WO2020209589A1 - 전지 모듈 - Google Patents

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WO2020209589A1
WO2020209589A1 PCT/KR2020/004728 KR2020004728W WO2020209589A1 WO 2020209589 A1 WO2020209589 A1 WO 2020209589A1 KR 2020004728 W KR2020004728 W KR 2020004728W WO 2020209589 A1 WO2020209589 A1 WO 2020209589A1
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bus bar
cover plate
battery module
fixing part
pair
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PCT/KR2020/004728
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Inventor
윤두한
손창근
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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 and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a battery module with improved ease of assembly and a method of manufacturing the same.
  • secondary batteries are highly applicable according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density, they are commonly applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by electric drive sources, power storage devices, as well as portable devices.
  • Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage that it can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • the battery pack applied to the electric vehicle or the like has a structure in which a plurality of cell assemblies including a plurality of unit cells are connected in series in order to obtain high output.
  • the unit cell can be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between constituent elements including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolyte.
  • the battery module set as described above includes a bus bar frame equipped with a plurality of battery cells stacked together and a bus bar electrically connecting electrode leads of the plurality of battery cells.
  • the busbar frame has a configuration that is assembled with a cover plate covering the upper surfaces of the battery cells.
  • the part where the busbar frame and the cover plate are assembled may be separated during the process or during the movement of the module. Since the flexible printed circuit board formed over the busbar frame and the cover plate may be torn, there is a need for a structure capable of preventing such problems.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery module capable of preventing damage to a device due to separation of a bus bar frame and a cover plate, and easily assembling a bus bar frame and a cover plate.
  • the battery module includes a cell assembly including at least one battery cell, a cover plate covering one surface of the cell assembly, and a second surface adjacent to one surface of the cell assembly, and the cover And a bus bar frame rotatably coupled to a plate, wherein the cover plate and the bus bar frame are coupled by at least one coupling portion, and the coupling portion protrudes from one corner of the bus bar frame to And a pair of receiving portions including a fixing portion formed in a bar shape parallel to and protruding from the cover plate, and a groove portion into which both ends of the fixing portion are respectively inserted, and the fixing portion goes toward the both ends. It includes an inclined surface formed to decrease the width of the fixing portion.
  • the inclined surface may be formed to face the groove.
  • the pair of accommodating portions may include an accommodating inclined surface formed on at least a portion of an inner surface of the pair of accommodating portions such that a gap between the accommodating portions of the pair of accommodating portions increases in a direction toward an upper surface of the cover plate.
  • the inclined surface When the fixing part and the receiving part are coupled, the inclined surface may be inserted into the groove along the receiving inclined surface until the locking surface contacts the groove.
  • the gap between the pair of accommodating parts is widened by the insertion of the inclined surface, and the gap between the pair of accommodating parts is restored to the gap before the insertion by the fixing part contacting the locking surface.
  • the bus bar frame may further include a separation preventing wall facing an outer surface of the receiving portion opposite to the groove portion in a state in which the fixing portion and the receiving portion are coupled.
  • the coupling portion further includes a locking protrusion protruding from an outer circumferential surface of the pair of accommodating portions
  • the bus bar frame further includes a locking protrusion formed at the one corner, and the bus bar frame is combined with the locking protrusion Meetings may be restricted.
  • the fixing part may be formed integrally with the busbar frame, and the pair of accommodating parts may be formed integrally with the cover plate.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention may include the at least one battery module described above, and a pack case for packaging the at least one battery module.
  • a device may include the at least one battery pack described above.
  • the busbar frame and the cover plate are separated, it is possible to prevent damage to the flexible printed circuit board, and the busbar frame and the cover plate can be easily assembled.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view illustrating part II of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view showing a separate fixing portion of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the receiving portion of the battery module according to an embodiment of the present invention separated.
  • 5A and 5B are views showing an assembly process of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a simplified assembly state of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a side view of a coupling portion in an assembled state of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 10 is coupled to a cell assembly 100, a cover plate 300 covering an upper surface of the cell assembly 100, and a cover plate 300, and at least one side of the cell assembly 100. It includes a bus bar frame 200 covering.
  • the cell assembly 100 and the cover plate 300 may be accommodated in a module case (not shown), and the busbar frame 200 may cover the opening of the module case.
  • the cell assembly 100 is composed of a plurality of battery cells, for example, may be provided with a pouch-type secondary battery.
  • a plurality of battery cells are stacked and included in the cell assembly 100, and they may be electrically connected to each other.
  • Each of the battery cells may include an electrode assembly, a battery case accommodating the same, and an electrode lead 105 protruding out of the battery case and electrically connected to the electrode assembly.
  • the electrode assembly may include a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and since an electrode assembly having a known structure may be adopted, a detailed description thereof will be omitted.
  • the bus bar frame 200 is disposed to cover the cell assembly 100, and the bus bar 130 may be fixed to the bus bar frame 200 to be formed.
  • the bus bar frame 200 is made of an insulator and includes a lead slot through which the electrode leads 105 drawn out of the cell assembly 100 can pass, and the bus bar 130 is an electrode lead 105 of the cell assembly 100. ) Can be connected electrically.
  • busbar frame 200 Other various electric components may be attached to the busbar frame 200.
  • ICB Internal Circuit Board
  • BMS Battery Management System
  • electronic components such as the ICB and BMS board may be electrically connected to the plurality of battery cells.
  • the cover plate 300 is positioned above the cell assembly 100, and the bus bar frame 200 may be rotatably coupled on both sides thereof. At this time, the bus bar 130 is mounted on the bus bar frame 200, and the flexible printed circuit board (FPCB) 145 may be disposed at the top along the length direction of the cover plate 300. .
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the flexible printed circuit board 145 is electrically connected to the bus bar 130, it is possible to sense overvoltage and overcurrent of a battery cell through this, and a connector 160 is connected to one end thereof to perform voltage sensing and temperature sensing. Signals may be transmitted and received by a controller provided outside the battery module 10.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing part II of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view showing the fixing part 420 of the battery module according to an embodiment of the present invention separated
  • FIG. It is a view showing the accommodating part 430 of the battery module according to the embodiment separated.
  • the cover plate 300 and the bus bar frame 200 may be coupled by at least one coupling part 400 as shown in section II.
  • the coupling part 400 includes a fixing part 420 protruding from one corner of the bus bar frame 200 and formed in a bar shape parallel to one corner of the bus bar frame 200.
  • the coupling portion 400 protrudes from the cover plate 300 and includes a pair of receiving portions 430 including a groove portion 432. That is, the coupling portion 400 to which the bus bar frame 200 and the cover plate 300 are coupled is formed by inserting the both ends of the fixing portion 420 into the groove portion 432 of the receiving portion 430, respectively. .
  • the fixing portion 420 protrudes from one edge of the bus bar frame 200 and is formed in a rod shape parallel to the one edge, and at this time, both ends of the rod shape decrease the width of the fixing portion 420 toward the end. It includes a formed inclined surface 422.
  • the inclined surface 422 is formed to face the groove portion 432 of the receiving portion 430.
  • the opposite side of the inclined surface 422 includes a locking surface 424 facing the bus bar frame 200. That is, there is a gap (d) between the busbar frame 200 and the portion where the inclined surface 422 of the fixing part 420 is formed, so that the cover plate 300 and the bus bar frame 200 described later are assembled.
  • a portion of the accommodating portion 430 is positioned at the spacing portion so that the engaging surface 424 is coupled to contact the groove portion 432 of the accommodating portion 430. Since the fixing portion 420 is integrally formed to protrude from the bus bar frame 200, the central portion between the portions in which both inclined surfaces 422 are located is connected to the bus bar frame 200, and the inclined surfaces 422 are formed. The portion is spaced apart from the bus bar frame 200 at a distance d as described above.
  • the bus bar frame 200 includes separation prevention walls 220 facing both inclined surfaces 422, whereby the combination of the bus bar frame 200 and the cover plate 300 may be prevented from being separated once more. As it becomes possible, the specific configuration will be described later in the description of the assembly process and the assembly state.
  • the receiving portions 430 protrude in a direction parallel to one surface of the cover plate 300 and are provided in a pair to be coupled to both ends of the fixing portion 420, respectively.
  • Each of the pair of accommodating portions 430 is formed with a groove portion 432 into which both ends of the fixing portion 420 are inserted. That is, grooves 432 are formed on surfaces of the protruding pair of receiving portions 430 facing each other.
  • the groove portion 432 may have a hole shape as shown in FIG. 4, but as long as both ends of the fixing portion 420 have a depth at which both ends of the fixing portion 420 can be stably inserted, the groove portion 432 may be a groove shape other than a hole, and is not particularly limited. .
  • the inner surface of the receiving portion 430 in which the groove portion 432 is formed includes a receiving inclined surface 434. That is, the receiving inclined surface 434 may be formed on at least a part of the inner surface of the pair of receiving portions 430 so that the gap between the pair of receiving portions 430 increases in a direction toward the upper surface of the cover plate 300. I can. As a result, it is possible to prevent separation of the fixing part 420 after insertion while facilitating the insertion of the fixing part 420 as described later.
  • the receiving portion 430 includes an outer surface 436 on the opposite side of the surface on which the groove portion 432 is formed, and as will be described later, the outer surface 436 includes a cover plate 300 and a bus bar frame 200. It faces the separation prevention wall 220 of the bus bar frame 200 in the combined state of.
  • FIGS. 5A, 5B and 6 an assembly process and an assembly state of a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with further reference to FIGS. 5A, 5B and 6 along with FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 5A and 5B are views illustrating a process of assembling a battery module according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a simplified diagram illustrating an assembled state of a battery module according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the bus bar frame 200 is coupled to the cover plate 300 at an angle positioned above the final coupled state.
  • the bus bar frame 200 may be assembled in a state that achieves an angle of about 105 degrees compared to the final combined state, for example.
  • the fixing part 420 and the receiving part 430 have a groove part 432 along the receiving inclined surface 434 of the receiving part 430 as shown in FIG. 5B. ) Is inserted. That is, it is inserted along the arrow A in Fig. 5A.
  • the pair of receiving parts 430 slightly widen along the arrow B and the fixing part 420 The end may be seated in the groove 432. That is, since the receiving portion 430 integrally protruding from the cover plate 300, which is an injection product, is also formed of an injection product, it is possible to slightly open on both sides by the inserted force, and both ends along the inclined surface 422 are grooves 432 ), the insertion is completed by the locking surface 424 of the fixing part 420 in contact with the groove part 432. When the insertion is complete, the gap between the pair of accommodating portions 430 is restored to the initial gap before insertion. After the insertion is completed, the fixing part 420 is rotated about an axis to obtain a final combined state in which the busbar frame 200 and the cover plate 300 form an angle of about 90 degrees.
  • the separation of the fixing part 420 can be prevented double. That is, when the fixing portion 420 is inserted into the groove portion 432, since the bus bar frame 200 is inserted along the inclined surface 422 and the receiving inclined surface 434 at an angle positioned at the top compared to the final combined state, At the time of insertion, the gap between the receiving parts 430 may be naturally widened, but after the insertion, the receiving inclined surface 434 is not formed at the angle of the use range, so that the gap between the receiving parts 430 is larger than at the time of insertion. Since it is possible to escape only when it opens, it is practically impossible to escape.
  • FIG. 7 is a view showing a side view of a coupling portion in an assembled state of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a locking protrusion 439 protruding from the outer circumferential surface 438 is further included on the outer circumferential surface 438 of the pair of receiving portions 430, and the bus bar
  • the frame 200 further includes a locking protrusion 240 formed at one corner.
  • the locking protrusion 439 and the locking protrusion 240 are configured to be coupled to each other in a state in which the assembly is completed in FIG. 5A, that is, in a state in which the cover plate 300 and the bus bar frame 200 form an angle of about 90 degrees.
  • the bus bar frame 200 and the cover plate 200 are coupled to the cover plate 300 at an angle positioned at the top, and then rotated.
  • the 300 reaches about 90 degrees, the rotation is limited, so the stability of the assembly can be maintained, and the rotation is stopped at the correct position even if the operator's skill level is low when assembling the cover plate 300 and the bus bar frame 200. Precise assembly becomes possible.
  • the bus bar frame 200 rotates at a right angle or more, it may interfere with the inner cell assembly 100 and cause damage to the cell assembly 100.
  • the receiving portion 430 The combination of the formed locking protrusion 439 and the locking protrusion 240 formed on the bus bar frame 200 prevents the bus bar frame 200 from rotating beyond a right angle, thereby preventing damage to the cell assembly 100. Can be prevented.
  • one or more of the battery modules may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the battery module and the battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto, and the present invention is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same. It belongs to the scope of the invention.
  • electrode lead 130 bus bar
  • busbar frame 300 cover plate

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Abstract

본 기재의 전지 모듈은, 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 셀 조립체, 상기 셀 조립체의 일면을 커버하는 커버 플레이트, 및 상기 셀 조립체의 일면과 이웃하는 타면을 커버하고, 상기 커버 플레이트와 회동가능하게 결합하는 버스바 프레임을 포함하고, 상기 커버 플레이트와 상기 버스바 프레임은 적어도 하나의 결합부에 의해 결합하고, 상기 결합부는, 상기 버스바 프레임의 일 모서리로부터 돌출되어 상기 일 모서리와 평행한 봉형으로 형성되는 고정부, 및 상기 커버 플레이트로부터 돌출되어 형성되고, 상기 고정부의 양 단부가 각각 삽입되는 홈부를 포함하는 한 쌍의 수용부를 포함하고, 상기 고정부는 상기 양 단부로 갈수록 상기 고정부의 폭이 감소하도록 형성된 경사면을 포함한다.

Description

전지 모듈
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 4월 12일자 한국 특허 출원 제10-2019-0043334호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 조립 용이성을 향상시킨 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지기 때문에, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 자동차 등에 적용되는 전지 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀을 포함하는 다수의 셀 조립체를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이렇게 설정된 전지 모듈은 상호 적층되는 복수 개의 전지 셀들 및 상기 복수 개의 전지 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바가 장착된 버스바 프레임을 포함하여 구성된다.
이 때 버스바 프레임은 전지 셀들의 상면을 덮는 커버 플레이트와 조립되는 구성을 갖는다. 그런데 U자 형태의 후크 형태와 바 형태의 구조물이 서로 결합하여 형성된 힌지 구조를 갖는 종래 구성에서는 버스바 프레임과 커버 플레이트가 조립된 부분이 공정 중 또는 모듈의 이동 중에 분리되는 경우가 발생하고 이 경우 버스바 프레임과 커버 플레이트에 걸쳐 형성된 연성 인쇄 회로 기판이 찢어지는 등의 문제가 발생할 수 있는바, 이러한 문제들을 방지할 수 있는 구조의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 버스바 프레임과 커버 플레이트의 분리에 의한 기기의 손상을 방지하고, 또한 버스바 프레임과 커버 플레이트를 용이하게 조립할 수 있는 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 셀 조립체, 상기 셀 조립체의 일면을 커버하는 커버 플레이트, 및 상기 셀 조립체의 일면과 이웃하는 타면을 커버하고, 상기 커버 플레이트와 회동가능하게 결합하는 버스바 프레임을 포함하고, 상기 커버 플레이트와 상기 버스바 프레임은 적어도 하나의 결합부에 의해 결합하고, 상기 결합부는, 상기 버스바 프레임의 일 모서리로부터 돌출되어 상기 일 모서리와 평행한 봉형으로 형성되는 고정부, 및 상기 커버 플레이트로부터 돌출되어 형성되고, 상기 고정부의 양 단부가 각각 삽입되는 홈부를 포함하는 한 쌍의 수용부를 포함하고, 상기 고정부는 상기 양 단부로 갈수록 상기 고정부의 폭이 감소하도록 형성된 경사면를 포함한다.
상기 경사면은 상기 홈부와 대향하도록 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 수용부는, 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 상기 커버 플레이트의 상면을 향하는 방향으로 커지도록 상기 한 쌍의 수용부의 내측면의 적어도 일부에 형성된 수용 경사면을 포함할 수 있다.
상기 고정부와 상기 버스바 프레임 사이에 간격이 존재하여 상기 고정부가 상기 경사면의 반대측에 형성된 걸림면을 포함할 수 있다.
상기 고정부와 상기 수용부가 결합될 때, 상기 경사면은 상기 수용 경사면을 따라 상기 홈부에 삽입되어 상기 걸림면이 상기 홈부와 접할 때까지 삽입될 수 있다.
상기 고정부가 삽입될 때 상기 경사면의 삽입에 의해 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 벌어지다가 상기 고정부가 상기 걸림면에 접하는 것에 의해 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 삽입하기 전의 간격으로 회복될 수 있다.
상기 버스바 프레임은 상기 고정부와 상기 수용부가 결합된 상태에서 상기 홈부와 반대되는 상기 수용부의 외측면과 대향하는 이탈 방지벽을 더욱 포함할 수 있다.
상기 결합부는 상기 한 쌍의 수용부의 외주면으로부터 돌출된 걸림돌기를 더욱 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 일 모서리에 형성된 걸림턱을 더욱 포함하여, 상기 걸림돌기와 상기 걸림턱의 결합에 의해 상기 버스바 프레임의 회동이 제한될 수 있다.
상기 고정부는 상기 버스바 프레임과 일체로 형성되고, 상기 한 쌍의 수용부는 상기 커버 플레이트과 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 버스바 프레임과 커버 플레이트가 분리되어 연성 인쇄 회로 기판 등이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 또한 버스바 프레임과 커버 플레이트를 용이하게 조립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 고정부를 분리하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 수용부를 분리하여 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 상태를 단순화하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 상태에서 결합부를 측면에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전지 모듈(10)은 셀 조립체(100), 셀 조립체(100)의 상면을 덮는 커버 플레이트(300) 및 커버 플레이트(300)와 결합되고 셀 조립체(100)의 적어도 일측을 덮는 버스바 프레임(200)을 포함한다. 그리고 셀 조립체(100)와 커버 플레이트(300)가 모듈 케이스(도시하지 않음) 내에 수용되고, 모듈 케이스의 개구를 버스바 프레임(200)이 커버하도록 구성될 수 있다.
셀 조립체(100)는 복수 개의 전지 셀로 구성되며, 일례로 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 복수 개의 전지 셀이 셀 조립체(100) 내에 적층되어 포함되며, 이들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 전지 셀 각각은 전극 조립체와 이를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드(105)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하여 구성될 수 있으며, 공지의 구조를 갖는 전극 조립체를 채택할 수 있으므로 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
버스바 프레임(200)은 셀 조립체(100)를 커버하도록 배치되며, 버스바 프레임(200)에는 버스바(130)가 고정되어 형성될 수 있다. 버스바 프레임(200)은 절연체로 이루어져 셀 조립체(100)로부터 인출되는 전극 리드(105)들이 통과할 수 있는 리드 슬롯을 포함하며, 버스바(130)는 셀 조립체(100)의 전극 리드(105)를 전기적으로 연결할 수 있다.
버스바 프레임(200)에는 그 밖에 각종 전장 부품들이 부착될 수 있다. 일례로 ICB (Internal Circuit Board) 및 BMS (Battery Management System) 등이 구비될 수 있으며, 상기 ICB 및 BMS 보드 등의 전장 부품들은 상기 복수 개의 전지 셀들과 전기적으로 연결될 수 있다.
커버 플레이트(300)는 셀 조립체(100)의 상부에 위치하며, 그 양쪽 측면에서 버스바 프레임(200)이 회동 가능하게 결합될 수 있다. 이 때 버스바(130)는 버스바 프레임(200)에 장착되고, 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(145)은 커버 플레이트(300)의 길이 방향을 따라 상단에 배치될 수 있다.
연성 인쇄 회로 기판(145)은 버스바(130)와 전기적으로 연결되므로 이를 통해 전지 셀의 과전압 및 과전류 등의 센싱이 가능하며, 그 일단에 커넥터(160)가 연결되어 전압 센싱 및 온도 센싱과 관련한 신호를 전지 모듈(10) 외부에 마련된 제어기로 송수신 할 수 있다.
도 2는 도 1의 II 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 고정부(420)를 분리하여 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 수용부(430)를 분리하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)은 II 부분에 나타난 바와 같이 적어도 하나의 결합부(400)에 의해 결합될 수 있다.
구체적으로, 결합부(400)는 버스바 프레임(200)의 일 모서리로부터 돌출되어 버스바 프레임(200)의 일 모서리와 평행한 봉형으로 형성되는 고정부(420)를 포함한다. 또한 결합부(400)는 커버 플레이트(300)로부터 돌출되고, 홈부(432)를 포함하는 한 쌍의 수용부(430)를 포함한다. 즉, 고정부(420)의 양 단부가 각각 수용부(430)의 홈부(432)에 삽입되는 것에 의해 버스바 프레임(200)과 커버 플레이트(300)가 결합되는 결합부(400)가 형성된다.
고정부(420)는 버스바 프레임(200)의 일 모서리로부터 돌출되어 상기 일 모서리와 평행한 봉형으로 형성되는데, 이 때, 봉형의 양 단부는 끝쪽으로 갈수록 고정부(420)의 폭이 감소하도록 형성된 경사면(422)을 포함한다. 경사면(422)은 수용부(430)의 홈부(432)와 대향하도록 형성된다. 또한 도 3에 나타난 바와 같이 경사면(422)의 반대측에는 버스바 프레임(200)과 대향하는 걸림면(424)을 포함한다. 즉, 버스바 프레임(200)과 고정부(420)의 경사면(422)이 형성된 부분 사이에는 간격(d)이 존재하여 후술의 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)의 조립 상태에서 해당 간격 부분에 수용부(430)의 일부가 위치하여 걸림면(424)이 수용부(430)의 홈부(432)와 접촉하도록 결합된다. 고정부(420)는 버스바 프레임(200)으로부터 일체로 돌출되어 형성되므로, 양측 경사면(422)이 위치하는 부분 사이의 중앙부는 버스바 프레임(200)과 연결되어 있고, 경사면(422)이 형성된 부분은 상술한 바와 같이 간격(d)을 두고 버스바 프레임(200)과 이격되어 있다. 또한 버스바 프레임(200)은 양측 경사면(422)과 대향하는 이탈 방지벽(220)을 포함하는데, 이에 의해 버스바 프레임(200)과 커버 플레이트(300)의 결합이 이탈되는 것을 한번 더 방지할 수 있게 되는바, 구체적인 구성은 후술의 조립 과정 및 조립 상태의 설명 부분에서 설명하도록 한다.
수용부(430)는 커버 플레이트(300)의 일면과 평행한 방향으로 돌출되고, 고정부(420)의 양 단부에 각각 결합 될 수 있도록 한 쌍으로 구비된다. 한 쌍의 수용부(430) 각각에는 고정부(420)의 양 단부가 각각 삽입되는 홈부(432)가 형성된다. 즉, 돌출된 한 쌍의 수용부(430)가 서로 마주보는 면에 각각 홈부(432)가 형성된다. 홈부(432)는 도 4에 도시된 바와 같이 홀 형태일 수도 있으나, 고정부(420)의 양 단부가 안정적으로 삽입될 수 있는 깊이라면 홀이 아닌 홈의 형태일 수도 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
홈부(432)가 형성된 수용부(430)의 내측면은 수용 경사면(434)을 포함한다. 즉, 수용 경사면(434)은 한 쌍의 수용부(430) 사이의 간격이 커버 플레이트(300)의 상면을 향하는 방향으로 커지도록 한 쌍의 수용부(430)의 내측면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 이에 의해 후술하는 바와 같이 고정부(420)의 삽입을 용이하게 하면서도 삽입 후 고정부(420)의 이탈을 방지할 수 있게 된다. 또한, 수용부(430)는 상기 홈부(432)가 형성된 면의 반대측에 외측면(436)을 포함하는데, 후술하는 바와 같이 외측면(436)은 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)의 결합 상태에서 버스바 프레임(200)의 이탈 방지벽(220)과 대향한다.
이하, 도 1 내지 4와 함께 도 5a, 도 5b 및 도 6를 더욱 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 과정 및 조립 상태에 대해 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 상태를 단순화하여 도시한 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(200)은 최종 결합 상태보다 상부에 위치하는 각도에서 커버 플레이트(300)와 결합된다. 이 때, 버스바 프레임(200)은 예를 들면 최종 결합 상태에 비해 약 105도의 각도를 이룬 상태로 조립될 수 있다. 이 상태에서, 고정부(420)와 수용부(430)는 도 5b에 도시된 바와 같이 고정부(420)의 경사면(422)이 수용부(430)의 수용 경사면(434)을 따라 홈부(432)에 삽입된다. 즉, 도 5a의 화살표 A를 따라 삽입된다.
이 과정에서, 고정부(420)의 경사면(422)이 삽입 방향을 따라 그 폭이 넓어지도록 구성되기 때문에, 한 쌍의 수용부(430)가 화살표 B를 따라 살짝 벌어지면서 고정부(420)의 단부가 홈부(432)에 안착될 수 있다. 즉, 사출물인 커버 플레이트(300)로부터 일체로 돌출된 수용부(430) 역시 사출물로 형성되기 때문에 삽입되는 힘에 의해 양 측으로 살짝 벌어지는 것이 가능하고, 경사면(422)을 따라 양 단부가 홈부(432)에 안착되어, 고정부(420)의 걸림면(424)이 홈부(432)와 접촉하는 것에 의해 삽입이 완료된다. 삽입이 완료되면 한 쌍의 수용부(430)의 간격이 삽입하기 전의 최초 간격으로 회복된다. 삽입이 완료된 후 고정부(420)를 축으로 회동하여 버스바 프레임(200)과 커버 플레이트(300)가 약 90도 각도를 이루는 최종 결합 상태를 얻을 수 있다.
이에 의해, 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)이 조립된 상태에서, 도 6에 나타난 바와 같이 고정부(420)의 이탈이 이중으로 방지될 수 있다. 즉, 고정부(420)가 홈부(432)에 삽입될 때 버스바 프레임(200)이 최종 결합 상태에 비해 상부에 위치하는 각도에서 경사면(422)과 수용 경사면(434)을 따라 삽입되기 때문에, 삽입시에는 수용부(430) 사이의 간격이 자연스럽게 벌어질 수 있으나, 삽입 후에는 사용 범위 각도에서 수용 경사면(434)이 형성되지 않기 때문에, 삽입시보다 수용부(430) 사이의 간격이 더 크게 벌어져야 이탈이 가능하므로 실질적으로 이탈이 불가능하게 된다. 또한, 이와 같이 수용부(430) 사이의 간격이 더 크게 벌어지더라도, 도 6에 도시된 바와 같이 수용부(430)의 외측면(436)과 대향하고 있는 이탈 방지벽(220)에 의해 일정 범위 이상으로 수용부(430) 사이의 간격이 벌어지는 것이 방지되므로 고정부(420)의 이탈을 한번 더 방지할 수 있다.
따라서 이러한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)이 결합한 결합부(400)에서 고정부(420)와 수용부(430)가 분리되는 것을 방지할 수 있고, 버스바 프레임(200)과 커버 플레이트(300)이 분리되는 것에 의한 연성 인쇄 회로 기판(145)의 손상이나 취급상 어려움이 발생하는 것도 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 상태에서 결합부를 측면에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는, 한 쌍의 수용부(430)의 외주면(438)에 외주면(438)으로부터 돌출된 걸림 돌기(439)를 더욱 포함하고, 또한 버스바 프레임(200)은 일 모서리에 형성된 걸림턱(240)을 더욱 포함한다. 이러한 걸림 돌기(439)와 걸림턱(240)은, 도 5a 중 조립이 완료된 상태, 즉 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)이 약 90도 각도를 이룬 상태에서 서로 결합하도록 구성된다.
이에 의하면, 도 5a에서 조립 과정을 설명한 도면에서와 같이 버스바 프레임(200)이 커버 플레이트(300)에 상부에 위치하는 각도에서 결합한 후, 회동하는 과정에서, 버스바 프레임(200)과 커버 플레이트(300)가 약 90도를 이루면 회동을 제한하기 때문에 조립의 안정성을 유지할 수 있고, 커버 플레이트(300)와 버스바 프레임(200)의 조립시 작업자의 숙련도가 낮다 하더라도 정확한 위치에서 회동이 멈추게 되어 정밀도 있는 조립이 가능해진다. 특히, 버스바 프레임(200)이 직각 이상으로 회동할 경우, 내측의 셀 조립체(100)와 간섭하여 셀 조립체(100)의 손상을 야기할 수 있는데, 본 실시예에 의하면 수용부(430)에 형성된 걸림 돌기(439)와 버스바 프레임(200)에 형성된 걸림턱(240)의 결합에 의해 버스바 프레임(200)이 직각 이상으로 회동하는 것을 방지하게 되는바, 셀 조립체(100)의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
10: 전지 모듈 100: 셀 조립체
105: 전극 리드 130: 버스바
200: 버스바 프레임 300: 커버 플레이트
400: 결합부 420: 고정부
430: 수용부

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 셀 조립체,
    상기 셀 조립체의 일면을 커버하는 커버 플레이트, 및
    상기 셀 조립체의 일면과 이웃하는 타면을 커버하고, 상기 커버 플레이트와 회동가능하게 결합하는 버스바 프레임을 포함하고,
    상기 커버 플레이트와 상기 버스바 프레임은 적어도 하나의 결합부에 의해 결합하고,
    상기 결합부는,
    상기 버스바 프레임의 일 모서리로부터 돌출되어 상기 일 모서리와 평행한 봉형으로 형성되는 고정부, 및
    상기 커버 플레이트로부터 돌출되어 형성되고, 상기 고정부의 양 단부가 각각 삽입되는 홈부를 포함하는 한 쌍의 수용부를 포함하고,
    상기 고정부는 상기 양 단부로 갈수록 상기 고정부의 폭이 감소하도록 형성된 경사면를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 경사면은 상기 홈부와 대향하도록 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 한 쌍의 수용부는, 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 상기 커버 플레이트의 상면을 향하는 방향으로 커지도록 상기 한 쌍의 수용부의 내측면의 적어도 일부에 형성된 수용 경사면을 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 고정부와 상기 버스바 프레임 사이에 간격이 존재하여 상기 고정부가 상기 경사면의 반대측에 형성된 걸림면을 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 고정부와 상기 수용부가 결합될 때, 상기 경사면은 상기 수용 경사면을 따라 상기 홈부에 삽입되어 상기 걸림면이 상기 홈부와 접할 때까지 삽입되는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 고정부가 삽입될 때 상기 경사면의 삽입에 의해 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 벌어지다가 상기 고정부가 상기 걸림면에 접하는 것에 의해 상기 한 쌍의 수용부 사이의 간격이 삽입하기 전의 간격으로 회복되는 전지 모듈.
  7. 제3항에서,
    상기 버스바 프레임은 상기 고정부와 상기 수용부가 결합된 상태에서 상기 홈부와 반대되는 상기 수용부의 외측면과 대향하는 이탈 방지벽을 더욱 포함하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 결합부는 상기 한 쌍의 수용부의 외주면으로부터 돌출된 걸림돌기를 더욱 포함하고,
    상기 버스바 프레임은 상기 일 모서리에 형성된 걸림턱을 더욱 포함하여,
    상기 걸림돌기와 상기 걸림턱의 결합에 의해 상기 버스바 프레임의 회동이 제한되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 고정부는 상기 버스바 프레임과 일체로 형성되고, 상기 한 쌍의 수용부는 상기 커버 플레이트과 일체로 형성되는 전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
    를 포함하는 전지 팩.
  11. 제10항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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