KR20200080074A - Fpcb에 실장된 커넥터를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 및 상기 셀 적층체의 길이 방향을 따라 연장되어 상기 셀 적층체의 상면의 적어도 일부를 커버하는 제1 FPCB, 상기 제1 FPCB의 길이 방향 일 측 단부로부터 연장되어 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 제2 FPCB 및 상기 제2 FPCB 상에 형성되는 핀 삽입 홀에 삽입되는 커넥터 핀을 구비하는 커넥터를 포함하는 FPCB 어셈블리; 를 포함한다.

Description

FPCB에 실장된 커넥터를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{A battery module having a connector mounted on an FPCB, a battery pack and a vehicle comprising the same}
본 발명은, FPCB에 실장된 커넥터를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 셀 적층체를 가로질러 설치되는 FPCB의 양 단부에 실장되되 전극 리드의 편향 배치로 인해 형성된 공간을 이용하여 설치되는 커넥터를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
배터리 모듈에는 통상적으로 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리 셀들의 전압 및 셀 적층체의 온도 등의 정보를 이용하여 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 BMS(Battery management system)과 같은 제어장치가 연결될 수 있다. 이러한 제어장치의 연결을 위해서는, 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되고, 또한 셀 적층체의 온도 측정을 위한 온도 센서와 전기적으로 연결되는 커넥터의 설치가 필요하다.
종래에는 부품 간의 전기적 연결을 위해 이용되는 FPCB(Flexible printed circuit board)와 커넥터를 연결함에 있어서, FPCB에 터미널을 압착한 후 이와 같이 터미널이 압착된 상태의 FPCB의 단부를 커넥터에 삽입/고정하는 방식이 이용되었다.
이러한 방식의 경우, 각각의 터미널들을 개별적으로 FPCB에 압착시키는 공정이 요구되어 생산성의 측면에서 효율적이지 못한 면이 있고, 또한 FPCB와 커넥터 간의 전기적 연결이 FPCB에 압착된 터미널을 이용해 이루어지는 것이기 때문에 진동/충격 시 접촉 불량에 대한 위험성이 크다는 단점이 있다.
또한, 여러 터미널들 중 하나의 터미널이라도 FPCB와 접촉 불량이 발생하거나, 터미널 압착 공정에서 압착 불량이 발생되는 경우 배터리 셀의 전압 측정 등에 있어서 오류가 발생될 수 있다는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 생산성 저하 및 불량률 증가의 이슈를 해결하기 위한 FPCB와 커넥터의 연결 구조 개선 방안이 요구되는 실정이다.
이에 더하여, 배터리 셀 각각의 전압 등을 센싱하기 위해 설치되는 커넥터가 차지하는 공간으로 인해 배터리 모듈의 전체적인 부피가 증가할 수 밖에 없었다. 이처럼 셀 적층체가 갖는 용량은 그대로이면서 배터리 모듈의 부피가 증가하는 것은 에너지 밀도의 측면에서 손해를 가져오게 된다.
따라서, 커넥터를 설치함에 따른 배터리 모듈의 전체적인 부피 증가를 최소화 할 수 있는 구조적 개선이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, FPCB와 커넥터의 전기적 연결을 위한 구조를 개선하여 생산성 향상 및 불량률 감소를 이루고, 또한 커넥터의 설치에 따른 배터리 모듈의 전체적인 부피 증가를 최소화 하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 및 상기 셀 적층체의 길이 방향을 따라 연장되어 상기 셀 적층체의 상면의 적어도 일부를 커버하는 제1 FPCB, 상기 제1 FPCB의 길이 방향 일 측 단부로부터 연장되어 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 제2 FPCB 및 상기 제2 FPCB 상에 형성되는 핀 삽입 홀에 삽입되는 커넥터 핀을 구비하는 커넥터를 포함하는 FPCB 어셈블리; 를 포함한다.
상기 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되며 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드; 및 상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 실링되는 셀 케이스; 를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드는, 상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성될 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 형성되는 FPCB 안착부를 구비할 수 있다.
상기 제2 FPCB는, 상기 FPCB 안착부 상에 안착되며 상기 핀 삽입 홀을 구비하는 커넥터 실장부를 구비할 수 있다.
상기 커넥터는, 상기 커넥터 실장부 상에 실장될 수 있다.
상기 바스바 프레임은, 상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 형성되는 고정 핀을 구비할 수 있다.
상기 커넥터는, 상기 고정 핀이 삽입되는 고정 홀이 형성된 고정부를 구비할 수 있다.
상기 FPCB 어셈블리는, 상기 커넥터와 커넥터 실장부 사이에 개재되며 상기 커넥터 핀 및 상기 핀 삽입 홀과 대응되는 위치에 형성되는 관통 홀을 구비하는 스티프너를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, FPCB와 커넥터의 전기적 연결을 위한 구조가 개선되어 생산성 향상 및 불량률 감소를 가져올 수 있으며, 또한 커넥터의 설치에 따른 배터리 모듈의 전체적인 부피 증가를 최소화할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실싱예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 상부 커버를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 FPCB 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 FPCB 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 제2 FPCB와 커넥터의 결합 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 제2 FPCB에 커넥터가 결합된 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 커넥터와 버스바 프레임의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 배터리 모듈에 대한 부분 확대도이다.
도 11은 도 10에 도시된 배터리 모듈을 일 측면에서 바라본 형태를 나타내는 측면도이다.
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 아니 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 상부 커버를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(100), FPCB 어셈블리(200), 버스바 프레임 어셈블리(300), 외부 단자(400) 및 상부 커버(500)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 셀 적층체(100)는 서로 넓은 면끼리 대면하여 적층된 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다. 상기 셀 적층체(100)는, 최 외측 및/또는 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 완충 패드(P)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 셀 적층체(100)는 FPCB 어셈블리(200), 버스바 프레임 어셈블리(300), 외부 단자(400) 및 상부 커버(500)와 결합된 상태에서 모노 프레임(미도시)에 삽입될 수 있는데, 이 때 셀 적층체(100)의 부피를 최대로 하면서도 삽입이 용이할 수 있도록 하기 위해 스폰지 등과 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어진 완충 패드(P)가 추가로 적용될 수 있는 것이다.
상기 배터리 셀(110)로는 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 도 3을 참조하면, 이러한 파우치 타입의 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(111) 및 셀 케이스(112)를 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최 외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일 측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 양극탭으로서 기능한다.
상기 음극판은, 음극 집전체 및 그 일 면 또는 양 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어지며, 일 측 단부에는 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 음극 무지부 영역은 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 각각 양극탭(미도시) 및 음극탭(미도시)과 연결되어 셀 케이스(112)의 외측으로 인출된다. 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향 일측 및 타측으로 각각 인출된다. 즉, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은, 양극 리드 및 음극 리드가 서로 반대방향으로 인출되는 양방향 인출형 배터리 셀에 해당하는 것이다.
또한, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향(도 3의 z축 방향) 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치한다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하되, 셀 적층체(100)의 높이 방향(도 2의 z축 방향)을 따라 하부로 편향되어 위치한다.
이처럼, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)가 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하는 것은, 후술할 커넥터(240)(도 5 참조) 및 외부 단자(도 1 참조)의 설치를 위한 공간을 제공함으로써 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키기 위함이다. 상기 전극 리드(111)가 편향되어 설치된 구조로 인한 이러한 에너지 밀도의 증가에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 셀 케이스(112)는 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(111)가 외부로 인출된 상태로 열융착되어 실링됨으로써 셀 케이스(112)를 밀봉시키는 실링부 이렇게 두 영역을 포함한다.
도면에 도시되지는 않았으나, 상기 셀 케이스(112)는, 수지층/금속층/수지층이 순차적으로 적층된 다층의 파우치 필름으로 이루어진 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 테두리 부분이 맞닿아 열융착됨으로써 밀봉된다.
상기 실링부 중 전극 리드(111)가 인출되는 방향에 위치하는 영역에 해당하는 테라스부(112a)는 양 측부가 절개되어 전극 리드(111)의 인출 방향을 따라 점점 그 폭이 좁아지도록 테이퍼진 형태를 갖는다. 이와 같이, 상기 테라스부(112a)가 배터리 셀(110)의 외측 방향을 향할수록 그 폭이 좁아지는 형태를 갖는 것은, 전극 리드(111)의 편향된 배치와 함께 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은 폭(W) 대비 길이(L)의 비가 대략 3 이상 12 이하인 롱셀(Long cell)이다. 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 이와 같은 롱셀 타입의 배터리 셀(110)을 채용하는 것은, 배터리의 용량을 향상시키면서도 배터리 모듈의 높이가 증가되는 것을 최소화 함으로써 자동차의 시트 하부나 트렁크 하부 등의 위치에 배터리 모듈을 설치하기 용이하게 하기 위함이다.
다음은, 앞서 참조한 도 4와 함께 도 5 내지 도 9를 참조하여, 상기 FPCB 어셈블리(200)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 FPCB 어셈블리를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 FPCB 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 확대도이다. 또한, 도 7은 본 발명에 적용되는 제2 FPCB와 커넥터의 결합 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명에 적용되는 제2 FPCB에 커넥터가 결합된 형태를 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명에 적용되는 커넥터와 버스바 프레임의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 상기 FPCB 어셈블리(200)는 제1 FPCB(210), 제2 FPCB(220), 온도 센서(230) 및 커넥터(240)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 FPCB 어셈블리(200)는 제2 FPCB(220)와 커넥터(240) 사이에 개재되는 스티프너(stiffener)(250)를 더 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명에 있어서 상기 제1 FPCB(210)와 제2 FPCB(220)는 서로 구별되는 구성요소로서 설명되고 있지만, 제1 FPCB(210)와 제2 FPCB(220)는 일체로 된 하나의 FPCB(Flexible printed circuit board)일 수 있다. 즉, 상기 제1 FPCB(210)와 제2 FPCB(220)는 서로 배치되는 위치에 따라 구별되는 요소일 뿐인 것이다.
상기 제1 FPCB(210)는 셀 적층체(100)의 길이 방향(도 4 및 도 5의 Y축 방향)을 따라 연장되어 셀 적층체(100)의 상면의 적어도 일부를 커버한다. 상기 제1 FPCB(210)의 길이 방향 일 측 단부에는 제1 FPCB(210)의 일부가 절개되어 형성되는 온도 센서 안착부(211)가 구비된다.
상기 온도 센서 안착부(211)의 상면에는 온도 센서(230)가 실장되며, 이로써 온도 센서(230)는 셀 적층체(100)의 길이 방향(도 4의 Y축 방향) 양 측 단부와 대응되는 위치에 설치된다. 또한, 상기 온도 센서 안착부(211)는 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 4의 X축 방향) 중심부에 위치한다. 이에 따라, 상기 온도 센서(230)는 셀 적층체(100)의 폭 방향 중심부와 대응되는 위치에 설치된다.
이러한 상기 온도 센서 안착부(211)의 형성 위치는, 셀 적층체(100)에 있어서 가장 온도가 높은 곳의 온도를 센싱할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 FPCB 어셈블리(200)는 BMS(Battery management system) 등과 같이 배터리 모듈의 충방전을 제어할 수 있는 제어장치와 연결될 수 있는데, 배터리 모듈 사용상의 안전성 확보를 위해 배터리 모듈의 온도가 기준치 이상으로 올라가는 경우에 있어서 충방전을 제어하기 위해서는 가장 온도가 높게 나타나는 위치에서 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
따라서, 셀 적층체(100)의 길이 방향(도 4의 Y축 방향)으로는 전극 리드(111)에 가장 인접한 길이 방향 양 측 단부가 최적의 위치가 되는 것이고, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 4의 X축 방향)으로는 열 방출이 가장 어려운 중심부가 최적의 위치가 되는 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 온도 센서 안착부(211)는 제1 FPCB(210)의 일부가 절개되어 형성되는 것이며, 그 길이 방향 양 측 단부 중 일 측 단부는 고정단으로 형성되고, 타 측 단부는 자유단으로 형성된다. 또한, 상기 온도 센서 안착부(211)는 그 폭 방향 양 측 단부가 절개에 의해 모두 자유단으로 형성된다.
이로써, 상기 온도 센서 안착부(211)는, 어느 정도의 강성을 갖는 FPCB의 특성에도 불구하고, 상하로 자유로운 움직임을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 온도 센서 안착부(211)에 실장된 온도 센서(230)는 온도 센서 안착부(211)를 통해 간접적으로 셀 적층체(100)에 밀착되어 셀 적층체(100)의 온도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
상기 제2 FPCB(220)는 한 쌍이 구비되며, 각각의 제2 FPCB(220)는 제1 FPCB(210)의 길이 방향 양 측 단부로부터 연장되어 후술할 버스바(320)와 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제2 FPCB(220)는 여러 갈래로 분기된 단부에 형성되는 복수의 연결 단자(221)를 구비하는데, 이러한 복수의 연결 단자(221)들은 후술할 복수의 버스바(320)들과 연결된다.
또한, 상기 제2 FPCB(220)는 커넥터(240)의 실장을 위한 커넥터 실장부(222)를 구비하며, 이러한 커넥터 실장부(222)에는 커넥터(240)와 제2 FPCB(220)의 접속을 위한 복수의 핀 삽입 홀(222a)이 형성된다.
상기 커넥터(240)는, 제2 FPCB(220)의 커넥터 실장부(222) 상에 실장되며, FPCB를 통해 연결 단자(221)와 전기적으로 연결된다. 상기 커넥터(240)에는 전술한 바와 같이 BMS 등의 제어장치(미도시)가 연결되며 일러한 제어장치는 버스바(320) 및 연결 단자(221)를 통해 측정되는 배터리 셀(1100의 전압에 관한 정보, 온도 센서(230)를 통해 측정되는 셀 적층체(100)의 온도에 관한 정보 등을 수신하고, 이를 참조하여 배터리 모듈에 대한 충방전을 제어하는 것이다.
상기 커넥터(240)는 제2 FPCB(220)와의 전기적 연결을 위한 복수의 커넥터 핀(241) 및 버스바 프레임(310)과의 고정을 위한 고정부(242)를 구비한다.
상기 복수의 커넥터 핀(241)은 제2 FPCB(220)의 커넥터 실장부(222)에 형성된 핀 삽입 홀(222a)에 삽입되며, 커넥터 실장부(222)의 후면에서 용접에 의해 제2 FPCB(220)에 고정되고 또한 제2 FPCB(220)와 전기적으로 연결된다.
상기 고정부(242)는, 커넥터(240)의 양 측부에 한 쌍이 구비될 수 있으며, 후술할 버스바 프레임(310)에 구비되는 고정 핀(313)이 삽입되는 고정 홀(242a)을 구비한다. 상기 고정 핀(313)은 고정 홀(242a)에 삽입된 상태로 열융착에 됨으로써 커넥터(240)가 버스바 프레임(310)에 고정되도록 한다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 제2 FPCB(220)와 커넥터(240) 사이에는 스티프너(250)가 삽입될 수 있는데, 이는 비교적 큰 연성을 갖는 FPCB의 특성상 커넥터 핀(241)과 커넥터 실장부(222) 사이의 용접 부위가 진동 등으로 인해 손상되어 전기적 접속이 끊어지는 것을 방지하기 위함이다.
상기 스티프너(250)는 커넥터 핀(241) 및 핀 삽입 홀(222a)과 대응되는 위치에 대응되는 크기 및 형상으로 형성된 복수의 관통 홀(250a)을 구비하며, 커넥터 핀(241)은 이러한 관통 홀(250a) 및 핀 삽입 홀(222a)을 차례로 관통한 후 제2 FPCB(220)의 후면 상에서 용접에 의해 제2 FPCB(220)에 고정되는 것이다.
한편, 상기 스티프너(250)는 복수의 커넥터 핀(241)들 사이의 절연이 확보될 수 있도록 하기 위해 비전도성을 갖되 진동에 따른 부품 파손을 방지하기 위한 목적을 감안하여 강화 수지 등의 재질로 이루어질 수 있다.
다음은, 도 10 및 도 11을 참조하여, 상기 커넥터(240)의 구체적인 배치 위치에 대해서 설명하기로 한다.
도 10은 도 1에 도시된 배터리 모듈에 대한 부분 확대도이고, 도 11은 도 10에 도시된 배터리 모듈을 일 측면에서 바라본 형태를 나타내는 측면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제2 FPCB(220) 상에 실장되는 커넥터(240)는, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(100)의 전면(도 10의 X-Z 평면과 나란한 면)과 마주하되, 전극 리드(111)의 편향으로 인해 전극 리드(111)의 상부에 형성되는 공간에 설치된다. 즉, 상기 커넥터(240)는, 셀 적층체(100)의 전면의 상부와 마주보도록 설치된다.
이와 같이, 상기 커넥터(240)는, 전극 리드(111)가 편향되어 설치된 구조로 인해 제공되는 공간에 설치되고, 이로써 커넥터(240)의 설치로 인해 발생되는 배터리 모듈의 전체적인 부피 증가가 최소화 되어 에너지 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
다음은, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 적용되는 버스바 프레임 어셈블리(300) 및 외부 단자(400)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 셀 적층체(100)의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임(310) 및 버스바 프레임(310) 상에 고정되어 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(320)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 버스바 프레임(310)은, 예를 들어 수지와 같은 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 돌출 형성되는 버스바 안착부(311)를 구비한다.
상기 버스바 안착부(311)는, 전극 리드(111)와 마찬가지로 셀 적층체(100)의 높이 방향(도 10 및 도 11의 Z축 방향) 중심부로부터 하측으로 편향된 위치에 형성된다. 이와 같은 버스바 안착부(311)의 편향은 전극 리드(111)의 편향과 마찬가지로, 부품의 설치 공간을 확보하기 위함이다.
상기 버스바 안착부(311)는 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 형성되는 복수의 리드 슬릿(S)들을 구비한다. 이러한 리드 슬릿(S)들을 통해 전극 리드(111)들이 버스바 프레임 어셈블리(300)의 외측으로 인출되며, 인출된 전극 리드(111)들은 절곡되어 버스바(320) 상에 용접 등에 의해 고정된다.
상기 버스바 프레임(310)은, 커넥터(240)가 실장된 상태의 제2 FPCB(220)가 안착되는 FPCB 안착부(312)를 구비한다. 이러한 FPCB 안착부(312)는 버스바 안착부(311)의 상부(도 10의 Z축 방향을 따라 위쪽)에 위치하되, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 10의 X축 방향) 중심부에 위치한다. 또한, 상기 안착부(312)는 전극 리드(111)의 편향으로 인해 전극 리드(111) 및 버스바 안착부(311) 상부에 만들어지는 공간 내에 형성되며, 이로써 커넥터(240)의 설치로 인한 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 한다.
상기 버스바 프레임(310)은, 커넥터(240)의 고정을 위한 고정 핀(313)을 구비한다. 상기 고정 핀(313)은 커넥터(240) 고정부(242)에 형성된 고정 홀(242a)에 삽입되며, 그 단부가 열융착에 의해 고정부(242)와 접합되어 커넥터(240)가 버스바 프레임(310)에 고정될 수 있도록 한다.
상기 외부 단자(400)는, 한 쌍이 구비되며, 각각의 외부 단자(400)는 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 10의 X축 방향)을 따라 양 측 최 외각에 위치하는 버스바(320)와 각각 연결된다.
상기 외부 단자(400)는, 앞서 설명한 커넥터(240)와 마찬가지로, 전극 리드(111) 및 버스바 안착부(311)의 편향으로 인해 전극 리드(111) 및 버스바 안착부(311)의 상부에 형성되는 공간에 위치한다. 이러한 외부 단자(400)의 형성 위치는, 전극 리드(111)의 편향으로 인해 형성되는 공간을 활용함으로써 외부 단자(400)의 설치로 인한 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 하기 위함이다.
다음은, 도 1 및 도 10을 참조하여, 상기 상부 커버(500)에 대해서 설명하기로 한다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 상기 상부 커버(500)는, 셀 적층체(100)의 상면(도 1 및 도 10의 X-Y 평면과 나란한 면) 및 제1 FPCB(210)를 커버하는 부품에 해당한다. 이러한 상부 커버(500)는, 한 쌍의 버스바 프레임(310)과 각각 힌지 결합되며, 제1 FPCB(210)와 제2 FPCB(220)의 연결 부위와 대응되는 위치에는 틈새가 형성되어 있어 제1 FPCB(210)와 제2 FPCB(220)의 연결 부위가 이러한 틈새를 통해 상부 커버(500)의 외측으로 인출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드(111)의 편향 배치에 따라 형성되는 상부 공간을 이용하여 커넥터(240) 및 외부 단자(400)를 설치하여 부품의 설치에 따른 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 하였으며, 이로써 에너지 밀도를 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, FPCB에 별도의 터미널을 형성하는 공정을 생략하고, 커넥터(240)에 구비된 핀을 이용하여 FPCB에 직접 커넥터(240)를 실장함으로써 커넥터(240) 설치를 위한 공정을 간소화 하고, 커넥터(240)와 FPCB 사이의 접촉 불량의 가능성을 제거하여 배터리 모듈의 품질을 향상시킨다.
이상에서 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.
100: 셀 적층체
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
112: 셀 케이스
112a: 테라스부
P: 완충 패드
200: FPCB 어셈블리
210: 제1 FPCB
211: 센서 안착부
220: 제2 FPCB
221: 연결 단자
222: 커넥터 실장부
222a: 핀 삽입 홀
230: 온도 센서
240: 커넥터
241: 커넥터 핀
242: 고정부
242a: 고정 홀
250: 스티프너(stiffener)
250a: 관통 홀
300: 버스바 프레임 어셈블리
310: 버스바 프레임
311: 버스바 안착부
312: FPCB 안착부
313: 고정 핀
S: 리드 슬릿
320: 버스바
400: 외부 단자
500: 상부 커버

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 및
    상기 셀 적층체의 길이 방향을 따라 연장되어 상기 셀 적층체의 상면의 적어도 일부를 커버하는 제1 FPCB, 상기 제1 FPCB의 길이 방향 일 측 단부로부터 연장되어 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 제2 FPCB 및 상기 제2 FPCB 상에 형성되는 핀 삽입 홀에 삽입되는 커넥터 핀을 구비하는 커넥터를 포함하는 FPCB 어셈블리;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 연결되며 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드; 및
    상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 실링되는 셀 케이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 리드는,
    상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은,
    상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 형성되는 FPCB 안착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 FPCB는,
    상기 FPCB 안착부 상에 안착되며 상기 핀 삽입 홀을 구비하는 커넥터 실장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 커넥터 실장부 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 바스바 프레임은,
    상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 형성되는 고정 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 고정 핀이 삽입되는 고정 홀이 형성된 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 FPCB 어셈블리는,
    상기 커넥터와 커넥터 실장부 사이에 개재되며 상기 커넥터 핀 및 상기 핀 삽입 홀과 대응되는 위치에 형성되는 관통 홀을 구비하는 스티프너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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