KR20200073045A - 전지 모듈 - Google Patents

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KR20200073045A
KR20200073045A KR1020180161302A KR20180161302A KR20200073045A KR 20200073045 A KR20200073045 A KR 20200073045A KR 1020180161302 A KR1020180161302 A KR 1020180161302A KR 20180161302 A KR20180161302 A KR 20180161302A KR 20200073045 A KR20200073045 A KR 20200073045A
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김세호
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 각각이 전극 리드를 구비하는 복수의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체의 적어도 일부를 덮는 엔드 플레이트, 및 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 구비하고, 상기 엔드 플레이트에 결합되는 ICB 커버를 포함하고, 상기 엔드 플레이트는 상기 엔드 플레이트의 일면에 형성되는 걸림홀을 포함하고, 상기 ICB 커버는 상기 걸림홀과 결합하는 걸림돌기를 포함하며, 상기 일면의 단부와 상기 걸림홀 사이에는 상기 일면의 표면으로부터 함몰된 함몰부를 포함한다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 부품의 손상을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지기 때문에, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 자동차 등에 적용되는 전지 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀을 포함하는 다수의 셀 조립체를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이렇게 설정된 전지 모듈은 상호 적층되는 복수 개의 전지 셀들 및 상기 복수 개의 전지 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 등 다양한 전자 부품을 포함하여 구성된다.
버스바 및 전자 부품 등은 ICB(Interconnect Circuit Board) 커버에 실장되어 전극 리드들과 용접을 통해 결합되는데, 이 때 ICB 커버는 실장된 부품들을 보호하면서 전기적으로 절연시킬 수 있도록 플라스틱과 같은 절연성 재질로 형성된다. 절연성 재질의 ICB 커버는 금속 재질의 엔드 플레이트와 후크 등의 결합 수단을 통해 조립되는데, 이와 같이 이종의 재질을 갖는 구성들을 결합하는 과정에서 특히 보다 약한 재질인 ICB 커버가 손상 되는 등의 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 서로 다른 재질로 이루어진 부품을 조립하는 과정에서 간단한 공정으로도 부품의 손상 없이 조립이 가능한 전지 모듈을 제공하는 것에 있다.
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, 각각이 전극 리드를 구비하는 복수의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체의 적어도 일부를 덮는 엔드 플레이트, 및 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 구비하고, 상기 엔드 플레이트에 결합되는 ICB 커버를 포함하고, 상기 엔드 플레이트는 상기 엔드 플레이트의 일면에 형성되는 걸림홀을 포함하고, 상기 ICB 커버는 상기 걸림홀과 결합하는 걸림돌기를 포함하며, 상기 일면의 단부와 상기 걸림홀 사이에는 상기 일면의 표면으로부터 함몰된 함몰부를 포함한다.
상기 걸림돌기를 상기 걸림홀에 결합시킬 때 상기 걸림돌기는 상기 함몰부를 지나는 상기 걸림홀에 결합될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 프레스 가공이 적용되는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 ICB 커버는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 함몰부는 상기 일면의 단부에 형성될 수 있다.
상기 일면의 단부는 상기 일면으로부터 외부로 돌출된 형상을 갖고 상기 프레스 가공 과정에서 발생한 버(burr)를 포함할 수 있다.
상기 걸림돌기는 경사부와 상기 경사부로부터 연장되어 상기 걸림홀에 결합되는 걸림턱을 포함하고, 상기 경사부는 상기 버와 접촉하지 않을 수 있다.
상기 ICB 커버는 상기 엔드 플레이트 측으로 돌출된 복수의 체결부를 포함하고, 상기 걸림돌기는 상기 체결부에 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 함몰부와 인접하여 형성된 적어도 하나의 더미 함몰부를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 전지 모듈에 있어서 서로 다른 재질로 형성된 부품을 걸림홀과 걸림 돌기의 결합을 통해 조립하는 과정에서 복잡한 공정이나 비용의 부가 없이도 더 약한 재질의 부품의 손상 없이 조립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분의 체결 과정을 정면에서 바라본 모습을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트와 ICB 커버의 결합부위의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트와 ICB 커버의 결합 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 도시한 도면이다.
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.
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 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전지 모듈(10)은 복수의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체(100), ICB 커버(200) 및 엔드 플레이트(300)를 구비할 수 있다.
전지 셀 적층체(100)는 복수의 전지 셀이 적층되어 구성된다. 복수의 전지 셀은 이차 전지로서 구비될 수 있으며, 예를 들면 파우치 타입 전지 셀로서 전극 조립체를 파우치 케이스에 수용한 형태를 가질 수 있고, 이들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하여 구성될 수 있으며, 공지의 구조를 갖는 전극 조립체를 채택할 수 있으므로 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
전지 셀 적층체(100)는 복수의 전지 셀이 적층되는 형태로 구성될 수 있고, 보다 구체적으로는 후술의 한 쌍의 엔드 플레이트(300) 사이에 배치될 수 있다. 전지 셀 적층체(100)의 상부로는 복수의 전지 셀 각각으로부터 연장된 전극 리드들(110)이 노출될 수 있다.
ICB 커버(200)는 복수의 전지 셀을 전기적으로 연결하기 위한 것으로 상기 전지 셀 적층체(100)의 상측에 장착될 수 있다. ICB 커버(200)는 플라스틱과 같은 절연체로 이루어지고, 상기 전극 리드들(110)과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(도시하지 않음)가 고정되어 있을 수 있다. 또한 ICB 커버(200)는 그 밖에 각종 전장 부품들을 포함할 수 있다. 일례로 ICB (Internal Circuit Board) 및 BMS (Battery Management System) 등이 구비될 수 있으며, 상기 ICB 및 BMS 보드 등의 전장 부품들은 상기 복수 개의 전지 셀들과 전기적으로 연결될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 전지 셀 적층체(100)의 최외곽에 위치하는 전지셀을 각각 덮는 한쌍의 엔드 플레이트를 포함할 수 있고, 이와 같은 한쌍의 엔드 플레이트(300) 사이에, 복수의 전지 셀이 엔드 플레이트(300)와 평행하게 배치되도록 전지 셀 적층체(100)를 수용할 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 전지 셀 적층체(100) 하부 또는 측부에 위치하는 추가의 플레이트와 결합하거나 일체로 형성되어 제공될 수도 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 이러한 엔드 플레이트(300)는 내부의 전지 셀 적층체(100)를 보호할 수 있는 충분한 강성을 가질 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있고, 원하는 형상을 얻기 위하여 금속을 프레스 가공하여 제조될 수 있다.
전지 셀 적층체(100)를 한 쌍의 엔드 플레이트(300) 사이에 배치하여 결합한 후, 상부로부터 ICB 커버(200)를 엔드 플레이트(300)에 결합하여 조립하는 것에 의해 전지 모듈(10)을 완성할 수 있다. 이 때, 플라스틱 등의 절연체로 이루어지는 ICB 커버(200)를 금속 재질의 엔드 플레이트(300)에 결합하는 과정에서, ICB 커버(200)의 일부가 손상될 수도 있고, 특히 엔드 플레이트(300)의 제조 과정에서 생긴 버(Burr)에 의해 체결 자체가 어려운 경우도 발생하는데, 본 실시예에서는 이러한 문제를 해결하였는바, 상세한 내용을 아래에 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 체결 과정을 정면에서 바라본 모습을 확대하여 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트와 ICB 커버의 결합부위의 단면을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트와 ICB 커버의 결합 과정을 도시한 도면이다.
도 2 내지 4를 참조하면, ICB 커버(200)와 엔드 플레이트(300)는 ICB 커버(200)에 형성된 걸림 돌기(211)와 엔드 플레이트(300)에 형성된 걸림홀(311)의 체결에 의해 결합될 수 있다.
걸림 돌기(211)는 ICB 커버(200)의 본체로부터 엔드 플레이트(300) 측(z축 방향)으로 돌출된 체결부(210)의 내측에 형성될 수 있다. 즉, 도 2에서 ICB 커버(200)의 본체는 전지 셀 적층체의 상면을 덮도록 위치하고, 체결부(210)는 이러한 본체로부터 전지 셀 적층체의 측면을 따르는 방향(z축 방향)으로 돌출되고, 걸림 돌기(211)는 이러한 체결부(210)의 내측면으로부터 엔드 플레이트(300)와 대향하는 방향, 즉 도면에서 y축 방향을 따라 돌출되어 형성된다. 걸림 돌기(211)는 후술의 걸림홀(311)과 결합하는 걸림턱(211b)과, 이러한 걸림턱(211b)의 단부와 체결부(210)의 단부를 연결하는 경사면(211a)을 포함한다.
걸림홀(311)은 엔드 플레이트(300)의 일면(301)에 형성되며, 엔드 플레이트(300)의 일면(301)을 관통하여 형성된다. 엔드 플레이트(300)의 일면(301)의 단부(302)와 걸림홀(311) 사이에는, 엔드 플레이트(300)의 일면(301)으로부터 내측 방향으로 함몰된 함몰부(320)가 형성된다. 즉, 함몰부(320)는 도 3에서 엔드 플레이트(300)의 일면(301)으로부터 y축 방향을 따르는 화살표 방향으로 함몰된 구성(움푹 패인 구성)이다.
도 4에 도시된 바와 같이 상부로부터 ICB 커버(200)를 엔드 플레이트(300)에 결합할 때, 걸림 돌기(211)에 형성된 경사면(211a)이 엔드 플레이트(300)의 단부(302)로부터 슬라이딩되어 z축의 화살표 방향으로 이동하여 걸림턱(211b)이 걸림홀(311)에 결합하게 된다. 이 때, 엔드 플레이트(300)의 단부(302)에는 프레스 가공시 생긴 버(Burr)(302a)가 존재할 수 있다. 종래에는, 상술의 슬라이딩 과정에서 경사면(211a)이 버(302a)와 충돌하여 슬라이딩 되지 않거나 걸림 돌기(211)가 깎여서 손상되는 문제가 있었다. 이 때문에, 걸림 돌기(211)의 손상을 방지하고 원활한 조립을 위하여 버(302a)의 발생면에 다지기 가공 절차를 추가하거나, 버(302a)가 제거되도록 별도의 연마를 진행해야 해서 공정상 손실이 발생하였다.
그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 단부(302)와 걸림홀(311) 사이에 함몰부(320)를 구비하고 있기 때문에, 걸림 돌기(211)의 경사면(211a)이 단부(302), 특히 버(302a) 부분과 직접 접촉하지 않고 부드럽게 슬라이딩할 수 있게 된다. 함몰부(320)는 엔드 플레이트(300)의 프레스 가공 시, 필요한 다른 형상 형성을 위한 금형에 간단히 형상을 추가하는 것에 의해 형성할 수 있다. 따라서 함몰부(320) 형성을 위한 추가의 공정이나 비용이 발생하지 않고 효율적으로 걸림 돌기(211)의 손상을 방지함과 동시에 엔드 플레이트(300)와 ICB 커버(200)의 체결을 달성할 수 있다.
또한 이러한 구조는 단지 엔드 플레이트(300)와 ICB 커버(200)의 체결에만 적용되는 것은 아니고, 전지 모듈(10)에 있어서 플라스틱 재질의 부품과, 프레스 가공된 금속 재질의 부품이 후크(스냅핏) 결합하는 부위에서 제한 없이 적용 가능하다.
한편, 엔드 플레이트(300)의 프레스 가공시, 단부(302) 뿐만 아니라, 걸림홀(311)의 가장자리에도 버가 발생할 가능성이 있다. 그러나, 걸림 돌기(211)가 함몰부(320)를 지나 일면(301)과 접촉하는 과정에서 이미 체결부(210) 자체가 외측으로 약간 벌어진 상태이기 때문에, 걸림홀(311)의 가장자리에 발생한 버의 영향을 받지 않고, 걸림홀(311)과 체결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 일부분을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 함몰부(320)와 인접하여 형성된 적어도 하나의 더미 함몰부(321)를 더욱 포함한다. 더미 함몰부(321)의 구성을 제외한 다른 구성은 앞선 실시예와 동일한바, 여기서는 그 설명을 생략한다.
더미 함몰부(321)는 함몰부(320)를 형성하기 위한 프레스 가공 과정에서 추가로 형성될 수 있는 구성이다. 즉, 함몰부(320)는 공정의 간소화를 위하여 이를 형성하기 위한 별도의 공정을 거치지 않고 단지 기존의 프레스 가공을 위한 형상에 함몰부(320)의 형상을 추가하여 프레스 가공을 하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 함몰부(320)를 형성하기 위한 금형의 대응 부분 근처에 기존의 프레스 가공시 사용된 형상이 위치할 경우, 함몰부(320) 형성시 함몰부(320)와 인접한 부분에서 엔드 플레이트(300)를 함께 가압하여 더미 함몰부(321)를 형성하게 된다. 따라서 더미 함몰부(321)는 그 자체로서 특별한 기능을 갖는 것은 아니지만, 함몰부(320) 형성을 위한 공정 부담을 발생시키지 않기 위한 조치 과정에서 형성될 수 있는 구성이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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.
10: 전지 모듈 100: 전지 셀 적층체
200: ICB 커버 300: 엔드 플레이트
210: 체결부 211: 걸림 돌기
311: 걸림홀 320: 함몰부

Claims (11)

  1. 각각이 전극 리드를 구비하는 복수의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체의 적어도 일부를 덮는 엔드 플레이트, 및
    상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 구비하고, 상기 엔드 플레이트에 결합되는 ICB 커버를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는 상기 엔드 플레이트의 일면에 형성되는 걸림홀을 포함하고, 상기 ICB 커버는 상기 걸림홀과 결합하는 걸림돌기를 포함하며,
    상기 일면의 단부와 상기 걸림홀 사이에는 상기 일면의 표면으로부터 함몰된 함몰부를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 걸림돌기를 상기 걸림홀에 결합시킬 때 상기 걸림돌기는 상기 함몰부를 지나는 상기 걸림홀에 결합되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는 프레스 가공이 적용되는 금속 재질로 이루어지는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 ICB 커버는 플라스틱 재질로 이루어지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 함몰부는 상기 일면의 단부에 형성되어 있는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 일면의 단부는 상기 일면으로부터 외부로 돌출된 형상을 갖고 상기 프레스 가공 과정에서 발생한 버(burr)를 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 걸림돌기는 경사부와 상기 경사부로부터 연장되어 상기 걸림홀에 결합되는 걸림턱을 포함하고, 상기 경사부는 상기 버와 접촉하지 않는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 ICB 커버는 상기 엔드 플레이트 측으로 돌출된 복수의 체결부를 포함하고, 상기 걸림돌기는 상기 체결부에 형성되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 함몰부와 인접하여 형성된 적어도 하나의 더미 함몰부를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈, 및
    상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
    를 포함하는 전지 팩.
  11. 제10항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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