KR20230000448A - 셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230000448A
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이범직
손영수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리는, 복수의 전지셀들; 상기 복수의 전지셀들을 수용하는 셀 프레임; 상기 셀 프레임의 외측 일면에 배치되고 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 버스바 플레이트들; 및 상기 셀 프레임의 외측 타면에 배치되고 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩되어 전기적으로 연결되는 센싱 유닛을 포함할 수 있다.

Description

셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩{Cell module assembly and battery Pack including the same}
본 발명은 배터리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압/온도 센싱 구조가 단순하면서도 그 내구성이 우수한 셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성이 있는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전기 스쿠터(Electric Scooter) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지셀, 즉, 단위 전지셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서 현재, 이차 전지셀 1개로는 예컨대 전기스쿠터를 구동할 수 있을 만큼의 충분한 출력을 얻을 수 없다. 전기 스쿠터의 에너지원으로 이차 전지를 적용하기 위해서는 예컨대 복수 개의 리튬이온 전지셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성해야 하며, 통상 직렬 형태로 상기 배터리 모듈들을 연결하고 이를 기능적으로 유지해주는 BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnection Unit), 전기적 연결 부품 등을 포함한 배터리 팩을 구성한다.
한편, 종래 기술에 따른 배터리 모듈(1)은 전지셀들의 전압 정보를 BMS에 전송하기 위해 하네스 케이블을 포함한다. 상기 하네스 케이블은 여러 가닥의 케이블(2)들과, 각 케이블(2)의 일단에 결합된 케이블의 단자(3)와, 모든 케이블들의 타단과 일체로 연결된 커넥터(5)로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1과 같이, 케이블의 단자(4)들은 저마다 다른 전압 측정 위치까지 배선되고 각각 해당 위치의 (전지셀의 양극 또는 음극과 연결된) 금속 플레이트(4, 버스바라고 지칭하기도 함)들에 연결된다. 즉, 하네스 케이블의 단자(3)들을 대응하는 배터리 모듈의 금속 플레이트(4)들에 연결하고 하네스 케이블의 커넥터(5)를 BMS에 접속한다. 이러한 구성으로 BMS에서 배터리 모듈에 포함된 전지셀들의 전압을 실시간으로 모니터링하고 충방전을 제어한다.
현재 일반적으로 상기 케이블의 단자와 상기 금속 플레이트를 연결하는 작업은 솔더링, 볼팅, 리벳팅 방식으로 수행되고 있다. 솔더링, 볼팅, 리벳팅 방식은 비용, 작업 속도, 내구성, 리웍(re-work) 가능성 여부 등과 관련하여 도 2에 나타낸 바와 같은 장단점이 있다.
그러나 상기 종래의 방식들은 모두 하네스 케이블의 배선 작업을 해야하는 번거로움이 있고, 특히 하네스 케이블이 많은 가닥의 케이블들을 포함하고 있을 수록 배선이 더 어렵고 복잡해 지며 금속 플레이트들과의 연결 작업도 어렵고 장시간이 소요된다는 문제점이 있다.
또한, 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩의 내부에 상기 하네스 케이블을 적정한 경로로 배선하고 고정하기 위해 배터리 모듈의 프레임 등에 추가로 설계되는 구조(예컨대 케이블 타이, 케이블 홀더, 클립 내지 배선 홈 등과 같은 구조) 및 여러 경로로 복잡하게 연장된 케이블 배선 구조 등은 배터리 모듈이나 배터리 팩을 단순화, 컴팩트화 하는 것을 어렵게 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지셀들의 전압 내지 온도 센싱을 위한 부품들 간의 연결 및 조립 구조가 단순하면서도 그 내구성이 우수한 셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 우수한 내구성과 안전성을 갖춘 복수의 셀 모듈 어셈블리를 포함한 배터리 팩을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 셀 모듈 어셈블리는, 복수의 전지셀들; 상기 복수의 전지셀들을 수용하는 셀 프레임; 상기 셀 프레임의 외측 일면에 배치되고 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 버스바 플레이트들; 및 상기 셀 프레임의 외측 타면에 배치되고 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩되어 전기적으로 연결되는 센싱 유닛을 포함할 수 있다.
상기 센싱 유닛은, 상기 셀 프레임에 착탈 결합되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 결합되고 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩된 복수의 센싱 플레이트들; 및 상기 인쇄회로기판에 결합되고 소정 거리 이격된 상기 전지셀들 중 하나 이상의 전지셀의 온도를 측정하는 온도 센싱부재;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 센싱 플레이트들은, 상기 버스바 플레이트들과 일대일 대응하는 개수로 구비되고 각각 대응하는 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩으로 연결될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 버스바 플레이트들이 배치된 상기 셀 프레임의 외측 일면과 교차하는 상기 셀 프레임의 측면부에 배치될 수 있다.
상기 셀 프레임의 측면부는 상기 인쇄회로기판을 상기 셀 프레임의 측면부와 나란하게 소정 깊이까지 끼워넣을 수 있고 상기 인쇄회로기판의 판면이 상기 셀 프레임의 측면부에 밀착되게 상기 인쇄회로기판을 지지하는 기판 거치홀더를 포함할 수 있다.
상기 복수의 센싱 플레이트들은, 적어도 1회 절곡된 구조로 마련되어 일측은 상기 인쇄회로기판에 고정 결합되고 타측은 상기 버스바 플레이트들이 배치된 상기 셀 프레임의 외측 일면에 나란하게 배치될 수 있다.
상기 인쇄회로기판에 부착되는 기판 연결부;와 상기 기판 연결부에서 연장되어 상기 셀 프레임의 외측 일면 가장자리에 배치되는 프레임 안착부를 포함할 수 있다.
상기 버스바 플레이트들의 일단부와 상기 센싱 플레이트들의 프레임 안착부는 서로 교번적으로 이웃하게 배치될 수 있다.
각 상기 버스바 플레이트와 각 상기 센싱 플레이트는 2가닥의 금속 와이어에 의해 연결될 수 있다.
상기 전지셀들은 전극 조립체를 내장한 전지 캔과 상기 전지 캔의 상단부에 결합되는 탑 캡을 구비한 원통형 전지셀들이고, 상기 전지셀들은 상기 전지 캔의 상단부가 모두 같은 방향을 향하도록 상기 셀 프레임에 수용될 수 있다.
상기 셀 프레임은, 일면이 개방된 박스 형상으로 마련되고 상기 전지셀들을 세워서 수납할 수 있는 공간을 형성하며 상기 전지셀들의 길이에 대응하는 높이를 갖도록 마련된 수용부; 상기 전지 캔의 상단부 방향에 위치한 상판부; 및 상기 전지 캔의 하단부 방향에 위치한 개방부를 포함하고, 상기 상판부는 상기 전지 캔의 상단부를 부분적으로 노출시키는 단자 연결홀들을 구비할 수 있다.
상기 셀 프레임의 상판부의 외측면에 상기 복수의 버스바 플레이트들이 부착되고, 상기 복수의 버스바 플레이트들은, 상기 단자 연결홀들을 통해 노출된 각 상기 전지셀들의 상기 탑 캡 또는 상기 전지 캔의 상단과 와이어 본딩될 수 있다.
상기 온도 센싱부재는, 일단부가 상기 셀 프레임의 내부로 삽입 배치되는 제1 온도 센싱부재를 포함하고, 상기 제1 온도 센싱부재는 상기 인쇄회로기판에서 소정 길이만큼 연장되는 제1 케이블;과 상기 제1 케이블의 말단에 결합되는 제1 써미스터를 구비하고, 상기 제1 써미스터는 상기 셀 프레임의 상판부에 관통 형성된 온도 센싱홀을 통해 상기 수용부에 삽입 배치되어 상기 전지셀과 접촉하게 마련될 수 있다.
상기 제1 써미스터가 접촉하는 상기 전지셀은, 상기 셀 프레임의 내부에서 중심 영역에 있는 전지셀 중 하나일 수 있다.
상기 셀 프레임의 상판부는 상기 인쇄회로기판에서 상기 온도 센싱홀까지 직선으로 배선되게 상기 제1 케이블의 직선 배선 경로 상에 돌출 형성되는 복수의 케이블 가이드 리브를 포함할 수 있다.
상기 복수의 케이블 가이드 리브는, 상기 제1 케이블에서 상기 온도 센싱홀에 인입되기 직전 부위를 상기 셀 프레임의 상판부의 표면에서 소정 높이로 이격되게 지지하는 인입부 지지리브를 포함할 수 있다.
상기 온도 센싱부재는, 상기 셀 프레임의 상판부와 교차하는 상기 셀 프레임의 외측 타면에 관통 형성된 측부 절개공까지 일단부가 연장되는 제2 온도 센싱부재를 포함하고, 상기 제2 온도 센싱부재는 상기 인쇄회로기판에서 소정 길이만큼 연장되는 제2 케이블;과 상기 제2 케이블의 말단에 결합되는 제2 써미스터를 구비하고, 상기 제2 써미스터는 상기 측부 절개공을 통해 상기 수용부에서 최외곽에 위치한 전지셀의 측부에 접촉하게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 셀 모듈 어셈블리를 포함하는 배터리 팩으로서, 상호 간의 상기 전지셀들의 탑 캡들이 서로 마주하도록 상호 간의 상기 셀 프레임들이 결합된 2개의 상기 셀 모듈 어셈블리; 2개의 상기 셀 모듈 어셈블리의 일측에 결합된 BMS 어셈블리; 및 상기 2개의 상기 셀 모듈 어셈블리와 상기 BMS 어셈블리를 일체로 수용하는 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
상기 셀 프레임들은, 서로 마주보는 2개의 상기 셀 프레임들 중 어느 하나의 셀 프레임의 상판부는 결합 방향으로 돌출 형성된 하나 이상의 돌기를 구비하고, 다른 하나의 셀 프레임의 상판부는 결합 방향으로 돌출 형성되고 상기 돌기를 내측에 끼울 수 있게 마련된 하나 이상의 간격유지 컬럼을 구비할 수 있다.
상기 2개의 셀 모듈 어셈블리는, 상기 셀 프레임의 상판부에 상기 버스바 플레이트들이 배치되고, 상기 셀 프레임의 상판부와 교차하는 상기 셀 프레임의 측부에 상기 센싱 유닛이 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 팩을 포함하는 전기 스쿠터가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전지셀들의 전압 내지 온도 센싱을 위한 부품들 간의 연결 및 조립 구조가 단순하면서도 그 내구성이 우수한 셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 다수의 전지셀들을 포함한 셀 모듈 어셈블리에서, 전지셀들의 충방전시 온도 상승률이 높은 전지셀이 위치한 곳에 써미스터를 효과적이고 안정적으로 배치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 상호 간의 전지셀들의 탑 캡들이 마주하도록 상호 간의 셀 프레임들이 조립된 2개의 셀 모듈 어셈블리가 팩 케이스에 수납될 수 있다.
따라서 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은 전기적 연결을 위한 부품 및 전압/온도 센싱을 위한 부품이 팩 케이스의 안쪽 중심 영역에 위치하게 됨으로써 외부 충격에 대한 내구성과 전기적 안전성이 증대될 수 있고, 모든 전지셀들의 바닥면이 팩 케이스의 벽면 쪽에 위치하게 됨으로써 방열이 효과적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 셀 모듈 어셈블리의 전압 센싱을 위한 전기적 연결구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 셀 모듈 어셈블리에서, 케이블의 단자와 금속 플레이트 간의 연결에 적용되는 솔더링, 볼팅, 리벳팅 방식의 장점과 단점을 간략히 정리한 비교표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 4는 도 3의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에서 2개의 셀 모듈 어셈블리와 BMS 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 7은 도 5의 제1 셀 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 8은 도 7의 제1 셀 모듈 어셈블리의 셀 프레임을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 셀 프레임에 전지셀들을 수납한 실시 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 스페이서의 사시도이다.
도 11은 도 10의 셀 스페이서를 도 9의 실시 구성에 적용한 도면이다.
도 12는 도 11의 실시 구성에 방열 패드를 적용한 도면이다.
도 13은 도 12의 실시 구성의 반대 쪽인 셀 프레임의 상판부를 바라본 도면이다.
도 14는 도 13의 제1 셀 모듈 어셈블리에서 셀 프레임의 상판부 및 측면부 일부분을 도시한 도면이다.
도 15는 도 14의 셀 프레임의 상판부 및 측면부를 다른 각도에서 바라본 도면이다.
도 16은 도 15의 센싱 유닛의 사시도이다.
도 17은 도 16의 센싱 유닛의 측면도이다.
도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 셀 모듈 어셈블리에 포함된 전지셀들의 방전시 측정온도 분포를 설명하기 위한 참고도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 셀 모듈 어셈블리의 셀 프레임의 상판부의 일부분을 확대한 도면이다.
도 20은 도 19의 셀 프레임의 상판부의 일부분을 다른 각도에서 바라본 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 셀 모듈 어셈블리의 조립 전과 후를 도시한 도면들이다.
도 23은 도 22의 2개의 셀 모듈 어셈블리에 BMS 어셈블리를 조립한 것을 도시한 도면이다.
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 아니되며, 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 4는 도 3의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에서 2개의 셀 모듈 어셈블리와 BMS 어셈블리를 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 셀 모듈 어셈블리(100), BMS 어셈블리(200) 및 팩 케이스(300)를 포함한다.
상기 팩 케이스(300)는 미들 케이스(310), 상부 커버(320) 및 하부 커버(330)를 포함한다. 상기 미들 케이스(310)는 상단과 하단이 개방되고 상기 셀 모듈 어셈블리(100)와 그 하측에 결합된 상기 BMS 어셈블리(200)를 일체로 슬라이드 방식으로 내부에 삽입할 수 있는 중공 형상으로 구성될 수 있다. 상기 상부 커버(320)와 상기 하부 커버(330)는 각각 상기 미들 케이스(310)의 개방된 상단과 하단에 결합되고 상기 미들 케이(310)의 상단과 하단을 커버할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 미들 케이스(310)의 경우, 외부 충격으로부터 상기 셀 모듈 어셈블리(100)와 BMS 어셈블리(200)를 보호할 수 있도록 기계적 강성이 높고 방열성이 우수한 소재로서 예컨대 알루미늄(A1)과 같은 금속 소재로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 상기 팩 케이스(300)에, 도 5와 같이, 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)를 결합하여 수납할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 2개의 셀 모듈 어셈블리(200)는 각각 다수의 전지셀(110)들을 포함한다. 여기서 상기 전지셀(110)은 원통형 이차전지일 수 있다. 상기 원통형 전지셀(110)은 원통 형상의 전지 캔 속에 전해액과 전극 조립체를 넣고 상기 전지 캔의 상부 개방단에 탑 캡(112)을 배치하고 전지 캔의 상부 개방단을 크림핑(crimping)하여 밀봉한 것일 수 있다. 상기 원통형 전지셀(110)은 양극판과 음극판 사이에 분리막을 개재하고 젤리-롤 형으로 권취한 전극 조립체를 가질 수 있으며, 상기 양극판에는 양극 탭이 부착되고 상기 양극 탭은 탑 캡(112)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 음극판에는 음극 탭이 부착되고 상기 음극 탭은 전지 캔에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서, 상기 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)는, 상호 간에 원통형 전지셀(110)의 탑 캡(112)이 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)는, 각 전지셀(110)의 탑 캡(112)이 배터리 팩(10)의 중앙 부분을 향하고, 각 전지셀(110)의 전지 캔의 바닥은 배터리 팩(10)의 바깥 부분을 향하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)는, 도 5에서 좌측편의 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)와 우측편의 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)를 포함하고, 도 6과 같이, 상기 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)는 내부에 포함된 모든 원통형 전지셀(110)들의 탑 캡(112)이 우측을 향하고, 전지 캔의 바닥면이 좌측을 향하도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)는, 내부에 포함된 모든 원통형 전지셀(110)들의 탑 캡(112)이 좌측을 향하고, 전지 캔의 바닥면이 우측을 향하도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 전기적 연결을 위한 부품 및 전압/온도 센싱을 위한 부품이 배터리 팩(10)의 중앙 영역에 위치하게 됨으로 외부 충격에 대한 내구성과 전기적 안전성이 증대될 수 있다. 또한, 상기 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 모든 원통형 전지셀(110)들의 바닥면이 미들 케이스(310)의 벽면과 가깝게 대면하게 배치될 수 있어 원통형 전지셀(110)들의 열을 미들 케이스(310)로 쉽게 방열시킬 수 있다. 나아가 상기 원통형 전지셀(110)들의 바닥면과 미들 케이스(310) 사이 공간에 열전도성 물질이나 방열 패드(170)를 배치하여 원통형 전지셀(110)들에서 미들 케이스(310)로 열이 보다 빠르게 빠져나가도록 할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 전지셀(110)들의 방열 구조가 단순하면서도 매우 효과적이다.
이하에서는 상기와 같은 배터리 팩(10)에 포함된 본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)에 대해 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 7은 도 5의 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 사시도이고, 도 8은 도 7의 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 셀 프레임(120)을 도시한 도면이며, 도 9는 도 8의 셀 프레임(120)에 전지셀(110)들을 수납한 실시 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 배터리 팩(10)에 포함되는 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)와 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)는 주요 구성이 실질적으로 동일하므로, 상기 주요 구성에 대해서 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)에 대한 설명으로 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)에 대한 설명을 대체한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)는, 복수의 전지셀(110)들, 셀 프레임(120), 버스바 플레이트(130) 및 센싱 유닛(140)을 포함한다.
상기 복수의 전지셀(110)들은, 전술한 바와 같이 전지 캔의 상단부에 탑 캡(112)이 결합된 원통형 이차전지들이고 전지 캔의 상단부 즉 탑 캡(112)이 모두 같은 방향을 향하도록 셀 프레임(120)에 수용된다. 상기 전지셀(110)들은 각각 셀 프레임(120) 내부의 셀 홀더(121a)들에 전지 캔의 상단부가 부분적으로 끼워져 홀딩된 상태로 상기 셀 프레임(120) 내부에 기립 배치될 수 있다.
상기 셀 프레임(120)은, 도 8과 같이, 일면이 개방된 대략 사각 박스 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 셀 프레임(120)은 상기 전지셀(110)들을 세워서 수납할 수 있는 공간을 형성하는 수용부(121), 상기 전지 캔의 상단부 방향에 위치하는 상판부(122), 상기 전지 캔의 하단부 방향에 위치하는 개방부(123), 4면의 벽체를 형성하는 측면부(124)를 포함한다.
상기 수용부(121)는 상기 상판부(122)와 측면부(124)로 둘러싸인 셀 프레임(120)의 내부 공간을 의미하며, 상기 전지셀(110)들의 길이(또는 높이)에 대응하는 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 다시 말하면 본 실시예의 셀 프레임(120)은 4면의 측면부(124)가 원통형 전지셀(110)의 길이만큼 연장 형성된 형태로 마련될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, 상기 셀 프레임의 상판부(122)는 탑 캡(112)이 아래로 가도록 세웠을 때 탑 캡(112)의 아래에서 상기 전지셀(110)들을 지지하는 셀 프레임(120)의 판면이며 단자 연결홀(122a)들을 구비한다. 상기 단자 연결홀(122a)들은 모든 전지셀(110)들의 전지 캔의 상단부가 상기 셀 프레임의 상판부(122) 외측으로 부분 노출되도록 구성될 수 있다. 이러한 단자 연결홀(122a)들을 통해 모든 전지셀(110)들이 상기 셀 프레임(120)의 내부에 수용되고 각 전지셀(110)의 탑 캡(112)과 전지 캔의 상단 테두리(111a)는 상기 셀 프레임의 상판부(122) 외측에 부분 노출될 수 있다.
원통형 전지셀의 경우, 내부에서 전극 조립체와 연결된 양극탭이 탑 캡(112)과 연결되고 음극탭은 전지 캔의 바닥에 연결되어 있어 상기 탑 캡(112)이 전지셀(110)의 양극 단자로 기능하고 전지 캔이 음극 단자로 기능한다. (참고로, 전지 캔을 절연시트로 감싸서 전지 캔의 바닥 또는 상단 테두리만 음극 단자로 기능하도록 구성할 수도 있다.) 따라서 상기 각 전지셀(110)의 탑 캡(112) 또는 전지 캔의 상단 테두리(111a)를 상기 셀 프레임의 상판부(122)의 외측면에 배치되는 버스바 플레이트(130)들과 미리 정해진 패턴대로 연결하면 전지셀들이 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 상기 전지셀(110)들의 전기적 연결 구성에 대한 더 자세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 셀 프레임의 개방부(123)는 상기 셀 프레임의 상판부(122)의 반대편에 구비되고, 도 8과 같이, 외곽 테두리부만 남고 안쪽 영역은 완전히 개방된 형태로 마련된다. 이러한 셀 프레임의 개방부(123)에 의하면, 원통형 전지셀(110)을 삽입하는 조립 공정시, 셀 프레임(120)의 개방부(123)가 상부 방향을 향하도록 하고 셀 삽입 지그(미도시)를 이용해 상기 원통형 전지셀(110)들을 일체로 상기 셀 프레임(120)에 삽입할 수 있다.
또한, 도 9와 같이, 전지 캔의 바닥면이 상기 셀 프레임의 개방부(123)를 향하도록 모든 원통형 전지셀(110)들을 상기 셀 프레임(120)에 삽입함으로써, 모든 전지셀(110)들의 바닥면의 전체 부위가 상기 개방부(123)을 통해 상기 셀 프레임(120)의 외부로 노출될 수 있어, 상기 전지 캔의 바닥면 쪽으로 전지셀들의 열을 방열시키 위한 방열 구성 또는 방열 구조를 적용이 용이하다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)는 셀 스페이서(150)를 더 포함한다. 상기 셀 스페이서(150)는 셀 프레임(120)에 수납된 전지셀(110)들의 하단부들의 유동을 방지하고 간격을 유지하기 위해 적용된 구성요소이다.
셀 프레임(120)에 수납된 전지셀(110)들은 수용부(121) 내에서 셀 홀더(121a)들에 각 전지 캔의 상단부가 부분적으로 끼워져 홀딩된 상태로 상기 셀 프레임(120) 내부에 기립 배치되고, 각 전지 캔의 하단부는 상기 셀 스페이서(150)에 의해 홀딩될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 셀 스페이서(150)는 절연성 소재이고 상기 셀 프레임의 개방부(123)의 둘레를 형성하는 외곽 테두리부에 착탈 가능한 판상체 형태이며, 도 10과 같이 복수 개의 스페이서 홀(151)을 구비한다. 상기 스페이서 홀(151)은 전지 캔의 지름에 대응하는 직경을 가지며 상기 전지 캔의 하단부 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다.
이러한 셀 스페이서(150)를, 도 11과 같이, 셀 프레임의 개방부(123)에 장착함으로써 예컨대 외부 충격이나 진동이 셀 프레임(120)에 인가되어도 전지셀(110)들의 유동을 저지하여 전지 캔들의 하단부들이 상호 간 접촉 내지 충돌하지 않도록 할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)는, 상기 셀 스페이서(150)와 전지 캔의 하단부를 커버하며 상기 셀 프레임(120)의 개방부(123)에 결합되는 열전달 부재를 더 포함한다. 상기 열전달 부재는 방열 패드(170) 및/또는 방열 시트로 구성될 수 있다. 상기 열전달 부재는 (도 4 참조) 셀 모듈 어셈블리(100)와 미들 케이스(310)를 조립한 때 상기 미들 케이스(310)의 벽면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전지셀(110)의 열이 상기 열전달 부재를 통해 미들 케이스(310)로 효과적으로 방열될 수 있다.
도 13은 도 12의 실시 구성의 반대 쪽인 셀 프레임의 상판부(122)를 바라본 도면이고, 도 14는 도 13의 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)에서 셀 프레임의 상판부(122) 및 측면부(124) 일부분을 도시한 도면이며, 도 15는 도 14의 셀 프레임의 상판부(122) 및 측면부(124)를 다른 각도에서 바라본 도면이다.
이어서 상기 도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)에서 상기 셀 프레임의 상판부(122) 및 측면부(124) 쪽에 구비되는 전지셀(110)들의 전기적 연결 구성과, 전압/온도 센싱 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 버스바 플레이트(130)들은, 셀 프레임(120)의 외측 일면, 다시 말하면, 셀 프레임의 상판부(122)에 배치될 수 있다. 이를테면, 도 13에서 +Z 방향 끝에 양극 버스바 플레이트(130+)가 배치되고, -Z 방향 끝에 음극 버스바 플레이트(130-)가 배치되며, 상기 양극 버스바 플레이트(130+)와 상기 음극 버스바 플레이트(130-) 사이에 ±Z 방향으로 소정 간격마다 버스바 플레이트(130)들이 배치될 수 있다. 또한, 상기 버스바 플레이트(130)들은 셀 프레임의 상판부(122)에 형성되어 있는 단자 연결홀(122a)들의 위치 또는 돌기(122f)들의 위치를 회피하기 위해 직선 또는 지그 재그 형태로 ±Y 방향으로 연장된 형태로 마련될 수 있다. 이러한 복수의 버스바 플레이트(130)들은 단자 연결홀(122a)들을 통해 노출되는 상기 전지셀(110)들의 탑 캡(112) 또는 상기 전지 캔의 상단 테두리(111a)와 와이어 본딩되어 전지셀(110)들을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 여기서 와이어 본딩은 금속 와이어(W)의 양단부를 각각 접합 대상물에 초음파로 압착한 것을 의미한다. 다만, 와이어 본딩에는 반드시 초음파가 아니라도 다른 접합 기술, 예컨대 레이저 용접이 적용될 수도 있다.
구체적으로, 도 11에서 'C1'으로 표시한 6개의 전지셀(110)들은, 도 13에 도시된 바와 같이, 탑 캡(112)이 상기 양극 버스바 플레이트(130+)에 와이어 본딩되고, 전지 캔의 상단 테두리(111a)는 상기 양극 버스바 플레이트(130+)와 -Z 방향으로 이웃한 2번째 버스바 플레이트(130)에 와이어 본딩된다. 그리고 도 11에서 'C2'로 표시한 6개의 전지셀(110)들은, 탑 캡(112)이 상기 두번째 버스바 플레이트(130)에 와이어 본딩되고, 전지 캔의 상단 테두리(111a)는 -Z방향으로 3번째 버스바 플레이트(130)에 와이어 본딩된다. 이 같은 패턴으로 전지셀(110)들의 탑 캡(112) 또는 전지 캔의 상단 테두리(111a)를 대응하는 버스바 플레이트(130)들에 와이어 본딩하며, 마지막으로 도 11에서 'C7'로 표시된 마지막 6개의 전지셀(110)들의 전지 캔의 상단 테두리(111a)를 음극 버스바 플레이트(130-)에 와이어 본딩하면, 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 전지셀(110)들은 7S6P 형태로 직렬 및 병렬 연결될 수 있다. 그리고 상기 양극 버스바 플레이트(130+)는 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 양극 터미널로 기능하고 상기 음극 버스바 플레이트(130-)는 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 음극 터미널로 기능할 수 있다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 유닛(140)은 인쇄회로기판(141), 복수의 센싱 플레이트(142), 온도 센싱부재(143)를 포함한다. 그리고 상기 센싱 유닛(140)은 전지셀(110)들에 대한 전기적 연결이 전술한 바와 같이 구성된 상기 셀 프레임의 상판부(122)와 교차하는 셀 프레임(120)의 외측 타면에 배치되고 버스바 플레이트(130)들과 와이어 본딩으로 전기적으로 연결되어 전지셀(110)들의 전압 정보를 센싱한다.
상기 인쇄회로기판(141)으로는 경성 인쇄회로기판(141)과 연성 인쇄회로기판(141)이 채용될 수 있다. 본 실시예의 셀 모듈 어셈블리(100)는 내구성 강화를 위해 경성 인쇄회로기판(141)을 포함하고, 상기 인쇄회로기판(141)은 전지셀(110)들의 전압 정보 또는 온도 정보를 전송하기 위한 회로 패턴을 구비한다. 또한, 상기 인쇄회로기판(141)은 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 도 14 내지 도 15의 실시 구성과 같이, 인쇄회로기판(141)은 버스바 플레이트(130)들이 배치된 셀 프레임의 상판부(122)와 교차하는 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 배치될 수 있다. 이때 상기 인쇄회로기판(141)은 판면이 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 대면하고 상기 인쇄회로기판(141)의 상단 모서리가 상기 셀 프레임의 상판부(122)와 동일 높이에 위치하도록 구성될 수 있다.
이처럼 인쇄회로기판(141)이 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 배치될 수 있게, 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)는 상기 인쇄회로기판(141)을 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)와 나란하게 소정 깊이까지 끼워넣을 수 있고 상기 인쇄회로기판(141)의 판면이 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 밀착되게 상기 인쇄회로기판(141)을 지지하는 기판 거치홀더(127)를 포함한다.
상기 기판 거치홀더(127)는 셀 프레임(120)의 길이 방향(Z 방향)을 따라 소정 간격마다 구비되며, 상기 인쇄회로기판(141)에서 온도 센싱부재(143)나 케이블 커넥터(146)와 간섭되지 않게 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)에 마련될 수 있다.
상기 복수의 센싱 플레이트(142)들은 전지셀(110)들의 각 뱅크(병렬 연결된 전지셀(110)들) 별 전압을 센싱하기 위해 상기 버스바 플레이트(130)들과 와이어 본딩으로 연결되는 구성요소이다. 상기 복수의 센싱 플레이트(142)들은, 상기 버스바 플레이트(130)들과 일대일 대응하는 개수로 구비되고 각각 대응하는 상기 버스바 플레이트(130)들과 와이어 본딩으로 연결될 수 있다. 상기 센싱 플레이트(142)들은 니켈(nickel), 구리(Cu), 은(Ag) 등 전기 전도성을 갖는 금속으로 제작될 수도 있다.
상기 복수의 센싱 플레이트(142)들은, 적어도 1회 이상 절곡된 구조로 마련되어 일측은 상기 인쇄회로기판(141)에 고정 결합되고 타측은 상기 버스바 플레이트(130)들이 배치된 상기 셀 프레임(120)의 상판부(122)의 표면에 나란하게 배치될 수 있다.
이를테면, 상기 복수의 센싱 플레이트(142)들은 전기 전도성 금속 소재이고 대략 'ㄱ' 자 내지 'L' 자 형상으로 마련되고, 도 16 내지 도 17의 실시 구성과 같이 인쇄회로기판(141)에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 센싱 플레이트(142)는 인쇄회로기판(141)의 판면과 대면하는 기판 연결부(142a)와 상기 기판 연결부(142a)에서 절곡 연장되어 상기 셀 프레임(120)의 외측 일면 가장자리에 대면하게 배치시킬 수 있는 프레임 안착부(142b)를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 도 15와 같이, 인쇄회로기판(141)을 상기 셀 프레임의 측면부(124)에 나란하게 기판 거치홀더(127)에 꽂아 넣으면 센싱 플레이트(142)들의 프레임 안착부(142b)가 상기 셀 프레임의 상판부(122) 가장자리에 대면하게 배치될 수 있다.
도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 센싱 플레이트(142)들의 프레임 안착부(142b)는 상기 버스바 플레이트(130)들의 일단부와 서로 교번적으로 상기 셀 프레임(120)의 가장자리에 배치될 수 있다. 상기 구성에 의하면, 셀 프레임의 상판부(122)에서 가장자리 안쪽 영역에 넓게 분포한 버스바 플레이트(130)들과 전지셀(110)들을 연결한 와이어 본딩 영역과 간섭되지 않으면서 대응하는 버스바 플레이트(130)의 일단부에 바로 이웃하게 배치할 수 있어 길이가 짧은 금속 와이어(W)로도 얼마든지 센싱 플레이트(142)와 버스바 플레이트(130)를 연결할 수 있다. 또한, 상기 버스바 플레이트(130)와 상기 센싱 플레이트(142)는 2가닥의 금속 와이어(W)로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 와이어(W) 2가닥 중 하나가 단선되어도 전압 센싱이 가능해져 전압 센싱 신뢰성과 내구성이 증대될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀(110)과 버스바 플레이트(130) 또는 센싱 플레이트(142)와 버스바 플레이트(130)를 연결하는 금속 와이어(W)는 지름이 0.12mm~0.8mm 이고, 길이가 5mm~10mm 이고 알루미늄 소재로 마련될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하면, 금속 와이어(W)가 배터리 팩(10)의 외부 단락시 퓨즈로서 동작 가능하다. 예컨대, 본 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)는 금속 와이어(W)가 상기와 같이 구성되어 있어 예컨대 47.4A 이상의 전류가 흐를 시 적어도 한 뱅크의 전지셀(110)들의 금속 와이어(W)가 모두 끊어져 셀 모듈 어셈블리(100)에 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 한편, 본 발명의 권리범위가 상기 금속 와이어(W)의 지름, 길이, 소재로 제한되는 것은 아님을 밟혀둔다. 상기 금속 와이어(W)는 필요에 따라 지름과 길이가 적절히 선택될 수 있고 그 소재도 구리, 니켈 등과 같은 금속으로 제작될 수도 있다.
한편, 도 16과 같이, 온도 센싱부재(143)는 길이가 다른 2개의 온도 센싱부재(143A, 143B)를 포함한다. 상기 2개의 온도 센싱부재(143A, 143B) 중 상대적으로 길이가 긴 온도 센싱부재(143)는 셀 모듈 어셈블리(100)의 중심 온도 측정에 사용되는 제1 온도 센싱부재(143A)이고, 상대적으로 길이 짧은 온도 센서는 셀 모듈 어셈블리(100)의 외곽 온도 측정에 사용되는 제2 온도 센싱부재(143B)이다.
상기 제1 온도 센싱부재(143A)는 상기 인쇄회로기판(141)에서 소정 길이만큼 연장되는 제1 케이블(144a)과 상기 제1 케이블(144a)의 말단에 결합되는 제1 써미스터(144b)를 포함한다. 상기 제2 온도 센싱부재(143B)는 상기 인쇄회로기판(141)에서 소정 길이만큼 연장되는 제2 케이블(145a)과 상기 제2 케이블(145a)의 말단에 결합되는 제2 써미스터(145b)를 구비한다. 상기 제1 케이블(144a)이 상기 제2 케이블(145a)보다 길고, 상기 제1 케이블(144a)과 상기 제2 케이블(145a)은 서로 반대 방향으로 연장되게 배치된다.
배터리 팩(10)은 충방전시 전지셀(110)들에서 발생하는 열을 정확히 감지하고 그에 따라 충방전을 관리하거나 냉각시킬 필요가 있다. 그렇지 못하면 전지셀(110)들의 퇴화 속도가 빨라지고 성능이 저하된다.
도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)에 포함된 전지셀(110)들의 방전시 측정온도 분포를 설명하기 위한 참고도이고, 표 1과 표 2 도 18에 따른 결과값을 정리한 것이다.
Figure pat00001
전지셀(110)들의 방전시 온도 측정 결과, 도 18에서 셀 프레임(120)의 내부에서 중심 영역에 분포하는 5번~8번 전지셀(110)들과 상기 셀 프레임(120)의 내부에서 외곽 영역에 분포하는 1번~3번 또는 9번~10번 전지셀(110)들을 비교해 보면, 일정 시간 경과후 5번~8번 전지셀(110)들의 온도가 상대적으로 높음을 알수 있다.
Figure pat00002
또한, 표 2를 참고하면, 셀 프레임(120)의 내부에서 중심 영역에 위치한 전지셀(110)들의 경우 방전 시작 시점의 온도에서 70도에 이르는데 대략 639초가 걸리고, 셀 프레임(120)의 내부에서 외곽 영역에 위치한 전지셀(110)들의 경우 방전 시작 시점의 온도에서 70도에 이르는데 대략 793초가 걸린다. 즉, 셀 프레임(120)의 내부에서 중심 영역에 위치한 전지셀(110)들이 외곽 영역에 위치한 전지셀(110)들보다 온도 상승율이 빠름을 알 수 있다.
따라서 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 전지셀(110)들의 열 관리를 효과적으로 수행하기 위해서는 상기 전지셀(110)들 중 온도가 가장 높은 전지셀(110)의 온도와 가장 낮은 전지셀(110)의 온도를 정확히 파악할 필요가 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(100)는 상기와 같은 테스트 결과에 기초하여 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 전지셀(110)들 중 온도가 가장 높은 (도 18 참조) 5번 전지셀(110)의 온도를 상기 제1 온도 센싱부재(143A)로 측정할 수 있게 구성되어 있다. 이를테면, 셀 프레임(120)의 내부에서 중심 영역에 분포하는 상기 전지셀(110)들 중 미리 결정된 전지셀(110)(본 실시예의 경우 5번 전지셀(110))과 제1 써미스터(144b)가 접촉하도록 상기 셀 프레임의 상판부(122) 표면에 온도 센싱홀(122b)을 형성하고 셀 프레임(120)의 외부에서 내부로 상기 제1 써미스터(144b)를 삽입할 수 있도록 한다.
보다 구체적으로 도 18과 함께 도 19 내지 도 20을 참조하면, 상기 5번 전지셀(110)의 위치에 대응하는 상기 셀 프레임의 상판부(122)에 온도 센싱홀(122b)이 구비된다. 제1 온도 센싱부재(143A)의 제1 써미스터(144b)는 상기 온도 센싱홀(122b)을 통해 셀 프레임(120)의 내부, 즉 셀 프레임(120)의 수용부(121)에 삽입 배치되어 상기 5번 전지셀(110)의 외주연에 접촉하여 그 온도를 센싱한다.
이때, 제1 온도 센싱부재(143A)의 제1 케이블(144a)은 일부분이 상기 셀 프레임의 상판부(122)의 가장자리에서 상기 온도 센싱홀(122b)의 위치까지 배선된다. 본 실시예의 경우, 셀 프레임의 상판부(122)에 복수의 케이블 가이드 리브(122c,122d,122e)들이 돌출 형성되어 있어 상기 제1 케이블(144a)을 셀 프레임의 상판부(122)의 가장자리에서 상기 온도 센싱홀(122b)까지 벤딩시킬 필요없이 일직선으로 배선할 수 있다. 이러한 복수의 케이블 가이드 리브(122c,122d,122e)들은, 도 20의 실시 구성과 같이, 상기 제1 케이블(144a)의 직선 배선 경로 상에 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 복수의 케이블 가이드 리브(122c,122d,122e)는 상기 온도 센싱홀(122b)의 둘레 인근에 마련되는 인입부 지지리브(122e)를 포함한다. 상기 인입부 지지리브(122e)는 상기 제1 케이블(144a)에서 상기 온도 센싱홀(122b)에 인입되기 직전 부위(K1)를 상기 셀 프레임의 상판부(122)의 표면에서 소정 높이로 이격되게 지지하는 역할을 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 셀 프레임의 상판부(122)에 노출되어 있는 전지셀(110)의 상단부, 버스바 플레이트(130)들 또는 금속 와이어(W) 등과의 간섭을 피하려고 제1 케이블(144a)을 벤딩시킬 필요가 없다. 즉, 상기 제1 케이블(144a)은 상기 복수의 케이블 가이드 리브(122c,122d,122e)에 의해 상기 셀 프레임의 상판부(122)의 표면으로부터 이격되어 상기 전지셀(110)의 상단부 또는 버스바 플레이트(130) 또는 금속 와이어(W)의 상부에서 일직선으로 배선될 수 있다. 또한, 상기 복수의 케이블 가이드 리브(122c,122d,122e)가 제1 케이블(144a)의 좌우 움직임을 저지함으로써 제1 써미스터(144b)가 정위치에서 이탈하지 않도록 하는 효과가 있다.
한편, 제2 온도 센싱부재(143B)는 셀 모듈 어셈블리(100)의 외곽 영역에 위치하는 전지셀(110)들 중 하나의 전지셀(110)의 온도를 측정할 수 있게 구성될 수 있다.
다시 도 15를 참조하여 살펴보면, 상기 셀 프레임의 상판부(122)와 교차하는 상기 셀 프레임(120)의 측면부(124)는 관통 형성된 측부 절개공(128)을 구비한다. 셀 프레임(120)의 내부, 즉 수용부(121)에서 최외곽에 위치한 전지셀(110)은 상기 측부 절개공(128)을 통해 상기 전지셀(110)의 측부가 외부로 노출될 수 있다.
제2 온도 센싱부재(143B)의 제2 케이블(145a)은 인쇄회로기판(141)에서 상기 측부 절개공(128)의 위치까지 연장되고, 제2 써미스터(145b)는 상기 측부 절개공(128)을 통해 노출된 상기 전지셀(110)의 측부에 접촉하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 제2 써미스터(145b)를 상기 전지셀(110)의 측부에 안정적으로 고정시키기 위해 열전도성 접착제(미도시)가 사용될 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 전지셀(110)들 중 중심 영역과 외곽 영역에 위치한 전지셀(110)의 온도 측정이 가능하고 뿐만 아니라 제1 및 제2 온도 센싱부재(143B)의 조립이 매우 용이하고 간단하게 수행될 수 있다.
이상과 같은 전압 센싱 및 온도 센싱 구성으로 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 전지셀(110)들의 전압 정보와 온도 정보가 센싱되고, 상기 전압 정보와 온도 정보는 인쇄회로기판(141)에서 케이블 커넥터(146)를 통해 BMS 어셈블리(200)로 전송될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 셀 모듈 어셈블리의 조립 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 셀 모듈 어셈블리(100A,100B)의 조립 전과 후를 도시한 도면들이다.
전술한 바 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 2개의 셀 모듈 어셈블리(100A,100B)를 포함한다.
상기 2개의 셀 모듈 어셈블리(100A,100B)는 상호 간의 셀 프레임의 상판부(122)들이 서로 마주하도록 상호 간의 셀 프레임(120)들이 결합될 수 있게 구성될 수 있다.
구체적으로 도 21을 참조하면, 2개의 상기 셀 프레임(120)들 중 어느 하나의 셀 프레임의 상판부(122)는 결합 방향으로 돌출 형성된 하나 이상의 돌기(122f)를 구비하고, 다른 하나의 셀 프레임의 상판부(122)는 결합 방향으로 돌출 형성되고 상기 돌기(122f)를 내측에 끼울 수 있게 마련된 하나 이상의 간격유지 컬럼(122g)을 구비할 수 있다. 즉, 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 셀 프레임의 상판부(122)에 상기 돌기(122f)가 복수 개 구비되고, 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)의 셀 프레임의 상판부(122)에 상기 간격유지 컬럼(122g)이 상기 돌기(122f)의 개수와 위치에 대응하게 구비될 수 있다.
이 같은 구성에 의하면, 도 22에 도시한 바와 같이, 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 돌기(122f)들이 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)의 간격유지 컬럼(122g)에 억지끼움 결합되고, 이렇게 결합된 돌기(122f)들과 간격유지 컬럼(122g)에 의해 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)와 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)는 도 22에 표시한 'D1'과 같이 상호 간 일정 간격을 유지하며 상대 유동하지 않게 결합될 수 있다. 따라서 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 셀 프레임의 상판부(122)에 구성된 와이어 본딩 영역과 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)의 셀 프레임의 상판부(122)에 구성된 와이어 본딩 영역은 서로 접촉하지 않는다. 그리고 도 23과 같이, 상호 간 물리적으로 결합된 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)는 인터 커넥션 버스바(180)에 의해 상호 간 직렬 연결될 수 있다. 여기서 상기 인터 커넥션 버스바(180)는 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)의 양극 버스바 플레이트(130+) 및 상기 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)의 음극 버스바 플레이트(130-)와 접촉하게 배치되는 금속판을 의미한다. 따라서 본 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 포함된 전지셀(110)들은 14S6P 형태로 직렬 및 병렬 연결될 수 있다.
이러한 2개의 셀 모듈 어셈블리(100A,100B)는 하부 측에 BMS 어셈블리(200)가 결합되고 미들 케이스(310)에 슬라이드 방식으로 삽입될 수 있으며 상기 미들 케이스(310)의 상단에 상부 커버(320)가 결합될 수 있고, 상기 미들 케이스(310)의 하단에 하부 커버(330)가 결합될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 구성에 의하면, (도 6 참조) 제1 셀 모듈 어셈블리(100A)에 포함된 전지셀(110)들의 탑 캡(112)은 배터리 팩(10)의 중앙 부분을 향하고 전지 캔의 바닥은 배터리 팩(10)의 바깥 부분을 향하게 된다. 그리고 제2 셀 모듈 어셈블리(100B)에 포함된 전지셀(110)들 역시 탑 캡(112)은 배터리 팩(10)의 중앙 부분을 향하고 전지 캔의 바닥은 배터리 팩(10)의 바깥 부분을 향하게 된다.
따라서 전기적 연결 내지 전압/온도 센싱을 위한 버스바 플레이트(130)들과, 센싱 유닛(140), 금속 와이어(W) 등과 같은 부품들이 팩 케이스(300)의 중앙 영역에 위치하게 됨으로 외부 충격에 대한 내구성과 전기적 안전성이 증대될 수 있다. 또한, 2개의 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함된 모든 원통형 전지셀(110)들의 바닥면이 팩 케이스(300)의 벽면과 가깝게 위치하므로 원통형 전지셀(110)들의 열을 미들 케이스(310)로 쉽게 방열시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 스쿠터, 전기 자동차 등과 같은 이동 수단에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지 스쿠터 또는 전기 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩을 하나 이상 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 팩 100: 셀 모듈 어셈블리
110: 전지셀 111a: 전지 캔의 상단 테두리
112: 탑 캡 120: 셀 프레임
121: 수용부 122: 셀 프레임의 상판부
122a: 단자 연결홀 122b: 온도 센싱홀
122c,122d,122e: 케이블 가이드 리브, 122f: 돌기, 122g: 간격유지 컬럼
123: 개방부 124: 셀 프레임의 측면부
127: 기판 거치홀더 128: 측부 절개공
130: 버스바 플레이트 140: 센싱 유닛
141: 인쇄회로기판 142: 센싱 플레이트
142a: 기판 연결부 142b: 프레임 안착부
143: 온도 센싱부재, 143A: 제1 온도 센싱부재, 143B: 제2 온도 센싱부재
144a: 제1 케이블 144b: 제1 써미스터
145a: 제2 케이블 145b: 제2 써미스터
200: BMS 어셈블리 300: 팩 케이스
310: 미들 케이스 320: 상부 커버
330: 하부 커버

Claims (22)

  1. 복수의 전지셀들;
    상기 복수의 전지셀들을 수용하는 셀 프레임;
    상기 셀 프레임의 외측 일면에 배치되고 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 버스바 플레이트들; 및
    상기 셀 프레임의 외측 타면에 배치되고 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩되어 전기적으로 연결되는 센싱 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은,
    상기 셀 프레임에 착탈 결합되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 결합되고 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩된 복수의 센싱 플레이트들; 및
    상기 인쇄회로기판에 결합되고 소정 거리 이격된 상기 전지셀들 중 하나 이상의 전지셀의 온도를 측정하는 온도 센싱부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 센싱 플레이트들은, 상기 버스바 플레이트들과 일대일 대응하는 개수로 구비되고 각각 대응하는 상기 버스바 플레이트들과 와이어 본딩으로 연결된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 버스바 플레이트들이 배치된 상기 셀 프레임의 외측 일면과 교차하는 상기 셀 프레임의 측면부에 배치된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 측면부는 상기 인쇄회로기판을 상기 셀 프레임의 측면부와 나란하게 소정 깊이까지 끼워넣을 수 있고 상기 인쇄회로기판의 판면이 상기 셀 프레임의 측면부에 밀착되게 상기 인쇄회로기판을 지지하는 기판 거치홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 센싱 플레이트들은, 각각
    적어도 1회 절곡된 구조로 마련되어 일측은 상기 인쇄회로기판에 고정 결합되고 타측은 상기 버스바 플레이트들이 배치된 상기 셀 프레임의 외측 일면에 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 센싱 플레이트들은, 각각
    상기 인쇄회로기판에 부착되는 기판 연결부;와
    상기 기판 연결부에서 연장되어 상기 셀 프레임의 외측 일면 가장자리에 배치되는 프레임 안착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트들의 일단부와 상기 센싱 플레이트들의 프레임 안착부는 서로 교번적으로 이웃하게 배치된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  9. 제2항에 있어서,
    각 상기 버스바 플레이트와 각 상기 센싱 플레이트는 2가닥의 금속 와이어에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 전지셀들은 전극 조립체를 내장한 전지 캔과 상기 전지 캔의 상단부에 결합되는 탑 캡을 구비한 원통형 전지셀들이고,
    상기 전지셀들은 상기 전지 캔의 상단부가 모두 같은 방향을 향하도록 상기 셀 프레임에 수용된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 셀 프레임은, 일면이 개방된 박스 형상으로 마련되고
    상기 전지셀들을 세워서 수납할 수 있는 공간을 형성하며 상기 전지셀들의 길이에 대응하는 높이를 갖도록 마련된 수용부;
    상기 전지 캔의 상단부 방향에 위치한 상판부; 및
    상기 전지 캔의 하단부 방향에 위치한 개방부를 포함하고,
    상기 상판부는 상기 전지 캔의 상단부를 부분적으로 노출시키는 단자 연결홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 상판부의 외측면에 상기 버스바 플레이트들이 부착되고,
    상기 버스바 플레이트들은,
    상기 단자 연결홀들을 통해 노출된 각 상기 전지셀들의 상기 탑 캡 또는 상기 전지 캔의 상단 테두리와 와이어 본딩된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 온도 센싱부재는, 일단부가 상기 셀 프레임의 내부로 삽입 배치되는 제1 온도 센싱부재를 포함하고,
    상기 제1 온도 센싱부재는 상기 인쇄회로기판에서 소정 길이만큼 연장되는 제1 케이블;과 상기 제1 케이블의 말단에 결합되는 제1 써미스터를 구비하고,
    상기 제1 써미스터는 상기 셀 프레임의 상판부에 관통 형성된 온도 센싱홀을 통해 상기 수용부에 삽입 배치되고 상기 전지셀과 접촉하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 써미스터가 접촉하는 상기 전지셀은, 상기 셀 프레임의 내부에서 중심 영역에 있는 전지셀 중 하나인 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 상판부는
    상기 인쇄회로기판에서 상기 온도 센싱홀까지 직선으로 배선되게 상기 제1 케이블의 직선 배선 경로 상에 돌출 형성되는 복수의 케이블 가이드 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 케이블 가이드 리브는,
    상기 제1 케이블에서 상기 온도 센싱홀에 인입되기 직전 부위를 상기 셀 프레임의 상판부의 표면에서 소정 높이로 이격되게 지지하는 인입부 지지리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 온도 센싱부재는, 상기 셀 프레임의 상판부와 교차하는 상기 셀 프레임의 외측 타면에 관통 형성된 측부 절개공까지 일단부가 연장되는 제2 온도 센싱부재를 포함하고,
    상기 제2 온도 센싱부재는 상기 인쇄회로기판에서 소정 길이만큼 연장되는 제2 케이블;과 상기 제2 케이블의 말단에 결합되는 제2 써미스터를 구비하고,
    상기 제2 써미스터는 상기 측부 절개공을 통해 상기 수용부에서 최외곽에 위치한 전지셀의 측부에 접촉하게 배치된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 셀 모듈 어셈블리를 포함하는 배터리 팩으로서, 상기 전지셀들은 전극 조립체를 내장한 전지 캔과 상기 전지 캔의 상단부에 결합되는 탑 캡을 구비한 원통형 전지셀들이고, 상기 전지셀들은 상기 전지 캔의 상단부가 모두 같은 방향을 향하도록 상기 셀 프레임에 수용되고,
    상호 간의 상기 전지셀들의 탑 캡들이 서로 마주하도록 상호 간의 상기 셀 프레임들이 결합된 2개의 상기 셀 모듈 어셈블리;
    2개의 상기 셀 모듈 어셈블리의 일측에 결합된 BMS 어셈블리; 및
    상기 2개의 상기 셀 모듈 어셈블리와 상기 BMS 어셈블리를 일체로 수용하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 셀 프레임들은, 각각 상기 전지셀들의 탑 캡들과 대향하는 면인 프레임 상판부를 포함하고,
    서로 마주보는 2개의 상기 셀 프레임들 중 어느 하나의 셀 프레임의 상판부는 결합 방향으로 돌출 형성된 하나 이상의 돌기를 구비하고, 다른 하나의 셀 프레임의 상판부는 결합 방향으로 돌출 형성되고 상기 돌기를 내측에 끼울 수 있게 마련된 하나 이상의 간격유지 컬럼을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 셀 프레임들은, 각각 상기 전지셀들의 탑 캡들과 대향하는 면인 프레임 상판부를 포함하고,
    상기 2개의 셀 모듈 어셈블리는,
    상기 셀 프레임의 상판부에 상기 버스바 플레이트들이 배치되고,
    상기 셀 프레임의 상판부와 교차하는 상기 셀 프레임의 측부에 상기 센싱 유닛이 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제18항에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 스쿠터.
  22. 제18항에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차.
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JP4733248B2 (ja) * 2000-06-20 2011-07-27 本田技研工業株式会社 セルモジュール構造
US8945746B2 (en) * 2009-08-12 2015-02-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack with improved heat dissipation efficiency
KR102321513B1 (ko) * 2018-08-21 2021-11-02 주식회사 엘지에너지솔루션 버스바 플레이트를 포함하는 배터리 모듈
CN115051118A (zh) * 2018-12-29 2022-09-13 东莞莫仕连接器有限公司 电池连接模块
KR20210078139A (ko) * 2019-12-18 2021-06-28 주식회사 엘지에너지솔루션 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210082679A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 대우조선해양 주식회사 멤브레인형 저장탱크 및 상기 멤브레인형 저장탱크의 누출 액화가스 회수 방법

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