WO2010128792A2 - 전압 센싱부재 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

전압 센싱부재 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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윤종문
양재훈
신용식
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Definitions

  • the present invention relates to a voltage sensing member and a battery module including the same, and more particularly, to a battery module having a structure in which plate-shaped battery cells each having an electrode terminal formed on one or both sides thereof are stacked in an electrically connected state.
  • the electrode terminal of the battery cell is formed of a plate-shaped conductive member, the battery cells in the electrically connected portion, the electrode terminals of the battery cells form a bent connection portion of the folded form in close contact with each other, the bent type
  • the present invention relates to a battery module in which a voltage sensing member is mounted in a form of surrounding a connection part.
  • Secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used for medium and large devices such as automobiles due to the need for high output and large capacity.
  • the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight
  • the rectangular battery, the pouch-type battery, etc. which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module.
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to the advantages of low weight and low manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a typical representative pouch-type battery.
  • the pouch-type battery 10 of FIG. 1 has a structure in which two electrode leads 11 and 12 protrude from each other to protrude from an upper end and a lower end of the battery main body 13.
  • the exterior member 14 is composed of two upper and lower units, and both side surfaces 14a and upper and lower ends 14b, which are mutually contacting portions, with an electrode assembly (not shown) mounted on an accommodating portion formed on an inner surface thereof.
  • the battery 10 is made by attaching 14c).
  • the exterior member 14 has a laminate structure of a resin layer / metal foil layer / resin layer, and can be attached by mutually fusion bonding the resin layer by applying heat and pressure to both side surfaces 14a and the upper and lower ends 14b and 14c which are in contact with each other.
  • the adhesive may be attached using an adhesive. Since both side surfaces 14a are in direct contact with the same resin layer of the upper and lower exterior members 14, uniform sealing is possible by melting.
  • the electrode leads 11 and 12 protrude from the upper end 14b and the lower end 14c, the sealing property is improved in consideration of the thickness of the electrode leads 11 and 12 and the heterogeneity with the material of the exterior member 14. Heat-sealing is carried out in the state which interposed the film-like sealing member 16 between the electrode leads 11 and 12 so that it may be made.
  • a battery module is a structure in which a plurality of battery cells are combined, when some battery cells are overvoltage, overcurrent, and overheating, safety and operation efficiency of the battery module are greatly detrimental, and thus a means for detecting them is necessary. Therefore, by connecting a voltage sensor, a temperature sensor and the like to the battery cells to check and control the operating state in real time or at regular intervals, the installation or connection of such a detection means makes the assembly process of the battery module very complicated and for this purpose. There is also a risk of short circuits due to the large number of wires.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-116440 is an assembled battery in which a plurality of unit cells are stacked, and a plurality of voltage detecting terminals for detecting the voltage of the unit cells are arranged in the stacking direction of the unit cells.
  • a plurality of voltage detecting terminals are provided with a voltage detecting line lead-out means for collectively connecting respective voltage detecting terminals and connecting them to an external device.
  • the voltage detecting terminal of the application has a structure in which the electrode tab of each unit cell is electrically connected by ultrasonic welding, which may cause deformation of the electrode tab.
  • space is required for the joining, welding, soldering, etc. of the members for electrical connection, thereby increasing the size of the entire system. This increase in size is not desirable in view of the foregoing, and there is a high need for a battery module having a more compact and excellent structural stability.
  • an increase in contact resistance at the electrical connection portion may cause unstable output and short circuit, and may be caused by moisture accumulation caused by prolonged use. It may cause a problem of poor sensing.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of improving the operation and measurement reliability by contacting a sensing member capable of measuring voltage with a plurality of surfaces at a connection portion bent at an electrode terminal of a battery cell.
  • Another object of the present invention is to provide a battery module that can prevent the water pooling phenomenon by configuring the sensing structure on the top of the battery module.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object is a battery module having a structure in which two or more battery cells each having an electrode terminal formed on one side or both sides are stacked in an electrically connected state,
  • the electrode terminal is made of a plate-shaped conductive member;
  • the electrode terminals of the battery cells form a bent connection portion folded in a state in which the battery cells are electrically connected to each other; It consists of a structure in which the voltage sensing member is mounted in a form surrounding the bent connection portion.
  • the battery module uses a spring to measure the voltage and makes a point contact with the electrode terminal of the battery cell or a welding method, but such a structure is inferior in measurement reliability due to a change in contact resistance or The manufacturing process of the battery module has a problem that becomes complicated.
  • the battery module of the present invention forms an electrode terminal of the battery cell as a bent connection part, and mounts the battery terminal in a form of wrapping it with a voltage sensing member, thereby providing excellent measurement reliability due to a stable connection structure and a simple manufacturing process. Excellent durability can be exhibited.
  • the battery module of the present invention can effectively measure the voltage from the battery cell by the electrode terminal connection portion and the voltage sensing member of a particular type.
  • the battery cell may be preferably a plate-shaped battery cell, an example of such a plate-shaped battery cell, the electrode assembly is built in the battery case of the laminate sheet comprising a resin layer and a metal layer and the electrode terminal protrudes on one end or both ends And a secondary battery having a structure, and specifically, a battery cell having a structure in which a positive electrode lead made of aluminum and a negative electrode lead made of copper protrude from one or both ends thereof.
  • the electrode assembly has a structure in which a positive electrode lead and a negative electrode lead are laminated with a separator interposed therebetween, for example, in a jelly-roll method, a stack type method, or a combination thereof to enable charge and discharge.
  • the secondary battery of this structure may be more preferably a lithium secondary battery.
  • the electrical connection site of the battery cells may be a parallel connection site or a series connection site, preferably, a series connection site.
  • the electrode terminals may be connected in various forms.
  • the electrode terminals are connected by welding.
  • the bent connection part may be folded or folded and welded in a folded state. .
  • the bent connection portion may be bent in a structure in which the electrode terminal of the material that is relatively softer than the inner electrode terminal to form the outer electrode terminal.
  • ductility refers to the elongated property of the metal material. That is, by folding the outer electrode terminal having a greater property of stretching than the inner electrode terminal in a form of wrapping the inner electrode terminal, not only protects the inner electrode terminal, but also forms a four-layer electrode terminal thickness as a whole. It is possible to effectively prevent breakage of the electrode terminal.
  • the outer electrode terminal may be relatively ductile copper
  • the inner electrode terminal may be aluminum having a lower ductility than the copper.
  • the battery cells may be mounted to form a battery module, the bent connection portions of the battery cells are formed at right angles to the ground so that the voltage sensing member is mounted to measure the efficient voltage.
  • the voltage sensing member is mounted from the upper portions of the bent connection parts, so that it is not only easy to connect to an external circuit, but also to prevent moisture from accumulating because moisture condensed on the corresponding part is directed toward the ground by gravity when used for a long time.
  • the problem of poor sensing can be effectively solved.
  • One preferred voltage sensing member capable of exhibiting the above effects includes: a body part having a structure surrounding at least a portion of both sides and an upper surface of the bent connection portion; An elastic connecting portion positioned between the side of the bent connection portion and the main body portion; And a linear connection part extending from an upper portion of the main body part.
  • the elastic contact portion is particularly preferably a structure that is repeatedly bent to form two or more contact points, respectively, on the side of the bent connection portion and the main body portion, and may be made of, for example, a leaf spring that is repeatedly bent. That is, by measuring the voltage of the battery cell through the two or more contact points, it is possible to greatly improve the contact reliability of the voltage sensing member.
  • two elastic connecting parts may be included to be connected to both side surfaces of the bent connection part. Therefore, as well as forming a plurality of contact points, the voltage sensing member including two elastic connecting portions is mounted while elastically pressing both sides of the bent connecting portion, so that electrical connection can be easily made without performing conventional welding or the like. Can be achieved.
  • the voltage sensing member may further include an insulating cap mounted to an outer surface of the body portion. Such an insulating cap protects the voltage sensing member mounted on the bent connection part from the outside to prevent the short circuit and deformation of the bent connection part from being caused.
  • the insulating cap may be connected to the bent connection in a structure in which the connecting wire is located above the insulating cap.
  • the insulating cap has a structure corresponding to the outer shape of the main body, and may be additionally mounted on the outer surface of the main body in a state in which the main body is mounted in the bent connection portion.
  • the insulating cap helps to stably maintain the mounting state of the voltage sensing member to the bent connection.
  • the linear connection is not particularly limited as long as it extends from an upper portion of the main body and can be electrically connected.
  • the linear connection may be a wire connection.
  • the battery cells may constitute the battery module in various forms, for example, the battery cells form a unit module wrapped by a cell cover in a combination of two or more, and Two or more unit modules may be stacked to form a battery module.
  • the present invention provides a battery pack manufactured by combining the battery module according to a desired output and capacity.
  • the battery pack according to the present invention has a limited mounting space and is subject to continuous external force such as vibration and shock, thereby increasing the risk of short circuit during operation. It can be preferably used as a power source of electric vehicles, electric motorcycles, electric bicycles and the like.
  • the concept of the automobile naturally includes not only small and medium-sized vehicles but also large vehicles such as buses and trucks.
  • a sensing member capable of measuring a voltage is contacted to a plurality of surfaces by contacting a bent portion of an electrode terminal of a battery cell to improve operation and measurement reliability.
  • FIG. 1 is a perspective view of a typical representative pouch type battery
  • FIG. 2 is a partial perspective view of battery cells in which a voltage sensing member is mounted according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of electrode terminals to which the voltage sensing member of FIG. 2 is mounted;
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a side view of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a partial perspective view of an insulating top cap mounted to the voltage sensing member of FIG. 2;
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view schematically illustrating battery cells in which a voltage sensing member according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • the battery cell 100 has a positive electrode terminal 111 and a negative electrode terminal 112 positioned at both ends, and has a structure in which an electrode assembly is built in the pouch-type battery case 130.
  • the two battery cells 100 and 101 for constituting the unit module are welded to one side of the negative electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 111 and coupled in series, and then the electrode terminals of the battery cells 100 and 101.
  • the bend-type connection part 110 of a folded form is formed in the state in which the fields 111 and 112 are in close contact with each other.
  • the voltage sensing member 200 is mounted in such a manner as to surround the bent connection part 110, and the insulating cap 300 is mounted on the outer surface of the voltage sensing member 200.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing electrode terminals on which the voltage sensing member of FIG. 2 is mounted
  • FIG. 4 is a partial enlarged view of FIG. 3
  • FIG. 5 is a side view of FIG. 3. It is schematically illustrated.
  • the voltage sensing member 200 is disposed between the main body 210 and the side of the bent connection 110 and the main body 210 that surrounds the top surface of the bent connection 110. It is comprised in the structure containing the elastic connection part 220 located and the wire connection part 230 extended from the upper part of the main body part 210.
  • FIG. 1 the structure containing the elastic connection part 220 located and the wire connection part 230 extended from the upper part of the main body part 210.
  • the outer electrode terminal 112 of the bent connection portion 110 is made of copper
  • the inner electrode terminal 111 is made of aluminum. That is, by folding the aluminum in which the ductile copper, which is relatively softer than the inner electrode terminal 111, is folded, aluminum not only protects the inner electrode terminal 111, but also forms four layers of electrode terminals as a whole. Can effectively prevent damage.
  • the elastic connecting portion 220 is formed of a leaf spring having a structure that is repeatedly curved to form a plurality of contact points, respectively, on both side surfaces of the bent connection portion 110 and the main body portion 210.
  • the contact between the bent connection part 110 and the elastic connection part 220 is made elastic, the voltage measurement of the battery cell can be efficiently performed, and the contact reliability can be greatly improved.
  • FIG. 6 is a partial perspective view schematically illustrating an insulating top cap mounted on the voltage sensing member of FIG. 2.
  • the voltage sensing member 200 has a structure in which an insulating cap 300 is additionally mounted on an outer surface of the main body 210.
  • the insulating cap 300 has a structure corresponding to the outer surface shape of the main body 210, and is additionally mounted on the outer surface of the main body 210 in a state in which the main body 210 is mounted on the bent connection part 110. It consists of a form.
  • connection wire 310 extending above the insulating cap 300 may be connected through the wire connection part 230 of the voltage sensing member 200.
  • the insulating cap 300 serves to protect the corresponding portion from the outside while helping to stably maintain the mounting state of the voltage sensing member 200 with respect to the bent connection part 110.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • two battery cells are embedded in a cell cover 400 to form a wrapped unit module, and four unit modules are stacked to form a battery module 500.
  • the cell cover 400 embeds the battery cells and complements its mechanical rigidity, and serves to facilitate mounting on a module case (not shown).
  • the voltage sensing member 200 is mounted from the tops of the bent connection parts 110 stacked in a form perpendicular to the ground, moisture generated during prolonged use and condensed on the corresponding portion in the ground direction is caused by gravity. Therefore, the moisture is not accumulated, thereby effectively solving the problem of poor sensing.

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Abstract

본 발명은 전극단자가 일측 또는 양측에 각각 형성되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 적층되어 있는 구조의 전지모듈로서, 상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 전지셀들이 전기적으로 연결된 부위에서, 전지셀들의 전극단자들은 상호 밀착된 상태에서 접혀있는 형태의 절곡형 접속부를 형성하고 있으며, 상기 절곡형 접속부를 감싸는 형태로 전압 센싱부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

전압 센싱부재 및 이를 포함하는 전지모듈
본 발명은 전압 센싱부재 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극단자가 일측 또는 양측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 적층되어 있는 구조의 전지모듈로서, 상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 전지셀들이 전기적으로 연결된 부위에서, 전지셀들의 전극단자들은 상호 밀착된 상태에서 접혀있는 형태의 절곡형 접속부를 형성하고 있으며, 상기 절곡형 접속부를 감싸는 형태로 전압 센싱부재가 장착되어 있는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지(10)는 두 개의 전극리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)를 부착시킴으로써 전지(10)가 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/ 금속박층/ 수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14a)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14b)와 하단부(14c)에는 전극리드(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극리드(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
이러한 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서, 온도센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 또는 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다.
구체적으로, 일부 선행기술들은 스프링을 이용하여 전지셀의 전극리드와 전압센서를 점접촉시켜 전압을 센싱하거나, 볼팅 및 리벳팅을 이용하여 접촉하고, 또는 용접을 이용한 체결구조의 전지모듈을 제시하고 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2005-116440호에는 복수의 단전지가 적층되어지는 조립전지로서, 해당 단전지의 적층 방향에 상기 단전지의 전압을 검출하기 위한 복수의 전압 검출용 단자가 배열되고, 해당 복수의 전압 검출용 단자에는, 각각의 전압 검출용 단자를 일괄하고 외부 장치에 접속하는 전압 검출 선 인출 수단이 장착되고 있는 것을 특징으로 하는 조립전지가 개시되어 있다.
그러나, 상기 출원의 전압 검출용 단자는 각각의 단전지의 전극탭과 초음파 용접에 의해 전기적으로 접속되는 구조이므로, 상기 전극탭의 변형을 초래할 수 있다. 또한, 전기적 접속을 위한 상기 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 앞서 설명한 바와 같은 측면에서 바람직하지 않으며, 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
더욱이, 차량 등과 같이 진동, 충격 등의 지속적인 외력이 가해지는 디바이스의 경우, 전기적 접속부위에서의 접촉저항 증가 등은 불안전한 출력, 단락 유발을 초래할 수 있으며, 장시간 사용함으로써 발생할 수 있는 수분 고임 등에 의한 센싱 불량의 문제점을 초래할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전지셀의 전극단자를 절곡한 접속부에 전압을 측정할 수 있는 센싱부재가 다수의 면으로 접촉되어 작동 및 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 센싱 구조를 전지모듈의 상단에 구성함으로써 수분 고임 현상을 방지할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 전극단자가 일측 또는 양측에 각각 형성되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 적층되어 있는 구조의 전지모듈로서, 상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고; 전지셀들이 전기적으로 연결된 부위에서, 전지셀들의 전극단자들은 상호 밀착된 상태에서 접혀있는 형태의 절곡형 접속부를 형성하고 있으며; 상기 절곡형 접속부를 감싸는 형태로 전압 센싱부재가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
일반적으로, 전지모듈은 전압을 측정하기 위해 스프링을 이용하여 전지셀의 전극단자와 점접촉을 시키거나 용접 등의 체결방식으로 구성하고 있으나, 이러한 구조는 접촉 저항의 변화로 인해 측정 신뢰성이 떨어지거나 전지모듈의 제조 공정이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다.
이에 반해, 본 발명의 전지모듈은 전지셀의 전극단자들을 절곡형 접속부로 형성하고, 이를 전압 센싱부재로 감싸는 형태로 장착함으로써, 안정적인 접속 구조에 의해 측정 신뢰성이 우수하고, 제조 공정이 간소하며, 우수한 내구성을 발휘할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 전지모듈은 특정한 형태의 전극단자 접속부와 전압 센싱부재에 의해, 전지셀로부터 전압을 효과적으로 측정할 수 있다.
상기 전지셀은 바람직하게는 판상형 전지셀일 수 있으며, 이러한 판상형 전지셀의 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 일측 단부 또는 양측 단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 일측 단부 또는 양측 단부에 알루미늄으로 이루어진 양극리드와 구리로 이루어진 음극리드가 돌출되어 있는 구조의 전지셀을 들 수 있다.
상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록, 예를 들어, 양극리드와 음극리드가 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식, 또는 이들의 복합 방식으로 이루어져 있다. 이러한 구조의 이차전지는 더욱 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.
전지셀들의 상기 전기적 연결 부위는 병렬 연결 부위일 수도 있고 직렬 연결 부위일 수도 있으며, 바람직하게는, 직렬 연결 부위일 수 있다.
상기 절곡형 접속부에서 전극단자들은 다양한 형태로 접속될 수 있는 바, 바람직하게는 용접에 의하여 접속되어 있으며, 이 경우 절곡형 접속부는 용접 후 접은 형태이거나, 접은 상태에서 용접하는 형태로 형성될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 절곡형 접속부에서 내측 전극단자보다 상대적으로 연성이 큰 소재의 전극단자가 외측 전극단자를 형성하는 구조로 절곡될 수 있다. 여기서, 연성은 금속 소재의 늘어나는 성질을 의미한다. 즉, 내측 전극단자보다 상대적으로 늘어나는 성질이 큰 외측 전극단자가 내측 전극단자를 감싸는 형태로 접음으로써, 내측 전극단자를 보호할 뿐만 아니라, 전체적으로 4겹의 전극단자 두께를 형성하게 되어, 이를 통해 상기 전극단자의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 외측 전극단자는 상대적으로 연성이 큰 구리일 수 있고, 내측 전극단자는 상기 구리보다 연성이 작은 알루미늄일 수 있다.
한편, 상기 전지셀들은 상기 전압 센싱부재가 장착되어 효율적인 전압을 측정할 수 있도록, 바람직하게는 전지셀의 절곡형 접속부들이 지면에 대해 각각 직각을 이루는 형태로 적층되어 전지모듈을 형성할 수 있다.
이러한 구조에서, 전압 센싱부재는 상기 절곡형 접속부들의 상부로부터 장착됨으로써, 외부회로와의 연결이 용이할 뿐만 아니라, 장시간 사용시 해당 부위에 응결된 수분이 중력에 의해 지면 방향으로 향하므로 수분이 고이지 않게 되어, 이에 따른 센싱 불량 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
상기와 같은 효과를 발휘할 수 있는 하나의 바람직한 전압 센싱부재는, 절곡형 접속부의 양 측면의 적어도 일부와 상단면을 감싸는 구조의 본체부; 상기 절곡형 접속부의 측면과 본체부 사이에 위치하는 탄성 접속부; 및 상기 본체부의 상부로부터 연장되어 있는 선형 접속부;를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 전지셀의 절곡형 접속부와 상기 전압 센싱부재의 탄성 접속부의 접촉이 탄력적으로 이루어지므로, 절곡형 접속부에 대한 전압 센싱부재의 안정적인 장착구조와 접속상태가 상태가 담보되므로, 조립 공정의 용이성과 전지셀의 효과적인 전압 측정이 가능해진다.
상기 구조에서, 탄성 접속부는 절곡형 접속부의 측면과 본체부에 각각 둘 이상의 접촉점을 형성하도록 반복적으로 굴곡되어 있는 구조가 특히 바람직하며, 예를 들어, 반복적으로 굴곡되어 있는 판 스프링으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 둘 이상의 접촉점을 통해 전지셀의 전압을 측정함으로써, 전압 센싱부재의 접촉 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 절곡형 접속부의 양측면에 각각 접속되도록 2 개의 탄성 접속부들이 포함되어 있을 수 있다. 따라서, 다수의 접촉점을 형성할 뿐만 아니라, 2개의 탄성 접속부들을 포함한 전압 센싱부재는 절곡형 접속부의 양측면을 탄력적으로 가압하면서 장착되므로, 종래의 용접 등을 행하지 않고도 절곡형 접속부에 용이하게 전기적 접속을 이룰 수 있다.
상기 전압 센싱부재는 상기 본체부의 외면에 장착되는 절연성 캡을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 절연성 캡은 절곡형 접속부에 장착된 전압 센싱부재를 외부로부터 보호하여 단락 및 절곡형 접속부의 변형 등이 유발되는 것을 방지한다.
상기 구조에서, 절연성 캡은 접속 와이어가 절연성 캡의 상측에 위치하는 구조로 절곡형 접속부에 접속되어 있을 수 있다. 이러한 구조는, 앞서 언급한 바와 같이, 장시간 사용시 발생할 수 있는 수분에 영향을 받지 않게 되어, 이에 따른 센싱 불량 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
상기 절연성 캡은 본체부의 외면 형상에 대응하는 구조로 이루어져 있고, 절곡형 접속부에 본체부가 장착된 상태에서 상기 본체부의 외면에 추가로 장착되어 있을 수 있다. 따라서, 절연성 캡은 절곡형 접속부에 대한 전압 센싱부재의 장착 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 도와 준다.
상기 선형 접속부는 본체부의 상부로부터 연장되어 있으면서 전기적 연결이 가능한 구조라면 특별히 제한되는지는 않으며, 바람직하게는 와이어 접속부일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지모듈에서 전지셀들은 다양한 형태로 전지모듈을 구성할 수 있으며, 예를 들어, 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 조합으로 셀 커버에 의해 감싸인 단위모듈을 형성하고 있고, 상기 단위모듈 둘 또는 그 이상이 적층되어 전지모듈을 형성할 수 있다.
구체적으로, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 적층하고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써, 전지셀의 안정적인 장착을 돕고, 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있으며, 이를 통해 전지모듈을 형성하게 된다.
한편, 중대형 전지팩의 경우 고출력 대용량의 성능 확보를 위해 다수의 전지셀들이 사용되는 바, 이러한 전지팩을 구성하는 전지모듈들은 안전성의 확보를 위해 더욱 정확한 전압 측정이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기 전지모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조되는 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩은 구조적 안정성으로 인해, 장착 공간이 한정적이고, 진동, 충격 등과 같은 지속적인 외력이 가해지며, 그로 인해 작동 중 단락의 위험성이 높은, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등의 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 자동차의 개념에는 중소형 차량 뿐만 아니라, 버스, 트럭 등의 대형 차량이 당연히 포함된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀의 전극단자를 절곡한 접속부에 전압을 측정할 수 있는 센싱부재가 다수의 면으로 접촉되어 작동 및 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 상기 샌싱부재를 전지모듈의 상단에 구성함으로써 수분 고임 현상을 방지할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 센싱부재가 장착되어 있는 전지셀들의 부분 사시도이다;
도 3은 도2의 전압 센싱부재가 장착되어 있는 전극단자들의 사시도이다;
도 4는 도 3의 부분 확대도이다;
도 5는 도 3의 측면도이다;
도 6은 도 2의 전압 센싱부재에 절연성 상단 캡을 장착한 형태의 부분 사시도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 센싱부재가 장착되어 있는 전지셀들에 대한 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 양극단자(111)와 음극단자(112)가 양단에 위치하고 있으며, 파우치형 전지케이스(130)에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
단위모듈을 구성하기 위한 두 개의 전지셀들(100, 101)은 일측 음극단자(112)와 양극단자(111)를 용접하여 직렬방식으로 결합시킨 후, 전지셀들(100, 101)의 전극단자들(111, 112)이 상호 밀착된 상태에서 접은 형태의 절곡형 접속부(110)를 형성한다.
전압 센싱부재(200)은 이러한 절곡형 접속부(110)를 감싸는 형태로 장착되고, 절연성 캡(300)은 전압 센싱부재(200)의 외면에 장착된다.
도 3에는 도 2의 전압 센싱부재가 장착되어 있는 전극단자들의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2와 함께 참조하면, 전압 센싱부재(200)는 절곡형 접속부(110)의 상단면을 감싸는 본체부(210)와 절곡형 접속부(110)의 측면과 본체부(210) 사이에 위치하는 탄성 접속부(220) 및 본체부(210)의 상부로부터 연장되어 있는 와이어 접속부(230)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
절곡형 접속부(110)의 외측 전극단자(112)는 구리로 이루어져 있고, 내측 전극단자(111)는 알루미늄으로 이루어져 있다. 즉, 내측 전극단자(111)보다 상대적으로 연성이 큰 구리가 알루미늄을 감싸는 형태로 접음으로써, 내측 전극단자(111)를 보호할 뿐만 아니라, 전체적으로 4겹의 전극단자 두께를 형성하게 되어, 전극단자의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
탄성 접속부(220)는 절곡형 접속부(110)의 양측면과 본체부(210)에 각각 다수의 접촉점을 형성하도록 반복적으로 굴곡되어 있는 구조의 판 스프링으로 형성되어 있다.
절곡형 접속부(110)와 탄성 접속부(220)의 접촉이 탄력적으로 이루어져서, 전지셀의 전압 측정을 효율적으로 이룰 수 있고, 접촉 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 6에는 도 2의 전압 센싱부재에 절연성 상단 캡을 장착한 형태의 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 도 2와 함께 참조하면, 전압 센싱부재(200)는 본체부(210)의 외면에 절연성 캡(300)가 추가로 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
절연성 캡(300)은 본체부(210)의 외면 형상에 대응하는 구조로 이루어져 있고, 절곡형 접속부(110)에 본체부(210)가 장착된 상태에서 본체부(210)의 외면에 추가로 장착되는 형태로 구성된다.
절연성 캡(300)의 상측에 연장되어 있는 접속 와이어(310)는 전압 센싱부재(200)의 와이어 접속부(230)를 통해 접속될 수 있다.
절연성 캡(300)은 전반적으로 절곡형 접속부(110)에 대한 전압 센싱부재(200)의 장착 상태를 안정적으로 유지하도록 조력하면서 외부로부터 해당 부위를 보호하는 역할을 한다.
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전지셀 2개를 셀 커버(400)에 내장하여 감싼 형태의 단위모듈을 형성하고, 이러한 단위모듈이 4개 적층되어 전지모듈(500)을 형성하고 있다.
셀 커버(400)는 전지셀들을 내장하며 그것의 기계적 강성을 보완할 뿐만 아니라 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 하는 역할을 한다.
또한, 지면에 대해 직각을 이루는 형태로 적층되어 있는 절곡형 접속부들(110)의 상부로부터 전압 센싱부재(200)가 장착됨으로써, 장시간 사용시 발생하여 해당 부위에 응축된 수분이 중력에 의해 지면 방향으로 향하므로 수분이 고이지 않게 되어, 이에 따른 센싱 불량 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

Claims (19)

  1. 전극단자가 일측 또는 양측에 각각 형성되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 적층되어 있는 구조의 전지모듈로서,
    상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고;
    전지셀들이 전기적으로 연결된 부위에서, 전지셀들의 전극단자들은 상호 밀착된 상태에서 접혀있는 형태의 절곡형 접속부를 형성하고 있으며;
    상기 절곡형 접속부를 감싸는 형태로 전압 센싱부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고, 일측 단부 또는 양측 단부에 알루미늄으로 이루어진 양극리드와 구리로 이루어진 음극리드가 각각 돌출되어 있는 구조의 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들의 전기적 연결 부위는 직렬 연결 부위인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절곡형 접속부에서 전극단자들은 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 절곡형 접속부에서 내측 전극단자보다 상대적으로 연성이 큰 소재의 전극단자가 외측 전극단자를 형성하는 구조로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 외측 전극단자는 구리로 이루어져 있고, 내측 전극단자는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들은 전지셀의 절곡형 접속부들이 지면에 대해 각각 직각을 이루는 형태로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전압 센싱부재는, 절곡형 접속부의 양 측면의 적어도 일부와 상단면을 감싸는 구조의 본체부; 상기 절곡형 접속부의 측면과 본체부 사이에 위치하는 탄성 접속부; 및 상기 본체부의 상부로부터 연장되어 있는 선형 접속부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 탄성 접속부는 절곡형 접속부의 측면과 본체부에 각각 둘 이상의 접촉점을 형성하도록 반복적으로 굴곡되어 있는 구조의 판 스프링인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 절곡형 접속부의 양측면에 각각 접속되도록 2 개의 탄성 접속부들이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 전압 센싱부재는 상기 본체부의 외면에 장착되는 절연성 캡을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 절연성 캡은 접속 와이어가 절연성 캡의 상측에 위치하는 구조로 절곡형 접속부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 절연성 캡은 본체부의 외면 형상에 대응하는 구조로 이루어져 있고, 절곡형 접속부에 본체부가 장착된 상태에서 상기 본체부의 외면에 추가로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 접속부는 와이어 접속부인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 조합으로 셀 커버에 의해 감싸인 단위모듈을 형성하고 있고, 상기 단위모듈 둘 또는 그 이상이 적층되어 전지모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것으로 구성된 전지팩.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이 또는 전기자전거의 동력원인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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