KR20230127074A - 연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈 - Google Patents

연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈 Download PDF

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KR20230127074A
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이원태
이창복
오규환
황성택
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 간이한 구조 변경을 통해 이차전지 모듈이 침수되거나 또는 이차전지 모듈 내에서 파우치 셀의 전해액이 누액되었는지 여부를 감지하고, 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 이로써 전지의 품질 및 안전성을 확보함과 동시에 모듈 내부의 공간 활용도 및 에너지 밀도를 극대화할 수 있는 연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈은 복수 개의 파우치 셀이 두께 방향으로 배열되어 형성되는 파우치 셀 어셈블리, 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리 및 상기 버스바 프레임 어셈블리와 결합되며, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)를 포함하고, 상기 연성 인쇄회로기판은 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리의 사이에 구비되는 몸체부, 상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서 연장되고, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함한다.

Description

연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈{FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD AND SECONDARY BATTERY MOUDULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것으로, 이차전지 모듈이 침수되거나 또는 이차전지 모듈 내에서 파우치 셀의 전해액이 누액되었는지 여부를 감지하고, 지속적으로 모니터링할 수 있는 연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, 노트북, 휴대폰, PDA 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
이차전지는 이차전지를 모으는 단위에 따라 셀, 모듈, 팩으로 구성될 수 있다. 먼저, 셀은 전기 에너지를 충방전하여 사용할 수 있는 이차전지의 기본 단위로, 상술한 파우치 형 또는 캔 형의 이차전지 등일 수 있다.
도 1은 종래의 이차전지 모듈을 도시한 사시도이다. 도 2는 종래의 이차전지 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 셀을 외부 충격과, 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶거나 혹은 일정한 개수의 셀 어셈블리(2)를 형성하여 프레임에 넣은 단위 조립체를 의미한다. 특히 모듈에는 셀 어셈블리(2)뿐 아니라, 셀 어셈블리를 전기적으로 연결하는 버스바가 안착되고 파우치 셀 어셈블리를 고정하는 고정 플레이트(3)(또는 버스바 프레임 어셈블리) 및 모듈 내에서 셀 전압, 온도 등을 측정하여 외부로 전달하는 회로기판(4) 등이 포함될 수 있다.
또한, 팩은 배터리 시스템의 최종 형태로 이차 전지 모듈에 BMS, 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성한 것이다.
한편, 파우치 형 셀은 파우치의 실링 불량 또는 파우치 손상 등으로 인해 셀 내부에 주입된 전해액이 모듈 내에서 누액될 수 있는데, 이 경우 파우치의 부식이 발생할 수 있으며, 이는 배터리의 성능 저하 또는 차량의 화재로 이어지게 되어 제품의 품질 신뢰도를 저하시키고, 사용자의 안전을 심각하게 위협할 수 있다.
따라서 조립이 완성된 모듈 내에서 셀의 전해액이 누액되는지 여부를 제조 단계에서 확인할 필요가 있으며, 차량에 모듈 또는 팩을 조립한 이후 필드에서도 지속적으로 모니터링하여 안전성을 확보할 필요가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 간이한 구조 변경을 통해 이차전지 모듈이 침수되거나 또는 이차전지 모듈 내에서 파우치 셀의 전해액이 누액되었는지 여부를 감지하고, 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 이로써 전지의 품질 및 안전성을 확보함과 동시에 모듈 내부의 공간 활용도 및 에너지 밀도를 극대화할 수 있는 연성 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 이차전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈은 복수 개의 파우치 셀이 두께 방향으로 배열되어 형성되는 파우치 셀 어셈블리, 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리 및 상기 버스바 프레임 어셈블리와 결합되며, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)를 포함하고, 상기 연성 인쇄회로기판은 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리의 사이에 구비되는 몸체부, 상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서 연장되고, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함한다.
센싱부는 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부 및 상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부를 포함할 수 있다.
제1 연장 라인부 및 상기 제2 연장 라인부는 상기 버스바 프레임 어셈블리의 둘레를 따라 벤딩될 수 있다.
제1 연장 라인부와 상기 제2 연장 라인부는 각각의 단부가 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 서로 마주보도록 벤딩될 수 있다.
제1 연장 라인부는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제1 노출부를 포함하고, 상기 제2 연장 라인부는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제2 노출부를 포함할 수 있다.
센싱부는 수분 또는 전해액에 의해 상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱할 수 있다.
버스바 프레임 어셈블리는 상기 파우치 어셈블리의 전극 리드와 전기적으로 결합되는 버스바 및 상기 전극 리드가 삽입되도록 전후면을 관통하는 형태의 슬릿이 형성되는 리드 삽입부와, 상기 리드 삽입부의 일 측에 형성되는 버스바 안착부와, 상기 리드 삽입부의 하부에서 상기 파우치 셀 어셈블리 측으로 연장되는 테라스부가 형성된 고정 플레이트를 포함하고, 상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부는 상기 테라스부의 상면에 놓일 수 있다.
버스바 프레임 어셈블리는 상기 버스바를 커버하며 상기 고정 플레이트에 결합되는 커버 플레이트를 더 포함할 수 있다.
이차전지 모듈은 양 측 단부가 개방되며, 상기 파우치 셀 어셈블리와 상기 버스바 프레임 어셈블리가 내부에 수납되는 모듈 케이스 및 상기 모듈 케이스의 개방된 양 측 단부를 커버하는 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
이차전지 모듈은 연성 인쇄회로기판에서 출력되는 신호를 외부의 배터리 관리 시스템(BMS)으로 전달하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 테라스부는 일 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제1 경사부 및 타 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제2 경사부을 포함하고, 상기 제1 노출부는 상기 제1 경사부의 상면에 놓이고, 상기 제2 노출부는 상기 제2 경사부의 상면에 놓일 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 연성 인쇄회로기판은, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)에 있어서, 몸체부, 상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함한다.
센싱부는 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부 및 상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부를 포함할 수 있다.
제1 연장 라인부는 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 상기 몸체부의 길이 방향과 나란하게 형성되고, 상기 제2 연장 라인부는 상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 상기 몸체부의 길이 방향과 나란하게 형성될 수 있다.
제1 연장 라인부 및 상기 제2 연장 라인부는 벤딩 가능하게 형성될 수 있다.
제1 연장 라인부는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제1 노출부를 포함하고, 상기 제2 연장 라인부는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제2 노출부를 포함할 수 있다.
센싱부는 수분 또는 전해액에 의해 상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 모듈은 복수 개의 파우치 셀이 두께 방향으로 배열되어 형성되는 파우치 셀 어셈블리, 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리 및 상기 버스바 프레임 어셈블리와 결합되며, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)를 포함하고, 상기 연성 인쇄회로기판은 상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리의 사이에 구비되는 몸체부, 상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서 연장되고, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함하며, 이처럼 간이한 구조 변경을 통해 이차전지 모듈이 침수되거나 또는 이차전지 모듈 내에서 파우치 셀의 전해액이 누액되었는지 여부를 감지하고, 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 전지의 품질 및 안전성을 확보함과 동시에 모듈 내부의 공간 활용도 및 에너지 밀도를 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 이차전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 이차전지 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈을 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈의 연성 인쇄회로기판과 고정 플레이트 및 커넥터를 도시한 사시도이다.
도 6a는 도 5의 A영역을 측면에서 바라본 모습을 도시한 측면도이고, 도 6b는 도 5의 A영역을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 고정 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 제1 연장 라인부, 제2 연장 라인부 및 테라스부를 측면에서 바라본 모습을 도시한 측면도이며, 도 8b는 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 제1 연장 라인부, 제2 연장 라인부 및 테라스부를 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판을 도시한 사시도이며, 도 9b는 본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판에서 제1 연장 라인부와 제2 연장 라인부가 벤딩된 모습을 도시한 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈을 분해하여 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈의 연성 인쇄회로기판과 고정 플레이트 및 커넥터를 도시한 사시도이다. 도 6a는 도 5의 A영역을 측면에서 바라본 모습을 도시한 측면도이고, 도 6b는 도 5의 A영역을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈(10)은, 파우치 셀 어셈블리(100), 버스바 프레임 어셈블리(200)(Busbar Frame Assembly, BFA), 연성 인쇄회로기판(300)(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 포함한다. 파우치 셀 어셈블리(100)는 복수 개의 파우치 셀이 두께 방향으로 배열되어 형성되며, 버스바 프레임 어셈블리(200)는 파우치 셀 어셈블리(100)의 일 측과 타 측에서 각각 결합되고, 연성 인쇄회로기판(300)은 버스바 프레임 어셈블리(200)와 결합되며, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층된다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(10)의 연성 인쇄회로기판(300)은 파우치 셀 어셈블리(100)의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리(200)의 사이에 구비되는 몸체부(310)와, 몸체부(310)로부터 연장되되, 몸체부(310)의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서 연장되고, 몸체부(310)의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부(320)를 포함한다.
이처럼, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(10)은 몸체부(310)로부터 연장되는 간이한 구조의 센싱부(320)를 통해 이차전지 모듈(10)이 침수되거나 또는 이차전지 모듈(10) 내에서 파우치 셀의 전해액이 누액되었는지 여부를 감지하고, 지속적으로 모니터링하여 전지의 품질 및 안전성을 확보할 수 있다. 특히, 모듈 내부에 별도의 센서를 부착하는 것이 아니라, 연성 인쇄회로기판(300)에서 센싱부(320)가 연장되도록 하여 전해액 누액 여부를 센싱함으로써, 모듈 내부의 공간 활용도를 높이고, 모듈의 에너지 밀도를 극대화할 수 있다.
이하에서는 이차전지 모듈(10)의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 4 및 도 5를 참조하면, 센싱부(320)는 몸체부(310)의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부(321) 및 몸체부(310)의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부(322)를 포함할 수 있다. 즉, 센싱부(320)는 센싱을 위한 2개의 연장 라인부를 가질 수 있다.
또한, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)는 연성 인쇄회로기판(300)의 몸체부(310)로부터 일체로 연장되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 몸체부(310)와 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)는 시트형의 연성 인쇄회로기판(300)이 절단되어 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)는 연성 인쇄회로기판(300)의 구조와 대응되도록 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 연장 라인부(321) 및 상기 제2 연장 라인부(322)는 벤딩 가능하도록 형성되며, 특히 본 발명에 따른 이차전지 모듈에서는 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)가 버스바 프레임 어셈블리(200)의 둘레를 따라 벤딩될 수 있다. 보다 상세하게는 버스바 프레임 어셈블리(200)의 고정 플레이트(220)의 내측 둘레를 따라 벤딩될 수 있다. 이와 같은 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)의 벤딩 형상에 대해서는 아래에서 버스바 프레임 어셈블리(200)와 함께 상세히 설명하도록 한다. 이처럼 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)가 버스바 프레임 어셈블리(200)를 따라 벤딩됨으로써, 모듈 내에서 차지하는 공간을 최소화하여 에너지 밀도를 극대화할 수 있으며, 전해액이 누액이 잘 일어나는 영역인 파우치 셀의 단부 및 파우치 셀의 단부와 맞닿는 버스바 프레임 어셈블리(200) 둘레에서 벤딩되어 센싱 감도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 모듈(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)가 각각의 단부가 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 서로 마주보도록 벤딩될 수 있다. 상세하게는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 이차전지 모듈(10)이 침수되거나 또는 이차전지 모듈(10) 내에서 전해액의 누액이 발생하는 경우, 전해액 또는 수분(H)(이하 전해액이라 한다)에 의해 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)의 단부가 함께 전해액(H)에 잠기게 될 수 있다. 이때, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)는 전해액(H)에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 센싱부(320)는 이를 감지하여 전해액의 누액이 발생하였는지 여부를 센싱할 수 있다.
따라서, 소정의 간격이란 전해액 누액 여부를 센싱하고자 하는 감도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)의 단부가 가까울수록 소량의 전해액(H)만으로도 제1 연장 라인부(321)의 단부와 제2 연장 라인부(322)의 단부가 함께 잠기게 되어 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)의 단부가 멀수록 서로 전기적으로 연결되기 위해서는 다량의 전해액(H)이 필요하게 된다. 결국 소정의 간격이란, 설계자 또는 제조자가 모듈의 크기, 전지의 부식 또는 화재발생을 유발할 수 있는 전해액 누액량 등을 종합적으로 고려하여, 전해액의 누액이 발생하였는지 여부를 센싱하는 감도를 설정하고 이에 따라 설계되는 간격일 수 있다.
계속해서 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)의 구조를 보다 상세히 설명하면, 제1 연장 라인부(321)는 단부에서 금속층이 노출되는 제1 노출부(321a)를 포함하고, 제2 연장 라인부(322)는 단부에서 금속층이 노출되는 제2 노출부(322a)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)는 연성 인쇄회로기판에서 연장되는 것으로 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층된 구조일 수 있다. 다만, 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)는 금속층이 필름층에 의해 가려지지않고 노출됨으로써 형성될 수 있다.
제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)가 전해액(H)에 함께 잠기는 경우, 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)가 전기적으로 연결되게 된다. 이처럼 본 발명에 따른 센싱부(320)는 전해액(H)에 의해 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 전해액 증기를 센싱하여 누액 여부를 검출하는 가스 센서를 별도로 구비할 필요가 없으며, 기존의 연성 인쇄회로기판(300) 몸체부(310)에서 센싱부(320)만을 연장하고, 센싱부(320)에 제1 노출부(321a) 제2 노출부(322a)를 구비함으로써 전해액 누액 여부를 센싱하여, 전지의 안전성을 확보함과 동시에, 모듈 내부의 공간 활용도를 높이고, 데드 스페이스를 최소화하여 모듈의 에너지 밀도를 극대화할 수 있다.
다음으로 도 3 내지 도 5를 참조하여, 버스바 프레임 어셈블리(200)에 대해 상세히 설명하도록 한다. 버스바 프레임 어셈블리(200)는 버스바(210), 고정 플레이트(220) 및 커버 플레이트(230)를 포함할 수 있다.
먼저, 버스바(210)는 금속으로 형성되는 것으로 파우치 어셈블리의 전극 리드와 전기적으로 결합될 수 있다. 상세하게는, 전극 리드는 후술할 고정 플레이트(220)의 리드 삽입부(221)에 삽입된 후, 절곡된 상태에서 미리 버스바 안착부(222)에 안착된 버스바(210)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 또한, 버스바(210)는 연성 인쇄회로기판(300)과 각각 연결될 수 있으며, 이로써 연성 인쇄회로기판(300)이 전극 리드로부터 전달되는 셀 전압을 읽을 수 있다.
고정 플레이트(220)는 사출물의 일종으로 전극 리드가 삽입되도록 전후면을 관통하는 형태의 슬릿이 형성되는 리드 삽입부(221)와, 리드 삽입부(221)의 일 측에 형성되는 버스바 안착부(222) 및 리드 삽입부(221)의 하부에서 파우치 셀 어셈블리(100) 측으로 연장되는 테라스부(223)가 형성된 고정 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 이때 상술한 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)는 테라스부(223)의 상면에 놓일 수 있다. 파우치 셀에서 전해액이 누액되는 경우, 일반적으로 파우치 어셈블리의 양 측에 위치하는 버스바 프레임 어셈블리(200) 또는 버스바 프레임 어셈블리(200)의 고정 플레이트(220) 주변으로 흐르는 경우가 빈번하다. 따라서, 전해액을 검출하기 위한 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)가 고정 플레이트(220)의 테라스부(223) 상면에 놓이는 경우, 연성을 가지는 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)가 안정적으로 위치한 상태에서, 모듈 내에서 전해액 누액 여부를 보다 효과적으로 검출할 수 있다.
한편, 커버 플레이트(230)는 고정 플레이트(220)의 버스바 안착부(222)에 안착된 버스바(210)를 커버하며 고정 플레이트(220)에 결합될 수 있으며, 이로써 버스바(210)를 외부의 충격이나 손상으로부터 보호할 수 있다.
이 외에도 본 발명에 따른 이차전지 모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 양 측 단부가 개방되며, 상기 파우치 셀 어셈블리(100)와 상기 버스바 프레임 어셈블리(200)가 내부에 수납되는 모듈 케이스(400) 및 상기 모듈 케이스(400)의 개방된 양 측 단부를 커버하는 엔드 플레이트(500)를 더 포함할 수 있다.
모듈 케이스(400)(또는 모노 프레임)는 이차전지 모듈(10)의 형상을 유지하고, 내부에 수납된 파우치 셀 어셈블리(100), 연성 인쇄회로기판(300) 및 버스바 프레임 어셈블리(200)를 보호하는 외함의 역할을 할 수 있다. 모듈 케이스(400)는 양 측 단부가 개방된 형태를 가지며 양 측 단부를 통해 파우치 셀 어셈블리(100)가 삽입될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(10)은 연성 인쇄회로기판(300)에서 출력되는 신호를 외부의 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)으로 전달하는 커넥터(600)를 더 포함할 수 있다. 여기서 연성 인쇄회로기판(300)에서 출력되는 신호란, 버스바(210)로부터 전달되는 셀 전압, 모듈 내부의 온도 또는 상술한 전해액 누액 여부를 센싱한 신호일 수 있다. 특히 본 발명에 따른 이차전지 모듈(10)은 센싱부(320)가 제1 노출부(321a)와 상기 제2 노출부(322a)가 수분 또는 전해액에 의해 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱하고, 커넥터(600)에서 이를 상기 BMS의 MCU(Micro Controller Unit)로 전달하여 전해액 누액 여부를 감지할 수 있다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2는 실시예 1에 따른 고정 플레이트(220)의 테라스부(223)가 제1 경사부(223a) 및 제2 경사부(223b)를 포함하는 점에서 실시예 1과 차이가 있다. 따라서 이차전지 모듈(10)의 나머지 구성에 대해서는 상술한 실시예 1에서의 설명 및 도 3 내지 도 6b에 도시된 바와 동일하게 이해될 수 있으며, 그에 따른 효과 역시 동일하게 기대할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 고정 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 8a는 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 제1 연장 라인부, 제2 연장 라인부 및 테라스부를 측면에서 바라본 모습을 도시한 측면도이며, 도 8b는 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈의 제1 연장 라인부, 제2 연장 라인부 및 테라스부를 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 고정 플레이트(220)의 테라스부(223)는, 일 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제1 경사부(223a) 및 타 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제2 경사부(223b)을 포함한다. 또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 노출부(321a)는 상기 제1 경사부(223a)의 상면에 놓이고, 제2 노출부(322a)는 상기 제2 경사부(223b)의 상면에 놓인다.
여기서, 제1 경사부(223a) 및 제2 경사부(223b)는 평면일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 곡면으로 형성될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 제1 경사부(223a)는 상기 테라스부(223)의 일 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지고, 제2 경사부(223b)는 타 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지게 형성되어, 제1 경사부(223a)와 제2 경사부(223b)가 서로 맞닿은 상태로 이어지되, 테라스부(223)를 측면에서 바라보았을 경우 중앙 부분이 만입된 형태이면 충분하다.
이처럼 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지 모듈(10)은 제1 경사부(223a)와 제2 경사부(223b)를 포함함으로써, 소량의 전해액이 누액되는 경우에도 중앙으로 갈수록 높이가 낮아져 오목하게 형성되는 테라스부(223)의 제1 경사부(223a)와 제2 경사부(223b)에 전해액이 모이게 되고, 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)에서 이를 검출할 수 있어 누액 또는 침수 검출력이 향상될 수 있다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3은 실시예 1 및 2에 따른 이차전지 모듈(10)에 포함되는 연성 인쇄회로기판(300)인 점에서 실시예 1 및 2와 차이가 있다. 따라서, 이하에서 설명되는 연성 인쇄회로기판(300)의 상세한 구성 및 효과에 대해서는 실시예 1 및 실시예 2에서의 설명 및 도 3 내지 도 8b에 도시된 바와 동일하게 이해될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판(300)을 도시한 사시도이며, 도 9b는 본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판(300)에서 제1 연장 라인부와 제2 연장 라인부가 벤딩된 모습을 도시한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판(300)은, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(300)(FPCB)에 있어서, 몸체부(310) 및 몸체부(310)로부터 연장되되, 몸체부(310)의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서, 몸체부(310)의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부(320)를 포함한다.
또한, 센싱부(320)는 몸체부(310)의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부(321) 및 몸체부(310)의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부(322)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 따른 연성 인쇄회로기판(300)은, 제1 연장 라인부(321)가 몸체부(310)의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 몸체부(310)의 길이 방향과 나란하게 형성되고, 제2 연장 라인부(322)는 몸체부(310)의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 몸체부(310)의 길이 방향과 나란하게 형성될 수 있다.
이처럼 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)는 연성 인쇄회로기판(300)의 몸체부(310)로부터 일체로 연장되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 몸체부(310)와 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)는 시트형의 연성 인쇄회로기판(300)이 절단되어 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 제1 연장 라인부(321)가 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 몸체부(310)의 길이 방향과 나란하게 형성되고, 제2 연장 라인부(322)가 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 몸체부(310)의 길이 방향과 나란하게 형성되게 절단하는 경우, 시트형의 연성 인쇄회로기판(300)의 절단 영역을 최소화할 수 있으며, 따라서 제품의 수율을 극대화하여 비용을 절감할 수 있다.
한편, 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)는 벤딩 가능하게 형성될 수 있다. 이처럼 제1 연장 라인부(321) 및 제2 연장 라인부(322)가 벤딩 가능하게 형성됨으로써, 벤딩 시 연성 인쇄회로기판(300)의 센싱부(320)가 차지하는 전체 부피를 최소화할 수 있고, 다양한 형태의 장치 또는 프레임 내에서 차지하는 공간을 최소화한 채 장착될 수 있으며, 특히 실시예 1에서 전술한 바와 같이 모듈 내에 장착되어 전지의 에너지 밀도를 극대화시킬 수 있다.
이 외에도 제1 연장 라인부(321)는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제1 노출부(321a)를 포함하고, 상기 제2 연장 라인부(322)는 단부에서 상기 금속층이 노출되는 제2 노출부(322a)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 연장 라인부(321)와 상기 제2 연장 라인부(322)는 각각의 단부가 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 서로 마주보도록 벤딩될 수 있으며, 보다 상세하게는 제1 연장 라인부(321)와 제2 연장 라인부(322)가 벤딩되되, 제1 노출부(321a) 및 제2 노출부(322a)가 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 서로 마주보도록 벤딩될 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 따른 센싱부(320)는 수분 또는 전해액에 의해 상기 제1 노출부(321a)와 상기 제2 노출부(322a)가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱할 수 있다. 즉, 제1 노출부(321a)와 제2 노출부(322a)가 수분 또는 전해액에 의해 함께 잠기는 경우, 서로 전기적으로 연결되며, 이를 통해 전해액 누액 또는 침수 여부를 센싱할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10: 이차전지 모듈
100: 파우치 셀 어셈블리
200: 버스바 프레임 어셈블리
210: 버스바
220: 고정 플레이트
221: 리드 삽입부
222: 버스바 안착부
223: 테라스부
223a: 제1 경사부
223b: 제2 경사부
230: 커버 플레이트
300: 연성 인쇄회로기판
310: 몸체부
320: 센싱부
321: 제1 연장 라인부
321a: 제1 노출부
322: 제2 연장 라인부
322a: 제2 노출부
400: 모듈 케이스
500: 엔드 플레이트
600: 커넥터
H: 전해액 또는 수분

Claims (17)

  1. 복수 개의 파우치 셀이 두께 방향으로 배열되어 형성되는 파우치 셀 어셈블리;
    상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리; 및
    상기 버스바 프레임 어셈블리와 결합되며, 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)를 포함하고,
    상기 연성 인쇄회로기판은,
    상기 파우치 셀 어셈블리의 일 측과 타 측에서 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리의 사이에 구비되는 몸체부;
    상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서 연장되고, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함하는 이차전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부; 및
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부를 포함하는 이차전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부 및 상기 제2 연장 라인부는,
    상기 버스바 프레임 어셈블리의 둘레를 따라 벤딩되는 이차전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부와 상기 제2 연장 라인부는,
    각각의 단부가 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 서로 마주보도록 벤딩되는 이차전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부는,
    단부에서 상기 금속층이 노출되는 제1 노출부를 포함하고,
    상기 제2 연장 라인부는,
    단부에서 상기 금속층이 노출되는 제2 노출부를 포함하는 이차전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    수분 또는 전해액에 의해 상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱하는 이차전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 프레임 어셈블리는,
    상기 파우치 어셈블리의 전극 리드와 전기적으로 결합되는 버스바; 및
    상기 전극 리드가 삽입되도록 전후면을 관통하는 형태의 슬릿이 형성되는 리드 삽입부와, 상기 리드 삽입부의 일 측에 형성되는 버스바 안착부와, 상기 리드 삽입부의 하부에서 상기 파우치 셀 어셈블리 측으로 연장되는 테라스부가 형성된 고정 플레이트를 포함하고,
    상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부는,
    상기 테라스부의 상면에 놓이는 이차전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버스바 프레임 어셈블리는,
    상기 버스바를 커버하며 상기 고정 플레이트에 결합되는 커버 플레이트를 더 포함하는 이차전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    양 측 단부가 개방되며, 상기 파우치 셀 어셈블리와 상기 버스바 프레임 어셈블리가 내부에 수납되는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 개방된 양 측 단부를 커버하는 엔드 플레이트를 더 포함하는 이차전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연성 인쇄회로기판에서 출력되는 신호를 외부의 배터리 관리 시스템(BMS)으로 전달하는 커넥터를 더 포함하는 이차전지 모듈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 테라스부는,
    일 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제1 경사부; 및
    타 측에서 중앙으로 갈수록 높이가 낮아지는 제2 경사부을 포함하고,
    상기 제1 노출부는 상기 제1 경사부의 상면에 놓이고, 상기 제2 노출부는 상기 제2 경사부의 상면에 놓이는 이차전지 모듈.
  12. 금속층의 적어도 일 면에 필름층이 적층되는 연성 인쇄회로기판(FPCB)에 있어서,
    몸체부; 및
    상기 몸체부로부터 연장되되, 상기 몸체부의 길이 방향 기준 일 측 또는 타 측 중 적어도 하나에서, 상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측과 타 측에 구비되어 수분 또는 전해액의 누액 여부를 센싱하는 센싱부를 포함하는 연성 인쇄회로기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되는 제1 연장 라인부; 및
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되는 제2 연장 라인부를 포함하는 연성 인쇄회로기판.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부는,
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 일 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 상기 몸체부의 길이 방향과 나란하게 형성되고,
    상기 제2 연장 라인부는,
    상기 몸체부의 폭 방향 기준 타 측을 향하여 연장되되, 단부를 포함한 적어도 일부의 영역에서 상기 몸체부의 길이 방향과 나란하게 형성되는 연성 인쇄회로기판.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부 및 상기 제2 연장 라인부는,
    벤딩 가능하게 형성되는 연성 인쇄회로기판.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 연장 라인부는,
    단부에서 상기 금속층이 노출되는 제1 노출부를 포함하고,
    상기 제2 연장 라인부는,
    단부에서 상기 금속층이 노출되는 제2 노출부를 포함하는 연성 인쇄회로기판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    수분 또는 전해액에 의해 상기 제1 노출부와 상기 제2 노출부가 전기적으로 연결되었는지 여부를 센싱하는 연성 인쇄회로기판.
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