KR20210069426A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20210069426A
KR20210069426A KR1020190159238A KR20190159238A KR20210069426A KR 20210069426 A KR20210069426 A KR 20210069426A KR 1020190159238 A KR1020190159238 A KR 1020190159238A KR 20190159238 A KR20190159238 A KR 20190159238A KR 20210069426 A KR20210069426 A KR 20210069426A
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김혜진
최현철
최영호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 절연 부재를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임; 상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 엔드 플레이트와 상기 버스바 프레임 사이에 형성된 절연 테이프를 포함하고, 상기 절연 테이프는 상기 전지셀 적층체 기준 상기 버스바 프레임의 외측면을 커버하도록 부착된다.

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 상세하게는 절연 부재를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임, 버스바 프레임 외곽에 형성되는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈의 전지셀 적층체, 프레임 및 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 조립된 도 1에 절연 커버 및 엔드 플레이트를 추가로 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(10), 전지셀 적층체(10)를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체(10)의 전후면에 형성된 버스바 프레임(30), 버스바 프레임(30)을 커버하는 엔드 플레이트(40), 엔드 플레이트와 버스바 프레임(30) 사이에 형성되어 버스바 프레임(30)과 엔드 플레이트(40)의 전기적 연결을 차단하는 절연 커버(50)를 포함한다.
이때, 엔드 플레이트(40)와 버스바 프레임(30) 사이를 절연하기 위해 별도의 절연 커버(50)를 사출물로 구성해야 하는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내의 간소화된 절연 구조를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를포함하는 전지팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임; 상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 엔드 플레이트와 상기 버스바 프레임 사이에 형성된 절연 테이프를 포함하고, 상기 절연 테이프는 상기 전지셀 적층체 기준 상기 버스바 프레임의 외측면을 커버하도록 부착된다.
상기 버스바 프레임에 형성된 버스바들 및 상기 복수의 전지셀로부터 돌출 형성된 전극 리드들을 더 포함하고, 상기 버스바들 및 상기 전극 리드들은 상기 전지셀 적층체 기준 상기 버스바 프레임의 외측면상에 위치하며, 상기 절연 테이프는 상기 버스바들 및 상기 전극 리드들을 커버하도록 부착될 수 있다.
상기 전극 리드들은 상기 버스바 프레임에 형성된 버스바 프레임 슬롯들을 통과하여 상기 버스바들과 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 버스바들에는 버스바 슬롯들이 형성되고, 상기 버스바 프레임 슬롯들을 통과한 상기 전극 리드들은 상기 버스바 슬롯들을 통과한 후 벤딩되어 상기 버스바들과 접하도록 형성될 수 있다.
상기 절연 테이프는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 절연 테이프는 상기 버스바들 및 상기 전극 리드들이 형성된 부분들을 각각 커버하도록 부착될 수 있다.
상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임을 더 포함하고, 상기 엔드 플레이트는 상기 프레임과 결합될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 프레임과 용접으로 접합될 수 있다.
상기 버스바 프레임 상단에 형성되어 상기 복수의 전지셀과 전기적으로 연결되는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트의 양측단에는 모듈 마운팅부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 절연 성능이 있는 절연 테이프를 버스바 프레임을 커버하도록 부착함으로써 전지 모듈 내부의 절연 구조를 단순화 하고, 절연 커버를 별도의 사출물로 구성할 필요가 없어 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 전지셀 적층체, 프레임 및 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 조립된 도 1에 절연 커버 및 엔드 플레이트를 추가로 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 전지셀 적층체, 프레임 및 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 및 절연 테이프를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 버스바 프레임에 절연 테이프가 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 A-A부분을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 절연 테이프가 버스바들 및 전극 리드들에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 패드가 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 절연 패드가 버스바들 및 전극 리드들에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하며 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 전지셀 적층체, 프레임 및 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 및 절연 테이프를 나타낸 분해 사시도이다. 도 5는 버스바 프레임에 절연 테이프가 부착된 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 A-A부분을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 프레임(200), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임(300), 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트(400) 및 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 사이에 형성된 절연 테이프(500)를 포함하고, 절연 테이프(500)는 전지셀 적층체(100) 기준 버스바 프레임(300)의 외측면을 커버하도록 부착된다.
전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 양단으로 돌출 형성된 전극 리드(111)를 포함할 수 있다.
프레임(200)은 전지셀 적층체(100)의 상하좌우면에서 전지셀 적층체(100) 및 이와 결합된 버스바 프레임(300)을 수용하도록 형성될 수 있다. 버스바 프레임(300)은 전지셀 적층체(100)의 전후면에 각각 형성된다. 버스바 프레임(300)은 복수개의 전지셀(110)의 전극 리드(111)를 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하여 형성될 수 있다. 버스바 프레임(300)의 외면에는 버스바(310)들이 배치되고, 버스바(310)들은 전극 리드(111)들과 접촉되어 전극 리드(111)들과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
버스바 프레임(300)에는 복수개의 버스바 프레임 슬롯(301)들이, 버스바(310) 상에는 버스바 슬롯(311)들이 형성될 수 있다. 복수의 전지셀(110)의 양단으로 돌출 형성된 전극 리드(111)들은 버스바 프레임(300)에 형성된 복수의 버스바 프레임 슬롯(301)들을 각각 통과하여 대응되는 위치에 형성된 버스바(310)들과 각각 접촉하도록 형성될 수 있다. 복수의 버스바 프레임 슬롯(301)들을 통과한 전극 리드(111)들은 대응되는 위치에 형성된 복수의 버스바 슬롯(311)들을 각각 통과한 후 벤딩되어 각각의 버스바(310)들과 접하도록 형성될 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 전지셀 적층체(100)를 기준으로 버스바 프레임(300)의 외측에 형성되어, 버스바 프레임(300)을 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(300) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 프레임(200)과 용접으로 결합되고, 이를 통해 엔드 플레이트(400)와 프레임(200) 내부의 복수의 전지셀(110)은 밀봉된 엔드 플레이트(400) 및 프레임(200) 내부에 위치할 수 있다.
엔드 플레이트(400)의 양측단에는 모듈 마운팅부(410)가 형성될 수 있다. 모듈 마운팅부(410)를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 전지팩에 장착할 수 있다.
커넥터(600)는 버스바 프레임(300)의 외측면 상단에 형성되며, 버스바 프레임(300)과 결합하여 복수의 전지셀(110) 및 전지 모듈 외부의 전지팩에 형성된 전장품과 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터(600)는 복수의 전지셀로부터 센싱된 전압을 전지 관리시스템(Battery Management System: BMS)으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 사이에는 절연 테이프(500)가 형성되고, 절연 테이프(500)는 전지셀 적층체(100) 기준 버스바 프레임(300)의 외측면을 커버하도록 부착될 수 있다.
종래에는 엔드 플레이트와 버스바 프레임 사이를 절연하기 위해 별도의 사출물로 형성된 절연 커버를 엔드 플레이트와 버스바 프레임 사이에 배치하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서는 별도의 사출물로 형성된 절연 커버 대신 절연 테이프(500)를 버스바 프레임(300)에 부착하는 방식으로 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 사이를 절연함으로써, 보다 단순화된 전지 모듈의 절연 구조를 구현할 수 있으며, 전지 모듈 제조 공정시 원가 절감에 기여할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하며, 본 발명의 다른 실시예들에 따라 부착된 절연 부재들에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 절연 테이프(510)가 버스바들 및 전극 리드들에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연 테이프(510)는 복수개로 형성되고, 복수개의 절연 테이프(510)는 버스바(310)들 및 전극 리드(111)들이 형성된 부분을 각각 커버하도록 부착될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 패드(520)가 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 절연 패드(520)가 버스바 프레임(300)의 외측면을 커버하도록 형성될 수 있다. 절연 패드(520)는 절연 테이프와 달리 일정한 두께가 형성되어 있으므로, 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 사이의 이격 거리가 형성될 수 있어, 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 간의 절연 성능을 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 절연 패드(530)가 버스바들 및 전극 리드들에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 절연 패드(530)는 복수개로 형성되고, 복수개의 절연 패드(530)는 버스바(310)들 및 전극 리드(111)들이 형성된 부분을 각각 커버하도록 부착될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 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 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전지셀 적층체
110: 전지셀
111: 전극 리드
200: 프레임
300: 버스바 프레임
301: 버스바 프레임 슬롯
310: 버스바
311: 버스바 슬롯
400: 엔드 플레이트
410: 모듈 마운팅부
500, 510: 절연 테이프
520, 530: 절연 패드
600: 커넥터

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임;
    상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트; 및
    상기 엔드 플레이트와 상기 버스바 프레임 사이에 형성된 절연 테이프를 포함하고,
    상기 절연 테이프는 상기 전지셀 적층체 기준 상기 버스바 프레임의 외측면을 커버하도록 부착되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임에 형성된 버스바들 및 상기 복수의 전지셀로부터 돌출 형성된 전극 리드들을 더 포함하고,
    상기 버스바들 및 상기 전극 리드들은 상기 전지셀 적층체 기준 상기 버스바 프레임의 외측면상에 위치하며, 상기 절연 테이프는 상기 버스바들 및 상기 전극 리드들을 커버하도록 부착되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 전극 리드들은 상기 버스바 프레임에 형성된 버스바 프레임 슬롯들을 통과하여 상기 버스바들과 접촉하도록 형성되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 버스바들에는 버스바 슬롯들이 형성되고, 상기 버스바 프레임 슬롯들을 통과한 상기 전극 리드들은 상기 버스바 슬롯들을 통과한 후 벤딩되어 상기 버스바들과 접하도록 형성되는 전지 모듈.
  5. 제2항에서,
    상기 절연 테이프는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 절연 테이프는 상기 버스바들 및 상기 전극 리드들이 형성된 부분들을 각각 커버하도록 부착되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임을 더 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는 상기 프레임과 결합되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 프레임과 용접으로 접합되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임 상단에 형성되어 상기 복수의 전지셀과 전기적으로 연결되는 커넥터를 더 포함하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트의 양측단에는 모듈 마운팅부가 형성된 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
KR1020190159238A 2019-12-03 2019-12-03 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 KR20210069426A (ko)

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