발명의명칭:전지모듈

기술분야

[1] 과字!츰워（들'）과의상호이용

[2] 본출원은 2019년 2월 26일자한국특허출원제 10-2019-0022기 9호에기초한 우선권의이익을주장하며,해당한국특허출원� �문헌에개시된모든내용은 본명세서의일부로서포함된다.

[3] 본발명은전지모듈에관한것으로,보다구체적� �로절연성능을갖는엔드 플레이트를포함하는포함하는전지모듈에관한 것이다.

배경기술

[4] 이차전지는제품군에따른적용용이성이높고,� �은에너지밀도등의전기적 특성을가지기때문에,휴대용기기뿐만아니라� �기적구동원에의해구동하는 전기자동차또는하이브리드자동차,전력저장� �치등에보편적으로응용되고 있다.이러한이차전지는화석연료의사용을획� �적으로감소시킬수있다는 일차적인장점뿐만아니라에너지의사용에따른 부산물이전혀발생되지 않는다는점에서친환경및에너지효율성제고를 위한새로운에너지원으로 주목받고있다.

[5] 상기전기자동차등에적용되는전지팩은고출력 을얻기위해복수의단위 셀을포함하는다수의셀조립체를직렬로연결한 구조를가지고있다.그리고 상기단위셀은양극및음극집전체,세퍼레이터,� ��물질,전해액등을포함하여 구성요소들간의전기화학적반응에의하여반복 적인충방전이가능하다.

[6] 한편,근래에너지저장원으로서의활용을비롯� �여대용량구조에대한

필요성이높아지면서다수의이차전지가직렬및 /또는병렬로연결된다수의 전지모듈을집합시킨멀티모듈구조의전지팩에 대한수요가증가하고있다.

[刀 복수개의전지셀을직렬/병렬로연결하여전지� �을구성하는경우,적어도 하나의전지셀로이루어지는전지모듈을먼저구 성하고,이러한적어도하나의 전지모듈을이용하여기타구성요소를추가하여 전지팩을구성하는방법이 일반적이다.상기전지팩에포함되는전지모듈� �개수,또는전지모듈에 포함되는전지셀의개수는요구되는출력전압또 는충방전용량에따라 다양하게설정될수있다.

[8] 복수의전지모듈을이용하여전지팩을구성하는 경우,높은에너지밀도를 위해서는가능한한하나의전지모듈이차지하는 공간의크기를감소시킬 필요가있고,또한안전성을위해서는전지모듈� �에서부품들간충분한 절연이확보되어야한다는요구도있다.그러나,� ��연성능의확보를위하여 절연플레이트등플라스틱재질의부품을추가할 경우,해당부품의크기만큼 전지모듈의크기도증가하고,추가되는부품의� �립을위한공정상부담도 2020/175881 1»（：1^1{2020/002681 증가하며,반면비교적강성이낮은플라스틱부� �의비율이높아져서 전지모듈 전체의 강성 역시낮아질수있다는문제가있다.

발명의상세한설명

기술적과제

[9] 본발명은이러한문제점을해결하기위한것으로 ,전지모듈내에서부품수를 감소시켜서 전지모듈의크기를감소시키는것에의해 에너지밀도를높이고, 동시에충분한절연성능및전지모듈의 강성도확보할수있는전지모듈을 제공하기 위한것이다.

[ 1이 그러나,본발명의실시예들이해결하고자하는� �제는상술한과제에

한정되지 않고본발명에포함된기술적사상의 범위에서다양하게확장될수 있다.

과제해결수단

[11] 본발명의 한실시예에 따른전지모듈은복수의 전지 셀이,나란하게서로 인접하여 적층된전지 셀조립체,상기 전지 셀조립체를수용하는모듈프레임, 상기 전지 셀조립체의길이 방향의 양단에 위치하여상기모듈프레임과용접 결합되는엔드플레이트를포함하고,상기 엔드플레이트는상기모듈프레임과 용접 결합되는용접부를포함하는본체부,및상기용� �부를제외한상기본체부 전면을피복하는절연코팅부를포함한다.

[12] 상기 엔드플레이트는,상기 전지 셀조립체와대향하는내면과,상기 내면과 반대측에 위치하는외면을포함하고,상기절연코팅부는� �기 내면및상기 외면에 위치할수있다.

[13] 상기절연코팅부는에폭시계수지,실리콘계수� � ,폴리카보네이트 수지 , 폴리프로필렌 수지 ,아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 ：88)수지로부터 선택된적어도하나를포함할수있다.

[14] 상기절연코팅부의두께는 20^내지 200//111일수있다.

[15] 상기절연코팅부의두께는 50^내지 140//111일수있다.

[16] 상기본체부는금속재료로이루어질수있다.

[17] 상기금속재료는철,알루미늄,마그네슘또는이� ��의 합금으로부터선택되는 적어도하나를포함할수있다.

[18] 상기본체부의두께는 1.0111111내지 3.5111111일수있다.

[19] 상기 전지 셀조립체의 전극리드와전기적으로연결되는버스바를더욱

포함하고,상기 엔드플레이트는상기버스바를노출시키는단자 개구를포함할 수있다.

[2이 상기절연코팅부는상기 단자개구를둘러싸도록형성될수있다.

[21] 상기 전지모듈은상기 버스바가고정되고,상기 전지 셀조립체와사이 엔드 플레이트사이에위치하는버스바프레임을더욱 포함하고,상기 엔드

플레이트는상기버스바프레임에바로인접하여 배치될수있다. 2020/175881 1»（：1/10公020/002681 상기절연코팅부는상기 내면즉에서상기 전지 셀조립체를향해돌출된하나 이상의돌출부를포함할수있다.

본발명의다른일실시예에따른전지 팩은,상기한적어도하나의 전지모듈, 및상기 적어도하나의 전지모듈을패키징하는팩케이스를포함할수있 다. 본발명의다른일실시예에따른디바이스는상기 한적어도하나의 전지 팩을 포함할수있다.

발명의효과

[25] 실시예들에따르면,엔드플레이트와전지 셀조립체사이의절연을위하여 구비되는절연커버등이 없이도,충분한절연성능을확보하는동시에 전지 모듈의 에너지밀도상승및전지모듈의 강성 향상을달성할수있는전지 모듈을제공할수있다.

도면의간단한설명

도 1은본발명의 일실시예에 따른전지모듈의사시도이다.

도 2는본발명의 일실시예에 따른전지모듈의 엔드플레이트를도시한 도면이다.

도 3은엔드플레이트의 일부분을잘라서도시한부분단면도이다. 도 4는본발명의 일실시예에 따른전지모듈을정면에서 바라본도면이다. 도 5는본발명의다른실시예에 따른엔드플레이트의 일부분을잘라서도시한 부분단면도이다.

발명의실시를위한형태

이하,첨부한도면을참고로하여본발명의 여러실시예들에 대하여본발명이 속하는기술분야에서통상의지식을가진자가용 이하게실시할수있도록 상세히 설명한다.본발명은여러가지상이한형태로구� �될수있으며

] ] ] ] ]

790638 ^· · ²³⁴ 여기에서 설명하는실시예들에 한정되지 않는다.

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32] 본발명을명확하게설명하기 위해서설명과관계없는부분은생략하였으며, 명세서 전체를통하여동일또는유사한구성요소에 대해서는동일한참조 부호를붙이도록한다.

또한,도면에서나타난각구성의크기 및두께는설명의 편의를위해 임의로 나타내었으므로,본발명이반드시도시된바에 한정되지 않는다.도면에서 여러 층및영역을명확하게표현하기 위하여두께를확대하여나타내었다.그리고 도면에서,설명의 편의를위해,일부층및 영역의두께를과장되게나타내었다.

34] 또한,층,막,영역,판등의부분이다른부분 "위에’’또는’’상에’’있다고할때, 이는다른부분 "바로위에”있는경우뿐아니라그중간에또다� �부분이 있는 경우도포함한다.반대로어떤부분이다른부분 "바로위에”있다고할때에는 중간에다른부분이 없는것을뜻한다.또한,기준이되는부분 "위에”또는 "상에”있다고하는것은기준이되는부분의위� �는아래에 위치하는것이고, 반드시중력반대방향을향하여 "위에”또는 "상에”위치하는것을의미하는 것은아니다.

[35] 또한,명세서전체에서,어떤부분이어떤구성요� ��를 "포함”한다고할때, 이는특별히반대되는기재가없는한다른구성요 소를제외하는것이아니라 다른구성요소를더포함할수있는것을의미한다 .

[36] 도 1은본발명의일실시예에따른전지모듈의사시� �이다.

[37] 도 1을참조하면,본실시예에따른전지모듈 (100)은복수의전지셀 (112)이 나란하게서로인접하여적층된전지셀조립체 (110)와이를수납하며전지 모듈 (100)의외관을형성하는모듈프레임 (120),및상기전지셀조립체 (120)의 길이방향의양단에위치하며,상기모듈프레임 (120)과용접결합되는엔드 플레이트 (200)를포함한다.

[38] 상기전지셀조립체 (110)는복수의전지셀 (112)을포함하는이차전지의

집합체이다.전지셀조립체 (110)는복수의전지셀 (112)을포함할수있고, 각각의전지셀은전극리드 (114)를포함한다.전지셀 (112)은판상형태를갖는 파우치형전지셀일수있으나,이에한정되는것� �아니다.상기전극 리드 (114)는양극리드또는음극리드이며,각전지셀 (112)의전극리드 (114)는 단부가한쪽방향으로구부러질수있고,이에의� �인접한다른전지셀 (112)이 갖는전극리드의단부와맞닿을수있다.서로맞� �은 2개의전극리드 (114)는 서로용접등을통해고정될수있고,이를통해전� �셀조립체 (110)내부의전지 셀 (112)간의전기적연결이이루어질수있다.

[39] 복수의전지셀 (112)은전극리드 (114)들이일측방향으로정렬되도록수직 적층되어전지셀조립체 (110)를이룬다.상기전지셀조립체 (110)는전지셀 조립체 (110)의길이방향으로개방된적어도하나의개구� ��가지는모듈 프레임 (120)에수납된다.이때,상기전극리드 (114)들은상기개구를통해모듈 프레임 (120)의외측으로인출되고,전극리드 (114)가인출되는방향에서전지셀 조립체 (110)와결합하는버스바프레임 (50)이포함될수있다.버스바

프레임 (50)에는버스바 (51)가외측을향하여고정될수있으며,전지셀 조립체 (110)의전극리드 (114)들은버스바프레임 (50)에형성된슬릿을통과하여 버스바 (51)와전기적으로연결된다.여기서버스바프레� �� (50)은절연성소재, 예를들면비전도성합성수지로이루어지고,버� �바 (51)는전도성의금속 재료로이루어질수있다.

[4이 또한,전지모듈 (100)은전지셀조립체 (110)의상부에서모듈프레임 (120)의 길이방향으로연장되고장착되어전지셀 (112)을센싱하도록구성된연성인쇄 회로기판 (Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(40)을포함한다.아울러전지 모듈 (100)은각종전장부품들을포함할수있으며,일례 로 ICB (Internal Circuit Board)및 BMS (Battery Management System)등을포함할수있다.상기 ICB및 BMS보드등의전장부품들은상기복수개의전지셀 들과전기적으로연결될 수있다.

[41] 이어서,도 1에더하여도 2내지도 4를참조하여엔드플레이트 (200)의구성에 2020/175881 1»（：1^1{2020/002681 대해상세히설명한다.

[42] 도 2는본발명의일실시예에따른전지모듈 (100)의엔드플레이트 (200)를 도시한도면이고,도 3은엔드플레이트 (200)의일부분을잘라서도시한부분 단면도이며,도 4는본발명의일실시예에따른전지모듈 (100)을정면에서 바라본도면이다.

[43] 엔드플레이트 (200)는전지셀조립체 (110)의양단에서버스바프레임 (50)을 덮으면서모듈프레임 (120)의개구에결합되고,이때모듈프레임 (120)과 용접부 (211)에서용접결합되어고정된다.

[44] 엔드플레이트 (200)는금속재질로이루어진본체부 (210)와이러한

본체부 (210)의전면에피복되어형성되는절연코팅부 (220)를포함한다.이때, 절연코팅부 (220)는상기용접부 (211)를제외한본체부 ( 0)전체에피복된다. 즉,도 3에도시된바와같이,엔드플레이트 (200)가전지셀조립체 (110)와 대향하여버스바프레임 (50)과직접접촉하게되는내면 (201)뿐만아니라, 내면 (201)의반대측에위치하여전지모듈 (100)의외부로노출되는부분인 외면 (202)에대응하는부분에도절연코팅부 (220)가위치한다.

[45] 이러한구성에의하여,엔드플레이트 (200)와전지셀조립체 (110)사이에

추가의절연커버또는절연시트를구비하지않아 도,엔드플레이트 (200)내측에 위치하는부품들과엔드플레이트 (200)간의충분한절연을유지할수있다.

[46] 이때，상기절연코팅부 (220)는에폭시계수지 ,실리콘계수지，

폴리카보네이트 0수지，폴리프로필렌 수지，

아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(쇼：8¾수지 로부터선택된적어도하나를 포함할수있다.또한절연코팅부 (220)의두께 (즉,본체부 (210)의표면에코팅된 층의두께)는 20^내지 200//111일수있다.절연코팅부 (220)의두께가 20^ 미만이면,충분한절연성능을얻을수없고, 200;/111를초과하면그두께가너무 두꺼워져서부품감소의효과를누릴수없기때문 에바람직하지않다.보다 바람직하게상기절연코팅부 (220)의두께는 50 내지 140이일수있다.

[47] 상기본체부 ( 0)는금속재질로이루어질수있고,예를들면철,� �루미늄, 마그네슘또는이들의합금으로부터선택되는적 어도하나를포함할수있다. 또한본체부 (210)의두께는 1.0111111내지 3.5111111일수있다.본체부 (210)의두께가 1.0111111미만이며 ,전지모듈 (100)을외부의충격등으로부터보호할수있는 충분한강성을확보할수없고, 3.5111111초과이면그중량이지나치게증가하여 전지모듈 (100)전체의중량상승을초래하기때문에바람직� ��지않다.

[48] 또한상기엔드플레이트 (200)는,버스바프레임 (50)에외측을향하여고정된 버스바 (51)가노출되는단자개구 (230)를포함한다.이때 ,단자개구 (230)를 둘러싸도록절연코팅부 (220)가형성된다.이에의해,버스바 (51)와금속재질의 본체부 (210)사이에충분한절연성능을확보할수있고,특 히충분한연면거리를 확보할수있다.여기서연면거리는,절연을위하� ��확보되어야하는거리로서, 두도체사이의절연체표면에따른거리이다.본� �시예의구성에의하면,절연 2020/175881 1»（：1^1{2020/002681 코팅부 (220)가엔드플레이트 (200)의내측 (201)뿐만아니라외측 (202)및단자 개구 (230)를둘러싼부분에모두형성되어있기때문에, 단지엔드플레이트 (200) 내측에만절연시트내지코팅을배치한종래기술 에비해더욱긴연면거리 확보가가능하고따라서절연거리확보를위해절 연시트내지코팅의두께를 무리하게증가시킬필요가없는바,설계마진역� �향상될수있다.

[49] 특히,종래에는전지셀조립체 (110)및버스바프레임 (50)과엔드

플레이트 (200)간의절연을위하여별도의절연커버 (또는절연시트)를 구비하였는데,이경우본실시예의구성에비하� �하나의전지모듈 (100)당 2개 이상의부품이더필요하고,또한추가되는부품� �두께만큼전지모듈 (100) 전체의두께도증가할수밖에없었다.그러나,본� ��시예에의하면,엔드 플레이트 (200)의내측 (201)및외측 (202)에형성된절연코팅부 (220)에의해 상술한바와같이충분한절연성능의확보가가능 하기때문에절연커버 (또는 절연시트)를생략할수있고,이에수반하여전지� ��듈 (100)전체의크기도 감소하여결과적으로에너지밀도를상승시킬수 있다.

[5이 아울러 ,도 4에도시된바와같이，본실시예의구성에의하� �버스바 (51)

주위에절연을위한사출물 (예를들면종래의절연커버또는버스바프레임)� �� 외부로노출시키는양을극단적으로줄일수있기 때문에전지모듈 (100)을 외부의충격등으로부터보다효과적으로보호할 수있다.즉,사출물이 노출되지않더라도,엔드플레이트 (200)의내측 (201)및외측 (202)에형성된절연 코팅부 (220)에의해충분한절연거리가확보되기때문에� ��스바 (51)에대응하는 부분을제외한전지셀조립체 (110)의정면전체를엔드플레이트 (200)로덮는 구성이가능하다.이때,엔드플레이트 (200)내측에는금속재질의

본체부 ( 0)가위치하여우수한강성을갖기때문에,이러한 엔드

플레이트 (200)에의해덮이는부분을증가시키는것에의해� ��지모듈 (100)의 강성을증가시킬수있다.

[51] 또한상기엔드플레이트 (200)는,상기전지모듈 (100)을외부와전기적으로 연결하기위한외부결합부 (212)를더욱포함하고,상기외부결합부 (212)에서는 절연코팅부 (220)가제거되어상기본체부 (210)가노출되도록구성된다.이러한 구성에의해,외부와의전기적연결을달성하면� �도외부결합부 (212)주위에 위치하는절연코팅부 (220)에의해충분한절연성능을얻을수있다.

[52] 한편,절연코팅부 (220)는엔드플레이트 (200)의내측 (201)에서전지셀

조립체 (110)을향하여돌출된하나이상의돌출부 (221)를포함할수도있다. 돌출부 (221)는전지셀조립체 (110)와결합된부품들과접촉하여전지셀 조립체 (110)와엔드플레이트 (200)간의적절한거리를유지할수있도록구성될 수있다.이에의해,절연코팅부 (220)의전체두께는보다작게하면서, 돌출부 (221)에의해엔드플레이트 (200)와전지셀조립체 (110)간의절연거리를 확보할수있는바,보다효과적으로전지모듈 (100)의전체중량을감소시키면서 부품간절연을확보할수있다. [53] 본실시예의엔드플레이트 (200)는금속재질의본체부 (2W)전체에절연 코팅부 (220)를형성한후, CNC(computer numerical control)가공에의해필요한 부분에서절연코팅부 (220)를제거하는것에의해제조될수있다.특히이 때, 절연코팅부 (220)가제거되는부분인용접부및외부결합부 (212)는타구성과의 결합을위해형성되는부분이기때문에정밀한치 수제어가중요한데, CNC 가공을통해이와같이필요한치수제어를정밀하 게행할수있다.

[54] 이와같이，본발명의일실시예에의하면,엔드� �레이트의내면및외면에 형성된절연코팅부를구비하는것에의해,절연� �위한추가의부품없이 충분한절연성능의확보가가능하여,전지모듈� �크기를감소시키고전지 모듈의강성을향상시킬수있다.

[55] 한편,본발명의실시예에따른전지모듈은하나� �는그이상이팩케이스 내에패키징되어전지팩을형성할수있다.

[56] 앞에서설명한전지모듈및이를포함하는전지팩 은다양한디바이스에 적용될수있다.이러한디바이스에는,전기자전� ��,전기자동차,하이브리드 자동차등의운송수단에적용될수있으나,본발� �은이에제한되지않고전지 모듈및이를포함하는전지팩을사용할수있는다 양한디바이스에적용 가능하며,이또한본발명의권리범위에속한다.

[57] 이상에서본발명의바람직한실시예에대하여상 세하게설명하였지만본 발명의권리범위는이에한정되는것은아니고다 음의청구범위에서정의하고 있는본발명의기본개념을이용한당업자의여러 변형및개량형태또한본 발명의권리범위에속하는것이다.

[58] 부호의설명

[59] 100:전지모듈

[6이 110:전지셀적층체

[61] 200:엔드플레이트

[62] 210:본체부

[63] 220:절연코팅부