KR20190112581A - 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈은 하우징 상기 하우징 내부에 구비되는 복수의 터미널 단자들 상기 터미널 단자를 지지하도록 구비된 단자 지지부 및 상기 터미널 단자와 연결되어 각 전지셀의 전압 신호를 수신하여 BMS(battery management system)로 송신하는 신호 출력부를 포함하여 구성되어 있다.

Description

터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈 {VOLTAGE SENSING MODULE OF TERMINAL USING ELASTICITY AND BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조립 방식으로 센싱 접점부의 고정력을 향상시킨 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 이러한 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, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
전지 모듈을 구성하는 상기와 같은 전지셀들간 직렬 연결이나 병렬 연결은, 배터리 팩이 적용된 장치를 고려하여 배터리 팩의 출력이나 용량, 구조 등에 따라 여러 형태로 결정될 수 있다. 따라서, 이차 전지들은 다양한 직렬 연결 및 병렬 연결 형태로 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈은 하나 이상 배터리 팩에 포함될 수 있다.
도 1에는 종래의 전지 모듈용 전압 센싱 모듈의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 모듈용 전압 센싱 모듈(10)은 복수의 버스 바들(22, 23)을 포함하는 버스 바 조립체 및 이 버스 바 조립체에 탈착가능하게 연결되는 커넥터 기판을 포함한다.
전지 모듈은 복수의 전지셀들로 구성되며, 각각의 전지셀은 양극과 음극의 탭을 가질 수 있다. 이와 같이 전지 모듈을 구성하는 전지셀의 탭들은, 이 전지셀들이 직렬 연결이 되도록 버스 바 또는 다른 연결부재들을 이용해서 연결될 수 있다. 전지 모듈은 복수 개가 모여, 예를 들어 전기 자동차 등에 이용되는 전지 팩을 구성할 수 있다.
커넥터 기판이 버스 바 조립체에 연결된 상태에서, 버스 바 조립체의 버스 바의 삽입부(23), 잠금 돌기(24), 및 리브(25)가 회로 기판(31)에 관통하여 삽입된다. 또한, 회로 기판(31)의 하부에는, 버스 바 조립체에 형성되는 제거 홈(26)이 배치된다.
그러나, 종래의 전압 센싱 모듈은 구조가 복잡하고 부품의 수가 많다는 문제가 있어 조립 공정에서 시간 소모가 크다는 문제가 있다. 또한, 커넥터 기판 상의 퓨즈 등과 같은 전기 소자에 이상이 발생되어 PCB 또는 전압 센싱 모듈을 교체하여야 하는 경우에 종래의 전지셀의 탭과 전압 센싱 모듈의 버스 바가 상호 용접에 의해서 부착되어 있어 전압 센싱 모듈을 제거하기가 어려울 뿐만 아니라, 새로운 전압 센싱 모듈을 다시 용접하여야 하므로, 교체 작업이 번잡하고 시간 소모가 많으며 용접시 품질에 문제가 발생할 수도 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2016-0026028 호
종래의 전지 모듈에서는 전압 센싱 모듈의 센싱 단자를 셀 리드와 결합시키는 경우에 리셉터클 방식과 전지셀 리드에 센싱단자를 융착시키는 용접방식을 이용 하였으나, 조립시 전지셀 리드에 의해 단자가 이탈되거나 접점 센싱 방식으로 인해 고정력이 약화되는 문제점이 있으며, 또한 용접에 의해 공정 중 용접 품질 확인 어려움이 있으므로, 본 발명의 일 실시 예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 부품 수량을 최소화하면서 조립성이 우수하여 공정 효율성을 향상시켜 제조 비용을 절감하고 조립은 용이하며 센싱 접점부의 고정력을 향상시킬 수 있는 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하고자 한다.
하우징; 상기 하우징 내부에 구비되는 복수의 터미널 단자들; 상기 터미널 단자를 지지하도록 구비된 단자 지지부 및 상기 터미널 단자와 연결되어 각 전지셀의 전압 신호를 수신하여BMS(battery management system)로 송신하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.
상기 터미널 단자는 탄성을 가질 수 있다.
상기 터미널 단자는 본체와 상기 본체에서 절곡된 절곡부로 이루어져 있는 구조일 수 있다.
상기 절곡부는 가운데 부위가 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 절곡부는 단자 지지부 측으로 절곡된 구조일 수 있다.
상기 터미널 단자들은 단자 지지부에 상호 이격되어 결합되어 있는 구조일 수 있다.
상기 터미널 단자와 단자 지지부 사이에는 전지셀 리드 삽입 공간이 형성될 수 있다.
상기 전지셀의 리드는 억지 끼움 방식으로 고정될 수 있다.
상기 하우징은 터미널 단자의 외측으로의 가압을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈을 포함하는 전지 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈은 간단한 구조로 부품수를 최소화하면서 전지셀 리드를 용접 없이 고정시켜 제조 공정의 수를 감소시켜 공정 효율성을 향상시킴으로써 제조 비용을 절감하고, 조립 방식으로 센싱 접점부의 고정력을 강화하여 안전성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈용 전압 센싱 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 측면 모식도이다.
도 4는 도 2의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 일부 확대 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 터미널 단자의 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 측면 모식도이며, 도 4는 도 2의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 일부 확대 모식도이고, 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈의 터미널 단자의 모식도이다.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈(100)은 하우징(110), 상기 하우징(110) 내부에 구비되는 복수의 터미널 단자들(120), 상기 터미널 단자(120)를 지지하도록 구비된 단자 지지부(130) 및 상기 터미널 단자(120)와 연결되어 각 전지셀(10)의 전압 신호를 수신하여 BMS로 송신하는 신호 출력부(140)를 포함하여 구성되어 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 터미널 단자(120)는 탄성을 가지되, 상기 터미널 단자(120)는 본체(122)와 상기 본체(122)에서 절곡된 절곡부(124)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 절곡부(124)는 가운데 부위가 볼록한 형상이면서 단자 지지부(130) 측으로 절곡된 구조를 가진다.
또한, 상기 터미널 단자들(120)은 단자 지지부(130)에 상호 이격되어 결합되어 있되, 상기 터미널 단자(120)와 단자 지지부(130) 사이에는 전지셀 리드(11) 삽입 공간이 형성되어 있어 상기 전지셀(10)의 리드(11)가 억지 끼움 방식으로 고정된다.
이러한 구조에서, 단자 지지부(130)는 바디에 장착되어 있고, 터미널 단자(120)는 단자 지지부(130)에 지지되어 있으며, 상기 하우징(110)은 터미널 단자(120)의 외측으로의 가압을 방지하게 된다.
여기서, 상기 전지셀은 전지의 고용량화로인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지셀이 바람직하고, 상기 파우치형 전지셀은 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 연결되어 있는 커버로 이루어져 있다.
즉, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조이다.
또한, 상기 전지셀의 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성되어 있다.
한편, 상기 전극조립체는 다수의 양극 탭들과 다수의 음극 탭들이 각각 융착되어 전극 리드에 함께 결합되어 있으며, 케이스 본체의 상단부와 커버의 상단부가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 리드 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 리드와 전지케이스의 밀봉성을 확보하기 위하여 리드의 상하면에 절연필름이 부착되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에서, 상기 전지셀의 리드는 양방향으로 돌출되어 있되, 경우에 따라서 일방향을 향하여 제작될 수도 있다.
또한, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다. 즉, 이차전지는 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등을 사용하는 중량 대비 높은 출력과 용량의 리튬 이차전지가 크게 각광받고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 세퍼레이터 및 음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있되, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
한편, 전지 모듈에 있어서, 모듈 측에는 개별 셀의 전압 및 온도에 대한 데이터를 제공하는 슬레이브 형태의 BMS가 적용되고, 예를 들어, 자동차용 이차전지 팩의 경우에는 BMS가 제공되어 전체 전지팩의 기능을 관리하게 된다.
전지팩은 다수의 전지 모듈들이 조합된 구조로 이루어져 있어서, 일부 전지 모듈들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지팩의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 안전 시스템인 BMS를 구비하여 과전압, 과전류, 과발열 등을 탐지하여 전지팩의 전류를 차단하거나 냉각장치를 가동시키는 구조를 포함하고 있다.
상기 BMS는 전지 모듈 내에 직렬 또는 병렬로 연결된 개별 셀의 전압을 센싱 회로를 통하여 측정하고, 전지셀 단위 전압 센싱을 통해 차량 시스템에서 셀 밸런싱 통한 배터리팩에 대한 최적의 성능을 유지한다.
다시 도면들을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 작동 관계를 기술하면, 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈(100)은 하우징(110), 상기 하우징(110) 내부에 구비되는 복수의 터미널 단자들(120), 상기 터미널 단자(120)를 지지하도록 구비된 단자 지지부(130) 및 상기 터미널 단자(120)와 연결되어 각 전지셀(10)의 전압 신호를 수신하여 BMS로 송신하는 신호 출력부(140)를 포함하여 구성되어 있고, 이러한 구조에서 상기 터미널 단자(120)는 본체(122)와 상기 본체(122)에서 절곡된 절곡부(124)로 이루어져 있되, 상기 절곡부(124)는 가운데 부위가 볼록한 형상이면서 단자 지지부(130) 측으로 절곡되어 탄성을 가지는 구조이다. 또한, 상기 절곡부(124)의 단부는 단자 지지부(130) 측으로 절곡된 형상이다.
상기 터미널 단자들(120)과 단자 지지부(130)는 상호 이격 결합되어 공간이 형성되어 있되, 전지셀(10)의 전지셀 리드(11)가 억지 끼움 방식으로 고정된다. 이때, 하우징(110)은 터미널 단자(120)의 외측으로의 가압을 방지하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈은 간단한 구조로 부품수를 최소화하면서 조립성이 우수하여 제조 공정의 수를 감소시켜 공정 효율성을 향상시킴으로써 제조 비용을 절감하고, 전지셀 리드를 용접 없이 고정시켜 안전성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
100: 전압 센싱 모듈
110: 하우징
120: 터미널 단자들
122: 본체
124: 절곡부
130: 단자 지지부
140: 신호 출력부

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되는 복수의 터미널 단자들;
    상기 터미널 단자를 지지하도록 구비된 단자 지지부; 및
    상기 터미널 단자와 연결되어 각 전지셀의 전압 신호를 수신하여 BMS로 송신하는 신호 출력부;
    를 포함하는 전압 센싱 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터미널 단자는 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터미널 단자는 본체와 상기 본체에서 절곡된 절곡부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절곡부는 가운데 부위가 볼록한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 절곡부는 단자 지지부 측으로 절곡된 구조인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터미널 단자들은 단자 지지부에 상호 이격되어 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터미널 단자와 단자 지지부 사이에는 전지셀 리드 삽입 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지셀의 리드는 억지 끼움 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 터미널 단자의 외측으로의 가압을 방지하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 터미널 단자의 탄성력을 이용한 전압 센싱 모듈을 포함하는 전지 모듈.
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