KR101359306B1

KR101359306B1 - 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩

Info

Publication number: KR101359306B1
Application number: KR1020110062079A
Authority: KR
Inventors: 김성태; 이진규; 최준석; 김태혁; 노태환
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2014-02-21
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: KR20130001381A

Abstract

본 발명은 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향(종 방향) 및/또는 폭 방향(횡 방향)으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있고, 상기 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있는 전지모듈 어셈블리를 제공한다.
에 관한 것이다.

Description

전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Module Assembly and Battery Pack Comprising the Same}

본 발명은 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향(종 방향) 및/또는 폭 방향(횡 방향)으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있고, 상기 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있는 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. 중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

따라서, 다수의 전지셀들을 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 내지 디바이스의 공간상의 한계 측면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 차량 등과 같이 한정된 내부공간에 효율적으로 장착되기 위해서는 더욱 콤팩트한 구조의 중대형 전지모듈이 요구된다.

한편, 전지모듈 어셈블리는 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하는 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서, 온도센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 시간 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결과 이들의 제어수단이 전지모듈의 조립과정을 매우 복잡하게 하고, 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다.

특히, 전압 센싱은 직렬 접속부위와 같은 전기적 연결 부위에서 각각 수행되어야 하므로, 다수의 전지셀들을 연결하여 제조되는 전지모듈 어셈블리에서 전체적으로 매우 복합한 구조를 초래한다.

따라서, 상기의 문제점들을 해결하면서 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하며, 전기적 접속을 위한 배선을 간소화한 구조의 전지모듈 어셈블리에 대한 필요성이 높은 실정이다.

또한, 다수의 전지모듈로 전지모듈 어셈블리를 구성할 때, 조립 작업성이 우수한 전지모듈 어셈블리가 매우 필요한 실정이다.

본 발명은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 차량 등과 같은 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 기계적 체결과 전기 배선 뿐만 아니라 전압 센싱 배선의 구성이 간소한 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 고객의 요구 사양에 따라 확장이 용이한 구조의 전지모듈 어셈블리를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향(종 방향) 및/또는 폭 방향(횡 방향)으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있고, 상기 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있는 구조로 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 전지모듈 어셈블리는 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 장방형 전지모듈 다수 개가 적층되어 육면 적층체를 이루고 있으므로, 전체적으로 매우 콤팩트하고 안정적인 구조가 만들어질 수 있으며, 전지모듈 어셈블리를 차량의 내부 공간 등 소정의 부위에 장착함에 있어서 크기 제한 문제를 해소할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 육면 적층체는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향 및 폭 방향으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 대략 정육면체 형상을 이루는 구조일 수 있다.

본 발명에서의 방향은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 3차원의 x, y 및 z축을 기준으로, 전지셀들의 적층 방향을 폭 방향(z 방향), 외부 입출력 단자가 위치한 길이 방향(y 방향), 나머지 방향을 높이 방향(x 방향)으로 설정하여 정의한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리에서, 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있는 구조로 이루어져 있으므로, 상기 전지셀들 또는 단위모듈들은 지면 또는 수평면과 평행한 상태에서 상하로 적층된 구조로 배열될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 전지모듈의 구조는 차량의 트렁크와 같이 높이가 제한된 공간에서도 전지모듈 어셈블리의 장착을 용이하게 하므로 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 육면 적층체는 전지모듈의 길이 방향으로 적어도 2개 이상의 전지모듈들이 서로 대향하여 배열된 구조로 적층되어 있을 수 있다.

상기에서 대향 배열 이란, 2개의 장방형 전지모듈들이 그것의 동일 부위가 서로 대면하도록 배열되어 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 입출력 단자들이 일 측면에 위치하는 구조의 장방형 전지모듈에서, 상기 장방형 전지모듈들 각각의 입출력 단자들이 서로 인접하도록 전지모듈들이 배열된 구조일 수 있다.

따라서, 이러한 대향 배열 구조는 전기적 접속 등을 위한 구성을 더욱 간소화시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 전지모듈들은, 바람직하게는, 그것의 길이 방향과 폭 방향으로 각각 둘 이상의 전지모듈들이 배열되어 있고, 각각의 전지모듈들은 폭 방향으로 장볼트에 의해 상호 결합되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전지모듈들의 상호 결합이 용이하게 달성된다.

또한, 장볼트를 이용한 체결 구조는 상하 방향의 진동으로부터 전지모듈들의 결합이 해제되는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 장방형 전지모듈은 폭 대비 높이가 큰 직육면체인 구조로 이루어져 있어서, 전지모듈들을 길이 방향 및 폭 방향으로 용이하게 배열할 수 있다.

또 다른 바람직한 예에서, 상기 육면 적층체는 전체적으로 직육면체 구조를 이루고 있어서, 보다 콤팩트한 구조의 전지모듈 어셈블리를 구성할 수 있다.

상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서 설명한다.

예를 들어, 단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 전기적으로 상호 연결되어 있는 구조로서, 직렬 또는 병렬로 연결된 2 이상의 전지셀들, 및 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 단위모듈을 구성하는 전지셀의 수는 2 이상 내지 6 이하일 수 있다.

상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지이다.

그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.

이러한 전지셀들은 2 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성하는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.

단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이 방향으로 직렬 배열한 상태에서 전극단자들을 결합시킨 뒤, 2 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.

경우에 따라서는, 2 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 적층한 후 그것의 외면을 셀 커버에 의해 감싼 뒤, 전극단자들을 전기적으로 연결하는 방식으로 제조될 수도 있음은 물론이다.

상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.

전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들은, 바람직하게는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.

단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호에 개시되어 있으며, 상기 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.

상기 구조에서, 셀 커버는 상부 커버와 하부 커버의 체결구조로서, 상기 상부 커버와 하부 커버의 표면에는 전지모듈의 높이 방향에 평행한 다수의 돌기들이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이 때, 상기 돌기들은 상하로 적층된 단위모듈들 사이로 냉매가 흐를 수 있도록 유로를 형성한다.

한편, 상기 전지모듈은,

(a) 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 병렬 또는 직렬로 연결되어 있는 단위셀 조립체;

(b) 상기 단위셀 조립체의 좌측면에 결합하고, 센싱 어셈블리가 체결될 수 있도록 상면에는 전지모듈의 길이 방향에 평행하게 연장된 제 1 체결홈이 형성되어 있고, 양 단부에는 제 2 체결홈이 전지모듈의 높이 방향에 평행하게 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 좌측 케이스; 및

(c) 상기 단위셀 조립체의 우측면에 결합하고, 전지모듈의 전면으로 외부 입출력 단자가 배향되어 있으며, 상기 단위셀 조립체들이 체결 고정될 수 있도록 단위셀 조립체의 길이 방향에 평행하게 다수의 고정 홈이 형성되어 있는 우측 케이스;

를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 단위셀 조립체는 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고, 장방형 전지모듈은 상기 단위셀 조립체의 좌측면과 우측면에 각각 케이스가 결합되어 있는 구조이므로, 단위셀 조립체의 외형에 따라 전지모듈의 외형이 결정된다.

따라서, 예를 들어, 2 이상의 개수로 판상형 전지셀들을 적층하거나 단위모듈들을 적층하여 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.

상기 좌측 케이스의 전면 및 후면에는 전지모듈들을 결합하기 위한 체결구가 각각 전지모듈의 폭 방향으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

한편, 좌측 케이스와 마찬가지로, 상기 우측 케이스의 전면 및 후면에는 전지모듈들을 결합하기 위한 체결구가 각각 전지모듈의 폭 방향으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 좌측 케이스의 좌측면 및 우측 케이스의 우측면에는 냉매가 단위셀 조립체로 유입되어 냉각시킨 후 외부로 배출될 수 있도록 다수의 관통구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 좌측 케이스의 양 단부에는 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결되는 센싱 회로부의 일단이 좌측 케이스와 결합할 수 있도록 삽입구가 형성되어 있어서 센싱 어셈블리의 장착을 위한 불필요한 공간을 감소시킬 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 센싱 어셈블리가 좌측 케이스에 장착된 후, 좌측 케이스의 상면 및 양 단부에는 외부 충격으로부터 센싱 어셈블리를 보호하는 보호 커버들이 각각 장착될 수 있다.

상기 우측 케이스에는 전지모듈의 입출력 단자가 형성되는 전면의 배향면인 후면에 센싱 회로부를 구성하는 커넥터가 지면 또는 수평면과 평행하게 장착되어 고정되도록 평판 구조의 고정부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

따라서, 외부 충격이 전지모듈에 인가되더라도 고정부에 의해 커넥터가 정위치를 이탈하지 않고 안정적인 결합 상태를 유지하므로 커넥터의 단전을 최소화할 수 있다.

상기 전지셀 또는 단위모듈들은 길이 방향 및/또는 높이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되는 구조일 수 있다.

한편, 상기 센싱 어셈블리는 전지모듈을 구성하는 전지셀들 또는 단위모듈들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,

(a) 입출력 단자가 형성되는 전지모듈의 전면 및 그 배향면인 후면에서 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 전기적 연결부위에 암수체결 방식으로 장착되도록 상기 직렬 연결부위에 대응하는 형상으로 구성된 다수의 체결부들이 형성되어 있는 육면체 구조의 한 쌍의 절연성 지지부들;

(b) 일단은 상기 전기적 연결부위와 연결되고, 타단은 센싱 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 체결부들을 전기적으로 상호 연결하는 선형 구조의 접속부; 및

(c) 일단은 상기 접속부와 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 체결부 내에서 결합된 상태로 상기 전기적 연결부위와 연결되는 도전성 센싱부;

를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

이러한 구조에서, 상기 접속부는 바람직하게는 다수의 와이어들로 구성될 수 있다.

또한, 상기 센싱 어셈블리의 절연성 지지부들은 장방형 전지모듈들의 직렬 연결부위에 장착됨으로써, 전기적 접속 구조와 그에 따라 조립 과정을 더욱 간소화하고, 전기적 접속수단의 길이를 감소시켜 내부 저항의 증가를 방지하며, 외부 충격 등에 의해 접속수단이 단전되는 위험성을 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기 센싱 어셈블리를 포함하는 본 발명의 전지모듈 어셈블리는, 조립 공정에서 센싱 회로들이 꼬이는 것을 방지하므로 조립공정 이후 센싱 회로들을 정돈하기 위한 별도의 시간을 필요로 하지 않고, 이는 조립 공정의 효율성이 향상되는 효과를 발휘한다.

더욱이, 상기 구조의 센싱 어셈블리는 전압 검출을 위한 다수의 회로들로 인해 매우 복잡해질 수 있는 전지모듈 어셈블리의 전체 구조를 최대한 간소화하고, 전지모듈에 대한 탈장착을 용이하게 하므로 센싱 어셈블리의 수리 및 교체 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명은 또한 상기 전지모듈 어셈블리를 포함하고 있는 고출력 대용량의 전지팩을 제공한다.

본 발명에 따른 전지팩은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 차량 등과 같은 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지고, 기계적 체결과 전기 배선 뿐만 아니라 전압 센싱 배선의 구성이 간소하며, 조립 작업의 효율성을 높일 수 있고, 고객의 요구 사양에 따라 확장이 용이한 잇점을 가진다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도들이다;
도 3은 도 1의 전지모듈 어셈블리의 정면도이다;
도 4는 도 1의 전지모듈의 분해도이다;
도 5 및 도 6은 도 4의 전지모듈의 사시도들이다;
도 7은 2개의 전지셀들이 직렬로 연결된 상태를 나타내는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정된 것은 아니다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 정면도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(800)는 9개의 장방형 전지모듈들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h, 300i)이 전지모듈 어셈블리(800)의 길이 방향(y) 및 폭 방향(z)으로 각각 3개씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있다.

육면 적층체는 3개의 전지모듈들로 이루어진 제 1 전지모듈군(300a, 300b, 300c)과 제 2 전지모듈군(300d, 300e, 300f)이 전지모듈 어셈블리(800)의 길이 방향(y)으로 서로 대향하여 배열된 구조로 적층되어 있어서, 각각의 전지모듈들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f)은 입출력 단자가 위치한 방향으로 서로 인접하도록 배열되어 있고, 전체적으로 직육면체 구조를 이루고 있다.

즉, 입출력 단자(도 4의 331)가 형성된 전지모듈들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f)의 전면에서는 입출력 단자(331)가 서로 인접하도록 배열되어 있는 구조가 이루어지고, 이러한 구조는 전지모듈들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f) 간의 전기적 접속 길이 및 접속부재(500)의 장착 구조를 간소화 한다.

또한, 제 1 전지모듈군(300a, 300b, 300c), 제 2 전지모듈군(300d, 300e, 300f), 및 제 3 전지모듈군(300g, 300h, 300i)은 폭 방향(z)으로 장볼트(510)에 의해 상호 결합되어 있다. 폭 방향(z)으로 장볼트(510)가 체결되는 방식이므로, 조립 과정에서의 작업 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 4에는 도 1의 전지모듈의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5 및 도 6에는 도 4의 전지모듈의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.

또한, 도 7에는 2개의 전지셀들이 직렬로 연결된 상태를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

먼저 도 4 및 도 7을 참조하면, 도 4에서 단위셀 조립체(200)는 2개의 전지셀들(100a, 100b)을 직렬로 연결하여 전극단자들(110a, 110b, 120a, 120b)을 절곡한 상태에서 고강도 셀 커버(210)로 감싼 구조의 4개의 단위모듈들(100)로 이루어져 있다. 4개의 단위모듈들(100)은 하나의 전지셀(100a)의 양극단자(110a)와 다른 하나의 전지셀(100b)의 음극단자(120b)를 직렬 연결시키는 도 7에서와 같은 방법으로 직렬 연결되어 있다.

이때, 제 1 전지셀(100a)의 양극단자(110a)는 하향 절곡되고 음극단자(120a)는 상향 절곡되어 있으며, 제 2 전지셀(100b)의 양극단자(110b)는 하향 절곡되어 있고, 음극단자(120b)는 상향 절곡되어 있다.

다시 도 4를 참조하면, 전지모듈(300)은 단위모듈들(100)이 직렬로 전기적 연결되어 있는 단위셀 조립체(200), 단위셀 조립체(200)의 좌측면에 결합되는 좌측 케이스(320), 및 단위셀 조립체(200)의 우측면에 결합되는 우측 케이스(330)로 구성되어 있다.

한편, 전지모듈(300)은 폭(w) 대비 높이(h)가 큰 직육면체로서, 그것의 길이 방향(y)과 높이 방향(z)이 지면과 평행하도록 배열되어 있다.

좌측 케이스(320)는 센싱 어셈블리(310)가 체결되도록 좌측면에는 전지모듈(300)의 길이 방향(y)에 평행하게 연장된 제 1 체결홈(321)이 형성되어 있고, 양 단부에는 제 2 체결홈들(322)이 전지모듈의 높이 방향(x)에 평행하게 각각 형성되어 있다.

우측 케이스(330)는 전지모듈(300)의 전면으로 외부 입출력 단자(331)가 배향되어 있고, 단위셀 조립체(200)가 체결 고정될 수 있도록 단위셀 조립체(200)의 길이 방향(y)에 평행하게 다수의 고정 홈들(332)이 형성되어 있다.

또한, 좌측 케이스(320)의 전면 및 후면에는 전지모듈(300)을 결합하기 위한 체결구들(323)이 각각 전지모듈(300)의 폭 방향(z)으로 형성되어 있고, 우측 케이스(330)의 전면 및 후면에는 전지모듈(300)을 결합하기 위한 체결구들(333)이 각각 전지모듈(300)의 폭 방향(z)으로 형성되어 있다.

좌측 케이스(320)의 좌측면 및 우측 케이스(330)의 우측면에는 다수의 관통구들(324)이 형성되어 있어서, 냉매가 단위셀 조립체(200)로 유입되어 단위모듈들(100)을 냉각시킨 후 외부로 배출된다.

좌측 케이스(320)의 양 단부에는 각각 삽입구(325)가 형성되어 있어서, 센싱 어셈블리(310)와 전기적으로 연결되는 센싱 회로부(420)의 일단이 좌측 케이스(320)와 결합된다.

또한, 좌측 케이스(320)의 좌측면 및 양 단부에는 보호 커버들(340, 342, 344)이 각각 장착되어 있어서, 외부 충격으로부터 센싱 어셈블리(310)를 보호하고, 우측 케이스(330)에는 전지모듈(300)의 입출력 단자(331)가 형성되는 전면의 배향면인 후면에 평판 구조의 고정부(350)가 형성되어 있어서, 센싱 회로부(420)를 구성하는 커넥터가 지면과 평행하게 장착되어 고정된다.

전지셀(100a)과 단위모듈들(100)은 높이 방향(x) 및 길이 방향(y)이 지면과 평행하도록 배열되어 있다.

센싱 어셈블리(310)는 전지모듈(300)을 구성하는 단위모듈들(100)의 전압을 검출하기 위한 부재로서, 한 쌍의 절연성 지지부들(312, 314), 선형 구조의 접속부(316), 및 도전성 센싱부들(도시하지 않음)로 구성되어 있다.

절연성 지지부들(312, 314)은 입출력 단자(331)가 형성되는 전지모듈(300)의 전면 및 그 배향면인 후면에서 단위모듈들(100)의 전기적 연결부위(130)에 암수체결 방식으로 장착되도록 전기적 연결부위(130)에 대응하는 형상으로 구성된 집게 형상의 다수의 체결부들(318)이 형성되어 있는 육면체 구조로 이루어져 있다.

접속부(316)는 일단이 전기적 연결부위(130)와 연결되고, 타단은 센싱 회로부(420)와 전기적으로 연결되어 체결부들(318)을 전기적으로 상호 연결하고 있다. 또한, 도전성 센싱부는 일단이 접속부(316)와 전기적으로 연결되고, 타단은 체결부(318) 내에서 결합된 상태로 전기적 연결부위(130)와 리셉터클 방식으로 연결되어 있다.

따라서, 센싱 어셈블리(310)를 좌측 케이스(320)의 제 1 체결홈(321) 및 제 2 체결홈(322)에 결합한 후 센싱 어셈블리(310)를 외부 충격으로부터 보호하도록 좌측 케이스(320)의 좌측면 및 양 단부에는 각각 보호 커버들(340, 342, 344)을 결합하고, 입출력 단자(331)와 버스바(352)를 결합한 후 하부 케이스(330)에는 입출력 단자(331)가 위치한 부위를 외부 충격으로부터 보호하도록 보호커버(360)를 결합시킨다.

한편, 단위모듈(100)은 전극단자들(110a, 120a)이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들(100a, 100b)이 전기적으로 상호 연결되어 있는 구조로서, 직렬로 연결된 2개의 전지셀들(100a, 100b), 및 전극단자 부위(110a, 120a, 110b, 120b)를 제외하고 전지셀들(100a, 100b)의 외면을 감싸도록 결합되는 셀 커버(210)를 포함하고 있다.

또한, 셀 커버(210)는 상부 커버와 하부 커버의 체결구조로서, 상부 커버와 하부 커버의 표면에는 전지모듈의 높이 방향에 평행한 5개의 돌기들(212, 214)이 형성되어 있고, 이러한 돌기들(212, 214)은 적층된 단위모듈들(100) 사이로 냉매가 흐를 수 있도록 유로를 형성하고 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향(종 방향) 및/또는 폭 방향(횡 방향)으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있고,
상기 육면 적층체는 전지모듈의 길이 방향으로 적어도 2개 이상의 전지모듈들이 서로 대향하여 배열된 구조로 적층되어 있으며,
상기 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들은 그것의 길이 방향과 폭 방향으로 각각 둘 이상의 전지모듈들이 배열되어 있고, 각각의 전지모듈들은 폭 방향으로 장볼트에 의해 상호 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 장방형 전지모듈은 폭 대비 높이가 큰 직육면체인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 육면 적층체는 전체적으로 직육면체 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 전기적으로 상호 연결되어 있는 구조로서, 직렬 또는 병렬로 연결된 2 이상의 전지셀들, 및 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 6 항에 있어서, 상기 셀 커버는 상부 커버와 하부 커버의 체결구조로서, 상기 상부 커버와 하부 커버의 표면에는 전지모듈의 높이 방향에 평행한 다수의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 7 항에 있어서, 상기 돌기들은 적층된 단위모듈들 사이로 냉매가 흐를 수 있도록 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은,
(a) 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 병렬 또는 직렬로 연결되어 있는 단위셀 조립체;
(b) 상기 단위셀 조립체의 좌측면에 결합하고, 센싱 어셈블리가 체결될 수 있도록 좌측면에는 전지모듈의 길이 방향에 평행하게 연장된 제 1 체결홈이 형성되어 있고, 양 단부에는 제 2 체결홈이 전지모듈의 높이 방향에 평행하게 각각 형성되어 있는 좌측 케이스; 및
(c) 상기 단위셀 조립체의 우측면에 결합하고, 전지모듈의 전면으로 외부 입출력 단자가 배향되어 있으며, 상기 단위셀 조립체들이 체결 고정될 수 있도록 단위셀 조립체의 길이 방향에 평행하게 다수의 고정 홈이 형성되어 있는 우측 케이스;
를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 좌측 케이스의 전면 및 후면에는 전지모듈들을 결합하기 위한 체결구가 각각 전지모듈의 폭 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 우측 케이스의 전면 및 후면에는 전지모듈들을 결합하기 위한 체결구가 각각 전지모듈의 폭 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 좌측 케이스의 좌측면 및 우측 케이스의 우측면에는 냉매가 단위셀 조립체로 유입되어 냉각시킨 후 외부로 배출될 수 있도록 다수의 관통구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 좌측 케이스의 양 단부에는 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결되는 센싱 회로부의 일단이 좌측 케이스와 결합할 수 있도록 삽입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 좌측 케이스의 좌측면 및 양 단부에는 외부 충격으로부터 센싱 어셈블리를 보호하는 보호 커버들이 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 우측 케이스에는 전지모듈의 입출력 단자가 형성되는 전면의 배향면인 후면에 센싱 회로부를 구성하는 커넥터가 지면 또는 수평면과 평행하게 장착되어 고정되도록 평판 구조의 고정부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 전지셀 또는 단위모듈들은 길이 방향 및/또는 높이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 상기 센싱 어셈블리는 전지모듈을 구성하는 전지셀들 또는 단위모듈들의 전압을 검출하기 위한 부재로서,
(a) 입출력 단자가 형성되는 전지모듈의 전면 및 그 배향면인 후면에서 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 전기적 연결부위에 암수체결 방식으로 장착되도록 상기 전기적 연결부위에 대응하는 형상으로 구성된 다수의 체결부들이 형성되어 있는 육면체 구조의 한 쌍의 절연성 지지부들;
(b) 일단은 상기 전기적 연결부위와 연결되고, 타단은 센싱 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 체결부들을 전기적으로 상호 연결하는 선형 구조의 접속부; 및
(c) 일단은 상기 접속부와 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 체결부 내에서 결합된 상태로 상기 전기적 연결부위와 연결되는 도전성 센싱부;
를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리를 포함하고 있는 고출력 대용량의 전지팩.
제 18 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 길이 방향(종 방향) 및/또는 폭 방향(횡 방향)으로 적어도 2개 이상씩 적층되어 전체적으로 육면 적층체 구조를 이루고 있고,
상기 장방형 전지모듈은 그것의 길이 방향이 지면 또는 수평면과 평행하도록 배열되어 있으며,
상기 전지모듈들은 그것의 길이 방향과 폭 방향으로 각각 둘 이상의 전지모듈들이 배열되어 있고, 각각의 전지모듈들은 폭 방향으로 장볼트에 의해 상호 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.