WO2011126314A2 - 전지모듈용 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

전지모듈용 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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WO2011126314A2
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윤종문
양재훈
이진규
이범현
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Definitions

  • the present invention is a member for detecting the voltage of the battery cells in which the electrode terminals are formed on one side of the top or bottom in the state mounted on the battery module, a predetermined upper block case and lower block case, conductive sensing units, and A connector, and the upper block case and the lower block case include mounting grooves having a structure that is upwardly open at positions corresponding to the electrode terminal connecting portions, and the conductive sensing units of the upper row are mounting grooves of the upper block case.
  • the voltage detection assembly for the battery module is connected to the electrode terminal connecting portions of the upper row in the state of mounting on, and the conductive sensing parts of the lower row are connected to the electrode terminal connecting portions of the lower row in the state of being mounted in the mounting grooves of the lower block case.
  • the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle that is proposed as a solution for air pollution of existing gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. It is attracting attention as a power source such as (Plug-In HEV).
  • One or two or four battery cells are used for small mobile devices, while 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 necessity of high output capacity.
  • the battery module is preferably manufactured in as small a size and weight as possible, a square battery, a 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 a 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.
  • the battery module has a structure in which a plurality of battery cells are combined, when some battery cells are overvoltage, overcurrent, or overheating, the safety and operation efficiency of the battery module are greatly detrimental, so a means for detecting and controlling them is necessary. Do. Therefore, by connecting a voltage sensor or the like to the battery cells to check and control the operation 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 multiple wirings for this. There is also a risk of short circuits.
  • the secondary battery is used as a power source for automobiles and the like, the fastening means for maintaining the stable contact state even when a strong shock or vibration is applied is required.
  • an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • Still another object of the present invention is to provide a voltage detection assembly for a battery module, which is composed of a separate independent assembly, thereby improving productivity and maintainability in manufacturing the battery module.
  • Another object of the present invention is to provide a battery module manufactured with a desired output and capacity, including the voltage detection assembly for the battery module.
  • the voltage detection assembly for a battery module according to the present invention for achieving the above object, as a member for detecting the voltage of the battery cells, the electrode terminals are formed on one side of the top or bottom in the state mounted on the battery module,
  • the upper block case and the lower block case includes mounting grooves having a structure that is upwardly open at positions corresponding to the electrode terminal connecting portions,
  • the conductive sensing parts of the upper row are connected to the electrode terminal connecting parts of the upper row while being mounted in the mounting grooves of the upper block case, and the conductive sensing parts of the lower row are mounted to the mounting grooves of the lower block case. It is structured to be connected to the terminal connecting portions.
  • the voltage detection assembly for a battery module is connected to the electrode terminal connecting portions of the upper row with the conductive sensing portions of the upper row mounted on the mounting grooves of the upper block case, and the conductive sensing portions of the lower row are lower block case. It is composed of a structure that is connected to the electrode terminal connecting portions of the lower row in the state of being mounted in the mounting grooves of the assembly, the assembly process is simple, compact and stable has a structure that can detect the voltage.
  • the member for detecting the voltage of the battery cells is composed of one modular assembly structure, the voltage detection assembly can be easily mounted on the front or rear of the battery module.
  • the assembly structure composed of separate independent parts as described above enables the outer production, greatly improving the manufacturing productivity of the battery module, when the abnormality of the components constituting the voltage detection assembly, compared with the conventional battery module structure Maintenance is also greatly improved because only the voltage detection assembly mounted on the front or rear of the battery module needs to be replaced without disassembling the inside of the battery module.
  • the coupling structure of the upper block case and the lower block case is not particularly limited as long as it is easy to engage with each other, for example, one side outer surface of the upper block case is formed with a fastening portion of the downward protrusion, the fastening portion
  • the outer surface of the corresponding lower block case may have a structure in which a downward recessed fastening groove is formed.
  • the coupling of the upper block case and the lower block case is easily achieved by inserting the fastening portion of the upper block case into the fastening groove of the lower block case.
  • one side outer surface of the upper block case is formed with a fastening groove of the upwardly indented type
  • the outer surface of the lower block case corresponding to the fastening groove may be made of a structure in which a fastening portion of the upward protrusion is formed.
  • the mounting grooves of the upper block case and the mounting grooves of the lower block case are not particularly limited as long as they can easily mount the conductive sensing units of the upper row and the lower row, for example, the mounting grooves of the upper block case Since each conductive sensing unit of the upper row is formed independently, each conductive sensing unit may be mounted in each mounting groove, which is preferable because it can prevent contact of the conductive sensing units.
  • the mounting groove of the lower block case may have a structure in which a groove is formed so that all the conductive sensing units of the lower row may be mounted together.
  • the mounting groove has a structure in which a portion facing the electrode terminal connecting portion is indented upwardly, and after each conductive sensing portion is mounted, the electrode terminal connecting portion is inserted into the mounting groove, thereby easily achieving electrical connection therebetween. Can be.
  • the conductive sensing portion is made of a receptacle structure that is fitted to the electrode terminal connecting portion from the top, so that even when an external impact is applied, the conductive sensing portion and the electrode terminal connecting portion can maintain a stable electrical connection state It is preferable because it is.
  • the conductive sensing units are not particularly limited as long as they can be easily connected to the connector for transmitting the detected voltage to the BMS.
  • the conductive sensing units are connected to the connectors by wires, and the wires are insulated for insulation from the outside. It may be made of a structure wrapped in tape or embedded in a tubular member.
  • the tubular member may be, for example, a hollow insulating pipe.
  • an indentation for mounting the wires is formed on the front surface of the upper block case and the lower block case, so that a more compact structure is possible, and more preferably, the inner surface of the indentation portion is inserted into the indentation portion. It may be a structure in which a plurality of protrusions for stably fixing the wires are formed in an alternating orientation manner.
  • the voltage detection assembly may further include a battery cell temperature sensor for measuring the temperature of the battery cells and / or a refrigerant temperature sensor for measuring the refrigerant temperature of the refrigerant inlet, in this case, excessive rise in temperature By sensing and controlling this, it is possible to effectively prevent ignition or explosion of the battery module in advance.
  • the present invention also provides a battery module comprising the voltage detection assembly for the battery module.
  • a battery cell stack in which a plurality of battery cells or unit modules connected in series are stacked in a lateral direction, and a bus bar for connecting an electrode terminal of the battery cell to an external input / output terminal at a front portion thereof;
  • an upper case having a structure surrounding the end portion of one side of the battery cell stack and a portion of an upper end and a lower end thereof, the upper case having an external input / output terminal at a front side thereof and mounted on an upper portion of the voltage detection assembly;
  • a lower case configured to be coupled to the upper case while surrounding the other end portion and the upper and lower portions of the battery cell stack, the lower case having a structure for mounting a lower portion of the voltage detection assembly;
  • It may include a structure consisting of containing.
  • At least a part of the electrical connection parts of the battery cells inside the unit module or between the module modules are connected in series, and the battery cells are coupled to each other while the electrode terminals thereof are arranged adjacent to each other.
  • a plurality of unit modules can be manufactured.
  • this manufacturing process may be changed in some order.
  • a plurality of unit modules may be manufactured, respectively, and then electrical connections between the unit modules may be performed.
  • a plurality of battery cell stacks in which electrode terminals are interconnected and filled with high density, are vertically mounted in a case of a vertically separate case joined by a prefabricated fastening structure.
  • the upper case is composed of a structure surrounding the battery cell stack one side end and the upper and lower portions
  • the lower case is made of a structure surrounding the other side end and the upper and lower portions of the battery cell stack.
  • the battery module composed of a plurality of battery cells in consideration of safety and operating efficiency, it is necessary to control this by measuring the voltage.
  • the voltage needs to be measured at least for each battery cell or for each electrical connection portion of the battery cell.
  • the mounting of detection members for measuring voltage and the like is one of the main factors which further complicates the configuration of the battery module.
  • the voltage detection assembly for measuring the voltage is solved as described above by being mounted inside the front part of the upper case and the lower case. That is, the voltage detection assembly includes a battery module which is inserted into the space inside the front part of the upper case and the lower case, respectively.
  • the voltage detection assembly is modularly mounted inside the front part of the upper case and the lower case
  • the voltage sensing members are mounted inside the front and rear of the lower case and are interconnected by wires located at the bottom of the lower case.
  • the structure of the voltage sensing members can be configured more compactly.
  • the battery cell stack preferably includes a plurality of unit modules including plate-shaped battery cells in which electrode terminals are formed on both top and bottom sides thereof.
  • the unit module includes a pair of two or more battery cells having electrode structures connected in series to form a stacked structure, and a pair of mutually coupled to surround the entire outer surface of the battery cell stack except for the electrode terminal portion. It may be configured to include a cell cover.
  • adjacent battery cells in the unit module of the battery cells form an electrode terminal connection part in a structure in which the facing portions of the electrode terminals connected in series are in close contact with each other.
  • the adjacent battery cells contained in different unit modules among the battery cells are vertical electrode terminal connections of the structure in which the electrode terminals connected in series are in close contact with each other in a vertical bending state. Forming.
  • a pair of slits for inserting a bus bar connected to the outermost electrode terminal of the battery cell is formed on the front part of the upper case, so that the bus bar can be easily mounted on the upper case.
  • the bus bar includes an electrode terminal connection part electrically connected to an outermost electrode terminal of a battery module and an input / output terminal connection part connected to an external input / output terminal of an upper case, and the input / output terminal connection part is connected to an electrode terminal connection part and an inner direction of the battery module. It may be made of a structure that is vertically bent.
  • the bus bar of the structure is preferable because it can connect the outermost electrode terminal of the battery module and the external input and output terminals of the upper case together.
  • the input / output terminal connection portion of the bus bar may be formed in a structure in which an indented portion is formed at an upper portion, and an external input / output terminal is inserted into the indented portion to achieve electrical connection with the bus bar.
  • the bus bar can be effectively prevented from being released after being electrically connected to the external input / output terminal.
  • the battery module further includes a temperature sensor for detecting and controlling the temperature of the battery cell or the temperature of the refrigerant inlet as well as the voltage detection assembly for detecting the voltage. It is more preferable in terms of the safety of the battery module made of a structure.
  • the battery module includes a battery cell temperature sensor, the battery cell temperature sensor is located in the middle of the battery module, the battery module is the highest temperature of the inside of the battery module The temperature of an intermediate site can be detected easily.
  • the battery module includes a coolant temperature sensor, and the coolant temperature sensor is configured to be located at the outermost part of the battery module, so that the coolant inlet part is located at the outermost part of the battery module. The temperature can be detected easily.
  • the battery module has a structure in which a refrigerant flows inside the battery module for cooling.
  • a refrigerant flows inside the battery module for cooling.
  • the mounting structure of the refrigerant temperature sensor as described above is very preferable in terms of ensuring the safety of the battery module.
  • the battery module according to the present invention has a compact structure as a whole, and can achieve structurally stable mechanical fastening and electrical connection without using a large number of members.
  • a battery module with predetermined units, for example, four, six, eight, ten battery cells or unit modules, the battery module can be effectively mounted in a limited space as necessary. Can be.
  • the present invention provides a large output large-capacity battery pack manufactured by using the battery module as a unit.
  • Medium and large battery packs according to the present invention can be manufactured by combining the battery modules according to the desired output and capacity, and considering the mounting efficiency, structural stability, etc. as described above, has a limited mounting space and frequent vibration and strong impact It can be preferably used as a power source of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle to be exposed.
  • the voltage detection assembly according to the present invention is manufactured by a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, thereby lowering the overall manufacturing cost and applying a strong shock or vibration from the outside. Even stable voltage detection is possible.
  • the voltage detection assembly according to the present invention is composed of a separate independent assembly, it is possible to greatly improve the productivity and maintainability in the manufacturing of the battery module.
  • the battery module including the voltage detecting member of the present invention can be used as a unit to easily manufacture a medium-large battery pack having a desired output and capacity.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell mounted to a battery module
  • FIG. 2 is an exploded schematic view of FIG. 1;
  • FIG. 2 is an exploded schematic view of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a voltage detection assembly according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded schematic view of the voltage detection assembly of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a schematic rear view of the voltage detection assembly of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded schematic view of the battery module of FIG. 6;
  • FIG. 8 is a perspective view of a structure excluding an upper case and a lower case of the battery module of FIG. 6;
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the battery module of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing one exemplary battery cell mounted on a unit module of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded schematic view of FIG. 1.
  • the pouch-type battery cell 200 inside the pouch-type battery case 100, the electrode assembly consisting of a positive electrode, a negative electrode and a separator disposed therebetween its positive and negative electrode tabs 220, 230 ) And two electrode terminals 222 and 232 electrically connected to each other are configured to be sealed to be exposed to the outside.
  • the battery case 100 includes a case body 140 including a concave shape receiving part 142 on which the electrode assembly 210 may be seated, and a cover 150 integrally connected to the body 140. have.
  • a plurality of positive electrode tabs 220 and a plurality of negative electrode tabs 230 are fused to each other and coupled to the electrode leads 222 and 232.
  • the surplus portion 144 and the cover 150 of the case body 140 are heat-sealed by the heat welder, the short between the heat welder and the electrode leads 222 and 232 is prevented, and the electrode lead 222 is prevented.
  • the insulating film 240 is attached to upper and lower surfaces of the electrode leads 222 and 232 to secure the sealing property between the battery pack 100 and the battery case 100.
  • the case body 140 and the cover 150 are composed of an outer resin layer 110, a barrier metal layer 120, and an inner resin layer 130, and the inner resin layer 130 is an outer surface of the case body 140. And it can be tightly fixed by the heat and pressure from the heat welding machine (not shown) applied to the outer surface of the cover 150.
  • the sealing part is formed by heat-sealing the contact portion between the excess part 144 of the case body 140 and the cover 150.
  • FIG. 3 schematically illustrates a perspective view of a voltage detection assembly according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 illustrates an exploded schematic view of the voltage detection assembly of FIG. 3.
  • the voltage detection assembly 300 is connected to the upper block case 310, the lower block case 330, and the electrode terminal connection portions of the battery cells (FIG. 7: 404 and 406), respectively.
  • the upper and lower rows of the conductive sensing units 322 and 324 and the conductive sensing units 322 and 324 are provided with a connector 340 that transmits the detection voltage of the battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the upper block case 310 and the lower block case 330 are mutually coupled in an assembly manner, made of an electrically insulating material, and correspond to the front surface of the battery module 900 corresponding to the electrode terminal connecting portions 404 and 406 of the battery cells. Each is mounted on the phase.
  • the upper block case 310 and the lower block case 330 include mounting grooves 312 and 332 which are upwardly open at positions corresponding to the electrode terminal connecting portions 404 and 406, respectively.
  • the outer surface of the lower block case 330 corresponding to the fastening portion 314 is formed in the outer surface of the lower block case 330 corresponding to the fastening portion 314 is formed on the outer surface of one side of the upper block case 310. Is formed.
  • the mounting grooves 312 of the upper block case 310 are independently formed for each conductive sensing unit 322 of the upper row, and the mounting grooves 332 of the lower block case 330 are all conductive sensing units of the lower row.
  • 324 is in the form of a groove to be mounted together.
  • Indentations 318 and 338 are formed on the front surfaces of the upper block case 310 and the lower block case 330 to mount intermediate portions of the wires 326 and 328.
  • a plurality of protrusions 316 and 336 are formed on the inner side surface in an alternating orientation so that the intermediate portions of the inserted wires 326 and 328 are stably fixed so as not to leave their positions.
  • the conductive sensing parts 322 and 324 are receptacle structures fitted to the electrode terminal connection parts 404 and 406 of the battery cells from the top, and are connected to the connector 340 by wires 326 and 328, respectively. Wires 326 and 328 are wrapped with insulating tape or insulating pipe 320 for isolation from the outside.
  • the conductive sensing units 322 in the upper row are connected to the electrode terminal connecting portions 406 in the upper row while being mounted in the mounting grooves 312 of the upper block case 310, and the conductive sensing units 324 in the lower row are connected to the lower row. It is connected to the electrode terminal connecting portions 404 of the lower row in a state of being mounted in the mounting groove 332 of the block case 330.
  • FIG. 5 shows a schematic rear view of the voltage detection assembly of FIG. 3.
  • conductive sensing parts 322 and 324 fixed while being inserted into mounting grooves 312 and 332 of the upper block case 310 and the lower block case 330. Is connected to the electrode terminal connecting portions 404 through the rear openings 319 and 339 of the upper block case 310 and the lower block case 330, respectively.
  • a fastener 350 for protruding from the upper case (FIG. 7: 500) of the battery module (FIG. 7: 900) protrudes from the rear side of the voltage detection assembly 300, and correspondingly, the battery module 900.
  • the fastening groove 506 is formed on the front of the upper case 500 of the.
  • such a fastening groove is formed on the lower case 600 is also possible.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is an exploded schematic view of the battery module of FIG.
  • the battery module 900 is equipped with a battery cell stack 400 in which a plurality of unit modules 408 connected in series are stacked in a lateral direction, and an upper portion of the voltage detection assembly 300 mounted thereon.
  • the upper case 500 and the lower case 600 to which the lower portion of the voltage detection assembly 300 is mounted are configured.
  • a bus bar 402 for connecting the electrode terminal of the battery cell to an external input / output terminal is mounted on the front portion of the battery cell stack 400.
  • the upper case 500 has a structure surrounding the one side end portion and the upper and lower portions of the battery cell stack 400.
  • the front part 500 has a bus bar connected to an external input / output terminal 502 and an outermost electrode terminal of the battery cell.
  • a pair of slits 504 for inserting 402 are formed, and the lower case 600 covers the other end and the upper and lower portions of the battery cell stack 400 and the upper case 500. It is composed of a structure that is combined.
  • the voltage detection assembly 300 is mounted inside the front part of the upper case 500 and the lower case 600 coupled to each other.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a structure of the battery module of FIG. 6 except for the upper case and the lower case.
  • the battery cell stack 400 includes four unit modules 408 including plate-shaped battery cells in which electrode terminals are formed on one side of an upper end thereof.
  • the unit module 408 includes two battery cells in which electrode terminals are interconnected in series to form a stacked structure, and a pair of cell covers that are coupled to cover the entire outer surface of the battery cell stack except for electrode terminals. 410 is included.
  • the bus bar 402 includes an electrode terminal connecting portion 412 electrically connected to the outermost electrode terminal of the battery module and an input / output terminal connecting portion 414 electrically connected to an external input / output terminal 502 of the upper case 500.
  • the input / output terminal connection part 414 is vertically bent in the inward direction of the electrode terminal connection part 412 and the battery module 400.
  • the input / output terminal connecting portion 414 has an indented portion 416 formed at an upper portion thereof, and the external input / output terminal 502 is inserted into the indented portion 416 of the input / output terminal connecting portion 414, thereby providing a bus bar ( Electrical connection with 402 is achieved.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the battery module of FIG. 8, and FIG. 10 is a perspective view of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a battery cell temperature sensor 328 for measuring the temperature of a battery cell is located at an intermediate portion of the battery module 900.
  • adjacent battery cells in the unit module 408 among the battery cells form an electrode terminal connecting portion 906 in a structure in which the facing portions of the electrode terminals 902 and 904 connected in series are in close contact, and among the battery cells,
  • the adjacent battery cells included in different unit modules 408 and 409 have vertical electrode terminal connections 910 of a close contact structure in which electrode terminals 904 and 908 connected in series are vertically bent. To form.
  • a coolant temperature sensor 329 for measuring the coolant temperature of the coolant inlet is positioned at the outermost portion of the battery module 902.

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Abstract

본 발명은 (a) 조립 방식으로 상호 결합되고, 전기절연성의 소재로 이루어져 있으며, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 부위(전지모듈의 전면 또는 후면) 상에 장착되는 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스; (b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부에 각각 접속되는 상부열 및 하부열의 도전성 센싱부들; 및 (c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 BMS로 송부하는 커넥터;를 포함하고 있고, 상기 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스에는 전극단자 연결부에 각각 대응하는 위치에 상향 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 상부열의 도전성 센싱부들은 상부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들은 하부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들에 접속되는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 제공한다.

Description

전지모듈용 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈
본 발명은 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 모두 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서, 소정의 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스, 도전성 센싱부들, 및 커넥터를 포함하고 있고, 상기 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스에는 전극단자 연결부에 각각 대응하는 위치에 상향 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 상부열의 도전성 센싱부들은 상부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들은 하부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들에 접속되는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리에 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), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In 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 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.
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.
또한, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다. 또한 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 검출수단이 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하는 체결수단이 필요하다.
이와는 별도로, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하거나 또는 소정 단위의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수를 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 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.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 별도의 독립적인 어셈블리로 구성되어 있어서, 전지모듈의 제조시 생산성 및 유지 보수성이 향상된 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 상기 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 포함하여 소망하는 출력과 용량으로 제조되는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈용 전압 검출 어셈블리는, 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 모두 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,
(a) 조립 방식으로 상호 결합되고, 전기절연성의 소재로 이루어져 있으며, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 부위(전지모듈의 전면 또는 후면) 상에 장착되는 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스;
(b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부에 각각 접속되는 상부열 및 하부열의 도전성 센싱부들; 및
(c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 BMS(Battery Management System)로 송부하는 커넥터;
를 포함하고 있고,
상기 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스에는 전극단자 연결부에 각각 대응하는 위치에 상향 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며,
상기 상부열의 도전성 센싱부들은 상부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들은 하부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들에 접속되는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈용 전압 검출 어셈블리는 상부열의 도전성 센싱부들이 상부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들이 하부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들에 접속되는 구조로 구성되어 있어서, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 검출이 가능한 구조를 가진다.
또한, 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재가 하나의 모듈화된 어셈블리 구조로 이루어져 있으므로, 전압 검출 어셈블리를 전지모듈의 전면 또는 후면에 용이하게 장착할 수 있다.
더욱이, 상기와 같이 별도의 독립적인 파트로 구성된 어셈블리 구조는 외주 생산을 가능하게 하므로 전지모듈의 제조 생산성을 크게 향상시키고, 전압 검출 어셈블리를 구성하는 부품들의 이상 발생시, 종래의 전지모듈 구조와 비교하여 전지모듈 내부를 분해하지 않고 전지모듈의 전면 또는 후면에 장착된 전압 검출 어셈블리만 교체하면 되므로, 유지 보수성 또한 크게 향상된다.
상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스의 결합 구조는 상호간의 결합이 용이한 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 상기 상부 블록 케이스의 일측 외면에는 하향 돌출형의 체결부가 형성되어 있고, 상기 체결부에 대응하는 하부 블록 케이스의 외면에는 하향 만입형의 체결홈이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 상부 블록 케이스의 체결부가 하부 블록 케이스의 체결홈에 삽입됨으로써 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스의 결합이 용이하게 달성된다.
또 다른 예로서, 상기 상부 블록 케이스의 일측 외면에는 상향 만입형의 체결홈이 형성되어 있고, 상기 체결홈에 대응하는 하부 블록 케이스의 외면에는 상향 돌출형의 체결부가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 상부 블록 케이스의 장착홈들과 하부 블록 케이스의 장착홈은 상부열과 하부열의 도전성 센싱부들을 각각 용이하게 장착할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 상기 상부 블록 케이스의 장착홈들은 상부열의 도전성 센싱부 별로 독립적으로 형성되어 있어서, 각각의 도전성 센싱부가 각각의 장착홈에 장착될 수 있으며, 이는 도전성 센싱부들의 접촉을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
또 다른 예로서, 상기 하부 블록 케이스의 장착홈은 하부열의 모든 도전성 센싱부들이 함께 장착될 수 있도록 하나의 홈 형태로 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 장착홈은 전극단자 연결부위에 대면하는 부위가 상향 만입되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 각각의 도전성 센싱부들이 장착된 후 전극단자 연결부가 장착홈에 삽입됨으로써, 상호간의 전기적 연결이 용이하게 달성될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 도전성 센싱부들은 상부로부터 전극단자 연결부에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어져 있어서, 외부 충격의 인가시에도 도전성 센싱부와 전극단자 연결부는 안정적인 전기적 연결 상태를 유지할 수 있으므로 바람직하다.
상기 도전성 센싱부들은 검출 전압을 BMS로 송부하는 커넥터와 용이하게 연결할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 와이어에 의해 각각 커넥터에 연결되어 있으며, 상기 와이어들은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상부재에 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 관상부재는, 예를 들어, 중공형의 절연성 파이프일 수 있다.
상기 구조에서, 바람직하게는, 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스의 전면에는 상기 와이어들이 장착되기 위한 만입부가 형성되어 있어서, 보다 콤팩트한 구조가 가능하며, 더욱 바람직하게는, 상기 만입부의 내측면에는 삽입된 와이어들을 안정적으로 고정하기 위한 다수의 돌기들이 교번 배향 방식으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 전압 검출 어셈블리는 전지셀들의 온도를 측정하기 위한 전지셀 온도 센서 및/또는 냉매 유입부의 냉매 온도를 측정하기 위한 냉매 온도 센서를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우, 온도의 지나친 상승을 감지하여 이를 제어함으로써, 전지모듈의 발화 또는 폭발을 미연에 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈을 제공한다.
이러한 전지모듈의 바람직한 예로는,
(a) 직렬로 연결된 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 측면방향으로 적층되어 있고, 전면부에 전지셀의 전극단자를 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 전지셀 적층체;
(b) 상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있고 상기 전압 검출 어셈블리의 상부에 장착되는 구조의 상부 케이스; 및
(c) 상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 상기 전압 검출 어셈블리의 하부를 장착하는 구조의 하부 케이스;
를 포함하는 것으로 구성된 구조를 들 수 있다.
참고로, 단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 전기적 연결 부위의 적어도 일부가 직렬로 연결되어 있으며, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 상호 인접하도록 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다. 이러한 제조과정은 일부 순서가 변경될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 다수의 단위모듈들을 각각 제조한 후 단위모듈간 전기적 접속을 행할 수도 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 적층체는 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착된다.
전지셀 적층체를 상하부 케이스에 장착한 후 상하부 케이스를 상호 조립한 상태에서, 바람직하게는, 전지셀 적층체의 용이한 방열을 위해 전지셀 적층체의 외주면만을 감싸고 그것의 외면이 케이스의 외부로 노출되는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 케이스는 전지셀 적층체 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있고, 하부 케이스는 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있다.
한편, 다수의 전지셀들로 구성되는 전지모듈에서는 안전성 및 작동 효율성을 고려하여, 전압을 측정하여 이를 제어하는 것이 필요하다. 특히, 전압은 적어도 전지셀 별로 또는 전지셀의 전기적 연결부위 별로 측정하는 것이 필요하다. 그러한 측면에서, 전압 등을 측정하기 위한 검출부재들의 장착은 전지모듈의 구성을 더욱 복잡하게 하는 주요인들 중의 하나이다.
본 발명의 전지모듈에서는 전압 측정을 위한 전압 검출 어셈블리가 상부 케이스와 하부 케이스의 전면부 내부에 장착됨으로써 상기와 같은 문제점을 해결하고 있다. 즉, 전압 검출 어셈블리가 상부 케이스와 하부 케이스의 전면부 내부의 공간에 각각 삽입되어 장착되는 전지모듈을 포함하고 있다.
또한, 전압 검출 어셈블리가 모듈화된 구조로 상부 케이스와 하부 케이스의 전면부 내부에 장착되어 있으므로, 전압 센싱부재들이 하부 케이스의 전면과 후면 내부에 장착되고 하부 케이스의 하부에 위치한 와이어에 의해 상호 연결되어 있는 종래의 전지모듈 구조와 비교하여 전압 센싱부재들의 구조를 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 바람직하게는 전극단자들이 상단 또는 하단 일측에 모두 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있다. 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 구조의 하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀들 중 단위모듈 내의 인접한 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들의 대면하는 부위가 밀착된 구조로 전극단자 연결부를 형성하고 있다.
또 다른 하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀들 중 서로 다른 단위모듈 상에 포함된 상태로 인접해 있는 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들이 수직 절곡된 상태로 밀착된 구조의 수직형의 전극단자 연결부를 형성하고 있다.
상기 상부 케이스의 전면부에는 전지셀의 최외각 전극단자와 접속되어 있는 버스 바를 삽입하기 위한 한 쌍의 슬릿이 형성되어 있어서, 버스 바를 상부 케이스에 용이하게 장착할 수 있다.
상기 버스 바는 전지모듈의 최외각 전극단자와 전기적으로 접속되는 전극단자 접속부와 상부 케이스의 외부 입출력 단자와 연결되는 입출력 단자 접속부로 이루어져 있고, 상기 입출력 단자 접속부는 전극단자 접속부와 전지모듈의 내측 방향으로 수직 절곡되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 구조의 버스 바는 전지모듈의 최외각 전극단자와 상부 케이스의 외부 입출력 단자를 함께 연결할 수 있으므로 바람직하다.
상기 구조에서, 버스 바의 입출력 단자 접속부는 내측으로 만입된 부위가 상부에 형성되어 있고, 외부 입출력 단자는 상기 만입된 부위에 삽입되어 버스 바와 전기적 연결이 달성되는 구조로 구성될 수 있다.
따라서, 버스 바가 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결된 후 정위치를 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 전지모듈이 폭발 또는 발화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전지모듈은 전압을 검출하기 위한 전압 검출 어셈블리뿐만 아니라, 전지셀의 온도 또는 냉매 유입부의 온도를 검출하여 제어하기 위한 온도 센서를 추가로 장착하는 구조로 이루어지는 것이 전지모듈의 안전성 측면에서 더욱 바람직하다.
따라서, 이러한 구조의 하나의 예로서, 상기 전지모듈은 전지셀 온도 센서를 포함하고 있고, 상기 전지셀 온도 센서는 전지모듈의 중간 부위에 위치하고 있어서, 전지모듈 내부 중에서도 온도가 제일 높은 부위인 전지모듈중간 부위의 온도를 용이하게 검출할 수 있다.
상기 구조의 또 다른 하나의 예로서, 상기 전지모듈은 냉매 온도 센서를 포함하고 있고, 상기 냉매 온도 센서는 전지모듈의 최외각에 위치하고 있는 구조로 이루어져 있어서, 전지모듈의 최외각에 위치한 냉매 유입부의 온도를 용이하게 검출할 수 있다.
일반적으로, 전지모듈은 냉각을 위해 전지모듈의 내부에 냉매가 흐르는 구조로 이루어져 있다. 이 경우, 냉매 유입부의 온도가 전지모듈의 냉각 효율성을 좌우하므로 냉매 유입부의 온도를 측정하는 것이 중요하다. 따라서, 상기와 같은 냉매 온도 센서의 장착 구조는 전지모듈의 안전성 확보 측면에서 매우 바람직하다.
본 발명에 따른 전지모듈은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 전지셀들 또는 단위모듈들로 전지모듈을 구성함으로써, 전지모듈을 필요한 수만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전압검출 어셈블리는 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우에도 안정적인 전압검출이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 전압검출 어셈블리는 별도의 독립적인 어셈블리로 구성되어 있어서, 전지모듈의 제조시 생산성 및 유지 보수성을 크게 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 전압검출 부재를 포함한 전지모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량의 중대형 전지팩을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 전지모듈에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도이다;
도 4는 도 3의 전압 검출 어셈블리의 분해 모식도이다;
도 5는 도 3의 전압 검출 어셈블리의 후면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 7은 도 6의 전지모듈의 분해 모식도이다;
도 8은 도 6의 전지모듈에서 상부 케이스와 하부 케이스를 제외한 구조의 사시도이다;
도 9는 도 8의 전지모듈의 평면 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은, 파우치형 전지케이스(100) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 그것의 양극 및 음극 탭들(220, 230)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(222, 232)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(100)는 전극조립체(210)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(142)를 포함하는 케이스 본체(140)와 그러한 본체(140)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(150)로 이루어져 있다.
스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(210)는 다수의 양극 탭들(220)과 다수의 음극 탭들(230)이 각각 융착되어 전극리드(222, 232)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(222, 232) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(222, 232)와 전지케이스(100)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(222, 232)의 상하면에 절연필름(240)이 부착된다.
케이스 본체(140)와 커버(150)는 외측 수지층(110), 차단성 금속층(120) 및 내측 수지층(130)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(130)은 케이스 본체(140)의 외면과 커버(150)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.
* 전해액이 함침된 전극조립체(210)를 수납부(142)에 안착한 상태에서 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)의 접촉부위를 열융착 시키면 실링부가 형성된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전압 검출 어셈블리의 분해 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 7과 함께 참조하면, 전압 검출 어셈블리(300)는, 상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330), 전지셀들의 전극단자 연결부(도 7: 404, 406)에 각각 접속되는 상부열 및 하부열의 도전성 센싱부들(322, 324), 도전성 센싱부들(322, 324)의 검출 전압을 BMS(Battery Management System)로 송부하는 커넥터(340)로 구성되어 있다.
상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330)는 조립 방식으로 상호 결합되고, 전기절연성의 소재로 이루어져 있으며, 전지셀들의 전극단자 연결부(404, 406)에 대응하는 전지모듈(900)의 전면 상에 각각 장착된다.
또한, 상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330)는 전극단자 연결부(404, 406)에 각각 대응하는 위치에 상향 개방된 구조의 장착홈들(312, 332)을 포함하고 있다.
상부 블록 케이스(310)의 일측 외면에는 하향 돌출형의 체결부(314)가 형성되어 있고, 체결부(314)에 대응하는 하부 블록 케이스(330)의 외면에는 하향 만입형의 체결홈(334)이 형성되어 있다.
또한, 상부 블록 케이스(310)의 장착홈들(312)은 상부열의 도전성 센싱부(322) 별로 독립적으로 형성되어 있고, 하부 블록 케이스(330)의 장착홈(332)은 하부열의 모든 도전성 센싱부들(324)이 함께 장착될 수 있도록 하나의 홈 형태로 이루어져 있다.
상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330)의 전면에는 와이어들(326, 328)의 중간 부위가 장착되기 위한 만입부(318, 338)가 형성되어 있고, 만입부(318, 338)의 내측면에는 다수의 돌기들(316, 336)이 교번 배향 방식으로 형성되어 있어서, 삽입된 와이어들(326, 328)의 중간 부위가 정위치를 이탈하지 않도록 안정적으로 고정하게 된다.
한편, 도전성 센싱부들(322, 324)은 상부로부터 전지셀들의 전극단자 연결부(404, 406)에 끼워지는 리셉터클형 구조로서, 와이어들(326, 328)에 의해 각각 커넥터(340)에 연결되어 있고, 와이어들(326, 328)은 외부와의 절연을 위해 절연성 테이프 또는 절연성 파이프(320)로 감싸여 있다.
상부열의 도전성 센싱부들(322)은 상부 블록 케이스(310)의 장착홈들(312)에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들(406)에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들(324)은 하부 블록 케이스(330)의 장착홈(332)에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들(404)에 접속된다.
도 5에는 도 3의 전압 검출 어셈블리의 후면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 도 4 및 도 7과 함께 참조하면, 상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330)의 장착홈들(312, 332)에 삽입된 상태로 고정된 도전성 센싱부들(322, 324)은 상부 블록 케이스(310)와 하부 블록 케이스(330)의 후면 개구(319, 339)를 통해 전극단자 연결부들(404)에 각각 접속된다.
또한, 전압 검출 어셈블리(300)의 후면에는 전지모듈(도 7: 900)의 상부 케이스(도 7: 500)에 장착되지 위한 체결구(350)가 돌출되어 있고, 그에 상응하여 전지모듈(900)의 상부 케이스(500)의 전면에는 체결홈(506)이 형성되어 있다. 이러한 체결홈이 하부 케이스(600) 상에 형성되어 있는 구조도 가능함은 물론이다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 전지모듈의 분해 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(900)은, 직렬로 연결된 다수의 단위모듈들(408)이 측면방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체(400), 전압 검출 어셈블리(300)의 상부가 장착되는 상부 케이스(500), 및 전압 검출 어셈블리(300)의 하부가 장착되는 하부 케이스(600)로 구성되어 있다.
또한, 전지셀의 전극단자를 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바(402)가 전지셀 적층체(400)의 전면부에 장착되어 있다.
상부 케이스(500)는 전지셀 적층체(400)의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전면부에는 외부 입출력 단자(502) 및 전지셀의 최외각 전극단자와 접속되어 있는 버스 바(402)를 삽입하기 위한 한 쌍의 슬릿(504)이 형성되어 있고, 하부 케이스(600)는 전지셀 적층체(400)의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상부 케이스(500)와 결합되는 구조로 구성되어 있다.
전압 검출 어셈블리(300)는 상호 결합된 상부 케이스(500)와 하부 케이스(600)의 전면부 내부에 장착되어 있다.
도 8에는 도 6의 전지모듈에서 상부 케이스와 하부 케이스를 제외한 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 도 7과 함께 참조하면, 전지셀 적층체(400)는 전극단자들이 상단 일측에 모두 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 4개의 단위모듈(408)로 이루어져 있다.
단위모듈(408)은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 적층 구조를 이루고 있는 2개의 전지셀들, 및 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버(410)를 포함하고 있다.
버스 바(402)는 전지모듈의 최외각 전극단자와 전기적으로 접속되는 전극단자 접속부(412)와 상부 케이스(500)의 외부 입출력 단자(502)와 전기적으로 연결되는 입출력 단자 접속부(414)로 이루어져 있고, 입출력 단자 접속부(414)는 전극단자 접속부(412)와 전지모듈(400)의 내측 방향으로 수직 절곡되어 있다.
또한, 입출력 단자 접속부(414)는 내측으로 만입된 부위(416)가 상부에 형성되어 있고, 외부 입출력 단자(502)는 입출력 단자 접속부(414)의 만입된 부위(416)에 삽입되어 버스 바(402)와의 전기적 연결이 달성된다.
도 9에는 도 8의 전지모듈의 평면 모식도가 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 9를 참조하면, 전지셀의 온도를 측정하기 위한 전지셀 온도 센서(328)가 전지모듈(900)의 중간 부위에 위치하고 있다.
또한, 전지셀들 중 단위모듈(408) 내의 인접한 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들(902, 904)의 대면하는 부위가 밀착된 구조로 전극단자 연결부(906)를 형성하고 있고, 전지셀들 중 서로 다른 단위모듈(408, 409) 상에 포함된 상태로 인접해 있는 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들(904, 908)이 수직 절곡된 상태로 밀착된 구조의 수직형의 전극단자 연결부(910)를 형성하고 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 냉매 유입부의 냉매 온도를 측정하기 위한 냉매 온도 센서(329)가 전지모듈(902)의 최외각에 위치하고 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 모두 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,
    (a) 조립 방식으로 상호 결합되고, 전기절연성의 소재로 이루어져 있으며, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 부위(전지모듈의 전면 또는 후면) 상에 장착되는 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스;
    (b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부에 각각 접속되는 상부열 및 하부열의 도전성 센싱부들; 및
    (c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 BMS(Battery Management System)로 송부하는 커넥터;
    를 포함하고 있고,
    상기 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스에는 전극단자 연결부에 각각 대응하는 위치에 상향 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며,
    상기 상부열의 도전성 센싱부들은 상부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 상부열의 전극단자 연결부들에 접속되고, 하부열의 도전성 센싱부들은 하부 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 하부열의 전극단자 연결부들에 접속되는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 블록 케이스의 일측 외면에는 하향 돌출형의 체결부가 형성되어 있고, 상기 체결부에 대응하는 하부 블록 케이스의 외면에는 하향 만입형의 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 블록 케이스의 장착홈들은 상부열의 도전성 센싱부 별로 독립적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 블록 케이스의 장착홈은 하부열의 모든 도전성 센싱부들이 함께 장착될 수 있도록 하나의 홈 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스의 장착홈들은 전극단자 연결부위에 대면하는 부위가 각각 상향 만입되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 상부로부터 전극단자 연결부에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 각각 와이어에 의해 커넥터에 연결되어 있으며, 상기 와이어들은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상부재에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상부 블록 케이스와 하부 블록 케이스의 전면에는 상기 와이어들이 장착되기 위한 만입부가 형성되어 있고, 상기 만입부의 내측면에는 삽입된 와이어들을 안정적으로 고정하기 위한 다수의 돌기들이 교번 배향 방식으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 검출 어셈블리는 전지셀들의 온도를 측정하기 위한 전지셀 온도 센서 및/또는 냉매 유입부의 냉매 온도를 측정하기 위한 냉매 온도 센서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈용 전압 검출 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈용 전압 검출 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈은,
    (a) 직렬로 연결된 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 측면방향으로 적층되어 있고, 전면부에 전지셀의 전극단자를 외부 입출력 단자에 연결하기 위한 버스 바가 구비되어 있는 전지셀 적층체;
    (b) 상기 전지셀 적층체의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로서, 전면부에 외부 입출력 단자가 구비되어 있고 상기 전압 검출 어셈블리의 상부에 장착되는 구조의 상부 케이스; 및
    (c) 상기 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 상기 전압 검출 어셈블리의 하부를 장착하는 구조의 하부 케이스;
    를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전압 검출 어셈블리는 상호 결합된 상부 케이스와 하부 케이스의 전면부 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 전극단자들이 상단 또는 하단 일측에 모두 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있고,
    상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지셀들 중 단위모듈 내의 인접한 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들의 대면하는 부위가 밀착된 구조로 전극단자 연결부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 전지셀들 중 서로 다른 단위모듈 상에 포함된 상태로 인접해 있는 전지셀들은 직렬 연결된 전극단자들이 수직 절곡된 상태로 밀착된 구조의 수직형의 전극단자 연결부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 상부 케이스의 전면부에는 전지셀의 최외각 전극단자와 접속되어 있는 버스 바를 삽입하기 위한 한 쌍의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지모듈의 최외각 전극단자와 전기적으로 접속되는 전극단자 접속부와 상부 케이스의 외부 입출력 단자와 연결되는 입출력 단자 접속부로 이루어져 있고, 상기 입출력 단자 접속부는 전극단자 접속부와 전지모듈의 내측 방향으로 수직 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 입출력 단자 접속부는 내측으로 만입된 부위가 상부에 형성되어 있고, 외부 입출력 단자는 상기 만입된 부위에 삽입되어 버스 바와 전기적 연결이 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 전지모듈은 전지셀 온도 센서를 포함하고 있고, 상기 전지셀 온도 센서는 전지모듈의 중간 부위에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 전지모듈은 냉매 온도 센서를 포함하고 있고, 상기 냉매 온도 센서는 전지모듈의 최외각에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 11 항에 따른 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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