KR20230126920A - 전지 셀들에 대한 전기적 연결 구성을 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전지 셀들; 상기 복수의 전지 셀들을 수용하는 셀 하우징; 및 상기 복수의 전지 셀들을 전기적으로 연결시키며 상기 셀 하우징의 적어도 일측에 구비되는 인쇄필름유닛을 포함하며, 상기 인쇄필름유닛은 절연 필름;과 상기 절연 필름에 전도성 잉크로 미리 결정된 형태로 인쇄된 전류 패스; 및 일측은 상기 전류 패스와 접촉하고 타측은 상기 복수의 전지 셀들 각각의 전극 단자와 접촉하도록 상기 절연 필름에 결합된 단자 연결부재를 포함한다.

Description

전지 셀들에 대한 전기적 연결 구성을 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module with improved electrical connection configuration for battery cells and battery pack including the same}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 각 전지 셀들을 전기적으로 연결하는 부품을 경량화, 슬림화, 간소화한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트 형태의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지와 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 이차전지와 직육면체로 이루어진 각형 이차전지로 분류될 수 있다.

상기 이차전지 유형들 중 원통형 이차전지들로 구성된 배터리 모듈은 원통형 이차전지들의 전기적 연결을 위해, 한국 특허공개공보 제10-2019-0142581호에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 원통형 이차전지들의 상부 또는 하부에 위치하고 상기 원통형 이차전지들의 전극 단자와 연결 고정되며 평평한 금속 플레이트 형상으로 마련된 버스바(해당 특허공개공보의 도 2, 부재번호 230,240)를 포함한다. 그리고 상기 버스바는 다수의 홀을 구비하고, 각 홀의 둘레로부터 원통형 이차전지의 전극 단자를 향해 벤딩된 형태의 용접부들을 포함한다. 상기 배터리 모듈은, 버스바의 각 용접부를 대응하는 각 원통형 이차전지의 전극 단자에 저항 용접하여, 원통형 이차전지들이 상기 버스바를 매개로 전기적으로 연결되도록 구성되어 있다.

그런데 위와 같은 종래의 배터리 모듈에 사용되는 버스바는 큰 면적의 금속 플레이트 형태로 이루어져 있어 그 자체가 저항으로 작용해 전류 손실을 야기한다. 또한, 상기 버스바는 전류가 통전될 때 발열량이 커서 충방전시 원통형 배터리 셀들의 열을 가중시키는 작용을 하기도 한다. 이 때문에 상기 금속 플레이트 형태의 버스바를 대체할 수단이 요구되고 있다.

한편, 원통형 이차전지들을 병렬 및 직렬(nP/mS) 연결하기 위해서는 복수 개의 버스바들이 필요하고 나아가 각 뱅크(병렬 연결된 이차전지들 단위)별 전압 센싱을 위해 다수의 케이블들도 필요하다. 즉, 배터리 모듈이 다수의 원통형 이차전지들을 포함하면서 일정한 출력과 용량을 갖도록 하기 위해서는 다수의 버스바들 뿐만 아니라 다수의 케이블과 상기 다수의 케이블을 배선하기 위한 수단들이 필요하다.

따라서 금속 플레이트 형태의 버스바를 사용해 원통형 이차전지들을 전기적으로 연결하는 배터리 모듈은 다수의 버스바 및 케이블 사용에 따른 제조비 상승, 조립 공정 소요 시간 증가 및 이차전지들의 방열 효율 저하 등과 같은 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 한국 공개특허 KR 10-2019-0142581 특허문헌 2 : 한국 공개특허 KR 10-2020-0034469

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 상술한 종래의 금속 플레이트 형태의 버스바들이 갖는 전류 손실, 발열, 제조비용 상승, 조립의 곤란성 등을 해결할 수 있는 전지 셀들에 대한 전기적 연결 수단을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전지 셀들; 상기 복수의 전지 셀들을 수용하는 셀 하우징; 및 상기 복수의 전지 셀들을 전기적으로 연결시키며 상기 셀 하우징의 적어도 일측에 구비되는 인쇄필름유닛을 포함하며, 상기 인쇄필름유닛은 절연 필름;과 상기 절연 필름에 전도성 잉크로 미리 결정된 형태로 인쇄된 전류 패스; 및 일측은 상기 전류 패스와 접촉하고 타측은 상기 복수의 전지 셀들 각각의 전극 단자와 접촉하도록 상기 절연 필름에 결합된 단자 연결부재를 포함할 수 있다.

상기 전지 셀은, 상기 전극 단자가 상단과 하단에 구비된 원통형 전지 셀일 수 있다.

상기 셀 하우징은, 상기 원통형 전지 셀들 각각의 상단과 하단이 상기 셀 하우징의 상부와 하부로 노출되도록 구성된 상측판부와 하측판부를 구비할 수 있다.

상기 인쇄필름유닛은 상기 셀 하우징의 상측판부에 배치되는 제1 인쇄필름유닛;과 상기 셀 하우징의 하측판부에 배치되는 제2 인쇄필름유닛을 포함할 수 있다.

상기 단자 연결부재의 타측은 상기 전극 단자에 전기 전도성 접착제에 의해 고정되게 결합될 수 있다.

상기 단자 연결부재는, 금속 소재이고 상기 전극 단자에 대응하는 면적을 갖도록 마련될 수 있다.

상기 절연 필름은 상기 전류 패스가 인쇄되는 제1 절연 필름;과 상기 전류 패스가 구비된 제1 절연 필름의 일면에 대면하게 부착되는 제2 절연 필름을 포함할 수 있다.

상기 단자 연결부재는 상기 제2 절연 필름에 구비되는 장착홀에 삽입되고 일면이 상기 전류 패스와 접촉하도록 구성될 수 있다.

상기 단자 연결부재는, 제2 절연 필름의 두께 및 상기 장착홀의 직경에 대응하도록 마련되는 끼움부와, 상기 끼움부보다 직경이 크게 형성되어 상기 제2 절연 필름의 외면에 돌출되는 노출부를 포함할 수 있다.

상기 전류 패스는 구리(Cu), 은(Ag), 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene) 중 하나 또는 둘 이상의 복합 소재로 형성될 수 있다.

상기 인쇄필름유닛은 상기 셀 하우징의 외측에 결합되는 BMS 조립체에 접속 가능하게 마련된 커넥터 접속부를 더 포함할 수 있다.

상기 셀 하우징은, 내측에 상기 전지 셀들의 열을 흡수하는 방열 물질을 구비할 수 있다.

상기 인쇄필름유닛을 커버하며 상기 셀 하우징의 외측에 결합되는 커버 플레이트를 더 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 단자 연결부재가 결합된 상기 절연 필름의 일 부분을 상기 전극 단자를 향해 가압하는 가압 돌기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전지 셀들을 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서, 전류 손실과 발열이 적고, 종래 보다 저비용이며 전지 셀들과의 조립이 용이하고 경량이면서 공간을 적게 차지는 신규한 전기적 연결 수단(인쇄필름유닛)을 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩이 제공될 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 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 인쇄필름유닛을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 인쇄필름유닛의 구성을 분리하고 일 영역을 절개한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 전극 단자와 인쇄필름유닛의 결합 구조를 나타내는 배터리 모듈의 일부 영역의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 인쇄필름유닛의 전류 패스 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 인쇄필름유닛의 전류 패스 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 영역의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 A 영역의 일부 단면도이다.

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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 개략적인 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 인쇄필름유닛을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 인쇄필름유닛의 구성을 분리하고 일 영역을 절개한 도면이다.

이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 복수의 전지 셀(100), 셀 하우징(200) 및 상기 복수의 전지 셀(100)들을 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서 인쇄필름유닛(300)을 포함한다.

본 실시예의 경우, 상기 복수의 전지 셀(100)은 복수의 원통형 전지 셀(100)로서 전극 단자(111)가 상단과 하단에 각각 구비된 것이 채용될 수 있다. 원통형 전지 셀(100)은 상부가 개방된 전지 캔 속에 전극 조립체와 전해액을 넣고 상기 전지 캔의 상부 개방단을 탑 캡으로 밀봉한 형태로 제공될 수 있다. 여기서 탑 캡은 전극 조립체의 양극 리드와 연결되어 원통형 전지 셀(100)의 양극 단자(111+)로 기능하고, 전지 캔은 전극 조립체의 음극 리드와 연결되고 그 외주연을 절연시트로 감싸서 전지 캔의 바닥 부분이 음극 단자(111-)로 기능할 수 있다.

복수의 전지 셀(100)들은 셀 하우징(200)에 삽입되어 고정되고 외부로부터 보호될 수 있다. 상기 전지 셀(100)들은 그 전기적 연결 구성에 따라 셀 하우징(200)에 삽입되는 방향이 다르게 구성될 수 있다. 예컨대, 복수의 전지 셀(100)들을 직렬 및/또는 병렬 연결하고자 할 경우, 일 모둠의 전지 셀(100)들과 그에 이웃한 다른 일 모둠의 전지 셀(100)들은 서로 전극 단자(111)의 극성이 반대 방향을 향하도록 셀 하우징(200)에 삽입될 수 있다. 복수의 전지 셀(100)들을 모두 병렬 연결하고자 할 경우는, 모든 전지 셀(100)들이 전극 단자(111)의 극성이 같은 방향을 향하도록 셀 하우징(200)에 삽입될 수 있다.

예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 24개의 원통형 전지 셀(100)들을 포함한다. 상기 24개의 원통형 전지 셀(100)들은 6개씩 4개의 모둠으로 나누어지고 동일 모둠에 속한 원통형 전지 셀(100)들은 전극 단자(111)의 극성이 모두 같은 방향을 향하도록 배치된다. 그리고 어떤 모둠의 원통형 전지 셀(100)들과 (X방향 또는 Y방향)으로 이웃한 다른 모둠의 원통형 전지 셀(100)들은 전극 단자(111)의 극성이 반대 방향을 향하도록 배치된다.

위와 같이 원통형 전지 셀(100)들이 셀 하우징(200) 속에 삽입 배치하면, 인쇄필름유닛(300)에 의해, 각 모둠에 속한 원통형 전지 셀(100)들끼리는 병렬적으로 연결되고 서로 다른 모둠에 속한 원통형 전지 셀(100)들끼리는 직렬적으로 연결될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술한다.

셀 하우징(200)은 원통형 전지 셀(100)들을 수용 및 홀딩하고 외부 충격 등으로부터 원통형 전지 셀(100)들을 보호하기 위한 구성이다.

상기 셀 하우징(200)은 복수의 전지 셀(100)들 각각의 둘레를 에워싸도록 형성된 셀 홀더(211,221)를 내측에 구비할 수 있다. 또한, 상기 셀 하우징(200)은 상기 원통형 전지 셀(100)들 각각의 상단과 하단, 즉 전극 단자(111)가 상기 셀 하우징(200)의 상부와 하부로 노출되도록 구성된 상측판부(213)와 하측판부를 구비할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 셀 하우징(200)은 서로 상하로 결합될 수 있는 상부 프레임(210)과 하부 프레임(220)으로 구성될 수 있다.

상부 프레임(210)은 대략 직육면체 형상으로 마련될 수 있고, 상하 방향(±Z 방향)이 관통 형성된 형태의 복수 개의 셀 홀더(211,221)들을 구비한다. 상기 셀 홀더(211,221)의 직경은 원통형 전지 셀(100)의 직경보다 크게 형성되되, 상부 프레임(210)의 상면, 다시 말하면 셀 하우징(200)의 상측판부(213)에서의 셀 홀더(211,221)의 직경은 원통형 전지 셀(100)이 상부 방향(+Z 방향)으로 빠지지 않도록 원통형 전지 셀(100)의 직경보다 다소 작게 형성된다. 또한, 상부 프레임(210)은 숄더 볼트(미도시)를 수직으로 삽입할 수 있는 체결홀을 상부 프레임(210)의 코너 영역 4곳에 구비할 수 있다.

하부 프레임(220)은 상기 상부 프레임(210)과 상하로 대칭되는 구조로 마련될 수 있다. 즉, 하부 프레임(220) 역시 대략 직육면체 형상으로 마련될 수 있고, 상하 방향(±Z 방향)이 관통 형성된 형태의 복수 개의 셀 홀더(211,221)들을 구비한다. 상기 셀 홀더(211,221)의 직경은 원통형 전지 셀(100)의 직경보다 크게 형성되되, 하부 프레임(220)의 하면, 다시 말하면 셀 하우징(200)의 하측판부에서의 셀 홀더(211,221)의 직경은 원통형 전지 셀(100)이 하부 방향(-Z 방향)으로 빠지지 않도록 원통형 전지 셀(100)의 직경보다 다소 작게 형성된다. 또한, 하부 프레임(220)은 장볼트(미도시)를 수직으로 삽입할 수 있는 체결홀(B)을 하부 프레임(220)의 코너 영역 4곳에 구비할 수 있다.

상기와 같은 셀 하우징(200)의 구성에 의하면, 하부 프레임(220)의 셀 홀더(211,221)들에 원통형 전지 셀(100)들을 삽입한 다음, 상기 하부 프레임(220) 위에 상부 프레임(210)을 배치하고 예컨대 숄더 볼트(미도시)를 체결홀(B)에 끼워넣어 하부 프레임(220)과 상부 프레임(210)을 결합한다. 그러면 원통형 전지 셀(100)들은 양극 단자와 음극 단자가 셀 하우징(200)의 상부 또는 하부로 노출되고 그 몸체는 셀 하우징(200) 속에 유동하지 않고 안정적으로 수납될 수 있다.

위와 같은 셀 하우징(200)의 구성은 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에 적용할 수 있는 셀 하우징(200)의 일 예이므로 본 발명의 권리범위가 상술한 셀 하우징(200)의 구성에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 원통형 전지 셀(100)들을 수용 및 홀딩할 수 있는 구조를 가지고 있고 전극 단자(111)가 외부로 노출되도록 구성된 셀 하우징(200)이라면 본 실시예와 다른 구조 및 형상을 갖더라도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 적용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 인쇄필름유닛(300)은 종래 기술들(한국공개특허 제10-2019-0142581호, 한국공개특허 제10-2020-0034469호)에 따른 배터리 모듈에서 금속 플레이트 또는 금속 막대 형태로 제공되는 소위 '메탈 플레이트' 또는 '버스바'를 대체하기 위한 수단으로서, 복수의 원통형 전지 셀(100)들을 전기적으로 연결할 수 있으면서도 가볍고 두께가 얇으며 유연한 시트 형태로 마련되어 있어 셀 하우징(200)에 쉽게 부착 내지 배치할 수 있도록 한 구성품이다.

상기 인쇄필름유닛(300)은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 절연 필름(310)과 전류 패스(320), 단자 연결부재(330) 및 커넥터 접속부(340)를 포함한다.

상기 절연 필름(310)은 전기 절연성, 내열성, 유연성 등이 우수한 PI(폴리이미드) 또는 PET(폴리에틸렌 테레프타레이트)소재이고, 바람직하게는, 두께가 약 0.3mm~2mm로 형성될 수 있다.

상기 절연 필름(310)은, 도 4와 같이, 제1 절연 필름(310a)과 제2 절연 필름(310b)을 포함한다. 상기 제1 절연 필름(310a)은 전류 패스(320)를 인쇄하는데 사용되고 상기 제2 절연 필름(310b)은 제1 절연 필름(310a)의 일면에 인쇄된 전류 패스(320)가 외부에 노출되지 않도록 커버하는데 사용된다.

상기 전류 패스(320)는 전도성 잉크를 사용하여 상기 제1 절연 필름(310a)의 일면에 미리 결정된 형태로 인쇄한 것으로 전류가 특정 경로를 따라 이동할 수 있도록 마련될 수 있다. 상기 미리 결정된 형태는 원통형 전지 셀(100)들의 개수, 위치 및 원통형 전지 셀(100)들 간의 전기적 연결 패턴 등에 따라 다양한 형태로 결정될 수 있다.

상기 전류 패스(320)는 구리(Cu), 은(Ag), 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene) 중 하나 또는 둘 이상의 복합 소재로 형성될 수 있다. 특히, 방열성이 우수한 그라파이트 또는 그래핀을 구리 또는 은과 혼합한 복합 소재로 전류 패스(320)를 형성하면 원통형 전지 셀(100)들의 열을 외부로 빼내는데 효과적일 수 있다.

상기 전류 패스(320)는 절연 필름(310)의 내부에 위치하고 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 비해 상대적으로 폭이 좁은 가느다란 라인 형태로 구성된다. 이 때문에 전류 패스(320)를 직접 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 연결하기 쉽지 않다. 이에 인쇄필름유닛(300)은 전류 패스(320)와 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)를 쉽고 안정적으로 연결하기 위한 수단으로서 단자 연결부재(330)를 포함한다.

상기 단자 연결부재(330)는 일측은 전류 패스(320)와 접촉하고 타측은 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)와 접촉하도록 상기 절연 필름(310)에 결합 가능한 얇은 금속 플레이트 형태로 마련될 수 있다.

상기 단자 연결부재(330)는, 도 3과 같이, 인쇄필름유닛(300)에 복수 개가 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 단자 연결부재(330)는 인쇄필름유닛(300)을 셀 하우징(200)의 상측판부(213) 또는 하측판부에 배치한 때, 일대일로 복수 개의 원통형 전지 셀(100)들의 전극 단자(111)와 접촉 하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 단자 연결부재(330)는 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 절연 필름(310b)에 구비되는 장착홀에 삽입되어 제1 절연 필름(310a) 상의 전류 패스(320)에 접촉하도록 구성될 수 있다. 제2 절연 필름(310b)에 단자 연결부재(330)를 삽입시 본딩, 억지 끼움, 클린칭 방식이 적용될 수 있다. 상기 단자 연결부재(330)는 금속 소재여서 전류 패스(320)보다 강성을 띄고, 면적이 전극 단자(111)에 대응하도록 전류 패스(320)보다 상대적으로 넓게 마련될 수 있다.

또한, 상기 단자 연결부재(330)는 제2 절연 필름(310b)의 두께 및 상기 장착홀의 직경에 대응하도록 마련되는 끼움부(331)와, 상기 끼움부(331)보다 직경이 크게 형성되어 상기 제2 절연 필름(310b)의 외면에 돌출되는 노출부(332)를 포함할 수 있다.

이러한 단자 연결부재(330)는 노출부(332)의 두께만큼 제2 절연 필름(310b)의 표면으로부터 튀어나오게 절연 필름(310)에 결합될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 노출부(332)만 대면하게 접촉시키기 편리하다. 특히, 도 5의 실시 구성과 같이, 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)가 셀 하우징(200)의 상측판부(213)보다 약간 낮게 위치해 있거나 셀 하우징(200)의 하측판부보다 약간 높게 위치해 있어도 단자 연결부재(330)의 노출부(332)가 절연 필름(310)의 표면에서 돌출되어 있어 단자 연결부재(330)를 대응하는 전극 단자(111)에 접촉시키기 용이하다.

상기 단자 연결부재(330)는 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 전기 전도성 접착제(G)에 의해 고정되게 결합될 수 있다. 다시 말하면, 각 단자 연결부재(330)의 노출부(332)는 각 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 전기 전도성 접착제(G)에 의해 고정되고, 각 단자 연결부재(330)의 끼움부(331)는 절연 필름(310) 속의 전류 패스(320)에 접촉하도록 구성된다. 따라서 전류 패스(320)-> 단자 연결부재(330)->전기 전도성 접착제(G)->원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111) 순으로 전류가 흐르거나 그 역순으로 전류가 흐를 수 있다.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄필름유닛(300)을 이용한 원통형 전지 셀(100)들의 전기적 연결 구성에 대해 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 인쇄필름유닛(300)은 상기 셀 하우징(200)의 상측판부(213)에 배치되는 제1 인쇄필름유닛(300A)과 상기 셀 하우징(200)의 하측판부에 배치되는 제2 인쇄필름유닛(300B)을 포함한다.

상기 제1 인쇄필름유닛(300A)의 24개의 단자 연결부재(330)들이 각각 셀 하우징(200)의 상부로 노출되는 24개의 원통형 전지 셀(100)들의 전극 단자(111)들에 접촉하고, 상기 제2 인쇄필름유닛(300B)의 24개의 단자 연결부재(330)들은 각각 셀 하우징(200)의 하부로 노출되는 24개의 원통형 전지 셀(100)들의 전극 단자(111)들에 접촉하도록 제1 인쇄필름유닛(300A)과 제2 인쇄필름유닛(300B)이 각각 셀 하우징(200)의 상측판부(213)와 하측판부에 배치된다.

상기 제1 인쇄필름유닛(300A)과 상기 제2 인쇄필름유닛(300B)은 기본적인 구성은 동일하고 전류 패스(320)만 상이하다. 상기 제1 인쇄필름유닛(300A)의 전류 패스(320A)는 도 6에 나타낸 바와 같이 구성될 수 있고, 상기 제2 인쇄필름유닛(300B)의 전류 패스(320B)는 도 7에 나타낸 바와 같이 구성될 수 있다.

24개의 원통형 전지 셀(100)들의 상단측 전극 단자(111)들은 도 6과 같이 전류 패스(320)에 접촉하고, 하단측 전극 단자(111)들은 도 7과 같이 전류 패스(320)에 접촉한다. 그러면, 전술한 바와 있는 4개의 모둠에 속한 원통형 전지 셀(100)들끼리는 병렬 연결된다. 이에 따라 상기 4개의 모둠은 도 6 및 도 7에 표시한 바와 같이 뱅크 1,뱅크 2,뱅크 3, 뱅크 4을 형성하게 된다. 여기서 뱅크(bank)는 병렬 연결되어 있어 동일한 전압 값을 갖는 전지 셀(100)들로 구성된 집합체를 의미한다.

뱅크 1과 뱅크 2는 도 7과 같이 전류 패스(320)로 연결되고, 뱅크 2와 뱅크 3은 도 6과 같이 전류 패스(320)로 연결되고, 뱅크 3과 뱅크 4는 도 7과 같이 전류 패스(320)로 연결되게 구성한다. 그러면 서로 다른 모둠에 속한 원통형 전지 셀(100)들끼리 직렬적으로 연결될 수 있다.

또한, 인쇄필름유닛(300)의 전류 패스(320)는 각 뱅크(Bank1~Bank4)의 전압을 센싱할 수 있도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 전류 패스(320)는 커넥터 접속부(340)와 뱅크 1 사이에 연장 형성되는 라인(B-), 뱅크 1과 뱅크 2를 직렬 연결하는 전류 패스(320)의 일 지점과 커넥터 접속부(340) 사이에 연장 형성되는 라인(B1), 뱅크 2와 뱅크 3을 직렬 연결하는 전류 패스(320)의 일 지점과 커넥터 접속부(340) 사이에 연장 형성되는 라인(B2), 뱅크 3과 뱅크 4를 직렬 연결하는 전류 패스(320)의 일 지점과 커넥터 접속부(340) 사이에 연장 형성되는 라인(B3) 및 뱅크 4와 커넥터 접속부(340) 사이에 연장 형성되는 라인(B+)을 포함할 수 있다.

여기서 상기 커넥터 접속부(340)는 각 뱅크별로 센싱한 전압을 BMS에 전송하기 위한 것으로서, 도 1과 같이, BMS 회로기판에 실장된 커넥터에 접속 가능하게 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 하우징(200)의 외측면에 부착 가능하게 마련되는 BMS 조립체(400)를 포함하고 인쇄필름유닛(300)은 상기 BMS 조립체(400)에 접속 가능하게 마련된 커넥터 접속부(340)를 포함한다.

상기 BMS 조립체(400)는 BMS 회로기판과 그에 실장된 2개의 커넥터를 포함하고, 2개의 커넥터는 도 1과 같이 제1 인쇄회로기판의 커넥터 접속부(340) 및 제2 인쇄회로기판의 커넥터 접속부(340)와 접속될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 이 같이 BMS 조립체(400)와 원통형 전지 셀(100)들이 연결됨으로써 원통형 전지 셀(100)들의 전압이 모니터링되고 균일하게 충방전되도록 제어될 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 구성들에 의하면, 종래 기술에 따른 배터리 모듈에 비해 전류 손실과 발열이 적고, 저비용이며 전지 셀들과의 조립이 용이하고 경량이면서 공간을 적게 차지는 전기적 연결 구조를 갖는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

이어서 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 배터리 모듈의 다른 실시예들에 대해 간략히 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 일부 영역의 단면도이다.

이전 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전술한 실시예와 비교할 때, 원통형 전지 셀(100)들의 충방전시 발생하는 발열을 잡기 위해 방열 수단이 추가된 점에 차이가 있다.

본 발명에 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 하우징(200)에서 방열이 가능하도록 셀 하우징(200)이 방열 복합 소재로 형성될 수 있다. 상기 셀 하우징(200)은 저압사출 공법으로 제작될 수 있다. 특히, 본 실시예의 셀 하우징(200)은 도 8에 도시한 바와 같이, 셀 홀더(211,221) 내부에 방열 물질(500)이 더 구비될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 각 원통형 전지 셀(100)의 열은 방열 물질(500)과 방열 복합 소재로 형성된 셀 하우징(200)을 통해 방열될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 A 영역의 일부 단면도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은 전술한 실시예들과 비교할 때 인쇄필름유닛(300)을 커버하며 셀 하우징(200)의 외측에 결합되는 커버 플레이트(600)를 더 포함한다.

상기 커버 플레이트(600)는 제1 인쇄필름유닛(300A)을 커버하며 셀 하우징(200)의 상부에 결합되는 상부 커버 플레이트(600)와, 제2 인쇄필름유닛(300B)을 커버하며 셀 하우징(200)의 하부에 결합되는 하부 커버 플레이트(600)를 포함한다.

또한, 상기 커버 플레이트(600)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 단자 연결부재(330)가 결합된 상기 절연 필름(310)의 일 부분을 상기 전극 단자(111)를 향해 가압하는 가압 돌기(610)를 포함한다.

원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 대한 단자 연결부재(330)의 고정성을 높이기 위해 저항 용접으로 인쇄필름유닛(300)의 단자 연결부재(330)를 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 고정할 수도 있다. 그러나 인쇄필름유닛(300)은 가볍고 얇은 절연 필름과 전류 패스(320)를 포함하고 있어, 저항 용접을 할 경우 절연 필름 내지 전류 패스(320)가 손상될 우려가 있고 공정이 비교적 까다롭고 작업 시간이 길다.

이에 본 발명의 배터리 모듈은 인쇄필름유닛(300)의 단자 연결부재(330)와 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)가 전도성 접착제(G)로 상호 접착 고정되도록 구성된다. 그런데 전도성 접착제(G)를 사용한 부착 방식은 저항 용접에 의한 부착 방식에 비해 단자 연결부재(330)와 전극 단자(111) 간의 부착 강도가 상대적으로 약하다. 이 때문에 강한 외부 충격이나 진동이 가해질 경우 단자 연결부재(330)가 전극 단자(111)에서 떨어지게 되는 가능성도 없지 않다. 이 같은 문제점을 고려하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은 가압 돌기(610)를 구비한 커버 플레이트(600)를 포함한다.

이에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 커버 플레이트(600)에 의해 인쇄필름유닛(300)이 외부로 노출되지 않게 보호될 수 있다. 또한, 커버 플레이트(600)의 가압 돌기(610)에 의해 단자 연결부재(330)가 압력을 받도록 구성되어 원통형 전지 셀(100)의 전극 단자(111)에 대한 단자 연결부재(330)의 고정력이 강하될 수 있다. 그러므로 배터리 모듈이 외부 충격이나 진동이 지속되는 환경에서 사용되더라도 전기적 연결의 안정성이 충분히 확보될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(미도시)은 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈의 충방전을 통합 제어하기 위한 마스터 BMS (Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등과 상술한 구성품을 수용하기 위한 팩 케이스를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 에너지 저장 디바이스에 적용되거나, 전기 스쿠터, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 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 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10: 배터리 모듈 100: 전지 셀
111: 전극 단자 200: 셀 하우징
210: 상부 프레임 220: 하부 프레임
213: 상측판부 211,221: 셀 홀더
300: 인쇄필름유닛 310: 절연 필름
310a: 제1 절연 필름 310b: 제2 절연 필름
320: 전류 패스 330: 단자 연결부재
331: 끼움부 332: 노출부
340: 커넥터 접속부 400: BMS 조립체
500: 방열 물질 600: 커버 플레이트
610: 가압 돌기 G: 전기 전도성 접착제

Claims (14)

1. 복수의 전지 셀들;
   상기 복수의 전지 셀들을 수용하는 셀 하우징; 및
   상기 복수의 전지 셀들을 전기적으로 연결시키며 상기 셀 하우징의 적어도 일측에 구비되는 인쇄필름유닛을 포함하며,
   상기 인쇄필름유닛은,
   절연 필름;과 상기 절연 필름에 전도성 잉크로 미리 결정된 형태로 인쇄된 전류 패스; 및 일측은 상기 전류 패스와 접촉하고 타측은 상기 복수의 전지 셀들 각각의 전극 단자와 접촉하도록 상기 절연 필름에 결합된 단자 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전지 셀은, 상기 전극 단자가 상단과 하단에 구비된 원통형 전지 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 셀 하우징은, 상기 원통형 전지 셀들 각각의 상단과 하단이 상기 셀 하우징의 상부와 하부로 노출되도록 구성된 상측판부와 하측판부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 인쇄필름유닛은 상기 셀 하우징의 상측판부에 배치되는 제1 인쇄필름유닛;과 상기 셀 하우징의 하측판부에 배치되는 제2 인쇄필름유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 단자 연결부재의 타측은 상기 전극 단자에 전기 전도성 접착제에 의해 고정되게 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단자 연결부재는, 금속 소재이고 상기 전극 단자에 대응하는 면적을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 절연 필름은 상기 전류 패스가 인쇄되는 제1 절연 필름;과 상기 전류 패스가 구비된 제1 절연 필름의 일면에 대면하게 부착되는 제2 절연 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 단자 연결부재는 상기 제2 절연 필름에 구비되는 장착홀에 삽입되고 일면이 상기 전류 패스와 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 단자 연결부재는,
   제2 절연 필름의 두께 및 상기 장착홀의 직경에 대응하도록 마련되는 끼움부와, 상기 끼움부보다 직경이 크게 형성되어 상기 제2 절연 필름의 외면에 돌출되는 노출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전류 패스는 구리(Cu), 은(Ag), 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene) 중 하나 또는 둘 이상의 복합 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄필름유닛은 상기 셀 하우징의 외측에 결합되는 BMS 조립체에 접속 가능하게 마련된 커넥터 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징은, 내측에 상기 전지 셀들의 열을 흡수하는 방열 물질을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄필름유닛을 커버하며 상기 셀 하우징의 외측에 결합되는 커버 플레이트를 더 포함하고,
    상기 커버 플레이트는 상기 단자 연결부재가 결합된 상기 절연 필름의 일 부분을 상기 전극 단자를 향해 가압하는 가압 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈,
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩.