KR20220120512A - 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전극리드를 포함하는 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 리드 프레임을 포함한다. 상기 복수의 전지셀들 중 제1 전지셀로부터 돌출된 제1 전극리드와 상기 복수의 전지셀들 중 제2 전지셀로부터 돌출된 제2 전극리드가, 상기 리드 프레임에 형성된 슬릿들을 통과한 뒤 구부러지고 중첩되어 전극리드 어셈블리를 형성한다. 상기 전극리드 어셈블리에서, 상기 제1 전극리드의 적어도 일부와 상기 제2 전극리드의 일부가 서로 접합된다. 상기 리드 프레임은, 상기 전극리드 어셈블리가 위치하는 제1 지지부를 포함하고, 상기 제1 지지부는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가진다. 상기 전극리드 어셈블리의 적어도 일부가 상기 제1 지지부의 일면에 밀착된다.

Description

전지 모듈 및 이의 제조 방법{BATTERY MODULE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조 공정성이 향상된 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 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 있다. 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.

종래의 전지 모듈에서, 다수의 전지셀 간의 연결을 위해 버스바 및 버스바 프레임을 활용할 수 있다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참고하여, 종래의 전지 모듈에서 이용되는 버스바 및 버스바 프레임의 구조에 대해 설명한다.

도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다. 도 1은 버스바 프레임과 버스바의 모습을 보이기 위해 전지 모듈 세워놓은 모습을 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 전지셀(11)이 적층된 전지셀 적층체(20) 및 전지셀 적층체(20)의 양 측에 배치된 버스바 프레임(30)을 포함한다. 이러한 버스바 프레임(30)에는 버스바(40)와 센싱 조립체(50)가 장착될 수 있다.

버스바(40)는 복수의 전지셀(11) 간의 전기적 연결을 위한 것으로, 전지셀(11)의 전극리드(11L)가 버스바 프레임(30)에 형성된 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(40)와 연결될 수 있다. 경우에 따라서는 전극리드(11L)가 버스바(40)에 형성된 슬릿(40S)을 통과할 수도 있다. 전극리드(11L)와 버스바(40) 사이의 연결에 있어, 전기적 연결이 가능하다면 그 방법에 제한은 없으며, 일례로 용접 접합으로 연결될 수 있다. 이와 같이 버스바(40)를 통해 전지셀(11)들이 전기적으로 연결된 전지셀 적층체(20)는 외부로 노출되는 단자 버스바(미도시) 등을 통해 다른 전지 모듈이나 BDU(Battery Disconnect Unit) 등과 연결될 수 있다. 즉, 종래의 전지 모듈(10)은 버스바(40)를 통해 전지셀(11)들을 전기적으로 연결하고, 단자 버스바 등을 통해 전지 모듈(10)을 다른 전지 모듈과 전기적으로 연결함으로써, HV(High Voltage) 연결을 구현할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.

한편, 전지 모듈(10)의 발화나 폭발을 방지하기 위해, 전지셀(11)의 전압 정보와 온도 정보를 측정하여 BMS(Battery Management System)에 전달할 필요가 있다. 종래의 전지 모듈(10)은 센싱 조립체(50)를 포함하여 전지셀의 전압 정보를 상기 BMS에 전달할 수 있다. 구체적으로, 센싱 조립체(50)가 접합부재(52)를 통해 버스바(40)와 연결되어 각 전지셀의 전압을 측정할 수 있고, 측정된 값을 연결부재(53)와 커넥터(미도시)를 통해 외부 BMS에 전달할 수 있다. 즉, 종래의 전지 모듈(10)은 버스바(40)와 센싱 조립체(50)를 통해 전압 정보를 전달함으로써, LV(Low Voltage) 연결을 구현할 수 있다. 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다.

종합하면, 종래의 전지 모듈(10)은 HV 연결을 구현하기 위해 적층된 전지셀 각각의 전극리드(11L)를 버스바(40)에 접합하고, LV 연결을 구현하기 위해 센싱 조립체(50)를 전극리드(11L)가 접합된 버스바(40)에 연결할 수 있다. 또한 이러한 버스바(40)를 장착하기 위해 버스바 프레임(30)을 형성할 수 있다.

다만, 전지 모듈(10)에 이러한 HV 연결과 LV 연결을 구현하기 위해서는 많은 부품이 필요하며, 복잡한 일련의 제조 공정이 요구된다는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 HV 연결 구조와 LV 연결 구조를 개선하여 제조 공정성이 향상된 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 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 전극리드를 포함하는 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 리드 프레임을 포함한다. 상기 복수의 전지셀들 중 제1 전지셀로부터 돌출된 제1 전극리드와 상기 복수의 전지셀들 중 제2 전지셀로부터 돌출된 제2 전극리드가 상기 리드 프레임에 형성된 슬릿들을 통과한 뒤 구부러지고 중첩되어 전극리드 어셈블리를 형성한다. 상기 전극리드 어셈블리에서, 상기 제1 전극리드의 적어도 일부와 상기 제2 전극리드의 적어도 일부가 서로 접합된다. 상기 리드 프레임은, 상기 전극리드 어셈블리가 위치하는 제1 지지부를 포함하고, 상기 제1 지지부는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가진다. 상기 전극리드 어셈블리의 적어도 일부가 상기 제1 지지부의 일면에 밀착된다.

상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상일 수 있다.

상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다.

상기 제1 지지부의 중앙에 뚫려있는 제1 개방부가 형성될 수 있고, 상기 제1 개방부는, 전극리드 어셈블리가 위치한 측이 뚫려 있을 수 있다.

상기 리드 프레임은 상기 제1 개방부를 가로지르는 보조 지지부를 포함할 수 있고, 상기 보조 지지부는, 상기 제1 지지부의 형상에 대응하여 돌출 또는 만입된 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 지지부는 금속 플레이트 또는 스프링 부재 중 적어도 하나가 상기 리드 프레임에 부착되어 형성될 수 있다.

상기 전지 모듈은, 상기 리드 프레임에 장착되는 센싱 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 센싱 조립체는, 모듈 커넥터; 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드 중 적어도 하나에 접합되는 접합 플레이트; 및 상기 모듈 커넥터와 상기 접합 플레이트를 연결하는 연결부재를 포함할 수 있다.

상기 리드 프레임은, 상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 위치하는 제2 지지부를 포함할 수 있고, 상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 접합 플레이트가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 중첩된 부분의 적어도 일부는, 상기 제2 지지부의 일면에 밀착될 수 있다.

상기 제2 지지부에서, 상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 접합될 수 있다.

상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상일 수 있다.

상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다.

상기 제2 지지부의 중앙에 뚫려있는 제2 개방부가 형성될 수 있고, 상기 제2 개방부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 측이 뚫려 있을 수 있다.

상기 접합 플레이트는, 상기 제1 지지부 상에 위치하여, 상기 전극리드 어셈블리에 접합될 수 있다.

상기 접합 플레이트의 적어도 일부가, 상기 전극리드 어셈블리에 밀착될 수 있다.

상기 제1 지지부 상에서, 상기 제1 전극리드가 상기 제2 전극리드를 덮은 채 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성할 수 있고, 상기 제1 전극리드에 만입된 변이 형성될 수 있으며, 상기 만입된 변에 의해 상기 접합 플레이트가 상기 제2 전극리드와 접합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 전극리드를 포함하는 복수의 전지셀들을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계; 상기 전지셀 적층체의 일측에 리드 프레임을 조립하는 조립 단계; 및 상기 복수의 전지셀들 중 제1 전지셀로부터 돌출된 제1 전극리드와 상기 복수의 전지셀들 중 제2 전지셀로부터 돌출된 제2 전극리드를 상기 리드 프레임에 형성된 슬릿에 통과시켜 구부린 뒤 중첩시키고 적어도 일부를 접합하여, 전극리드 어셈블리를 형성하는 접합 단계를 포함한다. 상기 리드 프레임은, 상기 전극리드 어셈블리가 위치하는 제1 지지부를 포함하고, 상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가진다. 상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 상기 제1 지지부에 밀착된 채 중첩 및 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성한다.

상기 제1 지지부는, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상이거나, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다.

상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드의 일 부분과 상기 제2 전극리드의 일 부분을 덮도록 용접용 지그가 배치될 수 있고, 상기 리드 프레임과 상기 용접용 지그 사이에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 서로 밀착된 채 접합될 수 있다.

상기 용접용 지그에 제1 지그 개방부가 형성될 수 있다. 용접 장치가, 상기 제1 지그 개방부를 통해 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드의 노출된 부분을 접합하여 상기 전극리드 어셈블리를 형성할 수 있다.

상기 제1 지지부의 중앙에 뚫려있는 제1 개방부가 형성될 수 있고, 상기 제1 개방부는, 전극리드 어셈블리가 위치한 측이 뚫려 있을 수 있다. 상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드 중 상기 제1 개방부가 형성된 영역과 대응하는 부분이 서로 용접 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, HV 연결을 구현함에 있어, 돌출 또는 만입된 구조의 지지부 상에서 전극리드 간 접합이 이루어진다. 이에 따라, 전극리드끼리의 밀착이 가능하기 때문에 그 접합이 용이해진다.

또한, 버스바가 제거되는 것이므로, 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있고, 비용 절감의 효과가 있다.

또한, 종래의 버스바를 제거하는 대신 전극리드 간의 접합 및 전극리드와 센싱 조립체 간의 접합을 일체로 형성하여, HV 연결과 LV 연결이 동시에 이루어질 수 있으므로, 생산성 향상을 기대할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 리드 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 개방부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 전극리드 어셈블리를 형성하는 단계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9 및 도 10은 전극리드 어셈블리의 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 12의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 15는 도 14의 절단선 D-D’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극리드 어셈블리의 제조 과정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극리드 어셈블리의 제조 과정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극리드(111, 112)를 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200); 및 전지셀 적층체(200)의 일측에 위치한 리드 프레임(300a)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(200)의 다른 일측에 리드 프레임이 추가로 위치할 수 있다. 다만, 설명의 반복을 피하기 위해 하나의 리드 프레임(300a)을 기준으로 설명하도록 한다. 리드 프레임(300a)은 전기적으로 절연인 소재를 포함하는 것이 바람직하며, 일례로, 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.

우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀(110)의 전극리드는 돌출된 2개의 전극리드(111, 112)를 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 2개의 전극리드(111, 112)가 서로 대향하여 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 보다 상세하게는 2개의 전극리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다. 2개의 전극리드(111, 112)는 서로 다른 극성으로써, 일례로, 그 중 하나는 양극 리드(111)일 수 있고, 다른 하나는 음극 리드(112)일 수 있다. 즉, 하나의 전지셀(110)을 기준으로 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다.

한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스의 외주 부분을 실링하여 제조될 수 있다. 이러한 셀 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다.

이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성한다. 특히, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 2개의 전극리드(111, 112)는 각각 x축 방향과 -x축 방향으로 돌출될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 예시적 구조로써, 4개의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200)를 도시하였으나, 전지셀(110)의 개수에 특별한 제한은 없다.

한편, 본 실시예에 따른 리드 프레임(300a)은 전지셀 적층체(200)의 일측에 위치하는데, 보다 구체적으로는, 2개의 전극리드(111, 112) 중 어느 하나가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(200)의 일측에 위치할 수 있다.

이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참고하여, 본 실시예에 따른 리드 프레임의 구조와 리드 프레임 상에 형성되는 전극리드 어셈블리의 구조에 대해 자세히 설명한다.

도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 리드 프레임을 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 이 때, 도 6은, 설명의 편의를 위해, 전지셀(110-1, 110-2)의 전극리드(111-1, 111-2)가 리드 프레임(300a)의 슬릿(300S)을 통과한 상태임을 가정하여 도시하였다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 복수의 전지셀(110)들 중 인접한 2개의 전지셀(110)을 각각 제1 전지셀(110-1)과 제2 전지셀(110-2)로 지칭하여 설명하도록 한다. 제1 전지셀(110-1)과 제2 전지셀(110-2)을 기준으로 설명하나, 다른 전지셀에도 상호 동일 내지 유사한 구조가 적용될 수 있다.

복수의 전지셀(110)들 중 제1 전지셀(110-1)로부터 돌출된 제1 전극리드(111-1)와 복수의 전지셀(110)들 중 제2 전지셀(110-2)로부터 돌출된 제2 전극리드(111-2)가, 리드 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S)들을 통과한 뒤 구부러지고 중첩되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성한다. 본 발명에서의 전극리드 어셈블리(110L)는, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 중첩된 영역을 가리킨다. 이러한 전극리드 어셈블리(110L)에서 제1 전극리드(111-1)의 적어도 일부와 제2 전극리드(111-2)의 적어도 일부가 서로 접합된다.

한편, 슬릿(300S)은 각 전극리드(111-1, 111-2)와 대응하도록 복수로 형성될 수 있다. 상기와 같은 방식으로 제조됨에 따라, 전극리드 어셈블리(110L)는, 리드 프레임(300a)의 면 중 전지셀 적층체(200)와 대면하는 면의 반대 면에 위치할 수 있다.

보다 구체적으로, 인접한 전지셀(110-1, 110-2)들에 대해 같은 방향으로 돌출된 전극리드(111-1, 111-2)들이, 슬릿(300S)들을 통과한 뒤, 그 전극리드(111-1, 111-2)의 돌출 방향과 수직한 방향으로 구부러지고, 중첩되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성할 수 있다. 전극리드 어셈블리(110L)에서 제1 전극리드(111-1)의 적어도 일부와 제2 전극리드(111-2)의 적어도 일부가 서로 접합될 수 있다. 즉, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)의 중첩된 부분 중 일부분만 접합될 수 있고, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)의 중첩된 부분 전체가 접합될 수도 있다. 접합 방식에 특별한 제한은 없으나, 용접 접합이 이루어지는 것이 바람직하다.

종래의 전지 모듈(10, 도 1 및 도 2 참고)이 버스바(40)를 통해 전극리드를 서로 연결한 것과 달리, 본 실시예에 따른 전극리드(111-1, 111-2)들은 서로 직접 접합됨으로써, HV(High Voltage) 연결을 형성할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다. 따라서, 본 실시예에 따른 HV 연결 구조에서, 종래의 버스바는 제거될 수 있다.

한편, 리드 프레임(300a)은, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치하는 제1 지지부(310a)를 포함한다. 제1 지지부(310a)는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가질 수 있다. 일례로, 도 6에는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상의 제1 지지부(310a)를 도시하였다.

리드 프레임(300a)의 제1 지지부(310a) 상에서 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 중첩되고 접합되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성하는데, 전극리드 어셈블리(110L)의 적어도 일부가 제1 지지부(310a)의 일면에 밀착된 상태이다. 구체적으로 전극리드 어셈블리(110L)의 일 부분이 제1 지지부(310a) 상에서 제1 지지부(310a)의 형상에 대응하는 모양을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 전극리드 어셈블리(110L)의 일 부분이, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상의 제1 지지부(310a) 에 대응하도록, 휘어질 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 지지부(310a)는, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상일 수 있다. 즉, 제1 지지부(310a)가 아치 형상으로 볼록하게 돌출된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 전극리드 어셈블리(110L)의 적어도 일부가 아치 형상으로 휘어질 수 있다. 제1 지지부(310a)가 볼록하게 돌출됨에 따라, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 접합할 때 서로 밀착될 수 있다. 이에 따라 전극리드끼리의 접합이 보다 용이해지고, 종래의 버스바와 같은 구성이 불필요하다. 이렇게 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 종래의 버스바가 제거되는 것이므로, 전지 모듈(100)의 공간 활용률을 높일 수 있고, 비용 절감의 효과가 있다. 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 접합 과정은 도 8 내지 도 10과 함께 자세히 후술하도록 한다.

한편, 제1 지지부(310a)의 중앙에는 뚫려 있는 제1 개방부(311a)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 개방부(311a)는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 측과 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측 모두가 뚫려 있는 형태일 수 있다. 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 접합 과정에서 용접 접합이 이용될 수 있는데, 리드 프레임(300a)의 소재를 고려했을 때, 상기 용접 접합으로 인해 리드 프레임(300a)에 손상이 발생할 수 있다. 이러한 리드 프레임(300a)의 제1 지지부(310a)에 용접 접합으로 인한 손상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 제1 지지부(310a)의 중앙에는 뚫려 있는 제1 개방부(311a)를 마련할 수 있다. 제1 개방부(311a)에 의해, 제1 지지부(310a)가, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 용접된 부분과 접촉하지 않는다. 제1 개방부(311a)의 면적에 특별한 제한은 없으나, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 접합되는 부분을 모두 포괄할 수 있는 면적으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에 따른 리드 프레임(300a)은 제1 개방부(311a)를 가로지르는 보조 지지부(400a)를 포함할 수 있고, 보조 지지부(400a)는, 제1 지지부(310a)의 형상에 대응하여 돌출될 수 있다. 보다 구체적으로, 보조 지지부(400a)는, 제1 지지부(310a)의 형상에 대응하여, 아치 형상으로 볼록하게 돌출될 수 있다. 보조 지지부(400a)에 의해 제1 개방부(311a)가 형성하는 공간이 2개로 나뉠 수 있다. 만일 제1 개방부(311a)의 면적이 다소 크게 형성될 경우, 볼록하게 돌출된 제1 지지부(310a)에 밀착되지 않은 채, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 접합될 수 있다. 이에 제1 개방부(311a)를 가로지르는 보조 지지부(400a)가 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)를 지지하도록 구성함으로써, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 접합이 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 개방부를 설명하기 위한 단면도이다.

도 7을 참고하면, 제1 지지부(310a)의 중앙에는 뚫려 있는 제1 개방부(311a’)가 형성될 수 있다. 다만 도 6에 나타난 제1 개방부(311a)와 달리, 본 실시예에 따른 제1 개방부(311a’)는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 측만 뚫려 있고, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측은 막힌 형태일 수 있다. 이러한 제1 개방부(311a’)에 의해 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 용접된 부분과 제1 지지부(310a)가 서로 접촉되지 않는다. 즉, 용접 과정에서 제1 지지부(310a)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측은 개방되지 않고 막혀있기 때문에 전지셀(110-1, 110-2)이 노출되지 않는다. 상기 용접에 레이저 용접이 이용될 수 있는데, 이러한 막힌 부분은 레이저 빔이 전지셀(110-1, 110-2)에 도달하는 것을 막는다. 즉, 본 실시예에 따라 일측만 뚫린 형태의 제1 개방부(311a’)를 갖는 제1 지지부(310a)는, 용접 과정에서 제1 지지부(310a)가 직접 손상되는 것을 방지함과 동시에 전지셀(110-1, 110-2)을 보호할 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 리드 프레임(300a)에 장착되는 센싱 조립체(500)를 더 포함할 수 있다. 센싱 조립체(500)는, 모듈 커넥터(510), 접합 플레이트(520) 및 연결부재(530)를 포함할 수 있다. 센싱 조립체(500)는, 리드 프레임(300a)의 면 중 전지셀 적층체(200)와 대면하는 면의 반대 면에 위치할 수 있다.

센싱 조립체(500)는 LV(Low voltage) 연결을 위한 것으로, 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다. 센싱 조립체(500)를 통해 전지셀(110)의 전압 정보와 온도 정보가 측정되어 외부 BMS(Battery Management System)에 전달될 수 있다. 이러한 센싱 조립체(500)는 제1 전극리드(111-1)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 모듈 커넥터(510)는, 리드 프레임(300a)에 장착되고, 복수의 전지셀(110)을 제어하기 위해 외부의 제어 장치와 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.

접합 플레이트(520)는, 전지 전도성을 갖는 금속 소재를 포함하고, 제1 전극리드(111-1) 또는 제2 전극리드(111-2) 중 적어도 하나에 접합될 수 있다.

연결부재(530)는, 모듈 커넥터(510)와 접합 플레이트(520)를 연결하는 부재로써, 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다.

복수의 전지셀(110)들로부터 측정된 전압 및 온도 정보가, 접합 플레이트(520), 연결부재(530) 및 모듈 커넥터(510)를 차례로 거쳐 외부의 BMS(Battery Mamagement System)로 전달될 수 있다. 즉, 센싱 조립체(500)는 각 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어할 수 있다.

이 때, 본 실시예에 따른 리드 프레임(300a)은 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 위치하는 제2 지지부(320a)를 포함할 수 있다. 제2 지지부(320a)는, 접합 플레이트(520)가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 접합 플레이트(5200가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가질 수 있다. 일례로, 도 6에는 접합 플레이트(520)가 위치한 방향으로 돌출된 형상의 제2 지지부(320a)를 도시하였다.

제2 지지부(320a)에서, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 중첩되어, 일 부분끼리 접합될 수 있고, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 중첩된 부분의 적어도 일부는, 제2 지지부(320a)의 일면에 밀착될 수 있다. 구체적으로, 접합 플레이트(520)의 일 부분이 제2 지지부(320a) 상에서 제2 지지부(320a)의 형상에 대응하는 모양을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 접합된 부분은, 접합 플레이트(520)가 위치한 방향으로 돌출된 형상의 제2 지지부(320a)에 대응하도록 휘어질 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 지지부(320a)는, 접합 플레이트(520)가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상일 수 있다. 즉, 제2 지지부(320a)가 아치 형상으로 볼록하게 돌출된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 접합된 부분의 적어도 일부도 아치 형상으로 휘어질 수 있다. 제2 지지부(320a)가 볼록하게 돌출됨에 따라, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 접합할 때 서로 밀착될 수 있다. 이에 따라 접합이 보다 용이해지고, 종국적으로는 종래의 버스바와 같은 구성이 불필요하다. 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520) 간의 접합 과정은 도 8 내지 도 10과 함께 자세히 후술하도록 한다.

한편, 제2 지지부(320a)의 중앙에는 뚫려 있는 제2 개방부(321a)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 제2 개방부(321a)는 접합 플레이트(520)가 위치한 측과 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측 모두가 뚫려 있는 형태일 수 있다. 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520) 간의 접합 과정에서 용접 접합이 이용될 수 있는데, 리드 프레임(300a)의 소재를 고려했을 때, 상기 용접 접합으로 인해 리드 프레임(300a)에 손상이 발생할 수 있다. 이러한 리드 프레임(300a)의 제2 지지부(320a)에 용접 접합으로 인한 손상이 발생하는 것을 방지하기 위해 제2 지지부(320a)의 중앙에는 뚫려 있는 제2 개방부(321a)를 마련할 수 있다. 제2 개방부(321a)에 의해, 제2 지지부(320a)는 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 용접된 부분과 접촉되지 않는다. 제2 개방부(321a)의 면적에 특별한 제한은 없으나, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 접합되는 부분을 모두 포괄할 수 있는 면적으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제2 개방부(321a’)는, 도 6에 나타난 제2 개방부(321a)와 달리, 접합 플레이트(520)가 위치한 측만 뚫려 있고, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측은 막힌 형태일 수 있다. 이러한 제2 개방부(321a’)에 의해 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 용접된 부분이 제2 지지부(320a)와 접촉되지 않는다. 즉, 용접 과정에서 제2 지지부(320a)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측은 개방되지 않고 막혀있기 때문에 전지셀(110-1, 110-2)이 노출되지 않는다. 상기 용접에 레이저 용접이 이용될 수 있는데, 이러한 막힌 부분은 레이저 빔이 전지셀(110-1, 110-2)에 도달하는 것을 막는다. 즉, 본 실시예에 따라 일측만 뚫린 형태의 제2 개방부(321a’)를 갖는 제2 지지부(320a)는, 용접 과정에서 제2 지지부(320a)가 직접 손상되는 것을 방지함과 동시에 전지셀(110-1, 110-2)을 보호할 수 있다.

이하에서는, 도 8 내지 도 10을 도 4 및 도 6과 함께 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 8은 전극리드 어셈블리를 형성하는 단계를 설명하기 위한 평면도이다. 구체적으로, 도 8의 (a) 내지 (c)는 도 4의 리드 프레임(300a)을 yz 평면 상에서 -x축 방향을 따라 바라본 모습이다.

도 9 및 도 10은는 전극리드 어셈블리를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 구체적으로, 도 9 및 도 10 각각은 도 4의 리드 프레임(300a) 중 제1 전지셀(110-1) 및 제2 전지셀(110-2)과 대응하는 부분에서, 전극리드(111-1, 111-2)가 슬릿(300S)에 삽입된 후 절단선 B-B’로 자른 모습이다.

도 8 내지 도 10을 도 4 및 도 6과 함께 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 제조 방법은, 전극리드(111-1, 111-2)를 포함하는 복수의 전지셀(110-1, 110-2)들을 적층하여 전지셀 적층체(200)를 형성하는 단계; 전지셀 적층체(200)의 일측에 리드 프레임(300a)을 배치하는 단계; 및 복수의 전지셀(110-1, 110-2)들 중 제1 전지셀(110-1)로부터 돌출된 제1 전극리드(111-1)와 복수의 전지셀(110-1, 110-2)들 중 제2 전지셀(110-2)로부터 돌출된 제2 전극리드(111-2)를 리드 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S)에 통과시켜 구부린 뒤 중첩시키고 적어도 일부를 접합하여, 전극리드 어셈블리(110L)를 형성하는 접합 단계를 포함한다. 리드 프레임(300a)은, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치하는 제1 지지부(310a)를 포함한다. 상술한 바 대로, 제1 지지부(310a)는, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가진다.

구체적으로, 상기 접합 단계에서, 리드 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S)들 중 하나에 제2 전지셀(110-2)의 제2 전극리드(111-2)가 삽입된 뒤 제1 지지부(310a)의 위로 구부러질 수 있다. 또한, 제2 지지부(320a) 상에는 센싱 조립체(500)의 접합 플레이트(520)가 배치될 수 있다.

다음, 리드 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S) 중 다른 하나에 제1 전지셀(110-1)의 제1 전극리드(111-1)가 삽입된 뒤 구부러질 수 있다. 이 때, 제1 전극리드(111-1)가 접합 플레이트(520)와 제2 전극리드(111-2)를 모두 덮도록 구부러질 수 있다.

도 8의 (c) 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 지지부(310a) 상에는 제2 전극리드(111-2)와 제1 전극리드(111-1)가 아래에서부터 차례로 위치할 수 있고, 제2 지지부(320a) 상에는 접합 플레이트(520)와 제1 전극리드(111-1)가 아래에서부터 차례로 위치할 수 있다.

이후, 도 9 및 도 10을 참고하면, 상기 접합 단계에서, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 제1 지지부(310a)에 밀착된 채 중첩 및 접합되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성한다. 제1 지지부(310a)는, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상이거나, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다. 이에 따라, 제1 지지부(310a)에 밀착되어 형성된 전극리드 어셈블리(110L)도, 제1 지지부(310a)의 형상처럼, 돌출된 아치 형상이거나 만입된 아치 형상일 수 있다.

한편, 상기 접합 단계에서, 제1 전극리드(111-1)의 일 부분과 제2 전극리드(111-2)의 일 부분을 덮도록 용접용 지그(600)가 배치될 수 있다. 용접용 지그(600)에는 제1 지지부(310a) 및 제2 지지부(320a) 각각의 형상에 따라 만입된 제1 만입부(610a) 및 제2 만입부(620a)가 마련될 수 있다.

리드 프레임(300a)과 용접용 지그(600) 사이에서, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 서로 밀착된 채 접합될 수 있다. 즉, 용접용 지그(600)가 배치됨에 따라, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)는 리드 프레임(300a)과 용접용 지그(600) 사이에서 제1 지지부(310a)의 형상에 대응하도록 아치형으로 변형될 수 있다.

한편, 용접용 지그(600)에, 관통된 형상의 제1 지그 개방부(611a)가 형성될 수 있다. 용접 장치가, 제1 지그 개방부(611a)를 통해 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 노출된 부분을 접합하여 전극리드 어셈블리(110L)를 형성할 수 있다. 일례로, 이렇게 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 강하게 밀착된 상태에서 용접용 지그(600)에 형성된 제1 지그 개방부(611a)를 통해 레이저 등을 분사하여 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 용접(W)이 이루질 수 있다. 이에 따라, 돌출되도록 휘어진 형태의 전극리드 어셈블리(110L)가 제조될 수 있다.

또한, 용접용 지그(600)에, 관통된 형상의 제2 지그 개방부(621a)가 형성될 수 있다. 용접용 지그(600)가 배치됨에 따라, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)는 리드 프레임(300a)과 용접용 지그(600) 사이에서 제2 지지부(320a)의 형상에 대응하도록 아치형으로 변형될 수 있다. 이렇게 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 강하게 밀착된 상태에서 용접용 지그(600)에 형성된 제2 지그 개방부(621a)를 통해 레이저 등을 분사하여 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520) 간의 용접(W)이 이루질 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)를 접합시키면서, 동시에 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)를 접합시킬 수 있다. 종래의 전지 모듈(10)은 HV 연결을 위해 버스바(40)에 전극리드(11L)를 접합시키고, 또 이와 별개로 버스바(40)에 센싱 조립체(50)를 연결한다. 반면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전극리드 간의 HV 연결과 전극리드와 센싱 조립체 간의 LV 연결이 각각 이루어지지 않고 한번에 진행될 수 있으므로, 제조 공정성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 버스바 등의 구성을 제거할 수 있어 보다 컴팩트한 구성의 전지 모듈(100)을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.

한편, 상술한 것처럼, 제1 지지부(310a)의 중앙에 뚫려있는 제1 개방부(311a)가 형성될 수 있고, 이러한 제1 개방부(311a)는, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 측이 뚫려 있을 수 있다. 레이저 등을 분사하여 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 용접(W)이 이루질 때, 리드 프레임(300a)에 손상이 가해질 수 있다.

이에 본 실시예에서는, 상기 접합 단계에서, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 중 제1 개방부(311a)가 형성된 영역과 대응하는 부분이 서로 용접 접합되도록 할 수 있다. 제1 개방부(311a)에 의해, 제1 지지부(310a)가, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 용접된 부분과 접촉하지 않는다. 즉, 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2) 간의 용접(W)이 이루질 때, 리드 프레임(300a)이 손상되는 것을 최소화하고자 하였다.

한편, 상술한 바 대로, 제1 전극리드(111-1)가 제2 전극리드(111-2)나 접합 플레이트(520)와 강하게 밀착한 상태에서 접합이 이루어질 수 있다. 즉, 종래의 버스바 없이도 쉽게 용접 접합이 가능하다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트를 나타낸 사시도이다.

도 4 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트(520)는, 일측(520P)이 제1 전극리드(111-1)에 접합되고, 타측(520C)은 연결부재(530)에 연결된다. 구체적으로, 접합 플레이트(520)의 일측(520P)은 판상형으로 구성되어, 제1 전극리드(111-1)에 밀착된 후 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 한편, 접합 플레이트(520)의 타측(520C)은 연결부재(530)를 관통한 후 휘어짐으로써, 연결부재(530)와 결합될 수 있다.

이하에서는, 도 12 및 도 13을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 사시도이다. 도 13은 도 12의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 이때, 도 13은 설명의 편의를 위해, 전지셀(110-1, 110-2)의 전극리드(111-1, 111-2)가 리드 프레임(300b)의 슬릿(300S)을 통과한 상태임을 가정하여 도시하였다.

도 12 및 도 13을 참고하면, 복수의 전지셀(110)들 중 제1 전지셀(110-1)로부터 돌출된 제1 전극리드(111-1)와 복수의 전지셀(110)들 중 제2 전지셀(110-2)로부터 돌출된 제2 전극리드(111-2)가 리드 프레임(300b)에 형성된 슬릿(300S)을 통과한 뒤 구부러지고 중첩되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성한다. 전극리드 어셈블리(110L)에서 제1 전극리드(111-1)의 적어도 일부와 제2 전극리드(111-2)의 적어도 일부가 서로 접합된다.

본 실시예에 따른 리드 프레임(300b)은, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치하는 제1 지지부(310b)를 포함할 수 있다. 또한 리드 프레임(300b)은, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 접합된 부분이 위치하는 제2 지지부(320b)를 포함할 수 있다.

이 때, 제1 지지부(310b)는, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 지지부(310b)는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다. 이에 따라 전극리드 어셈블리(110L)도 아치 형상으로 만입되도록 휘어질 수 있다.

또한, 제2 지지부(320b)는, 접합 플레이트(520)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 지지부(320b)는 접합 플레이트(520)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상일 수 있다. 이에 따라 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 중첩된 부분도 아치 형상으로 만입되도록 휘어질 수 있다.

종합하면, 본 실시예에 따른 리드 프레임(300b)은, 앞서 설명한 리드 프레임(300a)과 비교하여, 제1 지지부(310b) 및 제2 지지부(320b)가 돌출된 형태가 아닌 만입된 형태라는 점에 차이가 있다. 이에 따라 전극리드 어셈블리(110L)가 돌출되는 것이 아니라 만입되도록 휘어질 수 있다. 마찬가지로, 제1 전극리드(111-1)와 접합 플레이트(520)가 중첩된 부분이 돌출되는 것이 아니라 만입되도록 휘어질 수 있다.

이것 외에는 앞서 설명한 리드 프레임(300a)과 상호 동일 내지 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 지지부(310b)에 제1 개방부(311b)가 형성될 수 있고, 제2 지지부(320b)에 제2 개방부(321b)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 개방부(311b)에는 보조 지지부(400b)가 위치할 수 있다. 이들에 대한 더 이상의 설명은 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용이므로 생략하도록 한다. 도 13에는, 제1 개방부(311b)와 제2 개방부(321b) 모두 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측이 뚫려 있는 형태로 나타나 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 일 실시예로써, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측이 막힌 형태의 제1 개방부와 제2 개방부도 가능하다.

이하에서는 도 14 내지 도 17을 참고하여, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 14는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 15는 도 14의 절단선 D-D’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.

도 14 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(200), 리드 프레임(300c) 및 센싱 조립체(500)를 포함할 수 있다. 센싱 조립체(500)는, 상술한 바 대로, 모듈 커넥터(510), 접합 플레이트(520) 및 연결부재(530)를 포함할 수 있다.

리드 프레임(300c)은 전극리드 어셈블리(110L)가 위치하는 제1 지지부(310c)를 포함한다. 제1 지지부(310c)는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가질 수 있다. 일례로, 도 15에는 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 구조의 제1 지지부(310c)를 도시하였다.

제1 지지부(310c) 상에서 제1 전극리드(111-1)와 제2 전극리드(111-2)가 중첩되어 전극리드 어셈블리(110L)를 형성하는데, 전극리드 어셈블리(110L)는 제1 지지부(310c) 상에서 제1 지지부(310c)의 형상에 대응하는 모양을 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 전극리드 어셈블리(110L)는, 전극리드 어셈블리(110L)가 위치한 방향으로 돌출된 형상의 제1 지지부(310c)에 대응하도록, 휘어질 수 있다.

이 때, 접합 플레이트(520)는, 제1 지지부(310c) 상에 위치하여, 전극리드 어셈블리(110L)에 접합될 수 있다. 또한, 접합 플레이트(520)는, 제1 지지부(310c) 상에서 제1 지지부(310c)의 형상에 대응하는 모양을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 제1 전극리드(111-1), 제2 전극리드(111-2) 및 접합 플레이트(520)가 제1 지지부(310c) 상에서 함께 접합되고, 모두 제1 지지부(310c)의 형상에 대응하도록 휘어질 수 있다.

접합 플레이트(520)가 제1 지지부(310c) 상에서 전극리드 어셈블리(110L)에 접합되는 것 외에는 앞서 설명한 리드 프레임과 상호 동일 내지 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 지지부(310c)에 제1 개방부(311c)가 형성될 수 있다. 도 15에서 이러한 제1 개방부(311c)는 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측이 뚫려 있는 형태로 나타나 있으나, 전지셀(110-1, 110-2)이 위치한 측이 막힌 형태도 가능하다.

도 16은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극리드 어셈블리의 제조 과정을 설명하기 위한 평면도이다. 구체적으로, 도 16의 (a) 내지 (c)는 도 15의 리드 프레임(300c)을 yz 평면 상에서 -x축 방향으로 바라본 모습이다.

도 15 및 도 16을 참고하면, 리드 프레임(300c)에 형성된 슬릿(300S) 중 하나에 제2 전지셀(110-2)의 제2 전극리드(111-2)가 삽입된 뒤 제1 지지부(310c)의 위로 구부러질 수 있다.

다음, 리드 프레임(300c)에 형성된 슬릿(300S) 중 다른 하나에 제1 전지셀(110-1)의 제1 전극리드(111-1)가 삽입된 뒤 구부러질 수 있다. 도 15 및 도 16의 (b)에 나타난 바와 같이 제1 지지부(310c) 상에서 제1 전극리드(111-1)가 제2 전극리드(111-2)를 덮도록 구부러질 수 있다.

다음, 제1 전극리드(111-1) 위에 센싱 조립체(500)의 접합 플레이트(520)가 놓일 수 있다. 특히, 접합 플레이트(520)가 제1 지지부(310c)와 대응되는 부분에 위치할 수 있다.

제1 전극리드(111-1), 제2 전극리드(111-2) 및 접합 플레이트(520)를 동시에 용접할 수 있다. 제1 전극리드(111-1), 제2 전극리드(111-2) 및 접합 플레이트(520)를 제1 지지부(310c)에 밀착시킨 상태에서 레이저 빔을 분사하여 한번에 용접할 수 있다. 이러한 공정을 거쳐, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 지지부(310c) 상에서 전극리드 어셈블리(110L)에 접합된 접합 플레이트(520)의 구성을 제조할 수 있다. 본 실시예는, 전극리드 간의 HV 연결과 전극리드와 센싱 조립체 간의 LV 연결을 한번의 용접으로 함께 진행할 수 있다는 공정상 장점이 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극리드 어셈블리의 제조 과정을 설명하기 위한 평면도이다.

도 17을 참고하면, 제1 지지부(310c) 상에서 제1 전극리드(111-1’), 제2 전극리드(111-2) 및 접합 플레이트(520)의 접합이 이루어질 수 있다. 다만, 도 16에 도시된 경우와 달리, 제1 전극리드(111-1’)에 만입된 변(L)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극리드(111-1’)가 제2 전극리드(111-2)를 덮은 채 접합되나, 접합 플레이트(520)는 제1 전극리드(111-1’)가 아닌, 제2 전극리드(111-2)와 접합될 수 있다. 일례로, 제2 전극리드(111-2)가 구리(Cu)를 포함하는 리드일 수 있는데, 접합 플레이트(520)는 상기 구리를 포함하는 리드와 용접성이 우수하다. 따라서, 본 실시예에서는, 제1 전극리드(111-1’)에 만입된 변(L)을 형성함으로써, 접합 플레이트(520)가 용접성이 우수한 제2 전극리드(111-2)에 접합되도록 구성하였다.

도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 사시도이다.

도 18을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임(300’)의 제1 지지부(310’)는, 금속 플레이트 또는 스프링 부재 중 적어도 하나가 리드 프레임(300’)에 부착되어 형성될 수 있다. 일례로, 제1 지지부(310’)은 휘어진 금속 플레이트가 리드 프레임(300’)에 부착되어 형성될 수 있다. 즉, 앞서 설명한 제1 지지부(310a, 310b)처럼 리드 프레임(300a, 300b) 자체가 돌출 또는 만입되는 것이 아니라, 별도의 휘어진 금속 플레이트를 리드 프레임(300’)에 부착하여 제1 지지부(310’)를 형성할 수 있다. 돌출 또는 만입되도록 휘어진 상태의 금속 플레이트를 리드 프레임(300’)에 부착함으로써, 돌출 또는 만입된 구조의 제1 지지부(310’)를 마련할 수 있다.

도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임을 나타낸 사시도이다.

도 19를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 프레임(300”)의 제1 지지부(310”)는 휘어진 스프링 부재가 리드 프레임(300”)에 부착되어 형성될 수 있다. 즉, 앞서 설명한 제1 지지부(310a, 310b)처럼 리드 프레임(300a, 300b) 자체가 돌출 또는 만입되는 것이 아니라, 별도의 휘어진 스프링 부재를 리드 프레임(300”)에 부착하여 제1 지지부(310”)를 형성할 수 있다. 돌출 또는 만입되도록 휘어진 상태의 스프링 부재를 리드 프레임(300”)에 부착함으로써, 돌출 또는 만입된 구조의 제1 지지부(310”)를 마련할 수 있다.

한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체(200)를 수납할 수 있는 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전지셀 적층체(200) 및 리드 프레임(300a)을 모듈 프레임 내부 공간에 수납한 후 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 접합함으로써, 전지 모듈을 제조할 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), BDU(Battery Disconnect Unit), 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
110L: 전극리드 어셈블리
300a, 300b, 300c: 리드 프레임
310a, 310b, 310c: 제1 지지부

Claims (20)

1. 전극리드를 포함하는 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및
   상기 전지셀 적층체의 일측에 위치한 리드 프레임을 포함하고,
   상기 복수의 전지셀들 중 제1 전지셀로부터 돌출된 제1 전극리드와 상기 복수의 전지셀들 중 제2 전지셀로부터 돌출된 제2 전극리드가, 상기 리드 프레임에 형성된 슬릿들을 통과한 뒤 구부러지고 중첩되어 전극리드 어셈블리를 형성하며,
   상기 전극리드 어셈블리에서, 상기 제1 전극리드의 적어도 일부와 상기 제2 전극리드의 적어도 일부가 서로 접합되고,
   상기 리드 프레임은, 상기 전극리드 어셈블리가 위치하는 제1 지지부를 포함하며,
   상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가지고,
   상기 전극리드 어셈블리의 적어도 일부가 상기 제1 지지부의 일면에 밀착되는 전지 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상인 전지 모듈.
3. 제1항에서,
   상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상인 전지 모듈.
4. 제1항에서,
   상기 제1 지지부의 중앙에 뚫려있는 제1 개방부가 형성되고,
   상기 제1 개방부는, 전극리드 어셈블리가 위치한 측이 뚫려 있는 전지 모듈.
5. 제4항에서,
   상기 리드 프레임은 상기 제1 개방부를 가로지르는 보조 지지부를 포함하고,
   상기 보조 지지부는, 상기 제1 지지부의 형상에 대응하여 돌출 또는 만입된 형상을 갖는 전지 모듈.
6. 제1항에서,
   상기 제1 지지부는 금속 플레이트 또는 스프링 부재 중 적어도 하나가 상기 리드 프레임에 부착되어 형성된 전지 모듈.
7. 제1항에서,
   상기 리드 프레임에 장착되는 센싱 조립체를 더 포함하고,
   상기 센싱 조립체는, 모듈 커넥터; 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드 중 적어도 하나에 접합되는 접합 플레이트; 및 상기 모듈 커넥터와 상기 접합 플레이트를 연결하는 연결부재를 포함하는 전지 모듈.
8. 제7항에서,
   상기 리드 프레임은, 상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 위치하는 제2 지지부를 포함하고,
   상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 접합 플레이트가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가지며,
   상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 중첩된 부분의 적어도 일부는, 상기 제2 지지부의 일면에 밀착되는 전지 모듈.
9. 제8항에서,
   상기 제2 지지부에서, 상기 제1 전극리드와 상기 접합 플레이트가 접합되는 전지 모듈.
10. 제8항에서,
    상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상인 전지 모듈.
11. 제8항에서,
    상기 제2 지지부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상인 전지 모듈.
12. 제8항에서,
    상기 제2 지지부의 중앙에 뚫려있는 제2 개방부가 형성되고,
    상기 제2 개방부는, 상기 접합 플레이트가 위치한 측이 뚫려 있는 전지 모듈.
13. 제7항에서,
    상기 접합 플레이트는, 상기 제1 지지부 상에 위치하여, 상기 전극리드 어셈블리에 접합되는 전지 모듈.
14. 제13항에서,
    상기 접합 플레이트의 적어도 일부가, 상기 전극리드 어셈블리에 밀착되는 전지 모듈.
15. 제13항에서,
    상기 제1 지지부 상에서, 상기 제1 전극리드가 상기 제2 전극리드를 덮은 채 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성하고,
    상기 제1 전극리드에 만입된 변이 형성되며,
    상기 만입된 변에 의해 상기 접합 플레이트가 상기 제2 전극리드와 접합되는 전지 모듈.
16. 전극리드를 포함하는 복수의 전지셀들을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계;
    상기 전지셀 적층체의 일측에 리드 프레임을 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 전지셀들 중 제1 전지셀로부터 돌출된 제1 전극리드와 상기 복수의 전지셀들 중 제2 전지셀로부터 돌출된 제2 전극리드를 상기 리드 프레임에 형성된 슬릿에 통과시켜 구부린 뒤 중첩시키고 적어도 일부를 접합하여, 전극리드 어셈블리를 형성하는 접합 단계를 포함하고,
    상기 리드 프레임은, 상기 전극리드 어셈블리가 위치하는 제1 지지부를 포함하고,
    상기 제1 지지부는, 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향으로 돌출된 형상 또는 상기 전극리드 어셈블리가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 형상을 가지며,
    상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 상기 제1 지지부에 밀착된 채 중첩 및 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성하는 전지 모듈의 제조 방법.
17. 제16항에서,
    상기 제1 지지부는, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 위치한 방향으로 돌출된 아치 형상이거나, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 만입된 아치 형상인 전지 모듈의 제조 방법.
18. 제16항에서,
    상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드의 일 부분과 상기 제2 전극리드의 일 부분을 덮도록 용접용 지그가 배치되고,
    상기 리드 프레임과 상기 용접용 지그 사이에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 서로 밀착된 채 접합되는 전지 모듈의 제조 방법.
19. 제18항에서,
    상기 용접용 지그에 제1 지그 개방부가 형성되고,
    용접 장치가, 상기 제1 지그 개방부를 통해 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 노출된 부분을 접합하여 상기 전극리드 어셈블리를 형성하는 전지 모듈의 제조 방법.
20. 제16항에서,
    상기 제1 지지부의 중앙에 뚫려있는 제1 개방부가 형성되고,
    상기 제1 개방부는, 전극리드 어셈블리가 위치한 측이 뚫려 있으며,
    상기 접합 단계에서, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드 중 상기 제1 개방부가 형성된 영역과 대응하는 부분이 서로 용접 접합되어 상기 전극리드 어셈블리를 형성하는 전지 모듈의 제조 방법.
    

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