KR20080047636A - Cartridge for middle or large-sized battery module - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 파우치형 전지의 사시도이다;1 is a perspective view of a typical pouch type battery;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 카트리지의 하부 플레이트 부재의 정면도이다; 2 is a front view of a lower plate member of the cartridge according to one embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 하부 플레이트 상에 장착되는 전지셀들의 평면도이다; 3 is a plan view of battery cells mounted on the bottom plate of FIG. 2;
도 4a 및 4b는 도 2의 하부 플레이트 상에 탑재되는 중간 플레이트 부재의 하면(도 4a)과 상면(도 4b)에 대한 평면도들이다;4A and 4B are plan views of the lower surface (FIG. 4A) and the upper surface (FIG. 4B) of the intermediate plate member mounted on the lower plate of FIG. 2;
도 5는 도 4a 및 4b의 중간 플레이트 부재 상에 전지셀들이 장착된 구조의 모식도이다;5 is a schematic diagram of a structure in which battery cells are mounted on the intermediate plate members of FIGS. 4A and 4B;
도 6a 및 6b는 도 4a 및 4b의 중간 플레이트 상에 탑재되는 상부 플레이트 부재의 상면과 하면에 대한 평면도들이다;6A and 6B are plan views of the upper and lower surfaces of the upper plate member mounted on the intermediate plate of FIGS. 4A and 4B;
도 7 및 8은 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전방과 후방 사시도들이다;7 and 8 are front and rear perspective views, respectively, of the battery module according to another embodiment of the present invention;
도 9는 도 7 및 8의 중대형 전지모듈의 일측면에 고정용 커버가 장착된 구조의 사시도이다.9 is a perspective view of a structure in which a fixing cover is mounted on one side of the medium and large battery modules of FIGS. 7 and 8.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
100: 하부 플레이트 부재 110, 210: 전지셀100:
200: 중간 플레이트 부재 300: 상부 플레이트 부재 200: intermediate plate member 300: upper plate member
400: 중대형 전지모듈400: medium and large battery module
본 발명은 다수의 플레이트 부재들이 복층 구조를 이루고 있는 중대형 전지모듈용 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극단자와 음극단자들이 상하 방향으로 대향하여 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 장착되어 중대형 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 특정한 절곡 구조와 전지셀 수납부를 포함하고 있는 하부 플레이트 부재, 하나 이상의 중간 플레이트 부재, 및 상부 플레이트 부재를 포함하는 것으로 구성되는 카트리지, 및 이를 포함하는 중대형 전지모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a medium-large battery module cartridge having a plurality of plate members forming a multi-layer structure, and more particularly, the medium-large battery module is equipped with plate-shaped battery cells are formed in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal facing in the vertical direction The cartridge constituting the present invention relates to a cartridge comprising a lower plate member, at least one intermediate plate member, and an upper plate member including a specific bending structure and a battery cell accommodating part, and a medium to large battery module including the same.
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.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
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.One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used in medium and large devices such as automobiles due to the necessity of high output capacity.
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 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. Since the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight, the rectangular battery, the pouch-type battery, etc., which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module. In particular, a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to the advantages of low weight and low manufacturing cost.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지(70)는 두 개의 전극리드(10, 20)가 서로 대향하여 전지 본체(30)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(40)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(40a)과 상단부 및 하단부(40b, 40c)를 부착시킴으로써 전지(70)가 만들어진다. 외장부재(40)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(40a)과 상단부 및 하단부(40b, 40c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(40a)은 상하 외장부재(40)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(40b)와 하단부(40c)에는 전극리드(10, 20)가 돌출되어 있으므로 전극리드(10, 20)의 두께 및 외장부재(40) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(10, 20)와 의 사이에 필름상의 실링부재(60)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.1 is a perspective view schematically showing a typical representative pouch-type battery. The
그러나, 외장부재(40) 자체의 기계적 강성이 우수하지 못하므로, 안정한 구조의 전지모듈을 제조하기 위하여, 일반적으로 전지셀들(단위전지들)을 카트리지 등의 팩 케이스에 장착하여 전지모듈을 제조하고 있다. 그러나, 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 또는 차량 등에는 일반적으로 장착공간이 한정적이므로, 카트리지와 같은 팩 케이스의 사용으로 인해 전지모듈의 크기가 커지는 경우에는 낮은 공간 활용도의 문제점이 초래된다. 또한, 전지셀의 낮은 기계적 강성은 충방전시 전지셀의 반복적인 팽창 및 수축으로 나타나고, 그로 인해 열융착 부위가 분리되는 경우도 초래된다.However, since the mechanical rigidity of the
상기와 같은 파우치형 전지셀의 안전성을 확보하고 전지모듈의 공간 활용도를 높이기 위해, 전지셀들이 수납된 케이스의 특정부위를 절곡에 의해 적층하는 구조에 대한 기술이 일부 알려져 있다.In order to secure the safety of the pouch-type battery cell as described above and to increase the space utilization of the battery module, a technique for a structure for laminating a specific portion of the case in which the battery cells are stored by bending is known.
예를 들어, 일본 특허출원공개 제2005-123127호에는 다수 개의 전지셀들이 수납될 수 있는 프레임을 구비하고 각 전지셀들 사이의 칸막이부를 절곡에 의해 적층되는 것으로 구성되는 전지팩에 관한 기술이 개시되어 있고, 일본 특허출원공개 제1980-122372호에는 다수 개의 전지셀들이 수납될 수 있는 프레임을 구비하고 각 프레임들 사이는 힌지 구조로 연결되어 있으며 이러한 힌지 구조를 따라 지그재그 형태로 접어서 적층하는 기술이 개시되어 있다.For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-123127 discloses a technology related to a battery pack including a frame in which a plurality of battery cells can be accommodated, and a partition part between the battery cells being laminated by bending. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 1980-122372, there is provided a frame in which a plurality of battery cells can be accommodated, and a hinge structure is connected between each of the frames, and a technique of folding and stacking in a zigzag form along the hinge structure is provided. Is disclosed.
상기 기술들은 절곡이 가능한 구조의 케이스를 사용하여 절곡 부위를 따라 적층하는 전지 팩 구조를 제시하고 있으나, 고출력, 대용량의 전지모듈을 구현하기 위해 다수의 전지셀을 장착할 경우에는, 지나치게 많은 절곡으로 인해, 조립 공정 중에 절곡 부위가 손상되거나 외부 충격 등으로 인해 전기적 접속이 끊어질 우려가 있으며, 전지셀을 무리하게 적층할 경우 과도한 하중이 가해져 전지셀이 파손될 우려가 있다. The above technologies suggest a battery pack structure that is stacked along a bent portion by using a case of a bendable structure. However, when a plurality of battery cells are mounted to implement a battery module having a high output and a large capacity, the battery pack may be excessively bent. Therefore, there is a risk that the bent portion is damaged during the assembly process or the electrical connection is cut off due to external impact, etc., when the battery cells are forcibly stacked, excessive load is applied to damage the battery cells.
또한, 일본 특허출원공개 제2006-185733호에는 다수의 전지의 정극 탭을 인접하는 전지의 음극 탭과 서로 포개지도록 배열한 후 연결 방향으로 절곡하여 적층하는 구조의 조립전지에 대한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 전극단자를 절곡하는 과정에서 가해지는 외력으로 인해 손상이 가해지거나 내부의 전극조립체와의 연결이 끊어질 가능성이 있으며, 절곡되는 전극단자들 사이에 절연 부재, 가이드 부재 등 다수의 부재들을 개별적으로 삽입해야 하기 때문에 조립 과정이 용이하지 않고 양산 공정에의 적용에 한계가 있다. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-185733 discloses a technique for an assembled battery having a structure in which positive electrode tabs of a plurality of cells are arranged so as to overlap with negative electrode tabs of adjacent cells, and then bent and stacked in a connection direction. . However, the above technique may be damaged due to external force applied in the process of bending the electrode terminal, or the connection with the internal electrode assembly may be broken, and a plurality of insulating members, guide members, etc. may be interposed between the bent electrode terminals. Since the members must be inserted individually, the assembly process is not easy and there is a limitation in the application to the mass production process.
한편, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서, 온도센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다.On the other hand, since a battery module is a structure in which a plurality of battery cells are combined, when some battery cells are overvoltage, overcurrent, and overheating, safety and operation efficiency of the battery module are greatly detrimental, so a means for detecting them is necessary. Therefore, by connecting a voltage sensor, a temperature sensor, and the like to the battery cells to check and control the operation state in real time or at regular intervals, the installation or connection of such a detection means makes the assembly process of the battery module very complicated and for this purpose. There is also a risk of short circuits due to the large number of wires.
이와는 별도로, 다수의 전지셀들을 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하거나 또는 소정 단위의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수를 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부 재들이 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 앞서 설명한 바와 같은 측면에서 바람직하지 않으며, 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Apart from this, when constructing a medium-large battery module using a plurality of battery cells or a medium-large battery module using a plurality of unit modules consisting of a predetermined unit of battery cells, for the mechanical fastening and electrical connection of the Since many parts are needed, the process of assembling these members is very complicated. Moreover, space is required for joining, welding, soldering, etc. a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, thereby increasing the size of the entire system. This increase in size is not desirable in view of the foregoing, and there is a high need for a battery module having a more compact and excellent structural stability.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 별도의 체결 부재 없이도 용이하게 결합이 가능한 전지모듈용 카트리지를 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to minimize the increase in weight and size while effectively reinforcing the low mechanical rigidity of the battery cell, to provide a battery module cartridge that can be easily coupled without a separate fastening member.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 작업시 또는 작동시 단락이나 파손 등의 위험성을 줄일 수 있는 전지모듈용 카트리지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to manufacture by a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection to lower the overall manufacturing cost, and to reduce the risk of short circuit or breakage during operation or operation It is to provide a cartridge for the module.
본 발명의 기타 목적은 상기 카트리지를 포함하는 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a medium-large battery module including the cartridge.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 카트리지는, 양극단자와 음극단자들이 상하 방향으로 대향하여 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 장착되어 중대형 전지모듈을 구성하는 카트리지로서,The cartridge according to the present invention for achieving the above object is a cartridge that is equipped with a plate-shaped battery cells are formed in which the positive and negative terminals are opposed to each other in the vertical direction to form a medium-large battery module,
(a) 상면에 둘 또는 그 이상의 전지셀 수납부들이 형성되어 있고, 각각의 전지셀 수납부들은 절곡 가능한 구조로 연결되어 있는 구조의 하부 플레이트 부재;(a) a lower plate member having two or more battery cell accommodating portions formed on an upper surface thereof, each of the battery cell accommodating portions being connected in a bendable structure;
(b) 상면과 하면에 각각 둘 또는 그 이상의 전지셀 수납부들이 형성되어 있고, 전지셀 수납부의 하부열 전극단자들에 대응하는 부위에는 수직 관통구가 형성되어 있고, 각각의 전지셀 수납부들은 절곡 가능한 구조로 연결되어 있는 구조의 하나 또는 그 이상의 중간 플레이트 부재;(b) Two or more battery cell accommodating portions are formed on the upper and lower surfaces thereof, respectively, and vertical through holes are formed at portions corresponding to the lower row electrode terminals of the battery cell accommodating portion, respectively. One or more intermediate plate members of the structure connected in a bendable structure;
(c) 하면에 둘 또는 그 이상의 전지셀 수납부들이 형성되어 있고, 각각의 전지셀 수납부들은 절곡 가능한 구조로 연결되어 있는 구조의 상부 플레이트 부재;(c) an upper plate member having two or more battery cell accommodating parts formed on a lower surface thereof, each of the battery cell accommodating parts being connected in a bendable structure;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.It is configured to include.
본 발명에 따른 카트리지는 다수의 전지셀들을 구조적으로 안정되게 적층할 수 있으며, 높은 밀집도로 충적할 수 있고 전기적 연결이 용이하여, 이를 활용한 중대형 전지모듈의 공간 활용도를 극대화 할 수 있으며, 간단한 공정만으로 조립이 가능하다. The cartridge according to the present invention can be structurally stable stacking of a plurality of battery cells, can be charged with high density and easy electrical connection, maximizing the space utilization of the medium-large battery module using this, a simple process It can be assembled only.
상기에서 절곡 가능한 구조는 경첩식 결합 구조 등 다양한 형태로 달성될 수 있으며, 절곡 각도는 90 도, 180 도, 270 도 등과 같은 한정된 각도 이외에 360 도로 완전히 꺾일 수 있는 각도로 설정할 수 있다. 바람직하게는, 인접한 전지셀 수납부들이 서로 중첩되면서 적층될 수 있도록, 필요에 따라 절곡 각도가 360 도가 될 수 있도록 해당 부위가 구성되어 있다. The bendable structure may be achieved in various forms such as a hinged coupling structure, and the bending angle may be set at an angle capable of being fully bent at 360 degrees in addition to limited angles such as 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. Preferably, the corresponding portions are configured such that the bending angle may be 360 degrees as necessary so that adjacent battery cell accommodating portions may be stacked while overlapping each other.
하나의 바람직한 예로서, 상기 카트리지에 수납된 전지셀들은 필요에 따라 직렬 또는 병렬 구조로 연결되며, 이러한 전지셀들 간의 전기적 연결을 위해서, 상기 하부 플레이트 부재 및/또는 상부 플레이트 부재에는 수납된 전지셀들의 전극단자들이 형성되어 있는 방향, 즉 카트리지의 측면 방향으로 전기적 연결하기 위한 접속부재가 설치되어 있는 구조일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 중간 플레이트 부재에 전지셀 수납부의 상부열 전극단자들을 측면 방향으로 연결하기 위한 접속부재가 설치되어 있는 구조일 수 있다.As one preferred embodiment, the battery cells housed in the cartridge are connected in series or parallel structure as necessary, and the battery cells housed in the lower plate member and / or the upper plate member for electrical connection between these battery cells. It may be a structure that is provided with a connection member for electrical connection in the direction in which the electrode terminals are formed, that is, the side direction of the cartridge. In some cases, the intermediate plate member may have a structure in which a connection member for connecting the upper row electrode terminals of the battery cell accommodating part in the lateral direction is provided.
또는, 상기 카트리지를 구성하는 플레이트 부재의 일측에, 전지셀들 간의 전기적 연결을 위한, 접속부재가 설치되기 위한 장착 홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 하부 플레이트 부재 및/또는 상부 플레이트 부재에는 전지셀들을 측면 방향으로 전기적 연결하기 위한 접속부재가 설치되기 위한 장착 홈이 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 특히 상기 중간 플레이트 부재에는 전지셀 수납부의 상부열 전극단자들을 측면 방향으로 전기적 연결하기 위한 접속부재가 설치되기 위한 장착 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.Alternatively, one side of the plate member constituting the cartridge may have a structure in which a mounting groove for installing a connection member for electrical connection between battery cells is formed. Specifically, the lower plate member and / or the upper plate member may have a structure in which a mounting groove for installing a connection member for electrically connecting the battery cells in a lateral direction is formed, in particular the number of battery cells in the intermediate plate member. It is preferable that a mounting groove is provided for installing a connection member for electrically connecting the upper row electrode terminals of the solder in the lateral direction.
이러한 장착 홈에 소정의 접속부재를 장착하고, 각 전지셀 수납부에 탑재되어 있는 전지셀의 전극단자들을 접속부재의 단부에 접속시켜 전기적으로 연결을 이룰 수 있다.A predetermined connection member may be mounted in the mounting groove, and the electrode terminals of the battery cells mounted in each battery cell accommodating portion may be connected to the ends of the connection member to make electrical connection.
상기 접속부재는 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 도전성의 소재이면 특별히 제한 없이 가능하나, 조립공정의 용이성 및 다양한 구조적 변형을 위해서 상기 접속부재는 금속 와이어인 것이 바람직하다.The connecting member is used to electrically connect the electrode terminals of the battery cells, and any conductive material may be used without particular limitation. However, the connecting member is preferably a metal wire for ease of assembly and various structural modifications.
바람직하게는, 상기 카트리지는, 상기 상부 플레이트 부재 및/또는 하부 플레이트 부재의 양측 최외각 전지셀 수납부에 외부 입출력 단자를 위한 접속부재가 설치되어 있거나, 상기 접속부재가 설치되기 위한 장착 홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 최외각 전지셀 수납부에 설치되어 있는 접속부재 또는 장착 홈에 설치된 접속부재는 외부 입출력 단자 역할을 하게 되고, 양단에 걸치는 전압은 외부에 대한 출력값으로 나타나게 된다.Preferably, the cartridge is provided with connecting members for external input / output terminals on both outermost battery cell accommodating portions of the upper plate member and / or the lower plate member, or mounting grooves for installing the connecting member. It may be a structure. The connection member installed in the outermost battery cell accommodating portion or the connection member installed in the mounting groove serves as an external input / output terminal, and the voltage across both ends is represented as an output value to the outside.
상기 중간 플레이트 부재는, 바람직하게는, 상면과 하면에 각각 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 수납되며, 전지셀 수납부의 하부열 전극단자들에 대응하는 부위에 수직 관통구가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 수직 관통구는 중간 플레이트 부재의 상면 수납부와 하면 수납부에 각각 장착되는 전지셀들의 전극단자들을 수직 방향으로 상호 전기적 연결하기 위한 통로로서, 상기 중간 플레이트 부재의 상면과 하면에 각각 장착된 전지셀들은 상기 수직 관통구를 통해 하부열 전극단자들을 용접 또는 솔더링 공정을 통해 전기적 연결을 달성할 수 있다. 따라서, 중간 플레이트 부재의 상면과 하면에 각각 위치하는 전지셀들 상호간의 전기적 연결이 가능해 진다.Preferably, the intermediate plate member may have a structure in which two or more battery cells are accommodated on an upper surface and a lower surface thereof, and a vertical through hole is formed at a portion corresponding to the lower row electrode terminals of the battery cell accommodating portion. have. The vertical through hole is a passage for electrically connecting the electrode terminals of the battery cells respectively mounted on the upper and lower accommodating portions of the intermediate plate member in the vertical direction, and the battery cells mounted on the upper and lower surfaces of the intermediate plate member, respectively. They may achieve electrical connection by welding or soldering the lower row electrode terminals through the vertical through hole. Therefore, the electrical connections between the battery cells positioned on the upper and lower surfaces of the intermediate plate member are possible.
또한, 상기 중간 플레이트 부재의 수직 관통구에는 전극단자 접속부위에 연통되는 수평 관통홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 수평 관통홈을 통해 전극단자의 연결부위가 제어장치에 연결되어 전압, 전류 및 온도 등을 측정하고 전지의 작동상태를 제어하게 된다. In addition, the vertical through hole of the intermediate plate member may have a structure in which a horizontal through groove communicating with the electrode terminal connection portion is formed. The connecting portion of the electrode terminal is connected to the control device through the horizontal through groove to measure the voltage, current and temperature and the like and to control the operating state of the battery.
경우에 따라서는, 상기 플레이트 부재들은 전지셀 수납부들을 측면 방향으로 연결하는 하나 또는 둘 이상의 연통 홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 연통 홈은 전지셀들의 냉각을 위한 것으로, 냉매(예를 들어, 공기)의 흐름을 원활하게 유도하여 냉각효율을 향상시키기 위해 전지셀 수납부들을 측면 방향으로 연결하는 연통 홈이 형성되어 있는 구조이다.In some cases, the plate members may have a structure in which one or more communication grooves connecting the battery cell accommodating parts in a lateral direction are formed. The communication groove is for cooling the battery cells, and has a structure in which a communication groove for connecting the battery cell accommodating parts in a lateral direction is formed to smoothly induce a flow of a refrigerant (for example, air) to improve cooling efficiency. to be.
상기 플레이트 부재들에는, 적층된 상태 또는 적층 후 절곡한 상태에서 상호 체결하기 위한 둘 또는 그 이상의 수직 체결홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 수직 체결홈은 플레이트 부재들의 상하 일 측면 또는 양 측면에 형성되어 있을 수 있으며, 전지셀들이 수납된 상태에서 상기 수직 체결홈에 소정의 부재, 예를 들어, 패스너 형태의 체결부재를 삽입하여, 상기 플레이트 부재들을 상호 결합하고 고정하게 된다.The plate members may have a structure in which two or more vertical fastening grooves are formed to be fastened to each other in a stacked state or bent after lamination. The vertical fastening groove may be formed on the upper and lower sides or both sides of the plate members, by inserting a predetermined member, for example, a fastener-shaped fastening member in the vertical fastening groove in the state that the battery cells are accommodated, The plate members are coupled to and fixed to each other.
상기 판상형 전지셀로는 반복적인 충방전이 가능한 다양한 종류의 이차전지가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 각형 또는 파우치형 전지셀일 수 있고, 더욱 바람직하게는 파우치형 전지셀일 수 있다.As the plate-shaped battery cell, various types of secondary batteries capable of repetitive charging and discharging may be used. Preferably, the plate-shaped battery cell may be a rectangular or pouch-type battery cell, and more preferably, a pouch-type battery cell.
본 발명은 또한 상기 카트리지를 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다. 중대형 전지모듈은 고출력 대용량의 전기를 공급할 수 있도록 다수의 전지셀들을 전기적 및 기계적으로 연결하여 제조된다. 예를 들어, 중대형 전지모듈은 상기 카트리지에 전지셀들을 장착한 후, 전지셀 수납부 별로 절곡하여, 전체적으로 다수의 전지셀들이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은, 필요에 따라 다수 개의 중간 플레이트 부재를 사용하여, 소망하는 출력 과 용량의 중대형 전지모듈을 구현하는 것이 가능하다.The present invention also provides a medium-large battery module including the cartridge. Medium and large battery modules are manufactured by electrically and mechanically connecting a plurality of battery cells so as to supply high output large capacity electricity. For example, the medium-large battery module may have a structure in which a plurality of battery cells are sequentially stacked by bending battery cells in the cartridge and bending the battery cells in the battery cell accommodating part. In addition, the medium-large battery module according to the present invention, by using a plurality of intermediate plate members, if necessary, it is possible to implement a medium-large battery module of the desired output and capacity.
하나의 바람직한 예에서, 상기 중대형 전지모듈은, 상기 카트리지의 중간 플레이트 부재의 상면과 하면 전지셀 수납부에 각각 장착된 전지셀들은 수직 관통구를 통해 전극단자들을 용접함으로써 전기적 연결을 이루는 구조일 수 있다. In one preferred embodiment, the medium-large battery module, the battery cells respectively mounted on the upper surface and the lower surface of the battery cell receiving portion of the intermediate plate member of the cartridge may be a structure for making an electrical connection by welding the electrode terminals through a vertical through hole. have.
또한, 중대형 전지모듈은 다수의 전지셀들을 포함하는 구조로 이루어져 있으므로, 개개의 전지셀들의 작동상태를 확인하여 제어하는 것이 요구된다. 예를 들어, 각 전지셀의 전압, 온도 등의 물리적 작동상태를 검출하여 최적의 작동 상태 및 안전성을 확보하는 것이 필요하다. 이러한 물리적 작동상태의 확인은, 측정 대상인 전지셀에 전압 측정을 위한 와이어 등의 접속부재를 각각 제어부에 연결하는 구성, 측정 대상인 전지셀의 외면 또는 인근에 온도 센서를 설치하고 이들의 검출신호를 접속부재를 사용하여 각각 제어부에 연결하는 구성 등으로 달성될 수 있다. In addition, since the medium-large battery module has a structure including a plurality of battery cells, it is required to check and control the operation state of the individual battery cells. For example, it is necessary to detect physical operating states such as voltage and temperature of each battery cell to secure an optimal operating state and safety. This physical operation is checked by connecting a connection member such as a wire for voltage measurement to the control unit to the battery cell to be measured, and installing a temperature sensor on the outer surface or the vicinity of the battery cell to be measured and connecting the detection signals thereof. It can be achieved by a configuration such as connecting to the control unit using the member, respectively.
이를 위해, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈에서, 상기 중간 플레이트 부재의 수직 관통구에 수평 관통홈이 연통되어 있고, 상기 수평 관통홈을 통해 전극단자 접속부위가 제어장치에 연결되어 있는 구조일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제어장치가 각 전지셀들의 전압, 전류, 온도 등을 감지하고 전지의 작동을 제어하는 BMS (Battery Management System)일 수 있다.To this end, in the medium-large battery module according to the present invention, a horizontal through groove communicates with a vertical through hole of the intermediate plate member, and an electrode terminal connection part is connected to a control device through the horizontal through hole. Preferably, the control device may be a BMS (Battery Management System) for sensing the voltage, current, temperature and the like of each battery cell and controlling the operation of the battery.
상기 전지모듈은, 상기 카트리지를 구성하는 플레이트 부재들 상에 전지셀들을 장착한 후, 절곡부위를 따라 접어서 적층하는 구조로 이루어져 있다. 적층된 전지모듈의 구조적 안정성을 위해, 상기 전지셀 수납부의 절곡부위를 고정하기 위하여 전지모듈의 일측에는 고정용 커버가 장착되는 구조일 수 있다.The battery module has a structure in which battery cells are mounted on plate members constituting the cartridge, and then folded and stacked along the bent portion. For structural stability of the stacked battery modules, the fixing cover may be mounted on one side of the battery module to fix the bent portion of the battery cell accommodating part.
본 발명에 따른 전지모듈은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지셀들을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성과 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module according to the present invention can be manufactured by combining the battery cells according to the desired output and capacity, in consideration of the mounting efficiency and structural stability, etc., has a limited mounting space and is exposed to frequent vibration and strong impact, It may be preferably used as a power source of a hybrid electric vehicle, an electric motorcycle, an electric bicycle, and more preferably, may be used as a power source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
이하, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도면을 참조하여 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to the drawings according to some embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 카트리지의 하부 플레이트 부재의 정면도가 도시되어 있다. 2 is a front view of the lower plate member of the cartridge according to one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 하부 플레이트 부재(100)는 그것의 상면에 4 개의 전지셀들(도시하지 않음)이 장착될 수 있는 수납부들(120)이 형성되어 있는 판상형 부재이다. 전지셀 수납부들(120)을 측면 방향으로 연결하는 3 개의 연통 홈들(130)이 위치하고 있으며, 각각의 전지셀 수납부들(120) 사이에는 절곡부위(140)가 형성되어 있고, 장착되는 전지셀들을 측면 방향으로 전기적 연결하기 위한 접속부재(160)들이 설치되어 있다.Referring to FIG. 2, the
연통 홈들(130)은 전지셀들의 냉각을 위한 것으로, 연통 홈들(130)을 따라 냉매(e.g., 공기)가 유동되면서 전지셀들의 방열을 돕는다. 냉각효율을 향상시키기 위해서 전지셀 수납부들(120)을 측면 방향으로 연결하는 구조로 이루어져 있으 며, 전지셀을 균일하게 냉각하기 위하여 상하단과 중앙 부위에 모두 3 개의 연통홈들(130)이 형성되어 있다. The
본 발명에 의한 카트리지 상에 전지셀들을 장착한 상태에서 절곡부위(140)를 따라 지그재그 방식으로 절곡하면 매우 콤팩트한 구조의 전지모듈이 만들어질 수 있다. 그에 관한 더욱 구체적인 내용은 이후 도 7 내지 9를 참조하여 설명한다.When the battery cells are mounted on the cartridge according to the present invention and bent in a zigzag manner along the
플레이트 부재(100)의 상단과 하단부에는 다수 개의 수직 체결홈들(150)이 형성되어 있다. 수직 체결홈들(150)에 패스너(도시하지 않음) 등의 체결부재가 삽입되어 수직으로 적층되는 다수의 플레이트 부재들을 상호 체결하게 된다. A plurality of
접속부재(160)는 장착되는 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결하기 위한 것으로 도전성의 금속 와이어로 구성되어 있으며, 특히 최외각 전지셀 수납부에 설치되어 있는 접속부재(161, 162)는 외부 입출력 단자의 역할을 하게 된다. 이러한 접속부재(160)의 용이한 장착을 위하여, 하부 플레이트 부재(100)의 해당 부위에는 장착 홈이 형성되어 있을 수 있다.The
도 3에는 도 2의 하부 플레이트 부재 상에 장착되는 전지셀들이 모식적으로 나타나 있다. 3 schematically shows battery cells mounted on the lower plate member of FIG. 2.
도 3을 참조하면, 하부 플레이트 상에는 측면 방향으로 4 개의 전지셀들(110)이 장착되며, 각 전지셀들의 전극단자들은 인접하는 전지셀에 대해 반대 전극이 인접하는 방향으로 장착되며, 최외각에 장착되는 전지셀의 상부열 전극단자들은 외부 회로와 연결되어 외부 입출력 단자의 역할을 하게 된다.Referring to FIG. 3, four
도 4에는 도 2의 하부 플레이트 상에 탑재되는 중간 플레이트 부재의 하면 (도 4a)과 상면(도 4b)에 대한 평면도들이 각각 도시되어 있다.4 is a plan view of the lower surface (FIG. 4A) and the upper surface (FIG. 4B) of the intermediate plate member mounted on the lower plate of FIG. 2, respectively.
중간 플레이트 부재의 하면(200a)과 상면(200b)에는 각각 4 개의 전지셀 수납부들(221, 222)이 형성되어 있고, 전지셀 수납부들(221, 222)을 측면 방향으로 연결하는 3 개의 연통 홈들(230)이 위치하고 있으며, 각각의 전지셀 수납부들은 절곡 가능한 구조(240)로 연결되어 있다. 전지셀 수납부들(221, 222)의 상단열 일측에는, 장착되는 전지셀들을 측면 방향으로 전기적 연결하기 위한 접속부재(261, 262)들이 설치되어 있다. 또한, 전지셀 수납부의 하부열 전극단자에 대응하는 부위에는 수직 관통구(270)가 형성되어 있으며, 수직 관통구(270)에는 전극단자 접속부위에 연통되는 수평 관통홈(280)이 형성되어 있다. Four battery
상기 중간 플레이트 부재의 하면(200a)과 상면(200b)에는 각각 4 개씩 모두 8 개의 전지셀들이 장착되며, 각 전지셀들의 상부열 전극단자들은 도전성의 금속 와이어로 이루어진 접속부재들(261, 262)에 의해 전기적으로 연결되고, 하부열 전극단자들은 수직 관통구(270)를 통해 상하 양쪽으로 장착되는 전지셀들의 전극단자들을 상호 용접에 의해 연결하게 된다. 하면(200a)의 접속부재(261)는 하부 플레이트(도 2: 100)의 접속부재(160, 161, 162)와 대응하는 형상이고, 상면(200b)의 접속부재(262)는 상부 플레이트(도 6: 300)의 접속부재와 대응하는 형상으로 이루어져 있다. 하면(200a) 전지셀들의 양쪽 최외각 상부열 전극단자들과 연결된 접속부재는 외부 입출력 단자의 역할을 하게 되고, 나머지 전지셀들의 전극단자들은 직렬 방식으로 전기적 연결을 이루게 된다.Eight battery cells are mounted on the
또한, 중간 플레이트 부재(200)의 수직 관통구(270)에는 전극단자 접속부위 에 연통되는 수평 관통홈(280)이 형성되어 있으며, 수평 관통홈(280)을 통해, 전극단자의 연결부위는 제어장치에 연결되어 전압, 전류 및 온도 등을 측정하고 전지의 작동상태를 제어하게 된다. In addition, the vertical through
도 5에는 도 4a 및 4b의 중간 플레이트 부재 상에 전지셀들이 장착된 모습이 도시되어 있다.FIG. 5 illustrates a state in which battery cells are mounted on the middle plate members of FIGS. 4A and 4B.
도 5를 참조하면, 중간 플레이트 부재(200) 상에 4 개의 전지셀들(210)이 장착되며, 각 전지셀들의 전극단자들은 인접하는 전지셀과 서로 대향하는 방향으로 위치하고 있다. 상부열 전극단자들은 상호 인접하는 전지셀과 도전성 금속 와이어의 접속부재(242)에 의해 전기적 연결을 이루고 있고, 하부열 전극단자들은 수직 관통구(270)를 통해 중간 플레이트 부재(200)의 하면(200a)에 장착된 전지셀들의 전극단자들과 용접에 의해 전기적 연결을 이루고 있다.Referring to FIG. 5, four
도 6a 및 6b에는 도 4a 및 4b의 중간 플레이트 부재 상에 탑재되는 상부 플레이트 부재의 상면과 하면에 대한 평면도들이 도시되어 있다.6A and 6B show top views of the upper and lower surfaces of the upper plate member mounted on the intermediate plate member of FIGS. 4A and 4B.
이들 도면을 참조하면, 상부 플레이트 부재(300)는 전지셀들이 장착된 중간 플레이트 부재(200)의 상단을 덮는 판상형 부재이다. 측면 방향으로 연결하는 3 개의 연통 홈들(310)이 형성되어 있으며, 중간 플레이트 부재(200)의 전지셀 수납부들의 경계지점과 대응하는 위치에 절곡부위(320)가 형성되어 있다. Referring to these drawings, the
상부 플레이트 부재(300)의 하면 형상(도 6b 참조)은 수평 관통홈이 형성되어 있지 않다는 점을 제외하고는, 실질적으로 중간 플레이트 부재의 상면 형상(도 4b 참조)과 동일하다.The lower surface shape of the upper plate member 300 (see FIG. 6B) is substantially the same as the upper surface shape of the intermediate plate member (see FIG. 4B) except that no horizontal through groove is formed.
도 7과 8에는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 중대형 전지모듈의 전방 및 후방 사시도들이 도시되어 있다.7 and 8 are respectively shown front and rear perspective views of the medium-large battery module according to another embodiment of the present invention.
도 7과 8을 함께 살펴보면, 본 발명에 따른 전지모듈(400)은 하부 플레이트 부재(100)/전지셀(도 3: 110)/중간 플레이트 부재(200)/전지셀(도 5: 210)/상부 플레이트 부재(300) 순으로 적층한 후, 플레이트 부재들(100, 200, 300)의 전지셀 수납부들 사이에 형성되어 있는 절곡부위를 따라 지그재그 형상으로 접어서 적층된 구조이다. Looking at Figures 7 and 8 together, the
도 7은 전지모듈(400)의 전방 사시도로서, 우측 일면에는 최외각 전지셀의 전극단자와 연결되어 있는 외부 입출력 단자(410, 420)가 돌출되어 있고, 도 8은 전지모듈(400)의 후방 사시도로서, 외부 입출력 단자(410, 420)가 돌출되어 있는 반대편 일면에는, 중간 플레이트 부재(200) 상의 수평 관통홈(430)이 노출되어 있다. 수평 관통홈(430)에는 전극단자들의 작동상태를 제어하기 위한 BMS 부재(도시하지 않음)가 장착된다. FIG. 7 is a front perspective view of the
플레이트 부재들(100, 200, 300)에 형성되어 있는 연통 홈(310)으로 인해, 내부에 장착된 전지셀들이 부분적으로 노출될 수 있으며, 따라서, 공기가 연통 홈(310)을 통해 유동함으로써, 충방전시 전지셀들로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다. Due to the
도 9에는 도 7과 8의 중대형 전지모듈의 일측에 고정용 커버가 장착된 구조의 사시도가 도시되어 있다.9 is a perspective view of a structure in which a fixing cover is mounted on one side of the medium and large battery modules of FIGS. 7 and 8.
도 9를 참조하면, 전지모듈(400)의 일측면에는 플레이트 부재의 절곡부위를 고정하기 위한 고정용 커버(430)가 장착되어 있으며, 우측 일면에는 외부 입출력 단자(410, 420)가 돌출되어 있는 구조를 확인할 수 있다.9, a fixing
이상 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 및 이를 포함하는 중대형 전지모듈의 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described with reference to the drawings of the cartridge and the medium-large battery module including the same according to an embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains a variety of applications within the scope of the present invention based on the above contents And it will be possible to make modifications.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈용 카트리지는 전지셀의 낮은 강성을 보완하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 전지셀의 작동 상태를 확인할 수 있는 검출수단의 장착이 용이하며, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 작업시 또는 작동시 단락이나 파손 등의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 카트리지를 사용하여 소망하는 출력과 용량의 중대형 전지모듈을 용이하게 제조할 수 있다.As described above, the battery module cartridge according to the present invention can minimize the increase in weight and size while complementing the low rigidity of the battery cell, and is easy to install the detection means for checking the operating state of the battery cell. By using a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, the overall manufacturing cost can be lowered and the risk of short circuit or breakage during operation or operation can be reduced. By using a cartridge, a medium-large battery module having a desired output and capacity can be easily manufactured.
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