KR101636380B1 - 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬 방식으로 연결된 다수의 전지셀들로 이루어져 있는 전지모듈에 장착되어 전압을 측정하는 전압 센싱 어셈블리로서, 상기 전지셀들의 직렬 연결 부위에 각각 접속되어 전압을 검출하는 센싱 버스 바들; 상기 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 상부에 결합되어 있고 하기 커넥터가 하부에 결합되어 있는 인쇄회로기판(PCB); 검출된 전압을 BMS(Battery Management System)로 송출할 수 있도록 상기 PCB 상에 장착되어 있는 커넥터; 상기 PCB가 장착될 수 있도록 PCB에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부의 일측면에 상기 센싱 버스 바들이 관통하는 개구들이 천공되어 있는 절연성 장착 부재; 및 상기 PCB에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 상기 커넥터에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있으며, 상기 PCB의 전면에 부착되는 절연 시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리를 제공한다.

Description

전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 {Voltage Sensing Assembly and Battery Module Including the Same}
본 발명은 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성에 의해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈 또는 전지팩이 사용된다. 이 같은 이차전지는 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서, 다수의 전지셀들을 직렬연결 할 수 있다.
한편, 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지모듈 또는 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지모듈 또는 전지팩에서는 많은 개수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고, 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다.
따라서, 종래의 중대형 전지모듈 또는 전지팩에는 전지셀들의 전압 및 온도를 측정할 수 있는 센싱 장치와, 측정된 값을 바탕으로 전지를 제어하는 BMS(Battery Management System)이 장착되어 있다.
그러나, 상기한 안전 시스템이 적용된 중대형 전지모듈 또는 전지팩은, 전지모듈 또는 전지팩 내에서 안전 장치가 차지하는 공간이 증가함으로 인해, 단위 부피당 전지 용량이 감소하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 콤팩트한 구조의 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는,
직렬 방식으로 연결된 다수의 전지셀들로 이루어져 있는 전지모듈에 장착되어 전압을 측정하는 전압 센싱 어셈블리로서,
상기 전지셀들의 직렬 연결 부위에 각각 접속되어 전압을 검출하는 센싱 버스 바들;
상기 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 상부에 결합되어 있고 하기 커넥터가 하부에 결합되어 있는 인쇄회로기판(PCB);
검출된 전압을 BMS(Battery Management System)로 송출할 수 있도록 상기 PCB 상에 장착되어 있는 커넥터;
상기 PCB가 장착될 수 있도록 PCB에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부의 일측면에 상기 센싱 버스 바들이 관통하는 개구들이 천공되어 있는 절연성 장착 부재; 및
상기 PCB에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 상기 커넥터에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있으며, 상기 PCB의 전면에 부착되는 절연 시트;
를 포함하고 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는, 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 결합되어 있는 PCB와, 이를 수납하는 절연성 장착부재를 포함 함으로써, 콤팩트한 구조의 전지모듈 또는 전지팩을 구성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 센싱 버스 바들은 PCB에 표면실장기술(SMT)에 의해 결합되어 있을 수 있다. SMT 기술을 적용함으로써, 센싱 버스 바 각각의 형상 및 크기를 줄일 수 있고, 조립 공정의 간소화 및 조립 시간 단축을 달성할 수 있다.
상기 센싱 버스 바들은 전지셀들의 직렬 연결부위에 용접 방식에 의해 접속되어 있을 수 있다. 용접 방식에 의해 접속됨으로써, 전지에 외부 충격이 가해지더라도, 센싱 버스 바와 전지셀들 간의 접속이 유지되어, 각 전지셀들의 전압을 측정하고, 전지의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
상기 용접은, 레이저 용접, 스팟 용접, 초음파 용접 등 일 수 있다.
상기 PCB는 판상형으로 이루어져 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 PCB의 상부의 양단의 길이는 전지모듈의 폭의 길이에 대응하는 크기일 수 있고, 상기 PCB의 하부의 양단의 길이는 상기 상부의 양단의 길이의 60% 내지 80%일 수 있다.
상기 절연성 장착부재는 상기 PCB를 수납한 상태에서, 상기 전지모듈을 구성하고 있는 전지셀들의 전극단자의 일측면에 밀착된 상태로 전지모듈에 장착되어 있을 수 있다. 따라서, 전압 센싱 어셈블리를 전지모듈에 장착하기 위한, 별도의 공간을 요하지 않으므로, 콤팩트한 구조의 전지모듈을 구성할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전압 센싱 어셈블리;
복수의 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체의 최외곽 양면에 장착되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트;
상기 전지셀 적층체의 최외곽에 위치하는 전지셀들의 전극단자 각각에 연결되어 있는 외부 입출력 단자; 및
상기 전지셀 적층체의 일면에 장착되어 있는 BMS;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 프레임 구조의 전지 카트리지 내부에 장착되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 카트리지는 전지셀의 양 측면 중 적어도 일 측면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 고정하는 적어도 한 쌍의 판상형 프레임으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 즉, 본 발명에 따른 전압 센싱 어셈블리는, 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 결합되어 있는 PCB와, 이를 수납하는 절연성 장착부재를 포함 함으로써, 콤팩트한 구조의 전지모듈 또는 전지팩을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 센싱 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전압 센싱 어셈블리의 분해도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 센싱 어셈블리의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전압 센싱 어셈블리의 분해도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전압 센싱 어셈블리(100)는 센싱 버스 바들(110), PCB(120), 커넥터(130), 절연성 장착 부재(140), 및 절연 시트(150)로 이루어져 있다.
센싱 버스 바들(110)은 PCB(120)의 상부에 등간격으로 배열되어 결합되어 있고, 커넥터(130)는 PCB(120)의 하부에 결합되어 있다. 센싱 버스 바들(110)은 PCB(120)에 결합될 때, 표면실장기술에 의해 결합된다. 따라서, 조립 공정이 간소화될 수 있다.
절연성 장착 부재(140)는 PCB(120)에 대응하는 형상의 수납부(141)를 포함하고 있고, 수납부(141)의 외주면을 따라, 측벽(142)이 돌출되어 형성되어 있다. 또한, 수납부(141)의 일측면에는 센싱 버스 바들에 대응하는 크기와 간격으로 개구들(도시하지 않음)이 천공되어 있다.
절연 시트(150)는, PCB(120)가 절연성 장착 부재(140)에 수납된 상태에서, 노출된 PCB(120)의 일면에 부착된다. 절연 시트(150)는 커넥터(130)에 대응하는 형상의 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있으므로, 커넥터(130)를 제외한 PCB(120) 전체를 외부로부터 절연시키게 된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있다.
도 3을, 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 전지모듈(200)은 전압 센싱 어셈블리(100), 전지셀 적층체(220), 한 쌍의 엔드 플레이트(230), 외부 입출력 단자(240), 및 BMS(도시하지 않음)로 이루어져 있다.
전압 센싱 어셈블리(100)는 전지셀 적층체(220)의 전극단자(221)의 일측면에 밀착된 상태로 전지모듈(200)에 장착되어 있다.
전압 센싱 어셈블리(100)의 상부의 양단의 길이(L1)는 전지모듈(200)의 폭의 길이(L3)에 대응하는 크기로 이루어져 있고, 전압 센싱 어셈블리(100)의 하부의 양단의 길이(L2)는 엔드 플레이트(230)에 장착되어 있는 체결 돌기(231)에 이르지 않도록, 상부의 양단의 길이(L1)의 70%의 길이로 이루어져 있다.
전압 센싱 어셈블리(100)의 센싱 버스 바들(110)은 전지셀 적층체(220)의 전극단자들(221) 각각에 용접에 의해 접속되어 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 직렬 방식으로 연결된 다수의 전지셀들로 이루어져 있는 전지모듈에 장착되어 전압을 측정하는 전압 센싱 어셈블리로서,
    상기 전지셀들의 직렬 연결 부위에 각각 접속되어 전압을 검출하는 센싱 버스 바들;
    상기 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 상부에 결합되어 있고 커넥터가 하부에 결합되어 있는 인쇄회로기판(PCB);
    검출된 전압을 BMS(Battery Management System)로 송출할 수 있도록 상기 PCB 상에 장착되어 있는 상기 커넥터;
    상기 PCB가 장착될 수 있도록 PCB에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부의 일측면에 상기 센싱 버스 바들이 관통하는 개구들이 천공되어 있는 절연성 장착 부재; 및
    상기 PCB에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 상기 커넥터에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있으며, 상기 PCB의 전면에 부착되는 절연 시트를 포함하고,
    상기 센싱 버스 바들은 전지셀들의 직렬 연결부위에 용접 방식에 의해 접속되며,
    상기 센싱 버스 바들은 PCB에 표면실장기술(SMT)에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB는 판상형으로 이루어져 있고, 상부의 양단의 길이가 전지모듈의 폭의 길이에 대응하는 크기인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전압 센싱 어셈블리의 하부의 양단의 길이는 상기 상부의 양단의 길이의 60% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀들의 전극단자의 일측면에 밀착된 상태로 전지모듈에 장착되는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
  7. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 전압 센싱 어셈블리;
    복수의 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 최외곽 양면에 장착되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트;
    상기 전지셀 적층체의 최외곽에 위치하는 전지셀들의 전극단자 각각에 연결되어 있는 외부 입출력 단자; 및
    상기 전지셀 적층체의 일면에 장착되어 있는 BMS;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극 적층체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀은 프레임 구조의 전지 카트리지 내부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 카트리지는 전지셀의 양 측면 중 적어도 일 측면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 고정하는 적어도 한 쌍의 판상형 프레임으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 7 항에 따른 전지모듈을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 직렬 방식으로 연결된 다수의 전지셀들로 이루어져 있는 전지모듈에 장착되어 전압을 측정하는 전압 센싱 어셈블리로서,
    상기 전지셀들의 직렬 연결 부위에 각각 접속되어 전압을 검출하는 센싱 버스 바들;
    상기 센싱 버스 바들이 등간격으로 배열되어 상부에 결합되어 있고 커넥터가 하부에 결합되어 있는 인쇄회로기판(PCB);
    검출된 전압을 BMS(Battery Management System)로 송출할 수 있도록 상기 PCB 상에 장착되어 있는 상기 커넥터;
    상기 PCB가 장착될 수 있도록 PCB에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부의 일측면에 상기 센싱 버스 바들이 관통하는 개구들이 천공되어 있는 절연성 장착 부재; 및
    상기 PCB에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 상기 커넥터에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있으며, 상기 PCB의 전면에 부착되는 절연 시트를 포함하고,
    상기 센싱 버스 바들은 PCB에 표면실장기술(SMT)에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 어셈블리.
  16. 삭제
  17. 삭제
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