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KR20220063613A - 전압 센싱 부품들의 조립 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

전압 센싱 부품들의 조립 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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KR20220063613A
KR20220063613A KR1020200149664A KR20200149664A KR20220063613A KR 20220063613 A KR20220063613 A KR 20220063613A KR 1020200149664 A KR1020200149664 A KR 1020200149664A KR 20200149664 A KR20200149664 A KR 20200149664A KR 20220063613 A KR20220063613 A KR 20220063613A
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KR
South Korea
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printed circuit
circuit board
bus bar
main frame
battery
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Application number
KR1020200149664A
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English (en)
Inventor
김성규
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to PCT/KR2021/010900 priority patent/WO2022102918A1/ko
Priority to JP2022580254A priority patent/JP7585577B2/ja
Priority to US18/024,440 priority patent/US20240030568A1/en
Priority to EP21892088.2A priority patent/EP4187267A4/en
Priority to CN202180046032.3A priority patent/CN115735126A/zh
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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 및 상기 배터리 셀들의 전압 센싱 및 전기적 연결을 위해 상기 셀 적층체의 전방 또는 후방에 배치되는 센싱 모듈을 포함하고, 상기 센싱 모듈은, 상기 셀 적층체의 전면 또는 후면을 커버하도록 형성되고, 상기 배터리 셀들의 전극 리드를 인출시킬 수 있는 복수 개의 리드 인출공들을 구비한 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수 개의 버스바들; 및 대응하는 상기 버스바에 탈부착 가능하게 마련된 복수 개의 센싱팁들을 구비하고 상기 메인 프레임에 부착되는 경성 재질의 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.

Description

전압 센싱 부품들의 조립 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{A battery module with improved assembly structure of voltage sensing components and A battery pack including the same}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀들의 전압 센싱을 위해 필요한 버스바, 센싱부재, 커넥터 등과 같은 전압 센싱 부품들의 조립 구조를 개선한 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기에너지를 화학에너지의 형태로 전환하고 충,방전 반복이 가능한 반영구적인 전지를 한 번 사용 후 재사용이 불가한 일차전지와 구분하여 이차전지라고 지칭한다.
이차전지로는 리튬이차전지, 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 납축전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 공기아연전지, 알칼리망간전지 등이 존재한다. 이들 중 납축전지와 리튬이차전지가 가장 활발히 상용화된 이차전지라 할 수 있다.
특히, 리튬이차전지는 에너지 저장밀도가 높고 경량화와 소형화가 가능하고 우수한 안전성, 낮은 방전률, 장수명과 같은 장점을 지니고 있어 최근 전기차 배터리로 활용이 활발하다. 참고로, 리튬이차전지는 제조형태에 따라 일반적으로 원통형, 각형, 파우치형으로 분류되고, 사용용도도 전기차 배터리 이외에도 ESS 배터리, 기타 전기장치 등에 걸쳐있다.
현재, 리튬이차전지 1개(셀)로는 전기차를 구동할 수 있을 만큼의 충분한 출력을 얻을 수 없다. 전기차의 에너지원으로 이차전지를 적용하기 위해서는 복수 개의 리튬이온 전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성해야 하며, 통상 직렬 형태로 상기 배터리 모듈들을 연결하고 이를 기능적으로 유지해주는 BMS(Battery Management System)와 냉각 시스템, BDU(Battery Disconnection Unit), 하네스 와이어 등을 포함한 배터리 팩을 구성한다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 파우치형 이차전지 셀로 배터리 모듈을 구성할 경우, 이차전지 셀들의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위해 배터리 모듈의 전면부 또는 전면부와 후면부에 위치해 있는 버스바(3)들에 파우치형 이차전지 셀의 전극 리드(1a,1b)를 용접한다.
그리고 상기 이차전지 셀들의 전압 센싱을 위해 각 버스바(3)에 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 5)가 연결된다. 이차전지 셀들의 전압 정보는 FPCB(5)에 실장된 커넥터(7)를 통해 BMS(미도시)로 전송되고, BMS는 이를 기초로 각 이차전지 셀들의 상태를 모니터하고 충방전을 제어한다.
그런데 종래 기술에 따른 배터리 모듈의 경우, 버스바(3)들에 FPCB(5)를 연결할 때 각 FPCB의 센싱단자(5a)와 대응하는 각 버스바(3)를 레이저 용접하고 있는데, 용접 불량으로 많이 발생하고 용접 품질 관리도 쉽지 않다. FPCB의 경우 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board)에 비해 고가인데 위와 같이 조립과정에서 용접 불량으로 폐기되는 경우가 많다. 또한, 커넥터의 경우에도 커넥터 핀을 FPCB 상에 솔더링하여 실장하고 있는데, 커넥터 실장 공정 역시 쉽지 않은 작업이며 커넥터 핀을 솔더링해 FPCB에 실장한 커넥터는 충격이나 진동에 약하다는 지적을 많이 받고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전압 센싱을 위한 버스바, 센싱부재, 커넥터 간의 조립 구조가 종래보다 용이하고 견고한 배터리 모듈을 제공하는데 일 목적이 있다.
이외 본 발명의 기술적 과제들은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이하의 설명, 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 및 상기 배터리 셀들의 전압 센싱 및 전기적 연결을 위해 상기 셀 적층체의 전방 또는 후방에 배치되는 센싱 모듈을 포함하고, 상기 센싱 모듈은, 상기 셀 적층체의 전면 또는 후면을 커버하도록 형성되고, 상기 배터리 셀들의 전극 리드를 인출시킬 수 있는 복수 개의 리드 인출공들을 구비한 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수 개의 버스바들; 및 대응하는 상기 버스바에 탈부착 가능하게 마련된 복수 개의 센싱팁들을 구비하고 상기 메인 프레임에 부착되는 경성 재질의 인쇄회로기판을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 메인 프레임은, 각 상기 버스바에 대응하는 형상으로 음각된 버스바 장착부; 및 상기 버스바 장착부의 상부 영역 구비되고 상기 인쇄회로기판에 대응하는 형상으로 음각된 기판 장착부를 구비할 수 있다.
상기 복수 개의 센싱팁들은, 각각 상기 인쇄회로기판에 솔더링되는 베이스부; 및 상기 베이스부에서 소정 길이만큼 연장 형성되고, 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 버스바에 접촉 또는 접촉해제시킬 수 있게 마련된 연결부를 구비할 수 있다.
상기 연결부는 절곡된 끝단부를 구비하고, 상기 버스바는 상기 연결부의 끝단부가 억지 끼움 결합되게 마련된 슬릿을 구비할 수 있다.
상기 연결부의 끝단부는, 볼록 패턴으로 형성된 비드를 하나 이상 구비할 수 있다.
상기 버스바는 상기 리드 인출공의 외곽을 둘러싸는 틀 형태로 마련될 수 있다.
상기 센싱 모듈은, 상기 인쇄회로기판의 가장자리에 직접 접속하게 마련된 다이렉트 커넥터를 더 포함할 수 있다.
상기 다이렉트 커넥터는, 상기 인쇄회로기판의 일면에 접촉하는 상판부와, 상기 인쇄회로기판의 타면에 접촉하는 하판부를 구비하고 상기 인쇄회로기판의 가장자리에 물리도록 마련된 커넥터 하우징;과, 상기 커넉테 하우징 속에 구비되고 상기 인쇄회로기판의 표면에 구비되는 도체선들에 접촉하게 마련된 커넥터 터미널들을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판의 가장자리 일부분과 상기 메인 프레임의 전면 사이에는, 상기 커넥터 하우징을 접속시킬 수 있게, 빈 공간이 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전압 센싱을 위한 버스바, 센싱부재, 커넥터 간의 조립 구조가 종래보다 용이하고 견고한 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명은, 센싱부재로서 경성 인쇄회로기판을 사용하고 상기 경성 인쇄회로기판의 센싱팁을 버스바에 억지 끼움방식으로 탈부착할 수 있게 이루어져 있어 센싱팁과 버스바의 조립이 용이하며 필요시 리웍(re-work)도 가능하다.
또한, 본 발명은 커넥터를 실장하지 않고 경성 인쇄회로기판에 기계적으로 물리는 조립 구조로 이루어져 있어 종래보다 용이하고 견고하게 커넥터를 경성 인쇄회로기판에 조립할 수 있다.
본 발명의 효과들은 하기의 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 모듈의 전면 일부를 나타난 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 센싱 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱팁과 버스바의 연결 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱팁과 버스바의 연결 후 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 부분 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경성 인쇄회로기판과 커넥터의 조립 구조를 확대한 도면이다.
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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 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.
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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 센싱 모듈의 분해 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(100), 센싱 모듈(200), 전방 커버(300)와 후방 커버(400)를 포함한다.
셀 적층체(100)는 배터리 셀(110)들로 이루어진 집합체라 할 수 있다. 예컨대, 셀 적층체(100)는 배터리 셀(110)들을 각각 상하 방향으로 세우고 좌우 방향으로 적층해서 형성한 것일 수 있다. 여기서 상기 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀(110)을 의미한다. 본 실시예의 배터리 셀(110)은 양극 리드와 음극 리드가 반대편에 위치한 양방향 리드 타입의 파우치형 배터리 셀(110)이다.
상기 파우치형 배터리 셀(110)은 전극 조립체, 전해액 그리고 이들을 패키징하기 위한 파우치 외장재를 포함한다. 상기 전극 조립체는 양극판-분리막-음극판 구조가 반복된 적층체로 이루어지고 각 양극판과 각 음극판은 전극 탭을 구비한다. 파우치 외장재의 내부에서 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드(111)와 연결되고 상기 전극 리드(111)가 파우치 외장재의 외부로 연장 배치됨으로써, 배터리 셀(110)의 전극 단자로 기능한다.
파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액을 밀봉 수납하기 위한 것으로서, 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속 박막, 이를테면 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 상기 알루미늄 박막은, 전기 절연성 확보를 위해 절연물질로 형성된 절연층과 내부 접착층 사이에 개재될 수 있다.
센싱 모듈(200)은 상기 셀 적층체(100)에서 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 위치한 전방과 후방에 장착된다.
상기 센싱 모듈(200)은 배터리 셀(110)들 간의 전기적 연결과 전압, 온도 센싱을 위한 구성으로서 메인 프레임(210), 복수 개의 버스바(220)들, 인쇄회로기판(230), 다이렉트 커넥터(240)를 포함한다.
메인 프레임(210)은 판상형 구조물로서 대략 셀 적층체(100)의 전면부(또는 후면부)에 대응한 면적을 갖고, 상기 셀 적층체(100)의 전면(또는 후면)을 커버할 수 있게 마련될 수 있다. 상기 메인 프레임(210)은 플라스틱과 같은 절연성 재질로 사출 성형으로 제작될 수 있다.
셀 적층체(100)의 전면부(또는 후면부)는 상기 메인 프레임(210)으로 커버될 수 있으며, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 상기 메인 프레임(210)에 형성되어 있는 복수 개의 리드 인출공(213)들을 통해 바깥쪽으로 빼내어져 대응하는 버스바(220)에 용접될 수 있다.
본 실시예에 따른 메인 프레임(210)은 전면에 버스바 장착부(211), 기판 장착부(212), 커넥터 접속부(O)를 구비한다. 이들은 후술할 버스바(220)와 센싱팁(231) 간의 연결과 분리, 경성 인쇄회로기판(230)의 안정적인 설치, 다이렉트 커넥터(240)의 접속 공간 확보 등을 위해 마련된 것이다.
상기 버스바 장착부(211)는 메인 프레임(210)의 중앙 영역에서 좌우 방향을 따라 구비되고, 장착할 버스바(220)의 형상에 대응하는 형상으로 음각된 형태로 마련된다. 즉, 버스바 장착부(211)는 그 넓이와 깊이가 버스바(220)의 넓이와 두께와 일치한다. 이러한 버스바 장착부(211)에 대응하는 각 버스바(220)를 끼워넣어 메인 프레임(210)의 표면과 버스바(220)의 표면 사이에 단차가 발생하지 않도록 한다. 다시 말하면, 버스바 장착부(211)에 버스바(220)를 개재했을 때, 상기 버스바(220)가 메인 프레임(210)의 표면 밖으로 돌출되지 않도록 한다.
상기 기판 장착부(212)는 인쇄회로기판(230)을 조립할 장소로서 상기 버스바 장착부(211)의 윗쪽 또는 아랫쪽에 구비될 수 있다. 본 실시예는 기판 장착부(212)가 버스바 장착부(211)의 바로 윗쪽에 형성되어 있다. 이러한 기판 장착부(212)는 상기 인쇄회로기판(230)에 대응하는 형상으로 음각된 형태로 마련된다. 즉, 기판 장착부(212)는 그 넓이와 깊이가 상기 인쇄회로기판(230)의 넓이와 두께와 일치한다. 전술한 버스바 장착부(211)와 같이, 상기 기판 장착부(212)에 인쇄회로기판(230)을 개재하여 메인 프레임(210)의 표면과 인쇄회로기판(230)의 표면 사이에 단차가 발생하지 않도록 한다. 상기 인쇄회로기판(230)을 기판 장착부(212)에 개재할 때, 볼트(B)를 사용하거나 볼트 대신 접착제나 접착테이프를 사용하여 고정할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 버스바(220)의 표면과 인쇄회로기판(230)의 표면이 동일 평면상에 놓이게 된다. 이 경우, 버스바(220)와 센싱팁(231)의 연결이 용이해질 수 있다. 이에 대한 자세하 설명은 후술하기로 한다.
커넥터 접속부(O)는 기판 장착부(212)의 가장자리 일 영역을 함몰 형성한 곳이다. 상기 커넥터 접속부(O)를 마련함으로써, 인쇄회로기판(230)의 가장자리와 메인 프레임(210) 사이에 공간이 확보될 수 있고, 상기 공간을 통해 다이렉트 커넥터(240)를 인쇄회로기판(230)의 가장자리에 물리는 방식으로 접속시킬 수 있다.
한편, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 기계적 강성이 부족하기 때문에 배터리 셀(110)들의 안정적인 전기적 연결을 위해 버스바(220)가 사용된다. 이러한 버스바(220)는 구리, 알루미늄 또는 이들을 접합한 클래드(clad) 금속으로 제작될 수 있다.
복수 개의 버스바(220)들은 상기 메인 프레임(210)의 기판 장착부(212)에 형합하게 끼워 넣어져 고정될 수 있다. 도시하지 않았으나, 버스바(220)의 고정을 위해 접착제, 후크, 볼트 등이 추가로 사용될 수도 있다.
본 실시예의 경우, 셀 적층체(100)의 전방 메인 프레임(210)에 6개의 버스바(220)들이 등 간격으로 배치되고 셀 적층체(100)의 후방 메인 프레임(210)에 5개의 버스바들(미도시)이 등 간격으로 배치된다. 상기 버스바(220)는 직선형 막대 형태, U자 형태, 사각 틀 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이들 중 사각 틀 형태의 버스바(220)는 리드 인출공(213)의 외곽을 둘러싸도록 메인 프레임(210)에 장착하여, 상기 리드 인출공(213)에서 전극 리드(111)들을 빼낸 후 상기 전극 리드(111)들 중 일부는 사각 틀의 왼쪽 영역에 용접하고, 나머지는 사각 틀의 오른쪽 영역에 용접할 수 있어 많은 수의 전극 리드(111)를 용접해야 할 때 용이하다.
이에 본 실시예는 상기 사각 틀 형태의 버스바(220)들을 사용한다. 상기 버스바(220)들 중 2개를 배터리 모듈의 양극 터미널과 음극 터미널로 겸용한다. 이를 위해 전방 메인 프레임(210)에서 최외측에 배치된 버스바(220)인 1번째 버스바(220)와 6번째 버스바(220)는 각각 양극 터미널(T1)과 음극 터미널(T2) 형상이 추가되어 있다.
위와 같은 버스바(220) 구성으로, 상기 전방 메인 프레임(210)의 1번째 버스바(220)에 1번 그룹의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들을 용접하고, 상기 1번 그룹의 배터리 셀(110)들의 음극 리드들은 2번 그룹의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들과 함께 상기 후방 메인 프레임(210)의 1번째 버스바(220)에 용접한다. 그 다음, 상기 2번 그룹의 배터리 셀(110)들의 음극 리드들과 3번 그룹의 배터리 셀(110)들의 양극 리드들을 함께 상기 전방 메인 프레임(210)의 2번째 버스바(220)에 용접한다. 이 같은 패턴으로 마지막 그룹의 배터리 셀(110)들의 음극 리드들을 전방 메인 프레임(210)의 6번째 버스바(220)에 용접한다. (여기서 N번 그룹의 배터리 셀(110)들이란 하나 이상의 배터리 셀(110)들의 묶음을 의미한다.) 이 경우, 상기 셀 적층체(100)를 이루는 모든 배터리 셀(110)들은 상기 복수 개의 버스바(220)들을 매개로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 배터리 셀(110)들은 그룹 내지 묶음 단위로 상기 버스바(220)를 매개로 직렬 연결된다. 이 경우, 각 버스바(220)에서의 전압을 측정하면 직렬 연결된 각 배터리 셀(110)들의 전압을 알 수 있다.
인쇄회로기판(230)은 상기 각 버스바(220)에서의 전압을 센싱하기 위한 센싱부재로 사용될 수 있다. 인쇄회로기판(230)은 배터리 모듈 내에서 작은 공간을 차지하면서 많은 수의 신호나 전원을 전달할 수 있어 전압 센싱부재로서 활용도가 높다.
종래에는 3차원 배선이 가능한 연성인쇄회로기판(FPCB)이 센싱부재로 많이 사용되고 있는데, 상기 연성인쇄회로기판(FPCB)은 충격에 약하고 단가가 높으며, 배경기술에 언급한 바와 있듯이, 버스바(220)에 연결시 레이저 용접을 수행해야 하는 문제점이 있다. 이에 본 발명은 연성인쇄회로기판(FPCB) 대신 메인 프레임(210)에 견고하게 부착할 수 있는 경성재질의 인쇄회로기판(230)(Rigid PCB)을 사용한다.
도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 경성재질의 인쇄회로기판(230)은 버스바(220)에 탈부착 가능하게 마련된 복수 개의 센싱팁(231)들과, 각 상기 센싱팁(231)의 신호를 전송하기 위한 도체선(232)들을 구비하고 기판 장착부(212)에 고정되게 부착될 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(230)이 경성재질이므로 볼트(B)를 사용해 기판 장착부(212)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
상기 복수 개의 센싱팁(231)들은, 각각 상기 인쇄회로기판(230)에 솔더링되는 베이스부(231a) 및 상기 베이스부(231a)에서 소정 길이만큼 연장 형성되고, 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 버스바(220)에 접촉 또는 접촉해제시킬 수 있게 마련된 연결부(231b)를 구비할 수 있다.
또한, 연결부(231b)는 도 5에 도시한 바와 같이, 대략 90도 각도로 절곡된 끝단부(231c)를 구비한다. 그리고 버스바(220)는 두께 방향으로 소정 깊이만큼 절개되어 형성된 슬릿(221)을 구비한다. 여기서, 상기 슬릿(221)은 센싱팁(231)을 회전시켰을 때, 연결부(231b)의 끝단부(231c)가 들어갈 수 있는 위치에 형성된다.
상기 구성들에 의하면, 도 6과 같이, 메인 프레임(210)에 버스바(220)와 인쇄회로기판(230)을 각각 부착한 상태에서 센싱팁(231)의 연결부(231b)를 회전시켜, 상기 연결부(231b)의 끝단부(231c)를 버스바(220)의 슬릿(221) 속에 억지 끼움 결합시킬 수 있다.
전술한 바 있듯이, 버스바(220)의 표면과 인쇄회로기판(230)의 표면은 동일 평면상에 놓일 수 있게 버스바(220)와 인쇄회로기판(230)이 각각 버스바 장착부(211)와 기판 장착부(212)에 배치된다. 따라서 상기 센싱팁(231)의 연결부(231b)를 회전시켜 버스바(220)의 슬릿(221)에 연결부(231b)의 끝단부(231c)를 삽입시켰을 때 연결부(231b)의 나머지 부분은 버스바(220)의 표면에 나란하게 밀착될 수 있다.
또한, 센싱팁(231)은 상기 연결부(231b)의 끝단부(231c)에 볼록 패턴으로 형성된 비드(231d)를 하나 이상 구비할 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 센싱팁(231)은 연결부(231b)의 끝단부(231c)에 요철 내지 볼록 패턴의 비드(231d)를 구비한다. 버스바(220)의 슬릿(221)에 상기 연결부(231b)의 끝단부(231c)가 들어갈 때, 상기 비드(231d) 부분이 슬릿(221)의 내벽면에 부딪혀 압축되면서 들어간다. 이 경우, 비드(231d)의 복원력이 작용해 슬릿(221)의 내벽면과 비드(231d)의 접촉이 강하게 유지될 수 있다.
또한, 상기 연결부(231b)의 끝단부(231c)의 끝단을 상기 슬릿(221)의 바깥쪽에 걸 수 있게 고리(231e) 형상으로 구성하여 연결부(231b)가 상기 슬릿(221)에서 쉽게 빠지지 않도록 할 수 있다.
이 같은 구성으로, 센싱팁(231)과 버스바(220)를 연결할 경우, 센싱팁(231)과 버스바(220)를 레이저 용접하는 것에 비해, 연결 작업이 쉽고 빠르게 진행될 수 있으며 필요 시 분리할 수 있음으로 버스바(220) 또는 인쇄회로기판(230) 중 어느 하나만을 교체하는 것도 가능하다.
다이렉트 커넥터(240)는 인쇄회로기판(230)의 센싱팁(231)들로 센싱한 배터리 셀(110)들의 전압 정보를 BMS(미도시)에 전송하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다이렉트 커넥터(240)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(230)의 가장자리에 직접 접속할 수 있게 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 다이렉트 커넥터(240)는 상기 인쇄회로기판(230)에 끼워져 물릴 수 있게 마련되는 커넥터 하우징과, 상기 커넥터 하우징의 내부에 구비되는 복수 개의 커넥터 터미널들과 상기 복수 개의 커넥터 터미널들과 일대일로 연결되고 외부로 연장되는 복수 개의 케이블(244)들을 포함할 수 있다.
커넥터 하우징은 커넥터 터미널들의 수용 공간을 형성하는 상판부(241a)와 하판부(241b) 그리고 인쇄회로기판(230)에 대한 락킹 수단을 형성하는 래치부(242)와 기판 홀딩리드(243)를 포함한다.
상판부(241a)와 하판부(241b)는 커넥터 하우징의 몸체를 형성하는 부분이라 할 수 있다. 상기 상판부(241a)와 하판부(241b)는 인쇄회로기판(230)의 가장자리에 소정 깊이까지 끼워지도록 앞쪽 부분이 적어도 인쇄회로기판(230)의 두께만큼 상호 간 이격되고, 뒷쪽 부분은 하나의 몸체를 형성하도록 서로 연결되어 있다.
상기 커넥터 하우징을 인쇄회로기판(230)의 가장자리에 접속시키면, 상판부(241a)의 앞쪽은 상기 인쇄회로기판(230)의 전면에 접촉하고 하판부(241b)의 앞쪽은 상기 인쇄회로기판(230)의 후면에 접촉하며, 추가로 래치부(242)와 기판 홀딩리드(243)가 인쇄회로기판(230)에 결합되어 다이렉트 커넥터(240)의 유동이 방지될 수 있다. 상기 상판부(241a)와 하판부(241b)의 뒷쪽 부분에는 커넥터 터미널들을 개별적으로 삽입시킬 수 있는 삽입공들이 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상기 인쇄회로기판(230)의 가장자리 일부분과 상기 메인 프레임(210)의 전면 사이에 빈 공간이 마련되어 있다. 상기 빈 공간은 전술한 메인 프레임(210)의 커넥터 접속부(O)에 해당한다. 다이렉트 커넥터(240)는 상기 빈 공간에 커넥터 하우징의 하판부(241b)가 배치될 수 있어 메인 프레임(210)의 상단에 간섭받지 않고 인쇄회로기판(230)의 가장자리에 접속될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 경성 인쇄회로기판(230)의 센싱팁(231)을 버스바(220)에 억지 끼움방식으로 탈부착할 수 있게 이루어져 있어 센싱팁(231)과 버스바(220)의 조립이 용이하며 필요시 리웍(re-work)도 가능하다. 또한, 다이렉트 커넥터(240)를 인쇄회로기판(230)에 기계적으로 물리는 조립 구조로 이루어져 있어 커넥터의 설치가 종래보다 견고하고 용이하다는 장점을 갖고 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 케이스, 각 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 마스터 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 상기 자동차는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
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 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100 : 셀 적층체 110 : 배터리 셀
111 : 전극 리드 200 : 센싱 모듈
210 : 메인 프레임 211 : 버스바 장착부
212 : 기판 장착부 213 : 리드 인출공
220 : 버스바 221 : 슬릿
230 : 인쇄회로기판 231 : 센싱팁
231a : 베이스부 231b: 연결부
231c : 끝단부 231d: 비드
240 : 다이렉트 커넥터 241a : 상판부
241b : 하판부 242 : 래치부

Claims (10)

  1. 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 및
    상기 배터리 셀들의 전압 센싱 및 전기적 연결을 위해 상기 셀 적층체의 전방 또는 후방에 배치되는 센싱 모듈을 포함하고,
    상기 센싱 모듈은,
    상기 셀 적층체의 전면 또는 후면을 커버하도록 형성되고, 상기 배터리 셀들의 전극 리드를 인출시킬 수 있는 복수 개의 리드 인출공들을 구비한 메인 프레임;
    상기 메인 프레임 상에 일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수 개의 버스바들; 및
    대응하는 상기 버스바에 탈부착 가능하게 마련된 복수 개의 센싱팁들을 구비하고 상기 메인 프레임에 부착되는 경성 재질의 인쇄회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프레임은,
    각 상기 버스바에 대응하는 형상으로 음각된 버스바 장착부; 및
    상기 버스바 장착부의 상부 영역 구비되고 상기 인쇄회로기판에 대응하는 형상으로 음각된 기판 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 센싱팁들은, 각각
    상기 인쇄회로기판에 솔더링되는 베이스부; 및
    상기 베이스부에서 소정 길이만큼 연장 형성되고, 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 버스바에 접촉 또는 접촉해제시킬 수 있게 마련된 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결부는 절곡된 끝단부를 구비하고,
    상기 버스바는 상기 연결부의 끝단부가 억지 끼움 결합되게 마련된 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결부의 끝단부는, 볼록 패턴으로 형성된 비드를 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 리드 인출공의 외곽을 둘러싸는 틀 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 모듈은, 상기 인쇄회로기판의 가장자리에 직접 접속하게 마련된 다이렉트 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다이렉트 커넥터는,
    상기 인쇄회로기판의 일면에 접촉하는 상판부와, 상기 인쇄회로기판의 타면에 접촉하는 하판부를 구비하고 상기 인쇄회로기판의 가장자리에 물리도록 마련된 커넥터 하우징;과, 상기 커넉테 하우징의 내부에 구비되고 상기 인쇄회로기판의 표면에 구비되는 도체선들에 접촉하게 마련된 커넥터 터미널들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 가장자리 일부분과 상기 메인 프레임의 전면 사이에는, 상기 커넥터 하우징을 접속시킬 수 있게, 빈 공간이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
KR1020200149664A 2020-11-10 2020-11-10 전압 센싱 부품들의 조립 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Ceased KR20220063613A (ko)

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