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KR20220114913A - 커넥터의 효율적인 레이아웃을 위한 버스바 프레임을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩. - Google Patents

커넥터의 효율적인 레이아웃을 위한 버스바 프레임을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩. Download PDF

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KR20220114913A
KR20220114913A KR1020210018519A KR20210018519A KR20220114913A KR 20220114913 A KR20220114913 A KR 20220114913A KR 1020210018519 A KR1020210018519 A KR 1020210018519A KR 20210018519 A KR20210018519 A KR 20210018519A KR 20220114913 A KR20220114913 A KR 20220114913A
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connector
support plate
battery
battery module
battery cells
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Application number
KR1020210018519A
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English (en)
Inventor
안혁
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.)
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Publication date
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Priority to PCT/KR2022/001939 priority patent/WO2022173198A1/ko
Priority to CN202280006062.6A priority patent/CN116075975A/zh
Priority to EP22752958.3A priority patent/EP4199240A4/en
Priority to US18/024,378 priority patent/US20240106079A1/en
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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 미리 결정된 패턴으로 연결되는 버스바들; 상기 배터리 셀들의 전압을 센싱하기 위해 각 상기 버스바에 연결되는 센싱 유닛; 상기 센싱 유닛의 일측에 실장되는 커넥터 및 상기 셀 적층체의 측부를 커버하고 상기 버스바들을 전면에 부착할 수 있게 마련된 프레임 본체와, 상기 커넥터를 장착할 수 있게 마련된 커넥터 거치부를 구비하는 버스바 프레임을 포함하고, 상기 커넥터 거치부는 상기 커넥터가 상기 버스바들의 전방에 배치되도록 상기 프레임 본체의 상단에서 회전 가능하게 마련될 수 있다.

Description

커넥터의 효율적인 레이아웃을 위한 버스바 프레임을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩.{Battery module with a busbar frame for efficient lay-out of connector and battery pack including the same}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 모듈에서 배터리 셀들의 전압 센싱을 위한 커넥터의 공간 효율적인 레이아웃을 위한 배터리 모듈의 커넥터 배치 구조에 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 구성한다.
일예로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 파우치형 이차전지 셀로 배터리 모듈을 구성할 경우, 파우치형 이차전지 셀의 전극 리드(1a,1b)를 버스바(3)에 용접한다. 상기 버스바(3)는 배터리 모듈의 전면부 또는 전면부와 후면부에 위치하고, 이러한 버스바(3) 하나당 복수 개의 전극 리드(1a,1b)들이 용접됨으로써 이차전지 셀들이 직렬 및 병렬 연결된다.
배터리 모듈 내의 이차전지 셀들의 전압 정보는 각 버스바(3)에 연결된 센싱 유닛(5)과 상기 센싱 유닛(5)에 실장된 커넥터(2)를 통해 BMS(미도시)에 전달되고 BMS는 이를 기초로 각 이차전지 셀들의 상태를 모니터하여 이차전지 셀들의 충방전을 제어한다.
도면에 도시한 바와 같이, 센싱 유닛(5)은 FFC(Flat Flexible Cable) 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구성되고, 커넥터(2)는 이차전지 셀의 전극 리드(1a,1b)의 윗쪽 공간, 즉 버스바 프레임(4)의 상부 영역에 배치되고 있다.
그런데 근래에 들어 급속 충전에 대한 소비자의 요구사항이 커짐에 따라 전극 리드의 폭을 늘리는 방안이 검토되고 있으나, 전극 리드의 폭을 늘리면 전극 리드의 윗쪽 공간이 줄어들어, 도 1과 같이 커넥터(2)를 배치하기가 곤란해 진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 폭이 큰 전극 리드와 간섭되지 않으며, 셀 적층체의 상단보다 낮은 위치에 커넥터를 설치할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 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 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 미리 결정된 패턴으로 연결되는 버스바들; 상기 배터리 셀들의 전압을 센싱하기 위해 각 상기 버스바에 연결되는 센싱 유닛; 상기 센싱 유닛의 일측에 실장되는 커넥터 및 상기 셀 적층체의 측부를 커버하고 상기 버스바들을 전면에 부착할 수 있게 마련된 프레임 본체와, 상기 커넥터를 장착할 수 있게 마련된 커넥터 거치부를 구비하는 버스바 프레임을 포함하고, 상기 커넥터 거치부는 상기 커넥터가 상기 버스바들의 전방에 배치되도록 상기 프레임 본체의 상단에서 회전 가능하게 마련된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 커넥터는 상기 커넥터 거치부에 고정 장착되어 상기 프레임 본체의 전방에서 상기 셀 적층체의 최상단보다 아래에 배치될 수 있다.
상기 커넥터 거치부는, 상기 프레임 본체의 최상단에서 수평 방향으로 연장된 제1 지지판; 및 상기 제1 지지판의 끝단에 힌지 결합된 제2 지지판을 포함할 수 있다.
상기 프레임 본체는 상기 제1 지지판의 하부에 위치하고 상기 제1 지지판과 나란하게 전면으로부터 돌출 형성된 수평판을 구비하고, 상기 버스바들은 상기 수평판의 아래쪽에 상기 배터리 셀들의 배열 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 수평판은 상기 센싱 유닛에서 분기되는 센싱단자들을 수직 방향으로 통과시킬 수 있는 슬릿을 구비할 수 있다.
상기 수평판은 상기 제2 지지판이 상기 버스바들에 닿지 않게 상기 제2 지지판의 일면을 지지할 수 있는 길이만큼 돌출 형성될 수 있다.
상기 수평판은 끝단부에 볼 형상의 끼움부를 구비하고, 상기 제2 지지판은 상기 제1 지지판에 대해 90도 각도에서 상기 끼움부에 억지 끼움 결합되는 홈부를 구비할 수 있다.
상기 배터리 셀들은 파우치형 배터리 셀이며, 상기 배터리 셀의 전극 리드는 폭이 상기 셀 적층체의 높이대비 70%~90% 비율을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 셀 적층체의 일 측부에 전극 리드들과 간섭되지 않게 커넥터를 설치할 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 전극 리드의 폭 크기에 상관없이 셀 적층체의 측부에 커넥터를 용이하게 배치할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
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 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전압 센싱을 위한 커넥터의 배치 구조를 설명하기 위한 배터리 모듈의 일부분을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 버스바 프레임의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 커넥터 배치 구조를 나타낸 부분 확대도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임의 커넥터 거치부의 밴딩 전과 후를 나타낸 도면들이다.
도 8은 도 7에 대응하는 도면으로 커넥터 거치부의 변형예를 나타낸 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 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(10), 버스바(20), 센싱 유닛(30), 커넥터(40) 및 버스바 프레임(50)을 포함한다.
셀 적층체(10)는 배터리 셀(11)들로 이루어진 집합체라 할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)들은 각각 상하 방향으로 세워진 형태로 좌우 방향(±Y축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(10)를 형성할 수 있다. 상기 배터리 셀(11)들은 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향에 위치한 파우치형 배터리 셀(11)들이다.
상기 파우치형 배터리 셀(11)은 전극 조립체, 전해액 그리고 이들을 패키징하기 위한 파우치 외장재로 구성된다. 상기 전극 조립체는 양극판/분리막/음극판 스택 구조이고 양극판과 음극판에는 전극 탭이 구비되고, 하나 이상의 상기 전극 탭은 전극 리드(12)와 연결된다. 상기 전극 리드(12)는 파우치 외장재의 내부에서 외부로 연장되어 있어 배터리 셀(11)의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 여기서 전극 리드(12)는 양극 리드와 음극 리드를 통칭한 것이다.
상기 파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 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.
본 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(11)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 배터리 셀보다 전극 리드(12)의 폭(W)이 크게 형성된다. 예컨대, 본 실시예의 파우치형 배터리 셀(11)은 전극 리드(12)의 폭(W)이 셀 적층체(10)의 높이를 기준으로 70%~90% 비율로 형성될 수 있다. 이 같이, 전극 리드(12)의 폭을 늘리면 배터리 셀을 급속 충전시 발열을 감소시키는데 효과적이다.
상기 전극 리드(12)들을 미리 결정된 패턴으로 대응하는 버스바(20)에 연결하면 배터리 셀(11)들이 상호 직렬 또는 직렬 및 병렬 연결된다. 여기서 버스바(20)는 배터리 셀(11)들의 전기적인 연결을 가능하도록 하는 막대형의 전도체를 의미한다.
상기 버스바(20)는 복수 개이며, 배터리 셀(11)들의 적층 방향과 일치하는 방향을 따라 버스바 프레임(50)에 부착될 수 있다. 각 배터리 셀(11)의 전극 리드(12)는 버스바 프레임(50)의 개구(51a)를 통과하여 버스바 프레임의 앞쪽으로 인출되고, 상기 인출된 전극 리드(12) 부분은 벤딩 후 버스바(20)의 일면에 레이저 용접될 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(11)들의 적층 방향을 따라 어느 하나의 배터리 셀(11)을 N번 셀이라 하고, 그 다음이 순서대로 N+1, N+2...번 셀이라 하면, 상기 N, N+1,N+2... 번 셀은 극성이 엇갈리게 배치될 수 있다. 셀 적층체(10)의 전면부에 위치한 상기 N번 셀의 양극 리드와 N+1번 셀의 음극 리드를 하나의 버스바(20)에 포개어 용접하고, 셀 적층체(10)의 후면부에 위치한 상기 N+1번 셀의 양극 리드와 N+2 셀의 음극 리드를 다른 하나의 버스바(20)에 포개어 용접한다. 이와 같은 패턴으로 모든 배터리 셀(11)들의 전극 리드(12)들을 버스바(20)들에 용접하면 배터리 셀(11)들이 직렬 연결될 수 있다.
다른 예로서 연속한 2~3개의 배터리 셀(11)들을 하나의 모둠으로 하여 같은 모듬끼리는 극성이 같은 방향에 놓이게 배치하고 상기 하나의 모둠의 양극 리드들과 다른 하나의 모둠의 음극 리드들을 일체로 하나의 버스바(20)에 용접하는 패턴으로 배터리 셀들의 전극 리드(12)들을 버스바(20)에 연결하면 상기 배터리 셀(11)들을 직렬과 병렬로 연결할 수 있다.
센싱 유닛(30)은 직렬 연결된 배터리 셀(11)들의 노드 전압을 센싱하고 각 배터리 셀(11)의 전압 정보를 BMS(미도시, Battery Management System)에 전송하는 역할을 하는 구성요소이다. 상기 BMS는 상기 센싱 유닛(30)을 통해 배터리 셀(11)들의 상태를 모니터하고 배터리 셀(11)들의 충,방전을 제어하게 된다.
센싱 유닛(30)은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 또는 FFC(Flat Flexible Cable)과 같은 필름 케이블로 구현될 수 있다. FPCB는 베이스 필름 위에 동박 적층판을 배치하고 드라이 필름을 라미네이팅하여 노광, 현상 및 에칭 공정을 거쳐 일정 간격을 갖는 도체선들을 형성하고, 그 후 커버레이 필름을 접착하는 방식으로 제작될 수 있다. 그리고 FFC는 베이스 필름 위에 각 도체선들을 일정 간격으로 배열하고 그 위에 커버레이를 라미네이팅하는 방식으로 제작될 수 있다.
이러한 필름 케이블 형태의 센싱 유닛(30)은 도체선의 도전 성능이 뛰어나면서 도체선들 간의 절연이 하나의 절연필름으로 완벽히 확보되므로 최소의 부피로 많은 양의 신호 처리가 가능하다.
다시 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 센싱 유닛(30)은 상기 셀 적층체(10)의 상부에서 상기 셀 적층체(10)의 길이방향(±X축)으로 연장 배치되는 제1 파트(31)와 제1 파트(31)의 양단부에서 상기 셀 적층체(10)의 폭방향(±Y축)으로 연장되는 제2 파트(32) 그리고 제2 파트(32)에서 각 버스바(20)에 접촉할 수 있게 분기되는 센싱 단자(33)들을 포함한다.
커넥터(40)는 도면에 도시한 바와 같이 센싱 유닛(30)의 일측 단부에 실장될 수 있으며, 상기 커넥터(40)에 다른 케이블 커넥터(60)를 접속시켜 신호를 BMS(미도시)로 전송할 수 있다.
상기 셀 적층체(10)는 사각 관형의 모듈 케이스(미도시) 속에 수납될 수 있다. 통상 상기 모듈 케이스(미도시)는 상기 셀 적층체(10)의 부피에 거의 대응하는 내부 공간을 갖는다. 이 때문에 커넥터(40)가 상기 셀 적층체(10)의 상단보다 높은 곳에 있으면 셀 적층체(10)를 모듈 케이스에 넣을 때 커넥터(40)가 모듈 케이스의 입구 또는 내벽에 걸려 셀 적층체를 삽입하지 못할 수 있다.
이에 본 실시예에 따른 버스바 프레임(50)은 상기 커넥터(40)를 상기 셀 적층체(10)의 상단보다 낮은 곳에 안정적으로 고정시킬 수 있게 한다. 이하에서는 이러한 버스바 프레임(50)의 구성에 대해, 도 3 및 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 버스바 프레임(50)은 프레임 본체(51)와 커넥터 거치부(54)를 포함한다.
프레임 본체(51)는 배터리 셀(11)들의 전극 리드(12)들이 위치하는 셀 적층체(10)의 측부를 커버할 수 있는 크기를 갖는 판상체 형태로 제작한 사출 구조물이다. 상기 프레임 본체(51)의 전면에 버스바(20)들이 부착될 수 있으며, 각 버스바(20)를 기준으로 상기 각 버스바(20)의 양옆에 전극 리드(12)를 빼낼 수 있는 개구(51a)들이 프레임 본체(51)에 구비될 수 있다.
상기 프레임 본체(51)는 셀 적층체(10)의 측부 전체를 커버할 수 있게 된다. 따라서 프레임 본체(51)의 높이가 거의 셀 적층체(10)의 높이와 같게 마련되고 커넥 거치부(54)는 이러한 프레임 본체(51)의 상단에 마련될 수 있다. 도 5와 같이, 상기 커넥터 거치부(54)는 커넥터(40)를 지지하기 위한 구성이므로 커넥터(40)를 안착시킬 수 있는 사이즈면 충분하다. 본 실시예는 커넥터 거치부(54)가 프레임 본체(51)의 상단 중앙에 구비되어 있지만, 필요에 따라서는 상단 중앙이 아닌 다른 곳에 구비되도록 설계 변경될 수도 있다.
상기 커넥터 거치부(54)의 아랫쪽 공간은 온전히 버스바(20)와 전극 리드(12)를 배치하기 위한 공간으로 활용될 수 있다. 즉, 상기 프레임 본체(51)의 대부분의 면적은 전극 리드(12)의 폭을 충분히 크게 확대하고, 이에 맞는 사이즈의 버스바(20)들을 배치하기 위한 공간으로 활용될 수 있다.
커넥터 거치부(54)는 커넥터(40)를 고정되게 설치하기 위한 부분으로서, 상기 커넥터(40)를 장착한 상태에서 상기 프레임 본체(51)의 상단에서 하부 방향으로 회전시킬 수 있게 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 커넥터 거치부(54)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 프레임 본체(51)의 최상단에서 수평 방향으로 연장된 제1 지지판(55)과, 상기 제1 지지판(55)의 끝단에 힌지 결합된 제2 지지판(56)으로 구성될 수 있다.
상기 제2 지지판(56)에 커넥터(40)를 장착하고, 상기 제2 지지판(56)을 제1 지지판(55)의 끝단에 대해 90도로 각도 회전시킴으로써, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 커넥터(40)가 프레임 본체(51)의 전방에서 셀 적층체(10)의 최상단보다 아래에 배치되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 버스바(20)및 폭이 큰 전극 리드(12) 뿐만 아니라 커넥터(40)까지 셀 적층체(10)의 측부에 공간 효율적으로 배치되고, 전술한 바와 같이, 셀 적층체(10)를 모듈 케이스 속에 삽입할 때 커넥터(40)가 모듈 케이스의 내벽에 충돌하게 되는 일이 일어날 염려가 없다.
본 실시예에 따른 버스바 프레임(50)은 프레임 본체(51)에 수평판(52)을 더 구비한다. 상기 수평판(52)은 상기 제1 지지판(55)의 하부에 위치하고 상기 제1 지지판(55)과 나란하게 프레임 본체(51)의 전면에서 돌출 형성될 수 있다. 버스바(20)들은 상기 수평판(52)의 아래쪽에 배터리 셀(11)들의 배열 방향을 따라 배열될 수 있다.
이러한 수평판(52)은, 제2 지지판(56)의 회전시, 제2 지지판(56)이 버스바(20)들에 접촉하지 않도록 상기 제2 지지판(56)의 일면을 지지할 수 있는 길이만큼 돌출 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 수평판(52)은 제2 지지판(56)이 제1 지지판(55)에 대해 90도를 이룰 때, 상기 제2 지지판(56)과 접촉하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 수평판(52)은 센싱 유닛(30)에서 분기되는 센싱 단자(33)들을 수직 방향으로 통과시킬 수 있는 슬릿(O)을 구비한다. 상기 슬릿(O)은 센싱 단자(33)를 겨우 끼워 넣을 수 있는 크기로 형성된다. 이 경우, 센싱 단자(33)들은 슬릿(O)을 통해 수평판(52)의 위에서 아래로 배치되고, 프레임 본체(51)의 판면에 대해 들뜨지 않고 밀착될 수 있다. 그리고 상기 센싱 단자(33)들은 각각 대응하는 버스바(20)의 상단부에 예컨대, 레이저 용접, 본딩 등의 방식으로 고정될 수 있다.
이어서, 도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 커넥터 거치부(54)의 사용예를 부연 설명하기로 한다.
버스바(20)에 전극 리드(12) 및 센싱 단자(33)를 용접할 때, 커넥터(40)가 버스바(20)의 전방에 있으면, 조립 작업에 방해가 된다. 따라서 먼저, 도 6과 같이, 제2 지지판(56)을 제1 지지판(55)에 대해 수평한 상태로 고정시켜 놓고 버스바(20)에 전극 리드(12)와 센싱 단자(33)를 연결하는 작업을 한다. 이때, 각도 조절 가능한 힌지를 사용하면 상기 제2 지지판(56)을 제1 지지판(55)에 대해 수평하게 고정시킬 수 있다.
그 다음, 상기 버스바(20)에 전극 리드(12)와 센싱 단자(33)를 연결하는 작업을 한 후, 도 7과 같이, 커넥터(40)가 셀 적층체(10)의 최상단보다 아래에 위치하도록 제2 지지판(56)을 회전시키면 된다. 본 실시예는 상기 제2 지지판(56)이 90도 각도에서 수평판(52)의 끝단과 접촉하게 구성되어 있어, 제2 지지판(56)이 배터리 셀(11)의 전극 리드(12)와 충돌하지 않게 막을 수 있다.
한편, 상기 구성의 변형예로서, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 수평판(52)은 끝단부에 볼 형상의 끼움부(52a)를 구비하고, 상기 제2 지지판(56)은 상기 제1 지지판(55)에 대해 90도 각도에서 상기 끼움부(52a)에 억지 끼움 결합되는 홈부(56a)를 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 변형예에 따른 구성에 의하면, 제2 지지판(56)이 수평판(52)에 고정됨으로써 충격이나 진동에도 제2 지지판(56)의 유동이 억제될 수 있다. 따라서 본 변형예에 의하면, 배터리 모듈이 충격이나 진동이 지속적으로 가해지는 조건 속에 사용되더라도 전술한 실시예보다 커넥터(40)의 고정이 안정적일 수 있다.
이상과 같이, 설명한 본 발명의 배터리 모듈의 구성에 의하면, 큰 폭의 전극 리드(12) 및 버스바(20)들 뿐만 아니라 전압 센싱을 위한 커넥터(40)를 서로 간섭되지 않게 버스바 프레임(50)의 전방 영역에 공간 효율적으로 배치할 수 있다.
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.
10 : 셀 적층체 11 : 배터리 셀
12 : 전극 리드 20 : 버스바
30 : 센싱 유닛 31 : 제1 파트
32 : 제2 파트 33 : 센싱 단자
40 : 커넥터 50 : 버스바 프레임
51 : 프레임 본체 52 : 수평판
52a : 끼움부 54 : 커넥터 거치부
55 : 제1 지지판 56 : 제2 지지판
56a : 홈부

Claims (10)

  1. 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 배터리 셀들의 전극 리드들과 미리 결정된 패턴으로 연결되는 버스바들;
    상기 배터리 셀들의 전압을 센싱하기 위해 각 상기 버스바에 연결되는 센싱 유닛;
    상기 센싱 유닛의 일측에 실장되는 커넥터 및
    상기 셀 적층체의 측부를 커버하고 상기 버스바들을 전면에 부착할 수 있게 마련된 프레임 본체와, 상기 커넥터를 장착할 수 있게 마련된 커넥터 거치부를 구비하는 버스바 프레임을 포함하고,
    상기 커넥터 거치부는 상기 커넥터가 상기 버스바들의 전방에 배치되도록 상기 프레임 본체의 상단에서 회전 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 커넥터 거치부에 고정 장착되어 상기 프레임 본체의 전방에서 상기 셀 적층체의 최상단보다 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 거치부는,
    상기 프레임 본체의 최상단에서 수평 방향으로 연장된 제1 지지판; 및
    상기 제1 지지판의 끝단에 힌지 결합된 제2 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레임 본체는 상기 제1 지지판의 하부에 위치하고 상기 제1 지지판과 나란하게 전면으로부터 돌출 형성된 수평판을 구비하고,
    상기 버스바들은 상기 수평판의 아래쪽에 상기 배터리 셀들의 배열 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수평판은 상기 센싱 유닛에서 분기되는 센싱 단자들을 수직 방향으로 통과시킬 수 있는 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수평판은 상기 제2 지지판이 상기 버스바들에 닿지 않게 상기 제2 지지판의 일면을 지지할 수 있는 길이만큼 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수평판은 끝단부에 볼 형상의 끼움부를 구비하고, 상기 제2 지지판은 상기 제1 지지판에 대해 90도 각도에서 상기 끼움부에 억지 끼움 결합되는 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 파우치형 배터리 셀이며,
    상기 배터리 셀의 전극 리드는 폭이 상기 셀 적층체의 높이대비 70%~90% 비율을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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