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KR20240072713A - 상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법 - Google Patents

상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법 Download PDF

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KR20240072713A
KR20240072713A KR1020220154630A KR20220154630A KR20240072713A KR 20240072713 A KR20240072713 A KR 20240072713A KR 1020220154630 A KR1020220154630 A KR 1020220154630A KR 20220154630 A KR20220154630 A KR 20220154630A KR 20240072713 A KR20240072713 A KR 20240072713A
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KR
South Korea
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bus bar
bar frame
battery module
electrode leads
assembly
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Pending
Application number
KR1020220154630A
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English (en)
Inventor
문지선
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 EP23889854.8A priority patent/EP4421967A4/en
Priority to US18/716,907 priority patent/US20250038366A1/en
Priority to PCT/KR2023/013533 priority patent/WO2024106709A1/ko
Priority to JP2024521764A priority patent/JP2025501672A/ja
Priority to CN202380014457.5A priority patent/CN118369815A/zh
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Abstract

본 발명은 상하단 분리형 버스바프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 배터리 셀들의 적어도 일측에 배치되며 분리 및 결합이 가능한 상단 버스바프레임 및 하단 버스바프레임으로 이루어지는 버스바프레임과 복수의 배터리 셀들의 전극리드들을 관통시키는 복수의 관통부 및 복수의 관통부에 대향하여 배치되며 복수의 전극리드들과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 상단 및 하단 분리형 버스바프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법 {Battery module including busbar frame separated from top and bottom and assembly method having the same}
본 발명은 상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 셀의 전극리드를 버스바프레임에 구비된 슬릿에 용이하게 삽입하기 위한 상단 및 하단으로 분리가 가능한 버스바프레임과 상단 및 하단으로 분리된 버스바프레임을 통해 배터리 모듈을 조립하는 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차 배터리에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차 배터리는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
이차 배터리는 전극 조립체의 구조에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형 이차 배터리로 구분되는데, 그 중 파우치형 이차 배터리는 고용량, 고밀도의 이차 배터리를 얻을 수 있고, 저렴한 제조비용, 작은 중량, 다양한 형상을 가질 수 있다는 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이러한 파우치형 이차 배터리(이하 '배터리 셀'이라 함)는 충방전 및 안정화하는 활성화 공정 과정에서 셀 내부의 전극과 분리막의 접착력 차이가 발생하게 되고, 이로 인해 전극리드가 휘거나 처지는 벤딩 현상이 발생하기도 한다
이로 인해 배터리 모듈을 조립하기 위해 변형된 전극리드를 버스바프레임의 슬릿에 쉽게 삽입할 수 없고, 특히 복수의 전극리드가 일정하게 배열되지 않으면 조립 과정에서 일일이 수작업으로 재배열하여 슬릿에 삽입해야 하는 문제점이 발생한다.
이와 관련하여 특허문헌 1은 버스바프레임의 하단부에 가이드 홈을 구비하여 배터리 셀의 전극리드를 버스바프레임에 용이하게 삽입하기 위한 수단을 개시하고 있다.
도 1은 종래기술인 특허문헌 1에 따른 배터리 셀의 조립을 용이하게 하기 위한 가이드 홈을 구비한 버스바프레임의 구조를 나타낸 도면으로, 도 1을 참조하면, 버스바프레임의 하부에 표시된 'A' 부분은 폭이 좁아지는 하나의 가이드 홈으로, 배터리 셀의 하측 단부에 형성된 돌출부를 버스바프레임에 구비된 슬릿에 용이하게 삽입하기 위한 통로 역할을 수행한다. 하지만, 돌출부를 가이드하기 위한 가이드 홈이 버스바프레임의 하부에 불필요하게 연장되어야 하는 문제점을 안고 있다.
또한 배터리프레임의 조립과정에서 일정한 위치를 벗어난 전극리드를 배터리프레임의 슬릿에 삽입하는 것은 여전히 어려운 문제점이다.
한국공개특허공보 제2022-0109031호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 배터리 셀의 전극리드를 쉽게 삽입할 수 있도록 버스바프레임을 상단과 하단으로 분리가 가능하고 전극리드를 삽입한 후 재결합하는 구조로 이루어진 상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전극리드(320)를 구비하고 적어도 일 방향으로 적층되게 배열된 복수의 배터리 셀(310)을 구비한 셀 어셈블리(300), 상기 복수의 전극리드(320)들과 버스바(150)를 서로 연결하는 적어도 하나 이상의 버스바프레임 어셈블리(100) 및 상기 셀 어셈블리(300) 및 버스바프레임 어셈블리(100)를 포함하는 셀 스텍 어셈블리를 수용하는 배터리 모듈(10)에 있어서, 상기 버스바프레임 어셈블리(100)는, 상기 복수의 배터리 셀(310)들의 적어도 일측에 배치되며 분리가 가능한 상단 버스바프레임(120) 및 하단 버스바프레임(130)으로 이루어지는 버스바프레임(110); 상기 버스바프레임(110)에 구비되며, 상기 복수의 배터리 셀(310)들의 전극리드(320)들을 관통시키는 복수의 관통부(140); 및 상기 복수의 관통부(140)에 대향하여 배치되며, 상기 복수의 전극리드(320)들과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 전극리드(132)는 버스바프레임(110)에 구비된 관통부(140) 및 버스바(150)의 리드삽입부(154)를 관통하여 돌출되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 버스바(150)는 상기 상단 버스바프레임(120) 및 상기 하단 버스바프레임(130)에 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 버스바(150)는 전극리드(132)가 삽입되는 공간을 포함하고 일측이 개방된 'ㄷ' 자 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 버스바(180)는 전극리드(132)가 삽입되는 공간을 포함하고 일측이 개방되지 않은 'ㅁ' 자 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 버스바(150)는 상기 상단 버스바프레임(120)에 볼트로 고정하기 위한 적어도 하나 이상의 상단 체결홀(122)과 상기 하단 버스바프레임(130)에 볼트로 고정하기 위한 적어도 하나 이상의 하단 체결홀(132)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 관통부(140)는 상단 버스바프레임(120)의 상단 관통구(141) 및 상기 하단 버스바프레임(130)의 하단 관통부(142)를 결합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 관통부(140)는 상단 버스바프레임(120)에만 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립 방법은 복수의 배터리 셀(310)에 구비된 전극리드(320)들을 버스바프레임(110)과 수직 방향으로 고정하는 제1 단계; 복수의 버스바(150)를 상단 버스바프레임(120)에 구비된 상단 관통부(140)에 대향하여 고정하는 제2 단계; 상기 전극리드(132)들 사이로 상기 상단 버스바프레임(120)의 상기 상단 관통부(141)를 하향하여 삽입하는 제3 단계; 하단 버스바프레임(130)의 하단 관통부(142)에 상기 전극리드(132)들을 삽입하는 제4 단계; 상기 하단 버스바프레임(130)을 상기 상단 버스바프레임(120)에 고정하는 제5 단계; 상기 복수의 버스바(150)를 하단 버스바프레임(130)에 고정하는 제6 단계; 및 상기 전극리드(132)들을 상기 버스바(150)에 전기적으로 연결하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립 방법에서, 제1 단계에서 복수의 배터리 셀(130)들은 지그를 이용하여 정렬되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립 방법에서, 제2 단계는 제6 단계에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립 방법에서, 하단 버스바프레임(130)에 하단 관통부(142)가 구비되지 않을 경우, 상기 제4 단계를 생략하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 상하단 분리형 버스바프레임을 포함하는 배터리 모듈 및 이를 조립하는 방법에 의하면, 벤딩된 전극리드를 버스바프레임에 구비된 홈(슬릿)에 직접 삽입할 때 어려움이 발생하나, 상단 및 하단으로 분리가 가능한 버스바프레임을 이용하면 수직으로 정렬된 전극리드의 상부에서 삽입할 수 있어 간섭없이 쉽게 삽입할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 셀의 조립을 용이하게 하기 위한 가이드 홈을 구비한 버스바프레임의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리 모듈의 개략적 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에 장착되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 도4의 버스바프레임 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 전 상태를 일 예로 나타낸 정면도 및 측면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 상태를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 상단 버스바프레임 및 하단 버스바프레임의 구조도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 전 상태를 일 예로 나타낸 정면도 및 측면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 상태를 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 상태를 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 전 상태를 일 예로 나타낸 정면도 및 측면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 배터리 모듈의 개략적 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면 배터리 모듈(10)은 전극리드(320)를 포함하는 복수의 배터리 셀(310)이 일렬로 배치되는 셀 어셈블리(300), 셀 어셈블리(300)의 상부에 위치하는 상부프레임(200), 측면에 위치하고 전극리드(320)들을 버스바(150)에 연결하여 고정되는 버스바프레임 어셈블리(100)와 이들을 외부에서 감싸는 모노프레임(400) 및 측면프레임(500)으로 구성되고, 이들 모두를 결합하여 하나의 배터리 모듈(10)이 완성된다.
상기 측면프레임은 상기 배터리 모듈의 구조 강성을 위해 스틸이나 알루미늄을 사용하거나, 무게 절감 및 구조 간소화를 위해 플라스틱구조를 사용할 수 있다.
상기 모노프레임은 커버구조, U-프레임 또는 CTP(Cell to Pack)구조 중 어느 한가지 구조를 가질 수 있다. 상기 모노프레임은 상기 배터리 모듈의 상하부가 개방되고 배터리 셀의 적층 방향의 최외곽에 플레이트만 결합되는 구조로 적용이 가능하다.
도 2에 도시된 배터리 모듈(10)은 기본 구성만을 예시로 도시한 것이며, 통상의 기술자 수준에서 다양하게 변경이 가능하므로 이에 제한하지 않으며, 버스바프레임 어셈블리(100)의 구조 및 기술적 특징에 대해 이하 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에 장착되는 배터리 셀의 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 배터리 셀(310)은 셀케이스(340), 셀케이스(340) 내부에 수납된 전극조립체(미도시), 셀케이스(340)의 가장 자리에 실링부(330), 한 쌍의 전극 탭(미도시), 일측은 전극 탭과 전기적으로 연결되고 타측은 셀 케이스(340) 외측으로 돌출한 한 쌍의 전극리드(320)를 포함하여 구성된다.
상세하게, 셀케이스(340)는 외부 피복층, 금속층 및 내부 피복층으로 이루어진 라미네이트 시트를 사용하여 전극조립체를 수용할 수 있는 공간부를 형성시킨다.
또한 전극리드(320)는 버스바를 이용하여 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 라미네이트 시트로 구성되는 셀케이스(340)는 활성화 공정과정에서 가스가 발생하는 스웰링 현상이 발생이나, 또한, 전극조립체를 생성하는 과정에서 밴딩이 발생할 수 있어 이로 인해 전극리드(320)가 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이는 전극리드(320)가 버스바와 체결하기 위해 버스바프레임에 구비되는 슬릿(전극리드를 삽입하기 위한 하나의 홀)에 삽입하는데 어려움이 발생할 수 있다.
비록 도면에서는 전극리드(320)가 서로 마주보면서 위치하는 양방향 배터리 셀로 표현하고 있으나, 이들 한 쌍의 전극 리드(320)가 동일한 방향을 향해 배치된 단방향 배터리 셀이어도 무방하다. 다만, 단방향인 경우, 버스바프레임 어셈블리(100)는 일방에 위치하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)의 사시도이고, 도 5는 도4의 버스바프레임 어셈블리(100)의 분해 사시도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바(150)의 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 버스바프레임 어셈블리(100)는 복수의 배터리 셀(310)에 구비된 전극리드(320)를 복수의 버스바(150)를 이용하여 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결하기 위한 하나의 프레임 집합체로 하나의 모노프레임(400)에 연결될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 4에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만 각종 센서들(온도센서, 전해액 누액 감지센서, 전류센서 등)과 이를 제어하는 수단들이 더 부가될 수 있다. 다만 이들 구성은 이미 공지된 기술적 구성에 해당하여 본 발명에서는 이에 대한 자세한 표시 및 설명은 생략한다.
도면에서는 버스바프레임 어셈블리(100)에 격자형의 공간들을 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 얼마든지 변경이 가능하고, 복수의 버스바(150)들 간의 연결 수단은 미도시하였으나, 통상의 기술자라면 이들 버스바(150)들 간의 연결 수단은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)에서 버스바프레임(110)은 상단에 위치하는 상단 버스바프레임(120)과 하단에 위치하는 하단 버스바프레임(130)로 구성되고, 이들 상단 및 하단 버스바프레임(120,130)은 서로 분리 및 결합이 가능하다.
도 4 및 5를 참조하면, 상단 및 하단 버스바프레임(120, 130)에는 전극리드(320)가 관통될 수 있는 각각의 복수의 공간이 구비된다. 상단 버스바프레임(120)에는 상단 관통부(141)이 구비되고, 하단 버스바프레임(130)는 하단 관통부(142)가 구비된다.
또한, 상단 및 하단 버스바프레임(120,130)이 결합되면 상단 관통부(141) 및 하단 관통부(142)가 결합되어 전극리드(320)가 삽입될 수 있는 직사각형의 공간이 형성된다. 또한, 도면에서는 관통부(140)에 돌출되는 전극리드(320)의 수를 명확하게 도시하고 있지 않으나, 적어도 하나 이상 전극리드가 돌출될 수 있으므로 이에 제한을 두지 않는다.
도 4에 도시된 버스바(150)는 복수개의 전극리드(320)를 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 것이다. 버스바(150)는 낮은 임피던스와 높은 전류용량을 갖는 전기 전도율이 좋은 구리나 알루미늄과 같은 금속성 물질로 이루로 이루어지는 도체로서, 복수개의 셀(310)이 적층되는 방향으로 복수의 버스바(150)가 나란히 배치된다.
도 4 내지 6에 도시된 제1 실시예에 따른 버스바(150)는 일측이 개방된 공간(154)이 구비된 'ㄷ'자 형상의 두께가 일정한 판형 구조로, 버스바 몸체(151), 상단 및 하단 버스바프레임(120, 130)과 버스바(150)를 볼트로 체결하기 위한 상단 버스바체결홀(152) 및 하단 버스바체결홀(153)로 이루어진다. 여기서, 개방된 공간인 리드 삽입부(154)는 전극리드(132)가 삽입되는 공간이고, 버스바 몸체(151)는 관통된 전극리드(132)와 서로 용접 등의 과정을 통해 전기적으로 연결되는 부분이다.
또한, 도시된 버스바(150)는 하나의 예시일 뿐, 이에 한정되지 않고, 전기적 연결이 가능한 다양한 구조로 변경하여 실시할 수 있다. 도면에는 복수의 버스바(150)들 간의 연결 수단이 미도시되어 있으나, 버스바(150)들 간의 전기적인 연결을 위해 별도의 인터-버스바 등을 이용하여 직/병렬로 연결하는 정도는 통상의 기술자 수준에서 충분히 실시할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)의 조립 전 상태를 일 예로 도시한 것으로, 도 7 (a)는 도 4에서 X축 방향에서 바라본 측면도이고, 도 7 (b)는 도 4에서 Y축 방향으로 바라본 정면도이다. 도 8은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)가 조립된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7 (a) 및 (b)를 참조하면, 상단 버스바프레임(120)은 전극리드(320)에 삽입되기 전에 먼저 버스바(150)를 볼트(155)를 이용하여 체결한다. 이때 버스바(150)의 리드삽입부(154)는 상단 버스바프레임(120)에 구비된 공간인 상단 관통부(141)에 대향하여 위치한다.
상단 버스바프레임(120)의 상단 관통부(141)는 하나의 전극리드(320)을 삽입하기 위해 상부에서 아래에 위치하는 전극리드(320)로 이동하면서 삽입된다. 또한 상단 버스바프레임(120)이 먼저 삽입된 후, 다시 하단 버스바프레임(130)을 하부 또는 정면으로 이동하면서 전극리드(320)가 삽입된다.
도 8은 도 7에서 상단 및 하단 버스바프레임(120, 130) 모두가 전극리드(320)을 삽입시킨 후의 체결된 형상을 도시한 것으로, 버스바(150)는 하단 버스바체결홀(153)을 통해 하단 버스바프레임(130)과 볼트로 체결된다.
또한, 도 8에는 미도시하고 있으나, 상단 버스바프레임(120)과 하단 버스바프레임(130)도 볼트 등을 통해 체결되어 고정될 수 있고, 상단 및 하단 버스바프레임(120,130) 간의 체결 방법도 제한하지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있을 것이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 상단 버스바프레임(160) 및 하단 버스바프레임(170)의 구조도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 제2 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)는 제1 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)와 비교하여, 버스바(150) 및 상단에 위치하는 상단 버스바프레임(120)과 하단에 위치하는 하단 버스바프레임(130)으로 분리 및 결합이 가능하고 버스바(150)를 체결하는 상단 및 하단 체결홀(162,172)를 구비한 버스바프레임(110)과 동일하다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상단 버스바프레임(160)에만 전극리드(320)가 관통될 수 있는 공간인 상단 관통부(161)이 구비되고, 하단 버스바프레임(170)에는 별도의 공간이 생략된다. 이때, 상단 관통부(161)는 전극리드(320)가 충분히 삽입될 수 있는 공간 이상의 크기여야 한다.
또한, 제2 실시예에 따른 버스바프레임(160)에 부가되는 버스바(150)와 상단 및 하단 체결홀(162,172)의 구성은 제1 실시예의 버스바프레임(110)의 구성과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)의 조립 전 상태를 일 예로 도시한 것으로, 도 10 (a)는 도 4에서 X축 방향에서 바라본 측면도이고, 도 10 (b)는 도 4에서 Y축 방향으로 바라본 정면도이다. 도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)가 조립된 상태를 나타낸 도면으로 중복되는 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 상단 버스바프레임(160)은 도 7의 제1 실시예에 따른 상단 버스바프레임(120)과 체결 형태가 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다, 다만 하단 버스바프레임(170)은 배터리 셀(310)의 전극리드(320)를 관통하는 공간이 구비되어 있지 않으므로 버스바(150)와 상단 버스바프레임(160)과 체결되는 것만으로도 충분하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제1 실시예는 상단 및 하단 버스바프레임(120,130)이 전극리드(320)의 중간 부분에서 분리되는 것이 특징이고 이로 인해 전극리드(320)들을 상단 및 하단 버스바프레임(120,130) 모두에 체결되어야 하지만, 제2 실시예에 따른 상단 및 하단 버스바프레임(160,170)에서는 상단 버스바프레임(160)에만 전극리드(320)가 체결되면 충분하다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리의 조립 상태를 예시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바(180)의 사시도이다.
본 발명에서의 제1,2 실시예에 따른 버스바프레임(110)은 상단 버스바프레임(120,160)은 버스바(150)이 먼저 체결된 상태에서 전극리드(320)를 삽입하는 것을 특징으로 하고 있다. 하지만 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서는 상단 및 하단 버스바프레임(120, 130)이 먼저 결합된 상태에서 버스바(180)을 체결하는 구조이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바(180)는 'ㅁ'자형상으로 버스바 몸체(181)에 직사각형의 관통된 하나의 공간인 리드삽입부(184)를 포함하고 버스바프레임(110)에 체결하기 위한 상단 및 하단 버스바체결홀(182,183)들로 구성된다. 다만, 제3 실시예에서의 버스바(180)는 이에 한정되지 않고 제1,2 실시예에 따른 'ㄷ' 자 형상의 버스바(150)로도 대체 가능하다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 버스바프레임 어셈블리(100)의 조립 전 상태를 일 예로 도시한 것으로, 도 14 (a)는 도 4에서 X축 방향에서 바라본 측면도이고, 도 14 (b)는 도 4에서 Y축 방향으로 바라본 정면도이다.
도 14를 참조하면, 도 7에 도시된 제1 실시예에 따른 조립 상태와 비교하면 상단 버스바프레임(120) 및 하단 버스바프레임(130)이 먼저 결합된 후에 버스바(150)가 배터리 셀(310)의 전극리드(320)에 관통하는 점에서 차이가 있다. 또한, 버스바프레임(110)에 전극리드(320)가 삽입되어 체결되는 과정은 도 7에 도시된 구성과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 배터리 모듈을 조립하는 방법은 복수의 배터리 셀(310)에 구비된 전극리드(320)들을 버스바프레임(110)의 관통부(140)에 관통할 수 있도록 버스바프레임(110)과 수직 방향으로 고정하는 제1 단계; 복수의 버스바(150)를 상단 버스바프레임(120)에 구비된 상단 관통부(140)에 대향하여 고정하는 제2 단계; 전극리드(132)들 사이로 상단 버스바프레임(120)의 상단 관통부(141)를 하향하여 삽입하는 제3 단계; 하단 버스바프레임(130)의 하단 관통부(142)에 상기 전극리드(132)들을 삽입하는 제4 단계; 하단 버스바프레임(130)을 상기 상단 버스바프레임(120)에 고정하는 제5 단계; 복수의 버스바(150)를 하단 버스바프레임(130)에 고정하는 제6 단계; 및 전극리드(132)들을 버스바(150)에 전기적으로 연결하는 제7 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 제1 단계에서는 복수의 배터리 셀(130)들을 사전에 지그를 통해 정렬하여 구성할 수도 있다.
한편, 제3 실시예의 경우, 상기의 제2 단계에서 버스바(150)를 상단 버스바프레임(120)에 고정하는 단계를 제5단계에서 동시에 수행할 수 있다.
상기에서 설명한 제2 실시예인 경우, 즉 하단 버스바프레임(130)에 하단 관통부(142)가 구비되지 않을 경우, 제4 단계는 생략할 수 있다.
또한, 제7 단계 이후, 상부프레임(200), 모노프레임(400) 및 측면 프레임(500)을 결합하여 하나의 배터리 모듈(10)을 완성하는 단계가 더 부가되나, 이는 통상의 기술자 수준에서 쉽게 구성하는 조립 단계이므로 자세한 설명은 생략한다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10: 배터리 모듈
100: 버스바프레임 어셈블리
110: 버스바프레임
120,160: 상단 버스바프레임
122, 162: 상단 체결홀
130, 170: 하단 버스바프레임
132, 172: 하단 체결홀
140: 관통부
141, 161: 상단 관통부
142: 하단 관통부
150, 180: 버스바
151, 181: 버스바 몸체
152, 182: 상단 버스바체결홀
153, 183: 하단 버스바체결홀
154, 184: 리드삽입부
155: 체결볼트
200: 상부프레임
300: 셀 어셈블리
310: 배터리 셀
320: 전극리드
330: 실링부
340: 셀케이스
400: 모노프레임
500: 측면프레임

Claims (13)

  1. 복수의 전극리드를 구비하고 적어도 일 방향으로 적층되게 배열된 복수의 배터리 셀을 구비한 셀 어셈블리, 상기 복수의 전극리드들과 버스바를 서로 연결하는 적어도 하나 이상의 버스바프레임 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리 및 버스바프레임 어셈블리을 포함하는 셀 스텍 어셈블리를 수용하는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 버스바프레임 어셈블리는,
    상기 복수의 배터리 셀들의 적어도 일측에 배치되며 분리가 가능한 상단 버스바프레임 및 하단 버스바프레임으로 이루어지는 버스바프레임;
    상기 버스바프레임에 구비되며, 상기 복수의 배터리 셀들의 전극리드들을 관통시키는 복수의 관통부; 및
    상기 복수의 관통부에 대향하여 배치되며, 상기 복수의 전극리드들과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 버스바프레임에 구비된 관통부 및 상기 버스바의 리드삽입부를 관통하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 상단 버스바프레임 및 상기 하단 버스바프레임에 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 전극리드가 삽입되는 공간을 포함하고 일측이 개방된 'ㄷ' 자 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 전극리드가 삽입되는 공간을 포함하고 일측이 개방되지 않은 'ㅁ' 자 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 상단 버스바프레임에 볼트로 고정하기 위한 적어도 하나 이상의 상단 체결홀과 상기 하단 버스바프레임에 볼트로 고정하기 위한 적어도 하나 이상의 하단 체결홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통부는 상단 버스바프레임의 상단 관통구 및 상기 하단 버스바프레임의 하단 관통부를 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관통부는 상단 버스바프레임에만 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈을 조립하는 방법으로서,
    복수의 배터리 셀에 구비된 전극리드들을 버스바프레임과 수직 방향으로 고정하는 제1 단계;
    복수의 버스바를 상단 버스바프레임에 구비된 상단 관통부에 대향하여 고정하는 제2 단계;
    상기 전극리드들 사이로 상기 상단 버스바프레임의 상기 상단 관통부를 하향하여 삽입하는 제3 단계;
    하단 버스바프레임의 하단 관통부에 상기 전극리드들을 삽입하는 제4 단계;
    상기 하단 버스바프레임을 상기 상단 버스바프레임에 고정하는 제5 단계;
    상기 복수의 버스바를 하단 버스바프레임에 고정하는 제6 단계; 및
    상기 전극리드들을 상기 버스바에 전기적으로 연결하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 조립 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 단계에서 복수의 배터리 셀들은 지그를 이용하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 버스바프레임 어셈블리의 조립 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    제2 단계는 제6 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 버스바프레임 어셈블리의 조립 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 하단 버스바프레임에 하단 관통부가 구비되지 않을 경우, 상기 제4 단계를 생략하는 것을 특징으로 하는 버스바프레임 어셈블리의 조립 방법.
  13. 제1항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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