WO2023106751A1 - 방수 커넥터 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

방수 커넥터 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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이현종
김재상
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a connector, and more particularly, to a waterproof connector and a battery module including the same.
  • Types of secondary batteries that are currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • Such a unit secondary battery cell that is, a unit battery cell has an operating voltage of about 2.5V to 4.2V. Therefore, a battery pack is mounted in a device that requires a high output voltage and capacity, such as an electric vehicle.
  • the battery pack generally includes one or more battery modules in which a plurality of battery cells are connected in series/parallel.
  • the battery module or battery pack includes a sensing member for measuring voltage and temperature of a plurality of battery cells, a BMS (Battery Management System) capable of performing voltage balancing and temperature control functions, and voltage and temperature information from the sensing member. Includes cables and connectors for transmission to
  • the battery pack of an electric vehicle may be exposed to various environmental conditions, it is necessary to design various electrical components to cope with it.
  • the connector 1 spans the inside and outside of the module case, it may serve as a passage for moisture, so it is preferable to use a connector 1 having waterproof performance.
  • waterproof connector products there are not many waterproof connector products currently being developed.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to add a waterproof structure to the existing non-waterproof connector structure so that the existing non-waterproof connector can be used as a waterproof connector.
  • At least one connector terminal at least one connector terminal;
  • a connector housing having a connection part provided to connect other connectors on the front part and an opening part forming an open space so that the connector terminal is exposed on the rear part; a connector cable connected to one side of the connector terminal exposed through the opening; and a bag molding member as an injection molding material, which surrounds and seals the opening portion.
  • the bag molding member may be injection molded to fill the open space and cover a rear portion of the connector housing.
  • the connector cable may be configured to pass through the bag molding member and extend to the outside of the bag molding member.
  • the bag molding member may be made of a waterproof material.
  • the bag molding member may be provided on a rear surface of the connector housing by injection molding to surround one side of the connector cable.
  • the connector housing and the bag molding member may be a double injection molded product.
  • the electrical connection terminal may include a connector terminal made of a metal material, one of which is fixedly mounted in the connector housing and the other of which is exposed through the opening, and a connector cable connected to one side of the connector terminal.
  • the connector cable may pass through the bag molding member, and the bag molding member may be injection molded to a rear surface of the connector housing to surround one side of the connector cable.
  • a battery module including the aforementioned waterproof connector may be provided.
  • the existing non-waterproof connector can be used as a waterproof connector by adding a waterproof structure to the existing non-waterproof connector structure.
  • the existing non-waterproof connector is waterproof by adding a bag molding member to the non-waterproof connector as in the present invention. Connectors can be reused.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each implementation configuration, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a cross section of a non-waterproof connector according to the prior art applied to a battery module.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a battery module to which a waterproof connector according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating battery cells accommodated inside a module case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a rear portion of a waterproof connector before application of a bag molding member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a rear portion of a waterproof connector after application of a bag molding member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a cross section of a waterproof connector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a battery module to which a waterproof connector according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 3 is a view schematically showing battery cells accommodated inside a module case according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 10 includes a module case 100 and a waterproof connector 200 mounted on one side of the module case 100 .
  • the battery module 10 includes battery cells (BC), a sensing unit for sensing voltage and/or temperature of the battery cells (BC), and electrical connection of the battery cells (BC). It further includes bus bars and a cooling unit for
  • a pouch-type secondary battery having a thin plate-shaped body may be employed as the battery cell BC.
  • the pouch-type secondary battery includes a pouch exterior material, an electrode assembly and an electrolyte provided to be accommodated in the pouch exterior material.
  • the pouch-type exterior material may be composed of two sheets, and a concave inner space may be formed in at least one of them.
  • the electrode assembly may be accommodated in the inner space of the pouch. The circumferences of the two sheets are fused to each other, so that the inner space in which the electrode assembly is accommodated can be sealed.
  • An electrode lead (BL) may be attached to the electrode assembly, and the electrode lead (BL) may function as an electrode terminal of a pouch-type secondary battery by being interposed between a fused portion of the pouch exterior material and exposed to the outside of the pouch exterior material. .
  • these pouch-type secondary batteries may be collectively housed in the module case 100 while forming a stack structure in which each is erected vertically and stacked in a left-right direction.
  • a cylindrical secondary battery or a prismatic secondary battery whose exterior is made of a metal can be employed as the battery cell BC. That is, various battery cells (BC) known at the time of filing of the present invention may be employed in the battery module 10 of the present invention.
  • the module case 100 includes a main housing 110 , a front cover 120 and a rear cover 130 .
  • the main housing 110 may have a predetermined length (along the X-axis direction) and may be provided in a substantially rectangular tube shape with open front and rear ends in the longitudinal direction.
  • the main housing 110 may be formed of a metal material or a non-metal material having excellent mechanical rigidity to protect the cell assembly from external physical and chemical elements.
  • the main housing 110 parts covering the upper and lower portions of the cell stack made of the battery cells BC are called upper and lower plates, respectively, and cover both side surfaces of the cell stack. If the parts are referred to as the left side plate and the right side plate, the main housing 110 of this embodiment has a so-called mono frame shape in which the upper plate, lower plate, left side plate, and right side plate are all integrated. As an alternative to the mono frame type main housing 110, a main housing 110 combining a lower plate with a so-called U-shaped frame in which an upper plate, a left side plate, and a right side plate are integrated by welding or the like may be employed. there is.
  • main housing 110 Since the main housing 110 has a structure in which four sides are sealed, moisture and other foreign substances from the outside of the battery module 10 do not flow into the main housing 110 .
  • the front cover 120 and the rear cover 130 are structures coupled to the front and rear of the open main housing 110, respectively, and serve to shield the exposure of electrode leads BL and bus bars.
  • electrode leads BL are welded to bus bars (not shown) according to a predetermined pattern for electrical connection and then inserted into the main housing 110 .
  • electrode leads BL and a plurality of bus bars are positioned on the front and rear sides of the main housing 110 .
  • the front cover 120 and the rear cover 130 are coupled to the front and rear of the main housing 110, so that the electrode leads BL and the bus bars are shielded from being exposed to the outside.
  • a sensing component for sensing the state (voltage, temperature) of the battery cells (BC) is further provided inside the module case 100, and the sensing component is electrically connected to the waterproof connector 200. It can be configured to be connected to.
  • the waterproof connector 200 has one side of the module case 100 (in this embodiment, the front cover 120) such that a portion is located inside the module case 100 and the remaining portion is exposed to the outside of the module case 100. located at the top).
  • another connector ex: if the waterproof connector 200 of this embodiment is a female connector, the other connector means a male connector
  • the state information of the battery cells BC is stored in the module case ( 100) to the external control device.
  • the waterproof connector 200 has a waterproof structure that blocks moisture and other foreign substances from entering the module case 100 .
  • the configuration of the waterproof connector 200 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6 .
  • the waterproof connector 200 includes at least one connector terminal 210 , a connector housing 220 , a connector cable 230 and a bag molding member 240 .
  • the connector terminal 210 is a connection terminal for transmitting electrical signals and may be made of a metal material such as copper or aluminum.
  • the connector terminal 210 is inserted into the connector housing 220 so that one side faces the connection portion 221 of the connector housing 220 to be described later and the other side faces the opening portion 223 of the connector housing 220 and It can be configured to be fixed.
  • the connector terminal 210 includes a connection pin 211 provided on the side of the opening 223 and protruding from the body in a cantilever shape.
  • the connection pin 211 may be used to connect the connector cable 230 to the connector terminal 210 .
  • the connector terminal 210 and the connector cable 230 may be electrically connected by soldering one end 231 of the connector cable 230 having the sheath removed to the connection pin 211 of the connector terminal 210.
  • the waterproof connector 200 of this embodiment is configured such that five connector terminals 210 are connected to five connector cables 230.
  • the five connector cables 230 may extend to a circuit board (sensing component) at a specific location inside the module case 100 .
  • the connector housing 220 includes a connection portion 221 to which another connector can be connected to the front portion 220F, an opening portion 223 forming an open space to expose the connector terminal 210 to the rear portion 220R, and the connector housing 220.
  • a mounting plate portion 225 protrudes from an outer surface in a direction crossing the connection portion 221 .
  • the mounting plate part 225 has fastening holes (H) for fastening bolts at the end and is used to fix the waterproof connector 200 to one side of the module case 100.
  • the connector housing 220 may be manufactured by an injection molding method, and may be preferably made of high-hardness plastic.
  • connection part 221 is configured to be able to insert a part of another connector in a plug-in structure, for example, when assembling the waterproof connector 200 to the module case 100, the module case 100 as shown in FIG. can be exposed to the outside of
  • the rear part 220R of the waterproof connector 200 is inserted from the outside to the inside of the module case 100 through the connector installation hole provided in the front cover 120, and the mounting plate part 225 is the front cover ( 120 is caught on the outer surface and insertion is restricted so that the connection portion 221 is exposed to the outside of the front cover 120 .
  • Bolts are inserted into each fastening hole H of the mounting plate part 225 and fastened to the front cover 120 to fix the mounting plate part 225 .
  • the opening 223 of the connector housing 220 is formed to facilitate assembly of the connector terminals 210 and soldering or welding of the connector terminals 210 and the connector cable 230. This refers to a portion where the rear portion 220R of the connector housing 220 is opened by the width of the arrangement of the terminals 210 .
  • the connector housing 220 has a structure in which the open portion 223 and the above-described connection portion 221 communicate, so that moisture or foreign matter enters the connection portion 221 and passes through the opening portion 223 to the module case 100. ), but to prevent this, the waterproof connector 200 of the present invention, as shown in FIG. 5, has a structure in which the opening 223 is completely wrapped with a bag molding member 240 and is sealed.
  • the bag molding member 240 may be provided on the rear portion 220R of the connector housing 220 by injection molding.
  • the connector housing 220 is put into a mold (a mold for the bag molding member 240) and insert injection molding is performed to attach the bag to the rear part 220R of the connector housing 220.
  • the molding member 240 may be integrated.
  • the resin for forming the bag molding member 240 has excellent waterproof performance, and for example, polyurethane resin or silicone resin may be used.
  • the bag molding member 240 according to an embodiment of the present invention completely fills the open space formed in the open portion 223 of the connector housing 220 and covers the rear portion 220R of the connector housing 220.
  • the connector housing 220 may be integrated with the connector housing 220, and the connector cable 230 may pass through the bag molding member 240 and extend to the outside of the bag molding member 240.
  • the bag molding member 240 means that not only the outer surface shown in FIG. 5 but also the inside covering the rear part 220R of the connector housing 220 is completely filled with resin.
  • the inside of the bag molding member 240 covering the rear part 220R of the connector housing 220 is also completely filled with resin, but as an alternative to this embodiment, the hollow cover
  • the bag molding member 240 may be formed in a form.
  • the bag molding member 240 is configured to tightly surround one side of the connector cable 230 , airtightness of a portion through which the connector cable 230 passes may be secured.
  • the polyurethane resin or silicone resin completely surrounds one side of the connector cable 230 and is cured, so that the connector
  • the circumference of one side of the cable 230 and the bag molding member 240 are fixed to each other.
  • the circumference of one side of the connector cable 230 refers to a circumference from one end of the (coated) connector cable 230 to a point where it is drawn out of the bag molding member 240. Therefore, there is no problem with the structure in which the connector cable 230 extends outwardly through the bag molding member 240 or the waterproof performance, and one side of the connector cable 230 is fixed to the bag molding member 240, for example, even against strong impact.
  • the (soldered) connection between the connector cable 230 and the connector terminal 210 is not broken.
  • the connector terminals 210 may not be corroded by moisture.
  • a method of manufacturing a waterproof connector 200 includes preparing a connector housing 220 having a connection portion 221 on the front portion 220F and an opening portion 223 on the rear portion 220R; assembling electrical connection terminals to the connector housing 220; and injection-molding a bag molding member 240 on the rear portion 220R of the connector housing 220 to seal the opening portion 223 .
  • the connector housing 220 may be manufactured by injection molding, or an existing connector housing 220 having no waterproof function may be used as it is.
  • the electrical connection terminal is a connector terminal 210 of a metal material, some of which is fixedly mounted in the connector housing 220 and the other part exposed through the opening 223, and one side of the connector terminal 210. It includes a connected connector cable 230.
  • the electrical connection terminal may mean the aforementioned connector terminal 210 and the connector cable 230.
  • the connector terminal 210 is assembled to the open part 223 of the connector housing 220, and then the coating of one end of the connector cable 230 is peeled off and the It is connected by soldering to the connection pin 211 of the connector terminal 210.
  • the connector housing 220 is placed in a mold (a mold for the bag molding member 240) while the connector cables 230 are connected, and polyurethane resin or silicone resin is injected to the rear portion 220R of the connector housing 220. ), the bag molding member 240 is injection molded.
  • the existing non-waterproof connector can be used as a waterproof connector by adding a waterproof structure to the existing non-waterproof connector structure.
  • the existing non-waterproof connector is waterproof by adding a bag molding member to the non-waterproof connector as in the present invention. Connectors can be reused.

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Abstract

본 발명에 따른 방수 커넥터는 적어도 하나의 커넥터 단자; 전면부에 다른 커넥터를 접속할 수 있게 마련된 접속부와, 후면부에 상기 커넥터 단자가 노출되도록 개방 공간을 형성하는 개방부를 구비한 커넥터 하우징; 상기 개방부를 통해 노출된 상기 커넥터 단자의 일측에 연결되는 커넥터 케이블; 및 사출물로서, 상기 개방부를 감싸서 밀폐시키는 백 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방수 커넥터 및 이를 포함하는 배터리 모듈
본 발명은 커넥터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 방수 커넥터와 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 09일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0176160호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀은 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 전기 자동차와 같이 높은 출력 전압과 용량이 요구되는 기기에는 배터리 팩을 탑재한다.
상기 배터리 팩은 일반적으로 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결한 하나 이상의 배터리 모듈을 포함한다. 또한, 배터리 모듈 내지 배터리 팩은 복수 개의 배터리 셀들의 전압 및 온도 측정을 위한 센싱 부재, 전압 밸런싱 및 온도 제어 기능을 담당할 수 있는 BMS(Battery Management System), 상기 센싱 부재로부터 전압 및 온도 정보를 BMS에 전송하기 위한 케이블과 커넥터 등을 포함한다.
한편, 전기 자동차의 배터리 팩은 다양한 환경 조건에 노출될 수 있기 때문에 그에 대응할 수 있도록 각종 전장 부품을 설계할 필요가 있다. 일 예로서, 눈 또는 비가 오거나 매우 습한 환경 조건에서도 배터리 모듈이 이상 없이 작동할 수 있도록 일정 등급 이상의 방수 성능을 갖는 전장 부품들로 배터리 모듈을 구성하는 것이 바람직하다.
특히, 배터리 모듈에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이, 커넥터(1)는 모듈 케이스의 내외부에 걸쳐 있기 때문에 수분의 유입 통로가 될 수 있음으로 방수 성능이 있는 것을 사용하는 것이 좋다. 그러나 현재 개발되어 있는 방수 커넥터 제품이 많지 않은 상황이다. 또한, 기존의 배터리 모듈에서 비 방수 커넥터를 새로운 방수 커넥터로 교체하려 해도 기존의 비 방수 커넥터와 새로운 방수 커넥터의 구조적 차이 때문에 기존의 비 방수 커넥터 자리에 새로운 방수 커넥터를 설치하기 쉽지 않다. 이에 기존의 비 방수 커넥터에 방수 성능을 추가하여 사용할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존의 비 방수 커넥터 구조에 방수 구조를 추가하여 기존의 비 방수 커넥터를 방수 커넥터로 사용할 수 있도록 하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 커넥터 단자; 전면부에 다른 커넥터를 접속할 수 있게 마련된 접속부와, 후면부에 상기 커넥터 단자가 노출되도록 개방 공간을 형성하는 개방부를 구비한 커넥터 하우징; 상기 개방부를 통해 노출된 상기 커넥터 단자의 일측에 연결되는 커넥터 케이블; 및 사출물로서, 상기 개방부를 감싸서 밀폐시키는 백 몰딩 부재를 포함하는 방수 커넥터가 제공될 수 있다.
상기 백 몰딩 부재는 상기 개방 공간을 메꾸고 상기 커넥터 하우징의 후면부를 커버하도록 사출 성형된 것일 수 있다.
상기 커넥터 케이블은 상기 백 몰딩 부재를 통과하여 상기 백 몰딩 부재의 외측으로 연장되도록 구성될 수 있다.
상기 백 몰딩 부재는 방수 재질로 구성될 수 있다.
상기 백 몰딩 부재는 상기 커넥터 하우징의 후면부에 사출 성형에 의해 구비되어 상기 커넥터 케이블의 일측 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 커넥터 하우징과 상기 백 몰딩 부재는 이중 사출물일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전면부에 접속부, 후면부에 개방부를 구비한 커넥터 하우징을 준비하는 단계; 상기 커넥터 하우징에 전기적 연결 단자를 조립하는 단계; 및 상기 개방부가 밀폐되도록 상기 커넥터 하우징의 후면부에 백 몰딩 부재를 사출 성형하는 단계를 포함하는 방수 커넥터 제작방법이 제공될 수 있다.
상기 전기적 연결 단자는, 일부는 상기 커넥터 하우징 속에 고정되게 장착되고 나머지 일부는 상기 개방부를 통해 노출되는 금속 소재의 커넥터 단자;와 상기 커넥터 단자의 일측에 연결된 커넥터 케이블을 포함할 수 있다.
상기 커넥터 케이블은 상기 백 몰딩 부재를 통과하고, 상기 백 몰딩 부재는 상기 커넥터 케이블의 일측 둘레를 감싸도록 상기 커넥터 하우징의 후면부에 사출 성형될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 방수 커넥터를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기존의 비 방수 커넥터 구조에 방수 구조를 추가하여 기존의 비 방수 커넥터를 방수 커넥터로 사용할 수 있다.
예컨대, 기존의 비 방수 커넥터를 적용한 배터리 모듈에 상기 비 방수 커넥터를 방수 기능이 있는 커넥터로 교체하고자 할 때, 본 발명과 같이 상기 비 방수 커넥터에 백 몰딩 부재를 추가함으로써 기존의 비 방수 커넥터를 방수 커넥터로 재사용할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 배터리 모듈에 적용된 종래 기술에 따른 비 방수 커넥터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방수 커넥터를 적용한 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 모듈 케이스의 내부에 수납된 배터리 셀들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백 몰딩 부재 적용 전의 방수 커넥터의 후면부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백 몰딩 부재 적용 후의 방수 커넥터의 후면부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수 커넥터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방수 커넥터를 적용한 배터리 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 모듈 케이스의 내부에 수납된 배터리 셀들을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 모듈 케이스(100)와 상기 모듈 케이스(100)의 일측에 장착된 방수 커넥터(200)를 포함한다. 이 밖에도 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 상기 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(BC)들, 상기 배터리 셀(BC)들의 전압 및/또는 온도 감지를 위한 센싱 유닛, 상기 배터리 셀(BC)들의 전기적 연결을 위한 버스바들 및 냉각 유닛 등을 더 포함한다.
예컨대, 상기 배터리 셀(BC)로는 얇은 판상의 몸체를 갖는 것으로서, 파우치형 이차전지가 채용될 수 있다. 상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재, 상기 파우치 외장재에 수납 가능하게 마련된 전극 조립체와 전해질을 포함한다. 예컨대, 파우치형 외장재는, 2개의 시트로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 2개의 시트 둘레는 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 상기 전극 조립체에 전극 리드(BL)가 부착될 수 있고, 상기 전극 리드(BL)는 파우치 외장재의 융착부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 파우치형 이차전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 이러한 파우치형 이차전지들은, 도 3과 같이, 각각 상하 방향으로 세워지고 좌우 방향으로 적층된 스택 구조를 이루며 상기 모듈 케이스(100) 속에 집약적으로 수납될 수 있다.
물론, 본 실시예와 달리, 외장재가 금속 캔으로 이루어진 원통형 이차전지나 각형 이차전지가 배터리 셀(BC)로 채용될 수도 있다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(BC)이 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(100)는 메인 하우징(110), 전방 커버(120) 및 후방 커버(130)를 포함한다.
상기 메인 하우징(110)은 (X축 방향을 따라) 소정의 길이를 가지며 길이 방향에 따른 전방과 후방이 오픈된 대략 직육면 각 관 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 상기 메인 하우징(110)은 외부의 물리적, 화학적 요소들로부터 셀 어셈블리를 보호할 수 있게 기구적 강성이 우수한 금속 재질 또는 비금속 재질로 형성될 수 있다.
참고로, 메인 하우징(110)에 있어서, 상기 배터리 셀(BC)들로 이루어진 셀 적층체의 상부와 하부를 각각 커버하는 파트를 상부 플레이트와 하부 플레이트라고 하고 상기 셀 적층체의 양쪽 측면부를 커버하는 부분들을 좌측 사이드 플레이트와 우측 사이드 플레이트라고 하면, 본 실시예의 메인 하우징(110)은 상기 상부 플레이트, 하부 플레이트, 좌측 사이드 플레이트, 우측 사이드 플레이트가 모두 일체화된 소위 모노 프레임 형태이다. 상기 모노 프레임 형태의 메인 하우징(110)의 대안으로, 상부 플레이트와 좌측 사이드 플레이트 및 우측 사이드 플레이트들을 일체화한 소위 U 형 프레임에 하부 플레이트를 용접 등의 방식으로 결합한 메인 하우징(110)이 채용될 수도 있다.
이러한 메인 하우징(110)은 4면이 밀폐된 구조로 이루어져 있어, 배터리 모듈(10)의 외부에서 수분 기타 이물질 등이 상기 메인 하우징(110) 속으로 유입되지 않는다.
전방 커버(120)와 후방 커버(130)는 오픈되어 있는 상기 메인 하우징(110)의 전방과 후방에 각각 결합되는 구조물로서 전극 리드(BL)들과 버스바들의 노출을 차폐하는 역할을 한다. 파우치형 이차전지들은 전기적 연결을 위해 전극 리드(BL)들이 미리 정해진 패턴대로 버스바(미도시)들에 용접되고 상기 메인 하우징(110) 속에 삽입된다. 이때 전극 리드(BL)들과 다수의 버스바들이 상기 메인 하우징(110)의 전방과 후방 쪽에 위치하게 된다. 이후 상기 전방 커버(120)와 상기 후방 커버(130)가 상기 메인 하우징(110)의 전방과 후방을 각각 결합됨으로써 상기 전극 리드(BL)들과 버스바들이 외부에 노출되지 않게 차폐된다.
도면의 편의상 도시하지 않았으나, 상기 배터리 셀(BC)들의 상태(전압,온도)를 센싱하기 위한 센싱 부품이 상기 모듈 케이스(100) 내부에 더 구비되고, 상기 센싱 부품은 방수 커넥터(200)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 방수 커넥터(200)는 일부가 모듈 케이스(100) 내부에 위치하고 나머지 일부는 상기 모듈 케이스(100)의 외부로 노출되게 상기 모듈 케이스(100)의 일측(본 실시예에서는 전방 커버(120)의 상단에 위치함)에 설치된다. 이러한 방수 커넥터(200)에 다른 커넥터(ex: 본 실시예의 방수 커넥터(200)가 암 커넥터이면, 다른 커넥터는 수 커넥터를 의미함)를 접속하여 상기 배터리 셀(BC)들의 상태 정보를 모듈 케이스(100)의 외부에 있는 제어 장치에 전송한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방수 커넥터(200)는 수분 기타 이물질 등이 상기 모듈 케이스(100) 내부로 유입되지 않도록 차단하는 방수 구조를 갖는다. 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 이러한 방수 커넥터(200)의 구성에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 방수 커넥터(200)는 적어도 하나의 커넥터 단자(210), 커넥터 하우징(220), 커넥터 케이블(230) 및 백 몰딩 부재(240)를 포함한다.
상기 커넥터 단자(210)는 전기적 신호를 전송하기 위한 접속 단자로서 구리나 알루미늄 등과 같은 금속 소재로 마련될 수 있다.
상기 커넥터 단자(210)는 일측은 후술할 커넥터 하우징(220)의 접속부(221)를 향하고 타측은 커넥터 하우징(220)의 개방부(223)를 향하도록 상기 커넥터 하우징(220)의 내부에 삽입 및 고정되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 커넥터 단자(210)는, 도 4와 같이, 개방부(223) 쪽에 구비되고 몸체에서 외팔보 형태로 돌출 형성된 연결핀(211)을 포함한다. 상기 연결핀(211)은 커넥터 케이블(230)을 커넥터 단자(210)에 연결하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 커넥터 단자(210)의 연결핀(211)에 피복을 벗겨낸 커넥터 케이블(230)의 일단부(231)를 납땜하여 상기 커넥터 단자(210)와 상기 커넥터 케이블(230)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이 같은 구조로 본 실시예의 방수 커넥터(200)는, 5개의 커넥터 단자(210)들이 5개의 커넥터 케이블(230)들에 연결되도록 구성된다. 상기 5개의 커넥터 케이블(230)들은 모듈 케이스(100) 내부의 특정 위치에 있는 회로기판(센싱 부품)까지 연장될 수 있다.
커넥터 하우징(220)은 전면부(220F)에 다른 커넥터를 접속할 수 있는 접속부(221)와, 후면부(220R)에 상기 커넥터 단자(210)가 노출되도록 개방 공간을 형성하는 개방부(223) 및 상기 접속부(221)에 교차하는 방향으로 외측면에서 돌출 형성된 마운팅 플레이트부(225)를 포함한다.
상기 마운팅 플레이트부(225)는 끝단에 볼트 체결을 위한 체결홀(H)들을 구비하고 모듈 케이스(100)의 일측에 방수 커넥터(200)를 고정하는데 사용된다.
상기 커넥터 하우징(220)은 사출 성형 방식에 의해 제작될 수 있으며, 바람직하게는 높은 경도의 플라스틱으로 마련될 수 있다.
상기 접속부(221)는 예컨대 플러그-인 구조로 다른 커넥터의 일부분을 삽입할 수 있게 구성되고, 예컨대 모듈 케이스(100)에 방수 커넥터(200)를 조립한 때, 도 2와 같이 모듈 케이스(100)의 외측에 노출될 수 있다.
부연하면, 방수 커넥터(200)는 그 후면부(220R)가 전방 커버(120)에 마련된 커넥터 설치구를 통해 모듈 케이스(100)의 바깥쪽에서 안쪽으로 삽입되고 마운팅 플레이트부(225)는 상기 전방 커버(120)의 바깥면에 걸려 삽입이 제한되어 접속부(221)는 전방 커버(120)의 외측에 노출된다. 상기 마운팅 플레이트부(225)의 체결홀(H)들 마다 볼트를 끼워 넣고 상기 전방 커버(120)에 체결하여 상기 마운팅 플레이트부(225)를 고정한다. 이 같은 구성에 의해 방수 커넥터(200)는 모듈 케이스(100)의 외벽에 안정적으로 고정되고, 상기 방수 커넥터(200)의 전면부(220F)는 모듈 케이스(100)의 외부에 배치되고 상기 방수 커넥터(200)의 후면부(220R)는 모듈 케이스(100)의 내부 배치될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 커넥터 하우징(220)의 개방부(223)는 커넥터 단자(210)들의 조립과 커넥터 단자(210)들과 커넥터 케이블(230)들의 납땜 내지 용접을 수월하게 하기 위해, 커넥터 단자(210)들의 배열 폭만큼 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)를 개방시킨 부분을 의미한다.
한편, 커넥터 하우징(220)은 상기 개방부(223)와 전술한 접속부(221)가 연통된 구조로 이루어져 있어 수분이나 이물질이 접속부(221)로 들어와 상기 개방부(223)를 통해 모듈 케이스(100) 내부로 유입될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 본 발명의 방수 커넥터(200)는, 도 5와 같이, 상기 개방부(223)가 백 몰딩 부재(240)로 완전히 감싸여져 밀폐된 구조를 갖는다.
상기 백 몰딩 부재(240)는 사출 성형에 의해 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)에 구비될 수 있다.
예컨대, 커넥터 케이블(230)들이 연결된 상태로 커넥터 하우징(220)을 금형(백 몰딩 부재(240)용 금형)에 넣고 인서트 사출 성형하는 방식으로 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)에 상기 백 몰딩 부재(240)를 일체화할 수 있다. 상기 백 몰딩 부재(240)를 형성하기 위한 수지로는 방수 성능이 우수한 것으로서, 예컨대 폴리 우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백 몰딩 부재(240)는 커넥터 하우징(220)의 개방부(223)에 형성된 개방 공간을 빈틈없이 메꾸고 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)를 커버한 형태로 상기 커넥터 하우징(220)과 일체화되며, 상기 커넥터 케이블(230)은 상기 백 몰딩 부재(240)를 통과하여 상기 백 몰딩 부재(240)의 외측으로 연장된 형태로 구성될 수 있다.
여기서 상기 백 몰딩 부재(240)는 도 5에 도시한 그 겉면뿐만 아니라 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)를 덮고 있는 그 내부도 수지로 완전히 채워진 것을 의미한다. 참고로 본 실시예는 방수 성능을 극대화하기 위해 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)를 덮고 있는 백 몰딩 부재(240)의 내부도 수지로 완전히 채워지도록 구성한 것이나, 본 실시예의 대안으로 속이 빈 커버 형태로 백 몰딩 부재(240)를 구성할 수도 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 백 몰딩 부재(240)는 상기 커넥터 케이블(230)의 일측 둘레를 빈틈없이 감싸도록 구성됨으로 커넥터 케이블(230)이 통과하는 부위의 기밀성도 확보될 수 있다.
즉, 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)에 백 몰딩 부재(240)를 사출 성형할 때, 폴리 우레탄 수지 또는 실리콘 수지가 상기 커넥터 케이블(230)의 일측 둘레를 완전히 감싸고 경화되기 때문에 상기 커넥터 케이블(230)의 일측 둘레와 상기 백 몰딩 부재(240)가 상호 고착된 상태가 된다. 여기서, 상기 커넥터 케이블(230)의 일측 둘레는 (피복이 벗겨진) 커넥터 케이블(230)의 일단에서 상기 백 몰딩 부재(240)의 외측으로 인출되는 지점까지의 둘레를 의미한다. 따라서 커넥터 케이블(230)이 백 몰딩 부재(240)를 통과하여 외측으로 연장된 구조이나 방수 성능에 문제가 없고 커넥터 케이블(230)의 일측이 백 몰딩 부재(240)에 고착되어 있어 예컨대 강한 충격에도 커넥터 케이블(230)과 커넥터 단자(210) 간의 (납땜된) 연결 부위가 끊어지지 않는다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 수분이 커넥터 하우징(220)의 내부로 들어오더라도 상기 백 몰딩 부재(240)에 막혀 모듈 케이스(100)의 안쪽으로 흘러가지 않는다. 또한, 사출 성형시 수지가 커넥터 단자(210)들 사이 공간에 채워짐으로써 커넥터 단자(210)들이 수분에 의해 부식되지 않을 수 있다.
이어서, 위와 같은 방수 커넥터(200)의 제작방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방수 커넥터(200) 제작방법은 전면부(220F)에 접속부(221), 후면부(220R)에 개방부(223)를 구비한 커넥터 하우징(220)을 준비하는 단계; 상기 커넥터 하우징(220)에 전기적 연결 단자를 조립하는 단계; 및 상기 개방부(223)가 밀폐되도록 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)에 백 몰딩 부재(240)를 사출 성형하는 단계를 포함한다.
상기 커넥터 하우징(220) 준비 단계의 경우, 사출 성형으로 상기 커넥터 하우징(220)을 제작해도 좋고, 방수 기능이 없는 기존에 이미 존재하는 커넥터 하우징(220)을 그대로 사용해도 좋다.
상기 전기적 연결 단자는, 일부는 상기 커넥터 하우징(220) 속에 고정되게 장착되고 나머지 일부는 상기 개방부(223)를 통해 노출되는 금속 소재의 커넥터 단자(210)와 상기 커넥터 단자(210)의 일측에 연결된 커넥터 케이블(230)을 포함한다.
즉, 상기 전기적 연결단자는 전술한 커넥터 단자(210)와 커넥터 케이블(230)을 의미할 수 있다. 상기 백 몰딩 부재(240)를 사출 성형하기 전에 상기 커넥터 하우징(220)의 개방부(223)에 상기 커넥터 단자(210)를 조립하고, 그 다음 커넥터 케이블(230)의 일단의 피복을 벗겨내고 상기 커넥터 단자(210)의 연결핀(211)에 납땜하여 연결한다.
그 후, 커넥터 케이블(230)들이 연결된 상태로 커넥터 하우징(220)을 금형(백 몰딩 부재(240)용 금형)에 넣고 폴리 우레탄 수지 또는 실리콘 수지를 주입하여 상기 커넥터 하우징(220)의 후면부(220R)에 상기 백 몰딩 부재(240)를 사출 성형한다.
이상과 같은 방수 커넥터 제작방법에 의하면, 특히 기존의 비 방수 커넥터 구조에 방수 구조를 추가하여 기존의 비 방수 커넥터를 방수 커넥터로 사용할 수 있다. 예컨대, 기존의 비 방수 커넥터를 적용한 배터리 모듈에 상기 비 방수 커넥터를 방수 기능이 있는 커넥터로 교체하고자 할 때, 본 발명과 같이 상기 비 방수 커넥터에 백 몰딩 부재를 추가함으로써 기존의 비 방수 커넥터를 방수 커넥터로 재사용할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 커넥터 단자;
    전면부에 다른 커넥터를 접속할 수 있게 마련된 접속부와, 후면부에 상기 커넥터 단자가 노출되도록 개방 공간을 형성하는 개방부를 구비한 커넥터 하우징;
    상기 개방부를 통해 노출된 상기 커넥터 단자의 일측에 연결되는 커넥터 케이블; 및
    사출물로서, 상기 개방부를 감싸서 밀폐시키는 백 몰딩 부재를 포함하는 방수 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백 몰딩 부재는 상기 개방 공간을 메꾸고 상기 커넥터 하우징의 후면부를 커버하도록 사출 성형된 것을 특징으로 하는 방수 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 케이블은 상기 백 몰딩 부재를 통과하여 상기 백 몰딩 부재의 외측으로 연장된 것을 특징으로 하는 방수 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 백 몰딩 부재는 방수 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 방수 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 백 몰딩 부재는 상기 커넥터 하우징의 후면부에 사출 성형에 의해 구비되어 상기 커넥터 케이블의 일측 둘레를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 방수 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 하우징과 상기 백 몰딩 부재는 이중 사출물인 것을 특징으로 하는 방수 커넥터.
  7. 전면부에 접속부, 후면부에 개방부를 구비한 커넥터 하우징을 준비하는 단계;
    상기 커넥터 하우징에 전기적 연결 단자를 조립하는 단계; 및
    상기 개방부가 밀폐되도록 상기 커넥터 하우징의 후면부에 백 몰딩 부재를 사출 성형하는 단계를 포함하는 방수 커넥터 제작방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기적 연결 단자는,
    일부는 상기 커넥터 하우징 내부에 고정되게 장착되고 나머지 일부는 상기 개방부를 통해 노출되는 금속 소재의 커넥터 단자;와 상기 커넥터 단자의 일측에 연결된 커넥터 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 커넥터 제작방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커넥터 케이블은 상기 백 몰딩 부재를 통과하고, 상기 백 몰딩 부재는 상기 커넥터 케이블의 일측 둘레를 감싸도록 상기 커넥터 하우징의 후면부에 사출 성형되도록 한 것을 특징으로 하는 방수 커넥터 제작방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방수 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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