WO2015016566A1 - 전지모듈 어셈블리 - Google Patents

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WO2015016566A1
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battery module
modules
sub
module assembly
battery
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PCT/KR2014/006918
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이범현
신진규
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module assembly, and more particularly, a battery module assembly including unit modules mounted on a cartridge in a state in which unit cells are electrically connected by a bus bar, wherein the battery module assembly includes two stacked vertically from the ground.
  • Two or more sub-modules including one or more unit modules and arranged in a lateral direction;
  • Side cover plates mounted to the sides of the submodules;
  • An upper cover plate mounted on an upper surface of the sub modules, the upper cover plate being coupled to the sub modules and the side cover plate;
  • a front cover plate mounted on a front surface of the battery module assembly in which the external input / output terminals of the sub modules are positioned and fastened to the sub modules, the base plate, and the side cover plate;
  • a main bus bar fixing the front ends of the submodules and connecting external input / output terminals of the submodules;
  • Secondary batteries are also attracting attention as energy sources such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as a way to solve air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. It is also being used as a key member of power storage devices. Therefore, the type of applications using the secondary battery has been very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
  • small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, and the like are used with one or two or four small and light battery cells per device according to the miniaturization tendency of the products.
  • medium and large devices such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, power storage devices, etc.
  • medium and large battery modules or battery packs electrically connecting a plurality of battery cells are used. Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodation space and the output of the medium and large devices, manufacturers are trying to manufacture a battery module that is as small and lightweight as possible.
  • the conventional medium-large battery module is manufactured by stacking a plurality of unit pieces and applying a plate for fixing up and down to complete fixing between units and then fixing them separately inside the frame. It causes the increase of the total volume.
  • the individual plates for fixing the individual units the overall rigidity of the battery module is lowered, which requires an additional reinforcing member.
  • a separate cooling flow path or a cooling member is additionally mounted for cooling the battery module, it is disadvantageous that parts increase and efficient work in a narrow space becomes difficult.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application through in-depth research and various experiments, configure the battery module assembly in a structure in which the sub-modules are fixed by the side cover plate of the specific structure, the main bus bar and the bracket, and the like, thereby increasing the volume of the battery module assembly.
  • the battery module assembly can be assembled in a compact (compact) structure, so that the configuration of the additional components for improving the stability and cooling efficiency of the battery module is not necessary, the production together with the compact structure It is to provide a battery module assembly having an improved stability to achieve the effect of increasing the efficiency of the process.
  • a battery module assembly including unit modules mounted on a cartridge in which unit cells are electrically connected by a bus bar,
  • Two or more sub-modules including two or more unit modules stacked in a vertical direction from the ground and arranged in a lateral direction;
  • An upper cover plate mounted on an upper surface of the sub modules, the upper cover plate being coupled to the sub modules and the side cover plate;
  • a front cover plate mounted on a front surface of the battery module assembly in which the external input / output terminals of the sub modules are positioned and fastened to the sub modules, the base plate, and the side cover plate;
  • a main bus bar fixing the front ends of the submodules and connecting external input / output terminals of the submodules
  • Consists of a structure that includes.
  • the battery module assembly by configuring the battery module assembly in a structure for fixing the sub-modules with the side cover plate, the main bus bar and the bracket of a specific structure, while suppressing the increase in volume of the battery module assembly It is possible to increase the rigidity of the self, and to achieve a uniform cooling effect of the battery module assembly.
  • the battery module assembly according to the present invention in the assembly process of the battery module assembly, it is not necessary to configure additional components for improving the stability and cooling efficiency of the battery module, thereby increasing the efficiency of the production process together with the compact structure Effect can be achieved.
  • the unit cell may be a plate-shaped battery cell or a structure in which two or more plate-shaped battery cells are mounted on a cell cover with the electrode terminals exposed.
  • an electrode Except for the terminal portion it may be a pair of outer member coupled to surround the outer surface of the battery cells.
  • the battery cell may be a rectangular secondary battery or a pouch secondary battery.
  • the rectangular secondary battery may have a structure in which an electrode assembly is sealed in a rectangular metal case
  • the pouch type secondary battery may specifically have a structure in which an electrode assembly is sealed in a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the secondary battery may be a lithium secondary battery of high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery will be described in detail below.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and the like.
  • the positive electrode is produced by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and further, a filler may be further added as necessary.
  • the negative electrode is also manufactured by coating and drying a mixture of a negative electrode active material and a binder on a negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.
  • the separator is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte solution consists of a nonaqueous electrolyte solution and a lithium salt, and a liquid nonaqueous electrolyte solution, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used as the nonaqueous electrolyte solution.
  • the current collector the electrode active material, the conductive material, the binder, the filler, the separator, the electrolyte, the lithium salt, and the like are known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.
  • Such lithium secondary batteries may be prepared by conventional methods known in the art. That is, it may be prepared by injecting an electrolyte through a porous separator between the anode and the cathode.
  • the positive electrode may be manufactured by, for example, applying a slurry containing the lithium transition metal oxide active material, the conductive material, and the binder described above onto a current collector and then drying.
  • the negative electrode can be prepared by, for example, applying a slurry containing the above-described carbon active material, a conductive material and a binder onto a thin current collector and then drying it.
  • the cell cover may be constituted by a pair of exterior members coupled to surround the outer surface of the battery cells except for the electrode terminal portion.
  • this cell cover for example, two battery cells may be mounted, and the two battery cells may form a battery cell assembly in a stacked structure such that electrode terminals of the same polarity contact each other and are connected in parallel.
  • the unit cells in the unit module may be a structure that is connected in parallel with each other.
  • the unit cells may be mounted on the cartridge so that the electrode terminals face each other, and the electrode terminals may be connected in parallel by battery bar connection bus bars mounted to the cartridge.
  • Such a cartridge is an electrically insulating member having predetermined rigidity, which protects the unit cells from external shocks and ensures stable mounting of the unit cells.
  • the unit cells are arranged by the cartridge so that the electrode terminals face each other, thereby facilitating electrical parallel connection by the bus bars.
  • a fixing member may be additionally mounted between the electrode terminal connecting portions of the unit cells to fix the electrode terminal connecting portions to the cartridge.
  • the fixing portion has an outer surface shape corresponding to the shape between the electrode terminal connecting portion is formed in the through groove in the center and is electrically insulating protrusions mounted on the cartridge, and inserted into the through grooves It may be a structure including a fastening portion for coupling to the cartridge.
  • the unit cells can be stably mounted to the cartridge.
  • both sides of the cartridge may be formed with protrusions having fastening grooves, and the cartridges are coupled to each other by a fastening member penetrating the fastening groove to form a submodule. Accordingly, the unit cells are fixed by the cartridge and at the same time the cartridges can be coupled to each other by the fastening groove, thereby achieving a more robust and stable fixing effect.
  • the fastening of the cartridges achieved through the fastening grooves may be, for example, fastening by bolts or rivets passing through the fastening grooves, but is not limited thereto.
  • the bus bar for connecting the unit modules is bent up or down one end of the surface to which the electrode terminal is coupled, the bent one end and the connection member is coupled, and electrically connected to the adjacent unit module It may be a structure forming a.
  • unit modules in the sub-module may have a structure that is connected in series or in parallel, for example, to achieve the parallel connection structure by the same mounting position of the connection member and different stacking structure of the unit modules. have.
  • the side cover plate may be formed with one or more refrigerant inlets through which the refrigerant can be introduced.
  • the unit modules may be stacked in such a manner that a coolant flow path is formed at a stacking interface, and the sub modules are arranged to be spaced apart from each other to provide a coolant flow path.
  • the side cover plate is a member mounted to the side of the sub-module to be fixed to the base plate and the upper cover plate of the sub-modules, the main body portion surrounding the side of the sub-module; A fixed part bent and formed in an extended structure at both ends of the main body to surround the sub-modules, and fixed to the sub-modules; And a handle formed at one end of the main body, and may have a structure in which coolant inlets are formed in the main body.
  • the main bus bar for example, as a member that can be connected to the external input and output terminals formed in the sub-modules and at the same time can be fixed to each other so that a predetermined separation space between the sub-modules, the plate-shaped body portion , A fixing part, and an opening formed through the center of the main body part, and the fixing part may have a structure in which a fastener capable of being fastened and fixed to external input / output terminals of the submodules is formed.
  • the bracket may have a refrigerant outlet communicating with the refrigerant passage, and a fan or a discharge duct may be mounted at a position of the refrigerant outlet.
  • the bracket is a member that can be fixed to each other so as to maintain a predetermined space between the sub-modules, such as the main bus, plate-shaped body portion, fixed portion, and in the center of the body portion And a coolant outlet formed through the main body, and the main body is formed at both ends of the concave-convex structure corresponding to the rear concave-convex structure of the sub-modules, and the fastening part can be fastened and fixed to the rear of the sub-modules. It consists of a structure that is formed.
  • a coolant flow path is formed at a stacking interface of the unit modules, a coolant inlet port for supplying coolant to the coolant flow path is formed at the side cover plate, and the coolant unit modules are cooled. Since the outlet of the is formed in the bracket located on the rear of the sub-module, it is possible to uniformly cool the unit modules constituting the battery module assembly. Therefore, the overall cooling effect of the battery module assembly can be achieved with improved efficiency.
  • the upper cover plate and the base plate may be made of, for example, a plate having a predetermined rigidity and elasticity, and may achieve an effect of integrating the submodules into one and at the same time protecting from an external shock.
  • the upper cover plate and the base plate are not particularly limited as long as they are manufactured by machining, but as a specific example, they may be manufactured by a press molding method.
  • a reinforcing bead of a concave-convex structure may be formed on an outer surface of the upper cover plate and the base plate so as to improve self rigidity.
  • the upper cover plate and the base plate may further include a fastening groove for fastening to the sub-modules.
  • the sub-modules can be fixed at the same time as being fastened with the upper cover plate and the base plate, it is possible to achieve a more robust and stable fixing effect.
  • the fastening of the submodules and the upper cover plate and the base plate achieved through the fasteners may be fastening by bolts or rivets, but is not limited thereto.
  • the present invention also provides a device including the battery module assembly as a power source, the device specifically, an electric vehicle, hybrid electric vehicle, plug-in hybrid electric vehicle, power storage device, emergency power supply, computer room power supply It may be a device, a portable power supply, a medical power supply, a fire extinguishing power supply, an alarm power supply, or an evacuation power supply.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pouch-type battery cell according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a unit cell having a structure in which the battery cells of FIG. 1 are mounted on a cell cover;
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a unit cell of FIG. 2 mounted on a cartridge to configure one unit module
  • FIG. 4 is a plan view of a unit module according to the present invention.
  • FIG. 5 is a side view of a unit module according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a shape in which unit modules according to the present invention are stacked;
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6;
  • FIG. 8 is a perspective view showing a shape in which a serial connection member and a bus bar for external input / output terminals are mounted on a submodule according to the present invention
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a shape in which an external input / output terminal protection member and a series connection protection member are attached to the submodule of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a side view of FIG. 9;
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a side cover plate mounted on the submodule of FIG. 9;
  • FIG. 12 is a perspective view showing the shape of fixing the two sub-modules in the side cover plate and the bracket according to the present invention
  • FIG. 13 is a top view of FIG. 12;
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a shape in which two sub-modules according to the present invention are electrically connected to each other at the same time as the main bus bars, and fixed to each other and a base plate, an upper cover plate and a front cover plate are mounted;
  • FIG. 15 is a perspective view of a battery module assembly according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pouch-type battery cell according to the present invention.
  • the battery cell 20 is a plate-shaped battery cell 20 in which electrode terminals (anode terminal 21 and cathode terminal 22) are formed at one end thereof.
  • the plate-shaped battery cell 20 includes an electrode assembly (not shown) in the pouch-shaped case 23 of the laminate sheet including a metal layer (not shown) and a resin layer (not shown).
  • the sealing portion 24 is formed by thermal fusion, and is commonly referred to as a pouch type battery cell.
  • FIG. 2 is a perspective view of a unit cell having a structure in which the battery cells of FIG. 1 are mounted on a cell cover.
  • two battery cells 20 are accommodated in and fixed to cell covers 111 and 112 including an upper cell cover 111 and a lower cell cover 112.
  • the electrode terminals 21 and 22 of the two battery cells 20 are exposed in one direction from the cell cover so as to be electrically connected in parallel to each other to form the two electrode terminals 110a and 110b. It is.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a shape in which the unit cell of FIG. 2 is mounted to a cartridge to form one unit module
  • FIGS. 4 and 5 are plan and side views of the unit module according to the present invention.
  • two unit cells 110 are mounted to the cartridge 120 to form one unit module 100.
  • the two unit cells 110 are arranged such that each of the positive electrode terminal 110a and the negative electrode terminal 110b faces each other.
  • these electrode terminals 110a and 110b are electrically connected in parallel by bus bars 130, respectively.
  • the bus bar 130 is electrically coupled with the electrode terminals 110a and 110b, and a bent portion 131 is bent downward at one end of the bus bar 130 and fastened to the bent portion.
  • a sphere 132 is formed.
  • the fastener 132 is used as a fastener 132 for electrical connection between the unit modules 100 when a plurality of unit modules 100 are stacked (see FIGS. 6 and 7).
  • protrusions 121 having fastening grooves 122 are formed at both sides of the cartridge 120.
  • the protrusions 121 may be unit modules 100 may be coupled to each other by a fastening member (123 of FIG. 5) passing through the fastening groove 122.
  • the height of the protrusion 121 is 110 to 150% greater than the height of the cartridge 120. Therefore, when the unit modules 100 are stacked, a predetermined gap (170 in FIG. 9) is formed at the stacking interface of the unit module 100, and the gap (170 in FIG. 9) is a refrigerant flow path through which the refrigerant may flow. It can be used as.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a shape in which unit modules according to the present invention are stacked.
  • the unit modules 100 are vertically stacked from the ground to form one sub module 200. Specifically, after the unit modules 100 are vertically stacked, the fastening members 123 are inserted into the protrusions formed at both sides thereof, and are coupled to each other.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6, and FIG. 8 shows a shape in which connection members 140 and bus bars 151 and 152 for external input / output terminals are mounted on the submodule 200 according to the present invention. The perspective view shown is shown.
  • the unit modules 100 are electrically connected in series by the connection members 140.
  • bus bars 151 and 152 for external input / output terminals are mounted to electrically connect the unit modules 100 connected in series to the external input / output terminals 161 and 162.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a shape in which an external input / output terminal protection member and a serial connection protection member are mounted on the submodule of FIG. 8.
  • the external input / output terminal 161 of the sub module 200 is protected from the outside by mounting the external input / output terminal protection member 165.
  • the serial connection unit in which the unit modules 100 are electrically connected in series is also protected from the outside by mounting the serial connection protection member 145.
  • FIG. 10 is a side view of FIG. 9.
  • predetermined gaps 170 are formed in the stacking interface of the unit modules 100 constituting the submodule 200. These gaps 170 may be utilized as a coolant flow path through which a coolant may flow.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a shape in which the side cover plate is mounted on the submodule of FIG. 9.
  • the side cover plate 300 includes a main body 310 surrounding the side of the sub module 200, and the main body 310 includes inlets through which refrigerant may be introduced from the outside (see FIG. 11). 311) is perforated.
  • both ends of the main body 310 are formed with a bent portion 320 having a structure that is bent and extended to surround the submodule 200.
  • the body portion 310 and the bent portion 320 of the side cover plate 300 is formed with fixing parts (312, 321) fastened and fixed to the sub-module 200, one side of the body portion 310 A handle 330 is formed at the end.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a shape in which two submodules are fixed by a side cover plate and a bracket.
  • two sub-modules 200 are coupled to each other by mounting a bracket 500 on a rear surface thereof.
  • the bracket 500 includes a plate-shaped body portion 510, the fixing portion 520, and the refrigerant outlet 530 is formed through the center of the body portion 510. .
  • the main body 510 is formed at both ends of the concave-convex portion 511 having a shape corresponding to the rear concave-convex structure of the sub-modules 200, and the fixing portion 520 to the rear of the sub-module 200 Fasteners that can be fastened and fixed are formed.
  • FIG. 13 shows the top view of FIG. 12.
  • the sub-modules 200 may have a coolant (not shown) flowing in the center by a bracket 500 mounted at a rear side and a main bus bar 400 mounted at the front side.
  • a coolant flow path (see arrow) is formed. Therefore, the coolant flows from the side cover plate 300 to cool the battery cells (not shown) built in the sub-modules 200 and then to the coolant outlet 530 formed in the bracket 500 along the central coolant flow path. Can be discharged.
  • a cooling fan (not shown) or a discharge duct (not shown) may be installed at the refrigerant outlet 530 to further improve cooling efficiency.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a shape in which two sub-modules are electrically connected to and fixed at the same time as the main bus bars, and a base plate, an upper cover plate, and a front cover plate are mounted.
  • the external input / output terminals 162 and 161 of the two sub modules 200 are electrically connected in series by the main bus bar 400.
  • the two sub modules 200 are fixed to be spaced apart by a predetermined distance by the main bus bar 400.
  • the upper surface is protected by the upper cover plate 700, and the front surface is protected by the front cover plate 800.
  • FIG. 15 is a perspective view of a battery module assembly according to the present invention.
  • reinforcing beads (750, 650) having concave-convex structures for improving self rigidity are formed on the outer cover plate 700 and the base plate 600.
  • FIG. 15 together with FIG. 14, reinforcing beads (750, 650) having concave-convex structures for improving self rigidity are formed on the outer cover plate 700 and the base plate 600.
  • the battery module assembly comprises a battery module assembly in a structure for fixing the sub-modules with a side cover plate, a main bus bar, a bracket, etc. of a specific structure, thereby increasing the volume of the battery module assembly.
  • a uniform cooling effect of the battery module assembly can be achieved.
  • the battery module assembly can be assembled in a compact structure, and additional components for improving the stability and cooling efficiency of the battery module are not required, thereby achieving the effect of increasing the efficiency of the production process together with the compact structure. Can be.

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Abstract

본 발명은 측면 방향으로 배열되어 있는 둘 이상의 서브모듈들; 서브모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트; 서브모듈들의 측부에 장착되는 측부 커버 플레이트들; 서브모듈들의 상면에 탑재되고, 서브모듈들 및 측부 커버플레이트와 체결 결합되는 상부 커버 플레이트; 전지모듈 어셈블리의 전면에 장착되고, 서브모듈들, 베이스 플레이트 및 측부 커버 플레이트에 체결 결합되는 전면 커버 플레이트; 서브모듈들의 전면 단부들을 상호 고정하고, 서브모듈들의 외부 입출력 단자들을 연결하는 메인 버스 바; 및 서브모듈들의 후면 단부들을 상호 고정하는 브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.

Description

전지모듈 어셈블리
본 발명은 전지모듈 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단위셀들이 버스 바에 의해 전기적으로 연결된 상태에서 카트리지에 탑재되어 있는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈 어셈블리로서, 지면으로부터 수직 방향으로 적층된 둘 이상의 단위모듈들을 포함하고 있고, 측면 방향으로 배열되어 있는 둘 이상의 서브모듈들(sub-modules); 상기 서브모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate); 상기 서브모듈들의 측부에 장착되는 측부 커버 플레이트들(side cover plates); 상기 서브모듈들의 상면에 탑재되고, 서브모듈들 및 측부 커버플레이트와 체결 결합되는 상부 커버 플레이트(upper cover plate); 상기 서브모듈들의 외부 입출력 단자들이 위치하는 전지모듈 어셈블리의 전면에 장착되고, 서브모듈들, 베이스 플레이트 및 측부 커버 플레이트에 체결 결합되는 전면 커버 플레이트(front cover plate); 상기 서브모듈들의 전면 단부들을 상호 고정하고, 서브모듈들의 외부 입출력 단자들을 연결하는 메인 버스 바(main bus bar); 및 상기 서브모듈들의 후면 단부들을 상호 고정하는 브라켓(bracket);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리에 관한 것이다.
이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 또한, 전력저장 장치의 주요 구성원으로 사용도 시작되고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량을 가진 전지셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈 또는 전지팩이 사용되고 있다. 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.
한편, 종래의 중대형 전지모듈은 복수의 단위체들을 적층하여 상하로 고정용 플레이트를 덧대어 단위체들 간의 고정을 완료한 후 이를 프레임 내부에 별도로 다시 고정하는 방식으로 제작되고 있는 바, 이러한 방식은 전지모듈 전체 부피를 증가시키는 원인이 되고 있다. 또한, 개별 단위체들의 고정을 위해 개별 플레이트로 구성할 경우에, 전지모듈의 전체 강성이 저하되고, 이로 인해 추가적인 보강부재가 필요하게 된다. 더욱이, 전지모듈의 냉각을 위해 별도의 냉각유로 또는 냉각부재 등을 추가적으로 탑재할 경우, 부품 증가 및 협소한 공간 내에서의 효율적인 작업이 어려워지는 단점을 초래하게 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 통해, 특정한 구조의 측부 커버 플레이트와, 메인 버스 바 및 브라켓 등으로 서브모듈들을 고정하는 구조로 전지모듈 어셈블리를 구성함으로써, 전지모듈 어셈블리의 부피 증가를 억제함과 동시에 자체 강성을 증대시키고, 이와 더불어 전지모듈 어셈블리의 균일한 냉각 효과를 달성할 수 있는 전지모듈 어셈블리를 개발하고자 하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전지모듈 어셈블리를 콤팩트(compact) 한 구조로 조립할 수 있고, 전지모듈의 안정성 향상 및 냉각 효율성 향상을 위한 추가적인 부품의 구성이 필요치 않도록 하여, 상기 콤팩트 한 구조와 더불어 생산 공정의 효율성 증대 효과를 함께 달성할 수 있는 안정성이 향상된 구조의 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는,
단위셀들이 버스 바에 의해 전기적으로 연결된 상태에서 카트리지에 탑재되어 있는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈 어셈블리로서,
지면으로부터 수직 방향으로 적층된 둘 이상의 단위모듈들을 포함하고 있고, 측면 방향으로 배열되어 있는 둘 이상의 서브모듈들(sub-modules);
상기 서브모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate);
상기 서브모듈들의 측부에 장착되는 측부 커버 플레이트들(side cover plates);
상기 서브모듈들의 상면에 탑재되고, 서브모듈들 및 측부 커버플레이트와 체결 결합되는 상부 커버 플레이트(upper cover plate);
상기 서브모듈들의 외부 입출력 단자들이 위치하는 전지모듈 어셈블리의 전면에 장착되고, 서브모듈들, 베이스 플레이트 및 측부 커버 플레이트에 체결 결합되는 전면 커버 플레이트(front cover plate);
상기 서브모듈들의 전면 단부들을 상호 고정하고, 서브모듈들의 외부 입출력 단자들을 연결하는 메인 버스 바(main bus bar); 및
상기 서브모듈들의 후면 단부들을 상호 고정하는 브라켓(bracket);
을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 특정한 구조의 측부 커버 플레이트와, 메인 버스 바 및 브라켓으로 서브모듈들을 고정하는 구조로 전지모듈 어셈블리를 구성함으로써, 전지모듈 어셈블리의 부피 증가를 억제함과 동시에 자체 강성을 증대시키고, 이와 더불어 전지모듈 어셈블리의 균일한 냉각 효과를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 전지모듈 어셈블리의 조립 공정에 있어서, 전지모듈의 안정성 향상 및 냉각 효율성 향상을 위한 추가적인 부품의 구성이 필요치 않으므로, 상기 콤팩트 한 구조와 더불어 생산 공정의 효율성 증대 효과를 달성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀은, 판상형 전지셀이거나, 또는 전극단자들이 노출된 상태로 둘 이상의 판상형 전지셀들이 셀 커버에 장착되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 셀 커버의 구체적인 예로서, 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재일 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 각형 이차전지는 각형의 금속 케이스에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있고, 상기 파우치형 이차전지는 구체적으로 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 이차전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 활물질과 바인더의 혼합물을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이러한 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 개재하고 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
상기 단위셀의 예들 중의 하나인 전지셀 어셈블리에서, 셀 커버는 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성될 수 있다. 이러한 셀 커버에는, 예를 들어 2개의 전지셀들이 장착될 수 있고, 상기 2개의 전지셀들은 동일 극성의 전극단자들이 서로 접하면서 병렬 연결되도록 적층된 구조로 전지셀 어셈블리를 형성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위모듈에서 단위셀들은 상호 병렬 연결되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 카트리지 상에 장착되어 있고, 상기 카트리지에 장착되어 있는 전지셀 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 카트리지는 소정의 강성을 가진 전기절연성의 부재로서, 외부의 충격으로부터 단위셀들을 보호하고, 단위셀들의 안정적인 장착을 보장한다. 또한, 카트리지에 의해 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 배열됨으로써, 버스 바들에 의한 전기적 병렬 연결을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기 단위셀들의 전극단자 연결부들 사이에는 상기 전극단자 연결부들을 카트리지에 정위치 고정하기 위한 고정부재가 추가로 장착될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 고정부는, 전극단자 연결부들 사이의 형상에 대응하는 외면 형상을 가지고 중앙에 관통홈에 형성되어 있으며 카트리지 상에 장착되는 전기절연성의 돌출부, 및 상기 관통홈에 삽입되어 돌출부를 카트리지에 결합하는 체결부를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 외부 충격의 인가 시에도 단위셀들이 카트리지에 안정적으로 고정 장착될 수 있다.
또한, 상기 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되어 서브모듈을 형성하고 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 단위셀들은 카트리지에 의해 고정됨과 동시에 카트리지들이 상기 체결홈에 의해 상호 결합되어 체결될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 상기 체결홈들을 통해 달성되는 카트리지들의 체결은, 예를 들어, 체결홈을 관통하는 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 단위모듈들을 연결용 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있고, 상기 절곡된 일측 단부와 접속부재가 결합되어, 인접한 단위모듈과 전기적 연결을 이루는 구조일 수 있다.
또한, 상기 서브모듈에서 단위모듈들은 직렬 연결 또는 병렬 연결되는 구조일 수 있는 바, 예를 들어, 상기 접속부재의 장착위치를 동일하게 하고 단위모듈들의 적층 구조를 달리하여 병렬 연결 구조를 달성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 측부 커버 플레이트에는 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구들이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 서브모듈에서 단위모듈들은 적층 계면에 냉매 유로가 형성되도록 적층되어 있고, 상기 서브모듈들은 냉매 유로를 제공할 수 있도록 상호 이격된 상태로 배열되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 측부 커버 플레이트는, 서브모듈들의 상기 베이스 플레이트 및 상부 커버 플레이트에 장착 고정할 수 있도록 서브모듈의 측부에 장착되는 부재로서, 상기 서브모듈들의 측부를 감싸는 본체부; 상기 본체부의 양단에 서브모듈들의 감싸는 형태로 절곡되어 연장된 구조로 형성되어 있고, 서브모듈들과 체결 고정되는 고정부; 및 상기 본체부의 일측 단부에 형성된 손잡이;를 포함하고 있고, 상기 본체부에 냉매 유입구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 메인 버스 바는, 예를 들어, 서브모듈에 형성된 외부입출력 단자를 상호간 연결함과 동시에 서브모듈들 사이에 소정의 이격 공간이 유지될 수 있도록 상호 고정할 수 있는 부재로서, 판상형 본체부, 고정부, 및 상기 본체부 중앙에 관통되어 형성되어 있는 개구부를 포함하고 있고, 상기 고정부에는 서브모듈들의 외부 입출력 단자들과 체결 고정될 수 있는 체결구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 브라켓에는 상기 냉매 유로에 연통되는 냉매 배출구가 형성되어 있을 수 있으며, 냉매 배출구의 위치에 송풍기(fan) 또는 배출 덕트(duct)가 장착될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 브라켓은, 상기 메인 버스 바와 같이 서브모듈들 사이에 소정의 이격 공간이 유지될 수 있도록 상호 고정할 수 있는 부재로서, 판상형 본체부, 고정부, 및 상기 본체부 중앙에 관통되어 형성되어 있는 냉매 배출구를 포함하고 있고, 상기 본체부는 서브모듈들의 후면 요철구조와 대응하는 형상의 요철부가 양단에 형성되어 있고, 상기 고정부에는 서브모듈들의 후면에 체결 고정될 수 있는 체결구가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 구조의 전지모듈 어셈블리는, 단위모듈들의 적층 계면에 냉매 유로가 형성되어 있고, 이러한 냉매 유로에 냉매를 공급하는 냉매 유입구가 측부 커버 플레이트에 형성되어 있으며, 단위모듈들을 냉각시킨 냉매의 배출구가 서브모듈들의 후면에 위치하는 브라켓에 형성되어 있으므로, 전지모듈 어셈블리를 구성하고 있는 단위모듈들의 냉각을 균일하게 수행할 수 있다. 따라서, 향상된 효율성으로 전지모듈 어셈블리의 전체적인 냉각효과를 달성 할 수 있다.
상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트는, 예를 들어, 소정의 강성 및 탄성을 가진 판재로 제작될 수 있는 바, 서브모듈들을 하나로 일체화 시킴과 동시에 외부로부터의 충격으로부터 보호하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트는 기계 가공에 의해 제작되는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적인 예로서, 프레스 성형법에 의해 제작될 수 있다.
또한, 상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트의 자체 강성을 향상시킬 수 있도록, 외부 표면에는 요철구조의 보강 비드(bead)가 형성될 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트는 서브모듈들과 체결 결합되기 위한 체결홈을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 상기 서브모듈들은 상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트와 체결됨과 동시에 고정될 수 있으므로, 더욱 견고하고 안정적인 고정 효과를 달성할 수 있다. 또한, 상기 체결구들을 통해 달성되는 서브모듈들과 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트와의 체결은, 바람직하게는, 볼트 또는 리벳에 의한 체결일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀에 대한 사시도이다;
도 3은 도 2의 단위셀이 카트리지에 장착되어 하나의 단위모듈을 구성하는 형상을 나타낸 사시도이다;
도 4는 본 발명에 따른 단위모듈의 평면도이다;
도 5는 본 발명에 따른 단위모듈의 측면도이다;
도 6은 본 발명에 따른 단위모듈들이 적층되는 형상을 나타낸 사시도이다;
도 7은 도 6의 부분 확대도 이다;
도 8은 본 발명에 따른 서브모듈에 직렬 접속부재 및 외부 입출력 단자용 버스 바가 장착된 형상을 나타낸 사시도이다;
도 9는 도 8의 서브모듈에 외부 입출력 단자 보호부재 및 직렬 접속부 보호부재가 장착된 형상을 나타낸 사시도이다;
도 10은 도 9의 측면도이다;
도 11은 도 9의 서브모듈에 측부 커버 플레이트가 장착되는 형상을 나타낸 사시도이다;
도 12는 본 발명에 따른 두 개의 서브모듈들을 측부 커버 플레이트 및 브라켓으로 고정하는 형상을 나타낸 사시도이다;
도 13은 도 12의 평면도이다;
도 14는 본 발명에 따른 두 개의 서브모듈들을 메인 버스 바로 상호 전기적으로 연결함과 동시에 고정하고, 베이스 플레이트, 상부 커버 플레이트 및 전면 커버 플레이트가 장착되는 형상을 나타낸 사시도이다;
도 15는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(20)은 전극 단자들(양극단자 21, 음극단자 22)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(20)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(20)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(23)에 전극조립체(도시하지 않음)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(24)를 형성한 구조이며, 통상적으로 이를 파우치형 전지셀로 통칭하기도 한다.
도 2에는 도 1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 두 개의 전지셀들(20)이 상부 셀 커버(111) 및 하부 셀 커버(112)로 구성된 셀 커버(111, 112)에 수납 및 고정되어 있다. 또한, 두 개의 전지셀들(20)의 전극 단자들(21, 22)은, 각각 전기적으로 병렬 연결되어 두 개의 전극 단자들(110a, 110b)을 형성할 수 있도록, 셀 커버로부터 일측 방향으로 노출되어 있다.
도 3에는 도 2의 단위셀이 카트리지에 장착되어 하나의 단위모듈을 구성하는 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 단위모듈의 평면도 및 측면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 두 개의 단위셀들(110)은 카트리지(120)에 장착되어 하나의 단위모듈(100)을 구성한다. 이때 두 개의 단위셀들(110)은 각각의 양극단자(110a)와 음극단자(110b)가 서로 마주보도록 배열되어 있다. 또한, 이들 전극단자들(110a, 110b)은 각각 버스 바(130)에 의해 전기적으로 병렬 연결되어 있다.
구체적으로, 버스 바(130)는 전극단자들(110a, 110b)과 전기적으로 결합되어 있고, 버스 바(130)의 일측 단부에는 하향 절곡된 절곡부(131)가 형성되어 있으며, 절곡부에는 체결구(132)가 형성되어 있다. 이러한 체결구(132)는 단위모듈(100)이 다수 개 적층될 때 단위모듈들(100) 상호간의 전기적 연결을 위한 체결구(132)로 사용된다 (도 6 및 도 7 참조).
또한, 카트리지(120)의 양 측면에는 체결홈(122)을 구비한 돌출부들(121)이 형성되어 있다. 이러한 돌출부(121)는 체결홈(122)을 관통하는 체결부재(도 5의 123)에 의해 단위모듈들(100)이 상호 결합될 수 있다.
돌출부(121)의 높이는 카트리지(120)의 높이보다 110 내지 150% 크게 형성되어 있다. 따라서, 단위모듈들(100)이 적층될 때 단위모듈(100) 적층 계면에 소정의 간극(도 9의 170)이 생기게 되며, 이러한 간극(도 9의 170)은 냉매가 유동할 수 있는 냉매 유로로 활용될 수 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 단위모듈들이 적층되는 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 단위모듈들(100)은 지면으로부터 수직 적층되어 하나의 서브모듈(200)을 구성하고 있다. 구체적으로, 각 단위모듈들(100)은 수직 적층된 후, 양 측면에 형성된 돌출부들에 체결부재(123)가 삽입되어 상호 결합된다.
도 7에는 도 6의 부분 확대도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명에 따른 서브모듈(200)에 접속부재들(140) 및 외부 입출력 단자용 버스 바들(151, 152)이 장착된 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈들(100)은 접속부재들(140)에 의해 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 또한, 직렬 연결된 단위모듈들(100)을 외부 입출력 단자들(161, 162)과 전기적으로 연결할 수 있도록 외부 입출력 단자용 버스 바들(151, 152)이 장착되어 있다.
도 9에는 도 8의 서브모듈에 외부 입출력 단자 보호부재 및 직렬접속부 보호부재가 장착된 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 9를 도 8과 함께 참조하면, 서브모듈(200)의 외부 입출력 단자(161)는 외부 입출력 단자 보호부재(165)가 장착됨으로써 외부로부터 보호되고 있다. 또한, 단위모듈들(100)이 전기적으로 직렬 연결되어 있는 직렬접속부 역시 직렬접속부 보호부재(145)가 장착됨으로써 외부로부터 보호되고 있다.
도 10에는 도 9의 측면도가 도시되어 있다.
도 10를 도 5와 함께 참조하면, 서브모듈(200)을 구성하고 있는 단위모듈들(100)의 적층 계면에는 소정의 간극들(170)이 형성되어 있다. 이러한 간극들(170)은 냉매가 유동할 수 있는 냉매 유로로 활용될 수 있다.
도 11에는 도 9의 서브모듈에 측부 커버 플레이트가 장착되는 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 측부 커버 플레이트(300)는, 서브모듈(200)의 측부를 감싸는 본체부(310)를 포함하고 있고, 본체부(310)에는 냉매가 외부로부터 유입될 수 있는 유입구들(311)이 천공되어 있다. 또한, 본체부(310)의 양단에는 서브모듈(200)을 감싸는 형태로 절곡되어 연장된 구조의 절곡부(320)가 형성되어 있다.
또한, 측부 커버 플레이트(300)의 본체부(310) 및 절곡부(320)에는 서브모듈(200)과 체결 고정되는 고정부들(312, 321)이 형성되어 있고, 본체부(310)의 일측 단부에는 손잡이(330)가 형성되어 있다.
도 12에는 두 개의 서브모듈들을 측부 커버 플레이트 및 브라켓으로 고정하는 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 두 개의 서브모듈들(200)은 후면에 브라켓(500)이 장착되어 상호 결합되어 있다.
브라켓(500)의 구체적인 형상을 살펴보면, 브라켓(500)은 판상형 본체부(510), 고정부(520), 및 본체부(510) 중앙에 관통되어 형성되어 있는 냉매 배출구(530)를 포함하고 있다.
또한, 본체부(510)에는 서브모듈들(200)의 후면 요철구조와 대응하는 형상의 요철부(511)가 양단에 형성되어 있고, 고정부(520)에는 서브모듈들(200)의 후면에 체결 고정될 수 있는 체결구들이 형성되어 있다.
도 13에는 도 12의 평면도가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 서브모듈들(200)은 후면에 장착된 브라켓(500) 및 전면에 장착된 메인 버스 바(도 13의 400)에 의해 중앙부에 냉매(도시하지 않음)가 유동할 수 있는 냉매 유로(화살표 참조)가 형성되어 있다. 따라서, 냉매는 측부 커버 플레이트(300)로부터 유입되어 서브모듈들(200)에 내장된 전지셀(도시하지 않음)을 냉각시킨 후 중앙 냉매 유로를 따라 브라켓(500)에 형성된 냉매 배출구(530)로 토출될 수 있다.
경우에 따라서는, 냉매 배출구(530) 위치에 송풍기(fan, 도시하지 않음) 또는 배출 덕트(duct, 도시하지 않음)를 장착하여 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 14에는 두 개의 서브모듈들을 메인 버스 바로 상호 전기적으로 연결함과 동시에 고정하고, 베이스 플레이트, 상부 커버 플레이트 및 전면 커버 플레이트가 장착되는 형상을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 두 개의 서브모듈들(200)의 각 외부 입출력 단자들(162, 161)은 메인 버스 바(400)에 의해 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 또한, 두 개의 서브모듈들(200)은 메인 버스 바(400)에 의해 소정의 거리만큼 이격될 수 있도록 고정되어 있다.
또한, 두 개의 서브모듈들(200)은 베이스 플레이트(600) 상에 탑재된 후, 상부면은 상부 커버 플레이트(700)에 의해 보호되고, 전면은 전면 커버 플레이트(800)에 의해 보호된다.
도 15에는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도가 도시되어 있다.
도 15를 도 14과 함께 참조하면, 상부 커버 플레이트(700) 및 베이스 플레이트(600)에는, 외부 표면에 자체 강성 향상을 위한 요철구조의 보강 비드들(bead, 750, 650)이 형성되어 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 특정한 구조의 측부 커버 플레이트와, 메인 버스 바, 브라켓 등으로 서브모듈들을 고정하는 구조로 전지모듈 어셈블리를 구성함으로써, 전지모듈 어셈블리의 부피 증가를 억제함과 동시에 자체 강성을 증대시키고, 이와 더불어 전지모듈 어셈블리의 균일한 냉각 효과를 달성할 수 있다. 또한, 전지모듈 어셈블리를 콤팩트 한 구조로 조립할 수 있고, 전지모듈의 안정성 향상 및 냉각 효율성 향상을 위한 추가적인 부품의 구성이 필요치 않도록 하여, 상기 콤팩트 한 구조와 더불어 생산 공정의 효율성 증대 효과를 함께 달성할 수 있다.

Claims (23)

  1. 단위셀들이 버스 바에 의해 전기적으로 연결된 상태에서 카트리지에 탑재되어 있는 단위모듈들을 포함하고 있는 전지모듈 어셈블리로서,
    지면으로부터 수직 방향으로 적층된 둘 이상의 단위모듈들을 포함하고 있고, 측면 방향으로 배열되어 있는 둘 이상의 서브모듈들(sub-modules);
    상기 서브모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate);
    상기 서브모듈들의 측부에 장착되는 측부 커버 플레이트들(side cover plates);
    상기 서브모듈들의 상면에 탑재되고, 서브모듈들 및 측부 커버플레이트와 체결 결합되는 상부 커버 플레이트(upper cover plate);
    상기 서브모듈들의 외부 입출력 단자들이 위치하는 전지모듈 어셈블리의 전면에 장착되고, 서브모듈들, 베이스 플레이트 및 측부 커버 플레이트에 체결 결합되는 전면 커버 플레이트(front cover plate);
    상기 서브모듈들의 전면 단부들을 상호 고정하고, 서브모듈들의 외부 입출력 단자들을 연결하는 메인 버스 바(main bus bar); 및
    상기 서브모듈들의 후면 단부들을 상호 고정하는 브라켓(bracket);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀은, 판상형 전지셀이거나, 또는 전극단자들이 노출된 상태로 둘 이상의 판상형 전지셀들이 셀 커버에 장착되어 있는 전지셀 어셈블리인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 셀 커버는 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈에서 단위셀들은 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 카트리지 상에 장착되어 있고, 상기 카트리지에 장착되어 있는 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단위셀들의 전극단자 연결부들 사이에는 상기 전극단자 연결부들을 카트리지에 정위치 고정하기 위한 고정부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고정부재는, 전극단자 연결부들 사이의 형상에 대응하는 외면 형상을 가지고 중앙에 관통홈에 형성되어 있으며 카트리지 상에 장착되는 전기절연성의 돌출부, 및 상기 관통홈에 삽입되어 돌출부를 카트리지에 결합하는 체결부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되어 서브모듈을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 서브모듈에서 단위모듈들은 적층 계면에 냉매 유로가 형성되도록 적층되어 있고, 상기 서브모듈들은 냉매 유로를 제공할 수 있도록 상호 이격된 상태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 서브모듈에서 단위모듈들은 직렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있고, 상기 절곡된 일측 단부와 접속부재가 결합되어, 인접한 단위모듈과 연결을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 측부 커버 플레이트에는 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 측부 커버 플레이트는,
    상기 서브모듈들의 측부를 감싸는 본체부;
    상기 본체부의 양단에 서브모듈들의 감싸는 형태로 절곡되어 연장된 구조로 형성되어 있고, 서브모듈들과 체결 고정되는 고정부; 및
    상기 본체부의 일측 단부에 형성된 손잡이;
    를 포함하고 있고, 상기 본체부에 냉매 유입구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 버스 바는,
    판상형 본체부, 고정부, 및 상기 본체부 중앙에 관통되어 형성되어 있는 개구부를 포함하고 있고,
    상기 고정부에는 서브모듈들의 외부 입출력 단자들과 체결 고정될 수 있는 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 브라켓에는 상기 냉매 유로에 연통되는 냉매 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 브라켓은,
    판상형 본체부, 고정부, 및 상기 본체부 중앙에 관통되어 형성되어 있는 냉매 배출구를 포함하고 있고,
    상기 본체부는 서브모듈들의 후면 요철구조와 대응하는 형상의 요철부가 양단에 형성되어 있고,
    상기 고정부에는 서브모듈들의 후면에 체결 고정될 수 있는 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트는 탄성을 가진 금속 판재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 상부 커버 플레이트 및 베이스 플레이트에는 요철구조의 보강 비드(bead)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
  22. 제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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