KR20200029307A

KR20200029307A - Icb 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200029307A
Application number: KR1020180107985A
Authority: KR
Inventors: 진희준; 강달모; 김경모; 김승준; 박진용; 지호준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: US20210273302A1; HUE065678T2; US20240421443A1; WO2020055037A1; CN112204803A; EP3793015A1; EP3793015B1; CN112204803B; JP2021525448A; ES2975801T3; US12100863B2; EP3793015A4; JP7062137B2; KR102404239B1

Abstract

단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓여 적층되는 수평 적층 구조의 배터리 모듈에 적합한 ICB 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈, 그리고 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 ICB 조립체는, 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함한다.

Description

ICB 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈 및 그 제조 방법{ICB assembly, battery module comprising the same and method for fabricating the battery module}

본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 확장이 가능한 배터리 모듈과 그 제조 방법, 그리고 이러한 배터리 모듈 제조에 이용될 수 있는 부품에 관한 것이다.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점뿐만 아니라 에너지 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지에서 하나의 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있으며 다수의 배터리 셀은 직렬/병렬의 다양한 조합으로 연결되어 적층될 수 있다. 중대형 장치의 배터리 팩에는 적층이 용이하고 무게가 가벼운 장점 때문에 파우치형 배터리 셀이 많이 이용되고 있다. 한편, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 구성할 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬연결하여 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

도 1에는 일반적인 배터리 모듈에서 단위 셀을 구성하는 파우치형 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 배터리 셀(110)은 셀 리드(112)가 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 단방향 배터리 셀이다. 구체적으로 배터리 셀(110)은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(120)에 전극조립체(105)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(SP)를 형성한 구조이다. 셀 리드(112) 중에서 양의 극성(+)을 띠는 것은 전극조립체(105) 안의 양극판에 연결되어 있고 셀 리드(112) 중에서 음의 극성(-)을 띠는 것은 전극조립체(105) 안의 음극판에 연결되어 있다.

배터리 모듈의 단위 셀은 이러한 배터리 셀(110) 하나 또는 이러한 배터리 셀(110) 두 개 이상을 직렬이나 병렬로 연결한 것이 될 수 있다. 도 2는 예를 들어 배터리 셀(110) 3개를 병렬로 연결한 3P 뱅크 단위 셀의 측면도이다.

도 2를 참조하면, 배터리 셀(110)은 수평으로 눕혀져 동일 극성의 셀 리드(112)가 위 아래로 놓이도록 지면에서부터 높이 방향으로 적층된 후 위 아래로 놓인 셀 리드(112)끼리 통합된다. 하나의 단위 셀(200)에서 셀 리드(112)는 일측에 노출된 상태가 된다.

보통 이러한 단위 셀(200)은 수직 적층 구조의 배터리 모듈로 제조된다. 수직 적층 구조의 배터리 모듈에서는 단위 셀(200)이 수직으로 세워져 셀 리드(112)가 일측에 모아지도록 나란히 적층된 후 하나의 ICB(Interconnect Board) 조립체와 결합된다. ICB 조립체는 ICB 프레임에 버스바를 구비한 것으로, 셀 리드(112)를 연결하여 단위 셀(200)의 전기적 연결을 달성하는 한편, 배터리 셀(110)의 반복적인 충전 및 방전 동안에 배터리 셀(110)의 온도에 대응되는 전기 신호 그리고 배터리 셀(110)의 전류 또는 전압에 대응되는 전기 신호를 배터리 관리 시스템(BMS)에 전달하는 용도로 사용된다. 그런데 이러한 단위 셀(200)을 수평으로 눕혀 두 단위 셀(200)끼리 셀 리드(112)가 서로 마주보도록 적층하는 수평 적층 구조의 배터리 모듈에 대해서는 상술한 수직 적층 구조의 배터리 모듈 제조 방법과 ICB 조립체를 그대로 적용하기 어려운 문제가 있다.

도 3은 도 2의 단위 셀(200) 8개를 이용한 수평 적층 구조의 배터리 모듈의 일 예를 도시한다.

도 3을 참조하면, 단위 셀(200)을 수평으로 눕혀 지면에서부터 높이 방향으로 4개 적층한 배터리 셀 조립체(230) 두 개를 서로의 셀 리드(112)가 대향하도록 마주 보게 연결하여 배터리 모듈(250)을 제조하려는 구조가 도시되어 있다. 그런데, 두 배터리 셀 조립체(230) 간에 셀 리드(112)가 서로 마주보는 구조로 인하여, 단위 셀(200) 측면에서의 용접이 어렵고 단위 셀(200) 상면에서 용접을 해야 한다. 상면 용접을 하려면, 두 개의 배터리 셀 조립체(230)를 먼저 만들어 이들 사이를 용접할 수는 없고, 우선 두 개의 단위 셀(200)이 마주보도록 놓은 후 상면에서 셀 리드(112)간 용접(제1층), 그 위에 두 단위 셀(200)을 마주보도록 적층 후 상면에서 셀 리드(112)간 용접(제2층), 다시 그 위에 두 단위 셀(200)을 마주보도록 적층 후 상면에서 셀 리드(112)간 용접(제3층)하는 등의 순서대로, 적층과 용접을 순차적으로 반복하면서 지면에서부터 높이 방향으로, 즉 아래에서부터 위로 단위 셀(200)을 조립해 나가야 한다.

이처럼 수평 적층 구조의 배터리 모듈(250)에서는 제조 공정이 매우 복잡해지는 문제가 있다. 뿐만 아니라, Hv 터미널(Hv 양극/음극)의 방향이 수평 적층 구조의 배터리 모듈(250) 상단에 위치해야 하는 경우이면 전기적 연결을 구성하기가 매우 까다로워지는 문제도 있다.

도 4와 도 5는 도 3과 같은 배터리 모듈(250)에서 생각해 볼 수 있는 단위 셀(200)의 배열을 보여주기 위한 것으로, 각 도에서 (a)는 배터리 모듈(250)을 상면에서 본 모습이고 (b), (c는 배터리 모듈(250)을 측면에서 본 모습이다. 여러 가지 배열 중에서도 도 4와 도 5는 특히 8개의 단위 셀(200)을 서로 직렬연결시킬 수 있는 경우를 도시한 것이다.

먼저 도 4는 서로 마주보는 단위 셀(200)의 앞면이 모두 위로 오게 하여 적층하는 경우로서, (a)를 참조하면 서로 마주보는 단위 셀(200)의 앞면이 위로 오게 놓여 있다. 이 때 (b)와 같이 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 하거나(옵션 1), (c)와 같이 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 동일한 극성이 되게 하는 방법(옵션 2)이 가능하다.

다음으로 도 5는 서로 마주보는 단위 셀(200) 중 하나는 뒷면이 위로 오게 하고 다른 하나는 앞면이 위로 오게 하여 적층하는 로서, (a)를 참조하면 서로 마주보는 단위 셀(200) 중 좌측의 단위 셀(200)은 뒷면이 위로 오고 우측의 단위 셀(200)은 앞면이 위로 오게 놓여 있다. 이 때에는 (b)와 같이 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 동일한 극성이 되게 하거나(옵션 3), (c)와 같이 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 하는 방법이 가능하다(옵션 4).

이처럼, 수평 적층 구조의 배터리 모듈(250)에서 8개의 단위 셀(200)을 직렬연결하기 위해 배열하는 방법에만도 옵션 1 내지 옵션 4와 같이 경우의 수가 발생되고, 특히 Hv 터미널의 방향이 배터리 모듈(250) 상단에 위치해야 하는 경우이면 그 위치까지 고려하여 전기적 연결을 구성해야 하므로 더 어려워진다. 그리고, 예시한 직렬연결 이외에 다른 직/병렬연결을 한다면 그 종류에 따라 전기적 연결 구조는 복잡해진다. 특히 전기적 연결을 구성하기 위해 각 단위 셀(200)의 셀 리드(112) 사이를 연결할 때에 그 경우의 수가 무수히 많아진다. 따라서, 무수히 많은 경우의 수 중에서 가장 단순하면서도 가장 간단한 연결 공법으로 배터리 모듈을 제조하는 방법, 그리고 그 방법의 수행에 필요한 ICB 조립체가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓여 적층되는 수평 적층 구조의 배터리 모듈에 적합한 ICB 조립체, 이를 포함한 배터리 모듈, 그리고 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ICB 조립체는, 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함한다.

상기 ICB 프레임은 여러 가지 모양의 버스바를 차등 적용할 수 있도록 형성되어 있다.

바람직하게, 상기 ICB 프레임에는 상기 셀 리드 중 어느 하나의 셀 리드와 연결되는 버스바 및 상기 셀 리드 중 서로 대향하는 셀 리드끼리를 연결하는 버스바 중 적어도 어느 하나가 임의의 위치에 조립될 수 있도록 하는 여러 개의 단차와 버스바 삽입홀이 형성되어 있다.

그리고, 상기 버스바는 상기 단차와 버스바 삽입홀을 통해 상기 ICB 프레임에 조립될 수 있는 여러 가지 모양의 버스바로 이루어진 군에서 상기 배터리 셀간의 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한 버스바의 조합이다.

일 실시예에서, 상기 ICB 프레임은 길이와 너비를 갖는 판상 구조물이고, 상기 길이 방향 중심선을 기준으로 양측으로 상기 배터리 셀이 서로 마주보며 놓이도록 상기 배터리 셀의 셀 리드를 놓을 수 있는 셀 리드 안착부, Hv 터미널 안착부 및 버스바 삽입홀을 포함한다.

상기 버스바는 상기 셀 리드 안착부에 탈착 가능하게 조립될 수 있다.

상기 셀 리드 안착부는 상기 ICB 프레임의 상기 길이 방향 제1 및 제2 측변을 따라 두 군데씩 양측으로 형성이 되어 있어, 상기 제1 측변을 따라 제1 셀 리드 안착부와 제3 셀 리드 안착부가 형성되고 상기 제2 측변을 따라 상기 제1 셀 리드 안착부와 마주보는 제2 셀 리드 안착부, 상기 제3 셀 리드 안착부와 마주보는 제4 셀 리드 안착부를 포함하고, 상기 Hv 터미널 안착부는 상기 제1 및 제2 측변에 수직인 상기 너비 방향 제3 및 제4 측변 쪽에 각각 형성이 되어 있어, 상기 제3 측변 쪽의 제1 Hv 터미널 안착부와 상기 제4 측변 쪽의 제2 Hv 터미널 안착부를 포함할 수 있다.

상기 버스바 삽입홀은 상기 제3 측변으로부터 상기 제1 셀 리드 안착부 쪽으로 버스바를 삽입하도록 하는 제1 버스바 삽입홀과, 상기 제3 측변으로부터 상기 제2 셀 리드 안착부 쪽으로 다른 버스바를 삽입하도록 하는 제2 버스바 삽입홀과, 상기 너비 방향과 나란하게 상기 ICB 프레임을 관통하여 형성되어 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부에 동시에 놓이는 또 다른 버스바를 삽입하도록 하는 관통 버스바 삽입홀을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 한 종류의 ICB 조립체에서는, 상기 버스바가 상기 제1 Hv 터미널 안착부에 놓이는 부분과 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 부분을 포함하는 Hv 터미널 버스바와, 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함한다. 상기 Hv 터미널 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되고, 상기 연결용 버스바는 상기 제1 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립된다.

일 실시예에 있어서, 다른 종류의 ICB 조립체에서는, 상기 버스바가 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 다른 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함한다. 상기 연결용 버스바는 상기 제1 버스바 삽입홀에 끼워 조립되고, 상기 다른 연결용 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립된다.

일 실시예에 있어서, 또 다른 종류의 ICB 조립체에서는, 상기 버스바가 상기 제2 Hv 터미널 안착부에 놓이는 부분과 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 부분을 포함하는 Hv 연장 버스바와, 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함한다. 상기 Hv 연장 버스바는 상기 제2 Hv 터미널 안착부와 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓여 조립되고, 상기 연결용 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립된다.

바람직하게, 상기 ICB 조립체는 상기 ICB 프레임의 길이 방향으로 다른 ICB 프레임에 힌지 구조로 연결된다.

예를 들어, 상기 ICB 프레임의 측면에는 봉 형상 돌출부가 형성되어 있고, 길이 방향을 따라 나열된 두 ICB 프레임의 측면 사이에 상기 돌출부에 끼워지는 홈을 구비한 조인트 부재로 연결될 수 있다.

상기 ICB 프레임 하나에는 상기 배터리 셀이 2개 놓일 수 있다. 그러면, 상기 버스바는 상기 ICB 프레임의 상면에 조립된다.

본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 본 발명에 따른 ICB 조립체를 이용하여 수행된다.

본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 (a) 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함하는 ICB 조립체를 준비하되, 동일한 모양의 ICB 프레임에 버스바만 바꿔 끼워 차등 적용해 여러 가지 ICB 조립체를 준비하는 단계; (b) 상기 ICB 조립체의 상기 ICB 프레임을 힌지 구조로 측면 연결하여 상기 ICB 프레임 길이 방향으로 나열하는 단계; (c) 측면 연결된 ICB 프레임 길이 방향 좌우측에 상기 배터리 셀을 안착시켜 상기 배터리 셀이 서로 마주보도록 평면 상에 나열하되, 상기 버스바 위로 상기 셀 리드를 안착시켜 상기 배터리 셀을 평면 나열하는 단계; (d) 나열된 배터리 셀에 대해 상면에서 상기 버스바와 셀 리드를 일괄 용접하여 상기 ICB 조립체와 상기 배터리 셀을 연결하는 단계; (e) 나열된 상기 ICB 프레임을 상기 힌지 부분에서 접어서 상기 배터리 셀을 적층하는 단계; 및 (f) 상기 ICB 프레임에서 측면으로 노출되어 있는 버스바 사이에 추가 버스바를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은 본 발명에 따른 ICB 조립체를 포함한다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 ICB 조립체를 가운데에 두고 서로 마주보면서 연결된 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위가 지면에서 높이 방향으로 적층된 배터리 모듈이고, 각 ICB 조립체는 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함하며, 적층된 ICB 조립체 사이는 조인트 부재로 연결되어 있고, 적층된 ICB 조립체 측면에서는 상기 배터리 셀의 상하 직렬연결을 위한 추가 버스바가 결합되어 있으며, 상기 각 ICB 조립체의 ICB 프레임은 서로 동일한 모양이고 버스바만 바꿔 끼워 차등 적용한 여러 가지 종류의 ICB 조립체인 것이다.

상기 배터리 셀은 동일 극성의 셀 리드가 서로 접하면서 병렬연결되도록 적층되어 있는 뱅크 단위 셀인 것이 바람직하다.

그리고 서로 마주보는 두 배터리 셀 사이는 상기 ICB 조립체에 조립된 버스바를 통해 평면상에서 직렬연결되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 서로 마주보게 수평 적층된 구조의 배터리 모듈에 적합한 ICB 조립체와 이를 이용한 배터리 모듈 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 ICB 조립체는 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 한다. 따라서, 단방향 배터리 셀의 수평 적층 + 단방향 배터리 셀이 마주보는 구조의 배터리 모듈 제작에 편리하게 이용할 수 있다. 본 발명의 ICB 조립체는 기존 수직 적층 구조의 배터리 모듈에 이용되는 ICB 조립체와는 차별화된다.

본 발명의 ICB 조립체에 따르면, 동일한 ICB 프레임에 여러 가지 모양의 버스바를 차등 적용하여 조립할 수 있다. 보다 자유로운 구성의 전기적 연결이 가능해지는 효과가 있다.

본 발명의 일 구성에 따라, ICB 프레임에 다양한 종류의 버스바를 임의의 위치에 조립할 수 있는 여러 개의 단차와 버스바 삽입홀을 형성해 두면, 단차와 버스바 삽입홀의 임의의 조합을 택하여 원하는 위치에 원하는 모양의 버스바를 조립할 수 있게 된다. 버스바는 ICB 프레임에 형성한 단차와 버스바 삽입홀을 통해 ICB 프레임에 조립될 수 있는 여러 가지 모양의 버스바로 이루어진 군으로 구비해 둘 수 있고, 그 중에서 원하는 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한 버스바를 다양하게 조합하여 ICB 프레임에 조립할 수 있다. 따라서, 하나의 ICB 프레임 모양을 정해두면 버스바만 바꿔 끼면서 이 ICB 프레임을 여러 가지 전기적 연결에 사용할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 ICB 조립체는 범용, 다목적, 다용도이다.

본 발명의 ICB 조립체를 이용하면 다수의 배터리 셀을 평면에 나열하여 일괄 용접하고 접어서 적층해 배터리 모듈을 제조할 수 있다. 특히 본 발명의 배터리 모듈 제조 방법에 따르면, 단방향 배터리 셀을 수평 적층하고 단방향 배터리 셀이 서로 마주보는 구조의 배터리 모듈 제조 단계가 매우 간단해진다.

종래에는 배터리 셀 적층과 셀 리드 용접으로 된 단계를 순차적으로 여러 번 반복해야만 수평 적층 구조의 배터리 모듈을 제조할 수 있지만, 본 발명의 배터리 모듈 제조 방법에 따르면, 배터리 셀을 한 번에 용접하고 한 번에 접어 적층하는 것이 가능하여 대량 생산에 매우 적합하다. 또한, 본 발명에 따르면, 배터리 셀의 적층 전, 셀 리드-버스바의 용접 및 센싱 와이어의 접합을 한 번에 완료할 수 있는 장점도 있다.

본 발명의 배터리 모듈은 본 발명의 ICB 조립체를 포함함으로써 조립이 매우 용이하다. 그리고, 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위를 추가로 더 포함시키는 간단한 과정을 통해 직렬연결되는 배터리 셀 개수를 증가시킬 수 있어 배터리 모듈의 확장이 얼마든지 가능하다는 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 배터리 모듈을 구성하는 다수의 배터리 셀 사이의 무수히 많은 전기적 연결 관계의 경우의 수 중에서 가장 단순하며, 공법이 간단한 연결을 제공할 수 있다. 배터리 셀 적층을 위한 적층 가이드로는 힌지 구조가 적용될 수 있으며, ICB 조립체 사이의 전기적 연결은 ICB 프레임 측면에 추가 버스바를 결합하여 달성할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 배터리 모듈에서 단위 셀을 구성하는 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 종래 배터리 모듈에 포함될 수 있는 단위 셀의 측면도이다.
도 3은 도 2의 단위 셀을 포함하는 수평 적층 구조의 배터리 모듈의 일 예를 도시한다.
도 4 및 도 5는 수평 적층 구조의 배터리 모듈에서 단위 셀의 다양한 배열 방법을 보여주기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3P8S 배터리 모듈의 전기적 연결 관계를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICB 프레임의 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICB 조립체들의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICB 조립체들의 연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 ICB 조립체들의 연결에 이용될 수 있는 조인트 부재의 사시도이다.
도 13은 도 12의 조인트 부재를 이용해 ICB 조립체들이 연결된 상태를 도시한다.
도 14는 도 8 내지 도 10의 ICB 조립체들을 4개 측면 연결해 나열한 상태를 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에서 단위 셀 안착 단계 및 상면 용접 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에서 병풍식 접철 방식으로 단위 셀을 적층하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 16의 방법에 따라 단위 셀이 적층되어진 상태의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에서 단위 셀의 직렬연결을 완성하기 위해 추가로 필요한 추가 버스바를 결합하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에서는 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 확장이 가능한 배터리 모듈 제조에 이용될 수 있는 부품, 그리고 이를 이용한 배터리 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 특히 본 발명은 단방향 배터리 셀의 수평 적층 + 단방향 배터리 셀이 마주보는 구조의 배터리 모듈에 적합한 신규 ICB 조립체에 관한 것이다. 이를 이용하면 일괄 용접, 일괄 적층이 가능한 신규 배터리 모듈 제조 방법이 제공된다. 또한, 이를 이용하면 간단한 과정으로 확장이 가능한 배터리 모듈이 제공한다.

신규 ICB 조립체는 ICB 프레임에 전기적 연결을 위한 다양한 모양의 버스바가 조립될 수 있는 것이다. 전기적 연결 관계에 따라서는 여러 개의 ICB 프레임을 이용할 수 있다. 이 때 각 ICB 프레임의 구조는 동일하나, 전기적 연결에 맞는 모양의 버스바를 차등 이용하면 된다.

이처럼 본 발명은 동일한 구조의 ICB 프레임에, 다른 모양의 버스바를 적용하여, 전기적 연결 관계를 쉽게 구현하도록 하는 데에 가장 큰 특징이 있다.

이하의 실시예에서는 예컨대 3P8S 배터리 모듈을 설명함으로써 본 발명에 관하여 설명한다. 그러나 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 병렬연결의 증가가 필요할 경우에는 단위 셀 뱅크 내의 배터리 셀 개수를 증가시키면 된다. 배터리 셀 개수 증가에 의해 단위 셀이 두꺼워져서 ICB 조립체를 이용한 적층이 공간적으로 원활하지 않을 경우에는, 스페이서를 조립하여 해결할 수 있다.

직렬연결의 증가가 필요할 경우, 단위 셀 - ICB 조립체 - 단위 셀로 이루어진 단위를 추가로 적층하면 된다. 하나의 ICB 조립체에는 단위 셀이 서로 마주보면서 2개씩, 혹은 서로 마주보는 단위 셀을 두 층으로 해서 4개씩 조립될 수 있으므로, ICB 조립체의 개수 증가에 따라 단위 셀의 개수는 짝수 단위로 증가하게 된다.

실시예로서, 도 4의 (b) 옵션 1과 같은 배열로 배터리 모듈을 제조하는 예를 든다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3P8S 배터리 모듈의 전기적 연결 관계를 도시한 것이다.

도 6에서 배터리 모듈(300)은 서로 마주보는 단위 셀(200)의 앞면을 모두 위로 오게 하여 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 총 4개층 적층하는 경우이고, 배터리 모듈(300) 상단에 Hv 터미널[Hv 양극(Hv+)과 Hv 음극(Hv-)]이 위치하게 하는 경우이다. 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 배열한다. 마주보는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)는 서로 반대 극성이 된다.

배터리 모듈(300)을 구성하는 다수의 단위 셀(200) 사이에는 무수히 많은 전기적 연결 관계가 가능하다. 본 발명에서는 그 중에서도 가장 단순하며, 공법이 간단한 연결을 제공하도록 한다.

지면에서부터 높이 방향으로 순서대로 제1층, 제2층, 제3층, 제4층이라고 하면, 제1층 내지 제4층의 각 층 내에서는 서로 마주보는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)끼리 실선 표시한 바와 같이 평면상에서 직렬연결(S11)시킬 수 있다. 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)끼리도 점선 표시한 바와 같이 상하 직렬연결(S12)시킬 수 있다.

예를 들어 제4층 우측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)는 배터리 모듈(300) 상단의 Hv 음극(Hv-)에 연결되도록 한다. 제4층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제4층 좌측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제4층 좌측 단위 셀(200)과 우측 단위 셀(200)간이 평면상에서 직렬연결(S11)되도록 한다. 제4층 좌측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제3층 좌측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제4층 좌측 단위 셀(200)과 제3층 좌측 단위 셀(200)은 상하 직렬연결(S12)되도록 한다. 제3층 좌측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제3층 우측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제3층 좌측 단위 셀(200)과 제3층 우측 단위 셀(200)간이 평면상에서 직렬연결(S11)되도록 한다. 제3층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제2층 우측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제3층 우측 단위 셀(200)과 제2층 우측 단위 셀(200)은 상하 직렬연결(S12)되도록 한다. 제2층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제2층 좌측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제2층 우측 단위 셀(200)과 제2층 좌측 단위 셀(200)간이 평면상에서 직렬연결(S11)되도록 한다. 제2층 좌측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제1층 좌측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제2층 좌측 단위 셀(200)과 제1층 좌측 단위 셀(200)은 상하 직렬연결(S12)되도록 한다. 제1층 좌측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 제1층 우측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)에 연결되어, 제1층 좌측 단위 셀(200)과 제1층 우측 단위 셀(200)간이 평면상에서 직렬연결(S11)되도록 한다. 제1층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 배터리 모듈(300) 상단의 Hv 양극(Hv+)에 일점쇄선 표시한 바와 같이 하단에서 상단으로 직렬연결(S13)되도록 한다.

본 실시예에서는 제1층 내지 제4층 각각의 층 안에 있는 2개의 셀 뱅크 단위 셀(200)당 1개의 ICB 프레임을 적용하여 배터리 모듈(300)을 제조하는 실시예를 제공한다. 도 6에서 박스로 묶은 단위 셀(200) 사이에 하나의 ICB 프레임이 연결되는 것이다. 즉, 각 층마다 ICB 프레임이 필요하고, 이 ICB 프레임에는 단위 셀(200)이 2개 놓이게 된다. 이와 같이 2개의 단위 셀(200)을 수평 방향으로 연결하는 ICB 프레임을 type 1 ICB 프레임이라고 부르기로 한다. 본 실시예에서는 총 8개의 단위 셀(200)이 있으므로, 총 4개의 type 1 ICB 프레임이 필요하다. ICB 프레임은 길이 방향으로 나란히 연결될 수 있으며, 서로 연결되는 ICB 프레임의 모양은 모두 동일하다. 여기에, 각기 다른 모양의 버스바를 적용함으로써 다양한 전기적 연결 관계를 구현할 수 있다. 예를 들어, 어떤 ICB 프레임에는 Hv 터미널 버스바와 관통 버스바를 적용하고 다른 ICB 프레임에는 Hv 연장 버스바와 관통 버스바를 적용하는 등, 동일한 모양의 ICB 프레임에 다른 모양의 버스바를 차등 적용해 다양한 구성의 ICB 조립체를 만들고 이를 이용해 배터리 모듈(300)을 제조할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 우선 동일한 모양의 ICB 프레임에 버스바만 바꿔 끼워 차등 적용해 여러 가지 ICB 조립체를 준비하는 단계를 포함한다. 본 실시예에서, ICB 조립체는 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀을 포함하는 단위 셀 2개를 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 하여 연결할 수 있다. 직렬연결되는 단위 셀의 개수가 2개씩 증가할 때마다 ICB 조립체가 1개씩 증가된다. 따라서 직렬연결 단위 셀의 개수가 4개, 6개, 8개 등으로 증가할 때에 ICB 조립체가 2개, 3개, 4개 등으로 필요하다. 이 때 각 ICB 조립체는 서로 동일한 모양의 ICB 프레임에 버스바만 다른 모양으로 바꿔 준비할 수 있다. 버스바는 단위 셀간의 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한다.

ICB 프레임에 버스바를 적용하는 방법은 단순 조립일 수 있다. 예를 들면 올려 놓기, 삽입 혹은 끼우기 등일 수 있다. 버스바는 ICB 프레임에 탈착 가능하게 조립된다. 즉 한번 조립되면 영구히 결합되는 것이 아니라 필요에 따라 혹은 수정이 요구되는 경우 조립 위치에서 제거하는 것이 가능하게 조립된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICB 프레임의 사시도로서, 버스바가 조립되지 않은 상태의 type 1 ICB 프레임을 보여준다.

도 7을 참조하면, ICB 프레임(310)은 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 서로 마주보는 단방향 배터리 셀(본 실시예에서는 도 2의 단위 셀(200)) 사이에 구비될 수 있다. ICB 프레임(310)을 기준으로 양측으로 단방향 배터리 셀이 마주보며 놓이기 때문에 '중앙' ICB 프레임이라고 부를 수도 있다.

ICB 프레임(310)에는 셀 리드 안착부(A11 ~ A14)와 Hv 터미널 안착부(B11, B12)가 형성되어 있다. ICB 프레임(310)에는 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)도 형성되어 있다. 셀 리드 안착부(A11 ~ A14)와 Hv 터미널 안착부(B11, B12)는 ICB 프레임(310)에 형성된 단차이다.

이처럼, ICB 프레임(310)은 배터리 셀의 셀 리드가 놓일 수 있도록, 대략 배터리 셀의 셀 리드쪽 측변에 해당하는 정도의 길이(L)와 그보다는 좁은 너비(W)를 가진 대략 직사각형의 공간을 점유하는 판상 구조물이며, 배터리 셀의 셀 리드와 전기적 연결을 위한 다양한 모양의 버스바가 임의의 위치에 조립될 수 있도록 형성되어 있다.

ICB 프레임(310)의 길이(L) 방향 중심선을 기준으로 양측으로 단방향 배터리 셀이 마주보며 놓일 수 있도록, 셀 리드 안착부(A11 ~ A14)는 길이(L) 방향 제1 및 제2 측변(311a, 311b)을 따라 두 군데씩 양측으로 형성이 되어 있다. 이로써, 제1 측변(311a)을 따라 제1 셀 리드 안착부(A11)와 제3 셀 리드 안착부(A13)가 형성되고 제2 측변(311b)을 따라 제1 셀 리드 안착부(A11)와 마주보는 제2 셀 리드 안착부(A12), 제3 셀 리드 안착부(A13)와 마주보는 제4 셀 리드 안착부(A14)를 포함한다.

제1 측변(311a) 쪽에 형성된 일측 셀 리드 안착부(A11, A13)에는 예컨대 좌측 단위 셀의 셀 리드들이 놓이게 되고, 제2 측변(311b) 쪽에 형성된 타측 셀 리드 안착부(A12, A14)에는 그와 마주보도록 다른 단위 셀, 예컨대 우측 단위 셀의 셀 리드들이 놓이게 된다.

Hv 터미널 안착부(B11, B12)는 길이(L) 방향 측변(311a, 311b)에 수직인 너비(W) 방향 제3 및 제4 측변(311c, 311d) 쪽에 각각 형성이 되어 있다. 제1 Hv 터미널 안착부(B11)는 제3 측변(311c) 쪽에 형성되고 제2 Hv 터미널 안착부(B12)는 제4 측변(311d) 쪽에 형성된다.

버스바 삽입홀(C11, C12)은 너비(W) 방향 일측변에 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 Hv 터미널 안착부(B11)가 형성되어 있는 제3 측변(311c) 쪽에 형성이 될 수 있다. 제1 버스바 삽입홀(C11)은 제3 측변(311c)으로부터 제1 셀 리드 안착부(A11) 쪽으로 버스바를 삽입해 조립하기 위한 것이고, 제2 버스바 삽입홀(C12)은 제3 측변(311c)으로부터 제2 셀 리드 안착부(A12) 쪽으로 다른 버스바를 삽입해 조립하기 위한 것이다.

관통 버스바 삽입홀(C13)은 너비(W) 방향과 나란하게 ICB 프레임(310)을 관통하여 형성이 되어 있고, 예를 들어 제1 Hv 터미널 안착부(B11)보다는 제2 Hv 터미널 안착부(B12)에 가깝게 형성이 되어 있으며, 제3 및 제 4 셀 리드 안착부(A13, A14)에 동시에 놓이는 또 다른 버스바를 조립하기 위하여 마련되는 것이다.

도시한 ICB 프레임(310)은 그 상면에 버스바가 조립된다. 조립된 버스바 위에 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 놓이기 때문에 ICB 프레임(310)의 상면에서 단위 셀(200)의 셀 리드(112)와 전기적 연결이 이루어진다. 그리고 ICB 프레임(310) 상면에 제1 내지 제4 셀 리드 안착부(A11 ~ A14), 제1 및 제2 Hv 터미널 안착부(B11, B12)가 형성되기 때문에 ICB 프레임(310) 상면에는 돌출된 부분과 오목한 부분이 존재해 단차가 형성된다. 이에 비해 전기적 연결에 이용되지 않는 ICB 프레임(310)의 하면은 대체로 평평한 면을 이룰 수 있다. 이와 같은 ICB 프레임(310)은 플라스틱 사출물 등으로 제조될 수 있다. 그리고, ICB 프레임(310)의 두께(지면에서부터 높이 방향으로의 두께)는 단위 셀(200)의 두께(지면에서부터 높이 방향으로의 두께)와 비슷하게 설계할 수 있다. 단위 셀(200) 안에 포함되는 배터리 셀 개수 증가에 의해 단위 셀(200)이 두꺼워지면 그에 따라 ICB 프레임(310)도 두껍게 한다. 그러나 ICB 프레임(310)의 두께를 마냥 두껍게 하기 어려운 경우에는 ICB 프레임(310)에 추가로 두께 증가를 가져와 단위 셀(200)의 두께와 비슷하게 만들 수 있도록, ICB 프레임(310)에 덧댈 수 있는 별도의 구조물인 스페이서를 더 도입할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, ICB 프레임(310)은 여러 개의 단차와 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)이 형성되어 있다. 이러한 단차와 버스바 삽입홀은 ICB 프레임(310)에 놓이는 셀 리드 중 어느 하나의 셀 리드와 연결되는 버스바, 또는 서로 대향하여 놓이는 셀 리드끼리를 연결하는 버스바 등이 임의의 위치에 조립될 수 있도록 마련되는 것이다.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 다양한 ICB 조립체를 도시한다. 각 도에서 (a)는 ICB 프레임에 결합되는 버스바를 나타내고, (b)는 ICB 프레임의 (a)의 버스바가 조립된 상태를 나타낸다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 ICB 조립체(301, 302, 303)는 모두 도 7의 ICB 프레임(310)을 포함한다. ICB 조립체(301, 302, 303)는 인쇄 회로 기판이나 전압 센싱을 위한 와이어 부품을 더 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판이나 전압 센싱을 위한 와이어 부품이 이러한 ICB 조립체(301, 302, 303)에 더 연결될 수도 있다. ICB 조립체(301, 302, 303)는 ICB 프레임(310)에 여러 가지 모양의 버스바를 달리 조합하여 포함한다. 버스바는 ICB 프레임(310)에 조립되어 단위 셀(200)의 셀 리드(112)와 전기적 연결된다.

먼저 도 8의 ICB 조립체(301)는 도 6의 전기적 연결 관계에서 상단인 제4층에 사용하기 위한 것으로, ICB 프레임(310)에 버스바(321a, 321b, 321c)가 조립된 것이다.

버스바(321a)는 Hv 터미널 버스바로서, 제1 Hv 터미널 안착부(B11)에 놓이는 부분과 제2 셀 리드 안착부(A12)에 놓이는 부분을 포함하고 있다. 버스바(321a)에서 제2 셀 리드 안착부(A12)에 놓이는 부분을 ICB 프레임(310)의 제2 버스바 삽입홀(C12)에 끼워 밀어 넣으면, 도 8에 도시한 대로 버스바(321a)가 제1 Hv 터미널 안착부(B11)와 제2 셀 리드 안착부(A12)에 조립된다. 후속 공정에서 이 버스바(321a)에는 제4층 우측 단위 셀(200)의 음극 셀 리드(112)가 연결된다. 따라서, 버스바(321a)는 배터리 모듈(300) 상단의 Hv 음극(Hv-)을 형성한다.

버스바(321b)는 제1 셀 리드 안착부(A11)에 놓이는 부분을 포함하고 있는 연결용 버스바이다. 버스바(321b)를 ICB 프레임(310)의 제1 버스바 삽입홀(C11)에 끼워 밀어 넣으면 도 8에 도시한 대로 제1 셀 리드 안착부(A11)에 조립된다.

버스바(321c)는 관통 버스바로서, ICB 프레임(310)의 관통 버스바 삽입홀(C13)을 통해 삽입되어 제3 및 제4 셀 리드 안착부(A13, A14) 위에 동시에 놓이도록 조립된다. 후속 공정에서 버스바(321c)는 제3 셀 리드 안착부(A13) 위에 놓이는 단위 셀의 셀 리드와, 맞은편 제4 셀 리드 안착부(A14) 위에 놓이는 다른 단위 셀의 셀 리드에 동시 연결되므로, 마주보는 두 단위 셀 사이를 직렬연결할 수 있는 것이다. 따라서, 서로 마주보는 단위 셀을 평면상에서 직렬로 연결하는, 도 6의 "S11"을 실현하기 위한 구성이다. 이처럼 ICB 조립체(301)는 버스바(321c)를 통해 도 6의 전기적 연결 관계에서 배터리 모듈(300) 상단, 즉 제4층에 있는 두 단위 셀(200) 사이를 직렬연결(S11)하고, 버스바(321a)를 통해서는 배터리 모듈(300) 상단의 Hv 음극(Hv-)을 형성하게 되는 부품이다.

도 9의 ICB 조립체(302)는 ICB 프레임(310)에 버스바(322a, 322b, 322c)가 조립된 것이고, 도 7의 ICB 프레임(310)을 평면상으로 180도 회전하여 도시한 것이며, 도 6의 전기적 연결 관계에서 가운데 층들인 제3층 및 제2층에 사용하기 위한 부품이다.

버스바(322a)는 연결용 버스바로서, ICB 프레임(310)의 제1 버스바 삽입홀(C11)을 통해 삽입되어 제1 셀 리드 안착부(A11)에 조립이 된다. 버스바(322b)도 연결용 버스바로서, ICB 프레임(310)의 제2 버스바 삽입홀(C12)을 통해 삽입되어 제2 셀 리드 안착부(A12)에 조립이 된다.

도 9의 버스바(322c)는 도 8의 버스바(321c)와 동일한 것이다. 따라서, 버스바(322c)는 관통 버스바이고, ICB 프레임(310)의 관통 버스바 삽입홀(C13)을 통해 삽입되어 제3 및 제4 셀 리드 안착부(A13, A14) 위에 놓인다. 이로써, 서로 마주보는 단위 셀을 평면상에서 직렬로 연결하는, 도 6의 "S11"을 실현한다.

이러한 ICB 조립체(302)는 두 개가 필요하며, 그 중 하나는 버스바(322c)를 통해 도 6의 전기적 연결 관계에서 제3층에 있는 두 단위 셀 사이를 직렬연결(S11)하고, 다른 하나는 버스바(322c)를 통해 도 6의 전기적 연결 관계에서 제2층에 있는 두 단위 셀 사이를 직렬연결(S11)하는 데에 이용될 수 있다.

도 10의 ICB 조립체(303)는 ICB 프레임(310)에 버스바(323a, 323b, 323c)가 조립된 것이고, 도 7의 ICB 프레임(310)을 평면상으로 180도 회전하여 도시한 것이며, 도 6의 전기적 연결 관계에서 하단인 제1층에 사용하기 위한 부품이다.

버스바(323a)는 Hv 연장 버스바로서, 배터리 모듈(300)의 상단에 형성되는 Hv 양극(Hv+)에 연결하기 위한 것이다. 배터리 모듈(300)의 하단에서 상단으로 직렬연결하기 위한 구성으로서, 후속 공정에서 제1층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)는 이 버스바(323a)에 연결이 됨으로써, 도 6의 "S13” 을 구현할 수 있게 된다. 이러한 버스바(323a)는 ICB 프레임(310)에서 제2 Hv 터미널 안착부(B12)에 놓이는 부분과 제1 셀 리드 안착부(A11)에 놓이는 부분을 포함하고 있으며, 이에 따라 제2 Hv 터미널 안착부(B12)와 제1 셀 리드 안착부(A11)에 놓여 조립이 된다.

버스바(323b)는 연결용 버스바로서 ICB 프레임(310)의 제2 버스바 삽입홀(C12)을 통해 제2 셀 리드 안착부(A12)에 조립이 된다. 버스바(321a, 322a, 322b, 323b)는 모두 연결용 버스바로서 서로 동일한 모양을 가질 수 있다.

도 10의 버스바(323c)는 앞의 도 8 및 도 9에서 설명한 버스바(321c, 322c)와 동일한 것이다. 버스바(323c)는 ICB 프레임(310)의 관통 버스바 삽입홀(C13)을 통해 삽입되어 제3 및 제4 셀 리드 안착부(A13, A14) 위에 놓이도록 조립된다. 버스바(323c)는 버스바(321c, 322c)와 마찬가지로 제3 셀 리드 안착부(A13) 위에 놓이는 단위 셀의 셀 리드와, 맞은편 제4 셀 리드 안착부(A14) 위에 놓이는 다른 단위 셀의 셀 리드에 동시 연결되므로 마주보는 배터리 셀 사이를 직렬연결할 수 있는 것이다. 따라서, 서로 마주보는 단위 셀을 평면상에서 직렬로 연결하는, 도 6의 "S11"을 실현하는 구성이다. 이러한 ICB 조립체(303)는 버스바(323c)를 통해 도 6의 전기적 연결 관계에서 가장 아래층인 제1층, 즉 배터리 모듈(300) 하단에 있는 두 단위 셀(200) 사이를 직렬연결(S11)하고, 버스바(323a)를 통해 제1층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)를 배터리 모듈(300) 상단의 Hv 양극(Hv+)에 직렬연결(S13)할 수 있게 한다.

이처럼, 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c)는 버스바 프레임(310)에 형성된 단차와 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)을 통해 ICB 프레임(310)에 조립될 수 있는 여러 가지 모양의 버스바로 이루어진 군에서 단위 셀(200)간의 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한 버스바의 조합이다.

앞에서 설명한 바와 같이 ICB 프레임(310)에 다양한 종류의 버스바를 임의의 위치에 조립할 수 있는 여러 개의 단차와 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)을 형성해 두므로, 단차와 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)의 임의의 조합을 택하여 원하는 위치에 원하는 모양의 버스바를 조립할 수 있게 된다. 버스바는 ICB 프레임(310)에 형성한 단차와 버스바 삽입홀(C11 ~ C13)을 통해 ICB 프레임(310)에 조립될 수 있는 여러 가지 모양의 버스바로 이루어진 군으로 구비해 둘 수 있고, 그 중에서 원하는 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한 버스바, 특히 본 실시예에서는 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c)를 다양하게 조합하여 ICB 프레임(310)에 조립할 수 있는 것이다.

동일한 ICB 프레임(310)에 대하여, 버스바(321a, 321b, 321c)를 조합해서는 ICB 조립체(301)를 만들 수 있고, 버스바(322a, 322b, 322c)를 조합해서는 ICB 조립체(302)를 만들 수 있으며, 버스바(323a, 323b, 323c)를 조합해서는 ICB 조립체(303)를 만들 수 있는 예를 설명하였다. 이처럼, 하나의 ICB 프레임 모양을 정해두면 버스바만 바꿔 끼면서 이 ICB 프레임을 여러 가지 전기적 연결에 사용할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 ICB 조립체는 범용, 다목적, 다용도이다.

이러한 본 발명의 ICB 조립체에 따르면, 동일한 ICB 프레임에 여러 가지 모양의 버스바를 차등 적용하여 조립할 수 있다. 보다 자유로운 구성의 전기적 연결이 가능해지는 효과가 있다.

한편, 도 8 내지 도 10에 도시한 ICB 조립체(301, 302, 303)의 모양은 예시에 불과하고 본 발명의 ICB 조립체는 이들과는 다른 모양을 가질 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서는 3P8S의 배터리 모듈을 예로 들고 있다. 단위 셀(200)로서 이미 3P 구조를 갖는 것을 이용하여 병렬연결을 구현한 경우이므로, ICB 프레임(310)의 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c)는 단위 셀(200)의 직렬연결을 위한 것으로 예를 들었다. 물론, 배터리 모듈 내의 직렬/연결 구조에 따라 ICB 프레임의 모양, 여기에 조립되는 버스바 모양과 위치는 얼마든지 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.

ICB 조립체(301, 302, 303)는 서로 나란히 ICB 프레임(310)의 길이(L) 방향으로 연결될 수 있다. 즉, ICB 조립체(301, 302, 303)는 ICB 프레임(310)의 길이(L) 방향으로 다른 ICB 프레임(310)에 연결될 수 있다. 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, ICB 조립체(301) 옆에 다른 ICB 조립체(302)가 나란히 배열된 후에 이들 사이가 연결될 수 있다. 도 11에는 ICB 조립체(301)의 ICB 프레임(310) 제4 측변(311d) 옆에 ICB 조립체(302)의 ICB 프레임(310) 제4 측변(311d)이 오도록 배열된 상태가 도시되어 있다.

이 때, 도 12에 도시한 바와 같은 조인트 부재(315)를 이용할 수 있다. 조인트 부재(315)를 중심으로 두 ICB 프레임(310)이 회동할 수 있도록, 힌지 구조로 연결함이 바람직하다. 이를 위해, ICB 프레임(310)의 측면에 봉 형상 돌출부(312)를 형성하고, 길이(L) 방향을 따라 나열된 두 ICB 프레임(310)의 측면 사이에 조인트 부재(315)로 연결할 수 있다. 본 실시예에서 조인트 부재(315)는 대략 H자 모양이면서 단부 4곳에 홈(316)을 구비하고 있다. 이 홈(316)이 ICB 프레임(310)의 측면, 본 실시예에서는 제3 및 제4 측변(311c, 311d)에 형성된 돌출부(312)에 끼워질 수 있다.

도 13은 이 조인트 부재(315)를 이용해 ICB 조립체(301)의 ICB 프레임(310) 측면을 다른 ICB 조립체(302)의 ICB 프레임(310) 측면에 길이 방향을 따라 연결한 상태를 도시한다.

ICB 프레임(310)의 제3 및 제4 측변(311c, 311d)에 봉 형태의 돌출부(312)를 만들고, 조인트 부재(315)의 홈(316)을 이 봉에 끼워지는 C자 형으로 만들면, 홈(316)의 열린 부분을 ICB 프레임(310)의 돌출부(312)에 끼워 두 ICB 프레임(310) 사이를 연결할 수 있다. 그리고, 홈(316) 안에서 돌출부(312)가 돌아가거나 돌출부(312)를 돌아 홈(316)이 움직임으로써 두 ICB 프레임(310)은 조인트 부재(315)를 기점으로 회동할 수 있다.

본 실시예에서 조인트 부재(315)의 단부 2곳은 한 쪽의 ICB 프레임(310)의 두 돌출부(312)에 각각 끼워지고, 맞은편 단부 2곳은 다른 한 쪽의 ICB 프레임(310)의 두 돌출부(312)에 각각 끼워지도록 구성하여, 대략 H자 모양이 ICB 프레임(310)의 길이 방향을 따라 가로로 평면에 놓이도록 하는 예를 들었다. 힌지 연결 구조를 실현할 수 있는 것이라면 조인트 부재(315)와 돌출부(312) 구조가 도시된 예에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 상기와 같이 준비된 여러 가지 ICB 조립체(301, 302, 303)의 ICB 프레임(310)을 힌지 구조로 측면 연결하여 ICB 프레임(310)의 길이(L) 방향으로 나열하는 단계를 포함한다.

도 14는 도 12에 설명한 바와 같은 조인트 부재(315)를 이용해 ICB 조립체(301, 302, 303)의 ICB 프레임(310) 4개 사이를 길이(L) 방향으로 측면 연결해 나열한 상태를 도시한다.

가장 좌측에 있는 ICB 조립체(301)의 ICB 프레임(310)에 대해 그 옆의 ICB 조립체(302)의 ICB 프레임(310)은 평면상으로 180도 회전하여 연결된다. 그 ICB 조립체(302)의 ICB 프레임(310)에 대해 우측의 다른 ICB 조립체(302)의 ICB 프레임(310)은 평면상으로 180도 회전하여, ICB 조립체(301)의 ICB 프레임(310)과 같은 방향으로 연결된다. 여기에 대해 가장 우측에 있는 ICB 조립체(303)의 ICB 프레임(310)은 평면상으로 180도 회전하여 연결된다.

본 실시예에서는 3P8S의 배터리 모듈을 예로 들고 있다. ICB 프레임(310) 하나에 2개의 단위 셀(200)이 연결될 수 있으므로, 총 8개의 단위 셀을 연결하려면 ICB 프레임(310)이 4개 필요한 것임을 이해하여야 한다. 그리고, 배터리 모듈 안의 단위 셀 개수에 따라 필요한 ICB 프레임의 개수가 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 이상과 같이 측면 연결된 ICB 조립체를 이용해 단위 셀을 평면 나열하는 단계를 포함한다. 그리고, 나열된 단위 셀을 상면에서 일괄 용접하는 단계를 포함한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에서 단위 셀 안착 단계 및 용접 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 14에서 본 바와 같이 필요한 개수만큼의 ICB 조립체(301, 302, 303)를 나열하여 조인트 부재(315)로 서로의 ICB 프레임(310)을 측면 연결한 후에, 도 15를 참조하여, 도 2에서 설명한 것과 같은 단위 셀(200)의 셀 리드(112)를 ICB 프레임(310)의 셀 리드 안착부(A11 ~ A14)에 안착시킨다. 하나의 ICB 프레임(310)을 기준으로 좌우측 양측으로 단위 셀(200)을 놓는다. ICB 조립체(301, 302, 303)에서 ICB 프레임(310)의 각 셀 리드 안착부(A11 ~ A14)에는 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c)가 조립되어 있다. 단위 셀(200)의 셀 리드(112)는 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c) 위에 놓이게 된다.

이 때 ICB 프레임(310)을 기준으로 서로 마주보는 셀 리드(112)는 도 6과 같은 전기적 연결 관계를 구현하기 위한 것이므로 반대 극성이다. 만약 도 6과 같은 전기적 연결 관계와 다른 것을 구현한다면, 마주보는 셀 리드(112)는 서로 같은 극성일 수도 있고 그에 따라 ICB 프레임(310)에 결합되는 버스바 종류와 모양들은 달라질 수 있을 것이고 그에 따라 ICB 프레임(310)의 모양도 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

이해를 돕기 위하여 도 6의 전기적 연결 관계에서 제1층 내지 제4층에 해당하는 부분을 도 15에도 나타내었다. 전부 8개의 단위 셀(200)이 모두 평면 나열되어 각 단위 셀(200)의 셀 리드(112)가 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c) 위로 안착이 된 후, 상면에서 일괄 용접을 실시하여 각 단위 셀(200)의 셀 리드(112)와 그 아래에 놓인 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c) 사이를 연결한다. 이로써, ICB 조립체(301, 302, 303)와 단위 셀(200)이 연결된다. 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접을 이용할 수 있다. 전압 센싱을 위한 와이어 부품을 더 포함하는 경우, 이 과정에서 그 부품도 동시에 용접 가능하다.

도 15의 용접까지 실시하면 관통 버스바(321c, 322c, 323c)에 서로 연결되며 서로 마주보는 단위 셀(200)끼리는 전기적 연결이 되어 있지만, ICB 프레임(310)의 나열 방향을 따라 옆으로 나란히 놓인 다른 단위 셀(200)끼리는 전기적 연결이 아직 안되어 있다. 즉, 도 6에서 서로 마주보는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)끼리 평면상에서 직렬연결(S11)은 되어 있지만, 위 아래로 놓이는 단위 셀(200)의 셀 리드(112)끼리 상하 직렬연결(S12)되는 구성이 아직 실현되어 있지 않다.

이제, 나열된 ICB 프레임(310)을 힌지 부분인 조인트 부재(315)를 기점으로 지그재그로 접어올리면 단위 셀(200)이 병풍식 접철 구조로 적층된다. 예를 들어 도 16에 도시한 방법대로 접을 수 있다. 도 16은 본 발명의 배터리 모듈 제조 방법에서 병풍식 접철 방식으로 단위 셀을 적층하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하여 먼저 (a)와 같이 가운데 부분에서부터 안쪽으로 반으로 접는다. 즉 두 ICB 조립체(302) 사이의 조인트 부재(315)를 기점으로 도 15의 구조를 반으로 접는다. 이어서 도 16의 (b), (c) 순으로 진행해 완전히 포갠 후, (d)에서와 같이 가장 바깥쪽에 있는 단위 셀(200)을 바깥쪽으로 접어 내린다. 즉, ICB 조립체(301)와 ICB 조립체(302) 사이의 조인트 부재(315), 그리고 ICB 조립체(302)와 ICB 조립체(303) 사이의 조인트 부재(315)를 기점으로 접는다. 그러면 (e)와 같이 역 W자로 접혀지면서 적층이 되고, 최종적으로는 도 17과 같이 제1층 내지 제4층 총 4개층이 적층된 구조로 접을 수 있다. 도 17에는 도 6 전기적 연결 관계에서의 제4층이 상단에 놓이도록 도시하였다.

이와 같이 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 ICB 조립체의 버스바에 셀 리드가 용접된 단위 셀을 접어 적층하는 단계를 포함한다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에서 단위 셀의 직렬연결, 구체적으로 상하 직렬연결(S12)과 하단에서 상단으로 직렬연결(S13)을 완성하기 위해 추가로 필요한 별도의 추가 버스바를 결합하는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 18에서 (a)는 추가 버스바를 나타내고, (b)는 (a)의 추가 버스바가 결합된 상태를 나타낸다.

도 17과 같이 적층한 후, ICB 프레임(310)에서 측면(도시한 예에서는 좌측이고 ICB 프레임(310)에서는 제3 측변(311c) 쪽이다)으로 노출되어 있는 위 아래층 버스바(321b, 322b) 사이에 추가 버스바(330a)를 결합한다. 결합 방법은 덧대어 용접하는 방법이 될 수 있다. 이를 통해, 버스바(321b, 322b) 사이가 연결되면서 제4층 좌측 단위 셀(200)과 제3층 좌측 단위 셀(200) 사이가 상하 직렬연결(S12)된다.

그리고 그 아래에 마찬가지로 측면으로 노출되어 있는 위 아래층 버스바(322a, 323b) 사이에 추가 버스바(330b)를 결합한다. 버스바(322a, 323b) 사이가 연결되면서 제2층 좌측 단위 셀(200)과 제1층 좌측 단위 셀(200) 사이가 상하 직렬연결(S12)된다.

또한, 그 옆에 마찬가지로 측면으로 노출되어 있는 위 아래층 버스바(322a, 322b) 사이에 추가 버스바(330C)를 결합한다. 버스바(322a, 322b) 사이가 연결되면서 제3층 우측 단위 셀(200)과 제2층 우측 단위 셀(200) 사이가 상하 직렬연결(S12)된다.

이와 같이, 측면에서 추가 버스바(330a, 330b, 330c)를 덧대어 용접하는 등의 방법으로 결합시키면 상하 직렬연결(S12)이 모두 구현되며, 도 16의 구조에서 ICB 프레임(310)의 나열 방향을 따라 옆으로 나란히 놓인 다른 단위 셀(200)끼리, 그리고 도 17의 구조에서 적층되어 위 아래에 놓인 다른 단위 셀(200)끼리의 연결이 이루어지게 된다.

ICB 프레임(310)의 타측면(도시한 예에서는 우측이고 ICB 프레임(310)에서는 제4 측변(311d) 쪽이다)으로는 하단에 버스바(323a, 도면에서는 위치상 보이지는 않음)가 노출된다. 여기에는 추가 버스바(330d)를 결합한다. 그러면, 도 6의 "S13"가 구현이 된다.

추가 버스바(330a, 330b, 330c, 330d)의 모양과 개수는 직렬/병렬연결 구조에 따라 달라질 것이다. 본 실시예에서 도 18에 도시한 3개의 단순 직사각형 모양의 추가 버스바(330a, 330b, 330c)는 적층 상태에서 서로 위 아래 이웃한 층의 단위 셀(200)간을 연결하는 것이다. 추가 버스바(330a)는 제4층과 제3층의 단위 셀(200)간을 연결한다. 추가 버스바(330b)는 제2층과 제1층의 단위 셀(200)간을 연결한다. 추가 버스바(330c)는 제3층과 제2층의 단위 셀(200)간을 연결한다.

1개의 ㄱ자형 추가 버스바(330d)는 제1층에서부터 배터리 모듈(300)의 측면을 따라 제4층에 걸쳐지도록 형성이 되며, 추가 버스바(330d)의 일측은 ICB 조립체(303)의 버스바(323a)에 연결이 되어 제1층 우측 단위 셀(200)의 양극 셀 리드(112)와 연결이 되고, 추가 버스바(330d)의 타측은 제4층 ICB 조립체(301)의 Hv 터미널 안착부(B12)에 안착되어 Hv 양극(Hv-)을 형성하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 지면에서부터 높이 방향으로 적층된 단위 셀끼리의 상하 직렬연결(S12)을 위해 측면에서 추가 버스바 결합하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 추가 버스바 결합에 의해 도 18과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(300)이 완성된다. 이 배터리 모듈(300)은 도 6에 설명한 바와 같은 전기적 연결 관계를 가진 것이며, 셀 리드들의 극성을 따져 복잡하게 서로간을 연결할 필요없이, ICB 조립체(301, 302, 303)를 준비하고 여기에 단위 셀(200)을 배열한 후 일괄 용접하고 접어 적층하는 등 앞서 설명한 바와 같은 제조 방법을 통해 간단히 제조되는 것이다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 8개의 3P 뱅크 단위 셀(200) 8개가 모두 직렬연결되어, 3P8S 전기적 연결을 실현한 수평 적층 구조의 배터리 모듈을 매우 간단한 방법으로 제조할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 배터리 셀의 수평 적층 + 단방향 배터리 셀이 마주보는 구조의 배터리 모듈 제작시, 두 배터리 셀을 마주보도록 적층 후 셀 리드 간 용접, 그 위에 두 배터리 셀을 마주보도록 적층 후 셀 리드간 용접, 다시 그 위에 두 배터리 셀을 마주보도록 적층 후 셀 리드간 용접하는 종래의 방법처럼, 적층과 용접을 순차적으로 반복하지 않아도 되는 장점이 있다. 배터리 셀을 평면에 나열하여 상면에서 일괄 용접하는 단계, 접어서 적층하는 단계, 적층된 배터리 셀끼리 상하로 연결되도록 측면에서 추가 버스바 결합하는 단계들을 포함하여 간단히 배터리 모듈을 제조할 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 이러한 배터리 모듈 제조 방법을 수행하기 위한, 신규 구조의 ICB 조립체도 제안한다. 이러한 ICB 조립체는 동일한 모양의 ICB 프레임에 여러가지 모양의 버스바를 다양한 조합으로 끼워 사용할 수 있으며, 힌지 연결 구조를 통해 다른 ICB 조립체와 연결할 수 있는 것이어서 연결 부위를 기점으로 ICB 조립체를 접으면 ICB 조립체에 연결되어 있는 배터리 셀이 적층될 수 있게 하는 신규의 부품인 것이다. 즉, 본 발명의 ICB 조립체는 힌지 연결 구조로 접어서 적층할 수 있으며 다양한 전기적 연결 관계를 구현할 수 있도록 다양한 버스바를 바꿔 낄 수 있는 부품이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 설명한 옵션 1 구조는 도 18과 같은 배터리 모듈(300)로 구현이 되며, type 1 ICB 프레임에 Hv 터미널 버스바, 연결용 버스바, 관통 버스바, Hv 연장 버스바 등과 같은 여러 가지 다른 모양의 버스바를 끼운 3가지 종류의 ICB 조립체를 총 4개 마련하고, 그러한 ICB 조립체를 이용해 단위 셀을 평면에 나열하여 상면에서 버스바와 단위 셀의 셀 리드를 상면에서 일괄 용접, 접어서 적층, 그리고 적층된 단위 셀끼리의 상하 직렬연결을 위해 측면에서 추가 버스바 결합하는 방법으로 제조할 수 있다.

이러한 배터리 모듈(300)은 ICB 조립체(303)를 통해 수평 방향으로 서로 연결된 두 단위 셀(200), ICB 조립체(302)를 통해 수평 방향으로 서로 연결된 두 단위 셀(200), 그리고 ICB 조립체(301)를 통해 수평 방향으로 서로 연결된 단위 셀(200)이 지면에서부터 높이 방향으로 적층되어 있고, 배터리 모듈(300) 상단에 Hv 터미널[Hv 양극(Hv+)과 Hv 음극(Hv-)]이 형성되어 있다. ICB 조립체(301, 302, 303) 사이는 조인트 부재(315)로 연결되어 있으며, ICB 조립체(301, 302, 303) 측면에서는 단위 셀(200)의 상하 직렬연결을 위한 추가 버스바(330a, 330b, 330c)가 결합되어 있고, 하단에서 상단으로 직렬연결하기 위한 추가 버스바(330d)도 ICB 조립체(301, 302, 303)의 다른 측면에 결합되어 있다. 평면상에서 마주보는 두 단위 셀(200) 사이는 ICB 조립체(301, 302, 303)에 조립된 관통 버스바인 각 버스바(321c, 322c, 323c)를 통해 평면상에서 직렬연결되어 있으며, 지면에서부터 높이 방향으로 적층되어 있는 단위 셀(200) 사이는 추가 버스바(330a, 330b, 330c)를 통해 상하 직렬연결되어 있다. ICB 조립체(301, 302, 303)의 ICB 프레임(310)은 서로 동일한 모양이고 버스바(321a, 321b, 321c, 322a, 322b, 322c, 323a, 323b, 323c)만 바꿔 끼워 차등 적용한 여러 가지 종류의 ICB 조립체이다.

이처럼, 본 발명의 ICB 조립체를 이용하면 다수의 배터리 셀을 평면에 나열하여 일괄 용접하고 접어서 적층해 배터리 모듈을 제조할 수 있다. 특히 ICB 조립체는 다수의 배터리 셀을 전기적 연결하는 수많은 경우의 수 중 가장 간단한 연결 관계를 구현할 수 있게 한다. 이를 이용한 본 발명의 배터리 모듈 제조 방법에 따르면, 단방향 배터리 셀을 수평 적층하고 단방향 배터리 셀이 서로 마주보는 구조의 배터리 모듈 제조 단계가 매우 간단해진다.

본 발명의 배터리 모듈은 본 발명의 ICB 조립체를 포함함으로써 조립이 매우 용이하다. 그리고, 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위를 추가로 더 포함시키는 간단한 과정을 통해 직렬연결되는 배터리 셀 개수를 증가시킬 수 있어 배터리 모듈의 확장이 얼마든지 가능하다는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 배터리 모듈은 ICB 조립체를 가운데에 두고 서로 마주보면서 연결된 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위를 지면에서 높이 방향으로 여러 층 적층한 것이므로, 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위의 개수를 증가시키면 배터리 모듈의 확장이 가능하다.

본 발명에 따르면, 배터리 모듈을 구성하는 다수의 배터리 셀 사이의 무수히 많은 전기적 연결 관계의 경우의 수 중에서 가장 단순하며, 공법이 간단한 연결을 제공할 수 있다. 배터리 셀 적층을 위한 적층 가이드로 힌지 구조가 적용될 수 있으며, ICB 조립체 사이의 전기적 연결은 ICB 프레임 측면에 추가 버스바를 덧대어 용접하는 등 결합하여 달성할 수 있다.

한편 위 실시예에서는 제1층 내지 제4층 각각의 층에 대해 2개의 셀 뱅크 단위 셀(200)당 1개의 ICB 프레임을 적용하여 배터리 모듈(300)을 제조하는 실시예를 설명하였으나, 2개 층마다 ICB 프레임을 제공하여 ICB 프레임 하나에 4개의 단위 셀(200)이 놓이는 실시예도 가능하다. 그러면 단위 셀(200) 2개는 ICB 프레임의 상면에, 나머지 2개는 ICB 프레임의 하면에 놓인다. 이와 같이 4개의 단위 셀(200)을 연결하는 ICB 프레임을 type 2 ICB 프레임이라고 불러 앞의 type 1 ICB 프레임과 구별할 수 있다. 총 8개의 단위 셀(200)을 포함하는 배터리 모듈의 경우, 총 2개의 type2 ICB 프레임이 필요하다. 여기서도 ICB 프레임들은 길이 방향으로 나란히 연결될 수 있으며, 서로 연결되는 ICB 프레임의 모양은 모두 동일하다. 여기에, 각기 다른 모양의 버스바를 적용함으로써 다양한 전기적 연결 관계를 구현할 수 있다. 예를 들어, 어떤 ICB 프레임에는 ㄷ 버스바를 적용하고 다른 ICB 프레임에는 S 버스바를 적용하는 등, 동일한 모양의 ICB 프레임에 다른 모양의 다양한 버스바를 적용해 다양한 구성의 ICB 조립체를 만들고 이를 이용해 배터리 모듈을 제조할 수 있다.

ICB 프레임에 연결되는 단위 셀의 개수, 그리고 ICB 프레임의 상면과 하면 모두에 단위 셀을 연결함에 따라 이에 적합한 버스바, 즉 ICB 프레임의 상면과 하면에 조립될 수 있는 버스바를 포함해야 한다는 점, 그리고 구체적인 전기적 연결 관계 등을 제외하고는, 앞의 실시예에서 설명한 ICB 조립체, 배터리 모듈 제조 방법 및 배터리 모듈에 관한 모든 사항을 그대로 적용할 수 있다.

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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

112 : 셀 리드
200 : 단위 셀
300 : 배터리 모듈
301, 302, 303 : ICB 조립체
310 : ICB 프레임
311a : 제1 측변
311b : 제2 측변
311c : 제3 측변
311d : 제4 측변
312 : 돌출부
315 : 조인트 부재
316 : 홈
A11 : 제1 셀 리드 안착부
A12 : 제2 셀 리드 안착부
A13 : 제3 셀 리드 안착부
A14 : 제4 셀 리드 안착부
B11 : 제1 Hv 터미널 안착부
B12 : 제2 Hv 터미널 안착부
C11 : 제1 버스바 삽입홀
C12 : 제2 버스바 삽입홀
C13 : 관통 버스바 삽입홀
321a : Hv 터미널 버스바
321b, 322a, 322b, 323b : 연결용 버스바
321c, 322c : 관통 버스바
323a : Hv 연장 버스바
330a~330d : 추가 버스바

Claims

셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및
상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함하는 ICB 조립체.
제1항에 있어서, 상기 ICB 프레임은 여러 가지 모양의 버스바를 차등 적용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제1항에 있어서, 상기 ICB 프레임에는 상기 셀 리드 중 어느 하나의 셀 리드와 연결되는 버스바 및 상기 셀 리드 중 서로 대향하는 셀 리드끼리를 연결하는 버스바 중 적어도 어느 하나가 임의의 위치에 조립될 수 있도록 하는 여러 개의 단차와 버스바 삽입홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제3항에 있어서, 상기 버스바는 상기 단차와 버스바 삽입홀을 통해 상기 ICB 프레임에 조립될 수 있는 여러 가지 모양의 버스바로 이루어진 군에서 전기적 연결 관계를 고려하여 선택한 버스바의 조합인 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제1항에 있어서, 상기 ICB 프레임은 길이와 너비를 갖는 판상 구조물이고, 길이 방향 중심선을 기준으로 양측으로 상기 배터리 셀이 서로 마주보며 놓이도록 상기 배터리 셀의 셀 리드를 놓을 수 있는 셀 리드 안착부, Hv 터미널 안착부 및 버스바 삽입홀을 포함하는 것임을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제5항에 있어서, 상기 버스바는 상기 셀 리드 안착부에 탈착 가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제5항에 있어서, 상기 셀 리드 안착부는 상기 ICB 프레임의 길이 방향 제1 및 제2 측변을 따라 두 군데씩 양측으로 형성이 되어 있어, 제1 측변을 따라 제1 셀 리드 안착부와 제3 셀 리드 안착부가 형성되고 제2 측변을 따라 제1 셀 리드 안착부와 마주보는 제2 셀 리드 안착부, 제3 셀 리드 안착부와 마주보는 제4 셀 리드 안착부를 포함하고,
상기 Hv 터미널 안착부는 상기 제1 및 제2 측변에 수직인 너비 방향 제3 및 제4 측변 쪽에 각각 형성이 되어 있어, 제3 측변 쪽의 제1 Hv 터미널 안착부와 제4 측변 쪽의 제2 Hv 터미널 안착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제7항에 있어서, 상기 버스바 삽입홀은 상기 제3 측변으로부터 상기 제1 셀 리드 안착부 쪽으로 버스바를 삽입하도록 하는 제1 버스바 삽입홀과, 상기 제3 측변으로부터 상기 제2 셀 리드 안착부 쪽으로 다른 버스바를 삽입하도록 하는 제2 버스바 삽입홀과, 너비 방향과 나란하게 상기 ICB 프레임을 관통하여 형성되어 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부에 동시에 놓이는 또 다른 버스바를 삽입하도록 하는 관통 버스바 삽입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제8항에 있어서, 상기 버스바는 상기 제1 Hv 터미널 안착부에 놓이는 부분과 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 부분을 포함하는 Hv 터미널 버스바와,
상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제9항에 있어서, 상기 Hv 터미널 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되고, 상기 연결용 버스바는 상기 제1 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제8항에 있어서, 상기 버스바는 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 다른 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제11항에 있어서, 상기 연결용 버스바는 상기 제1 버스바 삽입홀에 끼워 조립되고, 상기 다른 연결용 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제8항에 있어서, 상기 버스바는 상기 제2 Hv 터미널 안착부에 놓이는 부분과 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓이는 부분을 포함하는 Hv 연장 버스바와, 상기 제2 셀 리드 안착부에 놓이는 연결용 버스바와, 상기 제3 및 제4 셀 리드 안착부 위에 동시에 놓이는 관통 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제13항에 있어서, 상기 Hv 연장 버스바는 상기 제2 Hv 터미널 안착부와 상기 제1 셀 리드 안착부에 놓여 조립되고, 상기 연결용 버스바는 상기 제2 버스바 삽입홀에 끼워 조립되며, 상기 관통 버스바는 상기 관통 버스바 삽입홀에 끼워 조립되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제1항에 있어서, 상기 ICB 조립체는 상기 ICB 프레임의 길이 방향으로 다른 ICB 프레임에 힌지 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제15항에 있어서, 상기 ICB 프레임의 측면에는 봉 형상 돌출부가 형성되어 있고, 길이 방향을 따라 나열된 두 ICB 프레임의 측면 사이에 상기 돌출부에 끼워지는 홈을 구비한 조인트 부재로 연결되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제1항에 있어서, 상기 ICB 프레임 하나에는 상기 배터리 셀이 2개 놓이는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
제17항에 있어서, 상기 버스바는 상기 ICB 프레임의 상면에 조립되는 것을 특징으로 하는 ICB 조립체.
(a) 셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함하는 ICB 조립체를 준비하되, 동일한 모양의 ICB 프레임에 버스바만 바꿔 끼워 차등 적용해 여러 가지 ICB 조립체를 준비하는 단계;
(b) 상기 ICB 조립체의 상기 ICB 프레임을 힌지 구조로 측면 연결하여 상기 ICB 프레임 길이 방향으로 나열하는 단계;
(c) 측면 연결된 ICB 프레임 길이 방향 좌우측에 상기 배터리 셀을 안착시켜 상기 배터리 셀이 서로 마주보도록 평면 상에 나열하되, 상기 버스바 위로 상기 셀 리드를 안착시켜 상기 배터리 셀을 평면 나열하는 단계;
(d) 나열된 배터리 셀에 대해 상면에서 상기 버스바와 셀 리드를 일괄 용접하여 상기 ICB 조립체와 상기 배터리 셀을 연결하는 단계;
(e) 나열된 상기 ICB 프레임을 상기 힌지 부분에서 접어서 상기 배터리 셀을 적층하는 단계; 및
(f) 상기 ICB 프레임에서 측면으로 노출되어 있는 버스바 사이에 추가 버스바를 결합하는 단계를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
셀 리드가 일측 단부에 형성되어 있는 단방향 배터리 셀이 서로의 셀 리드끼리 대향하면서 마주보게 놓이도록 ICB 조립체를 가운데에 두고 서로 마주보면서 연결된 배터리 셀 - ICB 조립체 - 배터리 셀의 단위가 지면에서 높이 방향으로 적층된 배터리 모듈이고,
각 ICB 조립체는 상기 셀 리드를 수용하는 ICB 프레임; 및 상기 ICB 프레임에 조립되어 상기 셀 리드와 전기적 연결되는 버스바를 포함하며, 적층된 ICB 조립체 사이는 조인트 부재로 연결되어 있고, 적층된 ICB 조립체 측면에서는 상기 배터리 셀의 상하 직렬연결을 위한 추가 버스바가 결합되어 있으며,
상기 각 ICB 조립체의 ICB 프레임은 서로 동일한 모양이고 버스바만 바꿔 끼워 차등 적용한 여러 가지 종류의 ICB 조립체인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제20항에 있어서, 상기 배터리 셀은 동일 극성의 셀 리드가 서로 접하면서 병렬연결되도록 적층되어 있는 뱅크 단위 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제20항에 있어서, 서로 마주보는 두 배터리 셀 사이는 상기 ICB 조립체에 조립된 버스바를 통해 평면상에서 직렬연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.