WO2015182876A1 - 절연성의 몰딩부를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

절연성의 몰딩부를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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battery
pcb
battery module
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bms
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김태혁
노태환
이윤희
이진규
정준희
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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 including an insulating molding.
  • the power storage device is a device that stores energy when power demand is low and supplies power in an overload or emergency, and provides an effect of improving power quality and energy use efficiency.
  • household power storage devices and industrial or commercial medium power storage devices are associated with smart grid technology, and the market size is rapidly growing.
  • the battery module in order for a battery module to provide the output and capacity required by a predetermined device or device, the battery module must be electrically connected in a series or parallel manner to configure the battery module, and as the capacity of the battery module increases, the battery module expands. It should be easy to maintain and stable structure.
  • battery packs used in electric bicycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc. must be durable so as not to cause malfunctions in a variety of environments in high humidity conditions such as the rainy season and long-term use.
  • a battery management system (BMS) or a printed circuit board (PCB) is a compact battery pack structure, and the circuit density is high, and the mounting density of the devices is very high.
  • BMS battery management system
  • PCB printed circuit board
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • An object of the present invention to prevent the penetration of moisture in the electrical connection of the PCB and the battery cells mounted on the battery module to provide a battery module with a low failure rate and improved safety.
  • a battery cell assembly in which at least two battery cells are arranged to be in close contact or adjacent to each other;
  • a front plate and a rear plate fixed to surround the outermost battery cell of the battery cell assembly, respectively;
  • An electrically insulating cover member mounted on an upper end of a battery cell assembly and including through grooves through which electrode terminals of the battery cells pass;
  • PCB printed circuit board
  • Conductive connections arranged in the cover member and connected to the electrode terminals of the battery cells and the PCB, respectively, to electrically connect the battery cells and the PCB;
  • a lower molding part positioned on the PCB at a lower surface of the cover member and covering a connection portion between the PCB and the conductive connecting parts;
  • It may be configured to include a structure.
  • an insulating molding part is positioned on a conductive connection part to which electrode terminals are connected and a PCB to which the conductive connection parts are connected, thereby preventing a short circuit occurring between electrode terminals, and an electrical connection part of battery cells. And preventing moisture from penetrating the PCB, thereby lowering a defect rate and improving safety.
  • the battery cell assembly may be a structure in which the battery cells are stacked so that the structures fixed to the cartridges are arranged side by side.
  • a structure in which battery cells are fixed between the cartridges is fixed, or one or two battery cells are formed in a structure mounted on the cartridge, so that they may be stacked.
  • the cartridge may have fasteners into which fastening members for fixing the battery cell assembly are inserted.
  • the fasteners may be formed in the corner portion of the cartridge, it may be made of a structure for fixing the laminated structure of the cartridge by inserting the fastening member to the fasteners.
  • the battery cell may be, for example, a pouch type battery cell having a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then the outer circumferential surface is sealed.
  • the battery cell is not particularly limited as long as it is a battery capable of providing a high voltage and a high current when the battery module or the battery pack is configured.
  • the battery cell may be a lithium secondary battery having a large amount of energy storage per volume.
  • the conductive connections may be mechanically coupled to the cover member in a state arranged to correspond to the through grooves of the cover member.
  • the cover member is arranged with through grooves through which electrode terminals of battery cells arranged in a stack are penetrated, and the conductive connecting portions are connected to the electrode terminals protruding through the through grooves, respectively. It may be a structure located at a portion adjacent to.
  • Such conductive connections may be fixed to the cover member in various ways, for example by mechanical coupling such as bolts, nuts, fittings, and the like.
  • the lower surface of the cover member may be formed with a PCB seating portion in which the PCB is mounted so as to fix the PCB in place.
  • the battery cell assembly has a battery cell arranged so that the positive and negative terminals of the battery cells protrude upward, and the PCB may have a structure positioned between the positive and negative terminals. That is, conductive connection parts are arranged on both sides of the PCB, and the conductive connection parts may be formed in a structure connected to the PCB in a state of being connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery cells, respectively.
  • the conductive connection portion may be a structure in which a portion connected to the PCB extends from the upper surface of the cover member to a structure passing through the lower surface and connected to the PCB.
  • a portion where the conductive connection parts and the PCB are connected to each other is positioned on a lower surface of the cover member and prevents moisture from penetrating into the connection parts of the conductive connection parts and the PCB by a lower molding part added to the lower surface of the cover member. can do.
  • a bus bar connected to an external input / output terminal of the battery module may be coupled to the outermost conductive connection portion.
  • the lower molding part may have a structure of a sealing structure for water sealing the connection parts of the conductive connection parts and the PCB from external moisture.
  • the lower molding part may be added to surround the connection part of the conductive sensing part and the PCB so as to secure safety against external impact and moisture penetration.
  • the PCB may be mounted on the bottom surface of the cover member, and the lower molding part may be added on the PCB.
  • the lower molding part is made of an insulating resin, and as hardened in the molten state while being added on the PCB, it exhibits a stable coupling force to the connection parts of the conductive connection parts and the PCB.
  • the lower molding part may be added to the entire PCB as well as the connection part of the conductive connection parts, and thus may have a sealed structure that completely blocks the PCB from external moisture, thereby improving safety.
  • an upper molding part may be additionally added to the upper surface of the cover member to prevent moisture penetration.
  • the insulating resin constituting the molding part may be formed of various materials, for example, polyolefin resin, polycarbonate resin, and the like, but are not limited thereto.
  • the battery module according to the present invention may further include a battery management system (BMS) for controlling the operation of the battery module, the BMS may be mounted on the cover member.
  • BMS battery management system
  • one or more BMS connection parts may protrude upward from the PCB in the PCB, and the BMS may be a structure electrically coupled to the BMS connection part.
  • the PCB has one or more BMS connection parts protruding upward from the PCB
  • the cover member has a through type fastener through which the BMS connection part penetrates and is connected to the BMS.
  • the fastening part As the fastening part is coupled, it may be formed in a structure in which the BMS is mounted and connected to the PCB.
  • the through-type fastener has a structure in which the BMS connection portion protrudes upward, and may have a structure in which a nut is inserted therein.
  • the cover member may be formed with two or more fixing parts extending in a bent downward structure to surround the top of the front or rear plate. That is, in a state in which the front plate and the rear plate are fixed to the front and rear of the battery cell assembly, respectively, when the cover member is mounted, the fixing parts are mounted to surround a part of the upper portion of the front or rear plate. By doing so, it can be made of a structure that is stably fixed in place.
  • the present invention also provides a high output large capacity battery pack having a structure in which two or more are electrically connected using the battery module as a unit.
  • the present invention also provides a device including the battery pack as a power source, wherein the device may be selected from an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a structure in which the battery module of FIG. 1 is disassembled;
  • FIG. 3 is a perspective view of a structure in which conductive connections are mounted to the cover member of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a bottom view of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a structure in which the battery module of Figure 1 is disassembled
  • Figure 3 is shown in the cover member of Figure 1
  • a perspective view of the structure in which the conductive connections are mounted is shown.
  • the battery module 100 includes a battery cell assembly 130, a front plate 142 and a rear plate 144, a cover member 150, conductive connections 160, and a BMS ( It is composed of a structure including (180).
  • the battery cell assemblies 130 are arranged side by side such that the plurality of battery cells 110 are adjacent to each other, and the battery cell assemblies 130 are laminated side by side fixed to the cartridges 120 to form the battery cell assembly 130.
  • the cartridge 120 has a frame structure for fixing the outer circumferential surface sealing portion of the battery cell 110, and fasteners 121 for fixing the battery cell assembly 130 are formed at corners thereof. That is, the fastening member 125 penetrates through the fasteners 121 and has a structure for fixing the side-by-side stacked structure of the cartridge 120.
  • the front plate 142 and the rear plate 144 protecting the battery cell assembly 130 are fixed to surround the battery cells located at the outermost sides of the front and rear surfaces of the battery cell assembly 130, respectively, and the fastening member 125. Is fixed together with the cartridge 120).
  • the cooling member 124 is interposed between the battery cells 110.
  • the cooling member 124 is formed along the outer edges of the plate-shaped heat dissipation part 122 and the heat dissipation part 122 interposed between the battery cells 110 with both surfaces facing the battery cells 110, respectively. It consists of a structure including the refrigerant flow portion 123.
  • the upper portion of the cover member 150 is equipped with a BMS 180 for controlling the operation of the battery module 100.
  • the battery cells of the battery cell assembly 130 have a structure in which the electrode terminals 112 and 114 protrude from one side, and the electrode terminals 112 and the upper end of the battery cell assembly 130. 114 is stacked so that they are located.
  • An electrically insulating cover member 150 is mounted on an upper end of the battery cell assembly 130, and through grooves through which electrode terminals 112 and 114 of the battery cell 110 penetrate are formed in the cover member 150. have.
  • cover member 150 On the cover member 150, a plurality of conductive connection parts 160 connected to the electrode terminals of the battery cells 110 are mounted, and the BMS 180 is mounted on the upper surface of the central portion of the cover member 150.
  • the connecting portion 172 is formed.
  • Two BMS connectors 172 are formed on the upper surface of the central portion of the cover member 150, the BMS 180 is electrically coupled to the BMS 172 connector, and the BMS connector 172 is connected to the BMS 180. It protrudes in an upward direction while penetrating the cover member 150 for connection.
  • the conductive connections 160 are coupled by bolts 162 on the cover member 150 in a state arranged to correspond to the through grooves of the cover member 150. That is, the conductive connecting portions 160 are fixed at positions adjacent to the through grooves so that the electrode terminals protruding outward through the through grooves can be connected to each other.
  • the bus bar 182 connected to the external input / output terminal 190 of the battery module 100 is connected to the conductive connection part 160 positioned at the outermost part.
  • FIG. 4 is a bottom view of FIG. 3.
  • fixing parts 152 extending in a bent structure are formed at the corners of the cover member 150 to surround upper portions of the front plate 142 and the rear plate 144. have. That is, in a state in which the front plate 142 and the rear plate 144 are fixed to the front and rear of the battery cell assembly 130, respectively, the fixing parts 152 are the front plate 142 and the back plate 144.
  • the cover member 150 is mounted to surround a part of an upper portion of the cover member 150 and is configured to be stably fixed at a fixed position.
  • the lower surface of the cover member 150 is formed with a PCB seating portion 154 that is indented so that the PCB 170 can be fixed in a seated state.
  • the PCB seating portion 154 is mounted with the PCB 170 and is connected to the portions 164 of the conductive connections penetrating from the upper surface of the cover member 150.
  • Portions of the conductive connection portions 160 are coupled to each other in a structure that penetrates the cover member 150 from the upper surface to the lower surface thereof, and is electrically connected to the PCB located on the lower surface of the cover member 150.
  • the cover member 150 and the PCB 170, the conductive connection portion and the BMS is integrally coupled form, can be made of a single member mounted on the top of the battery module, the defect of the battery module During abnormal operation, only the member can be replaced separately, or separated and repaired more easily.
  • a lower molding part 156 made of an insulating resin is added on the PCB 170 to secure a short between the electrode terminals and watertightness to the PCB 170.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 1.
  • the battery cell 110 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is embedded together with an electrolyte (not shown) in the battery case 116 of the laminate sheet, and the outer circumferential surface 118 is sealed. have.
  • the electrode terminals 112 and 114 are formed at one side of the battery case 116, and have a rectangular plate-like structure to form an efficient stack structure when stacked.
  • the battery module according to the present invention by forming an insulating molding portion on the conductive connection portion to which the electrode terminals are connected and the PCB to which the conductive connection portions are connected, to prevent short circuit occurring between the electrode terminals, the battery It prevents moisture from penetrating the electrical connection of the cells and the PCB, thereby reducing the defect rate and improving safety.

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Abstract

본 발명은 적어도 둘 이상의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 배열되어 있는 전지셀 어셈블리, 상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀을 각각 감싸도록 고정되어 있는 전면 플레이트 및 후면 플레이트, 전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 형성되어 있는 전기 절연성의 커버 부재, 상기 커버 부재의 하면에 장착되어 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB); 상기 커버 부재에 장착된 상태로 배열되어 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들 및 상기 커버 부재의 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

절연성의 몰딩부를 포함하는 전지모듈
본 발명은 절연성의 몰딩부를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 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 주목 받고 있다.
또한, 전기를 저장해 두었다가 필요한 시점에 안정적으로 전력계통에 다시 공급해주는 전력 저장 장치에 관한 기술이 개발되고 있다. 전력 저장 장치는 전력 수요가 적을 때 에너지를 저장하고, 과부하 또는 비상시에 전력을 공급하는 장치로서, 전력 품질 및 에너지 사용 효율을 향상시키는 효과를 제공하고 있다. 특히, 가정용 전력 저장 장치 및 산업용 또는 상업용 중형 전력 저장 장치는 스마트 그리드 기술과 결부되어 시장규모가 급성장하고 있다.
한편, 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여 전지모듈을 구성하여야 하고, 전지모듈의 용량이 커질수록 확장성이 용이하고 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
한편, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 전지팩은, 예를 들어, 장마철과 같은 다습한 조건 및 장기간의 사용시 다양한 환경에서도 오작동을 유발하지 않도록 내구성을 갖추어야 한다.
특히, BMS(Battery Management System) 또는 PCB(Printed Circuit Board)는 콤팩트한 전지팩의 구조에 의하여 회로가 밀집되어 있고 소자들의 탑재 밀도가 매우 높기 때문에, BMS 또는 PCB의 내부로 외부 물질, 특히, 습기 등이 유입되었을 경우, 그로 인해 회로 및 소자들이 부식되기 쉽다.
또한, 배열된 전지셀들의 전기적 연결구조에 습기가 유입되는 경우 단락이 유발되어 전지팩의 오작동 또는 수명이 크게 저하될 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전지모듈에 장착되는 PCB 및 전지셀들의 전기적 연결부위에 수분이 침투하는 것을 방지하여 불량률을 낮추고, 안전성이 향상된 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
적어도 둘 이상의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 배열되어 있는 전지셀 어셈블리;
상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀을 각각 감싸도록 고정되어 있는 전면 플레이트 및 후면 플레이트;
전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 형성되어 있는 전기 절연성의 커버 부재;
상기 커버 부재의 하면에 장착되어 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB);
상기 커버 부재에 장착된 상태로 배열되어 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들; 및
상기 커버 부재의 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부;
를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 전극단자들이 접속되는 도전성 접속부 및 상기 도전성 접속부들이 접속된 PCB 상에 절연성의 몰딩부가 위치함으로써, 전극단자들간에 발생하는 쇼트를 방지하고, 전지셀들의 전기적 연결부위 및 PCB에 수분이 침투하는 것을 방지하여 불량률을 낮추고, 안전성을 향상시키는 효과를 제공한다.
상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 각각 카트리지에 고정된 구조가 측면 배열되도록 적층되어 있는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지들 사이에 전지셀이 개재되는 형태로 고정되는 구조이거나, 하나 또는 둘 이상의 전지셀이 카트리지에 장착된 구조로 형성되어 이들이 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 카트리지에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 형성되어 있을 수 있다. 상기 체결구들은 카트리지의 모서리 부위에 형성될 수 있으며, 상기 체결구들에 체결부재를 삽입하여 카트리지의 적층 구조를 고정하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어져 있는 파우치형 전지셀일 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재에 기계적으로 결합되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 커버 부재에는 적층 배열되어 있는 전지셀들의 전극단자들이 각각 관통되어 돌출되는 관통홈들이 배열되어 있고, 상기 도전성 접속부들은 각각 상기 관통홈을 통해 돌출된 전극단자들과 접속되기 위해 관통홈과 인접한 부위에 위치하는 구조일 수 있다. 이러한 도전성 접속부들은 상기 커버 부재에 다양한 방식으로 고정될 수 있으며, 예를 들어 볼트, 너트, 끼워맞춤 등의 기계적인 결합으로 고정될 수 있다.
상기 커버 부재의 하면에는 PCB를 정위치에서 고정하기 위하여, 상기 PCB가 안착되도록 만입되어 있는 PCB 안착부가 형성되어 있을 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들의 양극단자 및 음극단자들이 상부 방향으로 돌출되도록 전지셀이 배열되어 있으며, 상기 PCB는 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치하는 구조일 수 있다. 즉, PCB의 양측에 각각 도전성 접속부들이 배열되고, 상기 도전성 접속부들은 전지셀들의 양극단자 및 음극단자와 각각 접속된 상태에서 PCB에 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 도전성 접속부들은 PCB에 연결되는 부위가 커버 부재의 상면으로부터 하면을 통과하는 구조로 연장되어 PCB에 연결되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 도전성 접속부들과 PCB가 연결되는 부위는 커버 부재의 하면에 위치하며, 상기 커버 부재의 하면에 부가된 하부 몰딩부에 의해 상기 도전성 접속부들과 PCB의 연결 부위에 수분이 침투되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 최외곽에 위치한 도전성 접속부에는 전지모듈의 외부 입출력 단자와 연결되는 버스 바가 결합될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 하부 몰딩부는 도전성 접속부들과 PCB의 접속부위를 외부의 수분으로부터 차단(water seal)하는 밀폐 구조로 이루어진 구조일 수 있다. 구체적으로, 외부충격, 및 수분 침투에 대해 안전성을 확보하도록 하부 몰딩부가 상기 도전성 센싱부와 PCB의 접속부위를 감싸도록 부가될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 PCB는 커버 부재의 하면에 장착되고, 하부 몰딩부는 상기 PCB 상에 부가될 수 있다.
또한, 상기 하부 몰딩부는 절연성 수지로 이루어져 있어, 용융된 상태로 PCB 상에 부가된 상태에서 경화됨에 따라, 상기 도전성 접속부들과 PCB의 접속부위에 대해 안정적인 결합력을 발휘하게 된다.
이 때, 상기 하부 몰딩부는 도전성 접속부들의 연결 부위뿐만 아니라, 상기 PCB 전체에 부가됨으로써, 외부의 수분으로부터 상기 PCB를 완전히 차단하는 밀폐 구조로 이루어질 수 있어, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 수분 침투를 방지하기 위해 상기 커버 부재의 상면에 상부 몰딩부가 추가로 부가될 수 도 있다.
상기 몰딩부를 구성하는 절연성 수지는 다양한 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되지는 않는다.
한편, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System)가 추가로 포함될 수 있으며, 상기 BMS는 상기 커버 부재의 상부에 장착될 수 있다.
상기 BMS의 장착 구조에 관한 하나의 예로, 상기 PCB에는 하나 또는 둘 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상부 방향으로 돌출되어 있고, 상기 BMS는 BMS 연결부에 전기적으로 결합되는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 PCB에는 하나 또는 둘 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상부 방향으로 돌출되어 있고, 상기 커버 부재에는 BMS 연결부가 관통하여 BMS에 접속되는 관통형 체결구가 형성되어 있어서, 상기 BMS 연결부와 관통형 체결부가 결합되면서 PCB에 BMS가 장착 및 연결되는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통형 체결구는 BMS 연결부가 상향 돌출된 구조로 이루어져 있고, 내부에 너트가 삽입되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 커버 부재의 모서리에는 전면 또는 후면 플레이트의 상부를 감싸도록 하향 절곡된 구조로 연장되어 있는 둘 이상의 고정부들이 형성되어 있을 수 있다. 즉, 상기 전지셀 어셈블리의 전면 및 후면에 각각 전면 플레이트 및 후면 플레이트가 고정되어 있는 상태에서, 상기 커버 부재가 장착되는 경우, 상기 고정부들이 상기 전면 또는 후면 플레이트의 상부 부위의 일부를 감싸도록 장착됨으로써 정위치에서 안정적으로 고정되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 단위체로 사용하여 둘 이상이 전기적으로 연결되어 있는 구조의 고출력 대용량의 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력 저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈을 분해한 구조의 사시도이다;
도 3은 도 1의 커버 부재에 도전성 접속부들이 장착되어 있는 구조의 사시도이다;
도 4는 도 3의 저면도이다;
도 5는 도 1의 전지모듈에 포함되는 전지셀의 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 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지모듈을 분해한 구조의 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1의 커버 부재에 도전성 접속부들이 장착되어 있는 구조의 사시도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 어셈블리(130), 전면 플레이트(142) 및 후면 플레이트(144), 커버 부재(150), 도전성 접속부들(160), 및 BMS(180)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
전지셀 어셈블리(130)는 다수의 전지셀들(110)이 상호 인접하도록 측면 배열되어 있고, 각각 카트리지들(120)에 고정된 상태로 측면 적층되어 전지셀 어셈블리(130)를 형성하고 있다. 그리고, 카트리지(120)는 전지셀(110)의 외주면 실링부를 고정하는 프레임 구조로 형성되어 있으며, 모서리에는 각각 전지셀 어셈블리(130)를 고정하기 위한 체결구들(121)이 형성되어 있다. 즉, 체결구들(121)을 관통하는 체결부재(125)에 의해 카트리지(120)의 측면 배열된 적층 구조를 고정하는 구조로 이루어져 있다.
전지셀 어셈블리(130)를 보호하는 전면 플레이트(142) 및 후면 플레이트(144)는 각각 전지셀 어셈블리(130)의 전면 및 후면에서 최외곽에 위치한 전지셀을 감싸도록 고정되어 있으며, 체결부재(125)에 의해 카트리지(120)와 함께 고정된다.
전지셀들(110) 사이에는 냉각부재(124)가 개재되어 있다.
냉각부재(124)는 양면이 전지셀들(110)에 각각 대면한 상태로 전지셀들(110) 사이에 개재되어 있는 판상형의 방열부(122), 방열부(122)의 외측 모서리를 따라 형성되어 있는 냉매 유동부(123)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
한편, 커버 부재(150)의 상부에는 전지모듈(100)의 작동을 제어하는 BMS(180)가 장착되어 있다.
전지셀 어셈블리(130)의 전지셀들은 도 5에 나타난 바와 같이 일측에 전극단자들(112, 114)이 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀 어셈블리(130)의 상단에 전극단자들(112, 114)이 위치하도록 적층 배열되어 있다.
전지셀 어셈블리(130)의 상단에는 전기 절연성의 커버 부재(150)가 장착되어 있으며, 커버 부재(150)에는 전지셀(110)의 전극단자들(112, 114)이 관통되는 관통홈들이 형성되어 있다.
커버 부재(150) 상에는 전지셀들(110)의 전극단자들과 접속되는 다수의 도전성 접속부들(160)이 장착되어 있으며, 커버 부재(150)의 중앙 부위 상면에는 BMS(180)가 장착되는 BMS 연결부(172)가 형성되어 있다.
커버 부재(150)의 중앙 부위의 상면에는 2 개의 BMS 연결부(172)가 형성되어 있고, BMS(180)는 BMS(172) 연결부에 전기적으로 결합되며, BMS 연결부(172)는 BMS(180)와의 연결을 위하여 커버 부재(150)를 관통한 상태로 상부 방향으로 돌출되어 있다.
도전성 접속부들(160)은 커버 부재(150)의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태에서 커버 부재(150)상에 볼트(162)에 의해 결합되어 있다. 즉, 도전성 접속부들(160)은 관통홈들을 통해 외측으로 돌출된 전극단자들이 각각 접속될 수 있도록 관통홈들에 인접한 위치에서 각각 고정되어 있다.
그리고, 커버 부재(150) 상에는 도전성 접속부들(160)이 장착된 상태에서, 전극단자들 간의 쇼트 및 PCB에 연결되는 도전성 접속부들(160)의 부위에 대한 수밀성 확보를 위해 절연성 수지로 이루어진 상부 몰딩부가 부가될 수 있다.
최외곽에 위치한 도전성 접속부(160)에는 전지모듈(100)의 외부 입출력 단자(190)와 연결되는 버스 바(182)가 연결되어 있다.
도 4에는 도 3의 저면도가 도시되어 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 커버 부재(150)의 모서리에는 전면 플레이트(142) 및 후면 플레이트(144)의 상부를 감싸도록 절곡된 구조로 연장되어 있는 고정부들(152)이 형성되어 있다. 즉, 전지셀 어셈블리(130)의 전면 및 후면에 각각 전면 플레이트(142) 및 후면 플레이트(144)가 고정되어 있는 상태에서, 고정부들(152)이 전면 플레이트(142) 및 후면 플레이트(144)의 상부 부위의 일부를 감싸도록 장착됨으로써 커버 부재(150)가 정위치에서 안정적으로 고정되는 구조로 이루어져 있다.
커버 부재(150)의 하면에는 PCB(170)가 안착된 상태로 고정될 수 있도록 만입되어 있는 PCB 안착부(154)가 형성되어 있다.
PCB 안착부(154)에는 PCB(170)가 장착되어 있으며, 커버 부재(150)의 상면으로부터 관통된 도전성 접속부들의 부위들(164)과 연결되어 있다.
도전성 접속부들(160)의 부위는 커버 부재(150)를 상면에서 하면 방향으로 관통하는 구조로 결합되어, 커버 부재(150)의 하면에 위치한 PCB에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 구조에 따라, 커버 부재(150)와 PCB(170), 도전성 접속부들 및 BMS는 일체로 결합된 형태로써, 전지모듈의 상부에 장착되는 하나의 부재로 제작될 수 있으며, 전지모듈의 결함에 의한 이상 작동 시, 상기 부재만을 별도로 교체하거나, 분리하여 보다 용이하게 수리할 수 있다.
커버 부재(150)의 하면에서, PCB(170) 상에는 전극단자들 간의 쇼트 및 PCB(170)에 대한 수밀성 확보를 위해 절연성 수지로 이루어진 하부 몰딩부(156)가 부가되어 있다.
도 5에는 도 1의 전지모듈에 포함되는 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀(110)은 라미네이트 시트의 전지 케이스(116)에 전극 조립체(도시하지 않음)를 전해액(도시하지 않음)과 함께 내장하고, 외주면(118)을 실링한 구조로 이루어져 있다. 전극단자들(112, 114)은 전지 케이스(116)의 일측에 형성되어 있으며, 적층되었을때 효율적인 적층 구조를 형성하기 위하여 장방형의 판상형 구조로 이루어져 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전극단자들이 접속되는 도전성 접속부 및 상기 도전성 접속부들이 접속된 PCB 상에 절연성의 몰딩부를 형성함으로써, 전극단자들간에 발생하는 쇼트를 방지하고, 전지셀들의 전기적 연결부위 및 PCB에 수분이 침투하는 것을 방지하여 불량률을 낮추고, 안전성을 향상시키는 효과를 제공한다.

Claims (20)

  1. 적어도 둘 이상의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 배열되어 있는 전지셀 어셈블리;
    상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀을 각각 감싸도록 고정되어 있는 전면 플레이트 및 후면 플레이트;
    전지셀 어셈블리의 상단에 장착되고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 관통되는 관통홈들이 형성되어 있는 전기 절연성의 커버 부재;
    상기 커버 부재의 하면에 장착되어 있는 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB);
    상기 커버 부재에 장착된 상태로 배열되어 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들 및 PCB에 각각 접속되어 전지셀들 및 PCB의 전기적 연결을 수행하는 도전성 접속부들; 및
    상기 커버 부재의 하면에서 PCB 상에 위치하며, 상기 PCB와 도전성 접속부들 사이의 연결부를 덮는 하부 몰딩부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 각각 카트리지에 고정된 구조가 측면 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 카트리지에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부들은 커버 부재의 관통홈들에 대응하도록 배열된 상태로 커버 부재에 기계적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 하면에는 PCB가 안착되도록 만입되어 있는 PCB 안착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들의 양극단자들 및 음극단자들이 상부 방향으로 돌출되도록 전지셀들이 배열되어 있으며, 상기 PCB는 양극단자들 및 음극단자들 사이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 위치한 도전성 접속부에는 전지모듈의 외부 입출력 단자와 연결되는 버스 바가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 몰딩부는 도전성 접속부들과 PCB의 접속부위를 외부의 수분으로부터 차단(water seal)하는 밀폐 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 상면에 부가되는 상부 몰딩부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 추가로 포함하고 있으며, 커버 부재의 상부에 BMS가 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, PCB에는 하나 또는 둘 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상부 방향으로 돌출되어 있고, 상기 BMS는 BMS 연결부에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 12 항에 있어서, PCB에는 하나 또는 둘 이상의 BMS 연결부가 PCB로부터 상부 방향으로 돌출되어 있고, 상기 커버 부재에는 BMS 연결부가 관통하여 BMS에 접속되는 관통형 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 관통형 체결구는 BMS 연결부가 상향 돌출된 구조로 이루어져 있고, 내부에 너트가 삽입되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 모서리에는 전면 또는 후면 플레이트의 상부를 감싸도록 하향 절곡된 구조로 연장되어 있는 둘 이상의 고정부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 몰딩부는 절연성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 포함하는 고출력 대용량의 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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