WO2021002619A2 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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성준엽
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module with improved space utilization of a secondary battery and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries are attracting much attention as an energy source in various product lines such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a potent energy resource that can replace the use of conventional products that use fossil fuels, and does not generate by-products due to energy use, and is thus attracting attention as an eco-friendly energy source.
  • a battery module consisting of at least one battery cell is configured, and other components are added using the at least one battery module. How to configure is common.
  • These battery modules include a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a bus bar frame formed at both ends of the battery cell stack, a terminal bus bar formed on the bus bar frame, and an end plate formed outside the bus bar frame. , An insulating cover formed inside the end plate, a terminal bus bar, and a power supply, and a nut connecting a bus bar or a high voltage cable connected to other modules.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an assembly direction of a bus bar frame, a terminal bus bar, a nut, an insulating cover, and an end plate in a conventional battery module.
  • 2 is a cross-sectional view showing a state in which the parts of FIG. 1 are assembled.
  • a bus bar frame 10 is installed outside the battery cell stack, and a terminal bus bar 11 is installed outside the bus bar frame 10, respectively, and the terminal bus bar 11 ) Outside the nut 12 is installed, the insulation cover 21 and the end plate 20 outside the nut 12 is formed in a structure that is sequentially installed in the longitudinal direction of the battery module.
  • the nut 12 since there is a possibility that the nut 12 may be separated from the battery module, the nut 12 had to be inserted by separately manufacturing the nut insertion structure on the end plate 20 as shown, and at this time, the shape of the nut 12 In addition, there is a problem that it is inevitably formed somewhat complicated so that it can be fitted into the nut insertion structure.
  • the problem to be solved of the present invention is to provide a battery module having a nut fixing structure having a more compact and simple structure, and a battery pack including the same.
  • an object to be solved of the present invention is to provide a battery module having a more compact structure and a battery pack including the same, optimizing component arrangement by efficiently utilizing the remaining space in the battery module.
  • a battery module and a battery pack including the same according to an embodiment of the present invention for realizing the above object are a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, and a bus bar frame formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the terminal bus bar includes a main body coupled to the bus bar frame, a protrusion formed perpendicular to the bus bar frame from an upper side of the main body and protruding outward, and a bent portion connected to the main body and the protrusion to be bent. Including, the side of the bent portion may be formed in a depression.
  • the protrusion may be formed to cover the upper side of the nut.
  • a hole portion may be formed at one side of the protrusion, and the hole portion may be formed at a position corresponding to the hollow portion of the nut.
  • the end plate may be formed outside the terminal bus bar and the nut based on the length direction of the battery cell stack to cover the bus bar frame.
  • the end plate may further include an insulating cover formed between the terminal bus bar and the nut, and the end plate.
  • the nut may be formed in a cube shape.
  • the nut may also be formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the terminal busbars are respectively formed on both sides of the busbar frame, the side surfaces of the terminal busbars on both sides are respectively recessed, and a nut is inserted into each of the recessed spaces.
  • a plurality of busbars are formed between the terminal busbars on both sides, a busbar frame protrusion covering the plurality of busbars from a side surface is formed on the busbar frame, and the busbar frame protrusion is opposite to the terminal busbar.
  • Each of the opposite portions of the nuts inserted into the space formed in the viewing side may be supported.
  • the side of the terminal bus bar is recessed, and the nut is inserted and installed in the space formed by the recessed portion and the bus bar frame, thereby fixing a separate nut
  • the nut can be supported and fixed only with the existing busbar structure without a structure.
  • the size of the nut can be minimized, and the shape of the nut can be simplified, thereby reducing the cost of the nut production.
  • the battery module and the battery pack including the same optimize the arrangement of components by creating a space on the side of the bent portion of the conventional terminal busbar and inserting a nut into the space, and the terminal busbar and the nut are By being positioned side by side in the width direction of the battery module, the length of the battery module is reduced as a whole, thereby providing an effect of increasing the energy density relative to the volume of the battery module.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing installation positions of a bus bar frame, a terminal bus bar, a nut, an insulation cover, and an end plate in a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the parts of FIG. 1 are assembled.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing installation positions of a bus bar frame, a terminal bus bar, a nut, an insulation cover, and an end plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing one terminal bus bar and a nut according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view showing installation positions of a bus bar frame, a terminal bus bar, a nut, an insulation cover, and an end plate according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a front view showing a terminal bus bar, a nut, and a peripheral configuration according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a view showing one terminal bus bar and a nut according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells 100 are stacked, and a bus bar frame 200 formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack. ), a terminal bus bar 210 formed on the outside of the bus bar frame 200 based on the battery cell stack to be electrically connected to an external power source, a terminal bus bar 210 and an external power source, and connected to other modules. It includes a nut 220 for connecting a bus bar or a high voltage cable, and the terminal bus bar 210 has a recessed side, and the nut 220 is a recessed side of the terminal bus bar 210 and a bus bar frame 200 ) Is inserted into the space to form.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 100 may be composed of a plurality, and the plurality of battery cells 100 may be stacked together so as to be electrically connected to each other to form a battery cell stack.
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a battery case, and an electrode lead (not shown) protruding from the electrode assembly.
  • the bus bar frame 200 is formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack, respectively.
  • the bus bar frame 200 may be formed by covering the front and rear surfaces of the battery cell stack so as to electrically connect the electrode leads of the plurality of battery cells 100.
  • the terminal bus bar 210 is formed outside the bus bar frame 200 based on the battery cell stack. Terminal bus bars 210 are formed on both sides of the bus bar frame 200, respectively, to electrically connect the bus bar frame 200 connected to the battery cell 100 and an external power source.
  • the end plate 300 may be formed outside the terminal bus bar 210 and the nut 220 based on the length direction of the battery cell stack to cover the bus bar frame 200.
  • the end plate 300 protects the busbar frame 200 and various electrical equipment connected thereto from external impact, has a battery module mounting structure as a component of the frame, and at the same time has an opening 300a formed in the end plate 300.
  • the insulating cover 310 may be formed between the terminal bus bar 210 and the nut 220 and the end plate 300 to block unnecessary electrical connection between the bus bar frame 200 and the outside.
  • the terminal bus bar 210 includes a main body 211, a protrusion 213 perpendicular to the bus bar frame 200 and protruding outward from an upper side of the main body 211, and the main body 211 and the protrusion 213 ) May include a bent portion 212 that is bent and formed.
  • the body portion 211 is formed in a vertical plate shape and may be coupled to the bus bar frame 200. Through this, the electric signal transmitted from the battery cell 100 may be transmitted to the protrusion 213.
  • the protrusion 213 is formed to protrude to the outside through the opening 300a of the end plate, and may be electrically connected to an external power source.
  • a hole part 213-1 is formed at one side of the protrusion 213, and the hollow part of the nut 220 penetrates through the hole part 213-1, and a bolt is inserted into the through space to provide the nut 220 and the terminal bus bar. (210) can be combined.
  • the side of the bent part 212 is recessed, and the nut 220 may be inserted and positioned in a space formed by the recessed portion of the bent part 212 and the frame surface of the bus bar frame 200 located inside. .
  • a nut is located outside the terminal busbar, so that a nut insertion structure for fixing and supporting the nut must be separately provided on the end plate, and the shape of the nut is also somewhat complicated and has to be made relatively large.
  • the side of the bent portion 212 is recessed, and the nut 220 is inserted into the space formed in the recessed portion, and the bus bar frame 200 , Since it is fixed and supported by the terminal bus bar 210 and the bus bar frame protrusion 240 and the end plate 300, which will be described later, there is no need to provide a separate nut insertion structure on the end plate.
  • the nut 220 can be manufactured in a simple shape, and according to an embodiment of the present invention, the nut 220 can be formed in a simple structure of a cube shape. In addition, the nut 220 may be formed in a rectangular parallelepiped structure. If it is formed in a rectangular parallelepiped shape, the size of the nut can be further reduced.
  • the nut is located outside the bent portion separately from the space formed by the bent portion of the terminal busbar, so that the length of the battery module can be increased as the space formed by the bent portion and the space occupied by the nut are combined.
  • the nut 220 can be inserted into the side recessed space formed by the bent portion 212, so that the length of the battery module can be reduced as much as the space for forming the conventional bent portion.
  • the ratio of the length of the battery cell to the total length of the conventional battery module occupied about 93.04%, but the ratio of the length of the battery cell to the total length of the battery module according to an embodiment of the present invention occupies 94.48%.
  • the energy density relative to the volume of the battery module can be increased.
  • Terminal bus bars 210 may be formed on both sides of the bus bar frame 200, respectively. Referring to FIG. 6, the terminal busbars 210a and 210b may be formed of a left terminal bus bar 210a and a right terminal bus bar 210b.
  • the left terminal bus bar 210a comprises a main body 211a, a protrusion 213a formed perpendicular to the bus bar frame 200 and protruding outward from the upper side of the main body 211a, and the main body 211a and the protrusion 213a. ) And may include a bent portion 212a that is bent and formed.
  • the right terminal bus bar 210b comprises a main body part 211b, a protruding part 213b formed perpendicular to the bus bar frame 200 and protruding outward from the upper side of the main body part 211b, and the main body part 211b and the protruding part 213b. ) And may include a bent portion 212b that is bent and formed.
  • the left terminal busbar 210a is formed in a symmetrical structure with the right terminal busbar 210b, and the structure of the left terminal busbar 210a can be grasped through the structure of the right terminal busbar 210b.
  • the terminal busbars 210a and 210b are formed on both sides of the busbar frame 200, respectively, and the opposite side sides of the terminal busbars 210a and 210b are Each may be recessed. Accordingly, the two nuts 220a and 220b may be positioned on opposite sides of the two terminal busbars 210a and 210b, respectively.
  • a portion in the -x-axis direction of the bent portion 212a of the left terminal bus bar 210a may be recessed, and a nut 220a may be inserted into the recessed portion.
  • a portion in the x-axis direction of the bent portion 212b of the right terminal bus bar 210b may be recessed, and a nut 220b may be inserted into the recessed portion.
  • the two terminal busbars 210a and 210b may have the same shape and may be symmetrically formed with each other. To correspond to this, the two nuts 220a and 220b may have the same shape.
  • a plurality of bus bars 230 coupled to the bus bar frame 200 may be formed between the terminal bus bars 210a and 210b on both sides.
  • the bus bar frame 200 may be formed with a bus bar frame protrusion 240 protruding from the bus bar frame 200 to cover side surfaces of the plurality of bus bars 230.
  • the outermost protrusions adjacent to the two terminal busbars 210a and 210b, respectively, are two nuts positioned to face the space recessed on the opposite side of the terminal busbars 210a and 210b. It may be formed to support the opposite portions of (220a, 220b), respectively.
  • the nut 220a inserted into the recessed space of the left terminal busbar 210a is supported on the right side of the nut 220a through the busbar frame protrusion 240 formed on the right side of the nut 220a
  • the nut 220b inserted into the recessed space of the right terminal busbar 210b may support the left side of the nut 220b through the busbar frame protrusion 240 formed on the left side of the nut 220b.
  • the nut 220a located on the left side is a busbar frame 200 that supports the nut 220a in the -y-axis direction based on the nut 220a, and fixes the upper side of the nut 220a in the z-axis direction.
  • the nut 220b located on the right side is a busbar frame 200 supporting the nut 220b in the -y-axis direction with respect to the nut 220b, and a protrusion fixing the upper side of the nut 220b in the z-axis direction (213b), a bent portion 212b for supporting the nut 220b in the -x-axis and -z-axis directions, and a busbar frame protrusion 240 for supporting the nut 220b in the x-axis and -z-axis directions
  • y-axis direction the connection direction with the external electric length
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are collected and a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of the battery, and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack can 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 is applicable to various devices capable of using a battery module, and this also falls within the scope of the present invention. .

Abstract

본 발명은 이차 전지의 공간 활용성을 높인 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임, 상기 전지셀 적층체를 기준으로 상기 버스바 프레임의 외측에 형성되어 외부의 전원과 전기적으로 연결되는 단자 버스바 및 상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 단자 버스바는 측면이 함몰 형성되고, 상기 함몰된 측면과 상기 버스바 프레임이 형성하는 공간에 너트가 삽입된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 07월 01일자 한국 특허 출원 제10-2019-0078783호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 공간 활용성을 높인 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체의 양단에 각각 형성되는 버스바 프레임, 버스바 프레임에 형성되는 단자 버스바, 버스바 프레임 외곽에 형성되는 엔드 플레이트, 엔드 플레이트 내측에 형성되는 절연 커버, 단자 버스바와, 전원, 다른 모듈과 연결되는 버스바 또는 고전압 케이블을 연결하는 너트를 포함한다.
도 1은 종래의 전지 모듈에서의 버스바 프레임, 단자 버스바, 너트, 절연 커버, 엔드 플레이트의 조립 방향을 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 부품들이 조립된 모습을 나타낸 단면이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 전지셀 적층체의 외측에 버스바 프레임(10)이 설치되고, 버스바 프레임(10)의 외측에는 각각 단자 버스바(11)가 설치되며, 단자 버스바(11)의 외측에는 너트(12)가 설치되고, 너트(12)의 외측에 절연 커버(21)와 엔드 플레이트(20)가 전지 모듈의 길이 방향으로 순차적으로 설치되는 구조로 형성되었다.
다만 너트(12)가 전지 모듈로부터 이탈될 우려가 있어, 도시된 바와 같이 엔드 플레이트(20) 상에 너트의 삽입 구조를 별도로 제작하여 너트(12)를 삽입 시켜야 했으며, 이때 너트(12)의 형상 또한 너트 삽입 구조에 끼워질 수 있도록 다소 복잡하게 형성될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
또한 도 2를 참조하면, 전지 모듈 내의 단자 버스바(11)의 상단부가 절곡 형성되어 있고, 너트(12)는 단자 버스바(11)의 절곡 부분 우측에 형성되므로, 너트(12)와 버스바(11)의 상단부 사이에는 비어있는 공간(S)이 형성된다. 비어있는 공간(S)에는 기타 전장품이 설치되어 있지 않은바, 부품의 배치 등을 변경하여 공간(S)을 활용할 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 보다 컴팩트하고 단순한 구조를 가진 너트 고정 구조를 가지는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전지 모듈 내의 잔여 공간을 효율적으로 활용하여 부품 배열을 최적화 하고 보다 컴팩트한 구조를 가지는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를포함하는 전지팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임, 상기 전지셀 적층체를 기준으로 상기 버스바 프레임의 외측에 형성되어 외부의 전원과 전기적으로 연결되는 단자 버스바 및 상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 단자 버스바는 측면이 함몰 형성되고, 상기 함몰된 측면과 상기 버스바 프레임이 형성하는 공간에 너트가 삽입된다.
상기 단자 버스바는, 상기 버스바 프레임과 결합하는 본체부, 상기 본체부의 상측에서 상기 버스바 프레임과 수직을 이루며 외측으로 돌출 형성되는 돌출부 및 상기 본체부와 상기 돌출부를 연결하며 절곡 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부의 측면은 함몰 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 너트의 상측을 커버하도록 형성될 수 있다.
상기 돌출부의 일측에는 홀부가 형성되고, 상기 홀부는 상기 너트의 중공부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 길이 방향 기준 상기 단자 버스바 및 상기 너트의 외측에 형성되어, 상기 버스바 프레임을 커버할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 상기 단자 버스바 및 상기 너트와, 상기 엔드 플레이트 사이에 형성된 절연 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 너트는 정육면체 형상으로 형성될 수 있다.
상기 너트는 직융면체 형상으로도 형성될 수 있다.
상기 단자 버스바는 상기 버스바 프레임의 양측에 각각 형성되고, 상기 양측의 단자 버스바는 마주보는 쪽 측면이 각각 함몰 형성되고, 상기 함몰 공간 각각에는 너트가 삽입되는 전지 모듈.
상기 양측의 단자 버스바 사이에는 복수의 버스바가 형성되고, 상기 버스바 프레임에는 상기 복수의 버스바를 측면에서 커버하는 버스바 프레임 돌출부가 형성되고, 상기 버스바 프레임 돌출부는, 상기 단자 버스바의 마주보는 쪽 측면에 함몰 형성된 공간에 삽입된 상기 너트들의 마주보는 부분을 각각 지지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 단자 버스바의 측면이 함몰 형성되고, 함몰된 부분과 버스바 프레임이 형성하는 공간에 너트가 삽입 설치됨으로써, 별도의 너트 고정 구조 없이 기존 버스바 구조 만으로도 너트를 지지 및 고정할 수 있게 되었다. 또한 너트의 크기를 최소화할 수 있고, 너트의 형상을 단순화 시킬 수 있게 됨으로써 너트 생산시 원가를 절감할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 종래 단자 버스바의 절곡부 측면에 공간을 만들고 상기 공간에 너트를 삽입함으로써, 부품 배열을 최적화 시키고, 단자 버스바와 너트가 전지 모듈의 폭방향으로 나란히 위치하게 됨으로써 전지 모듈의 길이를 전체적으로 축소시켜 전지 모듈의 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈에서의 버스바 프레임, 단자 버스바, 너트, 절연 커버, 엔드 플레이트의 설치 위치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 부품들이 조립된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임, 단자 버스바, 너트, 절연 커버, 엔드 플레이트의 설치 위치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 단자 버스바 및 너트를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임, 단자 버스바, 너트, 절연 커버, 엔드 플레이트의 설치 위치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 버스바, 너트 및 주변 구성을 나타낸 정면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 단자 버스바 및 너트를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀(100)이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임(200), 전지셀 적층체를 기준으로 버스바 프레임(200)의 외측에 형성되어 외부의 전원과 전기적으로 연결되는 단자 버스바(210), 단자 버스바(210)와 외부 전원, 다른 모듈과 연결되는 버스바 또는 고전압 케이블을 연결하는 너트(220)를 포함하며, 단자 버스바(210)는 측면이 함몰 형성되고, 너트(220)는 단자 버스바(210)의 함몰된 측면과 버스바 프레임(200)이 형성하는 공간에 삽입 형성된다.
전지셀(100)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드(미도시)를 포함할 수 있다.
버스바 프레임(200)은 전지셀 적층체의 전후면에 각각 형성된다. 버스바 프레임(200)은 복수개의 전지셀(100)의 전극 리드들을 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하여 형성될 수 있다.
단자 버스바(210)는 전지셀 적층체를 기준으로 버스바 프레임(200)의 외측에 형성된다. 단자 버스바(210)는 버스바 프레임(200)의 양측에 각각 형성되어, 전지셀(100)과 연결된 버스바 프레임(200)과 외부의 전원을 전기적으로 연결한다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체의 길이 방향을 기준으로 단자 버스바(210) 및 너트(220)의 외측에 형성되어, 버스바 프레임(200)을 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(200) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 프레임의 구성 요소로서 전지 모듈 마운팅 구조를 가지며, 동시에 엔드 플레이트(300)에 형성된 개구부(300a)를 통해 단자 버스바(210) 및 너트(220)가 외부로 돌출되도록 함으로써, 버스바 프레임(200)과 외부 전원 간의 전기적 연결을 안내할 수 있다.
절연 커버(310)는 단자 버스바(210) 및 너트(220)와, 엔드 플레이트(300) 사이에 형성되어, 버스바 프레임(200)과 외부와의 불필요한 전기적 연결을 차단할 수 있다.
단자 버스바(210)는, 본체부(211), 본체부(211)의 상측에서 버스바 프레임(200)과 수직을 이루며 외측으로 돌출 형성된 돌출부(213) 및 본체부(211)와 돌출부(213)를 연결하며 절곡 형성되는 절곡부(212)를 포함할 수 있다.
본체부(211)는 수직의 판형으로 형성되어 버스바 프레임(200)과 결합할 수 있다. 이를 통해 전지셀(100)로부터 전달 받은 전기적 신호를 돌출부(213)로 전달할 수 있다.
돌출부(213)는 엔드 플레이트의 개구부(300a)를 통해 외부로 돌출 형성되어외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 돌출부(213)의 일측에는 홀부(213-1)가 형성되고, 너트(220)의 중공부는 홀부(213-1)와 관통되어, 상기 관통 공간에 볼트를 삽입하여 너트(220)와 단자 버스바(210)를 결합할 수 있다.
절곡부(212)는 측면이 함몰 형성되며, 너트(220)는 절곡부(212)의 함몰된 부분 및 내측에 위치한 버스바 프레임(200)의 프레임 면이 형성하는 공간에 삽입되어 위치할 수 있다.
종래에는, 단자 버스바의 외측에 너트가 위치하여, 너트를 고정 및 지지하기 위한 너트 삽입 구조가 엔드 플레이트에 별도로 마련되어야 하였으며, 너트의 형태도 다소 복잡하고 상대적으로 크게 제작될 수 밖에 없없다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 너트(220)는, 절곡부(212)의 측면이 함몰 형성되고 상기 함몰된 부분에 형성된 공간부에 너트(220)가 삽입 형성되며, 버스바 프레임(200), 단자 버스바(210) 및 후술할 버스바 프레임 돌출부(240) 및 엔드 플레이트(300) 등에 의해 고정 및 지지되므로, 별도의 너트 삽입 구조를 엔드 플레이트에 마련할 필요가 없게 되었다. 또한 너트(220)를 단순한 형태로 제작할 수 있는바, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 너트(220)는 정육면체 형상의 단순한 구조로 형성될 수 있다. 또한 너트(220)는 직육면체 형상의 구조로도 형성될 수 있다. 직육면체 형상으로 형성될 경우 너트의 크기를 좀 더 줄일 수 있다.
또한 종래에는 단자 버스바의 절곡부가 형성하는 공간과 별도로 절곡부 외측에 너트가 위치하게 되어, 절곡부가 형성하는 공간 및 너트가 차지하는 공간을 합친만큼 전지 모듈의 길이가 증가될 수 있는 단점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 너트(220)가 절곡부(212)가 형성하는 측면 함몰 공간에 삽입될 수 있게 되어, 종래 절곡부의 형성 공간만큼 전지 모듈의 길이를 축소할 수 있게 되었다.
시뮬레이션 결과에 따르면, 종래 전지 모듈 전체의 길이 대비 전지셀의 길이의 비는 약 93.04%를 차지하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 전체 길이 대비 전지셀의 길이의 비는 94.48%를 차지하여, 전지셀 길이 대비 전지 모듈의 길이를 축소 설계할 수 있게 되었다. 이와 같이 부품 배열 최적화를 통해 전지 모듈의 길이를 축소할 수 있게 됨으로써, 전지 모듈의 부피 대비 에너지 밀도를 높일 수 있다.
단자 버스바(210)는 버스바 프레임(200)의 양측에 각각 형성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 단자 버스바(210a, 210b)는 좌측의 단자 버스바(210a)와 우측의 단자 버스바(210b)로 형성될 수 있다.
좌측 단자 버스바(210a)는 본체부(211a), 본체부(211a)의 상측에서 버스바 프레임(200)과 수직을 이루며 외측으로 돌출 형성된 돌출부(213a) 및 본체부(211a)와 돌출부(213a)를 연결하며 절곡 형성되는 절곡부(212a)를 포함할 수 있다.
우측 단자 버스바(210b)는 본체부(211b), 본체부(211b)의 상측에서 버스바 프레임(200)과 수직을 이루며 외측으로 돌출 형성된 돌출부(213b) 및 본체부(211b)와 돌출부(213b)를 연결하며 절곡 형성되는 절곡부(212b)를 포함할 수 있다.
도 7에서는 우측 단자 버스바(210b)의 구조에 대해서 보다 상세히 보여주고 있다. 좌측 단자 버스바(210a)는 우측 단자 버스바(210b)와 대칭 구조로 형성되어 우측 단자 버스바(210b)의 구조를 통해 좌측 단자 버스바(210a)의 구조를 파악할 수 있다.
너트의 위치 및 고정 구조에 대하여 도 6을 참조하면, 단자 버스바(210a, 210b)는 버스바 프레임(200)의 양측에 각각 형성되고, 단자 버스바(210a, 210b)의 마주보는 쪽 측면이 각각 함몰 형성될 수 있다. 따라서 두 단자 버스바(210a, 210b)의 마주보는 쪽 측면에 두 너트(220a, 220b)가 각각 위치할 수 있다.
보다 상세하게는, 좌측 단자 버스바(210a)의 절곡부(212a)의 -x축 방향 부분이 함몰 형성될 수 있고, 상기 함몰 부분에 너트(220a)가 삽입될 수 있다. 또한 우측 단자 버스바(210b)의 절곡부(212b)의 x축 방향 부분이 함몰 형성될 수 있고, 상기 함몰 부분에 너트(220b)가 삽입될 수 있다.
두 단자 버스바(210a, 210b)는 동일한 형상으로 서로 대칭 형성될 수 있다. 이에 대응될 수 있도록 두 너트(220a, 220b)의 형상은 동일하게 형성될 수 있다.
양측의 단자 버스바(210a, 210b) 사이에는 버스바 프레임(200)과 결합된 복수의 버스바(230)가 형성될 수 있다. 또한 버스바 프레임(200)에는 복수의 버스바(230)의 측면들을 커버하도록 버스바 프레임(200)으로부터 돌출 형성된 버스바 프레임 돌출부(240)가 형성될 수 있다.
버스바 프레임 돌출부(240) 중, 두 단자 버스바(210a, 210b)와 각각 인접한 최외곽 돌출 부분은, 단자 버스바(210a, 210b)의 마주보는 쪽 측면에 함몰 형성된 공간에 마주보도록 위치한 두 너트(220a, 220b)의 마주보는 부분을 각각 지지하도록 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 좌측 단자 버스바(210a)의 함몰 공간에 삽입된 너트(220a)는 너트(220a)의 우측에 형성된 버스바 프레임 돌출부(240)를 통해 너트(220a)의 우측이 지지되고, 우측 단자 버스바(210b)의 함몰 공간에 삽입된 너트(220b)는 너트(220b)의 좌측에 형성된 버스바 프레임 돌출부(240)를 통해 너트(220b)의 좌측이 지지될 수 있다.
결과적으로 좌측에 위치한 너트(220a)는, 너트(220a)를 기준으로 -y축 방향에서 너트(220a)를 지지하는 버스바 프레임(200), z축 방향에서 너트(220a)의 상측을 고정하는 돌출부(213a), x축 방향 및 -z축 방향에서 너트(220a)를 지지하는 절곡부(212a), -x축 방향 및 -z축 방향에서 너트(220a)를 지지하는 버스바 프레임 돌출부(240)를 통해, 외부 전장과의 연결 방향(y축 방향)을 제외한 너트(220a)의 xyz축 방향에서 기존 부품을 활용하여 너트(220a)를 지지 및 고정할 수 있다.
마찬가지로 우측에 위치한 너트(220b)는, 너트(220b)를 기준으로 -y축 방향에서 너트(220b)를 지지하는 버스바 프레임(200), z축 방향에서 너트(220b)의 상측을 고정하는 돌출부(213b), -x축 방향 및 -z축 방향에서 너트(220b)를 지지하는 절곡부(212b), x축 방향 및 -z축 방향에서 너트(220b)를 지지하는 버스바 프레임 돌출부(240)를 통해, 외부 전장과의 연결 방향(y축 방향)을 제외한 너트(220b)의 xyz축 방향에서 기존 부품을 활용하여 너트(220b)를 지지 및 고정할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 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 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
부호의 설명
100: 전지셀
200: 버스바 프레임
210: 단자 버스바
211: 돌출부
211-1: 홀부
212: 절곡부
213: 본체부
220: 너트
230: 버스바
240: 버스바 프레임 돌출부
300: 엔드 플레이트
300a: 개구부
310: 절연 커버

Claims (11)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임;
    상기 전지셀 적층체를 기준으로 상기 버스바 프레임의 외측에 형성되어 외부의 전원과 전기적으로 연결되는 단자 버스바; 및
    상기 버스바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 단자 버스바는 측면이 함몰 형성되고, 상기 함몰된 측면과 상기 버스바 프레임이 형성하는 공간에 너트가 삽입되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 단자 버스바는,
    상기 버스바 프레임과 결합하는 본체부;
    상기 본체부의 상측에서 상기 버스바 프레임과 수직을 이루며 외측으로 돌출 형성되는 돌출부; 및
    상기 본체부와 상기 돌출부를 연결하며 절곡 형성되는 절곡부를 포함하고,
    상기 절곡부의 측면은 함몰 형성되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 돌출부는 상기 너트의 상측을 커버하도록 형성되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 돌출부의 일측에는 홀부가 형성되고, 상기 홀부는 상기 너트의 중공부와 대응되는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 길이 방향 기준 상기 단자 버스바 및 상기 너트의 외측에 형성되어, 상기 버스바 프레임을 커버하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 상기 단자 버스바 및 상기 너트와, 상기 엔드 플레이트 사이에 형성된 절연 커버를 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 너트는 정육면체 형상으로 형성되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 너트는 직육면체 형상으로 형성되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 단자 버스바는 상기 버스바 프레임의 양측에 각각 형성되고,
    상기 양측의 단자 버스바는 마주보는 쪽 측면이 각각 함몰 형성되고, 상기 함몰 공간 각각에는 너트가 삽입되는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 양측의 단자 버스바 사이에는 복수의 버스바가 형성되고,
    상기 버스바 프레임에는 상기 복수의 버스바를 측면에서 커버하는 버스바 프레임 돌출부가 형성되고,
    상기 버스바 프레임 돌출부는, 상기 단자 버스바의 마주보는 쪽 측면에 함몰 형성된 공간에 삽입된 상기 너트들의 마주보는 부분을 각각 지지하는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
PCT/KR2020/008070 2019-07-01 2020-06-22 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 WO2021002619A2 (ko)

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