KR20170034675A - 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 특히 복수의 음극판과 양극판이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 상기 각각의 음극판 일단에는 음극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되고, 상기 각각의 양극판 일단에는 양극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되어 상기 복수의 음극단자, 양극단자 및 측정단자에 단차가 형성되는 바이폴라셀과; 상기 측정단자에 대응하도록 복수의 단자연결부에 단차가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되게 하여 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하는 전압모니터링 단자부로 구성되어, 배터리 제조 과정 중 바이폴라셀의 전압 측정을 통하여 불량 선별력을 향상시키고, 사용 중 셀의 이상 유무를 용이하게 감지할 수 있게 하여 상품성을 향상시키며 배터리의 내구성 및 안전성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.
Description
본 발명은 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 특히 바이폴라셀 제작 시 불량을 용이하게 선별할 수 있게 하고, 바이폴라셀의 전압을 측정하여 배터리의 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있게 하기 위한 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬이차전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 배터리 전기자동차(BEV), 전기자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬 이차 전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.
한편, 최근 고체전해질의 개발로 바이폴라셀에 대한 관심이 높아지고 있는데, 바이폴라셀은 셀 내부에 바이셀을 직렬로 연결하여 고전압의 배터리셀을 제조 할 수 있는 기술로서, 배터리 에너지밀도 향상뿐만 아니라, 팩 구조 등에 혁신을 가져올 수 있는 중요한 기술로 평가 받고 있다.
현재 리튬이온배터리 셀의 경우 제조 공정 중 발생하는 내부 쇼트 등에 의한 불량은 충전 후 일정기간동안 전압의 변동을 체크하여 통계적인 방법을 사용하여 선별하고 있다.
그러나, 바이폴라셀의 경우 외부 단자에 측정되는 전압은 바이폴라셀 전압의 총합(직렬연결)을 나타내므로 현재와 같은 방법으로 불량을 선별할 경우 불량과 양품의 구분이 명확하지 않게 되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2015-0049526
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 특히 바이폴라셀 제작 시 불량을 용이하게 선별할 수 있게 하고, 바이폴라셀의 전압을 측정하여 배터리의 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 복수의 음극판과 양극판이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 상기 각각의 음극판 일단에는 음극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되고, 상기 각각의 양극판 일단에는 양극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되어 상기 복수의 음극단자, 양극단자 및 측정단자에 단차가 형성되는 바이폴라셀과; 상기 측정단자에 대응하도록 복수의 단자연결부에 단차가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되게 하여 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하는 전압모니터링 단자부를 포함함으로써 달성된다.
상기 측정단자의 단차와 상기 단자연결부의 단차는 일단을 향해 높아지는 계단형으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전압모니터링 단자부는, 상기 단자연결부가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되는 결합부와; 상기 결합부와 연결되며, 플렉서블 PCB가 구비되어 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있는 밀폐부와; 일단은 상기 밀폐부의 플렉서블 PCB와 연결되며, 타단은 결합단자가 형성되어 BMS(Battery Management system)과 결합 시 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하거나 불량을 선별하는 커넥터;를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 바이폴라셀 외측에 구비되되, 일단은 상기 음극단자와 상기 양극단자가 외부로 노출되게 하고, 타단은 상기 전압모니터링 단자부의 상기 밀폐부 일부와 상기 커넥터가 외부로 노출되게 하는 외장재형 파우치를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 밀폐부는, 상기 파우치와 열융착되는 외층과; 상기 외층 내측에 형성되어 상기 파우치와 열융착 시 상기 밀폐부의 형상을 유지시키고 전기적 단락을 방지하는 중층과; 상기 중층 내측에 형성되며, 상기 플렉서블 PCB와 연결되어 융착되는 내층;을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 단자연결부가 형성된 결합부는 상기 바이폴라셀의 측정단자와 용접, 솔더링 또는 리벳팅 등을 통해 결합되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 외층과 상기 내층은 130~140도 사이의 저융점에서 융착되며, 상기 중층은 164~166도 사이의 고융점에서 융착되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 밀폐부는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴레이미드(PI) 재질로 형성되며, 내부에 형성된 상기 플렉서블 PCB는 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al)으로 성형되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 복수의 음극판과 양극판이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 상기 각각의 음극판 일단에는 음극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되고, 상기 각각의 양극판 일단에는 양극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되어 상기 복수의 음극단자, 양극단자 및 측정단자에 계단형 단차가 형성되는 바이폴라셀과; 상기 측정단자에 대응하도록 복수의 단자연결부에 계단형 단차가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되는 결합부와, 상기 결합부와 연결되며, 플렉서블 PCB가 구비되어 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있는 밀폐부와, 일단은 상기 밀폐부의 플렉서블 PCB와 연결되며 타단은 결합단자가 형성되어 BMS(Battery Management system)과 결합 시 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하거나 불량을 선별하는 커넥터로 이루어지는 전압모니터링 단자부와; 상기 바이폴라셀 외측에 구비되되, 일단은 상기 음극단자와 상기 양극단자가 외부로 노출되게 하고, 타단은 상기 전압모니터링 단자부의 상기 밀폐부 일부와 상기 커넥터가 외부로 노출되게 하는 외장재형 파우치;를 포함함으로써 달성된다.
상기 밀폐부는, 상기 파우치와 열융착되는 외층과; 상기 외층 내측에 형성되어 상기 파우치와 열융착 시 상기 밀폐부의 형상을 유지시키고 전기적 단락을 방지하는 중층과; 상기 중층 내측에 형성되며, 상기 플렉서블 PCB와 연결되어 융착되는 내층;을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 배터리 제조 과정 중 바이폴라셀의 전압 측정을 통하여 불량 선별력을 향상시키고, 사용 중 셀의 이상 유무를 용이하게 감지할 수 있게 하여 상품성을 향상시키며 배터리의 내구성 및 안전성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈에서 바이폴라셀을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈을 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈의 밀폐부를 도시하는 단면도,
도 4는 도 3의 A-A' 단면을 도시하는 단면도,
도 5는 도 3의 B-B' 단면을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈의 실시예를 도시하는 단면도,
도 7은 도 6의 C-C' 단면을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈을 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈의 밀폐부를 도시하는 단면도,
도 4는 도 3의 A-A' 단면을 도시하는 단면도,
도 5는 도 3의 B-B' 단면을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈의 실시예를 도시하는 단면도,
도 7은 도 6의 C-C' 단면을 도시하는 단면도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈은 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 음극판(110)과 양극판(120)이 적층되어 복수의 음극단자(111), 양극단자(121) 및 측정단자(101) 각각에 단차가 형성되는 바이폴라셀(100)과, 단차가 형성된 측정단자(101)에 삽입되어 바이폴라셀(100)의 전압을 측정하는 전압모니터링 단자부를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 바이폴라셀(100)은 복수의 음극판(110)과 양극판(120)이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결된다.
각각의 음극판(110) 일단에는 음극단자(111)가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자(101)가 형성되고, 각각의 양극판(120) 일단에는 양극단자(121)가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자(101)가 형성된다.
이때, 각각의 음극단자(111)는 음극판(110)의 일단 좌측 또는 우측에 적층된 상태로 배치되며, 각각의 양극단자(121)는 음극단자(111)의 반대편 즉, 양극판(120)의 일단 우측 또는 좌측에 적층된 상태로 배치된다.
또한, 음극단자(111)와 양극단자(121)의 타단에 형성된 각각의 측정단자(101)는 단차가 형성된다.
즉, 바이폴라셀(100)은 극성이 상호 반대인 음극판(110)과 양극판(120)이 적층되는 것으로, 바이폴라셀(100)의 일단 양측에는 음극단자(111)와 양극단자(121)가 각각 적층 형성되고, 타단에는 각각의 측정단자(101)가 단차를 가지고 형성되도록 하여 서로 간섭이 발생되지 않게 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전압모니터링 단자부는 바이폴라셀(100)의 측정단자(101)에 대응하도록 복수의 단자연결부(201)에 단차가 형성되어 바이폴라셀(100)의 측정단자(101)가 단자연결부(201)에 연결되도록 한다.
이때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 측정단자(101)의 단차와 단자연결부(201)의 단차는 일단을 향해 높아지는 계단형으로 형성되도록 하여 바이폴라셀(100)과 전압모니터링 단자부의 결합력을 향상시키는 동시에 간섭 발생을 방지하고 바이폴라셀(100)의 전압을 개별적으로 측정할 수 있게 한다.
또한, 전압모니터링 단자부는, 측정단자(101)와 연결되는 결합부(210)와, 플렉서블 PCB(224)가 구비되는 밀폐부(220)와, 전압을 측정하는 커넥터(230)로 이루어진다.
결합부(210)는 계단형 단차가 형성된 단자연결부(201)가 구비되어 측정단자(101)가 연결된다.
이때, 단자연결부(201)가 형성된 결합부(210)는 측정단자(101)와 용접, 솔더링 또는 리벳팅 등을 통해 바이폴라셀(100)과 결합되도록 하는 것이 바람직하다.
밀폐부(220)는 결합부(210)와 연결되며, 플렉서블 PCB(224)가 구비되어 외부 환경으로부터 플렉서블 PCB(224)를 밀폐시킨다.
커넥터(230)는 일단이 밀폐부(220)의 플렉서블 PCB(224)와 연결되며, 타단은 결합단자가 형성되어 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management system)과 결합 시 바이폴라셀(100)의 전압을 측정하거나 불량을 선별한다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 바이폴라셀(100) 외측에는 외장재형 파우치(130)가 구비되게 하며, 파우치(130) 일단은 음극단자(111)와 양극단자(121)가 외부로 노출되게 하고, 타단은 전압모니터링 단자부의 밀폐부(220) 일부와 커넥터(230)가 외부로 노출되게 하여 전압 측정 또는 불량 선별을 위해 배터리 관리 시스템과 연결되는 것이 가능하게 한다.
또한, 밀폐부(220)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 파우치(130)와 열융착되는 외층(221)과, 외층(221) 내측에 형성되어 파우치(130)와 열융착 시 밀폐부(220)의 형상을 유지시키고 전기적 단락을 방지하는 중층(222)과, 중층(222) 내측에 형성되며, 플렉서블 PCB(224)와 연결되어 융착되는 내층(223)로 이루어진다.
이때, 외층(221)은 130~140도 사이의 저융점에서 융착되도록 하여 파우치(130)와 열융착이 가능하게 하며, 중층(222)은 164~166도 사이의 고융점에서 융착되도록 하여 파우치(130)와 열융착 시 형상을 유지시키며 파우치(130)와의 전기적 단락을 방지하도록 하고, 내층(223)은 130~140도 사이의 저융점에서 융착되도록 하여 금속과 잘 붙게 함으로써 밀폐성을 확보하도록 한다.
한편, 밀폐부(220)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴레이미드(PI) 재질로 형성되며, 내부에 형성된 플렉서블 PCB(224)는 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al)으로 성형되도록 하여 열융착 및 내부 밀폐성이 향상되도록 하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 복수의 음극판(110)과 양극판(120)이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 각각의 음극판(110) 일단에는 음극단자(111)가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자(101)가 구비되고, 각각의 양극판(120) 일단에는 양극단자(121)가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자(101)가 구비되어 복수의 음극단자(111), 양극단자(121) 및 측정단자(101)에 계단형 단차가 형성되는 바이폴라셀(100)과, 측정단자(101)에 대응하도록 복수의 단자연결부(201)에 계단형 단차가 형성되어 측정단자(101)가 삽입되는 결합부(210)와, 결합부(210)와 연결되며, 플렉서블 PCB(224)가 구비되어 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있는 밀폐부(220)와, 일단은 밀폐부(220)의 플렉서블 PCB(224)와 연결되며 타단은 결합단자가 형성되어 BMS(Battery Management system)과 결합 시 바이폴라셀(100)의 전압을 측정하거나 불량을 선별하는 커넥터(230)로 이루어지는 전압모니터링 단자부와, 바이폴라셀(100) 외측에 구비되되, 일단은 음극단자(111)와 양극단자(121)가 외부로 노출되게 하고, 타단은 전압모니터링 단자부의 밀폐부(220) 일부와 커넥터(230)가 외부로 노출되게 하는 외장재형 파우치(130)로 이루어져, 배터리 제조 과정 중 바이폴라셀(100)의 전압 측정을 통하여 불량 선별력을 향상시키고, 사용 중 셀의 이상 유무를 용이하게 감지할 수 있게 하여 상품성을 향상시키며 배터리의 내구성 및 안전성을 증대시킬 수 있게 한다.
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 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 바이폴라셀 101 : 측정단자
110 : 음극판 111 : 음극단자
120 : 양극판 121 : 양극단자
200 : 전압모니터링 단자부 201 : 단자연결부
210 : 결합부 220 : 밀폐부
230 : 커넥터
110 : 음극판 111 : 음극단자
120 : 양극판 121 : 양극단자
200 : 전압모니터링 단자부 201 : 단자연결부
210 : 결합부 220 : 밀폐부
230 : 커넥터
Claims (10)
- 복수의 음극판과 양극판이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 상기 각각의 음극판 일단에는 음극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되고, 상기 각각의 양극판 일단에는 양극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되어 상기 복수의 음극단자, 양극단자 및 측정단자에 단차가 형성되는 바이폴라셀과;
상기 측정단자에 대응하도록 복수의 단자연결부에 단차가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되게 하여 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하는 전압모니터링 단자부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 측정단자의 단차와 상기 단자연결부의 단차는 일단을 향해 높아지는 계단형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전압모니터링 단자부는,
상기 단자연결부가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되는 결합부와;
상기 결합부와 연결되며, 플렉서블 PCB가 구비되어 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있는 밀폐부와;
일단은 상기 밀폐부의 플렉서블 PCB와 연결되며, 타단은 결합단자가 형성되어 BMS(Battery Management system)과 결합 시 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하거나 불량을 선별하는 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 3에 있어서,
상기 바이폴라셀 외측에 구비되되, 일단은 상기 음극단자와 상기 양극단자가 외부로 노출되게 하고, 타단은 상기 전압모니터링 단자부의 상기 밀폐부 일부와 상기 커넥터가 외부로 노출되게 하는 외장재형 파우치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 4에 있어서,
상기 밀폐부는,
상기 파우치와 열융착되는 외층과;
상기 외층 내측에 형성되어 상기 파우치와 열융착 시 상기 밀폐부의 형상을 유지시키고 전기적 단락을 방지하는 중층과;
상기 중층 내측에 형성되며, 상기 플렉서블 PCB와 연결되어 융착되는 내층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 3에 있어서,
상기 단자연결부가 형성된 결합부는 상기 바이폴라셀의 측정단자와 용접, 솔더링 또는 리벳팅 등을 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 5에 있어서,
상기 외층과 상기 내층은 130~140도 사이의 저융점에서 융착되며, 상기 중층은 164~166도 사이의 고융점에서 융착되는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 3에 있어서,
상기 밀폐부는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴레이미드(PI) 재질로 형성되며, 내부에 형성된 상기 플렉서블 PCB는 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al)으로 성형되는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 복수의 음극판과 양극판이 서로 번갈아 적층되어 직렬로 연결되되, 상기 각각의 음극판 일단에는 음극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되고, 상기 각각의 양극판 일단에는 양극단자가 형성되며 타단에는 전압 측정이 가능한 측정단자가 구비되어 상기 복수의 음극단자, 양극단자 및 측정단자에 계단형 단차가 형성되는 바이폴라셀과;
상기 측정단자에 대응하도록 복수의 단자연결부에 계단형 단차가 형성되어 상기 측정단자가 삽입되는 결합부와, 상기 결합부와 연결되며, 플렉서블 PCB가 구비되어 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있는 밀폐부와, 일단은 상기 밀폐부의 플렉서블 PCB와 연결되며 타단은 결합단자가 형성되어 BMS(Battery Management system)과 결합 시 상기 바이폴라셀의 전압을 측정하거나 불량을 선별하는 커넥터로 이루어지는 전압모니터링 단자부와;
상기 바이폴라셀 외측에 구비되되, 일단은 상기 음극단자와 상기 양극단자가 외부로 노출되게 하고, 타단은 상기 전압모니터링 단자부의 상기 밀폐부 일부와 상기 커넥터가 외부로 노출되게 하는 외장재형 파우치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
- 청구항 9에 있어서,
상기 밀폐부는,
상기 파우치와 열융착되는 외층과;
상기 외층 내측에 형성되어 상기 파우치와 열융착 시 상기 밀폐부의 형상을 유지시키고 전기적 단락을 방지하는 중층과;
상기 중층 내측에 형성되며, 상기 플렉서블 PCB와 연결되어 융착되는 내층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라셀을 구비하는 배터리 모듈.
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