KR20230123747A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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KR20230123747A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극리드들을 갖는 전지셀들을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치하는 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임의 일면에 장착되는 버스바를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 버스바 프레임에 형성된 슬릿을 통과한 뒤 상기 버스바에 접합되고, 상기 버스바는, 상기 슬릿이 위치한 방향으로 이동 가능하거나, 상기 버스바 프레임에 고정된 채 회전 가능하다.

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 스웰링에 따른 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 예방할 수 있는 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.
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 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
종래의 전지 모듈에서, 다수의 전지셀 간의 전기적 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 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 “A”부분을 확대하여 나타난 부분도면이다. 도 1은 버스바 프레임과 버스바의 모습을 보이기 위해 전지 모듈 세워놓은 모습을 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 복수의 전지셀(11)들이 적층된 전지셀 적층체(12) 및 전지셀 적층체(12)의 양 측에 배치된 버스바 프레임(30)을 포함한다. 이러한 버스바 프레임(30)에는 버스바(40)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. 전지셀(11)들은, 버스바(40)를 매개로 하여, 직렬 또는 병렬로 전기적 연결될 수 있다.
상기와 같은 전지셀(11)들의 연결 형태는, 전지셀(11)의 스웰링 발생 시 구조적으로 취약하다는 문제가 있다. 이에 대해 도 3을 참고하여 설명하도록 한다.
도 3은 전지셀의 스웰링 발생 시 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 전지셀(11)은, 파우치형의 셀 케이스(11C) 내부에 전극 조립체(11A)를 수납한 뒤, 셀 케이스(11C)의 외주변을 밀봉하여 실링부(11S)를 형성함으로써, 제조될 수 있다. 전극 조립체(11A)는 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 각 전극들은 전극탭(11t)을 포함하고, 전극탭(11t)들이 전극리드(11L)에 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다.
전극리드(11L)는 셀 케이스(11C)의 외부로 노출되고, 상술한 것처럼 버스바 프레임(30)의 슬릿(30S)과 버스바(40)의 슬릿(40S)을 통과한 뒤 구부러져 버스바(40)에 연결될 수 있다.
이 때, 전지셀(11)들의 충, 방전이 반복되는 과정이나 초기 충전 과정에서 그 내부 전해질이 분해되고 가스가 발생하여 전지셀(110)이 부풀어 오르는 현상, 즉 스웰링(Swelling) 또는 브리딩(Breathing) 현상이 발생할 수 있다.
스웰링 시, 전극 조립체(11A)는 그 두께 방향으로 팽창된다. 전지셀(11)의 스웰링 시, 전극리드(11L)는 버스바(40)에 고정되어 있기 때문에 전극탭(11t)이나 전극탭(11t)과 전극리드(11L)의 연결 부분에 응력이 집중될 수 있다. 결국, 심한 경우, 전극탭(11t) 자체의 파손이나 전극탭(11t)과 전극리드(11L)의 연결 부분이 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 내부 단락으로 인한 화재의 위험까지 연관될 수 있는 중요한 문제이기 때문에 전지셀(11)의 스웰링이 발생하여도, 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 방지할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지셀의 스웰링이 발생하여도, 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 방지할 수 있는 구조를 갖춘 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, 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극리드들을 갖는 전지셀들을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 일측에 위치하는 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임의 일면에 장착되는 버스바를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 버스바 프레임에 형성된 슬릿을 통과한 뒤 상기 버스바에 접합되고, 상기 버스바는, 상기 슬릿이 위치한 방향으로 이동 가능하거나, 상기 버스바 프레임에 고정된 채 회전 가능하다.
상기 전극리드는, 적어도 두 번 구부러진 형태의 굴곡부를 포함할 수 있다.
상기 버스바가 상기 슬릿이 위치한 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 버스바 프레임에 공간부가 형성될 수 있다.
상기 버스바는 상기 공간부를 향해 슬라이딩 이동 가능하다.
상기 버스바가 장착되는 공간의 폭이 상기 버스바의 폭보다 넓어, 상기 버스바의 일측에 상기 공간부가 형성될 수 있다.
상기 버스바는, 원통형의 회전부를 포함할 수 있다.
상기 전극리드는 상기 회전부에 접합될 수 있다.
상기 전극리드는, 상기 회전부의 외면의 적어도 일부를 감싸며 상기 회전부에 접합될 수 있다.
상기 버스바는, 상기 회전부의 높이방향의 양 단부에 위치한 고정부들을 포함할 수 있다. 상기 고정부는, 상기 회전부의 중심을 향해 돌출된 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 회전부는 상기 돌출부를 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지셀의 전극리드와 연결되는 버스바를 이동 가능하거나 회전 가능하도록 구성하여, 전극리드에 구조적 유연성을 부여할 수 있다. 이에 따라 전지셀의 스웰링이 발생하여도, 전극탭 자체나 전극탭과 전극리드가 연결된 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 궁극적으로, 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 방지할 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 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 “A”부분을 확대하여 나타난 부분도면이다.
도 3은 전지셀의 스웰링 발생 시 전극탭의 파손 또는 전극탭과 전극리드 간 연결 부분의 파손을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지셀, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타난 단면도이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스바를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바를 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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극리드(111, 112)들을 갖는 전지셀(110)들을 포함하는 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)의 일측에 위치하는 버스바 프레임(300a); 및 버스바 프레임(300a)에 장착되는 버스바(400a)를 포함한다. 전극리드(111)는, 버스바 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S)을 통과한 뒤 버스바(400a)에 접합된다. 버스바(400a)는, 슬릿(300S)이 위치한 방향으로 이동 가능하다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀로서, 장방형의 시트형 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀(110)의 전극리드는 돌출된 2개의 전극리드(111, 112)를 포함할 수 있다. 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, 그 중 하나는 양극 리드(111)일 수 있고, 다른 하나는 음극 리드(112)일 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 2개의 전극리드(111, 112)가 서로 반대 방향으로 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 즉, 하나의 전지셀(110)을 기준으로 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다.
구체적으로 도시하지 않았으나 전극리드(111, 112)들이 서로 같은 방향으로 돌출되는 단방향 전지셀도 가능함은 물론이다.
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.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 4 및 도 5에 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 4 및 도 5에는 설명의 편의를 위해, 4개의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120)를 도시하였으나, 전지셀(110)들의 개수에 특별한 제한은 없다.
버스바 프레임(300a)은 전극리드(111)가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(120)의 일측에 위치한다.
양 방향으로 돌출되는 전극리드(111, 112)들을 갖는 전지셀(110)의 경우, 전지셀 적층체(120)의 양측에 버스바 프레임(300a)들이 각각 위치할 수 있다. 도 5에서 어느 한 전극리드(111)가 돌출되는 방향에 위치한 하나의 버스바 프레임(300a)만을 도시하였으나, 그 반대편, 즉 다른 전극리드(112)가 돌출되는 방향에 다른 버스바 프레임(300a)이 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참고하여, 본 실시예에 따른 버스바 프레임과 버스바의 구조에 대해 자세히 설명한다. 어느 한 전극리드(111)를 기준으로 설명하나 다른 전극리드(112)에도 상호 동일 내지 유사한 구조가 적용될 수 있다.
도 6은 도 5의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전극리드(111)는, 버스바 프레임(300a)에 형성된 슬릿(300S)을 통과한 뒤 구부러져 버스바(400a)에 접합될 수 있다. 복수의 전지셀(110)들로부터 각각 돌출된 전극리드(111)가 버스바(400a)에 접합될 수 있다. 전극리드(111)와 버스바(400a) 사이의 접합 방식은, 물리적 및 전기적 연결이 가능하다면 특별한 제한은 없지만, 일례로 용접 접합이 이용될 수 있다.
버스바(400a)는 전기 전도성을 갖는 소재를 포함하는 것이 바람직하고, 일례로 금속 소재를 포함할 수 있다. 버스바 프레임(300a)는 전기적 절연인 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
버스바(400a)는, 버스바 프레임(300a)의 면들 중 전지셀(110)들과 마주하는 면의 반대면에 장착될 수 있다. 이에 따라 버스바(400a)는 전극리드(111)와 접합된 부분을 제외한 전지셀(110)의 다른 부분과 접촉되는 것이 차단되기 때문에 내부 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6을 기준으로 전지셀(110)에 대해 다시 설명하면, 전지셀(110)은, 파우치형의 셀 케이스(110C) 내부에 전극 조립체(110A)를 수납한 뒤, 셀 케이스(110C)의 외주변을 밀봉하여 실링부(110S)를 형성함으로써, 제조될 수 있다. 전극 조립체(110A)는 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 각 전극들은 전극탭(110t)을 포함하고, 전극탭(110t)들이 전극리드(111)에 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다.
전극리드(111)가 실링부(110S) 사이를 통과하여 외부로 돌출됨에 있어, 밀봉성 향상을 위해 리드 필름(110F)이 배치될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은 전극리드(111)를 감싸는 리드 필름(110F)을 포함할 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 버스바(400a)는, 버스바 프레임(300a)의 슬릿(300S)이 위치한 방향으로 이동 가능하다. 구체적으로, 버스바(400a)가 슬릿(300S)이 위치한 방향으로 이동할 수 있도록, 버스바 프레임(300a)에 공간부(310)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바(400a)는 납작한 판재 형상의 부재일 수 있다. 이러한 버스바(400a)가 장착되는 공간의 폭(W1)이 버스바(400a)의 폭(W2)보다 넓어, 버스바(400a)의 일측에 공간부(310)가 형성될 수 있다. 버스바(400a)가 슬릿(300S)이 위치한 방향으로 이동 가능하도록, 공간부(310)는 버스바(400a)를 기준으로 슬릿(300S)이 위치한 방향과 같은 방향에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로는, 공간부(310)가 버스바(400a)와 슬릿(300S) 사이에 위치할 수 있다.
버스바(400a)는 공간부(310)를 향해 슬라이딩 이동 가능하다. 상술한 것처럼, 전지셀(110)의 스웰링 시, 전극 조립체(110A)는 그 두께 방향으로 팽창된다. 도 6에서 두께 방향이라 함은 y축과 평행한 방향을 가리킨다.
전극리드와 버스바가 고정되어 있던 종래의 전지모듈(10, 도 1 내지 도 3 참고)과 달리, 본 실시예에 따른 버스바(400a)는 슬릿(300S)이 위치한 방향으로 이동 가능하기 때문에 전지셀(110)의 스웰링 시, 전극탭(110t)이나 전극탭(110t)과 전극리드(111)의 연결 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 전지셀(110)의 스웰링이 발생할 때, 버스바(400a)는 공간부(310)를 향해 슬라이딩 이동하고, 이에 따라 전극탭(110t)이나 전극탭(110t)과 전극리드(111)의 연결 부분에 집중되는 응력을 완화할 수 있다. 궁극적으로는 전극탭(110t)의 파손 또는 전극탭(110t)과 전극리드(111) 간 연결 부분의 파손을 예방할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지셀, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지셀(110)의 전극리드(111)는, 적어도 두 번 구부러진 형태의 굴곡부(111B)를 포함할 수 있다. 도 6에서 설명한 실시예와 유사하게, 전지셀(110)로부터 돌출된 전극리드(111)가 버스바 프레임(300a)에 장착된 버스바(400a)에 접합된다. 다만, 도 6에서 설명한 실시예와 달리, 전극리드(111)에 굴곡부(111B)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 전극리드(111) 중에서, 리드 필름(110F)에 감싸진 부분과 버스바(400a)에 접합된 부분 사이에 굴곡부(111B)가 마련될 수 있다. 상술한 바 대로, 전지셀(110)의 전극 조립체(110A)는 그 두께 방향으로 팽창된다. 전지셀(110)의 스웰링이 발생하여도, 본 실시예에 따른 굴곡부(111B)가 펴지면서 전극탭(110t)이나 전극탭(110t)과 전극리드(111)의 연결 부분에 집중되는 응력을 완화할 수 있다.
이 때, 전극리드(111)에 굴곡부(111B)를 형성하여도 전체 전극리드(111)의 길이가 늘어나지 않도록, 버스바 프레임(300a)의 위치 및 버스바(400a)와 전극리드(111) 간의 접합 위치를 전지셀(110)들에 가까이 하향 조정할 수 있다.
이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 자세히 설명하도록 한다. 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 버스바 프레임 및 버스바를 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 8의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타난 단면도이다. 도 10의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스바를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100b)은, 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극리드(111, 112)들을 갖는 전지셀(110)들을 포함하는 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)의 일측에 위치하는 버스바 프레임(300b); 및 버스바 프레임(300b)에 장착되는 버스바(400b)를 포함한다.
전지셀(110)들과 전지셀(110)들을 포함하는 전지셀 적층체(120)에 대한 설명은, 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략한다.
버스바 프레임(300b)은 전극리드(111)가 돌출되는 방향의 전지셀 적층체(120)의 일측에 위치한다. 양 방향으로 돌출되는 전극리드(111, 112)들을 갖는 전지셀(110)의 경우, 전지셀 적층체(120)의 양측에 버스바 프레임(300b)들이 각각 위치할 수 있다. 도 8에서 어느 한 전극리드(111)가 돌출되는 방향에 위치한 하나의 버스바 프레임(300a)만을 도시하였으나, 그 반대편, 즉 다른 전극리드(112)가 돌출되는 방향에 다른 버스바 프레임(300a)이 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 전극리드(111)는, 버스바 프레임(300b)에 형성된 슬릿(300S)을 통과한 뒤 구부러져 버스바(400b)에 접합될 수 있다. 복수의 전지셀(110)들로부터 각각 돌출된 전극리드(111)가 버스바(400b)에 접합될 수 있다. 전극리드(111)와 버스바(400b) 사이의 접합 방식은, 물리적 및 전기적 연결이 가능하다면 특별한 제한은 없지만, 일례로 용접 접합이 이용될 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 버스바(400b)는, 버스바 프레임(300b)에 고정된 채 회전 가능하다. 도 10의 (a)와 (b)에 도시된 것처럼, 버스바(400b)는 원통형의 회전부(410)를 포함할 수 있다. 슬릿(300S)을 통과한 전극리드(111)는 회전부(410)에 접합될 수 있다. 보다 상세하게는, 전극리드(111)가, 회전부(410)의 외면의 적어도 일부를 감싸며 회전부(410)에 접합될 수 있다.
버스바(400b)의 회전부(410)는 원통형 구조물로서, 그 원통형의 중심축을 기준으로 회전 가능하다. 일례로, 버스바(400b)는 회전부(410)의 높이방향의 양 단부에 위치한 고정부(420)들을 포함할 수 있다. 각 고정부(420)는, 회전부(410)의 중심을 향해 돌출된 돌출부(420P)를 포함할 수 있다.
회전부(410)에는 이러한 돌출부(420P)가 삽입되는 중심홀(410H)들이 형성될 수 있다. 돌출부(420P)가 중심홀(410H)에 삽입된 채, 회전부(410)는 고정부(420)들 사이에 위치할 수 있다. 이러한 고정부(420)들은 버스바 프레임(300b)에 부착 및 고정될 수 있다. 회전부(410)는, 이러한 고정부(420)들 사이에 위치적으로는 고정되나, 이들에 접합된 상태가 아니므로, 돌출부(420P)를 중심으로 회전할 수 있다.
상술한 것처럼, 전지셀(110)의 스웰링 시, 전극 조립체(110A)는 그 두께 방향으로 팽창된다. 도 9에서 두께 방향이라 함은 y축과 평행한 방향을 가리킨다.
전극리드와 버스바가 고정되어 있던 종래의 전지모듈(10, 도 1 내지 도 3 참고)과 달리, 본 실시예에 따른 버스바(400b)는, 양 단 부분이 버스바 프레임(300b)에 고정된 채, 회전 가능하기 때문에 전지셀(110)의 스웰링 시, 전극탭(110t)이나 전극탭(110t)과 전극리드(111)의 연결 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 전지셀(110)의 스웰링이 발생할 때, 전극리드(111)와 버스바(400b)가 접합된 부분이 슬릿(300S)에 가까워지도록 버스바(400b)가 회전할 수 있다. 전극리드(111)와 버스바(400b)가 접합된 부분이 특정 위치에 고정된 것이 아니므로, 전극탭(110t)이나 전극탭(110t)과 전극리드(111)의 연결 부분에 집중되는 응력을 완화할 수 있다. 궁극적으로는 전극탭(110t)의 손상 또는 전극탭(110t)과 전극리드(111) 간 연결 부분의 손상을 예방할 수 있다.
회전부(410) 및 고정부(420)는 전기 전도성을 갖는 소재를 포함하는 것이 바람직하고, 일례로 금속 소재를 포함할 수 있다. 전지셀(110)들은, 버스바(400b)를 매개로 하여, 직렬 또는 병렬로 전기적 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바(400c)는, 복수의 회전부(410)들을 포함할 수 있다. 복수의 회전부(410)들은 2개의 고정부(420c) 사이에 위치할 수 있다. 각 고정부(420c)에는 복수의 돌출부(420P)가 형성될 수 있다. 회전부(410)는 원통형이고, 그 중심에 중심홀(410H)이 형성될 수 있다. 돌출부(420P)가 중심홀(410H)에 삽입된 채, 복수의 회전부(410)들은 2개의 고정부(420)들 사이에 위치할 수 있다. 이러한 고정부(420)들은 버스바 프레임에 부착 및 고정될 수 있다. 회전부(410)들은, 이러한 고정부(420)들 사이에 위치적으로는 고정되나, 이들에 접합된 상태가 아니므로, 돌출부(420P)를 중심으로 회전할 수 있다.
전기적 연결이 필요한 전지셀(110)들의 개수가 많을 경우, 복수의 회전부(410)를 갖는 버스바(400c)를 이용할 수 있다. 즉, 각 전지셀로부터 돌출된 전극리드가 복수의 회전부(410)들 중 어느 하나에 접합됨으로써, 각 전지셀들은 직렬 또는 병렬로 전기적 연결될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a, 100b)은 전지셀 적층체(120)와 버스바 프레임(300a, 300b)을 수용하는 모듈 프레임을 더 포함할 수 있다. 전지셀 적층체(120)와 버스바 프레임(300a, 300b)을 모듈 프레임에 수납함으로써, 외부 충격이나 진동 등으로부터 보호할 수 있다. 이를 위해 모듈 프레임은 소정의 강성을 지닌 소재를 포함하는 것이 바람직하며, 일례로 알루미늄 금속 소재를 포함할 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 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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.
100a, 100b: 전지 모듈
110: 전지셀
111, 112: 전극리드
120: 전지셀 적층체
300a, 300b: 버스바 프레임
400a, 400b, 400c: 버스바

Claims (10)

  1. 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극리드들을 갖는 전지셀들을 포함하는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 일측에 위치하는 버스바 프레임; 및
    상기 버스바 프레임의 일면에 장착되는 버스바를 포함하고,
    상기 전극리드는, 상기 버스바 프레임에 형성된 슬릿을 통과한 뒤 상기 버스바에 접합되며,
    상기 버스바는, 상기 슬릿이 위치한 방향으로 이동 가능하거나, 상기 버스바 프레임에 고정된 채 회전 가능한 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전극리드는, 적어도 두 번 구부러진 형태의 굴곡부를 포함하는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 버스바가 상기 슬릿이 위치한 방향으로 이동할 수 있도록, 상기 버스바 프레임에 공간부가 형성되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 버스바는 상기 공간부를 향해 슬라이딩 이동 가능한 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 버스바가 장착되는 공간의 폭이 상기 버스바의 폭보다 넓어, 상기 버스바의 일측에 상기 공간부가 형성되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 버스바는, 원통형의 회전부를 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 전극리드는 상기 회전부에 접합되는 전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 전극리드는, 상기 회전부의 외면의 적어도 일부를 감싸며 상기 회전부에 접합되는 전지 모듈.
  9. 제6항에서,
    상기 버스바는, 상기 회전부의 높이방향의 양 단부에 위치한 고정부들을 포함하고,
    상기 고정부는, 상기 회전부의 중심을 향해 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 회전부는 상기 돌출부를 중심으로 회전하는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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