KR20240047580A - 용접이 없는 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 전지셀과 버스바 사이를 용접하지 않고 포고핀을 사용하여 전기적으로 연결하는 용접이 없는 전지모듈 또는 전지팩에 관한 것이다. 본원발명은 복수의 원통형 전지셀들, 상기 복수의 원통형 전지셀들을 수용하는 모듈케이스, 상기 모듈케이스의 개방되는 면 중 적어도 하나 이상에 결합되는 커버, 상기 커버에 결합되는 버스바들, 및 상기 복수의 원통형 전지셀들 각각과 상기 버스바들 사이의 전기적인 연결을 위해 개재되는 포고핀을 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.

Description

용접이 없는 전지모듈{Welding-free battery module}
본원발명은 용접이 없는 전지모듈에 관한 것이다. 구체적으로 전지셀과 버스바 사이를 용접하지 않고 전기적으로 연결하는 용접이 없는 전지모듈 또는 전지팩에 관한 것이다.
상기 리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 원통형 또는 각형의 금속 캔에 전극조립체가 내장된 원통형 이차전지 및 각형 이차전지, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장된 파우치형 이차전지로 분류된다. 그 중 원통형 이차전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점이 있다.
대용량 및 고출력의 에너지원으로 복수개의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈 및/또는 전지팩이 널리 활용되고 있다. 전기적 에너지원에서의 안전 문제가 지속적으로 제기되고 있으며, 안전성이 높은 원통형 전지셀의 사용 비중 또한 더 높아지고 있다.
전지모듈/전지팩을 제조하기 위하여, 복수의 원통형 전지셀들을 전기적으로 연결하는 과정이 필요하다. 예를 들어 원통형 전지셀들의 양극단자 및 음극단자를 와이어 본딩으로 연결하거나 버스바에 바로 용접할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지모듈 일 예시에 대한 분해사시도이며, 도 2는 종래기술에 따른 전지모듈의 다른 일 예시에 대한 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A에 따른 수직 단면도에 버스바를 결합한 형태(a)와 그 변형 예(b)이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래기술에 따른 전지모듈(1000, 2000)은 원통형 전지셀(1010, 2010)이 복수개가 배치되고, 이들은 모듈케이스(1100, 2100)의 내부에 수용된다. 도 3의 a)에서 모듈케이스(2100)에 안착된 원통형 전지셀(2010)의 상단 및 하단 전극단자에는 버스바(2020)가 부가되어 용접(2030)을 통해서 전기적으로 연결된다. 도 3이 단면도인바, 버스바(2020)는 직렬 또는 병렬 연결에 따라서 다수의 원통형 전지셀(2020)의 상면 또는 하면에 걸쳐서 배치되거나 1개의 원통형 전지셀(2020)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다.
도 3의 b)는 단면도가 아닌 상면도로서 와이어 본딩의 예시이다. 와이어(2040)가 원통형 전지셀(2010)의 상단 전극단자와 버스바(2020)를 전기적으로 연결한다.
와이어 본딩이나 버스바 용접시 1) 약용접이 일어나면, 물리적 결합력이 약해질 수 있고, 진동 등의 충격에 용접이 쉽게 떨어질 수 있다. 또한 2) 현재의 와이어 본딩이나 버스바 용접은 원통형 전지셀을 전지모듈/전지팩에 모두 조립 배치한 후 작업 이뤄지므로 공간적, 시간적으로 효율을 높이기가 쉽지 않다. 3) 와이어 본딩이나 버스바 용접은 모든 전기적 연결에 대해서 모두 용접을 진행해야 하므로 작업의 양이 많고, 불량이 발생할 확률이 높고, 제조하기 위한 장치가 복잡할 뿐만 아니라 작업량 또한 많다. 그럼에도 불구하고 현재 와이어 본딩이나 버스바 용접이 활용되는 이유는 진동, 충격 등의 환경에서 오랫동안 안정적이면서 강하게 결합할 수 있는 유일한 수단이기 때문이다.
이러한 많은 문제점의 근본적인 원인은 와이어 본딩 및 버스바 용접, 즉 전기적 연결을 용접을 통해서 진행하기 때문이다. 용접을 하지 않고도 전지모듈/전지팩 내의 전지셀들을 전기적으로 오랫동안 안정적이면서 강하게 결합할 수 있는 수단을 제공할 필요가 있다.
특허문헌 1은 연결 확장성 및 냉각 효율을 높이기 위한 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 개시하고 있다. 특허문헌 1의 전지모듈은 전극단자가 상부 및 하부에 각각 형성된 복수의 원통형 전지셀, 상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징, 상기 모듈 하우징 외측면에 탑재되고 상기 원통형 전지셀의 전극단자가 외부로 노출되도록 복수의 용접구가 형성된 집전 플레이트, 상기 전극단자와 상기 집전 플레이트 사이를 전기적으로 연결하도록 상기 전극단자 및 상기 집전 플레이트 각각에 접촉된 버스바; 및 상기 집전 플레이트 외측에 배치되고, 상기 전극단자와 상기 버스바 간의 접촉 연결 부위에 접촉하도록 상기 전극단자가 위치한 방향으로 돌출 연장된 접촉 돌출부를 구비한 열전도패드를 포함하고 있다.
특허문헌 1은 확장성을 고려하고 있지만, 여전히 복수의 용접구를 포함하고 있는바, 종래의 근본적인 문제는 해결하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 전기적으로 연결되어 있는 복수의 원통형 전지셀들을 포함하는 전지팩을 개시하고 있다. 특허문헌 2에서 상기 전지셀들은 전지셀의 외형 형상에 대응하는 내면 형상을 가진 수납부들을 포함하는 모듈케이스에 동일한 전극의 전극 단자들이 동일한 방향으로 향하도록 배열되어 있고, 상기 전극 단자들은 각각 접속 부재를 통해서 접속 플레이트에 전기적으로 연결되며, 상기 접속 부재는 과도한 전류의 흐름을 차단하는 안전 장치를 포함하고, 상기 접속 부재는 탄성 부재를 더 포함하고 있다.
특허문헌 2는 원통형 전지를 사용하는 리모컨 등에서 쉽게 볼 수 있는 굴곡진 형태의 판상형 제1접속부재(131)를 포함하고 있다. 특허문헌 2는 상기 제1접속부재를 통해서 퓨즈를 제공하는 것이 목적인바, 용접에 대한 구성이 나타나 있지 않다. 용접을 사용하지 않는 것으로 가정하더라도, 상기 제1접속부재를 지지하는 접속 플레이트(121, 122)가 금속의 판상형으로서 강도 및 진동에 충분한 고정력을 제공하지 못할 것으로 보인다. 또한 판상형 제1접속부재(131)를 결국 접속 플레이트(121, 122)에 추가의 수단을 사용하여 용접을 하여 고정해야 하는 문제가 있다.
특허문헌 3은 프로브 카드 및 검사 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 3의 프로브 카드(100)는 평면 형상의 평면 전극(22)을 포함하고 평면 전극(22)이 작업물(50)과 마주하도록 배치되는 평면 형상의 2차 배터리(10), 및 작업물(50)과 2차 배터리(10) 사이에 배치되는 전기적 연결 본체(30)를 포함한다. 2차 배터리(10)는 평면 전극(22)의 임의적 위치로부터 배선이 인출될 수 있는 구조를 포함한다. 전기적 연결 본체(30)는 마주 대하는 패드(51)쪽으로 돌출되는 복수의 접촉부(31)를 포함하고, 복수의 패드(51) 및 평면 전극(22)을 그 사이에 개재된 복수의 접촉부(31)로 전기적으로 연결시킨다.
특허문헌 3에서 전기적 연결 본체는 평면 전극과 접촉하도록 구성되는 포고 핀(Pogo pin)을 포함할 수 있다. 특허문헌 3에서 포고 핀은 단순히 전기적 접촉을 하는 포고 핀 자체에 대한 구성을 활용한 것이며, 이들을 전지모듈/전지팩에 활용하는 것은 전혀 기재나 암시되지 않았다.
종래 기술은 현재 전지모듈/전지팩의 근본적인 원인인 와이어 본딩 및 버스바 용접, 즉 전기적 연결을 용접에 대해서는 해결책은 제시하지 못하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2019-0083533호 (2019.07.12) ('특허문헌 1') 대한민국 공개특허공보 제2019-0042990호 (2019.04.25) ('특허문헌 2') 대한민국 공개특허공보 제2019-0029662호 (2019.03.20) ('특허문헌 3')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 1) 약용접에 의한 전기적 결합력이 약해지는 문제가 없고, 2) 전지모듈/전지팩에서 전지셀들의 전기적 연결을 효율적으로 진행하며, 3) 진동, 충격 등의 환경에서 오랫동안 안정적이면서 강하게 전지적으로 연결되어 있는 용접이 없는 전지모듈/전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본원발명은 복수의 원통형 전지셀들, 상기 복수의 원통형 전지셀들을 수용하는 모듈케이스, 상기 모듈케이스의 개방되는 면 중 적어도 하나 이상에 결합되는 커버, 상기 커버에 결합되는 금속판들, 및 상기 복수의 원통형 전지셀들 각각과 상기 금속판들 사이의 전기적인 연결을 위해 개재되는 통전부재를 포함하는 전지모듈을 제공한다.
상기 통전부재는 포고핀(pogo-pin)일 수 있다. 상기 포고핀은 내부가 빈 형태의 원기둥 형태의 몸체, 상기 몸체 내부에 마련된 탄성체, 상기 몸체 내부에 삽입되어 상기 탄성체에 의해서 지지를 받으면서 일정 길이 이상 까지만 상기 몸체의 외부로 돌출되는 핀을 포함할 수 있다. 상기 포고핀은 상기 핀이 상기 몸체의 일측에만 마련된 싱글 사이드 포고핀, 상기 핀이 상기 몸체의 양측에 마련된 더블 사이드 포고핀 중 하나일 수 있다.
상기 몸체의 외면에는 나사산, 후크, 걸림턱, 및 도넛 형태의 돌출부 중 적어도 하나 이상이 마련될 수 있다.
상기 통전부재는 상기 커버를 관통하여 결합될 수 있으며, 상기 커버를 관통하여 결합되는 방법은 하기 1) 내지 5) 중 적어도 하나 이상일수 있다.
1) 억지 끼움, 2) 후크 결합, 3) 나사 결합, 4) 융착, 5) 상기 통전부재와 일체로 사출 성형된 결합부와 상기 커버가 상기 1) 내지 4)의 방식에 의한 결합
상기 커버와 상기 금속판들은 열융착 및 억지 끼움 중 적어도 하나 이상에 의해 결합될 수 있다.
상기 금속판들 및 상기 통전부재는 상기 복수의 원통형 전지셀을 수용한 상태의 모듈케이스와 상기 커버가 결합된 이후에 결합될 수 있다.
상기 모듈케이스는 상부케이스와 하부케이스로 구성되고, 상기 상부케이스와 상기하부 케이스는 탈착 결합이 가능할 수 있다.
상기 전지모듈 내부에는 상전이물질(Phase Change Material, PCM)로 채워져 있을 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 용접이 없는 전지모듈은 별도의 통전부재인 포고핀을 사용하여 원통형 전지셀과 금속판인 버스바를 연결한다. 본원발명에 따른 용접이 없는 전지모듈을 사용함으로써, 1) 약용접에 의한 전기적 결합력이 약해지는 문제가 없고, 2) 전지모듈/전지팩에서 전지셀들의 전기적 연결을 효율적으로 진행하며, 3) 진동, 충격 등의 환경에서 오랫동안 안정적이면서 강하게 전지적으로 연결될 수 있다. 또한 통전부재인 포고핀의 이상 시 쉽게 교체가 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지모듈 일 예시에 대한 분해사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 전지모듈의 다른 일 예시에 대한 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A에 따른 수직 단면도에 버스바를 결합한 형태(a)와 그 변형 예(b)이다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 전지모듈의 단면도이다.
도 5는 본원발명에 따른 포고핀의 다양한 변형예이다.
도 6 및 7은 본원발명에 따른 전지모듈에서 포고핀이 커버에 결합하는 형태에 대한 다양한 변형 예시이다.
도 8은 본원발명에 따른 전지모듈에서 포고핀이 커버에 결합하는 형태에 대한 다른 변형 예시이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 전지모듈의 단면도이고, 도 5는 본원발명에 따른 포고핀의 다양한 변형예이며, 도 6 및 7은 본원발명에 따른 전지모듈에서 포고핀이 커버에 결합하는 형태에 대한 다양한 변형 예시이고 도 8은 본원발명에 따른 전지모듈에서 포고핀이 커버에 결합하는 형태에 대한 다른 변형 예시이다. 본원발명을 도 4 내지 8을 참조하여 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본원발명은 복수의 원통형 전지셀(3010)들, 복수의 원통형 전지셀(3010)들을 수용하는 모듈케이스(3100), 모듈케이스(3100)의 상면 및 하면에 각각에 결합되는 커버(3200), 커버(3200)에 결합되는 금속판들인 버스바(3020), 및 복수의 원통형 전지셀(3010)들 각각과 버스바(3020)들 사이의 전기적인 연결을 위해 개재되는 통전부재인 포고핀(3050)을 포함한다.
상기 상면 및 하면은 모듈케이스가 수직으로 배치되었을 때의 상대적인 위치를 말하는 것으로서, 모듈케이스의 개방된 일측면과 상기 일측면의 반대 방향에 해당하는 타측면을 말한다. 만약 모듈케이스가 일면만 개방된 형태일 경우 커버는 상기 개방된 일면에만 배치될 수 있다. 모듈케이스가 양면이 개방된 형태일 경우 커버는 상기 개방된 양면에 배치될 수 있으나, 전기적 접속이 한면만 필요할 경우 포고핀은 상기 전기적 접속이 필요한 한면의 커버에만 배치될 수 있다.
본원발명에서 한정하는 금속판은 전지모듈 및 전지팩에서 사용하는 금속판 형태의 버스바이다.
복수의 원통형 전지셀들(3010)은 금속 캔으로 구성되는 원통형 전지케이스에 전극조립체가 수용된 형태로서, 도 4 및 8에서는 상기 원통형 전지케이스의 길이방향에 따른 중심축이 모듈케이스(3100) 내에서 평행으로 배치되며, 모듈케이스(3100)의 상면 및 하면에 커버(3200)가 배치된다. 커버(3200)는 별도의 격벽(3210)이 마련되어 버스바(3020) 사이의 전기적 연결을 차단하는 수단으로 사용될 수 있다. 아울러 격벽(3210)은 버스바(3020)가 끼워서 고정되는 수단으로도 활용될 수 있다.
통전부재는 포고핀(pogo-pin)이다. 포고핀(3500)은 내부가 빈 형태의 원기둥 형태의 몸체(3510), 몸체(3510) 내부에 마련된 탄성체(3520), 몸체(3510) 내부에 삽입되어 탄성체(3520)에 의해서 지지를 받으면서 일정 길이 이상 까지만 몸체의 외부로 돌출되는 핀(3530)을 포함한다. 포고핀(3500)은 핀(3530)이 몸체(3410)의 일측에만 마련된 싱글 사이드 포고핀(도 5의 a), b), c), d), 핀(3530)이 몸체(3410)의 양측에 마련된 더블 사이드 포고핀(도 5의 e), f), g), h)) 중 하나일 수 있다.
싱글 사이드 포고핀(3500)의 경우 탄성체인 스프링이 1개 마련되어 있다. 더블 사이드 포고핀일 경우에도 탄성체인 스프링이 1개만 마련될 수 있다. 본원발명에서 예시로 나타낸 포고핀(3500은 모두 1개의 스프링을 가지고 있다.
포고핀(3500)은 탄성체(3520)와 핀(3530) 사이에는 금속의 볼(3540)이 부가되어 포고핀(3500)의 이동을 원활하게 한다. 도 5에 나타낸 포고핀(3500) 중 싱글 사이드 포고핀(도 5의 a), b), c), d)은 볼(3540)이 있거나, 볼이 없이 핀(3530)이 핀지지부(3532)에 의해서 탄성체(3520)에 안착된다. 더블 사이드 포고핀(도 5의 e), f), g), h))은 볼(3540)이 없거나 하나만 있는 경우를 예시로 나타냈으나, 2개의 볼(3540)이 2개의 핀(3530)을 지지할 수 있으며, 도면은 다양한 변형예로서 나타낸 것으로서 도면만으로 한정되지 않는다.
도면에는 미도시 되었지만, 포고핀은 사용하는 전지모듈의 용량에 따라 고전류용 포고핀일 수 있다. 고전류용 포고핀은 전류가 흐르는 몸체, 탄성체, 핀 등의 소재가 고온, 고전류에 적합한 것으로 대체되거나 각각의 두께를 더 두껍게 한 것이다.
포고핀(3500) 몸체(3510)의 외면에는 나사산(도 5의 d), 후크(도 5의 h), 걸림턱(도 5의 c), 및 도넛 형태의 돌출부(도 5의 a, b, c, e) 중 적어도 하나 이상이 마련될 수 있다. 나사산(도 5의 d)이 마련될 경우, 포고핀(3500)은 싱글 사이드 포고핀으로서 몸체(3510)를 기준으로 핀(3530)의 타측에는 나사 체결을 위한 십자, 일자, 육각렌지 등이 삽입될 수 있는 나사 헤드(3518)가 마련될 수 있다. 도 5의 d)에는 일자 드라이버용 홈이 마련되어 있다.
포고핀(3500)은 커버(3200)를 관통하여 결합된다. 커버(3200)를 관통하여 결합되는 방법은 하기 1) 내지 5) 중 적어도 하나 이상일수 있다.
1) 억지 끼움. 이 때 커버(3200)에 관통홀이 마련되고 포고핀(3500)의 크기가 관통홀보다 크게 설정되어 억지 끼움으로 결합된다. 도 6은 결합하는 방법을 다양하게 나타내기 위해서 포고핀 몸체의 좌측과 우측을 달리하여 나타낸 경우가 있다. 도 6의 a)에서 좌측면이 억지 끼움에 해당한다. 관통홀 또는 포고핀 표면에는 마찰을 위한 표면 처리 또는 형태를 변형할 수 있다.
도 6의 e)를 참고하면 관통홀을 단차를 두고 마련한다. 관통홀 중 완전히 관통된 부분을 통해서 포고핀(3500)가 커버(3200)의 외부로 돌출되고, 완전히 관통된 부분의 주변에 마련된 단차에 포고핀의 돌출부(3512)가 걸리게 된다. 완전히 관통된 부분의 주변에 마련된 단차에 의한 홈은 추가의 홈마개를 통해서 억지 끼움, 융착, 접착, 및 점착 등으로 결합할 수 있다.
2) 후크 결합. 이는 포고핀(3500) 및 커버(3200) 중 적어도 하나 이상에 마련된 후크에 의해서 서로 결합하는 것이다. 도 6의 a)의 우측면, 도 6의 b)가 후크 결합에 해당한다. 후크 결합은 통상적으로 일방향으로만 결합이 체결된다. 따라서 포고핀(3500)을 커버(3200)를 관통하는 방향으로 체결하는 것이 바람직하다.
3) 나사 결합. 도 6의 c) 및 도 5의 d)를 참고하면 커버(3200)에 관통홀이 마련되고 관통홀 및 포고핀(3500) 몸체(3510)에 나사산(3514)이 마련되어 결합된다. 나사산(3514)이 마련될 경우, 포고핀(3500)은 싱글 사이드 포고핀으로서 몸체(3510)를 기준으로 핀(3530)의 타측에는 나사 체결을 위한 십자, 일자, 육각렌지 등이 삽입될 수 있는 나사 헤드(3518)가 마련될 수 있다.
도 4를 참고하면 커버(3200)에 포고핀(3500)이 결합한 후 그 상면에 버스바(3050)가 결합한 것이다. 나사 결합도 동일한 방식으로 커버(3200)에 포고핀(3500)이 결합한 후 그 상면에 버스바(3050)가 결합할 수 있다. 도 8을 참고하면, 나사 결합의 경우 커버(3200)에 버스바(3020)를 먼저 결합하거나 안착한 후 포고핀(3500)의 나사 결합을 사용하여 커버(3200)와 버스바(3020)를 통시에 고정시키는 방법도 가능하다. 이 경우 향후 포고핀(3500)에 이상이 생길 경우 포고핀(3500)을 외부에서 쉽게 교체가 가능하다.
나사 결합은 통상적인 나사 결합일 수도 있으며, 나사 결합 회전 후 단부에 턱이 있어 나사 1회전 이하에 의해서도 결합이 형성되는 결합일 수 있다. 도면에는 나타나 있지 않지만, 이러한 예시로는 최근에 사용되는 골프화 스파이크 결합과 같은 형태를 들 수 있다.
4) 융착. 도 6의 d)를 참고하면, 커버(3200)에 관통홀을 마련하고, 관통홀에 포고핀(3500)를 삽입 후 커버(3200)를 융착하여 결합하는 방식이다. 융착 커버를 용해하여 결합하거나, 접착제 또는 점착제를 사용하여 결합하는 것으로 대체될 수 있다.
5) 포고핀(3500)과 일체로 사출 성형된 결합부(3600, 도 7의 좌측)와 커버가 1) 내지 4)의 방식에 의한 결합. 도 7은 결합부(3600)가 포고핀(3500)에 부가된 형태를 나타내고 있다. 이러한 결합부(3500)가 부가된 포고핀(3500)을 상기 1) 내지 4)의 방식에 의해서 결합하는 방식이다.
일체로 사출 성형 될 때 포고핀의 몸체 외면은 도넛 형태의 돌출부(도 7의 좌측 포고핀 중 몸체 좌측), 후크 또는 요철(도 7의 좌측 포고핀 중 몸체 우측)이 마련되어 사출 성형의 강도를 높일 수 있다. 결합부(3600)가 포고핀(3500)과 사출성형에 의해서 강하게 결합하고, 넓이 및 크기가 커진 결합부(3600)에 의해서 커버(3200)와 결합하는바, 커버에 대한 포고핀의 결합력이 더 강하게 될 수 있다.
결합부를 사출성형으로 결합하지 않는 다른 방식은 도 7의 우측 포고핀에 나타나 있다. 결합부(3600)에 관통된 부분과 관통된 부분의 주변에 단차를 마련하는 것이다. 관통된 부분을 통해서 포고핀(3500)이 외부로 돌출되고, 관통된 부분의 주변에 마련된 단차에 포고핀의 돌출된 부분이 걸리게 된다. 단차에 의한 홈은 추가의 결합부마개(3610)를 통해서 억지 끼움, 융착, 접착, 및 점착 등으로 결합할 수 있다.
도 4 및 도 8을 참고하면 커버(3200)와 버스바(3020)들은 열융착 및 억지 끼움 중 적어도 하나 이상에 의해 결합될 수 있다.
버스바들 및 포고핀은 복수의 원통형 전지셀을 수용한 상태의 모듈케이스와 커버가 결합된 이후에 결합될 수 있다. 버스바들 및 포고핀은 복수의 원통형 전지셀을 수용한 상태의 모듈케이스와 커버가 결합된 이전도 가능하며, 이후도 가능하다.
구체적으로 i) 모듈케이스와 커버가 조립된 상태에서 포고핀을 커버에 결합하고, 그 위에 버스바를 결합하는 방법.
ii) 모듈케이스와 커버가 조립된 상태에서 커버 위에 버스바를 결합하거나 위치시키고 포고핀을 사용하여 버스바와 커버를 일체로 결합하는 방법. 이는 도 8에 기재된 방법이다.
iii) 포고핀을 커버에 결합하고, 그 위에 버스바를 결합한 후, 이들이 모두 결합된 커버를 모듈케이스에 결합하는 방법,
iv) 커버 위에 버스바를 결합하거나 위치시키고 포고핀을 사용하여 버스바와 커버를 일체로 결합한 후, 이들이 모두 결합된 커버를 모듈케이스에 결합하는 방법 등이 있을 수 있다.
도면에는 미도시 되었지만, 모듈케이스는 상부케이스와 하부케이스로 구성되고, 상부케이스와 상기하부 케이스는 탈착 결합이 가능할 수 있다.
한편, 전지모듈 내부에는 상전이물질(Phase Change Material, PCM)로 채워져 있을 수 있으며, 상전이물질은 액체 상태에서 주입하고 모듈케이스 내부에서 단열성이 있는 고체로 변화될 수 있다. 상전이물질은 복수의 원통형 전지셀들 사이에 형성되는 공간을 채울 수 있다.
원통형 전지셀들(3010)은 리튬 이차전지로 구성되는데, 상기 리튬 이차전지는 정상적인 충방전 과정에서도 열이 발생하여 온도가 증가하는 특성이 있다. 전지모듈 내부의 온도 증가는 전지모듈의 기능 저하 등의 문제를 야기할 수 있기 때문에, 모듈케이스(3100) 내부에 상전이물질(Phase Change Material, PCM)을 채워서 전지모듈의 온도 증가를 억제할 수 있다.
상전이물질은 고체에서 액체로 상변화가 일어나면서 일정한 양의 열을 흡수하고, 일정한 온도를 유지할 수 있다. 반대로, 액체에서 고체로 상변화가 일어나는 경우에는 상전이물질이 저장한 잠열을 방출하여 일정한 온도를 유지할 수 있다. 상전이물질은 설정된 온도 이상에는 주위의 열을 흡수하여 온도를 낮게 유지하고, 설정된 온도 이하로 하강하면 저장한 열을 방출하여 온도를 올려주기 때문에, 일정한 온도 유지가 가능한 특성이 있다.
본원발명에서 상기 상전이물질은 액체 상태에서 모듈케이스 내부로 주입되는 바, 원통형 전지셀들 사이에 형성되는 공간이 상전이물질로 채워질 수 있다. 액체에 상태인 상전이물질이 모듈케이스 내부에서 고체로 상전이 되면, 단열 기능을 발휘하기 때문에, 어느 하나의 원통형 전지셀에서 발화가 일어나더라도 화염 확산 방지 효과가 있다.
상기 상전이물질이 액체 상태인 경우에는, 모듈케이스 외부로 유출되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 상전이물질의 유출 방지를 위하여, 모듈케이스에 커버를 결합한 후에 주입하는 것이 바람직하다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
1000, 2000, 3000: 전지모듈
1010, 2010, 3010: 원통형 전지셀
2020, 3020: 버스바
2030: 용접스폿
2040: 와이어
1100, 2100, 3100: 모듈케이스
3200: 커버
3210: 격벽
3500: 포고핀
3510: 몸체
3512: 돌출부
3514: 나사산
3516: 후크
3518: 나사 헤드
3520: 탄성체
3530: 핀
3532: 핀지지부
3540: 볼
3600: 결합부
3610: 결합부마개

Claims (11)

  1. 복수의 원통형 전지셀들;
    상기 복수의 원통형 전지셀들을 수용하는 모듈케이스;
    상기 모듈케이스의 개방되는 면 중 적어도 하나 이상에 결합되는 커버;
    상기 커버에 결합되는 금속판들; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀들 각각과 상기 금속판들 사이의 전기적인 연결을 위해 개재되는 통전부재;
    를 포함하는 전지모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통전부재는 포고핀(pogo-pin)인 전지모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포고핀은,
    내부가 빈 형태의 원기둥 형태의 몸체;
    상기 몸체 내부에 마련된 탄성체;
    상기 몸체 내부에 삽입되어 상기 탄성체에 의해서 지지를 받으면서 일정 길이 이상 까지만 상기 몸체의 외부로 돌출되는 핀;
    을 포함하는 전지모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포고핀은,
    상기 핀이 상기 몸체의 일측에만 마련된 싱글 사이드 포고핀, 상기 핀이 상기 몸체의 양측에 마련된 더블 사이드 포고핀 중 하나인 전지모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 몸체의 외면에는 나사산, 후크, 걸림턱, 및 도넛 형태의 돌출부 중 적어도 하나 이상이 마련된 전지모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통전부재는 상기 커버를 관통하여 결합되는 전지모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버를 관통하여 결합되는 방법은 하기 1) 내지 5) 중 적어도 하나 이상인 전지모듈,
    1) 억지 끼움;
    2) 후크 결합;
    3) 나사 결합;
    4) 융착;
    5) 상기 통전부재와 일체로 사출 성형된 결합부와 상기 커버가 상기 1) 내지 4)의 방식에 의한 결합.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커버와 상기 금속판들은 열융착 및 억지 끼움 중 적어도 하나 이상에 의해 결합되는 전지모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속판들 및 상기 통전부재는 상기 복수의 원통형 전지셀을 수용한 상태의 모듈케이스와 상기 커버가 결합된 이후에 결합되는 전지모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모듈케이스는 상부케이스와 하부케이스로 구성되고,
    상기 상부케이스와 상기하부 케이스는 탈착 결합이 가능한 전지모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전지모듈 내부에는 상전이물질(Phase Change Material, PCM)로 채워져 있는 전지모듈.
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