WO2016204470A1 - 카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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이정섭
최종운
안선모
정승훈
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the vehicle has evolved in the order of a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle.
  • the hybrid vehicle and the plug-in hybrid vehicle have an internal combustion engine, an electric motor and a battery pack, and the electric vehicle has an electric motor and a battery pack without an internal combustion engine.
  • the battery pack has at least one battery module.
  • the battery module has cartridges and battery cells.
  • the cartridges are stacked sequentially.
  • the cartridges are tightly coupled to each other using fastening means such as bolts.
  • the battery cell is also located between two opposite cartridges.
  • the battery cell has a body portion and a pair of electrode leads.
  • the body portion has an electrode assembly and an electrolyte seated between two cartridges and sealed inside the pouch packaging and the pouch packaging.
  • the battery pack has two or more battery modules to be implemented in a large capacity.
  • the battery modules are arranged in a horizontal direction and / or a vertical direction in the battery pack and are electrically connected in series or in parallel through connection parts such as bus bars or connectors.
  • the present invention has been made under the background of the prior art as described above, by increasing the number of battery cells seated at the same level to increase the space efficiency compared to the same capacity while lowering the thickness of the assembly to the same output voltage, the voltage around the battery cell It is an object of the present invention to provide a cartridge suitable for simplifying a sensing structure and a battery module including the same.
  • Cartridge according to the present invention for achieving the above technical problem, a pair of through-window sequentially positioned along the longitudinal direction, and the lower slide table, the lead seating table sequentially positioned in the width direction between the pair of through-window And a seating frame including an upper slide; And cooling fins respectively covering the pair of through-windows, wherein the lower slide and the upper slide are respectively positioned on the left and right sides of the lead seat, and face each other diagonally.
  • the seating frame has a left groove and a right groove in the width direction between the pair of through windows, and the lower slide and the upper slide are located below the left groove and on the right groove, respectively, to the left side.
  • the groove and the right groove may be partially covered.
  • the lower extension portion may have a smaller thickness than the lower slide
  • the upper extension portion may have a smaller thickness than the upper slide
  • the seating frame further comprises seating fences each surrounding the pair of through windows, the seating fence being located along an edge of the seating frame and protruding towards the bottom and top of the seating frame. have.
  • the seating fence may be opened toward the lead seating plate, and may have lead take-out grooves in the lower and upper portions of the seating frame on the opposite side of the lead seating plate, respectively.
  • a cartridge stack comprising a plurality of cartridges are sequentially stacked, each cartridge is a pair of through-window sequentially positioned along the longitudinal direction, and the one A cartridge stack including a left groove sequentially positioned in the width direction between the pair of through windows, a seating frame having lead lead and right grooves, and cooling fins respectively covering the pair of through windows;
  • Two battery cells arranged on top of the seating frame of each cartridge or on each of the bottom and top, each battery cell comprising a pair of electrode leads facing in opposite directions with respect to each other and located at the same level
  • the bonded ends of the electrode leads facing each other are located on the lead seating plate, one electrode lead on one side is exposed to the front side of the cartridge stack, and one electrode lead on the other side.
  • the thickness of the topmost cartridge may be half of the thickness of each of the remaining cartridges.
  • the lower slide is located below the left groove to partially cover the left groove
  • the upper slide is located above the right groove to partially cover the right groove
  • the lead seat is through the left groove. It may be connected to the lower slide and to the upper slide through the right groove.
  • the seating frame further comprises slits respectively positioned on both sidewalls adjacent to the through window, wherein a cooling fin is inserted into the slits through the edge of the through window and protrudes from the slits. It may be bent vertically along both sidewalls of the frame and surrounded by two battery cells in a sanded structure.
  • the seating frame further includes a seating fence in the upper or lower portion and the upper portion of each cartridge, the seating fence, may protrude vertically to a height corresponding to the thickness of each battery cell. .
  • the seating frame further comprises seating fences each surrounding the two battery cells positioned at the same level, each seating fence opening towards the lead seating board, and a lead opposite the lead seating board. It may have a drawing groove.
  • the battery cells may be electrically connected in series by electrode leads exposed on the front side and the rear side of the cartridge stack.
  • the first intermediate sensing structure may include a first intermediate connection inserted into a left groove of each of the plurality of cartridges, and a first movement stop coupled with the first intermediate connection.
  • the first intermediate connecting portion has a plurality of first fingers, a first connecting slit at an end of each first finger, a first insertion guide slit between two adjacent first fingers, and the first connecting slit May be opened toward the joined ends of the opposing electrode leads, and the first insertion guide slit may be opened toward the opposing lead seat.
  • the first connecting slit has a first connecting clip made of metal, and the first connecting clip can elastically clip the joined ends of the electrode leads facing each other.
  • the first insertion guide slit can be slid to the lower slide that is opposite to accommodate the lower slide.
  • the first movement preventing portion may be coupled to the first intermediate connecting portion at a right angle to contact the side wall of the cartridge stack around the left groove.
  • the first intermediate sensing structure further comprises a first wire portion coupled with a first movement stopping portion and electrically connected to the first end sensing structure, wherein the first wire portion is connected to the first connecting clip. And a first conductive line passing through the inside of the first intermediate connecting portion and the inside of the first movement preventing portion.
  • the second intermediate sensing structure may include a second intermediate connecting portion inserted into each of the right grooves of the plurality of cartridges, and a second movement preventing portion combined with the second intermediate connecting portion.
  • the second intermediate connecting portion has a plurality of second fingers, a second connecting slit at the end of each second finger, and a second insertion guide slit between two adjacent second fingers, wherein the second connecting slit May be opened toward the joined ends of the opposing electrode leads, and the second insertion guide slit may be opened toward the opposing lead seat.
  • the second connecting slit has a second connecting clip made of metal, and the second connecting clip can elastically clip the joined ends of the electrode leads facing each other.
  • the second insertion guide slit can slide on the opposite upper slide to receive the upper slide.
  • the second movement preventing portion may be coupled to the second intermediate connecting portion at a right angle to contact the side wall of the cartridge stack around the right groove.
  • the second intermediate sensing structure further includes a second wire portion coupled to the second movement stopping portion and electrically connected to a second end sensing structure, wherein the second wire portion is connected to the second connecting clip.
  • the second conductive wire may be connected to the second conductive line through the inside of the second intermediate connecting portion and the inside of the second movement preventing portion.
  • the voltage sensing module may include a printed circuit board on an inner circumferential surface facing the plurality of cartridges at an edge of one side and a connector electrically connected to the printed circuit board on an outer circumferential surface facing the insulating cover. .
  • the voltage sensing module includes support ribs sequentially stacked in a central region, a first sensing bus bar connected to an electrode terminal through the printed circuit board and the other end through one end on an uppermost support rib, and the top end
  • a second sensing bus bar positioned on each support rib under the support rib and in contact with the printed circuit board may further include a lead insulation pattern and a lead lead slit sequentially positioned between two adjacent support ribs.
  • the voltage sensing module of the first terminal sensing structure inserts the top electrode lead of the top battery cell into the top lead extraction slit to the top electrode lead. Bonding the pair of electrode leads to the second sensing busbar by inserting a pair of electrode leads of two adjacent battery cells under each top lead-out slit under the top lead-out slit. You can.
  • the voltage sensing module of the second terminal sensing structure inserts the bottom electrode lead of the bottom battery cell into the bottom lead extraction slit to the bottom electrode lead; A pair of electrode leads of two adjacent battery cells are inserted into each lead extracting slit on the bottom lead extracting slit to connect the pair of electrode leads to the first sensing busbar or the It can be bonded to the second sensing bus bar.
  • the printed circuit board of the second terminal sensing structure may be in contact with the second wire portion of the second intermediate sensing structure to sense the potential of each battery cell in contact with the second intermediate sensing structure.
  • the lead insulation pattern may electrically insulate two adjacent first and second sensing busbars or electrically insulate two adjacent second sensing busbars under the first sensing busbar.
  • the battery module according to the present invention seats two battery cells below and above each cartridge in sequentially stacked cartridges, thereby preventing the increase in the number of use of the cartridges for high capacity of the battery pack, thereby maintaining the stacking height of the cartridges properly. You can.
  • the battery module according to the present invention has the electrode leads of the battery cells in the center region and the edges of each cartridge in sequentially stacked cartridges, so that the sensing structures contacting the electrode leads for each cartridge region are selected. By distributing, the voltage sensing structure can be simplified.
  • the battery module according to the present invention reduces the number of cartridges used in the stack structure of the cartridges and the battery cells, and simplifies the coupling relationship of the sensing structures in contact with the electrode leads of the battery cells, thereby reducing the manufacturing cost by reducing the labor cost of the operator. Can be.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the cartridge stack of FIG. 1, a plurality of battery cells, first and second intermediate sensing structures, and first and second terminal sensing structures.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the cartridge and battery cells of FIG. 2 in an enlarged manner.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the cartridge taken along the cutting line II ′ in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the cartridge taken along the cutting line II ′ in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a partial perspective view partially illustrating a coupling relationship between the cartridge stack of FIG. 2, a plurality of battery cells, and first and second intermediate sensing structures.
  • FIG. 9 is a partial perspective view partially illustrating a coupling relationship between the cartridge, the battery cell, and the first and second intermediate sensing structures in FIG. 8.
  • FIG. 10 and 11 are exploded perspective views showing a part of the cartridge stack of FIG. 2 and a plurality of battery cells, first and second end sensing structures.
  • FIG. 12 is a partial perspective view partially illustrating a coupling relationship between a portion of the cartridge stack of FIG. 10, a plurality of battery cells, and a first terminal sensing structure.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view partially showing a portion of a cartridge stack, battery cells, and a first end sensing structure, taken along cut line III-III 'of FIG. 12;
  • 15 and 16 are perspective views illustrating a method of manufacturing the battery module of FIG. 1.
  • the battery cell refers to a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery is a generic term for a secondary battery in which lithium ions act as operating ions during charging and discharging to induce an electrochemical reaction in the positive electrode and the negative electrode.
  • the present invention is not limited to the type of battery.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cartridge stack of Figure 1, a plurality of battery cells, the first and second intermediate sensing structure, and the first and second end sensing
  • 3 is an exploded perspective view showing the cartridge and battery cells of FIG. 2 in an enlarged manner.
  • the battery module 120 includes a cartridge stack 10A, battery cells 30, first and second intermediate sensing structures 50 and 70, and heat transfer pads 91. 93, a lower end plate (95A in FIG. 16), an upper end plate 95B, first and second end sensing structures 97 and 99, and side plates 100 and 110.
  • the cartridge stack 10A has cartridges 10 sequentially stacked.
  • the top cartridge 10a has a structure cut along a horizontal plane at a midpoint of the thickness T of the cartridge 10 positioned below the top cartridge 10a. .
  • the thickness of the top cartridge 10a has half the thickness T of the cartridge 10 located below the top cartridge 10a.
  • the cartridge stack 10A has a left groove portion LGP on the left side wall and a right groove portion RGP on the right side wall in the central region when viewed in the longitudinal direction.
  • the left groove portion LGP receives the first intermediate sensing structure 50 of the finger structure
  • the right groove portion RGP receives the second intermediate sensing structure 70 of the finger structure.
  • the battery cells 30 are seated in the cartridges 10.
  • the uppermost cartridge 10a seats two battery cells 30 electrically connected in series at an upper portion thereof, and each cartridge 10 positioned below the uppermost cartridge 10a has an electrical lower portion thereof.
  • Two battery cells 30 connected in series and two battery cells 30 electrically connected in series on the top are seated.
  • the battery cell 30 has two electrode leads 25 in both directions.
  • the battery cell 30 is made of a pouch type.
  • the battery cell 30 includes a pouch packaging material for sealing an electrode assembly and an electrolyte, and a pair of electrical connections connected to the electrode assembly inside the pouch packaging material and drawn out from the inside of the pouch packaging material to the outside. It has an electrode lead 25.
  • the electrode lead 25 has an electrical polarity of cathode (-) or anode (+).
  • the two battery cells 30 On one side of the top cartridge 10a or the cartridge 10 positioned below the top cartridge 10a, the two battery cells 30 have ends of electrode leads 25a having opposite polarities with respect to each other. And the ends of the electrode leads 25a are joined in series by laser welding or the like. The joined ends of the electrode leads 25a are seated on a lead seat 4 located in the central region of one side of the cartridge 10 located below the top cartridge 10a or top cartridge 10a. do.
  • the electrode leads 25b and 25c which are not bonded in the two battery cells 30 are bent approximately vertically, and the cartridge 10 positioned below the top cartridge 10a or the top cartridge 10a. In front of and behind the lead), through the lead out grooves (6a, 6b) is exposed toward the outside of the cartridge 10 which is located below the top cartridge (10a) or the top cartridge (10a).
  • the top cartridge 10a will be replaced with the cartridge 10 located below the top cartridge 10a.
  • the cartridge 10 has a battery cell 30A on the front side and a battery cell 30B on the rear side, the battery cell 30C on the front side and the battery cell 30D on the rear side on the other side opposite to one side.
  • the electrode leads 25b and 25c of the battery cells 30A and 30B are connected to the electrode leads 25b and 30D of the battery cells 30C and 30D through the lead-out grooves 6a and 6b of the cartridge 10. 25c) and may be electrically connected in series.
  • the electrode leads 25b of the battery cells 30A and 30C or the electrode leads 25c of the battery cells 30B and 30D overlap each other and are bonded by laser welding or the like,
  • the battery cells 30A, 30B, 30C, 30D may be electrically connected in series through the lead out grooves 6a, 6b of the cartridge 10.
  • the first and second intermediate sensing structures 50 and 70 may be inserted into the left groove portion LGP and the right groove portion RGP of the cartridge stack 10A, respectively.
  • the first and second intermediate sensing structures 50, 70 comprise a plurality of branched fingers, each end of which is seated on the lead seat 4 in the central region of the cartridge 10.
  • the bonded ends of the electrode leads 25a may be in contact.
  • the heat transfer pads 91, 93 are positioned perpendicular to the first and second intermediate sensing structures 50, 70 and located on the sidewalls of the cartridge stack 10A.
  • each of the heat transfer pads 91 and 93 is in contact with a metal cooling fin (8 of FIG. 2) inserted into the cartridge 10, and the battery cell 30 seated in the cartridge 10. The heat of the field is transmitted from the cooling fins 8 to dissipate to the outside of the cartridge stack 10A.
  • the heat transfer pads 91 and 93 are made of a metal material having good thermal conductivity.
  • the lower end plate 95A and the upper end plate 95B may be located on the lower and upper surfaces of the cartridge stack 10A, respectively, to be coupled to the cartridge stack 10A.
  • the lower end plate 95A and the upper end plate 95B protect the top battery cell 30 and the bottom battery cell 30 in the cartridge stack 10A, and It serves to dissipate heat to the outside.
  • the lower end plate 95A and the upper end plate 95B are screwed with the cartridge stack 10A, and are made of a metal material having good mechanical rigidity and thermal conductivity.
  • the first and second end sensing structures 97, 99 are positioned facing each other around the cartridge stack 10A in the longitudinal direction of the cartridge stack 10A.
  • first and second end sensing structures 97 and 99 are in electrical contact with electrode leads 25b and 25c exposed from the lead-out grooves 6a and 6b of the cartridges 10.
  • the first and second terminal sensing structures 97 and 99 include a voltage sensing module 84 and an insulating cover 88.
  • the voltage sensing module 84 includes first and second sensing bus bars (84C and 84D in FIG. 10) electrically connected to the electrode leads 25b and 25c of the battery cells 30.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the cartridge of FIG. 3 in more detail
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the cartridge taken along the cutting line I-I 'of FIG.
  • the cartridge 10 seats four battery cells 30A, 30B, 30C, and 30D in total so that the cartridge 10 is positioned at the bottom and the top thereof.
  • the cartridge 10 has seating frames 7, cooling fins 8, and couplings 9 that independently define a space for seating a pair of battery cells on each of the top and bottom.
  • the overall shape of the seating frame 7 is rectangular.
  • the seating frame 7 includes a pair of through-windows 1 arranged along the longitudinal direction, slits 2 passing through both sidewalls adjacent to each through-window 1, and a pair of through-windows 1. ) Includes a left groove LG and a right groove RG positioned at the left and right sides of the center frame CF, respectively.
  • the seating frame 7 has a lower slide 3, a lead seat 4 and an upper slide 5 in the center frame CF, each of which surrounds a pair of through-window 1 And first and second seating fences 6c and 6d extending along.
  • the pair of through-windows 1 are arranged to correspond to the cooling fins 8 respectively along the longitudinal direction of the seating frame 7.
  • the slits 2 are located along the longitudinal direction of the seating frame 7 and communicate with the through windows 1.
  • the left groove LG and the right groove RG correspond to the left groove portion LGP and the right groove portion RGP in the cartridge stack 10A of FIG. 2, respectively.
  • the left groove LG and the right groove RG extend inwardly from both sides of the cartridge 10 between the mounting fences 6 along the width direction of the mounting frame 7.
  • the bottom surface of the lead seat 4 provides a seating surface for the bonded ends of the electrode leads 25a of the pair of battery cells 30C, 30D at the bottom of the cartridge 10.
  • the lower slide 3 and the upper slide 5 have a plate shape.
  • the lower slide 3 and the upper slide 5 are located on the left and right of the lead seat 4, respectively, facing each other diagonally and extending to both sides of the seating frame 7 to a predetermined length.
  • the lower slide 3 is located below the left groove LG in the thickness direction of the seating frame 7 and protrudes from the lower surface of the lead seat 4.
  • the upper surface of the upper slide 5 is located closer to the upper surface of the lead seat 4 than the lower surface of the lead seat 4.
  • the upper surface of the upper slide 5 is located at a higher level than the upper surface of the lead seat 4 and forms a step with the upper surface of the lead seat 4.
  • the upper slide 5 is connected to an end of the other side of the lead seat 4 to partially cover the right groove RG over the right groove RG.
  • the upper slide 5 is located on the right groove RG along the thickness direction of the seating frame 7 and protrudes from the upper surface of the lead seat 4.
  • the lead seat 4 extends from the bottom of the seating plate 4A and the seating plate 4A in the width direction of the center frame CF toward the lower slide 3 and forms a step with the lower slide 3.
  • the seating plate 4A is located between the left groove LG and the right groove RG.
  • the lower extension part LE is positioned between the seating plate 4A and the lower slide 3 to partially cover the left groove LG and is connected to the lower slide 3 at the left groove LG.
  • the lower extension LE has a smaller thickness than the lower slide 3.
  • the upper extension UE is positioned between the seating plate 4A and the upper slide 5 to partially cover the right groove RG and connect to the upper slide 5 in the right groove RG.
  • the first and second mounting fences 6c and 6d have a height corresponding to the thickness of the battery cells 30A, 30B, 30C, and 30D from the edge of the mounting frame 7. It protrudes vertically toward the bottom and top of the respectively.
  • the first and second mounting fences 6c and 6d are spaced apart by the width of the lower slide 3 or the upper slide 5 along the longitudinal direction of the mounting frame 7.
  • first and second seating fences 6c, 6d are opened toward the lead seating stand 4 along the longitudinal direction of the seating frame 7.
  • the first and second seating fences 6c and 6d are lead lead grooves 6a and 6b cut away to expose the bent electrode leads 25b and 25c to the outside of the cartridge 10.
  • the battery cells 30A, 30B have two bonded electrode leads 25a positioned on the lead seat 4 via the first and second mounting fences 6c, 6d, and The electrode leads 25b and 26c may protrude from the lead-out grooves 6a and 6b of the first and second mounting fences 6c and 6d, respectively.
  • the battery cells 30C, 30D also have two bonded electrode leads 25a positioned on the lead seat 4 via the first and second mounting fences 6c, 6d, and The electrode leads 25b and 26c may protrude from the lead-out grooves 6a and 6b of the first and second mounting fences 6c and 6d, respectively.
  • the second cooling fin 8b covers the second through window 1b, is inserted into the second slits 2b through the edge of the second through window 1b, and the second slit ( It protrudes from 2b) and is bent vertically along the side wall of the seating frame 7.
  • the first and second cooling fins 8a, 8b are made integral with the seating frame 7 via insert injection molding.
  • the present invention is not limited to this.
  • the coupling bands 9 are divided into first and second coupling bands 9a and 9b.
  • the first and second couplers 9a and 9b protrude from sidewalls of the seating frame 7 along the longitudinal direction of the seating frame 7 and face each other diagonally.
  • the first and second couplers 9a and 9b are used for screwing together the cartridges 10 when the cartridges 10 are sequentially stacked in plurality.
  • the battery cells 30A, 30B, 30C, 30D are located in the first and second seating fences 6a, 6b, respectively.
  • the battery cells 30A and 30C surround the first cooling fin 9a in the sand position
  • the battery cells 30B and 30D surround the second cooling fin 9b in the sand position.
  • FIG. 6 is a partial perspective view partially illustrating a coupling relationship between the cartridge stack of FIG. 2 and the plurality of battery cells and the first and second intermediate sensing structures
  • FIG. 7 is taken along the cutting line II-II ′ of FIG. 6.
  • a cartridge stack is shown to expose the top battery cell.
  • FIG. 8 is an exploded cross-sectional view showing the cartridges, the battery cells, and the first and second intermediate sensing structures of FIG. 7, and FIG. 9 is a view of the cartridge, the battery cells, and the first and second intermediate sensing structures in FIG. 8. Partial perspective view partially showing the coupling relationship.
  • the first and second intermediate sensing structures 50 and 70 are inserted into the left groove portion LGP and the right groove portion RGP respectively positioned in the center region of the cartridge stack 10A. do.
  • the first intermediate sensing structure 50 is inserted into the left groove LGP through the first intermediate connection 47.
  • the second intermediate sensing structure 70 is inserted into the right groove RGP through the second intermediate connection 67.
  • the first intermediate connection portion 47 has a plurality of first fingers 46.
  • One first finger 46 has a first connection slit 45 formed of a groove having a ' ⁇ ' shape at its end.
  • Two adjacent first fingers 46 define one first insertion guide slit 43.
  • the first insertion guide slit 43 and the first connecting slit 45 are opened toward the left groove LG. That is, the first insertion guide slit 43 is opened toward the opposing lead seat 4, and the first connecting slit 45 is opened toward the electrode lead 25 of the opposing battery cell 30. do.
  • each of the first and second end sensing structures 97 and 99 may sense a voltage of the battery cell 30 to transmit an electrical signal to a battery management system (not shown).
  • the side plates 100 and 110 may be disposed on the heat transfer pads 91 and 93.
  • the side plates 120 and 130 may be screwed with the lower and upper end plates 95A and 95B.

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Abstract

본 발명은, 에너지 밀도를 증가시키기 위해, 상부 및 하부에 전지 셀을 두 개씩 위치시키며, 중앙 영역과 가장 자리를 통해 전지 셀의 전압을 센싱하는데 적합한 카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 개시한다. 본 발명에 따르는 카트리지는, 길이 방향을 따라 순차적으로 위치되는 한 쌍의 관통 윈도우, 그리고 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 폭 방향으로 순차적으로 위치되는 하부 활주대, 리드 안착대와 상부 활주대를 가지는 안착 프레임; 및 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 덮는 냉각핀들을 포함하고, 하부 활주대와 상부 활주대는 리드 안착대의 좌측과 우측에 각각 위치되어 대각선으로 서로 마주하는 것을 특징으로 한다.

Description

카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈
본 발명은, 수직으로 적층된 카트리지들 사이에 전지 셀을 안착시키는 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동일 용량 대비 공간 효율성을 높이고 동일한 출력 전압 대비 조립 부품의 두께를 낮출 수 있도록 개선된 구조를 가진 카트리지 및 전지 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 06월 19일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2015-0087563호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근에, 차량의 배출 가스에 기인한 대기 오염을 줄이기 위해서, 차량은 내연 기관 및/ 또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 연구에 바탕을 두고 제조되고 있다. 이에 따라서, 상기 차량은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 및 전기 자동차의 순서로 진화되었다. 이 경우에, 상기 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 내연 기관, 전기 모터와 전지 팩을 가지며, 상기 전기 자동차는 내연 기관 없이 전기 모터와 전지 팩을 갖는다.
상기 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈을 갖는다. 상기 전지 모듈은 카트리지들과 전지 셀들을 갖는다. 상기 카트리지들은 순차적으로 적층된다. 상기 카트리지들은 볼트 등의 체결 수단을 이용하여 서로 긴밀하게 결합한다. 또한, 상기 전지 셀은 마주보는 두 개의 카트리지들 사이에 위치된다. 상기 전지 셀은 바디 부와 한 쌍의 전극 리드들을 갖는다. 상기 바디 부는 두 개의 카트리지들 사이에 안착되며 파우치 포장재와 파우치 포장재의 내부에 밀봉되는 전극 조립체와 전해질을 갖는다.
상기 전극 리드들은 바디 부의 내부로부터 외부를 향해 인출되며, 판 모양의 금속 플레이트로 이루어진다. 여기서, 상기 전극 리드는 카트리지들 사이의 틈이나 카트리지들의 접촉 벽면에 위치되는 관통 슬릿을 통해 카트리지들의 외부를 향해 돌출된다. 상기 전극 리드는 카트리지들에서 전지 모듈의 용량이나 출력 전압의 사양(spec)을 고려하여 이웃하는 전극 리드에 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된다. 한편, 상기 전지 모듈의 용량 또는 출력 전압의 크기를 증가시키기 위해, 상기 전지 모듈은 전지 셀의 개수를 늘려서 제조되어야 한다.
이 경우에, 상기 전지 셀들이 카트리지들에 안착되므로, 상기 카트리지들의 적층 높이가 증가됨에 따라, 상기 전지 모듈의 크기는 카트리지의 개수의 증가와 함께 점점 커진다. 따라서, 상기 전지 팩이 전지 모듈의 수용 공간을 인위적으로 확장시키는데 제약을 가지는 때에, 상기 전지 모듈의 용량 또는 출력 전압의 증가는 전지 팩의 구조로 인해 한계에 부딪친다. 또한, 상기 전지 팩은 대용량으로 구현되기 위해 두 개 이상의 전지 모듈을 갖는다. 상기 전지 모듈은 전지 팩에서 수평 방향 및/ 또는 수직 방향으로 배열되어 버스 바 또는 커넥터 등의 연결 부품을 통해 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된다.
그러나, 상기 연결 부품은 전지 팩의 설계 목적에 따라 다양한 형상으로 이루어져 전지 팩의 내부에서 소정 공간을 점유한다. 여기서, 상기 전지 모듈이 전지 팩에 두 개 이상 수용되는 때에, 상기 연결 부품의 개수가 전지 팩의 내부에서 전지 모듈의 개수와 함께 증가되며, 상기 전지 팩은 연결 부품의 이용 개수만큼 단위 부피당 에너지 밀도를 작게 갖는다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 동일 레벨에 안착되는 전지 셀의 개수를 증가시켜 동일 용량 대비 공간 효율성을 높이면서 동일한 출력 전압 대비 조립 부품의 두께를 낮추고, 전지 셀 주변에서 전압 센싱 구조를 단순화시키는데 적합한 카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 카트리지는, 길이 방향을 따라 순차적으로 위치되는 한 쌍의 관통 윈도우, 그리고 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 폭 방향으로 순차적으로 위치되는 하부 활주대, 리드 안착대와 상부 활주대를 포함하는 안착 프레임; 및 상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 덮는 냉각핀들을 포함하고, 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대는 상기 리드 안착대의 좌측과 우측에 각각 위치되어 대각선으로 서로 마주하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 상기 안착 프레임은 관통 윈도우에 인접하는 양 측벽을 각각 관통하는 슬릿들을 가지고, 슬릿은 관통 윈도우와 연통할 수 있다.
본 발명에 따라서, 냉각핀은 상기 슬릿들에 삽입되어 상기 안착 프레임의 상기 양 측벽을 따라 수직으로 절곡할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 안착 프레임은 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 상기 폭 방향으로 좌측 홈과 우측 홈을 가지고, 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대는 상기 좌측 홈 아래와 상기 우측 홈 위에 각각 위치되어 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈을 부분적으로 덮을 수 있다.
바람직하게, 상기 리드 안착대는 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대 사이에 위치되어 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈에서 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대와 접촉할 수 있다.
일 측면에서, 상기 리드 안착대는 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈 사이에 안착판, 상기 안착판의 하부로부터 상기 좌측 홈으로 연장되며 상기 하부 활주대에 연결되는 하부 연장 부와, 상기 안착판의 상부로부터 상기 우측 홈으로 연장되며 상기 상부 활주대에 연결되는 상부 연장 부를 가질 수 있다.
다른 측면에서, 상기 하부 연장 부는 상기 하부 활주대보다 더 작은 두께를 가지고, 상기 상부 연장 부는 상기 상부 활주대보다 더 작은 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 안착 프레임은 상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 둘러싸는 안착 펜스들을 더 포함하고, 안착 펜스는 상기 안착 프레임의 가장자리를 따라 위치되어 상기 안착 프레임의 하부 및 상부를 향해 돌출할 수 있다.
바람직하게, 상기 안착 펜스는 상기 리드 안착대를 향해 개구되고, 상기 리드 안착대의 반대 편에서 상기 안착 프레임의 하부 및 상부에 리드 인출 그루브들을 각각 가질 수 있다.
일 측면에서, 상기 안착 펜스들은 상기 안착 프레임의 상기 길이 방향에서 상기 하부 활주대 또는 상기 상부 활주대의 폭으로 이격될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 순차적으로 적층되는 복수의 카트리지를 포함하는 카트리지 적층체로서, 각 카트리지는 길이 방향을 따라 순차적으로 위치되는 한 쌍의 관통 윈도우, 그리고 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 폭 방향으로 순차적으로 위치되는 좌측 홈, 리드 안착대와 우측 홈을 가지는 안착 프레임, 및 상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 덮는 냉각핀들을 포함하는 카트리지 적층체; 상기 각 카트리지의 상기 안착 프레임의 상부에 또는 하부 및 상부의 각각에 두 개씩 배치된 전지 셀들로서, 각 전지 셀은 서로에 대해 반대 방향으로 향하는 한 쌍의 전극 리드를 포함하고, 동일 레벨에 위치되는 두 개의 전지 셀에서, 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들은 상기 리드 안착대 상에 위치되고, 일 측의 하나의 전극 리드는 상기 카트리지 적층체의 전면 측으로 노출되고, 타 측의 하나의 전극 리드는 상기 카트리지 적층체의 후면 측으로 노출되는 전지 셀들; 상기 각 카트리지의 좌측 홈과 우측 홈에 삽입되고, 상기 복수의 카트리지에서 전극 리드들의 접합된 단부들과 엇갈리게 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 중간 센싱 구조물; 및 상기 카트리지 적층체의 상기 전면 측과 상기 후면 측에 각각 위치되어 상기 전면 측으로 노출되는 전극 리드들 그리고 상기 후면 측으로 노출되는 전극 리드들과 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 상기 복수의 카트리지 중에서, 최 상단 카트리지의 두께는 나머지 카트리지들의 각각의 두께의 절반일 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 카트리지 중에서 최 상단 카트리지 아래에 있는 각각의 카트리지는 상기 리드 안착대의 좌측 및 우측에 각각 위치되어 대각선으로 마주하는 하부 활주대와 상부 활주대를 가질 수 있다.
일 측면에서, 상기 하부 활주대는 상기 좌측 홈 아래에 위치되어 상기 좌측 홈을 부분적으로 덮고, 상기 상부 활주대는 상기 우측 홈 위에 위치되어 상기 우측 홈을 부분적으로 덮고, 상기 리드 안착대는 상기 좌측 홈을 통해 상기 하부 활주대에 그리고 상기 우측 홈을 통해 상기 상부 활주대에 연결될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 안착 프레임은 관통 윈도우에 인접한 양 측벽에 각각 위치되는 슬릿들을 더 포함하고, 냉각 핀은 상기 관통 윈도우의 가장 자리를 통해 상기 슬릿들에 삽입되며 상기 슬릿들로부터 돌출되어 상기 안착 프레임의 상기 양 측벽을 따라 수직으로 절곡하고, 두 개의 전지 셀들에 의해 샌드 위치의 구조로 둘러싸일 수 있다.
일 측면에서, 상기 안착 프레임은 상기 각 카트리지의 상기 상부 또는 상기 하부 및 상기 상부에 안착 펜스를 더 포함하고, 상기 안착 펜스는, 상기 각 전지 셀의 두께에 대응되는 높이로 수직하게 돌출할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 안착 프레임은 동일 레벨에 위치되는 상기 두 개의 전지 셀을 각각 둘러싸는 안착 펜스들을 더 포함하고, 각 안착 펜스는 상기 리드 안착대를 향해 개구되고, 상기 리드 안착대의 반대 편에 리드 인출 그루브를 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 전지 셀들은 상기 카트리지 적층체의 상기 전면 측과 상기 후면 측에 노출된 전극 리드들에 의해 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명에 따라서, 제1 중간 센싱 구조물은 상기 복수의 카트리지의 각각의 좌측 홈에 삽입되는 제1 중간 접속부, 그리고 상기 제1 중간 접속부와 결합된 제1 이동 저지부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 중간 접속부는 복수의 제1 핑거, 각각의 제1 핑거의 단부에 제1 접속 슬릿과, 두 개의 인접한 제1 핑거 사이에 제1 삽입 가이드 슬릿을 가지고, 상기 제1 접속 슬릿은 상기 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들을 향해 개구되고, 상기 제1 삽입 가이드 슬릿은 마주보는 리드 안착대를 향해 개구될 수 있다.
일 측면에서, 상기 제1 접속 슬릿은 금속 재질의 제1 접속 클립을 가지며, 상기 제1 접속 클립은 상기 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들을 탄성적으로 클립할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제1 삽입 가이드 슬릿은 마주보는 상기 하부 활주대에 슬라이딩되어 상기 하부 활주대를 수용할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제1 이동 저지부는 상기 제1 중간 접속부에 직각으로 결합되어 상기 좌측 홈 주변에서 상기 카트리지 적층체의 측벽에 접촉될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제1 중간 센싱 구조물은 제1 이동 저지부와 결합되어 제1 말단 센싱 구조물에 전기적으로 접속되는 제1 와이어부를 더 포함하고, 상기 제1 와이어부는 상기 제1 접속 클립에 연결되어 상기 제1 중간 접속부의 내부와 상기 제1 이동 저지부의 내부를 경유하는 제1 도선을 내장할 수 있다.
본 발명에 따라서, 제2 중간 센싱 구조물은 상기 복수의 카트리지의 각각의 우측 홈에 삽입되는 제2 중간 접속부, 그리고 상기 제2 중간 접속부와 결합된 제2 이동 저지부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 중간 접속부는 복수의 제2 핑거, 각각의 제2 핑거의 단부에 제2 접속 슬릿과, 두 개의 인접한 제2 핑거 사이에 제2 삽입 가이드 슬릿을 가지고, 상기 제2 접속 슬릿은 상기 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들을 향해 개구되고, 상기 제2 삽입 가이드 슬릿은 마주보는 리드 안착대를 향해 개구될 수 있다.
일 측면에서, 상기 제2 접속 슬릿은 금속 재질의 제2 접속 클립을 가지며, 상기 제2 접속 클립은 상기 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들을 탄성적으로 클립할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제2 삽입 가이드 슬릿은 마주보는 상기 상부 활주대에 슬라이딩되어 상기 상부 활주대를 수용할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제2 이동 저지부는 상기 제2 중간 접속부에 직각으로 결합되어 상기 우측 홈 주변에서 상기 카트리지 적층체의 측벽에 접촉될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제2 중간 센싱 구조물은 상기 제2 이동 저지부와 결합되어 제2 말단 센싱 구조물에 전기적으로 접속되는 제2 와이어부를 더 포함하고, 상기 제2 와이어부는 상기 제2 접속 클립에 연결되어 상기 제2 중간 접속부의 내부와 상기 제2 이동 저지부의 내부를 경유하는 제2 도선을 내장할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물은 전압 센싱 모듈과 상기 전압 센싱 모듈을 덮는 절연 커버를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 전압 센싱 모듈은 일 측의 가장 자리에서 상기 복수의 카트리지를 향하는 내주 면에 인쇄 회로 기판과 상기 절연 커버를 향하는 외주 면에 상기 인쇄 회로 기판에 전기적으로 접속된 커넥터를 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 전압 센싱 모듈은 중앙 영역에서 순차적으로 적층되는 지지 리브들, 최상단 지지 리브 상에서 일 단부를 통해 상기 인쇄회로 기판 그리고 타 단부를 통해 전극 단자에 연결되는 제1 센싱 버스바, 상기 최상단 지지 리브 아래에서 각각의 지지 리브 상에 위치되어 상기 인쇄회로 기판에 접촉되는 제2 센싱 버스 바, 두 개의 인접한 지지 리브 사이에 순차적으로 위치되는 리드 절연 패턴과 리드 인출 슬릿을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 제1 말단 센싱 구조물의 전압 센싱 모듈은, 상기 카트리지 적층체의 상기 전면 측에서, 최 상단 리드 인출 슬릿에 최 상단 전지 셀의 최 상단 전극 리드를 삽입시켜 상기 최 상단 전극 리드를 상기 제1 센싱 버스바에 접합시키고, 상기 최 상단 리드 인출 슬릿 아래에서 각각의 리드 인출 슬릿에 두 개의 인접한 전지 셀의 한 쌍의 전극 리드를 삽입시켜 상기 한 쌍의 전극 리드를 상기 제2 센싱 버스바에 접합시킬 수 있다.
다른 측면에서, 제1 말단 센싱 구조물의 인쇄회로 기판은 상기 제1 중간 센싱 구조물의 제 1 와이어부, 그리고 상기 제1 말단 센싱 구조물의 제1 및 제2 센싱 버스바와 전기적으로 접속하여 상기 제1 중간 센싱 구조물과 접촉하는 각각의 전지 셀의 전위를 센싱할 수 있다.
다른 측면에서, 제2 말단 센싱 구조물의 전압 센싱 모듈은, 상기 카트리지 적층체의 상기 후면 측에서, 최 하단 리드 인출 슬릿에 최 하단 전지 셀의 최 하단 전극 리드를 삽입시켜 상기 최 하단 전극 리드를 상기 제2 센싱 버스바에 접합시키고, 상기 최 하단 리드 인출 슬릿 위에서 각각의 리드 인출 슬릿에 두 개의 인접한 전지 셀의 한 쌍의 전극 리드를 삽입시켜 상기 한 쌍의 전극 리드를 상기 제1 센싱 버스바 또는 상기 제2 센싱 버스바에 접합시킬 수 있다.
또 다른 측면에서, 제2 말단 센싱 구조물의 인쇄회로 기판은 상기 제2 중간 센싱 구조물의 제 2 와이어부와 접촉하여 상기 제2 중간 센싱 구조물과 접촉하는 각각의 전지 셀의 전위를 센싱할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 리드 절연 패턴은 두 개의 인접하는 제1 및 2 센싱 버스바를 전기적으로 절연시키거나 상기 제 1 센싱 버스바 아래에서 두 개의 인접하는 제2 센싱 버스바를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 카트리지는, 하부 및 상부의 각각에 두 개의 전지 셀을 위치시키므로 전지 모듈에서 동일 용량 대비 공간 효율성을 높이면서 동일한 출력 전압 대비 조립 부품의 두께를 낮추어 전지 모듈의 단위 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 순차적으로 적층되는 카트리지들에서 각각의 카트리지 아래와 위에 전지 셀을 두 개씩 안착시키므로 전지 팩의 고 용량을 위해 카트리지의 이용 개수의 증가를 막아 카트리지들의 적층 높이를 적정하게 유지시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 순차적으로 적층되는 카트리지들에서 각각의 카트리지의 중앙 영역에 그리고 가장 자리들에 전지 셀들의 전극 리드들을 가지므로 각각의 카트리지의 영역 별로 전극 리드들에 접촉되는 센싱 구조물들을 분산시켜 전압 센싱 구조를 단순화시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 카트리지들과 전지 셀들의 적층 구조에서 카트리지의 이용 개수를 줄이며, 전지 셀들의 전극 리드들에 접촉되는 센싱 구조물들의 결합 관계를 단순화시키므로 작업자의 공수를 줄여서 제조 단가를 낮출 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 실시 예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 카트리지 적층체, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2중간 센싱 구조물과, 제1 및 제2말단 센싱 구조물을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은, 도 2의 카트리지와, 전지 셀들을 확대하여 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는, 도 3의 카트리지를 좀 더 상세하게 보여주는 사시도이다.
도 5는, 도 4의 절단선 Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 카트리지를 보여주는 단면도이다.
도 6은, 도 2의 카트리지 적층체와, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이다.
도 7은, 도 6의 절단선 Ⅱ - Ⅱ' 를 따라 취해 카트리지들, 전지 셀들과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
도 8은, 도 7의 카트리지들, 전지 셀들과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물을 보여주는 분해 단면도이다.
도 9는, 도 8에서 카트리지, 전지 셀과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이다.
도 10 및 도 11은, 도 2의 카트리지 적층체의 일부와, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 확대하여 보여주는 분해 사시도이다.
도 12는, 도 10의 카트리지 적층체의 일부와, 복수의 전지 셀, 제1 말단 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이다.
도 13은, 도 12의 절단선 Ⅲ - Ⅲ' 를 따라 취해 카트리지 적층체의 일부와, 전지 셀들, 제1 말단 센싱 구조물을 부분적으로 보여주는 부분 단면도이다.
도 14는, 도 1의 카트리지 적층체, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물과, 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 보여주는 사시도이다.
도 15 및 도 16은, 도 1의 전지 모듈의 제조방법을 설명하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지 셀은 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 하지만 본 발명은 전지의 종류에 한정되지 않음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 카트리지 적층체, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2중간 센싱 구조물과, 제1 및 제2말단 센싱 구조물을 보여주는 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2의 카트리지와, 전지 셀들을 확대하여 보여주는 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 전지 모듈(120)은 카트리지 적층체(10A), 전지 셀(30)들, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70), 열 전달 패드들(91, 93), 하부 앤드 플레이트(도 16의 95A), 상부 앤드 플레이트(95B), 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)과, 사이드 플레이트들(100, 110)을 포함한다. 상기 카트리지 적층체(10A)는 순차적으로 적층되는 카트리지(10)들을 갖는다.
바람직하게, 상기 카트리지 적층체(10A)에서, 최 상단 카트리지(10a)는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 두께(T)의 중간 지점에서 수평면을 따라 절단한 구조를 갖는다. 상기 최 상단 카트리지(10a)의 두께는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 두께(T)의 절반을 갖는다. 일 측면에서, 상기 카트리지 적층체(10A)는 길이 방향에서 볼 때에 중앙 영역에서 좌측 측벽에 좌측 홈부(LGP)와 우측 측벽에 우측 홈부(RGP)를 갖는다.
상기 좌측 홈부(LGP)는 핑거 구조의 제1 중간 센싱 구조물(50)을 수용하고, 상기 우측 홈부(RGP)는 핑거 구조의 제2 중간 센싱 구조물(70)을 수용한다. 상기 전지 셀(30)들은 카트리지(10)들에 안착된다. 일 예로서, 상기 최상단 카트리지(10a)는 상부에 전기적으로 직렬로 연결된 두 개의 전지 셀(30)을 안착시키고, 상기 최상단 카트리지(10a)의 아래에 위치되는 각각의 카트리지(10)는 하부에 전기적으로 직렬로 연결된 두 개의 전지 셀(30)과 상부에 전기적으로 직렬로 연결된 두 개의 전지 셀(30)을 안착시킨다.
바람직하게, 상기 전지 셀(30)은 양 방향으로 두 개의 전극 리드(25)를 갖는다. 상기 전지 셀(30)은 파우치 형으로 이루어진다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전지 셀(30)은 전극 조립체와 전해질을 밀봉시키는 파우치 포장재와, 파우치 포장재의 내부에서 전극 조립체에 전기적으로 접속되어 파우치 포장재의 내부로부터 외부를 향해 인출되는 한 쌍의 전극 리드(25)를 갖는다. 상기 전극 리드(25)는 음극(-) 또는 양극(+)의 전기적 극성을 갖는다.
상기 최 상단 카트리지(10a) 또는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 일 면 상에서, 상기 두 개의 전지 셀(30)은 서로에 대해 반대 극성을 가지는 전극 리드(25a)들의 단부들을 중첩시키고 레이저 용접 등을 통해 전극 리드(25a)들의 단부들을 접합시켜 전기적으로 직렬 연결된다. 상기 전극 리드(25a)들의 접합된 단부들은 최 상단 카트리지(10a) 또는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 일 면의 중앙 영역에 위치되는 리드 안착대(4) 상에 안착된다.
또한, 상기 두 개의 전지 셀(30)에서 접합되지 않는 전극 리드들(25b, 25c)은 대략적으로 수직하게 절곡되며, 최 상단 카트리지(10a) 또는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 전방과 후방에서 리드 인출 그루브들(6a, 6b)을 통해 최 상단 카트리지(10a) 또는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 외부를 향해 노출된다.
본 발명의 설명의 편의를 위해, 상기 최 상단 카트리지(10a)는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)로 갈음해서 설명한다. 상기 카트리지(10)는, 일 면 상에서 전방에 전지 셀(30A)과 후방에 전지 셀(30B)를 가지고, 일 면에 대향하는 타 면 상에서 전방에 전지 셀(30C)과 후방에 전지 셀(30D)을 갖는다.
여기서, 상기 전지 셀들(30A, 30B)의 전극 리드들(25b, 25c)은 카트리지(10)의 리드 인출 그루브들(6a, 6b)을 통해 전지 셀들(30C, 30D)의 전극 리드들(25b, 25c)과 접합하여 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전지 셀들(30A, 30C)의 전극 리드(25b)들 또는 전지 셀들(30B, 30D)의 전극 리드(25c)들이 서로 중첩하여 레이저 용접 등을 통해 접합되는 때에, 상기 전지 셀들(30A, 30B, 30C, 30D)은 카트리지(10)의 리드 인출 그루브들(6a, 6b)을 통해 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)은 카트리지 적층체(10A)의 좌측 홈부(LGP)와 우측 홈부(RGP)에 각각 삽입될 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)은 복수 개로 분지된 핑거들을 포함하며, 각각의 핑거의 단부는 카트리지(10)의 중앙 영역에서 리드 안착대(4)에 안착되는 전극 리드(25a)들의 접합된 단부들에 접촉할 수 있다.
도 1에서, 상기 열 전달 패드들(91, 93)은 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)에 직각으로 위치되어 카트리지 적층체(10A)의 측벽들 상에 위치된다. 바람직하게, 상기 열 전달 패드들(91, 93)의 각각은 카트리지(10)에 삽입된 금속 재질의 냉각 핀(도 2의 8)과 접촉하며, 카트리지(10)에 안착된 전지 셀(30)들의 열을 냉각 핀(8)으로부터 전달 받아 카트리지 적층체(10A)의 외부로 발산하는 역할을 한다.
일 측면에서, 상기 열 전달 패드들(91, 93)은 양호한 열전도성을 가지는 금속 재질로 이루어진다. 상기 하부 앤드 플레이트(95A)와 상부 앤드 플레이트(95B)는 카트리지 적층체(10A)의 하부 면과 상부 면 상에 각각 위치하여 카트리지 적층체(10A)에 결합될 수 있다. 바람직하게, 상기 하부 앤드 플레이트(95A)와 상부 앤드 플레이트(95B)는 카트리지 적층체(10A)에서 최 상단 전지 셀(30)과 최 하단 전지 셀(30)을 보호하며, 전지 셀(30)들의 열을 외부로 발산하는 역할을 한다.
상기 하부 앤드 플레이트(95A)와 상부 앤드 플레이트(95B)는 카트리지 적층체(10A)와 나사 결합되며, 양호한 기계적 강성과 열전도성을 가지는 금속 재질로 이루어진다. 도 2에서, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)은 카트리지 적층체(10A)의 길이 방향에서 카트리지 적층체(10A) 주변에 서로 마주보게 위치된다.
또한, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)은 카트리지(10)들의 리드 인출 그루브들(6a, 6b)로부터 노출되는 전극 리드들(25b, 25c)과 전기적으로 접촉한다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)은 전압 센싱 모듈(84)과 절연 커버(88)를 포함한다. 상기 전압 센싱 모듈(84)은 전지 셀(30)들의 전극 리드들(25b, 25c)과 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 센싱 버스바(도 10의 84C, 84D)를 포함한다.
상기 절연 커버(88)는 전압 센싱 모듈(84)을 덮는다. 도 1에서, 상기 사이드 플레이트들(100, 110)은 열 전달 패드들(91, 93) 상에 위치되어 열 전달 패드들(91, 93)로부터 전지 셀(30)들의 열을 전달받아서 전지 셀(30)들의 열을 외부에 방출시킨다. 상기 사이드 플레이트들(100, 110)은 금속 재질로 이루어지며 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B)에 나사 결합될 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 하부 및 상부의 각각에 한 쌍의 전지 셀이 안착되는 카트리지(10)의 구조를 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 3의 카트리지를 좀 더 상세하게 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4의 절단선 Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 카트리지를 보여주는 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 카트리지(10)는 하부와 상부에 두 개씩 위치되도록 총 네 개의 전지 셀들(30A, 30B, 30C, 30D)을 안착시킨다. 상기 카트리지(10)는 상부와 하부의 각각에 한 쌍의 전지 셀들을 안착시키는 공간을 독립적으로 정의하는 안착 프레임(7), 냉각핀(8)들과 결합대(9)들을 갖는다. 상기 안착 프레임(7)의 전체적인 형상은 직사각형으로 이루어진다.
상기 안착 프레임(7)은 길이 방향을 따라 배열되는 한 쌍의 관통 윈도우(1), 각각의 관통 윈도우(1)에 인접한 양 측벽을 각각 관통하는 슬릿(2)들, 한 쌍의 관통 윈도우(1)를 연결시키는 중앙 프레임(CF)의 좌측과 우측에 각각 위치되는 좌측 홈(LG)과 우측 홈(RG)을 포함한다. 또한, 상기 안착 프레임(7)은 중앙 프레임(CF)에서 하부 활주대(3), 리드 안착대(4)와 상부 활주대(5)를 가지고, 한 쌍의 관통 윈도우(1)를 각각 둘러싸며 가장 자리를 따라 연장된 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)를 갖는다.
상기 한 쌍의 관통 윈도우(1)는 안착 프레임(7)의 길이 방향을 따라 냉각핀(8)들에 각각 대응되도록 배열된다. 상기 슬릿(2)들은 안착 프레임(7)의 길이 방향을 따라 위치되어 관통 윈도우(1)들과 연통한다. 상기 좌측 홈(LG)과 우측 홈(RG)은 도 2의 카트리지 적층체(10A)에서 좌측 홈부(LGP)와 우측 홈부(RGP)에 각각 대응된다. 상기 좌측 홈(LG)과 우측 홈(RG)은 안착 프레임(7)의 폭 방향을 따라 안착 펜스(6)들 사이에서 카트리지(10)의 양 측부들로부터 내부를 향해 연장된다.
도 3 내지 도 5, 및 도 8에서, 상기 하부 활주대(3), 리드 안착대(4)와 상부 활주대(5)는 일체로 이루어져 중앙 프레임(CF)의 폭 방향을 따라서 순차적으로 위치된다. 상기 리드 안착대(4)는 하부 활주대(3)와 상부 활주대(5) 사이에 위치된다. 상기 리드 안착대(4)는 카트리지(10)의 하부와 상부에서 전지 셀들(30A, 30B, 30C, 30D)의 전극 리드(도 3의 25a)들의 접합 부위를 안착시키는 면들을 제공한다. 즉, 상기 리드 안착대(4)의 상부면은 카트리지(10)의 상부에서 한 쌍의 전지 셀(30A, 30B)의 전극 리드(25a)들의 접합된 단부들에게 안착 표면을 제공한다.
유사하게, 상기 리드 안착대(4)의 하부면은 카트리지(10)의 하부에서 한 쌍의 전지 셀(30C, 30D)의 전극 리드(25a)들의 접합된 단부들에게 안착 표면을 제공한다. 상기 하부 활주대(3)와 상부 활주대(5)는 플레이트 형상을 갖는다. 또한, 상기 하부 활주대(3)와 상부 활주대(5)는 리드 안착대(4)의 좌측 및 우측에 각각 위치되어 대각선으로 서로 마주하며 안착 프레임(7)의 양 측부들을 향해 소정 길이로 연장된다.
일 예에서, 상기 하부 활주대(3)의 하부면은 리드 안착대(4)의 상부면보다 리드 안착대(4)의 하부면에 더 가까이 위치된다. 상기 하부 활주대(3)의 하부면은 리드 안착대(4)의 하부면보다 더 낮은 레벨에 위치되어 리드 안착대(4)의 하부면과 단차를 이룬다. 상기 하부 활주대(3)는 리드 안착대(4)의 일 측의 단부에 연결되어 좌측 홈(LG) 아래에서 좌측 홈(LG)을 부분적으로 덮는다.
상기 하부 활주대(3)는 안착 프레임(7)의 두께 방향을 따라 좌측 홈(LG) 아래에 위치하여 리드 안착대(4)의 하부면으로부터 돌출된다. 유사하게, 상기 상부 활주대(5)의 상부면은 리드 안착대(4)의 하부면보다 리드 안착대(4)의 상부면에 더 가까이 위치된다. 상기 상부 활주대(5)의 상부면은 리드 안착대(4)의 상부면보다 더 높은 레벨에 위치되어 리드 안착대(4)의 상부면과 단차를 이룬다.
상기 상부 활주대(5)는 리드 안착대(4)의 타 측의 단부에 연결되어 우측 홈(RG) 위에서 우측 홈(RG)을 부분적으로 덮는다. 상기 상부 활주대(5)는 안착 프레임(7)의 두께 방향을 따라 우측 홈(RG) 상에 위치하여 리드 안착대(4)의 상부면으로부터 돌출된다.
상기 리드 안착대(4)는 중앙 프레임(CF)의 폭 방향에서 안착판(4A), 안착판(4A)의 하부로부터 하부 활주대(3)를 향해 연장되며 하부 활주대(3)와 단차를 이루는 플레이트 형상의 하부 연장 부(lower extension; LE)와, 안착 판(4A)의 상부로부터 상부 활주대(5)를 향해 연장되며 상부 활주대(5)와 단차를 이루는 플레이트 형상의 상부 연장 부(upper extension; UE)를 갖는다.
상기 안착판(4A)은 좌측 홈(LG)과 우측 홈(RG) 사이에 위치된다. 상기 하부 연장 부(LE)는 안착 판(4A)과 하부 활주대(3) 사이에 위치되어 좌측 홈(LG)을 부분적으로 덮고 좌측 홈(LG)에서 하부 활주대(3)에 연결된다. 바람직하게, 상기 하부 연장 부(LE)는 하부 활주대(3)보다 더 작은 두께를 갖는다. 유사하게, 상기 상부 연장 부(UE)는 안착 판(4A)과 상부 활주대(5) 사이에 위치되어 우측 홈(RG)을 부분적으로 덮고 우측 홈(RG)에서 상부 활주대(5)에 연결된다.
바람직하게, 상기 상부 연장 부(UE)는 상부 활주대(5)보다 더 작은 두께를 갖는다. 상기 제1 안착 펜스(6c)는 안착 프레임(7)의 전방에서 안착 프레임(7)의 하부 및 상부에서 두 개의 전지 셀(도 3의 30A, 30C)을 안착시키는 공간을 정의한다. 유사하게, 상기 제2 안착 펜스(6d)는 안착 프레임(7)의 후방에서 안착 프레임(7)의 하부 및 상부에서 두 개의 전지 셀(도 3의 30B, 30D)을 안착시키는 공간을 정의한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)는 전지 셀들(30A, 30B, 30C, 30D)의 두께에 대응되는 높이를 가지도록 안착 프레임(7)의 가장자리로부터 안착 프레임(7)의 하부 및 상부를 향해 수직으로 각각 돌출된다. 일 측면에서, 상기 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)는 안착 프레임(7)의 길이 방향을 따라 하부 활주대(3) 또는 상부 활주대(5)의 폭으로 이격된다.
다른 측면에서, 상기 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)는 안착 프레임(7)의 길이 방향을 따라 리드 안착 대(4)를 향해 개구된다. 또 다른 측면에서, 상기 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)는 절곡된 전극 리드들(25b, 25c)을 카트리지(10)의 외부로 노출시키도록 절취된 리드 인출 그루브들(6a, 6b)을 갖는다.
여기서, 상기 전지 셀들(30A, 30B)은 제1 및 제2 안착 펜스들(6c, 6d)을 경유하여 리드 안착대(4) 상에 위치되는 두 개의 접합된 전극 리드(25a)들을 가지고, 제1 및 제2 안착 펜스들(6c, 6d)의 리드 인출 그루브들(6a, 6b)로부터 각각 돌출되는 전극 리드들(25b, 26c)을 가질 수 있다. 또한, 상기 전지 셀들(30C, 30D)은 제1 및 제2 안착 펜스들(6c, 6d)을 경유하여 리드 안착대(4) 상에 위치되는 두 개의 접합된 전극 리드(25a)들을 가지고, 제1 및 제2 안착 펜스들(6c, 6d)의 리드 인출 그루브들(6a, 6b)로부터 각각 돌출되는 전극 리드들(25b, 26c)을 가질 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제1 및 제2 안착 펜스(6c, 6d)는 중앙 프레임(CF)을 통해 서로 연결된다. 상기 냉각 핀(8)들은 제1 및 제2 냉각 핀(8a, 8b)으로 구분된다. 상기 제1 및 제2 냉각 핀(8a, 8b)은 안착 프레임(7)의 제1 관통 윈도우(1a)와 제2 관통 윈도우(1b)에 각각 배열되어 고정된다. 상세하게는, 상기 제1 냉각 핀(8a)은 제1 관통 윈도우(1a)를 덮으며, 제1 관통 윈도우(1a)의 가장 자리를 통해 제1 슬릿(2a)들에 삽입되고, 제1 슬릿(2a)들로부터 돌출되어 안착 프레임(7)의 측벽을 따라 수직으로 절곡된다.
유사하게, 상기 제2 냉각 핀(8b)은 제2 관통 윈도우(1b)를 덮으며, 제2 관통 윈도우(1b)의 가장 자리를 통해 제2 슬릿(2b)들에 삽입되고, 제2 슬릿(2b)들로부터 돌출되어 안착 프레임(7)의 측벽을 따라 수직으로 절곡된다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 냉각 핀(8a, 8b)은 인서트 사출 성형을 통해 안착 프레임(7)과 일체로 이루어진다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기 결합대(9)들은 제1 및 제2 결합대(9a, 9b)로 구분된다. 상기 제1 및 제2 결합대(9a, 9b)는 안착 프레임(7)의 길이 방향을 따라 안착 프레임(7)의 측벽으로부터 돌출하여 대각선으로 서로 마주한다. 상기 제1 및 제2 결합대(9a, 9b)는 카트리지(10)를 복수로 순차적으로 적층하는 때에 카트리지(10)들의 나사 결합을 위해 이용된다.
도 3 및 도 4에서, 상기 전지 셀들(30A, 30B, 30C, 30D)은 제1 및 제2 안착 펜스(6a, 6b) 내에 각각 위치된다. 여기서, 상기 전지 셀들(30A, 30C)은 제1 냉각 핀(9a)을 샌드 위치의 구조로 둘러싸고, 상기 전지 셀들(30B, 30D)은 제2 냉각핀(9b)를 샌드 위치의 구조로 둘러싼다.
도 6은 도 2의 카트리지 적층체와, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이고, 도 7은 도 6의 절단선 Ⅱ - Ⅱ' 를 따라 취해 카트리지들, 전지 셀들과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 보여주는 단면도이다. 도 6에서 최 상단 전지 셀을 노출시키도록 카트리지 적층체가 도시된다.
또한, 도 8은 도 7의 카트리지들, 전지 셀들과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물을 보여주는 분해 단면도이고, 도 9는 도 8에서 카트리지, 전지 셀과, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)은 카트리지 적층체(10A)의 중앙 영역에 위치되는 좌측 홈부(LGP)와 우측 홈부(RGP)에 각각 삽입된다. 바람직하게, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 제1 중간 접속부(47)를 통해 좌측 홈부(LGP)에 삽입된다. 유사하게, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 제2 중간 접속부(67)를 통해 우측 홈부(RGP)에 삽입된다.
여기서, 상기 좌측 홈부(LGP)는 카트리지(10)들과 동일한 개수의 좌측 홈(LG)들을 갖는다. 유사하게, 상기 우측 홈부(RGP)는 카트리지(10)들과 동일한 개수의 우측 홈(RG)들을 갖는다. 상기 카트리지 적층체(10A)에서, 최 상단 카트리지(10)는 폭 방향으로 좌측 홈(LG), 리드 안착대(4)와 우측 홈(RG)을 갖는다. 상기 최 상단 카트리지 아래에서 각각의 카트리지(10)는 폭 방향으로 좌측 홈(LG), 하부 활주대(3), 리드 안착대(4), 상부 활주대(5)와 우측 홈(RG)을 갖는다.
상기 제1 중간 접속부(47)는 복수의 제1 핑거(46)를 갖는다. 하나의 제1 핑거(46)는 단부에 '⊃' 형상의 그루브로 이루어진 제1 접속 슬릿(45)을 갖는다. 두 개의 인접한 제1 핑거(46)는 하나의 제1 삽입 가이드 슬릿(43)을 정의한다. 상기 제1 삽입 가이드 슬릿(43)과 제1 접속 슬릿(45)은 좌측 홈(LG)을 향해 개구된다. 즉, 상기 제1 삽입 가이드 슬릿(43)은 마주보는 리드 안착대(4)를 향해 개구되고, 상기 제1 접속 슬릿(45)은 마주보는 전지 셀(30)의 전극 리드(25)를 향해 개구된다.
유사하게, 상기 제2 중간 접속부(67)는 복수의 제2 핑거(66)를 갖는다. 하나의 제2 핑거(66)는 단부에 '⊂' 형상의 그루브로 이루어진 제2 접속 슬릿(65)을 갖는다. 두 개의 인접한 제2 핑거(66)는 하나의 제2 삽입 가이드 슬릿(63)을 정의한다. 상기 제2 삽입 가이드 슬릿(63)과 제2 접속 슬릿(65)은 우측 홈(RG)을 향해 개구된다. 즉, 상기 제2 삽입 가이드 슬릿(63)은 마주보는 리드 안착대(4)를 향해 개구되고, 상기 제2 접속 슬릿(65)은 마주보는 전지 셀(30)의 전극 리드(25)를 향해 개구된다.
도 7 및 도 8에서, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 제1 중간 접속부(47)의 제1 삽입 가이드 슬릿(43)들을 통해 카트리지(10)들의 하부 활주대(3)들에 슬라이딩되어 하부 활주대(3)들을 수용하면서 카트리지 적층체(10A)의 좌측 홈부(LGP)에 삽입된다. 이 때에, 상기 제1 핑거(46)의 제1 접속 슬릿(45)은 마주하는 전극 리드(25)의 단부를 수용하여 전극 리드(25)와 접촉한다.
유사하게, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 제2 중간 접속부(67)의 제2 삽입 가이드 슬릿(63)들을 통해 카트리지(10)들의 상부 활주대(5)들에 슬라이딩되어 상부 활주대(5)들을 수용하면서 카트리지 적층체(10A)의 우측 홈부(RGP)에 삽입된다. 이 때에, 상기 제2 핑거(66)의 제2 접속 슬릿(65)은 마주하는 전극 리드(25)의 단부를 수용하여 전극 리드(25)와 접촉한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 중간 접속부(47, 67)는 카트리지(10) 적층체(10A)의 좌측 홈부(LGP)와 우측 홈부(RGP)에서 엇갈리게 위치된다. 즉, 상기 제1 중간 접속부(47)의 제1 핑거(46)는 제2 중간 접속부(67)의 제2 삽입 가이드 슬릿(63)과 마주한다. 유사하게, 상기 제2 중간 접속부(67)의 제2 핑거(66)는 제1 중간 접속부(47)의 제1 삽입 가이드 슬릿(43)과 마주한다.
도 8에서, 상기 제1 및 제2 접속 슬릿(45, 65)은 내부에 금속 재질로 이루어진 제1 및 제2 접속 클립(44, 64)을 각각 갖는다. 상기 제1 접속 클립(44)은 좌측 홈(LG)에서 마주보는 전극 리드(25)의 단부를 탄성적으로 클립한다. 유사하게, 상기 제2 접속 클립(64)은 우측 홈(RG)에서 마주보는 전극 리드(25)의 단부를 탄성적으로 클립한다.
상기 제1 접속 클립(44)은 제1 중간 접속부(47)의 내부에 위치되어 전도성을 가지는 제1 도선(도면에 미도시)에 연결된다. 유사하게, 상기 제2 접속 클립(64)은 제2 중간 접속부(67)의 내부에 위치되어 전도성을 가지는 제2 도선(도면에 미도시)에 연결된다. 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 제1 중간 접속부(47)와 결합된 제1 이동 저지부(48), 그리고 제1 이동 저지부(48)와 결합된 제1 와이어부(49)를 포함한다.
여기서, 상기 제1 도선은 제1 중간 접속부(47)로부터 시작하여 제1 이동 저지부(48)의 내부와 제1 와이어부(49)의 내부를 순차적으로 경유하여 제1 와이어부(49)의 단부까지 연장된다. 상기 제1 이동 저지부(48)는 제1 중간 접속부(47)에 직각으로 결합되어 좌측 홈부(LGP) 주변에서 카트리지 적층체(10A)의 측벽에 접촉된다.
유사하게, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 제2 중간 접속부(67)와 결합된 제2 이동 저지부(68), 그리고 제2 이동 저지부(68)와 결합된 제2 와이어부(69)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 도선은 제2 중간 접속부(67)로부터 시작하여 제2 이동 저지부(68)의 내부와 제2 와이어부(69)의 내부를 순차적으로 경유하여 제2 와이어부(69)의 단부까지 연장된다. 상기 제2 이동 저지부(68)는 제2 중간 접속부(67)에 직각으로 결합되어 우측 홈부(RGP) 주변에서 카트리지 적층체(10A)의 측벽에 접촉된다.
또한, 상기 제1 및 제2 와이어부(49, 69)는 제1 및 제2 이동 저지부(48, 68)로부터 카트리지 적층체(10A)의 측벽을 따라 위치되어 서로에 대해 반대 방향으로 연장된다. 여기서, 상기 제1 와이어부(49)는 제1 접속 클립(44)들과 동일한 개수의 제1 도선들을 내장한다. 유사하게, 상기 제2 와이어부(69)는 제2 접속 클립(64)들과 동일한 개수의 제2 도선들을 내장한다.
도 10 및 도 11은 도 2의 카트리지 적층체의 일부와, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 확대하여 보여주는 분해 사시도이고, 도 12는 도 10의 카트리지 적층체의 일부와, 복수의 전지 셀, 제1 말단 센싱 구조물의 결합 관계를 부분적으로 보여주는 부분 사시도이다.
또한, 도 13은 도 12의 절단선 Ⅲ - Ⅲ' 를 따라 취해 카트리지 적층체의 일부와, 전지 셀들, 제1 말단 센싱 구조물을 부분적으로 보여주는 부분 단면도이고, 도 14는 도 1의 카트리지 적층체, 복수의 전지 셀, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물과, 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 보여주는 사시도이다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)은 카트리지 적층체(10A)의 길이 방향을 따라 카트리지 적층체(10A)의 전면 측과 후면 측에 각각 위치된다. 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)은 제2 말단 센싱 구조물(99)과 동일한 형상을 갖는다. 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)의 각각은 전압 센싱 모듈(84)과 절연 커버(88)를 갖는다.
상기 전압 센싱 모듈(84)은 일 측의 가장 자리에서 카트리지(10)들을 향하는 내주 면에 인쇄 회로 기판(83)과, 절연 커버(88)를 향하는 외주 면에 인쇄 회로 기판(83)에 전기적으로 접속된 커넥터(84A)를 갖는다. 바람직하게, 상기 인쇄회로 기판(83)은 각각의 전지 셀(30)의 전압 측정 기능을 담당하는 회로를 포함하고, 상기 커넥터(84A)는 각각의 전지 셀(30)의 측정된 전압을 외부로 출력하는 인터페이스로 이용된다.
상기 제1 말단 센싱 구조물(97)의 인쇄 회로 기판(83)은 제1 중간 센싱 구조물(50)의 제1 와이어부(49)와 전기적으로 접속한다. 따라서, 상기 인쇄 회로 기판(83)은 제1 중간 센싱 구조물(50)에 접촉되는 전극 리드(25)의 전위를 센싱할 수 있다. 유사하게, 상기 제2 말단 센싱 구조물(99)의 인쇄 회로 기판(83)은 제2 중간 센싱 구조물(70)의 제2 와이어부(도 6의 69)와 전기적으로 접속한다.
따라서, 상기 인쇄 회로 기판(83)은 제2 중간 센싱 구조물(70)에 접촉되는 전극 리드(25)의 전위를 센싱할 수 있다. 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)의 커넥터(84A)는 절연 커버(88)의 일측 가장 자리에 위치되는 제1 창(W1)을 통해 절연 커버(88)를 관통하여 외부로 노출될 수 있다. 이러한 구조는 제2 말단 센싱 구조물(99)에도 동일하게 적용된다.
상기 전압 센싱 모듈(84)은, 중앙 영역에서 순차적으로 적층되는 지지 리브(84B)들, 최상단 지지 리브(84B) 상에 제1 센싱 버스바(84C), 최상단 지지 리브(84B) 아래에서 각각의 지지 리브(84B) 상에 위치되는 제2 센싱 버스 바(84D), 두 개의 인접한 지지 리브(84B) 사이에 순차적으로 위치되는 리드 절연 패턴(84E)과 리드 인출 슬릿(H)을 포함한다.
여기서, 상기 지지 리브(84B)와 리드 절연 패턴(84E)은 플라스틱 재질로 이루어진다. 상기 제1 센싱 버스바(84C)와 제2 센싱 버스 바(84D)는 금속 재질로 이루어진다. 상기 카트리지 적층체(10A)의 최 상단 카트리지(10a)는 최 상단 전극 리드(25b1)를 절곡하여 인출시키고, 상기 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 각각의 카트리지(10)는 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)를 절곡하여 인출시킨다.
상기 카트리지(10)는 소정 두께(T)를 갖는다. 상기 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)는 서로에 대해 중첩하여 접촉한다. 상기 카트리지 적층체(10A)와 전압 센싱 모듈(84)의 결합 시에, 최상단 리드 인출 슬릿(H)은 최 상단 전극 리드(25b1)를 수용하고, 상기 최상단 리드 인출 슬릿(H) 아래에서 각각의 리드 인출 슬릿(H)은 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)를 수용한다.
상기 전압 센싱 모듈(84)에서, 상기 최 상단 전극 리드(25b1)는 최상단 리드 인출 슬릿(H)을 관통하여 최상단 리드 인출 슬릿(H)으로부터 최 상단 지지 리브(84B)와 제1 센싱 버스바(84C)를 향해 절곡된다. 상기 제1 센싱 버스바(84C)는 최 상단 지지 리브(84B)의 상부를 둘러싸며 일 단부를 통해 인쇄회로 기판(83)에 그리고 타 단부를 통해 터미널 버스바(81)에 연결된다.
상기 제1 센싱 버스바(84C)는 최 상단 지지 리브(84B) 상에서 레이저 용접을 통해 최 상단 전극 리드(25b1)와 접합한다. 상기 터미널 버스바(81)는 인쇄회로 기판에 전기적으로 접속되어 음극(-) 또는 양극(+)의 전기적인 극성을 갖는다. 유사하게, 상기 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)는 최상단 리드 인출 슬릿(H) 아래에서 각각의 리드 인출 슬릿(H)을 관통하여 리드 인출 슬릿(H)으로부터 지지 리브(84B)와 제2 센싱 버스바(84D)를 향해 절곡된다.
상기 제2 센싱 버스바(84D)는 최상단 리드 인출 슬릿(H) 아래에서 각각의 리드 인출 슬릿(H)의 일 측부에 위치하여 인쇄회로 기판(83)과 전기적으로 접속한다. 상기 제2 센싱 버스바(84D)는 지지 리브(84B) 상에서 레이저 용접을 통해 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)와 접합한다.
여기서, 상기 제2 센싱 버스바(84D)는 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)에 접촉되는 연결 탭(84D1)과, 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)로부터 노출되어 인쇄회로 기판(83)으로 연장되는 접속 탭(84D2)으로 구성된다. 상기 리드 절연 패턴(84E)은 두 개의 인접하는 제1 및 2 센싱 버스바(84C, 84D)를 전기적으로 절연시키거나 제 1 센싱 버스바(84C) 아래에서 두 개의 인접하는 제2 센싱 버스바(84D)를 전기적으로 절연시킨다.
즉, 상기 리드 절연 패턴(84E)은 각각의 리드 인출 슬릿(H) 아래에 위치되어 최상부 전극 리드(25b1)로부터 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)를 전기적으로 절연시키거나 두 쌍의 인접하는 하부 및 상부 전극 리드(25b1, 25b2)를 전기적으로 절연시킨다.
좀 더 상세하게는, 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)의 전압 센싱 모듈(84)은, 카트리지 적층체(10A)의 전면 측에서, 최 상단 리드 인출 슬릿(H)에 최 상단 전지 셀(30)의 최 상단 전극 리드(25b1)를 삽입시켜 최 상단 전극 리드(25)를 제1 센싱 버스바(84C)에 접합시키고, 최 상단 리드 인출 슬릿(H) 아래에서 각각의 리드 인출 슬릿(H)에 두 개의 인접한 전지 셀(30)의 한 쌍의 전극 리드(25b1, 25b2)를 삽입시켜 한 쌍의 전극 리드(25b1, 25b2)를 제2 센싱 버스바(84D)에 접합시킬 수 있다.
유사하게, 상기 제2 말단 센싱 구조물(99)의 전압 센싱 모듈(84)은, 카트리지 적층체(10A)의 후면 측에서, 최 하단 리드 인출 슬릿(H)에 최 하단 전지 셀(30)의 최 하단 전극 리드(25c)를 삽입시켜 최 하단 전극 리드(25c)를 제2 센싱 버스바(84D)에 접합시키고, 최 하단 리드 인출 슬릿(H) 위에서 각각의 리드 인출 슬릿(H)에 두 개의 인접한 전지 셀(30)의 한 쌍의 전극 리드(25c)를 삽입시켜 한 쌍의 전극 리드(25c)를 제1 센싱 버스바(84C) 또는 제2 센싱 버스바(84D)에 접합시킬 수 있다.
이 경우에, 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)의 전압 센싱 모듈(84)에 전극 리드(25b)들의 결합과, 제2 말단 센싱 구조물(99)의 전압 센싱 모듈(84)에 전극 리드(25c)들의 결합은 카트리지 적층체(10A)에 위치되는 전지 셀(30)들을 전기적으로 직렬로 연결시킨다.
도 8 및 도 14에서, 상기 카트리지 적층체(10A), 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)과, 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)이 결합된 후에, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 카트리지 적층체(10A)에서 동일 레벨에 위치되는 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서를 따라, 예를 들면 짝수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 접촉하고, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 카트리지 적층체(10A)에서 동일 레벨에 위치되는 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서를 따라, 예를 들면 홀수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 접촉한다.
여기서, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)과 제1 말단 센싱 구조물(97)은 짝수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)중 하나의 전압을 센싱하고, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)과 제2 말단 센싱 구조물(99)은 홀수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30) 중 하나의 전압을 센싱한다. 한편, 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)의 전압 센싱 모듈(84)은 제1 덮개(C1)를 통해 최 상단 전극 리드(25b)의 점유 영역을 덮는다.
유사하게, 상기 제2 말단 센싱 구조물(99)의 전압 센싱 모듈(84)은 제1 덮개(C1)를 통해 최 상단 전극 리드(25c)의 점유 영역을 덮는다. 또한, 상기 절연 커버(88)는 전압 센싱 모듈(84)을 덮는다. 여기서, 상기 터미널 버스바(81)는 절연 커버(88)의 타측 가장 자리에 위치되는 제2 창(W2)을 통해 절연 커버(88)를 관통하여 전극 단자(87)에 결합된다. 상기 절연 커버(88)의 제2 덮개(C2)는 카트리지 적층체(10A) 상에서 전압 센싱 모듈(84)의 제 1 덮개(C1)를 둘러싼다.
도 15 및 도 16은, 도 1의 전지 모듈의 제조방법을 설명하는 사시도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 카트리지 적층체(10A), 전지 셀(30)들, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)이 도 1과 같이 준비될 수 있다. 상기 카트리지 적층체(10A)는 카트리지(10)들을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다. 상기 카트리지 적층체(10A)에서, 최 상단 카트리지(10a)의 두께는 최 상단 카트리지(10a) 아래에 위치되는 카트리지(10)의 두께의 절반일 수 있다.
상기 카트리지(10)들의 각각은 동일 레벨에 위치되는 두 개의 냉각 핀(8)을 가질 수 있다. 상기 냉각 핀(8)은 카트리지(10)의 제1 및 제2 관통 윈도우(도 4의 1a, 1b)를 덮으며 제1 및 제2 관통 윈도우(1a, 1b)에 인접하는 양 측벽으로부터 돌출하여 측벽을 따라 절곡될 수 있다. 상기 카트리지(10)들의 적층 동안에, 상기 전지 셀(30)들은 최 상단 카트리지(10a)의 상부에 두 개 위치되며, 최 상단 카트리지(10a) 아래에서 각각의 카트리지(10)의 하부 및 상부에 두 개씩 위치될 수 있다.
상기 카트리지 적층체(10A)에서, 상기 최 상단 카트리지(10a)를 제외하면, 하나의 카트리지(10)의 전방 또는 후방에서, 하부 및 상부의 전지 셀(30)은 하나의 냉각 핀(8)을 샌드 위치의 구조로 둘러싼다. 계속해서, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 중간 접속부(47)를 통해 카트리지 적층체(10A)의 좌측 홈부(LGP)에 부분적으로 삽입되어 카트리지 적층체(10A)에서 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서에서 짝수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 접촉할 수 있다.
여기서, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)은 카트리지 적층체(10A)의 좌측 홈부(LGP)로부터 카트리지 적층체(10A)의 전면 측으로 연장하는 제1 와이어부(49)를 가질 수 있다. 상기 제1 와이어부(49)는 짝수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 중간 접속부(67)를 통해 카트리지 적층체(10A)의 우측 홈부(RGP)에 부분적으로 삽입되어 카트리지 적층체(10A)에서 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서에서 홀수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 접촉할 수 있다.
여기서, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)은 카트리지 적층체(10A)의 우측 홈부(RGP)로부터 카트리지 적층체(10A)의 후면 측으로 연장하는 제2 와이어부(69)를 가질 수 있다. 상기 제2 와이어부(69)는 홀수 번째의 한 쌍의 전지 셀(30)과 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 카트리지 적층체(10A), 전지 셀(30)들과 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70)의 결합은 도 3 내지 도 9에 상세히 기술되었다.
다음으로, 열 전달 패드들(91, 93), 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B), 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)과, 사이드 플레이트들(100, 110)이 도 1과 같이 준비될 수 있다. 상기 열 전달 패드들(91, 93)은 카트리지(10)들의 냉각 핀(8)들을 덮을 수 있다. 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B)는 카트리지 적층체(10A) 아래에 그리고 위에 각각 배치될 수 있다.
상기 열 전달 패드들(91, 93)과, 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B)의 역할은 도 1 및 도 2에서 기술되었다. 이어서, 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B)는 카트리지(10)들의 결합 대(9)들을 통해 카트리지 적층체(10A)와 나사 결합할 수 있다. 이후로, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)은 카트리지 적층체(10A)의 전면 측과 후면 측에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물들(97, 99)은 카트리지(10)들로부터 노출되는 전지 셀(30)들의 전극 리드(25)들에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 카트리지(10)들, 전지 셀(30)들과 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)의 결합은 도 10 내지 도 14에 기술되었다. 여기서, 상기 제1 말단 센싱 구조물(97)은 제1 중간 센싱 구조물(50)의 제1 와이어부(49)와 전기적으로 접속하므로, 상기 제1 중간 센싱 구조물(50)과 제1 말단 센싱 구조물(97)은 카트리지 적층체(10A)에서 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서에서 짝수 번째의 전지 셀(30)의 전압을 센싱할 수 있다.
유사하게, 상기 제2 말단 센싱 구조물(99)은 제2 중간 센싱 구조물(70)의 제2 와이어부(69)와 전기적으로 접속하므로, 상기 제2 중간 센싱 구조물(70)과 제2 말단 센싱 구조물(99)은 카트리지 적층체(10A)에서 한 쌍의 전지 셀(30)의 적층 순서에서 홀수 번째의 전지 셀(30)의 전압을 센싱할 수 있다.
따라서, 상기 제1 및 제2 말단 센싱 구조물(97, 99)의 각각은 전지 셀(30)의 전압을 센싱하여 전기 신호를 배터리 관리 시스템(도면에 미 도시)에 전달할 수 있다. 상기 사이드 플레이트들(100, 110)은 열 전달 패드들(91, 93) 상에 배치될 수 있다. 상기 사이드 플레이트들(120, 130)은 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B)와 나사 결합할 수 있다.
이를 통해서, 상기 카트리지 적층체(10A), 전지 셀(30)들, 제1 및 제2 중간 센싱 구조물(50, 70), 열 전달 패드들(91, 93), 하부 및 상부 앤드 플레이트(95A, 95B), 제1 및 제 2 말단 센싱 구조물(97, 99)과, 사이드 플레이트들(100, 110)은 전지 모듈(120)을 구성할 수 있다.
이상에서 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.

Claims (20)

  1. 길이 방향을 따라 순차적으로 위치되는 한 쌍의 관통 윈도우, 그리고 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 폭 방향으로 순차적으로 위치되는 하부 활주대, 리드 안착대와 상부 활주대를 포함하는 안착 프레임; 및
    상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 덮는 냉각핀들을 포함하고,
    상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대는 상기 리드 안착대의 좌측과 우측에 각각 위치되어 대각선으로 서로 마주하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 관통 윈도우에 인접하는 양 측벽을 각각 관통하는 슬릿들을 가지고,
    슬릿은 관통 윈도우와 연통하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    냉각핀은 상기 슬릿들에 삽입되어 상기 안착 프레임의 상기 양 측벽을 따라 수직으로 절곡하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 상기 폭 방향으로 좌측 홈과 우측 홈을 가지고,
    상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대는 상기 좌측 홈 아래와 상기 우측 홈 위에 각각 위치되어 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈을 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리드 안착대는 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대 사이에 위치되어 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈에서 상기 하부 활주대와 상기 상부 활주대와 접촉하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 리드 안착대는 상기 좌측 홈과 상기 우측 홈 사이에 안착판, 상기 안착판의 하부로부터 상기 좌측 홈으로 연장되며 상기 하부 활주대에 연결되는 하부 연장 부와, 상기 안착판의 상부로부터 상기 우측 홈으로 연장되며 상기 상부 활주대에 연결되는 상부 연장 부를 가지는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 연장 부는 상기 하부 활주대보다 더 작은 두께를 가지고,
    상기 상부 연장 부는 상기 상부 활주대보다 더 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 둘러싸는 안착 펜스들을 더 포함하고,
    안착 펜스는 상기 안착 프레임의 가장자리를 따라 위치되어 상기 안착 프레임의 하부 및 상부를 향해 돌출하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 안착 펜스는 상기 리드 안착대를 향해 개구되고, 상기 리드 안착대의 반대 편에서 상기 안착 프레임의 하부 및 상부에 리드 인출 그루브들을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 안착 펜스들은 상기 안착 프레임의 상기 길이 방향에서 상기 하부 활주대 또는 상기 상부 활주대의 폭으로 이격되는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  11. 순차적으로 적층되는 복수의 카트리지를 포함하는 카트리지 적층체로서, 각 카트리지는 길이 방향을 따라 순차적으로 위치되는 한 쌍의 관통 윈도우, 그리고 상기 한 쌍의 관통 윈도우 사이에서 폭 방향으로 순차적으로 위치되는 좌측 홈, 리드 안착대와 우측 홈을 가지는 안착 프레임, 및 상기 한 쌍의 관통 윈도우를 각각 덮는 냉각핀들을 포함하는 카트리지 적층체;
    상기 각 카트리지의 상기 안착 프레임의 상부에 또는 하부 및 상부의 각각에 두 개씩 배치된 전지 셀들로서, 각 전지 셀은 서로에 대해 반대 방향으로 향하는 한 쌍의 전극 리드를 포함하고, 동일 레벨에 위치되는 두 개의 전지 셀에서, 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들은 상기 리드 안착대 상에 위치되고, 일 측의 하나의 전극 리드는 상기 카트리지 적층체의 전면 측으로 노출되고, 타 측의 하나의 전극 리드는 상기 카트리지 적층체의 후면 측으로 노출되는 전지 셀들;
    상기 각 카트리지의 좌측 홈과 우측 홈에 삽입되고, 상기 복수의 카트리지에서 전극 리드들의 접합된 단부들과 엇갈리게 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 중간 센싱 구조물; 및
    상기 카트리지 적층체의 상기 전면 측과 상기 후면 측에 각각 위치되어 상기 전면 측으로 노출되는 전극 리드들 그리고 상기 후면 측으로 노출되는 전극 리드들과 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 말단 센싱 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 카트리지 중에서, 최 상단 카트리지의 두께는 나머지 카트리지들의 각각의 두께의 절반인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 카트리지 중에서 최 상단 카트리지 아래에 있는 각각의 카트리지는 상기 리드 안착대의 좌측 및 우측에 각각 위치되어 대각선으로 마주하는 하부 활주대와 상부 활주대를 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하부 활주대는 상기 좌측 홈 아래에 위치되어 상기 좌측 홈을 부분적으로 덮고,
    상기 상부 활주대는 상기 우측 홈 위에 위치되어 상기 우측 홈을 부분적으로 덮고,
    상기 리드 안착대는 상기 좌측 홈을 통해 상기 하부 활주대에 그리고 상기 우측 홈을 통해 상기 상부 활주대에 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 관통 윈도우에 인접한 양 측벽에 각각 위치되는 슬릿들을 더 포함하고,
    냉각 핀은 상기 관통 윈도우의 가장 자리를 통해 상기 슬릿들에 삽입되며 상기 슬릿들로부터 돌출되어 상기 안착 프레임의 상기 양 측벽을 따라 수직으로 절곡하고, 두 개의 전지 셀들에 의해 샌드 위치의 구조로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 상기 각 카트리지의 상기 상부 또는 상기 하부 및 상기 상부에 안착 펜스를 더 포함하고,
    상기 안착 펜스는, 상기 각 전지 셀의 두께에 대응되는 높이로 수직하게 돌출하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 안착 프레임은 동일 레벨에 위치되는 상기 두 개의 전지 셀을 각각 둘러싸는 안착 펜스들을 더 포함하고,
    각 안착 펜스는 상기 리드 안착대를 향해 개구되고, 상기 리드 안착대의 반대 편에 리드 인출 그루브를 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 전지 셀들은 상기 카트리지 적층체의 상기 전면 측과 상기 후면 측에 노출된 전극 리드들에 의해 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  19. 제13항에 있어서,
    제1 중간 센싱 구조물은 상기 복수의 카트리지의 각각의 좌측 홈에 삽입되는 제1 중간 접속부, 그리고 상기 제1 중간 접속부와 결합된 제1 이동 저지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 중간 접속부는 복수의 제1 핑거, 각각의 제1 핑거의 단부에 제1 접속 슬릿과, 두 개의 인접한 제1 핑거 사이에 제1 삽입 가이드 슬릿을 가지고,
    상기 제1 접속 슬릿은 상기 서로 마주보는 전극 리드들의 접합된 단부들을 향해 개구되고,
    상기 제1 삽입 가이드 슬릿은 마주보는 리드 안착대를 향해 개구되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
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