KR20240000436A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 U자형 프레임, 상기 개방된 U자형 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트, 상기 전지셀 적층체의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임, 상기 상부 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체 양단에 각각 형성된 버스바 프레임를 연결하는 신호 연결부, 및 상기 신호 연결부에 이웃하며 상기 버스바 프레임에 힌지 결합된 브릿지를 포함하고, 상기 브릿지에 온도 센서가 부착되어 있다.

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 구체적으로 공간 활용률을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 덮도록 전면과 후면이 개방된 모노 프레임(20), 전지셀 적층체(12)의 상부면을 덮는 커버 플레이트(40), 전지셀 적층체(12)의 전면과 후면을 덮는 버스바 프레임(30) 및 모노 프레임(20)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 서로 대응하는 2개의 버스바 프레임(30)은 커버 플레이트(40)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 커버 플레이트(40)에는 온도 센서(50)가 부착되어 있다.
이러한 전지 모듈을 형성하기 위해, 도 1에 도시한 화살표와 같이 X축 방향을 따라 모노 프레임(20)의 개방된 전면 또는 후면으로 전지셀 적층체(12)가 삽입되도록 수평 조립이 필요하다. 다만, 이러한 수평 조립이 안정적으로 될 수 있도록 전지셀 적층체(12)와 모노 프레임(20) 사이에 충분한 공차(clearance)를 확보해야 한다. 여기서, 공차(clearance)란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다. 또한, 커버 플레이트(40)와 전지셀 적층체(12) 사이에 양단의 버스바 프레임(30)을 전기적으로 연결하는 연성회로기판(15)이 형성되어 있는데, 커버 플레이트(40)는 수평 조립시 연성회로기판(15)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 연성회로기판(15)이 구비된 커버 플레이트(40)로 인해 그 두께만큼 전지 모듈의 높이 또한 증가하며, 전지 모듈의 무게가 증가할 수 있다.
이와 같이 전지 모듈의 크기가 증가할 경우, 전지 모듈을 포함하는 전지팩을 차량 하부에 배치하는 경우에 차량의 주행 성능 및 연비에 영향을 미칠 수 있다.
뿐만 아니라, 모노 프레임(20)의 높이는 전지셀 적층체(12)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차 등을 고려해 크게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 적층체를 감싸는 프레임 부재의 구조를 변형함으로써 공간 활용률을 향상시키고, 이러한 신규 구조의 장점을 극대화하기 위해 보다 컴팩트하고 단순한 구조를 가진 센싱 연결 부재 및 신규 온도 센서 부착 방식을 갖는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 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 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 U자형 프레임, 상기 개방된 U자형 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트, 상기 전지셀 적층체의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임, 상기 상부 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체 양단에 각각 형성된 버스바 프레임를 연결하는 신호 연결부, 및 상기 신호 연결부에 이웃하며 상기 버스바 프레임에 힌지 결합된 브릿지를 포함하고, 상기 브릿지에 온도 센서가 부착되어 있다.
상기 브릿지는 회전축을 가질 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 브릿지와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 압축 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 압축 패드와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 양면 테이프를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 센서는 써미스터 소자일 수 있다.
상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 상기 전지셀 적층체의 면이 상기 U자형 프레임의 바닥부에 장착될 수 있다.
상기 U자형 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 U자형 프레임의 개방된 양측은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향할 수 있다.
상기 U자형 프레임은 바닥부 및 상기 바닥부에 의해 연결되면서, 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 2개의 측면부 사이의 거리는 상기 상부 플레이트의 폭과 동일할 수 있다.
상기 신호 연결부는 연성평판케이블(Flexible Flat Cable; FFC)로 형성되어 상기 상기 전지셀 적층체 양단의 버스바 프레임을 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, U자형 프레임을 구현하여 종래 기술 대비하여 전지셀 적층체와 프레임 사이의 공차를 줄여 공간 활용률을 향상시킬 수 있다.
또한, U자형 프레임 구조의 장점을 극대화하기 위해, 커버 플레이트를 제거하고, 온도 센서 브릿지에 온도 센서를 부착함으로써 조립 간섭을 최소화하며, 온도 센서를 일정한 위치에 고정시킬 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에서 신호 연결부와 브릿지를 버스바 프레임에 결합한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 P부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5를 일측면에서 바라본 측면도이다.
도 7은 도 1의 Q부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 Q부분의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 도면이다.
도 9은 도 7의 절단선 I-I’를 따라 자른 단면도이다.
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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임(210), 전지셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(220), 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(311, 312) 및 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(311, 312) 사이에 위치하는 버스바 프레임(310, 320)을 포함한다.
U자형 프레임(210)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, U자형 프레임(210)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 상면 및 후면을 연속적으로 감싸도록 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다.
상부 플레이트(220)는 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들 중에서, U자형 프레임(210)에 의해 감싸지는 전면, 상면 및 후면을 제외한 나머지 하면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(210)은 바닥부(300a) 및 서로 마주보는 2개의 측면부(300b)를 포함한다. U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 즉, U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)는 서로 대응하는 모서리 부위에 용접 등으로 결합될 수 있다.
전지셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하고, 복수의 전지셀(110)은 도 2에 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3을 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 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 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지셀 적층체(120)는 Y축 방향으로 적층되고, Z축 방향으로 U자형 프레임(300) 내부에 수용되어 전지셀 적층체(120)와 U자형 프레임(300)의 바닥부(210a) 사이에 형성되는 열전도성 수지층(미도시)에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)가 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 장착되기 전에, U자형 프레임(210)의 바닥부(210a)에 열전도성 수지를 도포하고, 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층을 형성할 수 있다.
이후 전지셀 적층체(120)는 U자형 프레임(210)의 바닥부(210a)에 수직한 방향을 따라 이동하면서 U자형 프레임(210)의 바닥부(210a)에 장착될 수 있다. 이때, 열전도성 수지층은 U자형 프레임(210)의 바닥부(210a)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한다. 열전도성 수지층은 전지셀(110)에서 발생하는 열을 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 U자형 프레임(210)의 측면부(210b)와 상부 플레이트(220)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 상부 플레이트(220)의 X축 방향에 따른 모서리 부분과 U자형 프레임(210)의 측면부(210b)의 X축 방향에 따른 모서리 부분이 직접 만나서 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀 적층체(120)의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임(310, 320)을 연결하는 신호 연결부(400) 및 신호 연결부(400)에 이웃하여 위치하는 브릿지(500)를 포함한다. 브릿지(500)는 버스바 프레임(320)에 힌지 결합되어 있고, 온도 센서(450)가 부착되어 있다. 신호 연결부(400)는 연성 평판 케이블(Flexible Flat Cable; FFC)로 형성될 수 있다.
종래에는 버스바 프레임 사이에 연성회로기판(FPC: Flexible printed circuit)이 구비되어, 두 버스바 프레임이 상기 연성회로기판을 통해 연결되며, 연성회로기판의 상단에는 연성회로기판의 손상을 방지하도록 커버 플레이트가 추가 설치되었다. 상기 커버 플레이트는 본 실시예에 따른 상부 플레이트(220)와 대응하는 플레이트와 별개도 추가되는 구성품이었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연성회로기판을 보호 및 지지하던 커버 플레이트를 제거하고, 연성회로기판 대신 커버 플레이트 등의 보호 부재를 필요로 하지 않는 연성 평판 케이블(Flexible Flat Cable; FFC)로 두 버스바 프레임(310, 320)을 연결한다. U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)의 결합에 의해 전지셀 적층체(120)를 덮는 방법 및 구조를 갖기 때문에 기존의 커버 플레이트 없이 연성 평판 케이블을 사용하더라도 조립 과정에서의 연성 평판 케이블의 손상을 방지할 수 있다.
이렇게 FFC를 통한 두 버스바 프레임의 연결을 통해, 전지 모듈(100) 높이가 축소되어 전지 모듈 자체의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 FFC로 형성된 신호 연결부(400)는 상부 플레이트(220)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한다. 보다 상세하게는, 전지셀 적층체(120)의 상측면에는 절연 부재(미도시)가 형성되고, 신호 연결부(400)는 절연 부재(미도시)와 상부 플레이트(220) 사이에 위치할 수 있다.
신호 연결부(400)는 연질의 케이블로 형성되어 휘어질 수 있으며, 버스바 프레임 간의 전기적 연결을 위한 회로는 케이블 내부에 삽입되어 있으므로, 외부의 충격에 대처하기 용이하다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에서 연결 신호부와 브릿지를 버스바 프레임에 결합한 모습을 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 P부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5를 일측면에서 바라본 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 온도 센서(450)는 브릿지(500)에 부착되어 있다. 브릿지(495)는 회전축(495)을 갖고 회전함에 따라 온도 센서(450)도 회전할 수 있다. 본 실시예에 따른 온도 센서(450)는 써미스터 소자로 형성될 수 있다. 써미스터 소자는 온도에 따라 저항값이 달라지는 현상을 이용한 반도체 소자로서, 구리, 망간, 니켈, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물을 혼합 및 소결하는 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 써미스터는, 크기가 작고, 빠른 온도 변화나 세밀한 온도 변화에도 측정이 가능하다는 장점이 있다.
이와 같이 온도 센서(450)에 의해 측정된 온도 정보는, 전지 모듈 외부의 다른 장치로 전달될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(450)에 의해 온도가 측정되면, 측정된 온도 정보는 전지 모듈 외부의 전지 관리 시스템(Battery Management System; BMS)로 전달되어, 전지 모듈을 제어하는데 이용될 수 있다. 이를 위해, 전지 모듈은, 온도 센서(450)에 일단이 연결된 온도 측정용 케이블(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 케이블의 타단에는 커넥터가 구비될 수 있으며, 이러한 커넥터는 BMS와 같은 외부 장치에 접속될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 온도 센서(450)는 플렉서블 인쇄회로기판(490) 상에 위치할 수 있다. 플렉서블 인쇄회로기판(490) 상에 압축 패드(480)가 형성될 수 있다. 압축 패드(480)는 폴리우레탄폼으로 형성될 수 있다. 압축 패드(480)가 추가될 경우 브릿지(500)의 내구성이 향상될 수 있다. 압축 패드(480)는 제1 접착층(470a)에 의해 브릿지(500)와 결합되고, 제2 접착층(470b)에 의해 플렉서블 인쇄회로기판(490)와 결합될 수 있다. 제1 접착층(470a)과 제2 접착층(470b)을 포함하는 접착층(470)은 양면 테이프일 수 있다. 플렉서블 인쇄회로기판(490)은 일부가 온도 센서(450)와 연결되어 감지된 온도 정보를 전지 모듈 외부의 BMS로 전달할 수 있다. 본 실시예에 따른 온도 센서(450)는 브릿지(500)의 회전에 따라 전지셀(110)에 인접 위치하게 됨으로써, 전지셀(110)에서 발생하는 열에 따른 온도를 감지할 수 있다.
도 7은 도 1의 Q부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 8은 도 1의 Q부분의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 도면이다. 도 9은 도 7의 절단선 I-I’를 따라 자른 단면도이다. 도 7 내지 도 9는 비교예에 따른 온도 센서를 설명하기 위한 것이다.
도 7 내지 도 9를 참고하면, 도 1의 커버 플레이트(40)의 일부가 절개되어 탄성 부재(21)가 형성되어 있다. 탄성 부재(21) 하단에 플렉서블 인쇄회로기판(25)이 위치한다. 플렉서블 인쇄회로기판(25)의 일단부는 탄성 부재(21)가 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있고, 탄성 부재(21)의 대부분은 플렉서블 인쇄회로기판(25)과 중첩할 수 있다. 탄성 부재(21)와 플렉서블 인쇄회로기판(25)의 일단부 사이에는 압축 패드(23)가 위치한다. 압축 패드(23)의 상부면과 하부면에는 각각 접착층(24)이 형성되고, 구체적으로 압축 패드(23)와 탄성 부재(21) 사이에 제1 접착층(24a)이 위치하고, 압축 패드(23)와 플렉서블 인쇄회로기판(25) 사이에 제2 접착층(24b)이 위치할 수 있다. 제1 접착층(24a) 및 제2 접착층(24b)은 양면 테이프이다. 이러한 양면 테이프를 사용하여 플렉서블 인쇄회로기판(25)을 탄성 부재(21)에 결합시킬 수 있다.
본 비교예에서 온도 센서(26)는 압축 패드(23)와 전지셀(11) 사이에 장착되어 있다. 탄성 부재(21)를 가압하면 온도 센서(26)가 전지셀(11)이 온도를 감지하게 된다. 이에 반해, 본 실시예에 따른 도 6의 온도 센서(450)는 커버 플레이트가 아닌 브릿지(500)에 부착되어 회전축(495)을 통해 조립하게 되므로, U자형 프레임 구조의 전지 모듈의 조립 과정에서 조립 간섭을 최소화하고 커버 플레이트가 없이도 전지셀의 온도를 감지하기 위한 위치에 조립될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 비교예의 커버 플레이트를 제거하여 무게와 공간 축소 및 비용 감소 면에서 장점이 있다. 뿐만 아니라, 비교예에서는 커버 플레이트의 하부에 온도 센서(26)가 고정된 상태로 조립되어 있기 때문에 온도 센서(26)가 정위치에 있는지 확인하기 어려우나, 본 실시예에 따른 온도 센서(450)는 브릿지(500)에 부착되어 있으므로 온도 센서(450)가 정위치에 있는지 버스바 프레임(320)에 조립하기 전에 확인 및 조정이 가능하다. 추가로, 비교예에 따른 모노 프레임(20)을 전지셀 적층체(12)에 삽입하는 공정에서 커버 플레이트 걸림에 의한 생산 불량을 줄일 수 있습니다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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
200: 상부 플레이트
210: U자형 프레임
400: 연결 신호부
450: 온도 센서
500: 브릿지

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 U자형 프레임,
    상기 개방된 U자형 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트,
    상기 전지셀 적층체의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임,
    상기 상부 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체 양단에 각각 형성된 버스바 프레임를 연결하는 신호 연결부, 및
    상기 신호 연결부에 이웃하며 상기 버스바 프레임에 힌지 결합된 브릿지를 포함하고,
    상기 브릿지에 온도 센서가 부착되어 있는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 브릿지는 회전축을 갖는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 브릿지와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 압축 패드를 더 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 압축 패드와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 양면 테이프를 더 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 온도 센서는 써미스터 소자인 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 상기 전지셀 적층체의 면이 상기 U자형 프레임의 바닥부에 장착되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 U자형 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 U자형 프레임의 개방된 양측은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 U자형 프레임은 바닥부 및 상기 바닥부에 의해 연결되면서, 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 2개의 측면부 사이의 거리는 상기 상부 플레이트의 폭과 동일한 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 신호 연결부는 연성평판케이블(Flexible Flat Cable; FFC)로 형성되어 상기 상기 전지셀 적층체 양단의 버스바 프레임을 연결하는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200144423A (ko) * 2019-06-18 2020-12-29 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102471092B1 (ko) * 2019-07-18 2022-11-24 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩
KR20220114913A (ko) 2021-02-09 2022-08-17 주식회사 엘지에너지솔루션 커넥터의 효율적인 레이아웃을 위한 버스바 프레임을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩.
KR20220122402A (ko) * 2021-02-26 2022-09-02 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20240003775A (ko) 2022-07-01 2024-01-10 현대모비스 주식회사 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템
FR3139668A1 (fr) 2022-09-14 2024-03-15 Renault S.A.S. Module de batterie d’accumulateurs et véhicule automobile équipé d’un tel module

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4694278B2 (ja) * 2005-04-28 2011-06-08 本田技研工業株式会社 バッテリユニット構造
JP4808648B2 (ja) * 2007-02-26 2011-11-02 富士通テレコムネットワークス株式会社 バッテリーの温度検出スイッチの取付構造
JP6163369B2 (ja) * 2013-07-03 2017-07-12 矢崎総業株式会社 バスバモジュール及び電源装置
JP6390441B2 (ja) * 2015-01-21 2018-09-19 株式会社オートネットワーク技術研究所 接続モジュール
KR102102927B1 (ko) * 2016-10-06 2020-04-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2018124494A2 (ko) * 2016-12-27 2018-07-05 주식회사 유라코퍼레이션 버스바 어셈블리 및 프레임 조립체
KR102032999B1 (ko) * 2017-02-28 2019-10-17 주식회사 유라코퍼레이션 프레임 조립체 및 이를 제조하기 위한 방법
KR102087699B1 (ko) * 2017-11-27 2020-04-28 주식회사 유라코퍼레이션 연성회로기판 및 이를 이용하는 배터리팩
KR101928072B1 (ko) * 2016-12-30 2018-12-11 주식회사 유라코퍼레이션 배터리셀 모듈의 힌지 구조
JP2018195524A (ja) * 2017-05-22 2018-12-06 矢崎総業株式会社 導電モジュール
KR102169632B1 (ko) * 2017-07-28 2020-10-23 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치
US10601003B2 (en) * 2017-10-30 2020-03-24 Lg Chem, Ltd. Battery module and method of assembling the battery module
KR102327049B1 (ko) * 2017-11-06 2021-11-15 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈
KR20200144423A (ko) * 2019-06-18 2020-12-29 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

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