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KR101943493B1 - 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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KR101943493B1
KR101943493B1 KR1020150103848A KR20150103848A KR101943493B1 KR 101943493 B1 KR101943493 B1 KR 101943493B1 KR 1020150103848 A KR1020150103848 A KR 1020150103848A KR 20150103848 A KR20150103848 A KR 20150103848A KR 101943493 B1 KR101943493 B1 KR 101943493B1
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battery
battery module
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terminal
bus bar
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김성대
이강구
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 공간 효율성을 유지하면서도, 배터리 팩을 제조하는 작업자가 손쉽게 배터리 모듈과 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈 어셈블리는, 전극 리드를 구비한 배터리 셀을 2 이상 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 일측면으로부터 각각 돌출되도록 형성된 제1양극터미널 및 제1음극터미널을 포함하고, 상기 배터리 모듈의 일측면에 배치되는 제1연결기판어셈블리; 및 상기 제1양극터미널과 전기적으로 연결되어 상기 배터리 모듈의 고전위 전극을 제공하는 제2양극터미널 및 상기 제1음극터미널과 전기적으로 연결되어 상기 배터리 모듈의 저전위 전극을 제공하는 제2음극터미널을 포함하는 제2연결기판어셈블리를 포함한다.

Description

배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module assembly and battery pack including the same}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 모듈의 전극 터미널의 위치 변경이 가능한 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 어셈블리와, 전극 어셈블리를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 어셈블리가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 어셈블리가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장시스템과 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품 중 하나는 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 전지 셀(배터리 셀)이 포함되며, 이러한 다수의 전지 셀들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 출력 및 용량을 향상시킨다.
이처럼 다수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 다수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 팩을 구성한다. 다시 말해, 다수의 배터리 셀이 모여서 단위 배터리 모듈을 구성하고, 다수의 배터리 모듈이 모여서 단위 배터리 팩을 구성한다고 할 수 있다. 이때, 배터리 셀에 구비된 전극 리드는 다른 배터리 셀에 구비된 전극 리드와 전기적으로 연결되며, 배터리 모듈에 구비된 전극 터미널은 다른 배터리 모듈에 구비된 전극 터미널과 전기적으로 연결된다.
그런데, 효율적인 공간 활용을 위해, 다수의 배터리 모듈이 밀집된 상태로 배터리 팩의 케이스에 수용되는 경우가 많다. 이러한 경우, 배터리 팩을 제조하는 작업자는, 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결시키는 작업을 수행함에 있어서 어려움을 겪는다. 즉, 작업자가 인접한 2개의 배터리 모듈에 각각 구비된 전극 터미널을 서로 전기적으로 연결시키는 데에는 상당한 시간과 노력이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 공간 효율성을 유지하면서도, 배터리 팩을 제조하는 작업자가 손쉽게 배터리 모듈과 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈 어셈블리는, 전극 리드를 구비한 배터리 셀을 2 이상 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 일측면으로부터 각각 돌출되도록 형성된 제1양극터미널 및 제1음극터미널을 포함하고, 상기 배터리 모듈의 일측면에 배치되는 제1연결기판어셈블리; 및 상기 제1양극터미널과 전기적으로 연결되어 상기 배터리 모듈의 고전위 전극을 제공하는 제2양극터미널 및 상기 제1음극터미널과 전기적으로 연결되어 상기 배터리 모듈의 저전위 전극을 제공하는 제2음극터미널을 포함하는 제2연결기판어셈블리를 포함한다.
상기 전극 리드는, 상기 배터리 셀의 일측면으로부터 일방향으로 나란하게 연장된 양극 리드 및 음극 리드로 구성될 수 있다.
상기 2 이상의 배터리 셀은, 일방향으로 적층되어 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
상기 배터리 모듈 어셈블리는, 상기 적층된 배터리 셀들 중 최하부에 위치하는 배터리 셀의 하부에 배치되어 상기 배터리 모듈의 하부를 커버하는 로워엔드플레이트; 상기 적층된 배터리 셀들 중 최상부에 위치하는 배터리 셀의 상부에 배치되어 상기 배터리 모듈의 상부를 커버하는 어퍼엔드플레이트; 및 상기 적층된 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 카트리지를 더 포함할 수 있다.
상기 로워엔드플레이트, 상기 어퍼엔드플레이트 및 상기 카트리지에는 배터리 셀의 적층 방향을 따라 각각 대응되는 위치에 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 배터리 모듈 어셈블리는, 상기 어퍼엔드플레이트, 상기 카트리지 및 상기 로워엔드플레이트에 각각 형성된 상기 적어도 하나의 홈을 따라 관통되는 적어도 하나의 장볼트를 더 포함할 수 있다.
상기 제2연결기판어셈블리는, 상기 배터리 모듈의 일측면에 배치되되 상기 제1연결기판어셈블리의 상부에 포개어질 수 있다.
상기 제1연결기판어셈블리는, 상기 제1연결기판어셈블리의 외형을 정의하는 플레이트 형상의 제1연결기판을 더 포함할 수 있다.
상기 제1연결기판은, 절연재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1연결기판어셈블리는, 인쇄회로기판, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 센서 및 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 구비하고, 상기 인쇄회로기판은, 상기 전압 센서 및 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되어 상기 전압 센서 및 상기 온도 센서의 측정신호를 수신할 수 있다.
상기 제1연결기판어셈블리는, 상기 전극 리드를 전기적으로 연결하는 2 이상의 제1버스바를 포함하고, 상기 제1양극터미널은, 상기 제1버스바들 중 어느 하나와 연결되고, 상기 제1음극터미널은 상기 제1버스바들 중 다른 하나와 연결될 수 있다.
상기 제2양극터미널은, 상기 제1양극터미널과 전기적으로 연결된 제2양극버스바이고, 상기 제2음극터미널은, 상기 제1음극터미널과 전기적으로 연결된 제2음극버스바일 수 있다. 즉 전극 터미널은 버스바로 구현될 수 있다.
상기 제2양극버스바 및 상기 제2음극버스바는, 일방향으로 길게 연장된 플레이트 형상을 가지되 1회 이상 절곡될 수 있다.
상기 제2양극버스바의 일단부에는 상기 제1양극터미널이 관통될 수 있도록 하는 양극터미널관통홀이 형성되고, 상기 제2음극버스바의 일단부에는 상기 제1음극터미널이 관통될 수 있도록 하는 음극터미널관통홀이 형성될 수 있다.
상기 제2연결기판어셈블리는, 상기 제2연결기판어셈블리의 외형을 정의하는 플레이트 형상의 제2연결기판을 더 포함할 수 있다.
상기 제2연결기판은, 절연재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2연결기판에는, 상기 제1양극터미널 및 상기 제1음극터미널을 각각 외부로 노출시키는 양극공극홀 및 음극공극홀이 형성될 수 있다.
상기 제2연결기판어셈블리는, 상기 양극공극홀을 커버하는 양극터미널커버 및 상기 음극공극홀을 커버하는 음극터미널커버를 더 포함하고, 상기 양극터미널커버 및 상기 음극터미널커버는, 상기 제2연결기판에 탈부착 가능하게 구성될 수 있다.
상기 제2양극터미널 및 상기 제2음극터미널은, 지면과 평행한 직선 상의 어느 두 점 상에 각각 나란하게 형성될 수 있다.
상기 제2양극터미널 및 상기 제2음극터미널은, 상기 제1양극터미널 및 상기 제1음극터미널이 돌출된 방향과 수직한 방향으로 전극 단자를 제공할 수 있다.
상기 제2양극터미널 및 상기 제2음극터미널은, 상기 2 이상의 배터리 셀이 적층된 방향을 따라 하부에서 상부방향으로 전극 단자를 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는, 상술한 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 공간 효율성을 유지하면서도, 배터리 팩을 제조하는 작업자가 손쉽게 배터리 모듈과 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결합사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 결합사시도이다.
도 5는, 도 3 및 도 4에 도시된 제1연결기판어셈블리의 분해사시도이다.
도 6은, 도 5에 도시된 제1연결기판어셈블리의 결합사시도이다.
도 7는, 도 3 및 도 4에 도시된 제2연결기판어셈블리의 분해사시도이다.
도 8은, 도 7에 도시된 제2연결기판어셈블리의 결합사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결합사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈 어셈블리(100) 및 케이스를 포함한다.
상기 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 2 이상 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 케이스의 내부에 수용될 수 있다. 상기 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 양극 터미널 및 음극 터미널과 같은 전극 터미널을 구비할 수 있다. 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 전극 터미널은 버스바, 와이어 등과 같은 연결부재를 통해 다른 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 전극 터미널과 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 2 이상의 배터리 모듈 어셈블리(100) 사이의 전기적 연결은, 인접하는 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 전극 터미널 간의 연결을 통해 이루어질 수 있다. 일 예로, 인접하는 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 동일한 극성의 전극 터미널이 서로 연결됨으로써 배터리 모듈 어셈블리(100) 사이의 병렬 연결을 형성할 수 있다. 즉, 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 양극 터미널을 서로 연결하고, 이와 마찬가지로 음극 터미널을 서로 연결함으로써 배터리 모듈 어셈블리(100) 사이의 병렬 연결을 형성할 수 있다. 다른 예로, 인접하는 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100) 중 어느 하나의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 양극 터미널과 나머지 하나의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 음극 터미널을 연결하는 방식을 통해 2 이상의 배터리 모듈 어셈블리(100) 사이의 직렬 연결을 형성할 수 있다. 또 다른 예로, 다수의 배터리 모듈 어셈블리(100) 중 일부의 인접하는 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 전극 터미널은 다른 극성끼리 서로 연결되고, 다수의 배터리 모듈 어셈블리(100) 중 일부의 인접하는 2개의 배터리 모듈 어셈블리(100)에 구비된 전극 터미널은 동일한 극성끼리 서로 연결되어 2 이상의 배터리 모듈 어셈블리(100)는 직렬 및 병렬이 혼합된 연결 형태를 구성할 수 있다. 이를 통해, 2 이상의 배터리 모듈 어셈블리(100)들은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 케이스는, 상술한 배터리 모듈 어셈블리(100)를 내부에 수용할 수 있다. 선택적으로, 상기 케이스는, 배터리 모듈 어셈블리(100) 뿐만 아니라 BMS(300)를 내부에 수용할 수도 있으며, 냉각 장치 등과 같은 다양한 구성요소를 더 수용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 케이스는, 하부에 배치되는 로워케이스(220)와 로워케이스(220)의 상부를 덮는 어퍼케이스(210)로 구성될 수 있다. 이때, 로워케이스(220)에 형성된 수납 공간에 배터리 모듈 어셈블리(100)가 안착된 다음 결합부재 등을 통해 로워케이스(220)에 결합될 수 있다. 그리고, 어퍼케이스(210)는, 로워케이스(220)의 상부에 배치된 다음 결합부재 등을 통해 로워케이스(220)와 결합할 수 있고, 이로써 케이싱이 완료될 수 있다. 여기서 결합부재로는, 접착제, 볼트/너트 등이 채용될 수 있으며, 열거되지 않은 다양한 결합부재가 사용될 수도 있음은 물론이다.
선택적으로, 상기 배터리 팩(10)은, BMS(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 BMS(Battery Management System)는, 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 유닛, 배터리 관리 장치 등으로 지칭되는 것으로서, 배터리 팩(10)의 상태를 모니터링하고, 이를 기초로 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로는, 상기 BMS(300)는, 배터리 팩(10)에 구비된 배터리 모듈 어셈블리(100)의 상태를 모니터링할 수 있다. 배터리 팩(10), 배터리 모듈 어셈블리(100) 등의 상태는, 온도, 전압, 전류, 절연저항, SOC(state of charge, 잔존용량), SOH(state of health, 용량퇴화도) 등과 같은 다양한 파라미터로 표현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 총 12개의 배터리 모듈 어셈블리(100)를 구비하고 있다. 이때, 배터리 모듈 어셈블리(100)는 6개씩 나란히 배치되어, 두 개의 열을 구성한다. 그리고, 두 개의 열을 구성하는 배터리 모듈 어셈블리(100)들의 전극 터미널은 서로 마주본 상태로 배치된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 도 1에 도시된 것처럼 배터리 모듈 어셈블리(100)의 전극 터미널이 서로 마주본 상태로 인접하게 배치되더라도, 작업자가 용이하게 배터리 모듈(3000)의 전극 터미널을 연결할 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 12개의 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 로워케이스(220)에 형성된 수납공간에 안착된다. 상기 12개의 배터리 모듈 어셈블리(100)의 상부에는 브라켓(400)이 배치되고, 브라켓(400)의 상부에 BMS(300)가 안착된다. 로워케이스(220)와 어퍼케이스(210)가 결합되면 로워케이스(220)와 어퍼케이스(210) 내부에 12개의 배터리 모듈 어셈블리(100)와 BMS(300)가 수용된다. 상기 어퍼케이스(210)에는 케이스홀(221)이 형성되어 있는데, 상기 케이스홀(221)을 덮는 홀커버(230)가 어퍼케이스(210)에 안착되고, 상기 홀커버(230)에 형성된 벤트홀(231)에 벤트필터(232)가 결합된다. 그 결과, 배터리 팩(10)은 도 2와 같은 형태를 갖는다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해사시도이고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 결합사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 배터리 모듈(3000), 제1연결기판어셈블리(1000) 및 제2연결기판어셈블리(2000)를 포함한다.
상기 배터리 모듈(3000)은, 2 이상의 배터리 셀(3100)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(3000)은, 2 이상의 배터리 셀(3100)의 집합체라고 할 수 있다. 상기 배터리 셀(3100)은, 전극 조립체가 금속 캔에 내장된 캔형 배터리 셀일 수도 있고, 라미네이트 시트로 밀봉된 파우치형 배터리 셀(3100)일 수 있다. 상기 배터리 셀(3100)은, 양극 리드(3111) 및 음극 리드(3112)와 같은 전극 리드(3110)를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 2 이상의 배터리 셀(3100)은, 일방향으로 적층되어 배터리 모듈(3000)을 구성할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈 어셈블리(100)는 카트리지(3200)를 더 포함할 수 있다.
상기 카트리지(3200)는 배터리 셀(3100)을 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 배터리 셀(3100)을 홀딩하여 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 배터리 셀(3100)의 조립을 가이드할 수 있다. 상기 카트리지(3200)는 2 이상의 카트리지(3200)가 서로 적층된 상태로 2 이상의 배터리 셀(3100)을 수용할 수 있다. 이러한 카트리지(3200)는 메인 프레임(3210)을 구비할 수 있다.
상기 메인 프레임(3210)은 카트리지(3200)의 외형을 정의한다. 즉, 상기 메인 프레임(3210)은 카트리지(3200)의 기본 골격 구조를 형성하는 구성으로서, 플라스틱과 같은 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 메인 프레임(3210)은, 중앙 부분이 비어 있는 다각 링 형태로 구성될 수 있다. 이때, 비어 있는 중앙 부분에는 배터리 셀(3100)이 안착될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 선택적으로, 비어 있는 중앙 부분에는 배터리 셀(3100)과 접하여 배터리 셀(3100)을 냉각시키는 냉각 플레이트(3220)가 구비될 수 있다. 이 경우, 메인 프레임(3210)은, 냉각 플레이트(3220)의 외주부에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 메인 프레임(3210)은 배터리 셀(3100)의 측면 외관에 위치하여 외부로부터 배터리 셀(3100)의 측면 방향을 보호할 수 있다.
한편, 상기 냉각 플레이트(3220)는 카트리지(3200)의 중앙 부분에 위치하며, 알루미늄과 같은 열 전도성 재질로 구성되어 배터리 셀(3100)로부터 발생하는 열을 흡수한 다음 공기 등과 같은 냉각 유체로 흡수된 열을 전달할 수 있다.
상기 배터리 모듈(3000)은, 배터리 모듈(3000)의 하부 및 상부를 각각 커버하는 로워엔드플레이트(3300) 및 어퍼엔드플레이트(3400)를 더 포함할 수 있다.
상기 로워엔드플레이트(3300) 및 어퍼엔드플레이트(3400)는, 플레이트 형상을 가지고, 각각 배터리 모듈(3000)의 하부 및 상부를 커버하여 배터리 모듈(3000)을 외부로부터 보호할 수 있다. 바람직하게는, 상기 로워엔드플레이트(3300) 및 어퍼엔드플레이트(3400)는, 물리적인 내구성이 높은 금속재질로 형성될 수 있다.
즉, 상기 로워엔드플레이트(3300)는, 적층된 배터리 셀(3100)들 중 최하부에 위치하는 배터리 셀(3100)의 하부에 배치되어 배터리 모듈(3000)의 하부를 커버하고, 상기 어퍼엔드플레이트(3400)는, 적층된 배터리 셀(3100)들 중 최상부에 위치하는 배터리 셀(3100)의 상부에 배치되어 배터리 모듈(3000)의 상부를 커버할 수 있다.
또한 선택적으로, 상기 로워엔드플레이트(3300) 및/또는 상기 어퍼엔드플레이트(3400)는 상기 배터리 모듈(3000)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 로워엔드플레이트(3300) 및/또는 상기 어퍼엔드플레이트(3400)는 배터리 모듈(3000)의 하부 및 상부를 각각 커버한 상태에서 상기 배터리 모듈(3000)에 결합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 로워엔드플레이트(3300), 어퍼엔드플레이트(3400) 및 카트리지(3200)에는 배터리 셀(3100)의 적층 방향을 따라 각각 대응되는 위치에 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다. 로워엔드플레이트(3300), 카트리지(3200), 어퍼엔드플레이트(3400)의 순서로 적층된 상태에서, 장볼트(LB)가 상기 홈을 관통함으로써, 어퍼엔드플레이트(3400), 카트리지(3200) 및 로워엔드플레이트(3300)는 결합될 수 있다. 장볼트(LB)가 순차적으로 홈을 관통한 다음, 장볼트(LB)의 단부에는 너트(N)가 결합되어 결합력을 강화시킬 수도 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(3000)은, 16개의 배터리 셀(3100), 8개의 카트리지(3200), 1개의 로워엔드플레이트(3300) 및 1개의 어퍼엔드플레이트(3400)를 포함한다.
2개의 배터리 셀(3100)은 하나의 카트리지(3200)의 상부와 하부에 각각 하나씩 배치되어, 8개의 카트리지(3200)에 16개의 배터리 셀(3100)이 안착된다. 그리고, 8개의 카트리지(3200)와 16개의 배터리 셀(3100)로 구성된 집합체의 최하면과 최상면에는 각각 로워엔드플레이트(3300)와 어퍼엔드플레이트(3400)가 배치된다. 그리고, 로워엔드플레이트(3300)와 어퍼엔드플레이트(3400) 및 그 사이에 배치된 8개의 카트리지(3200)에 공히 형성된 홈을 통해 장볼트(LB)가 관통한 후 장볼트(LB)의 단부에 너트(N)가 결합되어 배터리 모듈(3000)은 안정적으로 결합된다.
여기서, 16개의 배터리 셀(3100)은, 적층된 순서대로 2개씩 짝지어 병렬 연결된다. 즉, 2개의 배터리 셀(3100)은, 양극 리드(3111)는 양극 리드(3111)와 음극 리드(3112)는 음극 리드(3112)와 접촉한 상태로 전기적으로 연결되어 16개의 배터리 셀(3100)은 용량이 2배인 8개의 배터리 셀(3100)처럼 동작한다. 그리고, 2개씩 짝지은 8쌍의 배터리 셀(3100)은 서로 직렬 연결된다. 이때, 배터리 셀(3100)의 전극 리드(3110)는 위 또는 아래로 절곡된 형태로 구성되어 인접한 다른 배터리 셀(3100)의 전극 리드(3110)와 접촉한다.
도면에 표시된 참조번호를 참조하면, 배터리 셀 #1(3100_01)은, 배터리 셀 #2(3100_02)와 병렬 연결되고, 배터리 셀 #3(3100_03)는 배터리 셀 #4(3100_04)와 병렬 연결되며, 배터리 셀 #5(3100_05)은, 배터리 셀 #6(3100_06)과 병렬 연결되고, 배터리 셀 #7(3100_07)은 배터리 셀 #8(3100_08)과 병렬 연결되며, 배터리 셀 #9(3100_09)는, 배터리 셀 #10(3100_10)과 병렬 연결되고, 배터리 셀 #11(3100_11)은 배터리 셀 #12(3100_12)와 병렬 연결되며, 배터리 셀 #13(3100_13)은, 배터리 셀 #14(3100_14)와 병렬 연결되고, 배터리 셀 #15(3100_15)는 배터리 셀 #16(3100_16)과 병렬 연결된다. 그리고, 배터리 셀 #1(3100_01)과 배터리 셀 #2(3100_02)가 이루는 한 쌍의 배터리 셀은 배터리 셀 #3(3100_03)과 배터리 셀 #4(3100_04)가 이루는 한 쌍의 배터리 셀과 직렬 연결되고, 배터리 셀 #3(3100_03)과 배터리 셀 #4(3100_04)가 이루는 한 쌍의 배터리 셀은 배터리 셀 #5(3100_05)와 배터리 셀#6(3100_06)이 이루는 한 쌍의 배터리 셀과 직렬 연결되며, 나머지 배터리 셀의 쌍들 또한 서로 직렬 연결되어 8쌍의 배터리 셀은 서로 직렬 연결상태를 형성한다. 즉, 상기 16개의 배터리 셀은, 이른바 2P8S구조를 형성한다. 한편, 도 3의 실시예에서, 배터리 셀#1(3100_01)과 배터리 셀#2(3100_02) 각각의 우측에 구비되어 있는 전극 리드(3110)는 모두 음극 리드(3112)이고, 배터리 셀#15(3100_15)와 배터리 셀#16(3100_16) 각각의 좌측에 구비되어 있는 전극 리드(3110)는 모두 양극 리드(3111)이다. 따라서, 배터리 셀#15(3100_15)와 배터리 셀#16(3100_16)의 양극 리드(3111)는 배터리 모듈(3000)의 양극을 제공하고, 배터리 셀#1(3100_01)과 배터리 셀#2(3100_02)의 음극 리드(3112)는 배터리 모듈(3000)의 음극을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 배터리 모듈(3000)은 다음의 과정을 통해 조립될 수 있다.
먼저, 로워엔드플레이트(3300)의 상부에 하나의 배터리 셀(3100)이 안착되고, 상기 안착된 배터리 셀(3100) 상부에 하나의 카트리지(3200)가 배치된다. 배터리 셀(3100)의 상부에 배치된 상기 카트리지(3200)의 상부에 다른 하나의 배터리 셀(3100)이 안착된다. 즉, 하나의 카트리지(3200)의 상부와 하부에는 각각 배터리 셀(3100)이 하나씩 안착된다.
이어서, 상부와 하부에 각각 배터리 셀(3100)이 하나씩 안착된 카트리지(3200) 상에 동일한 방식으로 7개의 카트리지(3200)가 적층된다. 이때, 7개의 카트리지(3200)에는 각각 2개의 배터리 셀(3100)이 안착된 상태이다. 결과적으로, 하나의 카트리지(3200)에 2개의 배터리 셀(3100)이 안착되어 8개의 카트리지(3200)를 통해 16개의 배터리 셀(3100)이 적층된 상태가 된다.
다음으로, 최상부에 배치된 배터리 셀(3100)의 상부에 어퍼엔드플레이트(3400)가 안착된다. 그 결과, 8개의 카트리지(3200)와 상기 8개의 카트리지(3200) 각각에 2개씩 수용된 16개의 배터리 셀(3100)의 집합체의 최상면과 최하면에 각각 로워엔드플레이트(3300)와 어퍼 엔드플레이트가 배치된다. 이와 같은 과정을 통해 조립된 배터리 모듈(3000)은 장볼트(LB) 등과 같은 결합부재를 통해 견고하게 결합된다.
한편, 상기 조립과정은 하나의 실시예로서, 배터리 모듈(3000)은 상기 조립과정과 다르게 조립될 수도 있음은 물론이다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(3000)의 일측면에 제1연결기판어셈블리(1000)와 제2연결기판어셈블리(2000)가 도시되어 있다.
상기 제1연결기판어셈블리(1000)는, 배터리 모듈(3000)의 일측면에 배치될 수 있다. 상기 제1연결기판어셈블리(1000)는, 전극 터미널로서, 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)을 포함할 수 있다. 상기 전극 터미널은 배터리 모듈(3000)의 일측면으로부터 돌출된 형태를 가질 수 있으며, 전극 터미널의 외주부에는 나사산이 형성될 수 있다. 즉, 전극 터미널은 볼트(B) 형상을 가져, 전극 터미널에 너트(N)가 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 제1양극터미널(1200)은, 상기 배터리 모듈(3000)의 일측면으로부터 돌출되도록 형성되어 배터리 모듈(3000)의 양극, 즉 배터리 모듈(3000)의 고전위 전극을 제공하고, 상기 제1음극터미널(1300)은, 상기 배터리 모듈(3000)의 일측면으로부터 돌출되도록 형성되어 배터리 모듈(3000)의 음극, 즉 저전위 전극을 제공할 수 있다.
상기 제1연결기판어셈블리(1000)는, 제1연결기판(1100)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1연결기판(1100)은, 제1연결기판어셈블리(1000)의 외형을 정의하는 플레이트 형상의 프레임으로서, 제1연결기판(1100) 상에 상술한 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1연결기판(1100)은, 절연재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1연결기판어셈블리(1000)는, 배터리 모듈(3000)에 포함된 배터리 셀(3100)의 전극 리드(3110)를 전기적으로 연결하는 제1버스바(1400)를 더 포함할 수 있다. 제1버스바(1400)는, 2 이상 구비되어, 전극 리드(3110)와 전극 리드(3110) 사이의 전기적인 연결을 매개할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2 이상의 전극 리드(3110)와 제1버스바(1400)는 용접에 의해 기계적으로 결합됨으로써, 2 이상의 전극 리드(3110)가 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 상술한 제1양극터미널(1200)은 상기 제1버스바(1400)들 중 어느 하나와 연결되고, 제1음극터미널(1300)은 상기 제1버스바(1400)들 중 다른 하나와 연결되어 각각 배터리 모듈(3000)의 양극 및 음극을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1연결기판(1100)은, 인서트 사출방식으로 제조되어 상기 제1버스바(1400)들을 상호 절연시킬 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1버스바(1400)들은, 상기 제1연결기판(1100)에 조립되는 형태로 상기 제1연결기판(1100)에 결합할 수 있다.
또한, 상기 제1연결기판어셈블리(1000)는, 인쇄회로기판(1500), 전압 센서(1600), 온도 센서(1700)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서(1700)는, 온도 센서(1700) 주변의 온도를 측정할 수 있다. 상기 전압 센서(1600)는, 전압 센서(1600)가 접촉된 구성의 전압을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도 센서(1700)는, 상술한 제1연결기판(1100) 상에 결합될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 제1연결기판(1100) 상에 탈부착 가능하게 구성될 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 전압 센서(1600)는, 상기 제1연결기판(1100) 상에 결합될 수 있다. 이때, 상기 전압 센서(1600)는, 제1버스바(1400) 또는 전극 리드(3110)에 접촉되어 제1버스바(1400) 또는 전극 리드(3110)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(1500)은, 상기 제1연결기판(1100) 상에 결합될 수 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(1500)은, 상기 전압 센서(1600) 및 상기 온도 센서(1700)와 전기적으로 연결되어 상기 전압 센서(1600) 및 온도 센서(1700)로부터 측정신호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(1500)에는 센싱 커넥터(1900)가 연결되어 배터리 모듈(3000)의 정보를 BMS(300)로 전달할 수 있다.
상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 배터리 모듈(3000)의 일측면에 배치될 수 있다. 선택적으로, 상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 상기 제1연결기판어셈블리(1000)의 상부에 포개어질 수 있다. 상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 상기 제1연결기판어셈블리(1000)와 겹쳐져서 상기 제1연결기판어셈블리(1000)가 제공하는 전극터미널의 위치를 변경할 수 있다.
상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 전극 터미널로서, 제2양극터미널(2200) 및 제2음극터미널(2300)을 포함할 수 있다. 상기 제2양극터미널(2200) 및 상기 제2음극터미널(2300)은, 각각 제1연결기판어셈블리(1000)에 구비된 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2양극터미널(2200)은 상기 제1양극터미널(1200)과 전기적으로 연결되어 외부로 배터리 모듈(3000)의 고전위 전극을 제공할 수 있다. 상기 제2음극터미널(2300)은 상기 제1음극터미널(1300)과 전기적으로 연결되어 외부로 배터리 모듈(3000)의 저전위 전극을 제공할 수 있다.
이때, 상기 제2양극터미널(2200) 및 상기 제2음극터미널(2300)은, 각각 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)이 형성된 위치와 다른 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2양극터미널(2200) 및 상기 제2음극터미널(2300)은, 배터리 모듈(3000)의 전극의 위치를 변경하는 기능을 수행한다고 할 수 있다. 또한, 상기 제2양극터미널(2200) 및 상기 제2음극터미널(2300)은, 각각 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)이 돌출되는 방향과 다른 방향으로 전극을 제공하도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 제2양극터미널(2200) 및 상기 제2음극터미널(2300)은, 배터리 모듈(3000)의 전극의 위치 및/또는 방향을 변경하는 기능을 수행하고, 배터리 모듈(3000)의 외부로 전극을 제공한다.
상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 제2연결기판(2100)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2연결기판(2100)은, 제2연결기판어셈블리(2000)의 외형을 정의하는 플레이트 형상의 프레임으로서, 제2연결기판(2100) 상에 상술한 제2양극터미널(2200) 및 제2음극터미널(2300)이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2연결기판(2100)은, 절연재질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제2연결기판(2100)은, 인서트 사출방식으로 제조될 수 있다.
상기 제2연결기판(2100)에는, 제1연결기판어셈블리(1000)에 제2연결기판어셈블리(2000)가 포개어질 경우, 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)을 외부로 노출시키는 공극홀이 형성될 수 있다. 즉, 제2연결기판(2100)에는, 제1양극터미널(1200)을 외부로 노출시키는 양극공극홀(2110)과 제1음극터미널(1300)을 외부로 노출시키는 음극공극홀(2120)이 형성될 수 있다.
선택적으로, 상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 상기 양극공극홀(2110)을 커버하는 양극터미널커버(2600)와 상기 음극공극홀(2120)을 커버하는 음극터미널커버(2700)를 더 포함할 수 있다. 이때, 양극터미널커버(2600)와 음극터미널커버(2700)는, 제2연결기판(2100)에 탈부착가능하게 구성되는 것이 좋다.
또한, 상기 제2연결기판어셈블리(2000)는, 제2양극버스바(2400) 및 제2음극버스바(2500)를 구비할 수 있다. 상기 제2양극버스바(2400)는, 상기 제1양극터미널(1200)과 전기적으로 연결되는 버스바이고, 상기 제2음극버스바(2500)는 상기 제1음극터미널(1300)과 전기적으로 연결되는 버스바이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2양극버스바(2400) 및 상기 제2음극버스바(2500)는 각각 제2양극터미널(2200) 및 제2음극터미널(2300)로 기능할 수 있다. 즉, 상기 제2양극터미널(2200)은, 제2양극버스바(2400)로 구현될 수 있고, 상기 제2음극터미널(2300)은 제2음극버스바(2500)로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2양극버스바(2400) 및 제2음극버스바(2500)는, 플레이트 형상을 가지되 길게 연장된 형상일 수 있다. 그리고, 상기 제2양극버스바(2400) 및 제2음극버스바(2500)는, 각각 1회 이상 절곡될 수 있다. 이때, 제2양극버스바(2400)의 일단부는 제1양극터미널(1200)에 접촉되고, 제2양극버스바(2400)의 타단부는 외부 단자에 접촉되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 제2양극버스바(2400)는 절곡된 구조를 이용하여 다른 위치에 있는 제1양극터미널(1200)과 외부 단자을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
마찬가지로, 제2음극버스바(2500)의 일단부는 제1음극터미널(1300)에 접촉되고, 제2음극버스바(2500)의 타단부는 외부 단자에 접촉되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 제2양극버스바(2400) 및 제2음극버스바(2500)는, 각각 절곡된 구조를 이용하여 다른 위치에 있는 제1음극터미널(1300)과 외부 단자를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
또한, 상기 제2양극버스바(2400) 및 상기 제2음극버스바(2500) 각각의 단부에는 관통홀이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제2양극버스바(2400)의 양 단부에 각각 양극터미널관통홀(2410)이 형성될 수 있고, 제2음극버스바(2500)의 양 단부에 각각 음극터미널관통홀(2510)이 형성될 수 있다. 상기 양극터미널관통홀(2410)은, 제1양극터미널(1200)이 관통할 수 있는 공간을 제공하고, 상기 음극터미널관통홀(2510)은, 제1음극터미널(1300)이 관통할 수 있는 공간을 제공한다.
도 5는, 도 3 및 도 4에 도시된 제1연결기판어셈블리(1000)의 분해사시도이고, 도 6은, 도 5에 도시된 제1연결기판어셈블리(1000)의 결합사시도이다. 즉, 도 6은, 도 3 및 도 4에 도시된 제1연결기판어셈블리(1000)를 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1연결기판어셈블리(1000)는, 제1연결기판(1100), 제1양극터미널(1200), 제1음극터미널(1300), 9개의 제1버스바(1400), 온도 센서(1700), 인쇄회로기판(1500)를 포함한다. 상기 제1연결기판(1100)은, 절연재질로 이루어져, 제1버스바(1400)들을 상호 절연시킬 수 있다. 한편, 설명의 편의를 위해, 9개의 제1버스바(1400)에는 각각 참조번호가 부여되어 있다.
여기서, 참조번호 1400_01로 표시된 제1버스바(1400_01)는, 배터리 셀 #1(3100_01)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #2(3100_02)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_02로 표시된 제1버스바(1400_02)는, 배터리 셀 #1(3100_01)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #2(3100_02)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #3(3100_03)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #4(3100_04)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_03으로 표시된 제1버스바(1400_03)는, 배터리 셀 #3(3100_03)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #4(3100_04)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #5(3100_05)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #6(3100_06)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_04로 표시된 제1버스바(1400_04)는, 배터리 셀 #5(3100_05)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #6(3100_06)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #7(3100_07)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #8(3100_08)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_05로 표시된 제1버스바(1400_05)는, 배터리 셀 #7(3100_07)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #8(3100_08)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #9(3100_09)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #10(3100_10)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_06으로 표시된 제1버스바(1400_06)는, 배터리 셀 #9(3100_09)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #10(3100_10)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #11(3100_11)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #12(3100_12)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_07로 표시된 제1버스바(1400_07)는, 배터리 셀 #11(3100_11)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #12(3100_12)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #13(3100_13)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #14(3100_14)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 참조번호 1400_08로 표시된 제1버스바(1400_08)는, 배터리 셀 #13(3100_13)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #14(3100_14)의 양극 리드(3111)와 접촉하고, 배터리 셀 #15(3100_15)의 음극 리드(3112)와 배터리 셀 #16(3100_16)의 음극 리드(3112)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 마지막으로, 참조번호 1400_09로 표시된 제1버스바(1400_09)는, 배터리 셀 #15(3100_15)의 양극 리드(3111)와 배터리 셀 #16(3100_16)의 양극 리드(3111)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 이를 통해 전술한 바와 같이, 병렬 연결된 2개의 배터리 셀이 쌍을 이루어, 8쌍의 배터리 셀이 직렬될 수 있다(2P8S).
이때, 참조번호 1400_01로 표시된 제1버스바(1400_01)와 참조번호 1400_09로 표시된 제1버스바(1400_09)는, 절곡된 구조를 가진다. 그리고, 참조번호 1400_01로 표시된 제1버스바(1400_01)는 제1음극터미널(1300)과 접촉하여 전기적으로 연결되고, 참조번호 1400_09로 표시된 제1버스바(1400_09)는 제1양극터미널(1200)과 접촉하여 전기적으로 연결되도록 구성된다. 즉, 참조번호 1400_01로 표시된 제1버스바(1400_01)는 직렬 연결된 8쌍의 배터리 셀(3100)의 최저전위 음극 리드(3112)와 제1음극터미널(1300)을 연결하는 매개체의 역할을 하고, 참조번호 1400_09로 표시된 제1버스바(1400_09)는 직렬 연결된 8쌍의 배터리 셀(3100)의 최고전위 양극 리드(3111)와 제1양극터미널(1200)을 연결하는 매개체의 역할을 한다.
이로 인해, 제1양극터미널(1200)은 배터리 모듈(3000)의 양극 터미널로 기능하고, 제1음극터미널(1300)은 배터리 모듈(3000)의 음극 터미널로 기능할 수 있다.
한편, 인쇄회로기판(1500) 상에는 전압 센서(1600)가 구비되어 있고, 제1연결기판(1100)상에는 센싱 커넥터(1900), 온도 센서(1700) 및 온도 센싱포트(1800)가 삽입되는 공간이 마련되어 있다. 상기 인쇄회로기판(1500)은 2개의 볼트(B)를 통해 제1연결기판(1100)의 배면에 결합되며, 온도 센싱포트(1800)와 연결되어 온도 센싱포트(1800)를 통해 온도 센서(1700)의 센싱 정보를 전송받는다. 상기 인쇄회로기판(1500)은 온도 센서(1700)의 센싱 정보와 전압 센서(1600)의 센싱 정보를 센싱 커넥터(1900)를 통해 BMS(300)로 전달한다.
도 7는, 도 3 및 도 4에 도시된 제2연결기판어셈블리(2000)의 분해사시도이고, 도 8은, 도 7에 도시된 제2연결기판어셈블리(2000)의 결합사시도이다. 즉, 도 8은, 도 3 및 도 4에 도시된 제2연결기판어셈블리(2000)를 확대한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2연결기판어셈블리(2000)는, 제2연결기판(2100), 2개의 제2버스바, 2개의 터미널 커버 및 배면 기판을 포함한다. 상기 제2연결기판(2100)은 전술한 제1연결기판(1100)과 마찬가지로 절연재질로 이루어져 제2버스바들을 상호 절연시킬 수 있다. 여기서, 2개의 제2버스바는, 제1양극터미널(1200)과 전기적으로 연결된 제2양극버스바(2400) 및 제1음극터미널(1300)과 전기적으로 연결된 제2음극버스바(2500)이다. 그리고, 상기 제2양극버스바(2400)와 제2음극버스바(2500)는 모두 'L' 자 형상을 가지고 있고, 일단이 절곡되어 있다. 또한, 제2버스바의 양 단부에는 각각 양극터미널관통홀(2410)과 음극터미널관통홀(2510)이 형성되어 있다. 제2양극버스바(2400)의 일단에 형성된 양극터미널관통홀(2410)은 제1양극터미널(1200)이 관통할 수 있는 공간을 제공하고, 양극버스바의 타단에 형성된 양극터미널관통홀(2410)은 외부 단자가 관통할 수 있는 공간을 제공한다. 이와 마찬가지로 제2음극버스바(2500)의 일단에 형성된 음극터미널관통홀(2510)은 제1음극터미널(1300)이 관통할 수 있는 공간을 제공하고, 제2음극버스바(2500)의 타단에 형성된 음극터미널관통홀(2510)은 외부 단자 관통할 수 있는 공간을 제공한다.
한편, 'L'자 형상의 제2양극버스바(2400)는, 일단이 절곡된 형상을 가진다. 그리고, 제2양극버스바(2400)의 절곡되지 않은 타단에는 제1양극터미널(1200)이 접촉되고, 제2양극버스바(2400)의 절곡된 일단에는 외부 단자가 접촉될 수 있다. 따라서, 정면방향으로 돌출된 제1양극터미널(1200)과 달리 제2양극터미널(2200)은 상방향을 향하도록 구성될 수 있다. 이와 마찬가지로, 'L'자 형상의 제2음극버스바(2500) 또한, 일단이 절곡된 형상을 가진다. 그리고, 제2음극버스바(2500)의 절곡되지 않은 타단에는 제1음극터미널(1300)이 접촉되고, 제2음극버스바(2500)의 절곡된 일단에는 외부 단자가 접촉될 수 있고, 제2음극터미널(2300) 또한 제2양극터미널(2200)과 마찬가지로 상방향을 향하도록 구성될 수 있다.
상기 제2연결기판(2100)의 배면방향으로 배면기판(2800)이 결합된다. 이때, 제2연결기판(2100)과 배면기판(2800) 사이에는 제2버스바가 개재된다.
한편, 도면에 도시된 제2연결기판어셈블리(2000)에는, 제1연결기판어셈블리(1000)에 포개어질 때, 제1양극터미널(1200)과 제1음극터미널(1300)이 위치하는 부분에 각각 양극공극홀(2110)과 음극공극홀(2120)이 형성되어 있다. 상기 양극공극홀(2110)을 통해 제1양극터미널(1200)이 노출되고, 상기 음극공극홀(2120)을 통해 제1음극터미널(1300)이 노출된다.
다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 이와 같이 노출된 제1양극터미널(1200) 및 제1음극터미널(1300)을 커버하기 위해, 2개의 터미널커버가 구비되어 있다. 양극터미널커버(2600)는 제1양극터미널(1200)을 커버하고, 음극터미널커버(2700)는 제1음극터미널(1300)을 커버한다. 그리고, 상기 양극터미널커버(2600) 및 음극터미널커버(2700)는 제2연결기판(2100)에 탈부착가능하게 구성된다. 상기 2개의 터미널커버는 제1양극터미널(1200)과 제1음극터미널(1300)을 둘러싸서 불필요한 전기적 접촉이 발생하는 것을 방지한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 팩(10) 100: 배터리 모듈 어셈블리(100)
210: 어퍼케이스(210) 220: 로워케이스(220)
221: 케이스홀(221) 230: 홀커버(230)
231: 벤트홀(231) 232: 벤트필터(232)
300: BMS(300) 400: 브라켓(400)
1000: 제1연결기판어셈블리(1000) 1100: 제1연결기판(1100)
1200: 제1양극터미널(1200) 1300: 제1음극터미널(1300)
1400: 제1버스바(1400) 1500: 인쇄회로기판(1500)
1600: 전압 센서(1600) 1700: 온도 센서(1700)
1800: 온도 센싱포트(1800) 1900: 센싱 커넥터(1900)
2000: 제2연결기판어셈블리(2000) 2100: 제2연결기판(2100)
2110: 양극공극홀(2110) 2120: 음극공극홀(2120)
2200: 제2양극터미널(2200) 2300: 제2음극터미널(2300)
2400: 제2양극버스바(2400) 2410: 양극터미널관통홀(2410)
2500: 제2음극버스바(2500) 2510: 음극터미널관통홀(2510)
2600: 양극터미널커버(2600) 2700: 음극터미널커버(2700)
2800: 배면기판(2800) 3000: 배터리 모듈(3000)
3100: 배터리 셀(3100) 3110: 전극 리드(3110)
3111: 양극 리드(3111) 3112: 음극 리드(3112)
3200: 카트리지(3200) 3210: 메인 프레임(3210)
3220: 냉각 플레이트(3220) 3300: 로워엔드플레이트(3300)
3400: 어퍼엔드플레이트(3400)

Claims (22)

  1. 서로 나란하게 연장된 양극 리드 및 음극 리드를 구비한 배터리 셀을 2 이상 포함하는 배터리 모듈;
    제1 연결 기판, 2 이상의 제1버스바, 상기 배터리 모듈의 일측면으로부터 각각 제1 방향으로 돌출된 제1양극터미널 및 제1음극터미널을 포함하고, 상기 배터리 모듈의 일측면에 배치되는 제1연결기판어셈블리; 및
    제2 연결 기판, 제2양극버스바 및 제2음극버스바를 포함하는 제2연결기판어셈블리
    를 포함하고,
    상기 2 이상의 제1 버스바 각각은, 상기 2 이상의 배터리 셀 중 어느 하나의 상기 양극 리드 또는 상기 음극 리드를 상기 2 이상의 배터리 셀 중 다른 하나의 상기 양극 리드 또는 상기 음극 리드에 전기적으로 연결하고,
    상기 제1양극터미널은, 상기 2 이상의 제1버스바 중 어느 하나와 연결되고,
    상기 제1음극터미널은 상기 2 이상의 제1버스바 중 다른 하나와 연결되고,
    상기 제2양극버스바는, 일단부가 상기 제1양극터미널과 전기적으로 연결되고, 타단부는 상기 제2양극버스바의 상기 일단부로부터 절곡됨으로써 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상기 배터리 모듈의 고전위 전극을 제공하고,
    상기 제2음극버스바는, 일단부가 상기 제1음극터미널과 전기적으로 연결되고, 타단부는 상기 제2음극버스바의 상기 일단부로부터 절곡됨으로써 상기 제1 방향과 수직한 상기 제2 방향으로 상기 배터리 모듈의 저전위 전극을 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2 이상의 배터리 셀은, 상기 제2 방향을 따라 적층되어 배터리 모듈을 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 어셈블리는,
    상기 적층된 배터리 셀들 중 최하부에 위치하는 배터리 셀의 하부에 배치되어 상기 배터리 모듈의 하부를 커버하는 로워엔드플레이트;
    상기 적층된 배터리 셀들 중 최상부에 위치하는 배터리 셀의 상부에 배치되어 상기 배터리 모듈의 상부를 커버하는 어퍼엔드플레이트; 및
    상기 적층된 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 카트리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로워엔드플레이트, 상기 어퍼엔드플레이트 및 상기 카트리지에는 배터리 셀의 적층 방향을 따라 각각 대응되는 위치에 적어도 하나의 홈이 형성되고,
    상기 배터리 모듈 어셈블리는, 상기 어퍼엔드플레이트, 상기 카트리지 및 상기 로워엔드플레이트에 각각 형성된 상기 적어도 하나의 홈을 따라 관통되는 적어도 하나의 장볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결기판어셈블리는, 상기 배터리 모듈의 일측면에 배치되되 상기 제1연결기판어셈블리의 상부에 포개어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 기판은, 상기 제1연결기판어셈블리의 외형을 정의하는 플레이트 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결기판은, 절연재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결기판어셈블리는, 인쇄회로기판, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 센서 및 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 인쇄회로기판은, 상기 전압 센서 및 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되어 상기 전압 센서 및 상기 온도 센서의 측정신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2양극버스바의 상기 일단부에는 상기 제1양극터미널이 관통될 수 있도록 하는 양극터미널관통홀이 형성되고,
    상기 제2음극버스바의 상기 일단부에는 상기 제1음극터미널이 관통될 수 있도록 하는 음극터미널관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결 기판은, 상기 제2연결기판어셈블리의 외형을 정의하는 플레이트 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결기판은, 절연재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결기판에는, 상기 제1양극터미널 및 상기 제1음극터미널을 각각 외부로 노출시키는 양극공극홀 및 음극공극홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2연결기판어셈블리는, 상기 양극공극홀을 커버하는 양극터미널커버 및 상기 음극공극홀을 커버하는 음극터미널커버를 더 포함하고,
    상기 양극터미널커버 및 상기 음극터미널커버는, 상기 제2연결기판에 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2양극버스바 및 상기 제2음극버스바는, 지면과 평행한 직선 상의 어느 두 점 상에 각각 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은, 상기 2 이상의 배터리 셀이 적층된 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  21. 제1항, 제3항 내지 9항, 제13항 내지 제18항 및 제20항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 어셈블리를 포함하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차.
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