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KR101217564B1 - 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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KR101217564B1
KR101217564B1 KR1020100078625A KR20100078625A KR101217564B1 KR 101217564 B1 KR101217564 B1 KR 101217564B1 KR 1020100078625 A KR1020100078625 A KR 1020100078625A KR 20100078625 A KR20100078625 A KR 20100078625A KR 101217564 B1 KR101217564 B1 KR 101217564B1
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bus bar
battery
voltage detection
battery module
mounting
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이범현
윤종문
신용식
이진규
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 함께 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서, (a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스; (b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및 (c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터; 를 포함하고 있고, 상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 전압 검출 어셈블리를 제공한다.

Description

전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 {Voltage Sensing Assembly and Battery Module Employed with the Same}
본 발명은, 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 함께 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서, 전기절연성의 소재로 이루어진 블록 케이스; 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;를 포함하고 있고, 상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며, 상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 전압 검출 어셈블리에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조로 이루어져 있으므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다. 또한 이차전지의 활용 범위의 확대로 자동차 등의 동력원으로 사용됨에 따라 강한 충격이나 진동이 가해지는 경우에도 상기 검출수단이 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하는 체결수단이 필요하다.
이와는 별도로, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하거나 또는 소정 단위의 전지셀들로 이루어진 셀 모듈 다수를 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다.
더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 전지 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 앞서 설명한 바와 같은 측면에서 바람직하지 않으며, 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수한 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있는 전압 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 별도의 독립적인 어셈블리로 구성되어 있어서, 전지모듈의 제조시 생산성 및 유지 보수성이 향상된 전압 검출 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 상기 전압 검출 어셈블리를 포함하여 소망하는 출력과 용량으로 제조되는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압 검출 어셈블리는, 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 함께 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,
(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;
(b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및
(c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;
를 포함하고 있고,
상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며,
상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전압 검출 어셈블리는 도전성 센싱부들이 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자에 접속되는 구조로 구성되어 있어서, 전체적으로 조립 과정이 간소하며 콤팩트하고 안정적으로 전압 검출이 가능한 구조를 가진다.
또한, 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재가 하나의 모듈화된 어셈블리 구조로 이루어져 있으므로, 전압 검출 어셈블리를 전지모듈의 전면 또는 후면에 용이하게 장착할 수 있다.
더욱이, 상기와 같이 별도의 독립적인 파트로 구성된 어셈블리 구조는 외주 생산을 가능하게 하므로 전지모듈의 제조 생산성을 크게 향상시키고, 전압 검출 어셈블리를 구성하는 부품들의 이상 발생시, 종래의 전지모듈 구조와 비교하여 전지모듈 내부를 분해하지 않고 전지모듈의 전면 또는 후면에 장착된 전압 검출 어셈블리만 교체하면 되므로, 유지 보수성 또한 크게 향상된다.
게다가, 도전성 센싱부들은 같은 열에 위치한 상태로 블록 케이스에 고정되어 있으므로, 본 발명에 따른 전압 검출 어셈블리는 전압 및 전류와 같은 전지모듈의 사용 환경에 따라 용이하게 확장될 수 있다.
상기 제어부는 예를 들어 전지관리 시스템인 BMS(Battery Management System)일 수 있다.
상기 블록 케이스의 장착홈들은 도전성 센싱부 별로 독립적으로 형성되어 있어서, 각각의 도전성 센싱부가 각각의 장착홈에 장착될 수 있으며, 이러한 장착홈은 도전성 센싱부들의 접촉을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어져 있어서, 외부 충격의 인가시에도 도전성 센싱부와 전압 검출용 단자는 안정적인 전기적 연결 상태를 유지할 수 있다.
이러한 도전성 센싱부는, 바람직하게는, 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클부와 통전용 와이어를 포함하고 있고, 상기 리셉터클부는 와이어에 대해 직각의 연결 구조를 형성하고 있다.
따라서, 블록 케이스의 전면에서 도전성 센싱부를 블록 케이스 방향으로 가압하는 동작에 의해 조립 과정이 진행되므로, 조립 작업의 전반적인 과정이 간소하다.
상기 도전성 센싱부들은 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터와 용이하게 연결할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 와이어에 의해 각각 커넥터에 연결되어 있으며, 상기 와이어들은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상부재에 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 관상부재는, 예를 들어, 중공형의 절연성 파이프일 수 있다.
상기 구조에서, 바람직하게는, 블록 케이스의 전면에는 와이어들을 안정적으로 고정하기 위해 집게 형상의 체결구들이 전면 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
상기 버스 바는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어질 수 있다.
또한, 버스 바는 전면으로 돌출된 형상으로 이루어져 있어서, 블록 케이스와의 결합이 용이하게 달성된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 버스 바 중 양극 또는 음극용 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바는, 전압용 검출 단자의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체의 측면으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 1 외부 입출력 단자 접속부를 더 포함하는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 본체와 제 1 외부 입출력 단자 접속부의 사이에는 과전류시 단락을 유도하기 위해 작은 수직 단면적의 만입부가 형성되어 있어서, 과전류시 만입부가 먼저 단락되므로 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 만입부는, 예를 들어, 버스 바 본체의 폭 대비 10 내지 50%의 크기로 이루어지거나, 본체의 수직 단면적이 10 mm2인 경우, 만입부의 수직 단면적은 40% 수준인 4 mm2일 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 버스 바 중 음극 또는 양극용 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바는, 전압용 검출 단자의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체의 측면 및 상향으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 2 외부 입출력 단자 접속부를 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 외부 입출력 단자 접속부와 제 2 외부 입출력 단자 접속부에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전압 검출 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈을 제공한다.
이러한 전지모듈의 바람직한 예로는,
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체;
상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트; 및
상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트;
를 포함하는 구조를 들 수 있다.
참고로, 셀 모듈 내부 또는 셀 모듈 상호간의 전지셀들은 전기적 연결 부위의 적어도 일부가 직렬로 연결되어 있으며, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 상호 인접하도록 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 셀 모듈들을 제조할 수 있다. 이러한 제조과정은 일부 순서가 변경될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 다수의 셀 모듈들을 각각 제조한 후 셀 모듈간 전기적 접속을 행할 수도 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 카트리지는,
전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구가 중앙 부위에 형성되어 있고;
셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구가 4 모서리에 형성되어 있으며;
상기 카트리지의 전면에는, 전압 검출 어셈블리가 버스 바에 안정적으로 접속될 수 있도록, 상기 전압 검출 어셈블리 및 버스 바의 장착을 위한 장착용 절연부재가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 버스 바는 장착용 절연부재의 사출물에 열융착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 장착용 절연부재는 셀 모듈 적층체의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로 이루어져 있고, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들이 양 측면에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 장착용 절연부재의 전면에는 버스 바의 외부 입출력 단자 접속부를 안정적으로 탑재하기 위한 외부 입출력 단자 접속부용 안착부가 양측 단부에 형성되어 있고, 전압 검출 어셈블리를 안정적으로 탑재하기 위한 전압 검출 어셈블리용 안착부가 중앙 부위에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 외부 입출력 단자 접속부용 안착부에는 체결용 만입부가 형성되어 있어서, 버스 바의 외부 입출력 단자 접속부는 체결용 만입부에 용이하게 삽입될 수 있다.
한편, 상기 전극단자 관통홈을 통해 전면으로 노출된 전지셀의 전극단자 연결부는 전극단자 관통홈에 장착되어 있는 버스 바의 상단면과 전기적 접속되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 셀 모듈의 카트리지에 전지셀을 장착하고, 이러한 카트리지들을 하단 플레이트 상에 다수 개 적층한 후, 최상부의 카트리지에 상단 플레이트를 결합시키는 구조로 이루어진 전지모듈을 제공한다.
상기 블록 케이스의 양측 단부에는 장착용 절연부재의 슬릿과 결합하기 위한 체결돌기가 측면으로 돌출되어 있고, 상기 체결돌기의 상부에는 장착용 절연부재의 전압 검출 어셈블리용 안착부 내면에 슬라이딩하여 체결되는 슬라이딩 돌기가 측면으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있다.
본 발명에 따른 전지모듈은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 전지셀들 또는 셀 모듈들로 전지모듈을 구성함으로써, 전지모듈을 필요한 수만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.
특히, 상기 구조의 전지팩은 전지셀들이 상하로 적층되어 있고, 전체적인 크기가 콤팩트하므로 통신사 중계기에 탑재되어 비상시 전원을 공급하는 UPS(Uninterruptible Power Supply)로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전압검출 어셈블리는 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우에도 안정적인 전압검출이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 전압검출 어셈블리는 별도의 독립적인 어셈블리로 구성되어 있어서, 전지모듈의 제조시 생산성 및 유지 보수성을 크게 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 전압검출 부재를 포함한 전지모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량의 전지팩을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 전지모듈에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도이다;
도 4는 도 3의 도전성 센싱부의 사시도이다;
도 5는 도 3의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도이다;
도 6은 도 5의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바들의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 8은 도 7의 전지모듈에서 셀 모듈 적층체와 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도이다;
도 9는 도 7의 전지모듈에서 카트리지들의 적층 구조를 나타내는 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 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은, 파우치형 전지케이스(100) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 그것의 양극 및 음극 탭들(220, 230)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(222, 232)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(100)는 전극조립체(210)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(142)를 포함하는 케이스 본체(140)와 그러한 본체(140)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(150)로 이루어져 있다.
스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(210)는 다수의 양극 탭들(220)과 다수의 음극 탭들(230)이 각각 융착되어 전극단자(222, 232)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자(222, 232) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자(222, 232)와 전지케이스(100)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자(222, 232)의 상하면에 절연필름(240)이 부착된다.
케이스 본체(140)와 커버(150)는 외측 수지층(110), 차단성 금속층(120) 및 내측 수지층(130)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(130)은 케이스 본체(140)의 외면과 커버(150)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.
전해액이 함침된 전극조립체(210)를 수납부(142)에 안착한 상태에서 케이스 본체(140)의 잉여부(144)와 커버(150)의 접촉부위를 열융착시키면 실링부가 형성된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 검출 어셈블리의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 도전성 센싱부의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 전압 검출 어셈블리(300)는 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈(400)의 전면 상에 장착되는 블록 케이스(10); 전지셀들의 전극단자 연결부(도시하지 않음)와 전기적 접속되어 있는 버스 바(40a)의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자(44)에 각각 접속되는 도전성 센싱부들(20); 및 도전성 센싱부들(20)의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터(30)로 이루어져 있다.
블록 케이스(10)는 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들(12)을 포함하고 있어서, 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들(20)을 장착하고 있고, 도전성 센싱부들(20)은 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)에 장착된 상태에서 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)와 접속되어 있다.
또한, 블록 케이스(10)의 장착홈들(12)은 도전성 센싱부(20) 별로 독립적으로 형성되어 있고, 도전성 센싱부들(20)은 전면으로부터 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클형 구조로 이루어져 있다.
구체적으로, 도전성 센싱부(20)는 버스 바(40a)의 전압 검출용 단자(44)에 끼워지는 리셉터클부(22)와 통전용 와이어(24)를 포함하고 있고, 리셉터클부(22)는 통전용 와이어(24)에 대해 직각의 연결 구조를 형성하고 있다.
도전성 센싱부들(20)은 각각 와이어(24)에 의해 커넥터에 연결되어 있으며, 와이어들(24)은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프(32)로 감싸여 있다.
또한, 블록 케이스(10)의 전면에는 와이어들(24)을 안정적으로 고정하기 위해 집게 형상의 체결구들(14)이 전면 방향으로 돌출되어 있다.
블록 케이스(10)의 양측 단부에는 장착용 절연부재(50)의 슬릿과 결합하기 위한 체결돌기(16)가 측면으로 돌출되어 있고, 체결돌기(16)의 상부에는 장착용 절연부재(50)의 전압 검출 어셈블리용 안착부(54) 내면에 슬라이딩하여 체결되는 슬라이딩 돌기(18)가 측면으로 돌출되어 있다.
도 5에는 도 3의 전압 검출 어셈블리가 장착되는 장착용 절연부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 장착용 절연부재에 장착되어 있는 버스 바의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 7과 함께 참조하면, 버스 바(40a)는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체(42), 및 판상형 본체(42)의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자(44)로 이루어져 있다.
버스 바들 중, 양극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40b)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)를 더 포함하고 있다.
또한, 본체(42)와 제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)의 사이에는 과전류시 단락을 유도하기 위해 본체(42)의 수직 단면적 대비 40%의 수직 단면적을 가지는 좁은 구간의 만입부(48)가 형성되어 있다.
버스 바들 중, 음극 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바(40c)는, 전압용 검출 단자(44)의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체(42)의 측면 및 상향으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)를 더 포함하고 있다.
제 1 외부 입출력 단자 접속부(46)와 제 2 외부 입출력 단자 접속부(43)에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈(45)이 천공되어 있다.
장착용 절연부재(50)는 셀 모듈 적층체(70)의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로서, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈(51)이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들(52)이 양 측면에 형성되어 있다.
또한, 장착용 절연부재(50)의 전면에는 외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)가 양측 단부에 형성되어 있어서 버스 바들(40a 40b, 40c)의 외부 입출력 단자 접속부(44)들을 안정적으로 탑재하고, 전압 검출 어셈블리용 안착부(54)가 중앙 부위에 형성되어 있어서 전압 검출 어셈블리(300)를 안정적으로 탑재하고 있다.
외부 입출력 단자 접속부용 안착부(53)에는 체결용 만입부가 형성되어 있고, 전극단자 관통홈(52)을 통해 전면으로 노출된 전지셀의 전극단자 연결부(도시하지 않음)는 전극단자 관통홈(52)에 장착되어 있는 버스 바(40a)의 상단면과 전기적 접속되어 있다.
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 전지모듈에서 셀 모듈 적층체와 제어부를 제외한 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 9에는 도 7의 전지모듈에서 카트리지들의 적층 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 6과 함께 참조하면, 전지모듈(400)은, 전압 검출 어셈블리(300); 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체(70); 셀 모듈 적층체(70)의 하단을 지지하는 하단 플레이트(80); 및 하단 플레이트(80) 상에 위치한 셀 모듈 적층체(70)의 최상부 카트리지(82)를 고정하는 상단 플레이트(90)를 포함하고 있다.
카트리지(82)는, 전지셀이 장착될 수 있도록 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구(84)가 중앙 부위에 형성되어 있고, 셀 모듈 적층체(70)의 4 모서리를 고정하기 위한 체결부재(도시하지 않음)가 삽입되는 체결구들(86)이 4 모서리에 형성되어 있다.
카트리지(82)의 전면에는 전압 검출 어셈블리(300) 및 버스 바들(40a, 40b, 40c)의 장착을 위한 장착용 절연부재(50)가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부(88)가 형성되어 있어서, 전압 검출 어셈블리(300)는 버스 바들(40a, 40b, 40c)의 전압 검출용 단자(44)들과 안정적으로 접속된다.
또한, 전지모듈(400)은 셀 모듈의 카트리지(82)에 전지셀을 장착하고, 이러한 카트리지들(82)을 하단 플레이트(80) 상에 다수 개 적층한 후, 최상부의 카트리지(82)에 상단 플레이트(90)를 결합시키는 구조로 이루어져 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.

Claims (23)

  1. 전지모듈에 장착된 상태에서, 전극단자들이 상단 또는 하단 중 일측에 함께 형성되어 있는 전지셀들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,
    (a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 전지셀들의 전극단자 연결부에 대응하는 전지모듈의 전면 또는 후면 상에 장착되는 블록 케이스;
    (b) 상기 전지셀들의 전극단자 연결부와 전기적 접속되어 있는 버스 바의 일측 단부에 위치한 전압 검출용 단자에 각각 접속되는 도전성 센싱부들; 및
    (c) 상기 도전성 센싱부들의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터;
    를 포함하고 있고,
    상기 블록 케이스는 버스 바의 전압 검출용 단자에 각각 대응하는 위치에 도전성 센싱부들을 장착하기 위해 전면방향으로 개방된 구조의 장착홈들을 포함하고 있으며,
    상기 도전성 센싱부들은 블록 케이스의 장착홈들에 장착된 상태에서 버스 바의 전압 검출용 단자와 접속되는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블록 케이스의 장착홈들은 도전성 센싱부 별로 독립적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 전면으로부터 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클(receptacle)형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부는 버스 바의 전압 검출용 단자에 끼워지는 리셉터클부와 통전용 와이어를 포함하고 있고, 상기 리셉터클 부는 와이어에 대해 직각의 연결 구조를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 센싱부들은 각각 와이어에 의해 커넥터에 연결되어 있으며, 상기 와이어들은 외부와의 절연을 위해 절연 테이프로 감싸여 있거나 관상부재에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 블록 케이스의 전면에는 와이어들을 안정적으로 고정하기 위해 집게 형상의 체결구들이 전면 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지셀의 전극단자 결합부와 전기적 접속되는 판상형 본체, 및 상기 판상형 본체의 일측 단부에 형성되어 있는 전압 검출용 단자로 이루어진 것을 특징으로 전압 검출 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 버스 바 중 양극 또는 음극용 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바는, 전압용 검출 단자의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체의 측면으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 1 외부 입출력 단자 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 전압 검출 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 본체와 제 1 외부 입출력 단자 접속부의 사이에는 과전류시 단락을 유도하기 위해 작은 수직 단면적의 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 전압 검출 어셈블리.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 버스 바 중 음극 또는 양극용 외부 입출력 단자에 연결되는 버스 바는, 전압용 검출 단자의 대향 단부에 형성되어 있으며 본체의 측면 및 상향으로 돌출되도록 절곡되어 있는 제 2 외부 입출력 단자 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 전압 검출 어셈블리.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 외부 입출력 단자 접속부에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
  12. 제 1 항에 따른 전압 검출 어셈블리;
    전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 구조의 셀 모듈 다수 개를 상하로 적층한 구조의 셀 모듈 적층체;
    상기 셀 모듈 적층체의 하단을 지지하는 하단 플레이트; 및
    상기 하단 플레이트 상에 위치한 셀 모듈 적층체의 최상부 카트리지를 고정하는 상단 플레이트;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 카트리지는,
    전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 관통구가 중앙 부위에 형성되어 있고;
    셀 모듈 적층체를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구가 4 모서리에 형성되어 있으며;
    상기 카트리지의 전면에는, 전압 검출 어셈블리가 버스 바에 안정적으로 접속될 수 있도록, 상기 전압 검출 어셈블리 및 버스 바의 장착을 위한 장착용 절연부재가 조립 방식으로 체결될 수 있는 구조의 결합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 장착용 절연부재는 셀 모듈 적층체의 전면에 대응하는 크기를 가진 직육면체 구조로 이루어져 있고, 후면에는 카트리지의 전면 단부가 삽입되어 결합될 수 있는 카트리지 결합홈이 형성되어 있으며, 전면에는 전지셀의 전극단자 연결부가 후방으로부터 도입되어 노출될 수 있도록 전극단자 관통홈들이 양 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 장착용 절연부재의 전면에는 버스 바의 외부 입출력 단자 접속부를 안정적으로 탑재하기 위한 외부 입출력 단자 접속부용 안착부가 양측 단부에 형성되어 있고, 전압 검출 어셈블리를 안정적으로 탑재하기 위한 전압 검출 어셈블리용 안착부가 중앙 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자 접속부용 안착부에는 체결용 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 전극단자 관통홈을 통해 전면으로 노출된 전지셀의 전극단자 연결부는 전극단자 관통홈에 장착되어 있는 버스 바의 상단면과 전기적 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 셀 모듈의 카트리지에 전지셀을 장착하고, 이러한 카트리지들을 하단 플레이트 상에 다수 개 적층한 후, 최상부의 카트리지에 상단 플레이트를 결합시키는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 블록 케이스의 양측 단부에는 장착용 절연부재의 슬릿과 결합하기 위한 체결돌기가 측면으로 돌출되어 있고, 상기 체결돌기의 상부에는 장착용 절연부재의 전압 검출 어셈블리용 안착부 내면에 슬라이딩하여 체결되는 슬라이딩 돌기가 측면으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 12 항에 따른 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 고출력 대용량의 전지팩.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  23. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 외부 입출력 단자 접속부에는 외부 입출력 단자와 결합될 수 있는 체결용 홈이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 검출 어셈블리.
KR1020100078625A 2010-08-16 2010-08-16 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 Active KR101217564B1 (ko)

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