KR20200040619A - 공간 절약형 icb 조립체를 적용한 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 적층체와, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되고 전압 정보를 센싱하는 ICB 조립체를 포함하는 배터리 모듈로서, 상기 ICB 조립체는 각각 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 접촉하는 복수 개의 버스바들을 구비하고 상기 셀 적층체의 전방에 조립되는 프런트 버스바 프레임과 상기 셀 적층체의 후방에 조립되는 리어 버스바 프레임; 일측은 상기 프런트 버스바 프레임에 고정되고 타측은 상기 리어 버스바 프레임에 고정되게 조립되는 센싱 부재; 및 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임에 연결되어 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 간격을 일정하게 유지시키는 적어도 하나의 브릿지 플레이트를 포함할 수 있다.

Description

공간 절약형 ICB 조립체를 적용한 배터리 모듈{Battery Module with ICB assembly in a space-saving sturcture}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 밀도 개선에 유리한 ICB 조립체를 적용한 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 모듈이 사용되며, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 구현된 배터리 팩이 이용되기도 한다.
중대형 배터리 모듈은, 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다.
이러한 중대형 배터리 모듈은 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는데 ICB(Inter Connection Board)라고 지칭하는 전장 부품을 사용하기도 한다. 예컨대 파우치형 이차전지를 사용하는 배터리 모듈의 경우, 상기 ICB가 다수의 버스바들을 구비하고 배터리 셀들의 전극 리드가 위치한 곳에 조립될 수 있다. 배터리 셀들은 전극 리드들이 ICB의 버스바들에 용접 방식 등으로 부착됨으로써 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 중대형 배터리 모듈은 일부 배터리 셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열되는 경우를 대비해 전압과 온도를 검출하여 BMS에 전송하기 위한 센싱 수단을 더 포함할 수 있는데, 최근에는 센싱 수단을 상기 ICB에 통합하여 부품 수와 부피를 줄이는 설계 방안이 나오고 있다.
일예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 ICB 조립체는 셀 적층체(10)의 전방과 후방에 각각 조립되는 프런트 버스바 프레임(20)과 리어 버스바 프레임(30) 그리고 셀 적층체(10)의 상부를 커버하는 탑 프레임(40)으로 구성된다. 또한, 배터리 셀들의 전압 정보를 센싱하는데 사용되는 센싱 수단(50)으로서 FPC(FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT)가 상기 탑 프레임(40)의 상면 또는 하면에 부착되게 구성된다.
배터리 모듈은 이러한 ICB 조립체와 셀 적층체를 모듈 케이스로 패키징함으로서 구성될 수 있다. 최근 상기 모듈 케이스로는 에너지 밀도 개선을 위해 중공 구조로서 사각 관 형상의 모노 프레임이 많이 채용되고 있다. 그런데 위와 같은 종래기술에 따른 배터리 모듈은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
기존의 ICB 조립체를 구성하는 탑 프레임(40)은 셀 적층체(10)의 상부와 FPC(50)를 보호하는 장점이 있으나 그 두께만큼 모노 프레임 속에 수납할 수 있는 셀 적층체(10)의 전폭를 감소시켜 배터리 모듈의 에너지 밀도가 감소하는 문제가 있다.
또한, 상기 탑 프레임(40)으로 인해 모노 프레임 속에 셀 적층체(10)를 수납하는 조립 공정에 있어 조립 허용 치수 공차를 맞추기 어렵다. 즉 모노 프레임 타입의 배터리 모듈은 셀 적층체(10)와 ICB 조립체를 일체로 모노 프레임 속에 매우 빡빡하게 수납해 에너지 밀도를 극대화 시키는데 셀 적층체(10)의 상부에 탑 프레임(40)이 추가되어 있어 모노 프레임의 전폭에 맞게 셀 적층체(10)를 조립할 수 있는 조립 허용 치수 공차를 맞추기 더 어려워져 조립 과정에서 수율이 저하되는 문제가 있다. 이에 새로운 구조의 ICB 조립체를 적용한 배터리 모듈 개발이 요구되고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1829350호 (2018.02.14) 한국단자공업 주식회사
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 부품 수를 최소화하여 셀 적층체를 지지할 수 있고, 셀 적층체의 에너지 밀도를 높일 수 있는 ICB 조립체가 적용된 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, ICB 조립체와 셀 적층체 및 모듈 케이스와의 조립성이 우수한 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 적층체와, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되고 전압 정보를 센싱하는 ICB 조립체를 포함하는 배터리 모듈로서,
상기 ICB 조립체는, 각각 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 접촉하는 복수 개의 버스바들을 구비하고, 상기 셀 적층체의 전방에 조립되는 프런트 버스바 프레임과 상기 셀 적층체의 후방에 조립되는 리어 버스바 프레임; 일측은 상기 프런트 버스바 프레임에 고정되고 타측은 상기 리어 버스바 프레임에 고정되게 조립되는 센싱 부재; 및 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임에 연결되어 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 간격을 일정하게 유지시키는 적어도 하나의 브릿지 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 브릿지 플레이트는 2개의 브릿지 플레이트이며, 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 양쪽 측면에 하나씩 배치될 수 있다.
상기 프런트 버스바 프레임 및 상기 리어 버스바 프레임 중 적어도 어느 하나는 양쪽 측면 상단부에 상기 브릿지 플레이트들의 끝단부가 힌지 결합되는 브릿지 조립부를 구비할 수 있다.
상기 브릿지 조립부는 표면으로부터 돌출 형성된 힌지 축부를 구비하고 상기 브릿지 플레이트들의 끝단부는 상기 힌지 축부에 끼워지는 천공을 구비할 수 있다.
상기 힌지 축부는 상기 천공을 통과해 상기 브릿지 플레이트의 이면에 노출되는 부분이 상기 천공의 직경보다 크게 변형 가공될 수 있다.
상기 브릿지 조립부는, 상기 힌지 축부를 축으로 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트에 대해 소정 각도 이상의 회전하지 못하게 제한하는 스토퍼부를 더 구비할 수 있다.
상기 스토퍼부는 상기 힌지 축부의 둘레에서 소정 간격 이격된 곳에 마련되고, 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트와 이루는 각도가 90도 일 때, 상기 브릿지 플레이트의 끝단부 아랫면에 맞닿는 제1 스토퍼면을 포함할 수 있다.
상기 스토퍼부는 상기 제1 스토퍼면에 직교하게 마련되고, 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트와 이루는 각도가 180도 일 때, 상기 브릿지 플레이트의 끝단부 윗면에 맞닿는 제2 스토퍼면을 더 포함할 수 있다.
상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임 중 적어도 어느 하나는 상기 전극 리드들이 전후로 통과하는 슬릿들을 구비하고, 상기 슬릿들은 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임의 밑단까지 트임될 수 있다.
상기 센싱 부재는, FPC(FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT) 및 FFC(Flexible Flat Cable) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
상기 FPC 또는 FFC는 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 상단면 아래에 인접하게 관통 형성된 슬롯을 통과하게 배치될 수 있다.
사각 관 형상으로 상기 셀 적층체와 상기 ICB 조립체를 일체로 수납하는 모듈 케이스와, 상기 모듈 케이스에서 개방되어 있는 전방과 후방을 차폐하는 모듈 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 부품 수를 최소화하여 셀 적층체를 지지할 수 있고 셀 적층체의 에너지 밀도를 높일 수 있는 ICB 조립체가 적용된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, ICB 조립체와 셀 적층체 및 모듈 케이스 간의 조립 편의성이 개선된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 모듈의 셀 적층체와 버스바 프레임 조립체의 개략적인 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 모듈 케이스 내부에 수납되는 셀 적층체와 ICB 조립체의 개략적인 구성을 도시한 결합 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ICB 조립체의 개략적인 결합 및 부분 분해사시도이다.
도 6은 도 5의 A 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브릿지 조립부와 브릿지 플레이트의 조립 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 프런트 버스바 프레임의 회전 각도 제한을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프런트 버스바 프레임과 센싱 부재의 조립 구조를 설명하기 위한 도면이다.
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.
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 안 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 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 2의 모듈 케이스 내부에 수납되는 셀 적층체와 ICB 조립체의 개략적인 구성을 도시한 결합 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 셀 적층체(100), ICB 조립체(200), 모듈 케이스(300), 모듈 커버(400)를 포함한다.
먼저, 셀 적층체(100)에 대해 설명하면, 셀 적층체(100)는 다수의 배터리 셀(110)들의 집합체일 수 있다. 여기서 배터리 셀(110)은 파우치형 이차전지로서, 자세히 도시하지 않았으나, 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 돌출된 양방향 타입의 파우치형 이차전지이다.
상기 파우치형 이차전지는 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재로 구성될 수 있다. 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 2개의 파우치 외주면에는 실링부가 구비되어 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 상기 전극 조립체에 전극 리드(111)가 부착될 수 있다. 전극 리드(111)의 일부는 파우치 외장재의 실링부에 융착되고 나머지 부분은 파우치 외장재 외부로 연장되어 노출됨으로써 이차전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
이러한 파우치형 이차전지 셀들이 수직 방향으로 세워지고 수평 방향으로 적층되어 셀 적층체(100)를 형성한다. 이하에서 상기 이차전지 셀에서 전극 리드(111)들이 위치한 곳을 셀 적층체(100)의 전방부와 후방부라고 정의한다.
ICB 조립체(200)는 상기 셀 적층체(100)를 형성하는 복수 개의 배터리 셀(110)들을 전기적으로 연결하고 배터리 셀(110)들의 전압 정보를 센싱하기 위한 구성요소로서 프런트 버스바 프레임(210), 리어 버스바 프레임(220), 센싱 부재(230) 그리고 브릿지 플레이트(240)를 포함할 수 있다.
프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)은, 도 3과 같이, 각각 셀 적층체(100)의 전방부와 후방부에 배치되어 상기 셀 적층체(100)의 전방부와 후방부를 지지하는 판상체 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)은 전면에 배치되는 복수 개의 버스바들과 상기 버스바를 기준으로 그 좌측 및/또는 우측에 전극 리드(111)들을 통과시킬 수 있는 슬릿(212)들을 구비할 수 있다.
본 실시예의 슬릿(212)들은 프런트 버스바 프레임(210) 또는 상기 리어 버스바 프레임(220)의 밑단까지 트임된 형태로 마련되는데, 이 경우 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)에 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들을 아래에서 위로 끼워넣는 방식으로 조립하는 것도 가능해 조립성이 향상될 수 있다.
특히 후술하겠으나, 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)이 브릿지 플레이트(240)들에 연결되어 있어 이들 사이 간격이 일정한 ICB 조립체(200)를 일체로 셀 적층체(100)에 조립해야 하는 본 실시예와 같은 경우, 프레임 밑단까지 트여있는 슬릿 구조가 보다 유용할 수 있다.
배터리 셀(110)들은 상기 슬릿(212)들을 통해 빼낸 전극 리드(111)를 버스바(211)들에 용접하여 상기 버스바(211)들을 매개로 전기적으로 연결될 수 있다.
이를테면 본 실시예의 경우, 프런트 버스바 프레임(210)에 배치된 4개의 버스바와, 리어 버스바 프레임(220)에 배치된 3개의 버스바를 매개로 총 12개의 배터리 셀(110)들이 2개씩 병렬연결되고 이렇게 2개씩 병렬 연결된 6묶음의 배터리 셀(110)들이 직렬 연결된다.
배터리 셀(110)들은 각 묶음 단위로 같은 극성의 전극 리드(111)들이 일체로 프런트 버스바 프레임(210) 또는 리어 버스바 프레임(220)에 구비된 버스바(211)들에 부착될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 프런트 버스바 프레임(210)의 4개의 버스바(211)들 중 가장 왼쪽에 위치한 버스바(211)에 한 묶음의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들이 포개져 용접되고, 가장 오른쪽에 위치한 버스바(211)에는 다른 한 묶음의 배터리 셀(110)들의 음극 리드들이 포개져 용접된다. 그리고 나머지 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 버스바(211)들 각각에 어느 한 묶음의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들과 이웃한 다른 한 묶음의 배터리 셀(110)들의 음극 리드들이 같이 용접됨으로써 총 12개의 배터리 셀(110)들이 2개씩 6묶음의 배터리 셀(110)들이 직렬 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 직렬 및 병렬연결된 총 12개의 배터리 셀(110)들을 포함하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉 셀 적층체(100)를 구성하는 배터리 셀(110)들의 개수는 당연히 12개보다 많거나 적게 구성될 수 있다. 또한, 버스바(211)들의 개수 및 위치는 상기 배터리 셀(110)들의 개수에 따라 얼마든지 가감되거나 위치 변경될 수 있다.
센싱 부재(230)는 배터리 셀(110)들이 과전압, 과전류 또는 과발열되는 경우를 대비해 각 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도를 센싱하고 이를 BMS에 전송하여 문제가 있는 배터리 셀(110)의 충방전을 제어하기 위한 수단이다.
배터리 셀(110)들은 버스바(211)들을 매개로 직렬 연결되어 있으므로 각 버스바들에 센싱 단자를 연결하여 전압을 센싱하면 각 배터리 셀(110)들의 전압을 알 수 있다. 이렇게 센싱한 배터리 셀(110)들의 전압 값들은 BMS(미도시)에 전송될 수 있고, BMS는 상기 전압 값들을 바탕으로 비정상 배터리 셀(110)들의 충방전 상태를 제어할 수 있다.
센싱 부재(230)로는 FPC(FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT), FFC(Flexible Flat Cable) 또는 하네스 케이블 중 어느 하나가 채용될 수 있으며, 이들 중 배선이 간단하고 부피가 작아 공간 자유도 증가에 유리한 FPC 또는 FFC가 바람직할 수 있다. 또한, 센싱 부재(230)에는 배터리 셀(110)들의 온도 측정의 위한 써미스터(231)가 더 추가될 수 있다.
본 실시예에서 센싱 부재(230)로 채용한 FPC(230)는 셀 적층체(100)의 상부에서 셀 적층체(100)의 길이방향을 따라 연장 배치될 수 있으며, 그 일측은 프런트 버스바 프레임(210)의 상단에 고정되고 그 타측은 리어 버스바 프레임(220)의 상단에 고정됨으로서 고정성이 확보될 수 있다.
브릿지 플레이트(240)는 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 간격을 일정하게 유지시키며 이들이 일정 각도 회전할 수 있게 지지하는 역할을 한다. 이러한 브릿지 플레이트(240)는, 스틸(steel) 소재와 같이 기계적 강성이 우수한 금속 내지 강화 플라스틱 등으로 가늘고 긴 플레이트 형태로 제작되어 상술한 종래 기술에 따른 ICB 조립체의 탑 프레임을 대신한다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 ICB 조립체(200)를 구체적으로 살펴보면, 2개의 브릿지 플레이트(240)가 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 상단부 양쪽 측면에 하나씩 연결되어 이들의 간격이 일정하게 지지한다. 특히, 2개의 브릿지 플레이트(240)는 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 상단면 아래에 양쪽 측면에 결합되어 본 실시예의 ICB 조립체(200)는 탑 프레임(40)이 있는 기존의 ICB 조립체(도 1 참조)보다 전폭이 작다.
즉, 본 실시예의 ICB 조립체(200)는 탑 프레임(40)을 갖는 종래 기술의 ICB 조립체에 비해 적어도 그 탑 프레임(40)의 두께만큼 높이가 줄어들게 된다. 따라서 상기 탑 프레임(40)이 삭제된 공간만큼 배터리 셀(110)들의 전폭을 키워 모듈 케이스(300) 속에 셀 적층체(100)와 ICB 조립체(200)를 수납할 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있다.
또한, 진동이나 충격에도 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 간격이 브릿지 플레이트(240)에 의해 일정하게 유지될 수 있어 FPC(230)가 찢어지거나 단선되는 것을 방지할 수 있다.
이어서 이러한 ICB 조립체(200)를 구성하는 프런트 버스바 프레임(210), 리어 버스바 프레임(220), 브릿지 플레이트(240) 간의 힌지 결합 구조에 대해 자세히 설명하기로 한다.
프런트 버스바 프레임(210)과 브릿지 플레이트(240)의 힌지 결합 구조는 리어 버스바 프레임(220)과 브릿지 플레이트(240)의 힌지 결합 구조와 같으므로 이하 프런트 버스바 프레임(210)과 브릿지 플레이트(240)의 힌지 결합 구조의 설명으로 리어 버스바 프레임(220)과 브릿지 플레이트(240)의 힌지 결합 구조의 설명을 대체한다.
프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 각각 양쪽 측면 상단부에 브릿지 플레이트(240)의 양쪽 끝단부(241)를 연결시키기 위한 브릿지 조립부(213)를 구비한다.
상기 브릿지 조립부(213)는 표면으로부터 (-Y축 방향으로) 돌출 형성된 힌지 축부(215)를 구비하고, 이에 결합되는 브릿지 플레이트(240)의 끝단부(241)는 상기 힌지 축부(215)가 삽입될 수 있는 직경을 갖는 천공(243)을 구비한다.
도 7과 같이, 천공(243)을 힌지 축부(215)에 끼워 맞추어 넣은 다음, 도 8과 같이, 힌지 축부(215)의 헤드 부분을 천공(243)의 직경보다 크게 변형시켜서 브릿지 플레이트(240)의 끝단부(241)가 브릿지 조립부(213)에서 분리되지 않게 할 수 있다.
여기서 힌지 축부(215)의 변형 가공 방법으로는 단조 가공, 열용융 가공, 스피닝(spinning) 가공이 채용될 수 있다. 본 실시예의 대안으로서 브릿지 조립부(213)의 표면에 구멍을 뚫어 놓고 리벳 또는 숄더 볼트를 사용해 브릿지 플레이트(240)의 끝단부(241)를 브릿지 조립부(213)에 결합시킬 수도 있을 것이다.
위와 같이 프런트 버스바 프레임(210) 또는 리어 버스바 프레임(220)이 브릿지 플레이트(240)와 힌지 결합됨으로써 ICB 조립체(200)가 셀 적층체(100)에 수월하게 조립될 수 있다.
부연하면, ICB 조립체(200)를 셀 적층체(100)에 조립하기 위해서는 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들을 프런트 버스바 프레임(210)의 슬릿(212)들과 리어 버스바 프레임(220) 슬릿(212)들에 각각 끼워넣고, 슬릿(212)들에서 빠져나온 부분을 버스바들의 표면에 용접해야 한다.
이때, 본 실시예는 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)이 브릿지 플레이트(240)에 대해 상대 회전 가능하게 구성되어 있어 프런트 버스바 프레임(210) 또는 리어 버스바 프레임(220)을 바깥쪽 방향으로 회전시켜 조립 공간을 확보한 다음 전극 리드(111)들을 슬릿(212)들에 끼워 넣을 수 있다. 참고로, 본 실시예는 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)이 회전할 수 있을 뿐만 아니라 슬릿(212)들이 각 버스바 프레임의 하단까지 트여 있어 전극 리드(111)들을 슬릿(212)들에 끼워넣기 더 편리하다.
브릿지 조립부(213)는 제1 스토퍼면(217a)과 제2 스토퍼면(217b)을 구비한 스토퍼부(217)를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼부(217)는 프런트 버스바 프레임(210) 또는 리어 버스바 프레임(220)이 브릿지 플레이트(240)에 대해 90도~180도 각도 범위에서 회전 가능하게 제한하는 역할을 한다. 이에 따르면, 프런트 버스바 프레임(210) 또는 리어 버스바 프레임(220)의 과회전으로 인한 오조립 또는 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111) 손상을 방지할 수 있다.
다시 도 6을 참조하여 살펴보면, 프런트 버스바 프레임(210)의 측면 상단부는, 일부분이 다른 부분보다 (+Y축 방향으로)함몰된 사각 면적의 단차면을 구비한다. 이렇게 함몰된 단차면 중앙에 힌지 축부(215)가 위치하고 상기 힌지 축부(215)의 둘레에서 소정 간격 이격된 곳에 제1 스토퍼면(217a)과 제2 스토퍼면(217b)이 구비된다. 상기 제1 스토퍼면(217a)과 제2 스토퍼면(217b)은 상호 직교하고 힌지 축부(215)의 둘레 2면을 감싸는 벽체와 같은 형태로 구현될 수 있다.
이러한 제1 스토퍼면(217a)은, 도 9에 도시한 바와 같이, 프런트 버스바 프레임(210)이 브릿지 플레이트(240)와 이루는 각도가 90도 일 때, 브릿지 플레이트(240)의 끝단부(241) 아랫면과 맞닿아 프런트 버스바 프레임(210)이 셀 적층체(100)를 향하는 안쪽 방향으로 회전할 수 없게 한다. 위와 같은 상태에서 프런트 버스바 프레임(210)은, 도 10과 같이, 바깥쪽 방향으로만 회전할 수 있다.
상기 제2 스토퍼면(217b)은 상기 제1 스토퍼면(217a)과 직각을 이루고 있어, 프런트 버스바 프레임(210)이 브릿지 플레이트(240)와 이루는 각도가 180도 일 때, 브릿지 플레이트(240)의 끝단부(241) 윗면에 맞닿다. 따라서 프런트 버스바 프레임(210)은 브릿지 플레이트(240)에 대해 180도 이상 회전하지 못한다.
그러므로 본 실시예에 따른 프런트 버스바 프레임(210)은 브릿지 플레이트(240)에 대해 90도~180도 범위내로 회전 가능 구간이 제한된다 할 수 있다. 물론, 리어 버스바 프레임(220)도 마찬가지이다.
모듈 케이스(300)는 배터리 모듈(1)의 외관을 형성하는 구조물로서 예컨대 압출이나 다이캐스팅 공법에 의해 사각 관 형태로 제작될 수 있다. 이러한 모듈 케이스(300) 속에 (도 2 참조) 상호 조립된 셀 적층체(100)와 ICB 조립체(200)를 삽입하여 수납시킬 수 있다.
모듈 케이스(300)는 치수가 ICB 조립체(200)가 조립된 셀 적층체(100)를 내부 공간에 억지 끼움 방식으로 넣을 수 있을 정도의 치수로 제작될 수 있다. 이러한 모듈 케이스(300)의 내부 공간에 셀 적층체(100)가 압박될 수 있기 때문에 배터리 셀(110)들의 유동 저지 및 스웰링 현상 완화 효과가 있다. 모듈 케이스(300)의 전방부와 후방부에 모듈 커버(400)가 장착될 수 있다. 모듈 커버(400)는 플라스틱과 같은 절연 소재로 제작될 수 있으며, 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들과 버스바들이 외부로 노출되지 않게 차폐시키는 역할을 한다.
이어서 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대해 간략히 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 배터리 모듈(1)은, 전술한 실시예와 비교할 때, FPC의 고정 구조에 차이가 있다. 참고로 FPC가 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)에 고정되는 구조는 동일하므로 프런트 버스바 프레임(210)을 기준으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 프런트 버스바 프레임(210)은 상단면 아래에 인접한 위치에 판면을 관통하여 형성되는 슬롯(218)을 더 포함할 수 있다. FPC는 상기 슬롯(218)을 통과하여 프런트 버스바 프레임(210)의 전후로 연장 배치될 수 있다.
이러한 본 실시예의 경우, 전술한 실시예에 비해, FPC가 슬롯(218)에 의해 구속되어 있어 진동이나 충격에도 고정 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, FPC의 위치를, 프런트 버스바 프레임(210)과 리어 버스바 프레임(220)의 상단면 아래로 낮출 수 있어 모듈 케이스(300)에 수납시 모듈 케이스(300)의 내벽과의 마찰에 의한 FPC 손상 우려를 없앨 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈(1) 이외에, 배터리 모듈(1)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(1)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차 또는 전력 저장장치(ESS)의 에너지원으로 사용될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 셀 적층체 110: 배터리 셀
111: 전극 리드 200: ICB 조립체
210: 프런트 버스바 프레임 211: 버스바
212: 슬릿 213: 브릿지 조립부
215: 힌지 축부 217: 스토퍼부
217a: 제1 스토퍼면 217b: 제2 스토퍼면
218: 슬롯 220: 리어 버스바 프레임
230: 센싱 부재 240: 브릿지 플레이트
300: 모듈 케이스 400: 모듈 커버

Claims (13)

  1. 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 적층체와, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되고 전압 정보를 센싱하는 ICB 조립체를 포함하는 배터리 모듈로서,
    상기 ICB 조립체는,
    각각 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 접촉하는 복수 개의 버스바들을 구비하고, 상기 셀 적층체의 전방에 조립되는 프런트 버스바 프레임과 상기 셀 적층체의 후방에 조립되는 리어 버스바 프레임;
    일측은 상기 프런트 버스바 프레임에 고정되고 타측은 상기 리어 버스바 프레임에 고정되게 조립되는 센싱 부재; 및
    상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임에 연결되어 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 간격을 일정하게 유지시키는 적어도 하나의 브릿지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 브릿지 플레이트는 2개의 브릿지 플레이트이며,
    상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 양쪽 측면에 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프런트 버스바 프레임 및 상기 리어 버스바 프레임 중 적어도 어느 하나는 양쪽 측면 상단부에 상기 브릿지 플레이트들의 끝단부가 힌지 결합되는 브릿지 조립부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브릿지 조립부는 표면으로부터 돌출 형성된 힌지 축부를 구비하고 상기 브릿지 플레이트들의 끝단부는 상기 힌지 축부에 끼워지는 천공을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 힌지 축부는 상기 천공을 통과해 상기 브릿지 플레이트의 이면에 노출되는 부분이 상기 천공의 직경보다 크게 변형 가공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 브릿지 조립부는,
    상기 힌지 축부를 축으로 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트에 대해 소정 각도 이상의 회전하지 못하게 제한하는 스토퍼부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스토퍼부는 상기 힌지 축부의 둘레에서 소정 간격 이격된 곳에 마련되고, 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트와 이루는 각도가 90도 일 때, 상기 브릿지 플레이트의 끝단부 아랫면에 맞닿는 제1 스토퍼면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스토퍼부는 상기 제1 스토퍼면에 직교하게 마련되고, 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임이 상기 브릿지 플레이트와 이루는 각도가 180도 일 때, 상기 브릿지 플레이트의 끝단부 윗면에 맞닿는 제2 스토퍼면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임은 상기 전극 리드들이 전후로 통과하는 슬릿들을 구비하고, 상기 슬릿들은 상기 프런트 버스바 프레임 또는 상기 리어 버스바 프레임의 밑단까지 트임된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, FPC(FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT) 및 FFC(Flexible Flat Cable) 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 FPC 또는 FFC는 상기 프런트 버스바 프레임과 상기 리어 버스바 프레임의 상단면 아래에 인접하게 관통 형성된 슬롯을 통과하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    사각 관 형상으로 상기 셀 적층체와 상기 ICB 조립체를 일체로 수납하는 모듈 케이스와, 상기 모듈 케이스에서 개방되어 있는 전방과 후방을 차폐하는 모듈 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제13항 중 적어도 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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