KR20220067119A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20220067119A
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김관우
송승민
성준엽
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바를 포함한다. 상기 버스바 프레임은, 상기 전지셀을 향해 연장된 써미스터 브릿지를 포함하고, 상기 써미스터 브릿지에 써미스터가 배치된다.

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 구체적으로는 써미스터(Thermistor)를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
한편, 전지 모듈에 포함된 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우, 전지 모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제된다. 일례로, 전지의 압력이나 온도가 상승하면 활물질의 분해 반응과 다수의 부반응들이 진행되며, 이에 따라 전지의 온도가 급격히 상승하게 되고, 이는 다시 전해액과 전극 사이의 반응을 가속화시킨다. 종국에는 전지의 온도가 급격히 상승하는 열폭주 현상이 일어나게 되고 온도가 일정 이상까지 상승하면 전지의 발화가 일어날 수 있으며, 상승된 전지의 내압에 의해 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈이 폭발하게 된다.
따라서, 전지셀의 온도 변화를 검출하기 위한 수단이 필요하며, 따라서, 써미스터 등의 온도 센서를 전지 모듈 내에 배치하여, 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 써미스터의 배치 구조를 개선하여, 일관된 온도 측정이 가능한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
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 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바를 포함한다. 상기 버스바 프레임은, 상기 전지셀을 향해 연장된 써미스터 브릿지를 포함하고, 상기 써미스터 브릿지에 써미스터가 배치된다.
상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 장착되는 본체부를 포함할 수 있고, 상기 써미스터 브릿지는, 상기 써미스터가 배치되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 본체부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 가압부의 일면은 상기 본체부의 일면과 평행하고, 상기 연결부의 일면은 상기 본체부의 일면과 비스듬하게 형성되어, 상기 전지셀 적층체의 상기 일측에 상기 버스바 프레임이 위치할 때, 상기 가압부가 상기 전지셀에 밀착될 수 있다.
상기 가압부에는 상기 써미스터가 배치되는 배치홀이 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈은, 모듈 커넥터가 삽입되는 모듈 커넥터 삽입부 및 상기 모듈 커넥터와 상기 써미스터를 연결하는 연결 케이블을 더 포함할 수 있다.
상기 연결 케이블은, 연성회로기판(Flexible printed circuit; FPC) 또는 연성평판케이블(Flexible Flat Cable; FFC)일 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 장착되는 본체부를 포함할 수 있고, 상기 써미스터 브릿지는, 상기 써미스터가 부착되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 본체부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 연결 케이블 중 상기 써미스터와 연결된 부분이 상기 가압부의 일면에 위치할 수 있다.
상기 가압부가, 상기 연결 케이블 중 상기 써미스터와 연결된 부분을 상기 전지셀에 밀착시킬 수 있다.
상기 연결부에는, 상기 연결 케이블이 통과할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 전극 리드가 돌출되는 방향에 위치할 수 있고, 상기 전극 리드가 상기 버스바 프레임에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 상기 버스바와 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 써미스터가 전지셀에 일정한 가압을 유지할수 있도록 버스바 프레임의 구조를 개선함으로써, 정확하고 일관된 온도 측정이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체 및 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LV 센싱 조립체를 나타낸 부분 사시도이다.
도 10은 도 2의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 10의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 12는 도 11에 나타난 써미스터 브릿지를 각도를 달리하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 13은 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
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 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극 리드(111, 112)를 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200) 및 전지셀 적층체(200)의 일측에 위치한 버스바 프레임(500)을 포함한다.
우선, 도 3을 참고하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 벤딩부(115)로 이루어질 수 있다. 벤딩부(115)에서 셀 케이스(114)가 접히는 구조를 형성할 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 벤딩부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 벤딩부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(110p)는 하나의 예시적 구조이며, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 전지셀(110)은 돌출부가 형성되지 않고, 벤딩부(115)가 일직선으로 뻗는 형태를 가질 수 있다.
또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극 리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스(Terrace)부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 본체(113)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함한다.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성할 수 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라, 전지셀(110)에서 하나의 전극 리드(111)는 x축 방향을 향해 돌출되고, 다른 전극 리드(112)는 -x축 방향을 향해 돌출될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(200)가 수납되는 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)를 포함할 수 있다.
모듈 프레임(300)은 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면이 개방된 구조물일 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(200)를 기준으로, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 양 방향에서 모듈 프레임(300)이 개방될 수 있다. 또한, 모듈 프레임(300)은 전지셀 적층체(200)의 하면과 양 측면을 커버하는 U자형 프레임(310) 및 전지셀 적층체(200)의 상면을 커버하는 상부 커버(320)를 포함할 수 있다. U자형 프레임(310)과 상부 커버(320)가 서로 대응하는 모서리끼리 접합되어 모듈 프레임(300)을 형성할 수 있다. 상기 접합 방식에 특별한 제한은 없으며, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 일 실시예로써, 모듈 프레임은 네 면의 모두 일체화된 모노 프레임 형태일 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 복수로 구성되어, 모듈 프레임(300)의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮을 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)의 내부에 전지셀 적층체(200)가 수납됨으로써, 전지셀 적층체(200)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다. 한편, 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 7 등을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 및 써미스터 브릿지(Thermistor bridge)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체 및 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
우선, 도 4를 참고하면, 전극 리드(111)가 돌출되는 방향(x축 방향)의 전지셀 적층체(200)의 일측에는 버스바 프레임(500)이 위치할 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전극 리드(112)가 돌출되는 방향(-x축 방향)의 전지셀 적층체(200)의 타측에도 버스바 프레임이 위치할 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(200)의 서로 대향하는 일측과 타측 각각에 버스바 프레임(500)이 위치할 수 있다. 또한, 버스바 프레임(500)은 전지셀 적층체(200)와 엔드 플레이트(400) 사이에 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(200) 및 버스바 프레임(500)은 모듈 프레임(300, 도 2 참고)에 함께 수납될 수 있다.
버스바 프레임(500)에는 버스바(710)가 장착된다. 또한, 버스바 프레임(500)에는 터미널 버스바(720)가 장착될 수 있다. 구체적으로, 버스바 프레임(500)에는 리드 슬릿이 형성되고, 전극 리드(111, 112)가 상기 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(710)나 터미널 버스바(720)에 접합될 수 있다. 물리적, 전기적 연결이 가능하다면, 접합의 방식에 특별한 제한은 없으며, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다.
한편, 버스바(710)나 터미널 버스바(720)에 슬릿이 형성될 수 있으며, 상기 슬릿은 버스바 프레임(500)의 상기 리드 슬릿과 대응하도록 위치할 수 있다. 상기 리드 슬릿을 통과한 전극 리드(111, 112)가 버스바(710)의 슬릿이나 터미널 버스바(720)의 슬릿을 통과하여 구부러질 수 있다.
한편, 터미널 버스바(720)의 일부분은 전지 모듈(100)의 외측으로 노출될 수 있다. 구체적으로, 엔드 플레이트(400)나 절연커버(도시하지 않음)에 개구부가 형성되어 터미널 버스바(720)의 일부분이 노출될 수 있다. 노출된 터미널 버스바(720)의 일부분이 다른 전지 모듈이나 BDU(Battery Disconnect Unit) 등과 연결되어 HV(High Voltage) 연결을 구현할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
도 5는 도 4의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 도 6 및 도 7은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 이때, 도 6은 설명의 편의를 위해 연결 케이블(620)의 도시를 생략하였고, 도 7은 연결 케이블(620)을 나타내었다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(500)은 전지셀(110)을 향해 연장된 써미스터 브릿지(510, Thermistor bridge)를 포함하고, 써미스터 브릿지(510)에 써미스터(630, Thermistor)가 배치된다. 써미스터(630)는, 당업계에 알려진 바 대로, 열적 신호를 전기적 신호로 바꾸어 줌으로써, 온도 변화를 측정할 수 있는 반도체 소자를 의미한다.
또한, 버스바 프레임(500)은 앞서 설명한 버스바(710)가 장착되는 본체부(520)를 포함할 수 있고, 써미스터 브릿지(510)는 이러한 본체부(520)로부터 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 써미스터 브릿지(510)는 써미스터(630)가 배치되는 가압부(511) 및 가압부(511)와 본체부(520)를 연결하는 연결부(512)를 포함할 수 있다. 한편, 가압부(511)에는 배치홀(511H)이 형성될 수 있고, 이러한 배치홀(511H)에 써미스터(630)가 배치될 수 있다.
도 8은 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 써미스터 브릿지(510)에 있어서, 가압부(511)의 일면은 본체부(520)의 일면과 평행할 수 있고, 연결부(512)의 일면은 본체부(520)의 일면과 비스듬하게 형성될 수 있다. 즉, 연결부(512)가 본체부(520)의 일면에 대해 일정한 각도를 형성하면서, 가압부(511)와 본체부(520)를 연결할 수 있다.
이 때, 전지셀 적층체(200)의 일측에 버스바 프레임(500)이 위치하는데, 상기와 같은 써미스터 브릿지(510)의 구조에 의해 가압부(511)가 전지셀(110)에 밀착될 수 있다. 구체적으로는 가압부(511)가 전지셀(110)의 셀 본체(113)에 밀착될 수 있고, 보다 구체적으로는 테라스부(116) 인근의 셀 본체(113) 부분에 밀착될 수 있다. 특히, 전지셀 적층체에 버스바 프레임(500)이 장착되기 이전에 본체부(520)의 일면과 가압부(511)의 일면까지의 거리는, 전지셀 적층체에 버스바 프레임(500)이 장착되었을 때 전지셀(110)의 셀 본체(113) 부분과 버스바 프레임(500) 사이의 거리(d)보다 길게 형성될 수 있다. 여기서 전지셀 적층체에 버스바 프레임(500)이 장착되기 이전에 본체부(520)의 일면과 가압부(511)의 일면까지의 거리는, 연결부(512)가 갖는 x축 방향의 너비를 의미할 수 있다. 연결부(512)가 갖는 x축 방향의 너비가 전지셀(110)의 셀 본체(113) 부분과 버스바 프레임(500) 사이의 거리(d)보다 길게 형성되기 때문에 전지셀 적층체(200)에 버스바 프레임(500)이 장착되었을 때 가압부(511)가 전지셀(110) 특히, 셀 본체(113)에 밀착될 수 있다. 전지셀(110)이 위치하였을 때 비스듬한 각도를 형성하는 연결부(512)에 의해 가압부(511)에 -x축 방향으로 탄성력이 작용할 수 있고, 이러한 탄성력에 의해 가압부(511)가 전지셀(110)에 강하게 밀착될 수 있다. 이에, 본 실시예에 따르면, 써미스터(630)가 배치되는 써미스터 브릿지(510)의 가압부(511)가 전지셀(110)을 일정한 압력으로 가압할 수 있다. 따라서, 각 전지 모듈(100) 내에서, 써미스터(630)에 의한 정확하고 일관된 온도 측정이 가능하다.
또한, 도 3을 다시 참고하면, 전지셀(110)에 대한 충, 방전이 반복적으로 이루어지면, 전극 리드(111, 112)와 인접한 부분에서 많은 열이 발생한다. 즉, 셀 본체(113)의 중앙 부분 보다는, 테라스부(116)에 가까워질수록 충, 방전에 따라 많은 열이 발생한다. 본 실시예에 따른 써미스터(630)는, 테라스부(116)와 가까운 부분에 밀착되는 가압부(511) 내에 배치된 것이므로, 전지셀(110) 중에서 많은 열이 발생하는 부분에 일정한 압력으로 밀착될 수 있다. 이에 따라, 전지셀(110)의 온도 변화를 보다 면밀하게 감지할 수 있다. 이러한 써미스터(630)의 배치는 본 실시예에 따른 써미스터 브릿지(510)가 버스바 프레임(500)에 형성된 구조이기에 가능하다.
이하에서는, 도 9 내지 도 12 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예예 따른 모듈 커넥터 삽입부 및 연결 케이블의 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LV 센싱 조립체를 나타낸 부분 사시도이다. 도 10은 도 2의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다. 도 11은 도 10의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 도 12는 도 11에 나타난 써미스터 브릿지를 각도를 달리하여 나타낸 부분 사시도이다. 특히, 도 10은 버스바 프레임(500)이 전지셀 적층체(200)와 마주하는 면을 나타내었다. 즉, 도 6 및 도 7에서 보여지는 버스바 프레임(500)의 일면의 반대 면을 나타내었다.
도 9 내지 도 12를 참고하면, 본 실시예예 따른 전지 모듈(100)은, LV 센싱 조립체(600)를 포함할 수 있다. LV 센싱 조립체(600)는 모듈 커넥터(미도시), 모듈 커넥터 삽입부(610), 연결 케이블(620) 및 앞서 설명한 써미스터(630)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 커넥터는 전지 모듈(10)의 LV(Low voltage) 연결을 안내하기 위한 것으로, 모듈 커넥터 삽입부(610)에 장착될 수 있다. 상기 모듈 커넥터는 전지 모듈(100)과 함께 전지팩 내부에 배치되는 BMS(Battery Management System)와 연결되어 전지 모듈(100) 내부의 온도 정보나 각 전지셀(110)의 전압 정보 등을 전달할 수 있다.
모듈 커넥터 삽입부(610)는 상기 모듈 커넥터가 삽입되는 구성으로써, 버스바 프레임(500)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 버스바 프레임(500) 중 전지셀 적층체와 마주하는 면의 반대 면에 위치할 수 있다. 다시 말해, 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 모듈 커넥터 삽입부(610)는 버스바 프레임(500)에 대해 버스바(710) 및 터미널 버스바(720)와 같은 측에 위치할 수 있다.
연결 케이블(620)은 상기 모듈 커넥터와 써미스터(630)를 연결하는 구성으로써, 연성회로기판(Flexible printed circuit; FPC) 또는 연성평판케이블(Flexible Flat Cable; FFC)일 수 있다. 써미스터(630)에 의해 측정된 온도 변화 데이터가 연결 케이블(620)에 의해 모듈 커넥터로 전달될 수 있다.
도 6, 도 7 및 도 11을 함께 참고하면, 연결 케이블(620) 중 써미스터(630)와 연결된 부분(620a)이 가압부(511)의 일면에 위치할 수 있다. 여기서 가압부(511)의 상기 일면은 가압부(511)가 전지셀(110)들과 마주하는 면을 의미한다. 구체적으로, 써미스터 브릿지(510)의 연결부(512)에는, 연결 케이블(620)이 통과할 수 있는 관통홀(512H)이 형성될 수 있다. 관통홀(512H)을 통과한 연결 케이블(620) 중에서, 써미스터(630)와 연결된 부분(620a)이 가압부(511)의 상기 일면에 위치할 수 있다. 앞서 설명한 바 대로 가압부(511)에 형성된 배치홀(511H)의 내부에 써미스터(630)가 위치할 수 있는데, 이러한 배치홀(511H)은 관통된 구조로써, 써미스터(630)와 연결된 부분(620a)이 가압부(511)의 상기 일면에 위치함과 동시에 써미스터(630)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 연결 케이블(620) 중 써미스터(630)와 연결된 부분(620a)은 전지셀(110), 특히 테라스부(116) 인근의 셀 본체(113) 부분에 직접 접촉할 수 있다. 또한, 연결부(512)의 탄성력에 의해, 가압부(511)가 연결 케이블(620) 중 써미스터(630)와 연결된 부분(620a)을 전지셀(110)에 밀착시키고, 일정한 압력으로 가압할 수 있다. 써미스터(630)가 연결 케이블(620)을 통해 전지셀(110)과 직접 접촉하는 것이고, 각 전지 모듈(100)마다 가압부(511) 및 연결부(512)의 의한 균일한 가압을 구현할 수 있으므로, 정밀하게 전지셀(110)의 온도 변화를 측정, 감지할 수 있다.
이하에서는 도 13 등을 참고하여, 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈과 본 실시예에 따른 전지 모듈을 비교하도록 한다.
도 13은 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(20), 전지셀 적층체(20)가 수납되는 모듈 프레임(30) 및 전지셀 적층체(20) 상에 위치한 센싱 부재(60)를 포함할 수 있다. 센싱 부재(60)는 온도 측정, 감지를 위한 써미스터(63)를 포함할 수 있다. 즉, 본 비교예에 따른 전지 모듈은 써미스터(63)가 전지셀 적층체(20)의 상부에 위치할 수 있다.
전지셀 적층체(20)를 모듈 프레임(30)에 수납하는 과정 등에 있어서, 높이 방향에서의 모듈 프레임(30)과 전지셀 적층체(20) 간의 치수 공차 등으로 인해 써미스터(63)에 일정 이상의 가압이 발생할 수 있고, 이에 따라 써미스터(63)의 파손이 유발될 수 있다.
이와 달리, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서의 써미스터(630)는 버스바 프레임(500)으로부터 연장된 써미스터 브릿지(510)에 배치되어 있고, 가압부(511) 및 연결부(512)에 의해 수평 방향으로 가압이 행해진다. 따라서, 치수 공차 등에 의해 써미스터(630)가 파손될 염려가 적다. 또한, 테라스부(116) 인근의 셀 본체(113) 부분, 즉 발열이 가장 심한 부분에 가까이 밀착되도록 써미스터(630)가 배치되기 때문에 발화나 폭발로 이어질 수 있는 전지셀(110)의 온도 변화를 면밀하게 감지할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
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.
100: 전지 모듈
200: 전지셀 적층체
500: 버스바 프레임
510: 써미스터 브릿지
630: 써미스터

Claims (11)

  1. 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 버스바 프레임; 및
    상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바를 포함하고,
    상기 버스바 프레임은, 상기 전지셀을 향해 연장된 써미스터 브릿지를 포함하며,
    상기 써미스터 브릿지에 써미스터가 배치되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 장착되는 본체부를 포함하고,
    상기 써미스터 브릿지는, 상기 써미스터가 배치되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 본체부를 연결하는 연결부를 포함하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 가압부의 일면은 상기 본체부의 일면과 평행하고, 상기 연결부의 일면은 상기 본체부의 일면과 비스듬하게 형성되어, 상기 전지셀 적층체의 상기 일측에 상기 버스바 프레임이 위치할 때, 상기 가압부가 상기 전지셀에 밀착되는 전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 가압부에는 상기 써미스터가 배치되는 배치홀이 형성되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    모듈 커넥터가 삽입되는 모듈 커넥터 삽입부 및 상기 모듈 커넥터와 상기 써미스터를 연결하는 연결 케이블을 더 포함하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 연결 케이블은, 연성회로기판(Flexible printed circuit; FPC) 또는 연성평판케이블(Flexible Flat Cable; FFC)인 전지 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 장착되는 본체부를 포함하고,
    상기 써미스터 브릿지는, 상기 써미스터가 부착되는 가압부 및 상기 가압부와 상기 본체부를 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 연결 케이블 중 상기 써미스터와 연결된 부분이 상기 가압부의 일면에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 가압부가, 상기 연결 케이블 중 상기 써미스터와 연결된 부분을 상기 전지셀에 밀착시키는 전지 모듈.
  9. 제7항에서,
    상기 연결부에는, 상기 연결 케이블이 통과할 수 있는 관통홀이 형성된 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임은, 상기 전극 리드가 돌출되는 방향에 위치하고,
    상기 전극 리드가 상기 버스바 프레임에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 상기 버스바와 접합되는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023229387A1 (ko) * 2022-05-25 2023-11-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈

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