KR101747398B1 - Stacking Type Battery Module of Parallel Connection Structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈로서, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며, 상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention relates to a laminated battery module having a parallel connection structure, comprising: unit cells having electrode terminals formed on one side thereof, cartridges for fixing the unit cells, and buses electrically connecting the unit cells, Wherein the unit cells are mounted on the respective cartridges so that electrode terminals face each other, electrode terminals are connected in parallel by bus bars for parallel connection mounted on the respective cartridges, Wherein the unit cell parallel connection structures are stacked in a height direction from the ground, and the unit cell parallel connection structures are connected to a parallel connection member for connecting the unit cell parallel connection structures in parallel And a battery module.
Description
본 발명은 병렬 연결 구조의 적층형 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며, 상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a stacked battery module having a parallel connection structure, and more particularly, to a stacked battery module having a unit cell having electrode terminals formed on one side, cartridges for fixing the unit cells, Wherein the unit cells are mounted on the respective cartridges so that the electrode terminals face each other, and the parallel connection bus bars mounted on the respective cartridges are connected to the electrode terminals Wherein the plurality of cartridges are connected in parallel to form a unit cell parallel connection structure in each of the cartridges, the cartridges are stacked such that the unit cell parallel connection structures are arranged in a height direction from the ground, And connected to the parallel connection member .
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.BACKGROUND ART [0002] In recent years, a rechargeable secondary battery has been widely used as an energy source for wireless mobile devices, and has been widely used as an energy source for electric vehicles EV, a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (Plug-In HEV), and the like.
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.In addition, technologies related to a power storage device that stores electricity and supplies it to a power system in a stable manner at a required time are being developed. Power storage devices are devices that store energy when power demand is low, and supply power in the event of an overload or an emergency, thereby providing an effect of improving power quality and energy use efficiency. In particular, residential power storage devices and industrial or commercial medium power storage devices are rapidly gaining market share in conjunction with Smart Grid technology.
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.Meanwhile, in order for the battery module to provide the output and capacity required by a predetermined device or device, a plurality of battery cells must be electrically connected in series or parallel manner to form a battery module. As the capacity of the battery module increases, It should be easy and stable.
특히, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 버스 바 또는 전원 연결 케이블과 같이 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하며, 전지모듈을 확장해야 하는 경우, 구조 변경이 용이하지 않을 뿐만 아니라 많은 부품의 추가가 필요하여 제조 비용을 상승시킨다.Particularly, when a plurality of battery cells are used to construct a battery module, a large number of members are generally required for mechanical fastening and electrical connection thereof, such as a bus bar or a power connection cable, , If the battery module needs to be expanded, it is not easy to change the structure, and addition of many components is required, which increases the manufacturing cost.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명의 목적은, 전지모듈의 부품의 추가를 최소화 하여 제조 공정성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a battery module which can minimize the addition of parts of the battery module, improve manufacturing processability, and reduce manufacturing cost.
본 발명의 또 다른 목적은, 조립이 용이하고 간단한 과정으로 확장이 가능하며, 전체적으로 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수한 전지모듈을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a battery module which is easy to assemble, can be expanded to a simple process, and is compact overall and excellent in structural stability.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,According to an aspect of the present invention,
전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며;The unit cells having electrode terminals formed on one side, the cartridges fixing the unit cells, and the bus bars coupled with the electrode terminals to electrically connect the unit cells;
상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며; Wherein the unit cells are mounted on the respective cartridges so that electrode terminals face each other, electrode terminals are connected in parallel by bus bars for parallel connection mounted on the respective cartridges, Form a structure;
상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있는 구조로 형성되어 있다.Cartridges are stacked so that each of the unit cell parallel connection structures is arranged in a height direction from the ground, and is connected to a parallel connection member for connecting the unit cell parallel connection structures in parallel.
즉, 본 발명의 전지모듈은 다수의 단위셀들을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이들을 적층하여 병렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 구조의 확장이 가능한 이점이 있다.In other words, since the battery module of the present invention includes a structure in which a plurality of unit cells are formed in parallel to form a unit cell parallel connection structure, and the unit cells are stacked and connected in parallel, it is easy to assemble, This has the advantage.
또한, 본 발명의 전지모듈은 단위셀들이 카트리지 상에 특정하게 배열 장착됨으로써, 전체적으로 콤팩트한 구조를 제공하고 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있다.In addition, the battery module of the present invention can provide a compact structure as a whole and exhibit excellent structural stability by unit-mounting the unit cells on the cartridge in a specific manner.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀은 판상형 전지셀 구조이거나, 또는 전극단자들이 노출된 상태로 둘 이상의 판상형 전지셀들이 셀 커버에 장착되어 있는 전지셀 어셈블리의 구조일 수 있다. In one specific example, the unit cell may be a plate-shaped battery cell structure, or may be a structure of a battery cell assembly in which two or more plate-shaped battery cells are mounted on a cell cover while electrode terminals are exposed.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.The plate-shaped battery cell may be, for example, a pouch-shaped 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.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.Specifically, the battery cell is a pouch-shaped battery cell in which an electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode structure is sealed inside a battery case together with an electrolytic solution, and is formed as a plate-like battery cell having a substantially rectangular parallelepiped structure. Such a pouch-shaped battery cell is generally composed of a battery case of a pouch type, and the battery case is composed of an outer coating layer made of a polymer resin having excellent durability; A barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, and the like; And an inner sealant layer composed of a polymer resin that can be thermally fused, are laminated in this order.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 전지케이스가 1 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수도 있음은 물론이다.The case of the pouch type battery cell may have a variety of structures. For example, the case may be a two-unit member, which houses the electrode assembly in a housing portion formed on the upper and / or lower inner surface, And a structure for sealing by heat fusion. A pouch-shaped battery cell having such a structure is disclosed in PCT International Application No. PCT / KR2004 / 003312 of the present applicant, which application is incorporated herein by reference. However, it is needless to say that the battery case may be a structure in which the electrode assembly is housed in the housing portion formed as one member of the upper and / or lower inner surface and then the upper and lower contact portions of the outer circumferential surface of the case are thermally fused and sealed.
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.The battery cell is not particularly limited as long as it is capable of providing a high voltage and a high current when the battery module or the battery pack is constructed. For example, the battery cell may be a lithium secondary battery having a large energy storage amount per volume.
상기 단위셀의 또 다른 예인 전지셀 어셈블리에서, 셀 커버는 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성될 수 있다. 이러한 셀 커버에는, 예를 들어 2개의 전지셀들이 장착될 수 있고, 상기 2개의 전지셀들은 동일 극성의 전극단자들이 서로 접하면서 병렬 연결되도록 적층된 구조로 형성될 수 있다.In the battery cell assembly, which is another example of the unit cells, the cell cover may be composed of a pair of outer members that are coupled to each other so as to surround the outer surfaces of the battery cells except the electrode terminal portion. For example, two battery cells may be mounted on the cell cover, and the two battery cells may be stacked so that the electrode terminals of the same polarity are connected to each other while being in contact with each other.
한편, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들은 적층된 상태로 고정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 단위셀 병렬 연결 구조에 포함되는 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지가 상호 결합될 수 있다. 즉, 카트리지를 적층한 후 상기 카트리지들의 체결홈에 상기 체결부재를 삽입하여 통과시키는 구조로 결합될 수 있다.In addition, the unit cell parallel connection structures may be fixed in a stacked state. For example, protrusions having coupling grooves are formed on both sides of the cartridge included in the unit cell parallel connection structure, So that the cartridges can be coupled with each other. That is, after the cartridges are stacked, the fastening members may be inserted into the fastening grooves of the cartridges to allow them to pass therethrough.
이러한 구조에서, 카트리지들 사이에 안정적인 결합 구조를 제공하기 위하여, 상기 카트리지의 양 측면의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열될 수 있다. In this structure, in order to provide a stable coupling structure between the cartridges, the protrusions on both sides of the cartridge can be arranged symmetrically with respect to the center of the cartridge.
상기 단위셀의 전극단자들이 결합되는 병렬 연결용 버스 바들은 카트리지에 결합되어 있는 구조일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 버스 바의 양측 단부에 각각 카트리지가 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. The parallel connection bus bars to which the electrode terminals of the unit cells are coupled may be coupled to the cartridge. For example, the bus bar may have a structure in which cartridges are coupled to both ends of the bus bar.
상기 단위셀의 전극단자들은 병렬 연결용 버스 바에 다양한 방법으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 용접, 솔더링, 기계적 체결 등으로 결합될 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합될 수 있다.The electrode terminals of the unit cells may be coupled to the parallel bus bar in various ways, for example, by welding, soldering, mechanical fastening, or the like. Among them, it is preferable to be bonded by laser welding or ultrasonic welding.
또한, 상기 병렬 연결용 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있는 구조일 수 있다. 상기 절곡된 일측 단부에는 상기 병렬 접속부재가 결합되며, 상기 적층된 단위셀 병렬 연결 구조들의 외측에 상기 절곡된 일측 단부가 위치하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 병렬 접속부재는 상호 인접한 단위셀 병렬 연결 구조들의 버스 바를 연결하여 병렬 구조를 형성한다.In addition, the parallel connection bus bar may have a structure in which one end of the surface to which the electrode terminal is coupled is bent upward or downward. The parallel connection member may be coupled to one end of the bent portion and the one end of the bent portion may be located outside the stacked unit cell parallel connection structures. The parallel connection members connect the bus bars of mutually adjacent unit cell parallel connection structures to form a parallel structure.
하나의 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바의 절곡된 일측 단부와 병렬 접속부재의 일측 단부에는 각각 결합구들이 형성되어 있고, 상기 결합구들은 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.In one specific example, the one end of the parallel connection bus bar and one end of the parallel connection member are respectively formed with coupling means, and the coupling means are electrically and mechanically connected by a bolt, a bolt- As shown in FIG.
상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 병렬 연결용 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 병렬 연결용 버스 바에 전극단자가 연결되어 있는 단위셀의 구조가 상기 버스 바를 중심으로 대칭되도록 배열되는 구조로 형성될 수 있다. 이 때, 단위셀들을 고정하는 카트리지도 상기 단위셀에 대응하여 버스 바를 기준으로 대칭되도록 배열될 수 있다.In the unit cell parallel connection structure, the unit cells may be mounted on the cartridge with the unit cells arranged symmetrically with respect to the parallel bus bars. That is, the structure of the unit cell in which the electrode terminal is connected to the bus bar for parallel connection is arranged symmetrically with respect to the bus bar. At this time, the cartridge for fixing the unit cells may be arranged to be symmetrical with respect to the bus bar corresponding to the unit cell.
경우에 따라서는, 상기 병렬 연결용 버스 바들 중 적어도 2개의 병렬 연결용 버스 바들은 직렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 직렬 접속부재에 의해 직렬로 연결되며, 상기 직렬 접속부재는 상기 병렬 접속부재와 마찬가지로 일측 단부에 결합구가 형성되어 있고, 상기 병렬 연결용 버스 바의 결합구와 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.In some cases, at least two parallel bus bars among the parallel bus bars may be connected in series. In this case, the parallel connection bus bars are connected in series by a serial connection member, and the serial connection member has a coupling hole formed at one end thereof in the same manner as the parallel connection member, Bolts, bolts-nuts, or press-in nuts.
따라서, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 병렬 연결을 통해 전지모듈의 용량을 조절 또는 확장할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결을 통해 전지모듈의 출력 또한 조절 및 확장이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.Therefore, the capacity of the battery module can be adjusted or expanded through the parallel connection of the unit cell parallel connection structure, and the output of the battery module can be adjusted and extended through the serial connection of some unit cell parallel connection structures Lt; / RTI >
상기와 같이 직렬로 연결되는 단위셀 병렬 연결 구조의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 다수 개가 연결될 수 있다. 또한, 직렬로 연결된 단위셀 병렬 연결 구조들을 둘 이상으로 제조한 후, 이들을 병렬로 연결한 구조로도 형성될 수 있다.The number of unit cell parallel connection structures connected in series as described above is not particularly limited, and a plurality of unit cell parallel connection structures may be connected as needed. In addition, the unit cell parallel connection structures connected in series may be formed in two or more and then connected in parallel.
상기 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결에 관한 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 제 1 버스 바 및 및 2 버스 바를 포함하며, 상기 제 1 버스 바는 단위셀의 양극단자와 연결되고, 상기 제 2 버스 바는 단위셀의 음극단자와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되면서, 각각의 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조로 형성될 수 있다.In a specific example of the serial connection of the unit cell parallel connection structure, the parallel connection bus bars include a first bus bar and a second bus bar, the first bus bar is connected to the positive terminal of the unit cell, And the second bus bar may be connected to the negative terminal of the unit cell. In this case, the unit cell parallel connection structures may be stacked so that the first bus bar and the second bus bar are alternately stacked in each cartridge.
상기 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층하는 과정을 사용하여 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다.The structure in which the first bus bar and the second bus bar are alternately arranged may be formed in various processes. For example, the process of stacking the lower cartridge in a state in which the lower cartridge is rotated 180 degrees in a plane with respect to the upper cartridge, The first bus bar and the second bus bar may be alternately arranged.
즉, 상기와 같이 양극단자와 연결된 제 1 버스 바와 음극단자가 연결된 제 2 버스 바가 교번 배열되어 적층된 구조에서, 상기 직렬 접속부재를 이용하여 상하 적층된 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바를 연결함으로써 직렬 연결이 달성될 수 있다.That is, in the structure in which the first bus bar connected to the positive terminal and the second bus bar connected to the negative terminal are alternately stacked as described above, the first bus bar and the second bus bar are stacked in the upper and lower stacked cartridges By connecting, a serial connection can be achieved.
한편, 상기 전지모듈은 외부와 전기적으로 연결되는 외부 입출력 단자를 포함할 수 있으며, 상기 외부 입출력 단자는 상기 버스 바와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 외부 입출력 단자는, 예를 들어, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조들의 외면 일측에 형성될 수 있으며, 상기 버스 바와 상기 외부 입출력 단자를 연결하는 연결부재에 전기적으로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the battery module may include an external input / output terminal electrically connected to the outside, and the external input / output terminal may be electrically connected to the bus bar. The external input / output terminal may be formed on one side of the outer surface of the stacked unit cell parallel connection structures, and may be electrically connected to a connection member connecting the bus and the external input / output terminal.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the battery module as a unit module.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The battery pack may be manufactured by assembling the battery module as a unit module according to a desired output and capacity. In consideration of mounting efficiency, structural stability, etc., the battery pack may include a household power supply unit, Power supplies such as emergency power supplies, computer room power supplies, portable power supplies, medical equipment power supplies, fire extinguishing equipment power supplies, alarm equipment power supplies, evacuation facility power supplies, electric vehicles, hybrid electric vehicles, or plug-in hybrid electric vehicles But the scope of application is not limited to these.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.Accordingly, the present invention provides a device including the battery pack as a power source, and the device is specifically applicable to a household power supply device, a public utility power supply device, a large shop power supply device, an emergency power supply device, A medical device power supply, a fire extinguishing equipment power supply, an alarm facility power supply, an evacuation facility power supply, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 다수의 전지셀을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이를 적층하여 병렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 구조의 확장이 가능한 효과가 있다. As described above, the battery module according to the present invention includes a structure in which a plurality of battery cells are arranged in parallel to form a unit cell parallel connection structure, and the unit cells are stacked and connected in parallel. It is possible to expand the parallel structure.
또한, 본 발명에 따른 전지모듈은, 단위셀 병렬 연결 구조들을 적층하여 병렬로 연결한 구조에, 일부 단위셀 병렬 연결 구조들을 직렬로 연결한 구조를 추가함으로써, 병렬/직렬의 조합을 용이하게 형성시킬 수 있으며, 따라서 간단한 과정으로 전지모듈의 용량 및 출력을 자유롭게 조절할 수 있는 효과가 있다. In addition, the battery module according to the present invention can easily form a parallel / serial combination by adding a structure in which some unit cell parallel connection structures are connected in series to a structure in which unit cell parallel connection structures are stacked and connected in parallel. Therefore, the capacity and the output of the battery module can be freely adjusted by a simple process.
도 1은 본 발명의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 4는 도 3의 평면도이다;
도 5는 카트리지에 단위셀이 장착되는 구조에 관한 사시도이다;
도 6은 도 5의 측면도이다;
도 7은 도 5의 A 부위에 대한 확대도다;
도 8은 도 3의 B 부위에 대한 확대도다;
도 9는 도 3에 외부 입출력 단자를 형성한 구조의 사시도이다.1 is a perspective view of a battery cell constituting a unit cell in the battery module of the present invention;
2 is a perspective view of a unit cell having a structure in which the battery cells of FIG. 1 are mounted on a cell cover;
3 is a perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
Figure 4 is a plan view of Figure 3;
5 is a perspective view showing a structure in which a unit cell is mounted on a cartridge;
Figure 6 is a side view of Figure 5;
FIG. 7 is an enlarged view of the area A in FIG. 5; FIG.
8 is an enlarged view of a portion B in Fig. 3;
Fig. 9 is a perspective view of a structure in which an external input / output terminal is formed in Fig. 3;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도1의 전지셀들이 셀 커버에 장착된 구조의 단위셀의 사시도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a perspective view of a battery cell constituting a unit cell in the battery module of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a unit cell having a structure in which the battery cells of FIG. 1 are mounted on a cell cover.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 전극단자들(양극단자: 11, 음극단자: 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(10)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(13)에 전극조립체(도시하지 않음)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(14)를 형성한 구조이며, 통상적으로 이를 ‘파우치형 전지셀’로 통칭하기도 한다.Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 단위셀(110)은 전극단자들(112, 114)이 일측에 노출된 상태로 2개의 판상형 전지셀들이 셀 커버(116)에 장착된 구조로 이루어져 있다. 단위셀(110)의 셀 커버(116)는 전극단자들(112, 114) 부위를 제외하고 전지셀의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 외장 부재로 구성되며, 전지셀들은 셀 커버(116) 내부에 적층되도록 장착되고, 전지셀들의 전극단자들(112, 114)은 동일 극성이 서로 접하면서 병렬로 연결되어 셀 커버 외측으로 노출되어 있다.Referring to FIG. 2, the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고 도 4에는 도 3의 평면도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of FIG.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 전지모듈(100)은 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 일측에 형성되어 있는 단위셀들(110, 110’), 단위셀들(110, 110’)을 각각 고정하는 카트리지들(120, 121), 및 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)과 결합되어 단위셀들(110, 110’)을 전기적으로 연결하는 버스 바들(132, 134)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.3 and 4, the
이러한 단위셀들(110, 110’)은 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 대면하도록 카트리지(120)에 장착되어 있으며, 카트리지(120)에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)에 의해 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들(120, 121)에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고 있다.The
단위셀 병렬 연결 구조는 지면으로부터 높이 방향으로 배열되도록 카트리지들(120, 121)이 적층된 구조로 형성되어 있으며, 단위셀 병렬 연결 구조들을 서로 전기적으로 연결하기 위해, 병렬 접속부재(140)가 각각의 단위셀 병렬 연결 구조에 포함된 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)과 결합되어 있다.The unit cell parallel connection structure is formed in a structure in which the
카트리지(120)는 양 측면에 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 형성되어 있고, 카트리지들(120, 121)을 적층한 후 카트리지들(120, 121)의 체결홈들(124)에 체결부재(150)를 삽입함으로써 카트리지들(120, 121)이 적층된 상태를 고정하는 구조로 이루어져 있다. 카트리지들(120, 121) 사이에 안정된 결합 구조를 제공하면서 교번 배열이 가능할 수 있도록, 카트리지(120)의 돌출부들(122)은 카트리지 중심을 기준으로 대칭 배열된 구조로 형성되어 있다.The
도 5에는 카트리지에 단위셀이 결합되는 구조에 관한 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 카트리지에 단위셀이 결합된 단위셀 병렬 연결 구조의 측면도가 도시되어 있다.FIG. 5 is a perspective view illustrating a structure in which a unit cell is coupled to a cartridge, and FIG. 6 is a side view of a unit cell parallel connection structure in which a unit cell is coupled to the cartridge.
도 5 및 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 병렬 연결용 버스 바는 제 1 버스 바(132) 및 제 2 버스 바(134)를 포함하며, 제 1 버스 바(132)는 단위셀들(110, 110’)의 양극단자들(112, 112’)과 연결되어 있고, 제 2 버스 바(134)는 단위셀들(110, 110’)의 음극단자들(114, 114’)과 연결되어 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 together with FIG. 1, the bus bar for parallel connection includes a
단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되면서, 직렬 접속부재에 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여 제 1 버스 바(132)와 제 2 버스 바(134)가 상 하로 교번 배열되도록 단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되는 구조로 형성되어 있다. 제 1 버스 바(132)와 제 2 버스 바(134)가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 카트리지들(120)에 각각 단위셀들(110, 110’)을 장착한 상태에서 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층시키는 과정을 사용하여 제 1 버스 바(132) 및 제 2 버스 바(134)가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다. 버스 바가 적층된 구조는 하기 도 8에 확대도로 도시되어 있다. A structure in which the unit cell parallel connection structures are stacked such that the
도 7에는 도 5의 A 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.Fig. 7 is an enlarged view of portion A in Fig.
도 7을 도 5와 함께 참조하면, 단위셀들(110, 110’)은 병렬 연결용 버스 바(132, 134)를 기준으로 대칭 배열된 상태로 카트리지(120)에 장착되어 있다. 이 때, 단위셀들(110, 110’)을 고정하는 카트리지들(120, 121)도 단위셀들(110, 110’)에 대응하여 병렬 연결용 버스 바(132, 134)를 기준으로 대칭되도록 배열되어 있다.Referring to FIG. 7 together with FIG. 5, the
단위셀들(110, 110’)의 전극단자들(112, 112’, 114, 114’)은 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)에 용접으로 결합되어 전기적으로 연결된다.The
이러한 단위셀들(110, 110’)의 전극단자들(112, 112’, 114, 114’)이 결합되는 병렬 연결용 버스 바들(132, 134)은 카트리지(120)에 결합된 구조로 이루어져 있으며, 구체적으로, 병렬 연결용 버스 바(132, 134)의 양측 단부에 각각 카트리지들(120, 121)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.The parallel connection bus bars 132 and 134 to which the
도 8에는 도 1의 B 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.Fig. 8 is an enlarged view of the region B in Fig.
도 8을 도 1과 함께 참조하면, 병렬 연결용 버스 바(134)는 전극단자들이 결합되어 있는 면의 일측 단부가 하향 절곡되어 있다. 병렬 연결용 버스 바(134)의 절곡된 일측 단부에는 병렬 접속부재(140) 또는 직렬 접속부재(142)가 결합되며, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조(182, 184, 186, 188)들의 외측에 절곡된 일측 단부가 위치하는 구조로 형성되어 있다. 병렬 접속부재(140) 및 직렬 접속부재(142)는 상호 인접한 단위셀 병렬 연결 구조들의 병렬 연결용 버스 바(134)를 연결하여 병렬 또는 직렬 구성을 형성하고 있다.Referring to FIG. 8 together with FIG. 1, one end of the side where the electrode terminals are coupled is bent downward in the parallel
병렬 연결용 버스 바(134)의 절곡된 일측 단부, 병렬 접속부재(140) 및 직렬 접속부재(142)의 일측 단부에는 결합구들(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 결합구들에 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트등의 체결수단(136)에 의해 전기적 및 기계적으로 체결된다. Coupling means (not shown) are formed at one end of the parallel
단위셀 병렬 연결 구조들(182, 184, 186, 188) 중, 제 1 단위셀 병렬 연결 구조(182)와 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)는 병렬로 연결되어 있고, 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)와 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)는 직렬로 연결되어 있으며, 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)와 제 4 단위셀 병렬 연결 구조(188)는 병렬로 연결되어 있다. Among the unit cell
제 1 단위셀 병렬 연결 구조(182) 및 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)를 기준으로, 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186) 및 제 4 단위셀 병렬 연결 구조(188)는 평면상으로 180도 회전하여 적층되었기 때문에 일측에 노출된 병렬 연결용 버스 바(134)의 극성이 반대로 형성된다. 따라서, 도 8과 같이 제 2 단위셀 병렬 연결 구조(184)와 제 3 단위셀 병렬 연결 구조(186)는 직렬로 연결된다. The third unit cell
그러나, 이러한 구조는 하나의 예시에 불과하며, 도 8과 같은 구조 뿐 만 아니라 단위셀 병렬 연결 구조들이 병렬, 또는 병렬 및 직렬의 다양한 조합으로 이루어지는 구성이 가능함은 물론이다. However, this structure is merely an example, and it goes without saying that not only the structure as shown in FIG. 8 but also a structure in which unit cell parallel connection structures are formed in parallel, or in various combinations of parallel and serial.
도 9에는 도 1에 외부 입출력 단자를 형성한 구조의 사시도가 도시되어 있다.Fig. 9 is a perspective view of a structure in which an external input / output terminal is formed in Fig.
도 9를 도 1과 함께 참조하면, 전지모듈(100)의 단위셀 병렬 연결 구조의 외면 일측에 외부 입출력 단자(160)가 형성되어 있다. 외부 입출력 단자(160)는 병렬 접속부재(140)와 전기적으로 연결되어 있으며, 이러한 연결은 외부 입출력 단자(160)와 병렬 접속부재(140) 사이를 연결하는 연결부재(165)에 의해 달성된다. 연결부재(165)는 플레이트 형상의 도전성 부재로 형성되어 있으며, 적층된 단위셀 병렬 연결 구조의 외면을 따라 위치하고 있고, 양 단부가 각각 외부 입출력 단자(160) 및 병렬 접속부재(140)에 연결되어 있다. Referring to FIG. 9 together with FIG. 1, an external input /
또한, 외부 입출력 단자(160)에는 BMS(170)가 장착되어 있어서 과전압, 과전류 또는 과발열 등을 탐지하여 전지모듈(100)을 제어/보호하는 구조로 이루어져 있다.
The
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (21)
상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 각각의 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 각각의 카트리지들에 장착되어 있는 병렬 연결용 버스 바들에 의해 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며;
상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들을 병렬로 연결하기 위한 병렬 접속부재에 연결되어 있고;
상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 병렬 연결용 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있으며;
상기 병렬 연결용 버스 바는 전극단자가 결합되어 있는 면의 일측 단부가 상향 또는 하향 절곡되어 있고, 상기 절곡된 일측 단부와 상기 병렬 접속부재가 결합되는 구조로 이루어져 있고;
상기 병렬 연결용 버스 바의 절곡된 일측 단부와 병렬 접속부재의 일측 단부에는 각각 결합구들이 형성되어 있고, 상기 결합구들은 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결되어 있으며;
상기 병렬 연결용 버스 바들 중 적어도 2 개의 병렬 연결용 버스 바들은 직렬 접속부재에 의하여 직렬로 연결되어 있고;
상기 병렬 연결용 버스 바들은 단위셀의 양극단자와 연결되는 제 1 버스 바, 및 단위셀의 음극단자와 연결되는 제 2 버스 바를 포함하며, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 카트리지 단위로 교번 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The unit cells having electrode terminals formed on one side, the cartridges fixing the unit cells, and the bus bars coupled with the electrode terminals to electrically connect the unit cells;
Wherein the unit cells are mounted on the respective cartridges so that electrode terminals face each other, electrode terminals are connected in parallel by bus bars for parallel connection mounted on the respective cartridges, Form a structure;
Cartridges are stacked such that each of the unit cell parallel connection structures is arranged in a height direction from the ground, and is connected to a parallel connection member for connecting the unit cell parallel connection structures in parallel;
In the unit cell parallel connection structure, the unit cells are mounted on the cartridge with the unit cells arranged symmetrically with respect to the parallel bus bars;
Wherein the parallel connection bus bar has a structure in which one end of a surface to which an electrode terminal is coupled is bent upward or downward and the bent end is connected to the parallel connection member;
Wherein one end of the parallel connection bus bar and one end of the parallel connection member are respectively formed with coupling means, and the coupling means are electrically and mechanically coupled by bolts, bolts-nuts or press-fitting nuts;
At least two parallel bus bars among the parallel bus bars are connected in series by a series connection member;
Wherein the parallel connection bus bars include a first bus bar connected to the positive terminal of the unit cell and a second bus bar connected to the negative terminal of the unit cell, Wherein the battery module is stacked such that bars are alternately arranged in a cartridge unit.
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