WO2013089470A1 - 신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 Download PDF

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battery module
module assembly
case
cell
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이범현
최지영
강달모
성준엽
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module assembly having improved reliability and a medium-large battery pack including the same, and more particularly, to a battery module assembly including one or more plate-shaped battery cells, wherein cell units composed of one or more battery cells are electrically Two or more battery modules connected to each other; A pair of upper and lower cases surrounding the outer circumferential surfaces of the battery modules such that one surface of the battery modules positioned at the outermost portion is exposed to the outside while the battery modules are erected to the side; One or more first fasteners vertically formed in a direction facing each other on the upper surface of the upper case and the lower surface of the lower case to fasten the upper case and the lower case to each other; And at least two second fasteners formed in a horizontal direction on the front and / or rear surface of the upper case and the front and / or rear surface of the lower case for fixing or mounting the battery module assembly. It relates to a battery module assembly.
  • 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
  • Small and mobile devices use one or two or four battery cells per device, while large and large devices such as automobiles are used for medium and large battery packs electrically connected to a plurality of battery cells due to the need for high output and large capacity.
  • medium and large battery packs are preferably manufactured in as small a size and weight as possible
  • square batteries, pouch-type batteries, etc. which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of medium and large battery packs.
  • 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 its advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy deformation.
  • each electrode terminal of the battery cells performs 1: 1 welding with one welding point.
  • the battery pack is fixed to the base plate (base plate) to secure the battery module to ensure the dynamic stability, the end plate (support plate), etc. for the appropriate number of battery modules (member) It is prepared using.
  • the battery pack having the above structure has a lot of space constraints in mounting the battery modules, and when a large number of battery modules are configured together, there is a problem that the structural stability of the overall battery pack is degraded.
  • the conventional battery pack in order to secure the dynamic stability of the battery modules to the base plate by bolts or nuts to prevent movement in the vertical direction, it is configured in the form of fixing the longitudinal direction through the end plate and the support beam.
  • the battery pack of the above structure uses a plurality of bolts or nuts, such as fastening members to mount the battery modules on the support plate, as well as cumbersome assembling process, and to secure space for the fastening member, space constraints and There is a weight constraint of the fastening members.
  • 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.
  • Still another object of the present invention is to provide a battery module assembly having a structure in which welding of electrical units of cell units is weldable in two units, thereby improving welding reliability and minimizing internal resistance.
  • the following battery module assembly has a structure in which the battery modules are arranged adjacent to each other in a height direction based on an arbitrary plane.
  • the battery cell constituting the battery module according to the present invention is a plate-shaped battery cell in which the electrode terminals are formed at one end thereof, has a substantially rectangular parallelepiped shape, and defines a surface on which the electrode terminals are formed as the front surface and faces the front surface. Define the opposite side as the back. In addition, the widest two sides of the surface except the front and rear are defined as the plane and the bottom, and the other two sides except the front, rear, plane and bottom are defined as the side.
  • the upper case and the lower case are assembled in a structure surrounding both sides of the battery cell, the front and rear of the upper case and the lower case is defined as the surface in the same direction as the front and rear of the battery cell.
  • the 'vertical direction' which is the formation direction of the first fastener, means a direction parallel to the upright direction of the battery module
  • the 'horizontal direction' which is the formation direction of the second fasteners, is parallel to the arrangement direction of the battery modules. It means one direction.
  • a battery module assembly comprising one or more plate-shaped battery cells
  • Two or more battery modules to which cell units consisting of one or more battery cells are electrically connected;
  • One or more first fasteners vertically formed in a direction facing each other on the upper surface of the upper case and the lower surface of the lower case to fasten the upper case and the lower case to each other;
  • Two or more second fasteners formed in the horizontal direction on the front and / or rear of the upper case and the front and / or rear of the lower case for fixing or mounting the position of the battery module assembly;
  • one surface of the battery modules exposed to the outside is defined as a surface corresponding to the flat or bottom surface of the battery cell.
  • the battery modules can be combined in the upper case and the lower case using the minimum members, so that the assembly can be easily performed, and as a result, the space of the battery pack can be optimized.
  • the weight of the battery pack can be reduced.
  • the battery pack is configured by assembling a rack structure, it is possible to secure the overall structural stability by facilitating fixing and mounting.
  • the first fastener or the second fastener has a structure in which a fastening screw thread is formed on an inner circumferential surface thereof, so that a member such as a bolt is easily inserted into and fastened to the fastener, such as a rack-like structure.
  • the battery pack can be easily configured.
  • the second fastener may have a structure indented from an outer surface of the upper case or the lower case, and in some cases, the second fastener is a circular arc open toward the outer surface of the upper case or the lower case on a vertical cross section. It may be a structure made of a shape.
  • the second fastener of the structure is a structure in which the fastening member for fixing or mounting the position of the battery module assembly can be coupled.
  • the battery module may have a structure in which cell units composed of two or more battery cells are connected in parallel.
  • the electrode terminals of the cell unit may be a structure that is electrically connected to each other by a bus bar.
  • a bus bar assembly for electrically connecting the battery modules in front of the battery modules may be further included.
  • the cell unit may be composed of an even number of battery cells. That is, in the case of including a parallel connection in consideration of the capacity of the battery module, when welding a plurality of electrode terminals, or between the electrode terminal and the bus bar, welding is performed at the same site at the same time, the increase of internal resistance at the welding site is increased Inevitable
  • the battery module assembly of the present invention can improve the welding reliability of the welding site by dividing the battery cells of the cell unit into two units in parallel, and the even number of parallel configurations can be easily extended.
  • the electrode terminals of the cell unit may be electrically connected to each other by a bus bar, and the welding may be easily performed by the cell unit formed by the two or more even units.
  • the bus bar assembly In one preferred example, the bus bar assembly,
  • the pair of main body parts may be arranged to face each other in a horizontal direction with respect to the arrangement direction of the battery module.
  • the body portion may preferably be coupled to the cover plate by insert injection molding.
  • the main body portion is preferably formed with a step for preventing a short circuit between the external input and output terminals of the battery module assembly, by applying the step can reflect the position of the external input and output terminals.
  • the battery cell is a secondary battery having a thin thickness and a relatively wide width and length so as to minimize the overall size when the battery cell is charged for the configuration of the battery module.
  • Preferred examples of such secondary batteries include an electrode assembly having a positive electrode / separation membrane / cathode structure built into a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and positive and negative terminals protrude from both ends or one end of the battery case.
  • a secondary battery having a structure therein may be mentioned.
  • the secondary battery may have a structure in which an electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet.
  • a secondary battery having such a structure may be referred to as a pouch battery cell.
  • the cell unit may be of a structure in which the battery cells are embedded in the metal housing in close contact with each other.
  • the metal housing may be mutually coupled to surround the entire outer surface of the battery cell stack except for the two or more battery cells and the positive and negative terminal portions. Accordingly, the metal housing prevents the sealing portion of the battery cell from being separated by suppressing repeated expansion and contraction during charging and discharging while protecting the battery cell having low mechanical rigidity.
  • the metal housing has an inner surface structure corresponding to the outer surface shape of the battery cell stack, and in particular, may be made of a structure coupled to the assembly fastening method does not require a separate fastening member.
  • Representative examples of the cross-sectional coupling portion in the metal housing is a male and female fastening structure formed so as to be engaged by the elastic coupling when the metal housing is pressed in contact with each other facing.
  • the metal housing is preferably made of a metal sheet of high thermal conductivity so that heat generated in the battery cells therein can be more easily discharged to the outside.
  • an insulating tape may be attached to an outer circumferential surface of the battery cell except for an electrode terminal portion. Therefore, the problem of breakdown of insulation resistance due to contact between the battery cell and other members such as the metal housing can be prevented.
  • a battery pack including two or more battery module assemblies
  • At least one second fastener is formed at the rear of the upper case or the rear of the lower case to which the fastening members for mutual fastening of the battery module assemblies or the fixing or mounting of the following supporting members are coupled.
  • the battery module assemblies are arranged in close contact with each other to form a single battery module assembly stack,
  • a battery pack comprising a first support member and a second support member for fixing the battery module assembly stack.
  • the battery pack according to the present invention in the configuration of the battery pack can facilitate the fixing and mounting of the battery module, it is possible to ensure the overall structural stability.
  • the battery pack may be a structure that further includes a third support member positioned on the bottom surface of the battery module assembly stack and coupled with the first support member and the second support member.
  • first support member, the second support member, and the third support member may be made of a plate-shaped metal plate, and may include one or more beads of the uneven structure to increase its rigidity.
  • the coupling between the support members is not particularly limited as long as it is a means for preventing separation or separation of the battery modules mounted therein by external vibration or external force, for example, bolting and interference fitting. , Hooking, or welding.
  • the fastening member may be a rod shape of a rectangular or circular or oval shape in a vertical cross section with respect to the longitudinal direction
  • the second fastener may be formed in a shape corresponding to the outer surface shape of the fastening member.
  • the invention also provides a device comprising a battery pack.
  • the device is preferably an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, a power storage device, etc. in consideration of mounting efficiency, structural stability, and the like of the battery module assembly as described above, but the scope of application is limited to these. It is not.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module assembly according to the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module assembly of Figure 1;
  • FIG. 3 is a front view of the battery module assembly of Figure 1;
  • FIG. 4 is a side view of the battery module assembly of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a perspective view of a cell unit
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of the battery cell of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a perspective view of a bus bar assembly
  • FIG. 8 is a perspective view of the pair of body parts of FIG. 7;
  • FIGS. 9 and 10 are perspective views of a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module assembly of FIG.
  • the battery module assembly 300 includes four battery modules 200 in which cell units 100 composed of two battery cells 10 are connected in parallel; A pair of upper case 210 and lower case 220 surrounding the upper and lower parts in a state in which the battery modules 200 are erected to the side; A bus bar assembly 230 for electrically connecting the battery modules 200 in front of the battery modules 200; A first fastener 211 formed on an upper surface of the upper case 210 and a lower surface of the lower case 220; And fasteners 211 and 221 formed on the front surface of the upper case 210 and the front surface of the lower case 220.
  • FIG. 3 is a front view of the battery module assembly of FIG. 1
  • FIG. 4 is a side view of the battery module assembly of FIG. 1.
  • the fasteners 211, 212, and 222 have a structure in which fastening threads (not shown) are formed on an inner circumferential surface thereof, such that the fasteners 211, 212, and 222 are formed.
  • the upper case 210 and the lower case 220 may be fastened and fixed by inserting the bolt 250 into the upper case 210.
  • second fasteners 240 and 241 are formed at the rear of the upper case 210 and the rear of the lower case 220 in a horizontal direction (A direction of FIG. 3) with respect to the arrangement direction of the battery module 200.
  • a fastening member (see 440 of FIG. 9) for fixing or mounting the position of the battery module assembly 300 may be combined.
  • FIG. 5 is a perspective view of a cell unit
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of the battery cell of FIG. 5.
  • the cell unit 100 is composed of two battery cells 10, and an insulating tape 15 is attached to an outer circumferential surface of the battery cell 10 except for the electrode terminal 11.
  • the problem of breakdown of the insulation resistance due to the contact between the battery cell 10 and the metal housing 120 may be prevented.
  • the metal housing 120 includes a pair of the left housing 121 and the right housing 122, and may have a structure that is coupled to each other without using a separate fastening member.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a bus bar assembly according to one embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a perspective view of the pair of body parts of FIG. 7.
  • the bus bar assembly 230 is comprised of a cover plate 231 and a body portion 232.
  • the cover plate 231 is made of an electrically insulating material, is mounted on the front surface of the battery module 200, and includes a pair of main body parts 232, so that the electrode terminals 11 of the cell unit 100 are provided. Are electrically connected to each other by the bus bar 233.
  • the main body 232 has an external input / output terminal 234 formed on one side of a 'b' shape in a state of being coupled to the cover plate 231 by insert injection molding, and two or more bus bars 233 on the other side. ) Is branched.
  • the pair of main body parts 232 and 232 ′ are arranged in a structure facing each other in a horizontal direction (A direction of FIG. 3) with respect to the arrangement direction of the battery module 200.
  • the main body 232 is provided with a step for preventing a short circuit between the external input / output terminals 234 and 234 ', and may reflect the positions of the external input / output terminals 234 and 234'.
  • FIGS. 9 and 10 are perspective views of a battery pack according to the present invention.
  • the battery module assemblies 300 are formed in a battery pack case including a first support member 410, a second support member 420, and a third support member 430. Is equipped.
  • the battery module assemblies 300 are mounted inside the battery pack case more stably and firmly by the combination of the rod-shaped fastening members 440 and the second fasteners 240 and 241.
  • the battery pack case is assembled by the battery module assemblies 300 in a rack structure such as a rack to configure the battery pack, fixing and mounting to the battery module assemblies 300 By facilitating it, the overall structural stability can be ensured.
  • the upper case and the lower case are fixed by the first fastener, and the position of the battery module assembly is fixed or mounted by the second fastener, thereby easily performing the assembly of the battery module assembly. It can be, high utilization of space, in the configuration of the battery pack by making it easy to fix and mount the battery module can manufacture a battery pack that can ensure the overall structural stability.
  • the battery module assembly according to the present invention can improve the welding reliability by providing a bus bar capable of welding the parallel connection of the cell units in two units.

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하는 전지모듈 어셈블리로서, 하나 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 전기적으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지모듈들; 상기 전지모듈들을 측면으로 직립시킨 상태로, 최외각에 위치하는 전지모듈들의 일면이 외부로 노출되도록, 전지모듈들의 외주면을 감싸고 있는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스; 상기 상부 케이스 및 하부 케이스를 상호 체결 고정하기 위해, 상부 케이스의 상부면 및 하부 케이스의 하부면에 서로 대면하는 방향으로 수직으로 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 체결구; 및 전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 위해, 상부 케이스의 전면 및/또는 후면 및 하부 케이스의 전면 및/또는 후면에 수평 방향으로 형성되어 있는 둘 이상의 제 2 체결구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.

Description

신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
본 발명은 신뢰성이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하는 전지모듈 어셈블리로서, 하나 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 전기적으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지모듈들; 상기 전지모듈들을 측면으로 직립시킨 상태로, 최외각에 위치하는 전지모듈들의 일면이 외부로 노출되도록, 전지모듈들의 외주면을 감싸고 있는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스; 상기 상부 케이스 및 하부 케이스를 상호 체결 고정하기 위해, 상부 케이스의 상부면 및 하부 케이스의 하부면에 서로 대면하는 방향으로 수직으로 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 체결구; 및 전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 위해, 상부 케이스의 전면 및/또는 후면 및 하부 케이스의 전면 및/또는 후면에 수평 방향으로 형성되어 있는 둘 이상의 제 2 체결구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 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) 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 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 중대형 전지팩이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
구체적으로, 전지셀들을 병렬 방식으로 연결할 경우, 상기 전지셀의 각각의 전극단자들은 용접점이 1개인 1:1 용접을 이루게 된다.
그러나, 3개 이상의 전지셀들이 적층된 상태로 병렬 연결을 이룰 경우, 3개 이상의 전극단자들 간의 연결이 필요하므로, 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 동일한 부위의 용접시 내부저항이 증가하는 문제점이 발생한다.
한편, 일반적으로 종래의 전지팩은 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판(base plate)에 고정하고, 적정 개수의 전지모듈들에 대해 종판(end plate), 지지보(support bar) 등의 부재를 사용하여 제조된다.
그러나, 상기 구조의 전지팩은 전지모듈들을 장착하는 데 있어서 공간 제약을 많이 가지고 있고, 많은 개수의 전지모듈들이 함께 구성되는 경우 전체적인 전지팩의 구조적 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전지팩의 경우, 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판에 볼트나 너트로 고정하여 상하 방향의 이동을 방지하고, 종판과 지지보를 통해 길이 방향을 고정하는 형태로 구성되어 있다.
그러나, 상기 구조의 전지팩은 다수의 볼트나 너트 등의 체결부재를 사용하여 전지모듈들을 받침판에 장착하므로, 조립공정이 번거로울 뿐만 아니라, 상기 체결부재를 대한 공간을 확보해야 하므로, 공간상의 제약 및 상기 체결부재들의 중량적인 제약을 가지고 있다.
따라서, 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 콤팩트한 구조의 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지모듈들을 고정하기 위한 신규한 체결구조에 의해, 조립 공정을 간소화하고, 전체적으로 콤팩트하면서 가벼운 중량의 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 셀 유닛들의 전기적 연결을 2개의 단위로 용접이 가능한 버스 바를 제공함으로써, 용접 신뢰성을 향상시키고 내부저항을 최소화한 구조의 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 명세서에서, 하기 전지모듈 어셈블리는, 전지모듈들이 임의의 평면을 기준으로 높이 방향으로 인접 배열되어 있는 구조로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 전지모듈을 구성하고 있는 전지셀은, 전극단자들이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀로서, 대략적으로 직육면체 형상이며, 전극단자들이 형성되어 있는 면을 전면으로 정의하고, 전면과 대향하는 반대면을 후면으로 정의한다. 또한, 전면과 후면을 제외한 면들 중 가장 넓은 두 면을 평면과 저면으로 정의하고, 전면, 후면, 평면 및 저면을 제외한 나머지 두 면을 측면으로 정의한다.
따라서, 상부 케이스 및 하부 케이스는 전지셀의 양 측면을 감싸는 구조로 조립되며, 상부 케이스 및 하부 케이스의 전면과 후면은 전지셀의 전면과 후면과 동일한 방향의 면으로 정의된다.
또한, 하기 제 1 체결구의 형성 방향인 '수직 방향'은 상기 전지모듈의 직립 방향과 평행한 방향을 의미하며, 하기 제 2 체결구의 형성 방향인 '수평 방향'은 상기 전지모듈들의 배열 방향과 평행한 방향을 의미한다.
본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는,
하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하는 전지모듈 어셈블리로서,
하나 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 전기적으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지모듈들;
상기 전지모듈들을 측면으로 직립시킨 상태로, 최외각에 위치하는 전지모듈들의 일면이 외부로 노출되도록, 전지모듈들의 외주면을 감싸고 있는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스;
상기 상부 케이스 및 하부 케이스를 상호 체결 고정하기 위해, 상부 케이스의 상부면 및 하부 케이스의 하부면에 서로 대면하는 방향으로 수직으로 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 체결구; 및
전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 위해, 상부 케이스의 전면 및/또는 후면 및 하부 케이스의 전면 및/또는 후면에 수평 방향으로 형성되어 있는 둘 이상의 제 2 체결구;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
구체적으로, 외부로 노출된 전지모듈들의 일면은 전지셀의 평면 또는 저면과 대응되는 면으로 정의된다.
즉, 본 발명의 전지모듈 어셈블리는, 최소한의 부재들을 사용하여 전지모듈들을 상부 케이스와 하부 케이스 내에 결합시킬 수 있으므로, 조립을 용이하게 수행할 수 있고, 결과적으로 전지팩의 공간을 최적화할 수 있으며, 전지팩의 중량을 감소시킬 수 있다. 특히, 랙과 같은 선반 구조로 조립하여 전지팩을 구성할 경우, 고정 및 장착을 용이하게 함으로써, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 체결구 또는 제 2 체결구는 내주면에 체결용 나사산이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 상기 체결구에 볼트 등의 부재를 용이하게 삽입하여 체결함으로써, 랙과 같은 구조의 전지팩을 용이하게 구성할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 2 체결구는 상부 케이스 또는 하부 케이스의 외면으로부터 만입된 구조일 수 있고, 경우에 따라서, 상기 제 2 체결구는 수직 단면 상으로 상부 케이스 또는 하부 케이스의 외면 쪽으로 개방된 원호 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.
이러한, 구조의 제 2 체결구는, 상기 전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 위한 체결부재가 결합될 수 있는 구조이다.
한편, 상기 전지모듈은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 병렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 셀 유닛의 전극단자들은 버스 바에 의해 상호 전기적 연결되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지모듈들의 전면에서 전지모듈들을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바 어셈블리를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 경우, 상기 셀 유닛은 짝수 개의 전지셀들로 구성되어 있을 수 있다. 즉, 전지모듈의 용량을 고려하여 병렬 연결을 포함하는 경우, 다수의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자와 버스 바 간의 용접시, 동일한 부위에 동시에 용접이 행해지므로, 용접 부위에서 내부저항의 증가가 불가피하다.
이에 반해, 본 발명의 전지모듈 어셈블리는 상기 셀 유닛의 전지셀들을 2개 단위로 구분하여 병렬 연결함으로써, 용접 부위의 용접 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 짝수 개로 병렬 구성이 확장이 용이하다.
상기 셀 유닛의 전극단자들은 버스 바에 의해 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 2개 이상의 짝수 단위로 형성되는 셀 유닛에 의해 용접을 용이하게 수행할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 버스 바 어셈블리는,
(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지모듈들의 전면에 장착되며, 하기 한 쌍의 본체부들을 포함하는 커버 플레이트; 및
(b) 커버 플레이트 상에 장착된 상태에서 평면상으로 'ㄴ'자 형상의 일측에 외부 입출력 단자가 형성되어 있고 타측에 둘 이상의 버스 바들이 분지되어 있는 한 쌍의 본체부들;
를 포함하고 있으며,
상기 한 쌍의 본체부들은 전지모듈의 배열 방향에 대해 수평 방향으로 서로 마주보는 구조로 배열되어 있을 수 있다.
상기 본체부는 바람직하게는, 커버 플레이트에 인서트 사출 형성으로 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 본체부에는 바람직하게는 전지모듈 어셈블리의 외부 입출력 단자들 간의 단락을 방지하기 위한 단차가 형성되어 있으며, 이러한 단차를 적용하여 외부 입출력 단자의 위치를 반영할 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지이다. 그러한 이차전지의 바람직한 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 양단 또는 일단에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 금속 하우징에 내장되는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 구조에서, 금속 하우징은 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 양극단자 및 음극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 금속 하우징은 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다.
구체적으로, 상기 금속 하우징은 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 특히 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 금속 하우징에서 단면 결합부의 대표적인 예로는, 금속 하우징이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록 형성된 암수 체결구조를 들 수 있다.
한편, 이차전지의 경우, 충방전 과정에서 발열 현상이 일어나게 되며, 이렇게 발생한 열을 외부로 효과적으로 방출하는 것은 전지의 수명을 연장시키고 안전성을 담보하는 측면에서 중요한 요소로 작용하게 된다. 따라서, 상기 금속 하우징은 내부의 전지셀에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것이 더욱 용이할 수 있도록, 높은 열전도성의 금속 판재로 이루어진 것이 바람직하다.
경우에 따라서는, 상기 전지셀의 전극단자 부위를 제외한 외주면에는 절연 테이프가 부착되어 있을 수 있다. 따라서, 전지셀과 상기 금속 하우징 등과 같은 기타 부재의 접촉에 의한 절연저항 파괴 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은,
상기 전지모듈 어셈블리 둘 이상을 포함하는 전지팩으로서,
전지모듈 어셈블리들의 상호 체결 또는 하기 지지부재들에 대한 위치 고정 내지 장착을 위한 체결부재가 결합되는 하나 이상의 제 2 체결구가 상부 케이스의 후면 또는 하부 케이스의 후면에 형성되어 있고,
상기 전지모듈 어셈블리들은 상호 밀착된 상태로 배열되어 하나의 전지모듈 어셈블리 적층체를 형성하고 있으며,
상기 전지모듈 어셈블리 적층체의 양측 외곽에 위치하고, 상기 체결부재와 결합되어 전지모듈 어셈블리 적층체를 고정하는 제 1 지지부재 및 제 2 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩을 구성함에 있어 전지모듈의 고정 및 장착을 용이하게 할 수 있고, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은, 전지모듈 어셈블리 적층체의 하면에 위치하고 제 1 지지부재 및 제 2 지지부재와 결합되는 구조의 제 3 지지부재를 추가로 포함하는 구조일 수 있다.
구체적으로, 제 1 지지부재, 제 2 지지부재 및 제 3 지지부재는 판상형 금속 판재로 제작될 수 있으며, 자체 강성을 높힐 수 있도록 요철구조의 비드를 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재들 간의 결합은, 외부진동 또는 외력에 의해 내부에 장착된 전지모듈들이 이탈 또는 분리되는 방지할 수 있는 수단이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 볼팅(bolting), 억지끼워맞춤, 후크결합, 또는 용접 등의 수단에 의해 달성될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 체결부재는, 길이방향에 대한 수직 단면상으로 각형 또는 원형 또는 타원형의 봉 형상일 수 있으며, 상기 제 2 체결구는 체결부재의 외면 형상에 대응하는 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 상기 봉상 부재를 제 2 체결구에 장착함으로써, 전지팩을 구성함에 있어 전지모듈의 고정 및 장착을 용이하게 함과 동시에 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명은 또한 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 앞서 설명한 바와 같은 전지모듈 어셈블리의 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등이 바람직하지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈 어셈블리의 정면도이다;
도 4는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 측면도이다;
도 5는 셀 유닛의 사시도이다;
도 6은 도 5의 전지셀의 부분 확대도이다;
도 7은 버스 바 어셈블리의 사시도이다;
도 8은 도 7의 한 쌍의 본체부의 사시도이다;
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 전지팩의 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 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(300)는 2개의 전지셀(10)들로 구성된 셀 유닛들(100)이 병렬로 연결되어 있는 4개의 전지모듈(200); 전지모듈들(200)을 측면으로 직립시킨 상태로 상부 및 하부를 감싸고 있는 한 쌍의 상부 케이스(210) 및 하부 케이스(220); 전지모듈들(200)의 전면에서 전지모듈들(200)을 전기적 병렬 연결하기 위한 버스 바 어셈블리(230); 상부 케이스(210)의 상부면 및 하부 케이스(220)의 하부면에 형성된 제 1 체결구(211); 및 상부 케이스(210)의 전면 및 하부 케이스(220)의 전면에 형성되어 있는 체결구들(211, 221);을 포함하고 있다.
도 3에는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 정면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 측면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 체결구들(211, 212, 222)은 내주면에 체결용 나사선(도시하지 않음)이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 체결구들(211, 212, 222)에 볼트(250)를 삽입하여 상부 케이스(210) 및 하부 케이스(220)를 체결 고정할 수 있다.
또한, 전지모듈(200)의 배열 방향에 대해 수평 방향(도 3의 A방향)으로 상부 케이스(210)의 후면 및 하부 케이스(220)의 후면에 제 2 체결구(240, 241)가 형성되어 있어서, 전지모듈 어셈블리(300)의 위치 고정 내지 장착을 위한 체결 부재(도 9의 440 참조)가 결합될 수 있다.
도 5에는 셀 유닛의 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지셀의 부분 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 셀 유닛(100)은 2개의 전지셀들(10)로 구성되어 있으며, 전지셀(10)의 전극단자(11) 부위를 제외한 외주면에 절연 테이프(15)가 부착되어 있어서, 전지셀(10)과 금속 하우징(120)의 접촉에 의한 절연저항 파괴 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
구체적으로, 2개의 전지셀들(10)의 외면 전체를 감싸는 구조의 한 쌍의 고강도 금속 하우징(120)이 도시되어 있는 바, 금속 하우징(120)은 기계적 강성이 낮은 전지셀(10)을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀(10)의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 금속 하우징(120)은 한 쌍의 좌측 하우징(121)과 우측 하우징(122)으로 이루어져 있으며, 별도의 체결 부재를 사용하지 않고 상호 결합되는 구조일 수 있다.
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스 바 어셈블리의 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 한 쌍의 본체부의 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 이전의 도면들과 함께 참조하면, 버스 바 어셈블리(230)는, 커버 플레이트(231)와 본체부(232)로 이루어져 있다.
커버 플레이트(231)는 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지모듈(200)의 전면에 장착되며, 한 쌍의 본체부(232)를 포함하고 있어서, 셀 유닛(100)의 전극단자들(11)은 버스 바(233)에 의해 상호 전기적으로 연결된다.
본체부(232)는 커버 플레이트(231)에 인서트 사출 형성으로 결합되어 있는 상태에서 평면상으로 'ㄴ'자 형상의 일측에 외부 입출력 단자(234)가 형성되어 있고 타측에 둘 이상의 버스 바들(233)이 분지되어 있다.
한 쌍의 본체부들(232, 232')은 전지모듈(200)의 배열 방향에 대해 수평 방향(도 3의 A방향)으로 서로 마주보는 구조로 배열되어 있다.
본체부(232)에는 외부 입출력 단자(234, 234') 간의 단락을 방지하기 위한 단차가 형성되어 있어서, 외부 입출력 단자(234, 234')의 위치를 반영할 수 있다.
도 9 및 도 10에는 본 발명에 따른 전지팩의 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 및 도 4와 함께 참조하면, 제 1 지지부재(410), 제 2 지지부재(420) 및 제 3 지지부재(430)으로 구성된 전지팩 케이스 내부에 전지모듈 어셈블리들(300)이 장착되어 있다. 또한, 전지모듈 어셈블리들(300)은, 환봉형 체결부재들(440)과 제 2 체결구(240, 241)들의 결합에 의해 더욱 안정적이고 견고하게 전지팩 케이스 내부에 장착되어 있다.
또한, 전지팩 케이스는 도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이, 전지모듈 어셈블리들(300)을 랙과 같은 선반 구조로 조립하여 전지팩을 구성하므로, 전지모듈 어셈블리들(300)에 대한 고정 및 장착을 용이하게 함으로써, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 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.
본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 제 1 체결구에 의해 상부 케이스 및 하부 케이스를 고정하고, 제 2 체결구에 의해 전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 함으로써, 전지모듈 어셈블리의 조립을 용이하게 수행할 수 있고, 공간 활용도가 높으며, 전지팩을 구성함에 있어 전지모듈의 고정 및 장착을 용이하게 함으로써 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있는 전지팩을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 셀 유닛들의 병렬 연결을 2개의 단위로 용접이 가능한 버스 바를 제공함으로써, 용접 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하는 전지모듈 어셈블리로서,
    하나 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 전기적으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지모듈들;
    상기 전지모듈들을 측면으로 직립시킨 상태로, 최외각에 위치하는 전지모듈들의 일면이 외부로 노출되도록, 전지모듈들의 외주면을 감싸고 있는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스;
    상기 상부 케이스 및 하부 케이스를 상호 체결 고정하기 위해, 상부 케이스의 상부면 및 하부 케이스의 하부면에 서로 대면하는 방향으로 수직으로 형성되어 있는 하나 이상의 제 1 체결구; 및
    전지모듈 어셈블리의 위치 고정 내지 장착을 위해, 상부 케이스의 전면 및/또는 후면 및 하부 케이스의 전면 및/또는 후면에 수평 방향으로 형성되어 있는 둘 이상의 제 2 체결구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 체결구 또는 제 2 체결구는 내주면에 체결용 나사산이 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 체결구는 상부 케이스 또는 하부 케이스의 외면으로부터 만입된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 체결구는 수직 단면 상으로 상부 케이스 또는 하부 케이스의 외면 쪽으로 개방된 원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 전지셀들로 구성된 셀 유닛들이 병렬로 연결되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛의 전극단자들은 버스 바에 의해 상호 전기적 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들의 전면에서 전지모듈들을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바 어셈블리를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 버스 바 어셈블리는,
    (a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지모듈들의 전면에 장착되며, 하기 한 쌍의 본체부를 포함하는 커버 플레이트; 및
    (b) 커버 플레이트 상에 장착된 상태에서 평면상으로 'ㄴ'자 형상의 일측에 외부 입출력 단자가 형성되어 있고 타측에 둘 이상의 버스 바들이 분지되어 있는 한 쌍의 본체부들;
    를 포함하고 있으며,
    상기 한 쌍의 본체부들은 전지모듈의 배열 방향에 대해 수평 방향으로 서로 마주보는 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 파우치형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 일측 단부에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지셀의 전극단자 부위를 제외한 외주면에 절연 테이프가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 금속 하우징에 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  13. 제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리 둘 이상을 포함하는 전지팩으로서,
    전지모듈 어셈블리들의 상호 체결 또는 하기 지지부재들에 대한 위치 고정 내지 장착을 위한 체결부재가 결합되는 하나 이상의 제 2 체결구가 상부 케이스의 후면 또는 하부 케이스의 후면에 형성되어 있고,
    상기 전지모듈 어셈블리들은 상호 밀착된 상태로 배열되어 하나의 전지모듈 어셈블리 적층체를 형성하고 있으며,
    상기 전지모듈 어셈블리 적층체의 양측 외곽에 위치하고, 상기 체결부재와 결합되어 전지모듈 어셈블리 적층체를 고정하는 제 1 지지부재 및 제 2 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지팩은, 전지모듈 어셈블리 적층체의 하면에 위치하고 제 1 지지부재 및 제 2 지지부재와 결합되는 구조의 제 3 지지부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 체결부재는, 길이방향에 대한 수직 단면상으로 각형 또는 원형 또는 타원형의 봉 형상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 체결구는 체결부재의 외면 형상에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 13 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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