사 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 버스바 내장 카트리지는 종래의 전지셀의 리드 연결시 발생하는 문제를 해결하여 버스바를 카트리지에 내장하여 용접성을 향상시키고 공정 효율성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
도 1에는 종래의 전지모듈의 제작 모식도가 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 제작 과정의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 버스 바 결합부의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 나사 관통홀의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 조립 돌기들의 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 제작 과정의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지는 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀(10)과 결합될 수 있도록, 전지셀(10)의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임(110) 및 상기 프레임(110)의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바(130)를 포함하고, 상기 프레임(110)에는 가이드 돌기(도 3: 111)가 형성되어 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 프레임(110)에서 전지셀(10)의 전극 리드(11)가 노출되는 일 부위에 버스바(130)가 구비되어 있다. 상기 프레임(110)의 개방된 부위에는 전지셀(10)이 결합되고, 상기 버스바(130)와 전지셀(10)의 리드가 용접 조립된다.
상기 전지셀(10)은 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지셀이 바람직하고, 상기 파우치형 전지셀은 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀(10)의 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 연결되어 있는 커버로 이루어져 있다.
또한, 상기 전지셀(10)의 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 수지층은 외부로부터 전지셀을 보호하는 역할을 하므로 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하는 바, 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybuthyleneterephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate; PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, ONy(연신 나일론 필름)이 많이 사용되고 있다.
또한, 상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 전해액의 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 접착층은 열융착성을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체는 다수의 양극 탭들과 다수의 음극 탭들이 각각 융착되어 전극 리드에 함께 결합되어 있으며, 케이스 본체의 상단부와 커버의 상단부가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 리드 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 리드와 전지케이스의 밀봉성을 확보하기 위하여 리드의 상하면에 절연필름이 부착되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 버스 바 결합부의 모식도이다.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지는 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀(10)과 결합될 수 있도록, 전지셀(10)의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임(110) 및 상기 프레임(110)의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바(130)를 포함하고, 상기 프레임(110)에는 가이드 돌기(111)가 형성되어 있되, 상기 버스바(130)의 양측에는 고정 후크(132)가 형성되어 있고, 상기 프레임(110)에는 상기 고정 후크(132)에 인접한 부위에 가이드 돌기(111)가 형성되어 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 후크(132)와 프레임(110)의 가이드 돌기(111)에 내측으로 인접한 부위에는 용접시 발생하는 가스를 배기하는 가스 배기 홈(112)이 형성되어 있다.
또한, 상기 프레임(110)의 가스 배기 홈(112)에 인접한 부위에는 버스바(130)를 용접시에 용접 면착력을 지지하는 지지대(114)가 형성되어 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 나사 관통홀의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 프레임(110)의 모서리부에는 나사 관통홀(116)이 각각 천공되어 있되, 전지모듈의 제작시에 요구되는 수량에 대응하는 길이의 나사를 관통시켜 전지모듈의 제작이 용이하다.
도면에서는 복수개의 카트리지가 가로방향으로 적층되어 있고, 카트리지의 체결 볼트가 상기 프레임(110)의 각각의 나사 관통홀(116)을 관통하여 전지모듈의 제작을 도시하고 있지만, 카트리지의개수에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스바 내장 카트리지의 조립 돌기들의 모식도이다.
도 5를 도 3과 함께 참조하면, 상기 프레임(110)의 측면에는 쿨링 커버 조립용 조립 돌기들(118)이 형성되어 있다. 상기 프레임(110)의 측면에는 쿨링 커버를 결합시에 복수개의 조립 돌기들(118)이 형성되어 있고, 상기 조립 돌기들(118)은 후크 형상이며, 이에 대응하여 쿨링 커버에는 조립 돌기들(118)에 대응하는 홈들이 각각 천공되어 있어 쿨링 커버들을 용이하게 체결이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 버스바 내장 카트리지는 종래의 전지셀의 리드 간 연결시 박판 또는 이종금속을 용접으로 연결하고, 구부려서 맞물려 진행 함으로써 용접 불량이 발생하는 문제가 해결하기 위해 버스바를 카트리지에 내장하여 용접성을 향상시키고 공정들을 감소시켜 공정 효율성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
110: 프레임
111: 가이드 돌기
112: 가스 배기 홈
114: 지지대
116: 나사 관통홀
118: 조립 돌기들
130: 버스바
132: 고정 후크

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서,
    상기 전지셀과 결합될 수 있도록, 전지셀의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임; 및
    상기 프레임의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바;
    를 포함하고,
    상기 프레임에는 가이드 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바의 양측에는 고정 후크가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임에는 용접시 발생하는 가스를 배기하는 가스 배기 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바 용접시에 용접 면착력을 지지하는 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 장방형 구조로 이루어진 것을 특징으로 냉각 효율 증대 카트리지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임의 모서리부에는 나사 관통홀이 각각 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임의 측면에는 쿨링 커버 조립용 조립 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지셀은 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지셀의 리드는 양방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
  10. 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서,
    상기 전지셀과 결합될 수 있도록, 전지셀의 전극조립체 수납부 외주면에 대응하는 형상의 장착부가 형성되어 있는 프레임; 및
    상기 프레임의 일변에 전지셀의 리드들을 연결하는 버스바;
    를 포함하고,
    상기 프레임의 외주부에는 나사 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 효율 증대 카트리지.
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