KR20220135081A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20220135081A
KR20220135081A KR1020210040650A KR20210040650A KR20220135081A KR 20220135081 A KR20220135081 A KR 20220135081A KR 1020210040650 A KR1020210040650 A KR 1020210040650A KR 20210040650 A KR20210040650 A KR 20210040650A KR 20220135081 A KR20220135081 A KR 20220135081A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전극 리드가 돌출되는 방향의 상기 전지셀 적층체의 일면에 위치하는 버스바 프레임; 상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바; 및 상기 버스바 프레임에 장착되고 접합 부재를 포함하는 센싱 조립체를 포함한다. 상기 버스바의 제1 면과 상기 전극 리드가 접합되고, 상기 버스바의 제2 면과 상기 접합 부재가 접합된다. 상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 마주하는 면이다.

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 넓은 폭의 전극 리드를 갖는 전지셀을 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 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 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 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 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 전지팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 내부를 보여주는 부분 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈을 정면에서 바라본 평면도이다. 도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 전지셀들과 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다. 특히, 도 3에서는, 도 1의 모듈 프레임(50)의 도시를 생략하였다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)들 및 전지셀(11)들 간의 전기적 연결을 위한 버스바(30)를 포함한다. 구체적으로, 버스바(30)는 버스바 프레임(20)에 장착될 수 있고, 전지셀(11)의 전극 리드(11L)들이 버스바 프레임(20)에 형성된 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(30)와 접합될 수 있다.
한편, 버스바 프레임(20)에는 모듈 커넥터(41)를 포함하는 센싱 조립체(40)가 장착될 수 있다. 특히, 모듈 커넥터(41)를 비롯한 센싱 조립체(40)는 버스바 프레임(20)의 상단부에 장착될 수 있다. 전지셀(11)의 전압 정보를 모듈 커넥터(41)를 통해 외부의 BMS (Battery Management System)에 전달할 수 있다. 이를 위해 모듈 커넥터(41)와 연결된 접합 부재(43)가, 전극 리드(11L)가 접합되어 있는 버스바(30)에 접합될 수 있다.
이 때, 버스바(30)의 외측면에 전극 리드(11L)와 접합 부재(43)가 접합될 수 있다. 접합 방식에는 특별한 제한이 없고, 일례로 용접 접합이 이용될 수 있다. 전극 리드(11L)와 접합 부재(43)가 버스바(30)를 기준으로 같은 측에 위치하여, 접합될 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(43)가 접합될 수 있는 영역을 마련해야하기 때문에 전극 리드(11L)의 폭을 크게 늘릴 수 없다. 이에 대해 도 4와 함께 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 3의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 버스바(30)의 외측면에 전극 리드(11L) 외에 접합 부재(43)가 접합될 수 있는 영역을 마련해야 하기 때문에 전극 리드(11L)의 폭(W1)을 크게 늘릴 수 없다. 여기서 전극 리드(11L)의 폭(W1)은 전극 리드(11L)에 대한 z축 방향의 길이를 지칭한다. 즉, 소위 센싱 영역(SA)이 전극 리드(11L)의 상부에 마련되어야 하고, 이러한 센싱 영역(SA)으로 인해 전극 리드(11L)의 폭(W1)에 제한이 생긴다. 상기 센싱 영역(SA)은, 모듈 커넥터(41)를 비롯한 센싱 조립체(40)가 위치하는 영역 및 모듈 커넥터(41)와 연결된 접합 부재(43)가 버스바(30)에 부착되는 영역을 통칭한다.
근래에는, 급속 충전(Quick Charging) 성능이 우수한 전지 모듈 및 전지팩에 대한 관심이 높아지고 있다. 다만, 급속 충전 성능을 높임에 따라 전지 모듈에 포함된 전지셀은 발열에 이전보다 취약하게 되었다. 특히, 전지셀 중에서도 전극 리드 부분은 충, 방전 반복 시 많은 열이 발생한다.
전지셀의 발열 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나로, 전지셀의 전극 리드를 기존보다 더 키움으로써, 전지셀의 저항을 줄여, 발열량을 줄이고자 하였다. 그러나, 상술한 바 대로, 종래의 전지 모듈(10)은 센싱 영역(SA)에 의해 전극 리드(11L)의 폭(W1)에 제한이 있어, 전극 리드(11L)의 폭(W1)을 크게 늘리기 어려운 문제가 있다.
이에 따라, 전극 리드의 폭을 늘릴 수 있는 신규한 연결 구조를 갖는 전지 모듈에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발열량을 줄이기 위해 전극 리드의 폭을 늘릴 수 있는 신규한 연결 구조를 갖는 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 전극 리드가 돌출되는 방향의 상기 전지셀 적층체의 일면에 위치하는 버스바 프레임; 상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바; 및 상기 버스바 프레임에 장착되고 접합 부재를 포함하는 센싱 조립체를 포함한다. 상기 버스바의 제1 면과 상기 전극 리드가 접합되고, 상기 버스바의 제2 면과 상기 접합 부재가 접합된다. 상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 마주하는 면이다.
상기 버스바와 상기 전지셀 적층체 사이에 상기 버스바 프레임이 위치할 수 있고, 상기 버스바 프레임에 슬릿이 형성될 수 있다. 상기 전극 리드가 상기 슬릿을 통과하여, 상기 버스바의 상기 제1 면과 접합될 수 있다.
상기 버스바의 상기 제2 면은 상기 버스바 프레임과 접촉하는 면일 수 있다.
상기 센싱 조립체와 상기 전지셀 적층체 사이에 상기 버스바 프레임이 위치할 수 있고, 상기 버스바와 상기 버스바 프레임 사이에 상기 센싱 조립체의 상기 접합 부재가 위치할 수 있다.
상기 접합 부재와 상기 제2 면이 접합되는 부분과 대응하는 상기 버스바 프레임 부분에 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 위치하는 장착부를 포함할 수 있다. 상기 장착부는, 상기 버스바가 위치한 방향의 면을 기준으로 만입된 형태일 수 있고, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향의 면을 기준으로 돌출된 형태일 수 있다.
상기 버스바 및 상기 장착부는 복수로 구성될 수 있고, 상기 장착부들 사이에 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성될 수 있다.
상기 버스바 프레임 중 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향의 면에서, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 갈수록 인접한 상기 장착부들 사이의 간격이 점차 넓어질 수 있다.
상기 센싱 조립체는, 모듈 커넥터; 및 상기 모듈 커넥터와 상기 접합 부재를 연결하는 연결 케이블을 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 커넥터 및 상기 연결 케이블이 상기 버스바 프레임의 상단에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 버스바의 배면을 센싱 조립체와 연결시킴으로써, 전극 리드와 버스바가 접합되는 영역을 늘릴 수 있다.
이에 따라 전극 리드의 폭을 크게 늘릴 수 있으므로, 전지셀의 저항과 발열량을 줄일 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 모듈의 내부를 보여주는 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈을 정면에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 전지셀들과 버스바 프레임을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임, 버스바 및 센싱 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 8은, 도 7의 버스바와 센싱 조립체를 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 9는 전지셀의 전극 리드가 버스바와 접합되는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 부재를 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 12는 도 5의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 13은 도 7의 버스바 프레임을 뒤집은 모습을 나타낸 사시도이다.
도 14는 도 13의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 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.
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 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극 리드(111, 112)를 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120) 및 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(120)의 일면에 위치하는 버스바 프레임(200)을 포함한다. 전지셀 적층체(120) 및 버스바 프레임(200)은, 구체적으로 도시하지 않았으나, 모듈 프레임(미도시) 내부에 수납될 수 있다. 이러한 모듈 프레임은 전지셀 적층체(120), 버스바 프레임(200) 및 기타 전장품을 외외부로부터 보호할 수 있도록, 소정의 강도를 갖는 금속 소재를 포함할 수 있다.
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. 즉, 전지셀(110)은 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)들을 포함한다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 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 실링부를 갖고, 실링부는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이 y축 방향 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(111, 112)들은 수직한 방향들(x축 방향 및 -x축 방향)로 각각 돌출될 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀(110)들 사이에는 접착 부재가 위치할 수 있다. 이에 따라 전지셀(110)들끼리 서로 접착되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(120)의 일면에 버스바 프레임(200)이 위치할 수 있다. 또한, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(120)의 다른 일면에 버스바 프레임(200)이 위치할 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면 각각에 버스바 프레임(200)이 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 9와 함께 본 실시예에 따른 버스바 및 버스바 프레임에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임, 버스바 및 센싱 조립체를 나타낸 사시도이다. 도 8은, 도 7의 버스바와 센싱 조립체를 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 도 9는 전지셀의 전극 리드가 버스바와 접합되는 과정을 설명하기 위한 사시도이다. 특히, 도 9는, 설명의 편의를 위해, 2개의 전극 리드만 나타내고, 전극 리드를 제외한 전지셀의 다른 부분은 도시를 생략하였다.
도 5 및 도 7 내지 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 버스바 프레임(200)에 장착되는 버스바(300)와 센싱 조립체(400)를 포함한다. 버스바(300)의 제1 면(310)과 전극 리드(111, 112)가 접합되고, 버스바(300)의 제2 면(320)과 센싱 조립체(400)의 접합 부재(430)가 접합된다. 버스바(300)의 제1 면(310)과 제2 면(320)은 서로 마주하는 면이다. 즉, 제1 면(310)은 버스바(300)의 정면이고, 제2 면(320)은 버스바(300)의 배면일 수 있다.
버스바(300)와 전지셀 적층체(120) 사이에 버스바 프레임(200)이 위치할 수 있다. 다시 말해, 버스바 프레임(200) 중 전지셀 적층체(120)와 마주하는 면의 반대 면에 버스바(300)가 장착될 수 있다. 버스바 프레임(200)에는 슬릿(200S)이 형성될 수 있다. 도 9에 도시된 것처럼, 전지셀의 전극 리드(111)가 슬릿(200S)을 통과한 후 버스바(300)의 제1 면(310)에 접합될 수 있다. 어느 한 전지셀의 전극 리드(111)와 다른 전지셀의 전극 리드(111)가 각각 슬릿(200S)을 통과한 뒤 어느 한 버스바(300)를 향해 구부러질 수 있다. 이러한 버스바(300)를 매개로 적어도 2개의 전지셀들이 전기적으로 연결될 수 있다.
버스바(300)의 제1 면(310)은 전극 리드(111, 112)가 접합되는 면이고, 버스바(300)의 제2 면(320)은 버스바 프레임(200)과 접촉하는 면일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 센싱 조립체(400)는, LV(Low voltage) 연결을 위한 것으로, 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다. 센싱 조립체(400)를 통해 전지셀(110)의 전압 정보와 온도 정보가 측정되어 외부 BMS(Battery Management System)에 전달될 수 있다.
이러한 센싱 조립체(400)는, 모듈 커넥터(410), 연결 케이블(420) 및 접합 부재(430)를 포함할 수 있다.
모듈 커넥터(410)는, 복수의 전지셀(110)을 제어하기 위해 외부의 제어 장치와 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
연결 케이블(420)은, 모듈 커넥터(410)와 접합 부재(430)를 연결하는 부재로써, 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다. 모듈 커넥터(410) 및 연결 케이블(420)은 버스바 프레임(200)의 상단에 위치할 수 있다.
접합 부재(430)는, 전지 전도성을 갖는 금속 소재를 포함하고, 버스바(300)의 제2 면(320)에 접합된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 부재를 나타낸 사시도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 부재(430)는 일측(430P)이 버스바(300)의 제2 면(320)에 접합되고, 타측(430C)은 연결 케이블(420)에 연결된다. 구체적으로, 접합 부재(430)의 일측(430P)은 판상형으로 구성되어, 버스바(300)의 제2 면(320)에 밀착된 후 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 한편, 접합 부재(430)의 타측(430C)은 연결 케이블(420)을 관통한 후 휘어짐으로써, 연결 케이블(420)과 결합될 수 있다.
복수의 전지셀(110)들에 대한 전압 정보가, 접합 부재(430), 연결 케이블(420) 및 모듈 커넥터(410)를 차례로 거쳐 외부의 BMS(Battery Mamagement System)로 전달될 수 있다. 즉, 센싱 조립체(400)는 각 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어할 수 있다.
도 5 및 도 7 내지 도 9를 다시 참고하면, 센싱 조립체(400)와 전지셀 적층체(120) 사이에 버스바 프레임(200)이 위치할 수 있다. 다시 말해, 버스바 프레임(200) 중 전지셀 적층체(120)와 마주하는 면의 반대 면에 센싱 조립체(400)가 장착될 수 있다. 또한, 버스바(300)와 버스바 프레임(200) 사이에 센싱 조립체(400)의 접합 부재(430)가 위치할 수 있다. 상술한 바 대로, 접합 부재(430)는 버스바(300)의 제2 면(320)과 접합될 수 있다.
종합하면, 전극 리드(111, 112)와 접합 부재(430)는 버스바(300)의 서로 마주하는 면들, 즉 제1 면(310)과 제2 면(320)에 각각 접합된다. 이하에서는, 도 11 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 접합 관계가 갖는 장점에 대해 종래의 전지 모듈(10)과 비교하여 설명하도록 한다. 도 11은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
먼저, 도 4에서와 같이, 종래의 전지 모듈(10)에서는, 센싱 영역(SA)으로 인해 전극 리드(11L)의 폭(W1)을 늘리기 어렵다. 반면, 도 7 및 도 9 에서와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서는, 접합 부재(430)와 전극 리드(111)가 서로 반대편에 위치한 채, 버스바(300)에 접합된다. 따라서, 접합 부재(430)와 버스바(300)가 접합될 수 있는 영역을 마련할 목적으로 전극 리드(111)의 폭(W2)을 줄일 필요가 없다. 종래에 비해 전극 리드(111)의 폭(W2)을 크게 늘릴 수 있다. 여기서 전극 리드(111)의 폭(W2)은 전극 리드(111)에 대한 z축 방향의 길이를 지칭한다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극 리드(111)의 폭(W2)을 크게 늘릴 수 있으므로, 전지셀(110)의 저항과 발열량을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.
이하에서는, 도 12 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 장착부에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 12는 도 5의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 5, 도 7 및 도 9 및 도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(200)은, 버스바(300)가 위치하는 장착부(200M)를 포함한다. 복수의 버스바(300)가 버스바 프레임(200)에 장착될 수 있고, 이에 따라 장착부(200M)도 복수로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 장착부(200M)는, 버스바(300)가 위치한 방향(d1)의 면을 기준으로 만입된 형태이고, 전지셀 적층체(120)가 위치한 방향(d2)의 면을 기준으로 돌출된 형태일 수 있다. 즉, 장착부(200M)는 버스바(300)가 위치한 방향(d1)이 개방된 바스켓의 형태일 수 있다.
버스바 프레임(200)은, 전기적으로 절연인 소재를 포함하는 것이 바람직하고, 일례로, 플라스틱 소재가 이용될 수 있다. 전극 리드(111)와 버스바(300) 간의 접합 시 용접 접합, 특히 레이저를 이용한 용접 접합이 이용될 수 있다. 버스바 프레임(200)의 소재를 고려했을 때, 상기 용접 접합으로 인해 버스바 프레임(200)에 손상이 발생할 수 있다. 이에, 본 실시예에서는, 버스바(300)가 위치한 방향(d1)의 면을 기준으로 장착부(200M)의 형태를 만입하도록 구성하였다. 장착부(200M)가 용접이 이루어지는 구역과 이격되어 있는 것이므로 직접적인 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 버스바 프레임(200)은 사출 성형으로 제조된 사출물일 수 있다. 이때, 내부 공간이 모두 채워질 경우 수축현상이 발생할 수 있으므로, 본 실시예에서는, 장착부(200M)를 만입된 형태로 구성하여 빈 공간을 형성하도록 하였다.
한편, 하나의 예시로써, 상기 빈 공간에 버스바(300)가 삽입되는 형태로 놓일 수 있으나, 완전히 삽입될 경우, 전극 리드(111)와의 용접 과정에서 문제가 될 수 있다. 따라서, 버스바(300)는 완전히 삽입된 형태가 아닌 도 9에서처럼 d1 방향으로 약간 돌출되는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바 대로, 버스바(300) 및 장착부(200M)은 복수로 구성될 수 있다. 이러한 장착부(200M)들 사이에 전극 리드(111)가 통과할 수 있는 슬릿(200S)이 형성될 수 있다.
이 때, 장착부(200M)는, 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(120)가 위치한 방향(d2)의 면을 기준으로 돌출된 형태일 수 있다. 또한, 버스바 프레임(200) 중 전지셀 적층체(120)가 위치한 방향(d2)의 면에서, 전지셀 적층체(120)가 위치한 방향(d2)으로 갈수록 인접한 장착부(200M)들 사이의 간격이 점차 넓어질 수 있다. 이러한 장착부(200M)가 상기와 같은 형태를 가짐에 따라, 전지셀 적층체(120)의 일면에 버스바 프레임(200)이 배치될 때, 전극 리드(111)들이 장착부(200M)들 사이를 통과하여 슬릿(200S)에 삽입되기 용이하다. 즉, 돌출된 장착부(200M)들은, 전극 리드(111)가 슬릿(200S)을 쉽게 통과할 수 있도록, 일종의 가이드의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 전지셀 적층체(120)의 일면에 버스바 프레임(200)이 배치될 때, 장착부(200M)의 돌출된 부분은 인접한 전지셀(110)들의 전극 리드(111)들 사이의 공간을 채울 수 있다.
전지셀(110)은 물질의 분해 반응과 다수의 부반응들에 의해 내부에 가스가 발생할 수 있다. 이 때, 파우치형 이차전지인 전지셀(110)의 경우, 내부에 발생한 가스에 의해 라미네이트 시트의 셀 케이스(114, 도 6 참고)가 연신되어 볼록하게 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있다.
다만, 전지셀(110)이 전지셀 적층체(120)를 구성할 때, 전지셀(110)의 셀 본체(113) 부분은 전지셀(110)들끼리 서로 압착되어 있기 때문에 스웰링이 발생하기 어렵다. 대신, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b) 영역에 가스가 몰릴 수 있다. 결국 일단부(114a)와 다른 일단부(114b) 영역의 초기 밀봉이 해제될 수 있고, 이에 따라 다수의 전지셀(110)들로부터 야기된 고온의 열, 가스 및 화염이 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향으로 배출될 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바 프레임(200)의 장착부(200M)는, 인접한 전지셀(110)들의 전극 리드(111)들 사이의 공간을 채우도록 배치되기 때문에 전지셀(110)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b) 영역에 가스가 몰리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 장착부(200M)는 전지셀(110) 내부에서 발생한 고온의 열이나 가스 등이 버스바 프레임(200)이 위치한 방향으로 배출되는 것을 제한할 수 있다.
이하에서는, 도 13 및 도 14를 참고하여, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(200)에 형성된 관통홀(200H)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 13은 도 7의 버스바 프레임을 뒤집은 모습을 나타낸 사시도이다. 도 14는 도 13의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 7, 도 8, 도 13 및 도 14를 참고하면, 접합 부재(430)와 버스바(300)의 제2 면(320)이 접합되는 부분과 대응하는 버스바 프레임(200) 부분에 관통홀(200H)이 형성될 수 있다. 이러한 관통홀(200H)을 통해 접합 부재(430)와 제2 면(320)이 용접(W)의 방법으로 접합될 수 있다. 전극 리드(111)와 버스바(300)가 접합되기에 앞서, 관통홀(200H)을 통해 접합 부재(430)와 버스바(300)가 먼저 접합될 수 있다. 관통홀(200H)이 형성되어 있지 않다면, 접합 부재(430)는 버스바(300)에 의해 덮이기 때문에 정확한 위치에서의 용접 접합이 어려울 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
120: 전지셀 적층체
200: 버스바 프레임
300: 버스바
400: 센싱 조립체

Claims (11)

  1. 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전극 리드가 돌출되는 방향의 상기 전지셀 적층체의 일면에 위치하는 버스바 프레임;
    상기 버스바 프레임에 장착되는 버스바; 및
    상기 버스바 프레임에 장착되고, 접합 부재를 포함하는 센싱 조립체를 포함하고,
    상기 버스바의 제1 면과 상기 전극 리드가 접합되고, 상기 버스바의 제2 면과 상기 접합 부재가 접합되며,
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 마주하는 면인 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 버스바와 상기 전지셀 적층체 사이에 상기 버스바 프레임이 위치하고,
    상기 버스바 프레임에 슬릿이 형성되며,
    상기 전극 리드가 상기 슬릿을 통과하여, 상기 버스바의 상기 제1 면과 접합되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 버스바의 상기 제2 면은 상기 버스바 프레임과 접촉하는 면인 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 센싱 조립체와 상기 전지셀 적층체 사이에 상기 버스바 프레임이 위치하고,
    상기 버스바와 상기 버스바 프레임 사이에 상기 센싱 조립체의 상기 접합 부재가 위치하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 접합 부재와 상기 제2 면이 접합되는 부분과 대응하는 상기 버스바 프레임 부분에 관통홀이 형성되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임은, 상기 버스바가 위치하는 장착부를 포함하고,
    상기 장착부는, 상기 버스바가 위치한 방향의 면을 기준으로 만입된 형태이고, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향의 면을 기준으로 돌출된 형태인 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 버스바 및 상기 장착부는 복수로 구성되고,
    상기 장착부들 사이에 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 버스바 프레임 중 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향의 면에서,
    상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 갈수록 인접한 상기 장착부들 사이의 간격이 점차 넓어지는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 센싱 조립체는, 모듈 커넥터; 및 상기 모듈 커넥터와 상기 접합 부재를 연결하는 연결 케이블을 더 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 모듈 커넥터 및 상기 연결 케이블이 상기 버스바 프레임의 상단에 위치하는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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