KR101053208B1 - 용접 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지모듈로서, 상기 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 육면체 셀 유닛들이 적층된 상태로 직렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 셀 유닛은 둘 또는 그 이상 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 셀 유닛에서 전지셀들의 전극리드들 간의 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

용접 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 {Battery Module of Improved Welding Reliability and Battery Pack Employed with the Same}

본 발명은 용접 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지모듈로서, 상기 전지모듈은 육면체 셀 유닛들이 적층된 상태로 직렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 셀 유닛에서 전지셀들의 전극리드들 간의 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접으로 이루어져 있는 전지모듈에 관한 것이다.

충방전이 가능한 이차전지는, 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) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목받고 있다.

이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지(10)는 두 개의 전극단자(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)를 부착시킴으로써 전지(10)가 만들어진다.

외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14a)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14b)와 하단부(14c)에는 전극단자(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극단자(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극단자(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.

그러나, 외장부재(14) 자체의 기계적 강성이 우수하지 못하므로, 안정한 구조의 전지모듈을 제조하기 위하여, 일반적으로 전지셀들(단위전지들)을 카트리지 등의 팩 케이스에 장착하여 전지모듈을 제조하고 있다. 그러나, 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 또는 차량 등에는 일반적으로 장착공간이 한정적이므로, 카트리지와 같은 팩 케이스의 사용으로 인해 전지모듈의 크기가 커지는 경우에는 낮은 공간 활용도의 문제점이 초래된다. 또한, 전지셀의 낮은 기계적 강성은 충방전시 전지셀의 반복적인 팽창 및 수축으로 나타나고, 그로 인해 열융착 부위가 분리되는 경우도 초래된다.

뿐만 아니라, 파우치형 전지(10)의 전극단자(11, 12)는 원통형 전지나 각형 전지의 전극단자와 비교하여, 상대적으로 넓은 면적과 얇은 두께로 이루어져 있으므로, 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 전기적 연결에 제한이 따를 수 있다.

한편, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 인접한 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결시킨다.

도 2에는 종래의 대표적인 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전지모듈(50)은 셀 유닛들(20)이 적층된 상태로 직렬 연결되어 있고, 셀 유닛들(20)은 전기 절연성 격벽(15)을 사이에 두고 2개의 전지셀들(10)이 직렬로 연결된 구조로 이루어져 있다.

이에 따라, 상기 전지모듈의 각각의 전극단자들은 용접점이 1개인 1:1 용접을 이루게 된다.

그러나, 셀 유닛들이 적층된 상태로 병렬 연결을 이룰 경우, 3개 이상의 전극단자들 간의 연결이 필요하므로, 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 동일한 부위의 용접시 내부저항이 증가하는 문제점이 발생한다.

따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도, 용접간의 신뢰성을 유지하면서 내부저항을 최소화할 수 있는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 직렬 연결로 구성된 셀 유닛들의 전지셀들이 대용량의 제공을 위해 전기적으로 병렬 연결되어 있으며, 상기 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접을 이룸으로써, 다양한 형태의 전극리드 및 버스 바를 포함하는 전지모듈을 구성하고, 내부저항을 최소화한 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있는 전지셀 유닛을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지모듈로서, 상기 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 육면체 셀 유닛들이 적층된 상태로 직렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 셀 유닛은 둘 또는 그 이상 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 셀 유닛에서 전지셀들의 전극단자들 간의 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접으로 이루어져 있다.

일반적으로, 전지모듈은 셀 유닛들이 직렬로 연결되어 있는 상태로 적층되어 구성되고, 이러한 셀 유닛들은 전극단자들 상호 간 또는 전극단자와 버스 바 간에 1:1 용접이 행해진다. 그러나, 전지모듈의 용량을 고려하여 병렬 연결을 포함하는 경우, 다수의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자와 버스 바 간의 용접시, 동일한 부위에 동시에 용접이 행해지므로, 용접 부위에서 내부저항의 증가가 불가피하다.

이에 반해, 본 발명의 전지모듈은 셀 유닛들을 직렬로 연결하되, 상기 셀 유닛의 전지셀들을 병렬 연결하고, 상기 전지셀들의 전극단자들 간의 병렬 연결을 1:1 용접으로 달성함으로써, 전지모듈의 용량을 증가시키면서도, 용접 부위의 내부저항을 최소화할 수 있다. 또한, 이러한 구조는 전지셀들의 개수 대비 BMS(Battery Management System)의 전압 측정 등을 대폭 축소시킬 수 있으므로, 결과적으로 전지팩의 제조 비용을 효과적으로 줄일 수 있다.

상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지이다. 그러한 이차전지의 바람직한 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 양단에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 금속 하우징에 내장되는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

상기 구조에서, 금속 하우징은 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 양극단자 및 음극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 금속 하우징은 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다.

구체적으로, 상기 금속 하우징은 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 특히 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 금속 하우징에서 단면 결합부의 대표적인 예로는, 금속 하우징이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록 형성된 암수 체결구조를 들 수 있다.

한편, 이차전지의 경우, 충방전 과정에서 발열 현상이 일어나게 되며, 이렇게 발생한 열을 외부로 효과적으로 방출하는 것은 전지의 수명을 연장시키고 안전성을 담보하는 측면에서 중요한 요소로 작용하게 된다. 따라서, 상기 금속 하우징은 내부의 전지셀에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것이 더욱 용이할 수 있도록, 높은 열전도성의 금속 판재로 이루어진 것이 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 두 개의 전지셀들로 포함하는 구조일 수 있다.

이 경우, 상기 셀 유닛에서 전지셀들의 병렬 연결은, 바람직하게는, 제 1 전지셀의 전극단자 단부가 2회 절곡된 상태로 제 2 전지셀의 전극단자의 측면에 밀착되어 용접되는 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 셀 유닛들 상호 간의 직렬 연결은, 제 1 셀 유닛의 전극단자 단부와 제 2 셀 유닛의 전극단자 단부가 각각 'ㄱ'자 형상으로 절곡되어 상호 겹치는 면에 용접되는 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 전극단자들 간의 전기적 연결은 전극단자의 단부가 절곡되어 나뉘어진 면에 각각의 용접점을 위치시켜 직렬 및 병렬 연결을 이루므로, 내부저항을 효과적으로 줄일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 셀 유닛들 중 최외각 셀 유닛의 전극단자 역시 외부 입출력 단자에 대해 용접점이 1개인 1:1 용접으로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 경우, 전지셀의 전극단자들은 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 전지셀의 전극단자 단부가 2회 절곡된 상태로 제 2 전지셀의 전극단자 측면에 밀착되어 용접되어 있으며, 상기 외부 입출력 단자는 상기 전극단자들의 용접점을 벗어난 위치에서 제 2 전지셀의 전극단자에 연결된다.

한편, 상기 셀 유닛들 간의 직렬 연결과 전지셀들 간의 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접을 이룰 수 있도록, 바람직하게는 1개의 버스 바에 의해 동시에 달성될 수도 있다.

특히, 전지셀이 알루미늄으로 이루어진 전극단자를 포함하고 있을 때, 알루미늄 소재는 구리 소재와 비교하여 상대적으로 얇은 두께에 무른 성질을 가지므로, 상기 버스 바를 이용하여 셀 유닛들을 연결할 경우 보다 높은 강도를 유지할 수 있다.

또한, 상기 버스 바를 포함하여 전지팩을 제조할 경우, 각각의 버스 바를 통한 전압 측정이 이루어지므로, 전지셀들의 개수 대비 BMS(Battery Management System)의 전압 측정 부위 수를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조적으로 보다 콤팩트한 구조를 이룰 수 있으므로 매우 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 버스 바는 셀 유닛들 간의 직렬 연결을 위한 중앙 직렬 용접부와, 전지셀들 간의 병렬 연결을 위해 상기 중앙 직렬 용접부의 양측 단부로부터 연장되어 있는 한 쌍의 측면 병렬 용접부로 구성되어 있는 구조일 수 있다.

이러한 버스 바는 전극단자들의 1:1 용접을 용이하게 이룰 수 있는 구조라면 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어, 스트립 형상의 판재로서, 중앙 직렬 용접부에 대해 측면 병렬 용접부들이 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전극단자들은 버스 바의 상호 이격된 중앙 직렬 용접부와 측면 병렬 용접부에 각각 연결되어 연결부위의 내부저항을 최소화할 수 있다.

또한, 전극단자들의 직렬 연결은 필요에 따라 전극단자들이 적층형태를 이루며 순차적으로 연결될 수 있도록, 바람직하게는, 상기 중앙 직렬 용접부와 측면 병렬 용접부 사이에는 전극단자가 도입될 수 있는 개구가 천공되어 있을 수 있다.

구체적인 예에서, 제 1 셀 유닛의 전극단자는 중앙 직렬 용접부의 상면 또는 하면에 용접되고, 제 2 셀 유닛의 전극단자는 중앙 직렬 용접부의 하면 또는 상면에 용접될 수 있다. 즉, 상기 전극단자들이 서로 중첩되지 않으면서 중앙 직렬 용접부의 상면과 하면에 각각 용접되므로, 전극단자들의 순차적인 용접이 용이하고 용접 부위의 내부 저항을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 제 1 셀 유닛의 전극단자가 중앙 직렬 용접부의 상면에 용접되면, 제 2 셀 유닛의 전극단자는 중앙 직렬 용접부의 하면에 용접된다. 경우에 따라서는, 상기 전극단자들이 상호 중첩되지 않는 조건에서, 전극단자들 모두가 중앙 직렬 용접부의 동일면에 위치할 수 있음은 물론이다.

한편, 중대형 전지팩의 경우 고출력 대용량의 성능 확보를 위해 다수의 전지셀들이 사용되는 바, 이러한 전지팩을 구성하는 전지모듈들은 한정된 장착공간 내에서 안전성의 확보를 위해 더욱 높은 장착 효율성, 구조적 안정성 및 방열 효율성이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기 전지모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조되는 중대형 전지팩을 제공한다.

본 발명에 따른 중대형 전지시스템은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지팩들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등에 바람직하게 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있는 셀 유닛들을 직렬 연결하고, 상기 셀 유닛에서 전지셀들의 전극리드들 간의 병렬 연결을 용접점이 1개인 1:1 용접으로 형성함으로써, 내부저항 및 공간의 제약을 최소화할 수 있는 전지모듈들을 구성하여, 전지팩의 제조 공정성의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다;
도 2는 종래의 대표적인 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀들의 병렬 연결을 나타내는 사시도이다;
도 4 내지 6은 셀 유닛의 일련의 조립과정을 보여주는 모식도들이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 유닛이 결합된 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 모식도이다;
도 8은 셀 유닛들이 버스 바로 연결된 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 모식도이다;
도 9는 도 8의 버스 바의 사시도이다:
도 10은 도 8의 버스 바의 정면도이다;
도 11은 도 8의 버스 바의 평면도이다;
도 12는 도 9의 전지모듈의 분해도이다.

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 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀들의 병렬 연결을 나타내는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 파우치형 전지셀인 제 1 전지셀(100a)와 제 2 전지셀(100b)을 양극단자들(110a, 110b)과 음극단자들(120a, 120b)이 겹치도록 중첩시킨 상태에서, 이들 전극단자들을 각각 용접하여 병렬 연결시킨다.

이때, 전지셀들(100a, 100b)의 병렬 연결은, 제 1 전지셀(100a)의 음극단자(120a)의 단부가 2회 절곡된 상태로 제 2 전지셀(100b)의 음극단자(120b)의 측면에 밀착되어 용접되는 구조로 이루어져 있다. 그에 관한 보다 자세한 구조는 이후 도 7 및 도 8과 관련한 설명에서 제공한다.

도 4 내지 6에는 하나의 예시적인 셀 유닛의 일련의 조립과정이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 3과 함께 참조하면, 전지셀 적층체(100)의 외면 전체를 감싸는 구조의 한 쌍의 고강도 금속 하우징(200)이 도시되어 있는 바, 금속 하우징(200)은 기계적 강성이 낮은 전지셀(100a, 100b)을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀(100a, 100b)의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 금속 하우징(200)은 한 쌍의 좌측 하우징(211)과 우측 하우징(212)으로 이루어져 있으며, 별도의 체결 부재를 사용하지 않고 상호 결합되는 구조일 수 있다.

금속 하우징(200)의 구체적인 결합구조는 도 5를 통해 확인할 수 있다. 도 5에는 금속 하우징(200)의 단면도와 부분 확대도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 금속 하우징들(211, 212)이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 암수 체결구조(221, 222)로 이루어져 있다. 따라서, 금속 하우징(200)의 조립을 위해서 별도의 결합 부재 내지 가공 공정을 거칠 필요 없이 강력한 기계적 결합이 가능하며, 그러한 간편한 결합 방식은 양산 공정에의 적용에 특히 바람직하다.

도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 유닛의 사시도가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 셀 유닛(300)은 중첩되게 겹쳐진 전지셀 적층체(100)의 외부를 한 쌍의 금속 하우징(200)으로 장착하여 전지셀의 약한 기계적 특성을 보완하고 있다. 전지셀의 일측 양극단자(121) 및 음극단자(120)는 서로 용접에 의해 병렬 연결되어 있으며, 이를 위해 계단 형태로 절곡되어 있다.

금속 하우징(200)은 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 금속 판재로 이루어져 있다. 금속 하우징(200)의 좌우 양단에 인접한 측면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 단차(240)가 형성되어 있으며, 상단과 하단에도 역시 동일한 역할을 하는 단차(250)가 형성되어 있다. 또한, 금속 하우징(200)의 상단과 하단에는 종방향 고정부(260)가 형성되어 있어 모듈의 장착을 용이하게 한다. 금속 하우징(200)의 외면에는 폭 방향으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부가 형성되어 있는데, 상단과 하단의 돌출부에는 상호 반대되는 형상의 돌기(231, 232)가 각각 형성되어 있다.

도 7에는 셀 유닛들(300, 301 …)이 적층되어 있는 하나의 예시적인 전지모듈(400)의 모식도가 도시되어 있다.

도 7을 도 3과 함께 참조하면, 예를 들어, 4 개의 셀 유닛들(300, 301 …)이 하나의 전지모듈(400a)을 이루고 있으며, 전체적으로 8 개의 전지셀들이 포함되어 있다.

셀 유닛들(300, 301 …)은 적층된 상태로 직렬 연결되어 있고, 이러한 셀 유닛(300)은 2 개의 전지셀들이 병렬 연결되어 있는 구조를 이루고 있다.

여기서, 전지셀들(100a, 100b)의 병렬 연결은, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 전지셀(100a)의 음극단자(120a)의 단부가 2회 절곡된 상태로 제 2 전지셀(100b)의 음극단자(120b)의 측면에 밀착되어 용접됨으로써 달성된다.

또한, 셀 유닛들(300, 301)의 직렬 연결은, 제 1 셀 유닛(300)의 음극단자(120; 제 2 전극단자의 120b에 해당)의 단부와 제 2 셀 유닛(301)의 양극단자(130; 제 3 전극단자의 130a에 해당)의 단부가 각각 'ㄱ'자 형상으로 절곡되어 상호 겹치는 면에 용접되는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 2 개의 셀 유닛들(300, 301)에서 전지셀들의 전극단자들(120a, 120b, 130a, 130b) 간의 연결은 용접점(녹색선 참조)이 1개인 1:1 용접으로 이루어져 있으므로, 내부저항을 최대한 줄일 수 있다.

또한, 외부 입출력 단자(410)는 최외각 셀 유닛(300)의 전극단자들(110a, 110b)의 용접점을 벗어난 위치에 연결되어 있으므로, 최외각 셀 유닛(300)의 전극단자(110) 역시 외부 입출력 단자(410)에 대해 용접점이 1개인 1:1 용접으로 연결되어 있다.

도 8에는 셀 유닛들(310, 320 …)이 버스 바(500)로 연결된 전지모듈(400)의 모식도가 도시되어 있고, 도 9 내지 도 11은 예시적인 버스 바의 모식도가 도시되어 있으며, 도 12는 도 8의 전지모듈의 분해도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지모듈(400b)은 셀 유닛들(310, 320 …) 간의 직렬 연결과 전지셀들(120'a, 120'b 130'a, 130'b) 간의 병렬 연결을 이룰 수 있는 버스 바(500)를 포함하여 1:1 용접을 이루고 있다.

버스 바(500)는 스트립 형상의 판재로서, 셀 유닛들(310) 간의 직렬 연결을 위한 중앙 직렬 용접부(510)와, 전지셀들(100a, 100b) 간의 병렬 연결을 위해 중앙 직렬 용접부(510)의 양측 단부로부터 연장되어 있는 한 쌍의 측면 병렬 용접부(520)로 구성되어 있다.

또한, 버스 바(500)는 중앙 직렬 용접부(510)에 대해 측면 병렬 용접부(520)이 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 중앙 직렬 용접부(510)와 측면 병렬 용접부(520) 사이에는 개구(530)가 천공되어 있어서, 전극단자가 도입하여 전극단자들을 순차적으로 연결할 수 있다.

이와 관련하여, 도 8의 구조를 예로 들면, 제 1 셀 유닛(310)의 음극단자(120'b)는 중앙 직렬 용접부(510)의 하면에 용접되고, 제 2 셀 유닛(320)의 양극단자(130'a)는 개구(530)로 도입되어 중앙 직렬 용접부(510)의 상면에 용접된다.

따라서, 이러한 구조의 버스 바는 소망하는 구조에 따라 개구에 전극단자를 도입하여 전기적 연결을 이룸으로써, 전지모듈의 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

1. 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있는 전지모듈로서,
   상기 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 육면체 셀 유닛들이 적층된 상태로 직렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있고,
   상기 셀 유닛은 둘 또는 그 이상 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있으며,
   셀 유닛에서 전지셀들의 전극단자들 간의 병렬 연결은 용접점이 1개인 1:1 용접으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 양단에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛은 전지셀들이 상호 밀착된 상태로 금속 하우징에 내장되는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 하우징은 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 양극단자 및 음극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 하우징은 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 조립 체결방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 금속 하우징의 단면 결합부는, 금속 하우징들이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있는 암수 체결구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 하우징은 열전도성의 금속 판재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛은 두 개의 전지셀들이 병렬 연결되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛들의 병렬 연결은, 제 1 전지셀의 전극단자 단부가 2회 절곡된 상태로 제 2 전지셀의 전극단자의 측면에 밀착되어 용접되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛들의 직렬 연결은, 제 1 셀 유닛의 전극단자 단부와 제 2 셀 유닛의 전극단자 단부가 각각 'ㄱ'자 형상으로 절곡되어 상호 겹치는 면에 용접되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛들 중 최외각 셀 유닛의 전극단자는 외부 입출력 단자에 대해 용접점이 1개인 1:1 용접으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 유닛들 간의 직렬 연결과 전지셀들 간의 병렬 연결은 1개의 버스 바에 의해 동시에 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 버스 바는 셀 유닛들 간의 직렬 연결을 위한 중앙 직렬 용접부와, 전지셀들 간의 병렬 연결을 위해 상기 중앙 직렬 용접부의 양측 단부로부터 연장되어 있는 한 쌍의 측면 병렬 용접부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 버스 바는 스트립 형상의 판재로서, 중앙 직렬 용접부에 대해 측면 병렬 용접부들이 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 중앙 직렬 용접부와 측면 병렬 용접부 사이에는 전극단자가 도입될 수 있는 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
16. 제 13 항에 있어서, 제 1 셀 유닛의 전극단자는 중앙 직렬 용접부의 상면 또는 하면에 용접되고, 제 2 셀 유닛의 전극단자는 중앙 직렬 용접부의 하면 또는 상면에 용접되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
17. 출력 및 용량에 대응하여 제 1 항에 따른 전지모듈 둘 또는 그 이상을 포함하는 구조로 이루어진 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.

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