JP2023529119A - バスバーアセンブリ、このようなバスバーアセンブリを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、バッテリーパックの長手方向及び幅方向に沿って配列される複数のバッテリーセル、及び複数のバッテリーセルの一側に配置されて複数のバッテリーセルを電気的に接続するバスバーアセンブリを含み、バスバーアセンブリは、長手方向及び幅方向で隣接したバッテリーセルと直列及び並列に接続される接続バスバー、及び接続バスバーに形成され、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断するように構成されたフュージング部を含む。
Description
本発明は、バスバーアセンブリ、このようなバスバーアセンブリを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車に関し、より具体的には、安全性を確保することができるバスバーアセンブリ、このようなバスバーアセンブリを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、2021年3月12日付け出願の韓国特許出願第10-2021-0032989号、2021年10月12日付け出願の韓国特許出願第10-2021-0135352号、第10-2021-0135353号、第10-2021-0135354号、第10-2021-0135355号及び第10-2021-0135356号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
本出願は、2021年3月12日付け出願の韓国特許出願第10-2021-0032989号、2021年10月12日付け出願の韓国特許出願第10-2021-0135352号、第10-2021-0135353号、第10-2021-0135354号、第10-2021-0135355号及び第10-2021-0135356号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群毎の適用性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車(EV:Electric Vehicle)またはハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)などに一般的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。
現在、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などの二次電池が広く使用されている。このような単位二次電池セル、すなわち、単位バッテリーセルの作動電圧は約2.5V~4.5Vである。したがって、これよりも高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーパックを構成することがある。また、バッテリーパックに求められる充放電容量に合わせて、複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーパックを構成することもある。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定され得る。
一方、複数のバッテリーセルを直列/並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールに、その他の構成要素を付け加えてバッテリーパック又はバッテリーラックを構成する方法が一般的である。
従来のバッテリーパックの場合、複数のバッテリーセル、及びこのような複数のバッテリーセルを電気的に接続するためのバスバーアセンブリを含んで構成される。ここで、従来のバスバーアセンブリは、複数のバッテリーセルを直列及び並列に接続してバッテリーセル同士の電気的接続をガイドし、異常状況の際、バッテリーセルの電気的接続を遮断するためのフュージング部を備える。
しかし、従来のバッテリーパックにおいて、異常状況時にフュージング部が並列方向または直列方向の一方向のみでバッテリーセルの電気的接続を遮断するため、異常状況が発生したバッテリーセルを他のバッテリーセルと完全に分離できないという問題がある。
これにより、従来のバッテリーパックにおいて、異常状況が発生したとき、フュージング部を通じた電気的接続遮断の後、全体バッテリーセルの性能が低下するおそれがある。さらに、フュージング部による電気的接続遮断の後にも、異常状況が発生したバッテリーセルが隣接したバッテリーセルに影響を及ぼすことがあり、連鎖的な爆発などのような使用上の安全に深刻な危険をもたらすという問題がある。
したがって、本発明は、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断して安全性を確保することができるバスバーアセンブリ、このようなバスバーアセンブリを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に限定されず、他の課題は下記の発明の説明から通常の技術者に明らかに理解できるであろう。
上記の目的を達成するため、本発明は、バッテリーパックであって、前記バッテリーパックの長手方向及び幅方向に沿って配列される複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルの一側に配置され、前記複数のバッテリーセルを電気的に接続するバスバーアセンブリと、を含み、前記バスバーアセンブリは、前記長手方向及び幅方向で隣接したバッテリーセルと直列及び並列に接続される接続バスバーと、前記接続バスバーに形成され、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断するように構成されたフュージング部と、を含む、バッテリーパックを提供する。
前記接続バスバーは、所定の長さ及び幅を有するストリップ状の単一層で設けられ得る。
前記フュージング部は、前記接続バスバーと一体的に形成され得る。
前記接続バスバーは、前記長手方向及び幅方向のうちの一方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを並列に接続するように構成された並列接続部と、前記長手方向及び幅方向のうちの他方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを直列に接続するように構成された直列接続部と、前記並列接続部と前記直列接続部との間を連結するインターコネクション部と、を含み得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部と一体的に形成され得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部の幅を狭めるように構成され得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部から所定の深さだけ凹んで形成され得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部の縁部のそれぞれの角に形成され得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部の縁部の幅を狭める所定の大きさの孔状で形成され得る。
前記フュージング部は、前記異常状況が発生したバッテリーセルと接続された並列接続部及び直列接続部の電気的接続を順次に遮断可能に構成され得る。
前記直列接続部は、前記インターコネクション部から所定の長さで突出して延びる正極連結部と、前記正極連結部の反対側に設けられ、前記インターコネクション部から所定の長さで突出して延びる負極連結部と、を含み得る。
前記バスバーアセンブリの高さ方向において、前記正極連結部と前記負極連結部との間の高さは、前記バッテリーセルの一面から正極が突出した高さと同一であり得る。
前記バスバーアセンブリの高さ方向において、前記インターコネクション部の高さは、前記正極連結部及び負極連結部の高さよりも高くなり得る。
前記バスバーアセンブリは、前記接続バスバーを覆うバスバーカバーを含み得る。
前記バスバーカバーは、一対で備えられ、前記接続バスバーは、前記一対のバスバーカバーの間に挿入され得る。
前記一対のバスバーカバーは、前記接続バスバーの一側を覆う第1カバーと、前記第1カバーと結合され、前記接続バスバーの他側を覆う第2カバーと、を含み得る。
前記バスバーカバーには、前記直列接続部を露出させる所定の大きさの開口空間を有するバスバー孔が形成され得る。
前記バスバー孔は、前記直列接続部の大きさよりも大きい開口空間を有するように形成され得る。
前記バスバーカバーは、絶縁材質からなり得る。
前記バスバーカバーは、ポリイミドフィルムを含み得る。
前記接続バスバーは、複数個備えられ、前記バスバーカバーは、前記複数個の接続バスバーを覆うように設けられ得る。
前記バスバーカバーには、前記バスバーアセンブリの組立位置をガイドするガイド孔が形成され得る。
前記ストリップ状は、前記複数のバッテリーセルの配列構造に対応するように形成され得る。
また、本発明は、自動車であって、上述したバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車を提供する。
さらに、本発明は、バッテリーパックのバッテリーセルを電気的に接続するためのバスバーアセンブリであって、所定の長さ及び幅を有するストリップ状であり、前記バッテリーセルと直列及び並列に接続されるように構成された接続バスバーと、前記接続バスバーに形成され、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断するように構成されたフュージング部と、を含む、バスバーアセンブリを提供する。
前記接続バスバーは、単一層で設けられ得る。
前記フュージング部は、前記接続バスバーと一体的に形成され得る。
前記接続バスバーは、前記バスバーアセンブリの長手方向及び幅方向のうちの一方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを並列に接続するように構成された並列接続部と、前記バスバーアセンブリの長手方向及び幅方向のうちの他方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを直列に接続するように構成された直列接続部と、前記並列接続部と前記直列接続部との間を連結するインターコネクション部と、を含み得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部と一体的に形成され得る。
前記フュージング部は、前記インターコネクション部の幅を狭めるように構成され得る。
本発明によれば、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断して安全性を確保することができるバスバーアセンブリ、このようなバスバーアセンブリを含むバッテリーパック、及びこのようなバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
本発明は、他にも多様な効果を奏し、それについては実施例を挙げて説明するが、当業者が容易に理解可能な効果はその説明を省略することにする。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明することで本発明をより明確にする。後述する実施形態は発明の理解を助けるため例示的に示されるものであり、本発明が後述する実施形態から多様に変形されて実施できることを理解せねばならない。また、発明の理解を助けるため、添付された図面は、実際の縮尺ではなく、一部構成要素の寸法が誇張して示され得る。
図1は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図であり、図2は図1のバッテリーパックの分解斜視図である。
図1及び図2を参照すると、バッテリーパックPは、エネルギー源として電気自動車またはハイブリッド自動車に備えられ得る。以下、このような電気自動車などに備えられる前記バッテリーパックPについて、関連図面を参照してより詳しく説明する。
前記バッテリーパックPは、複数のバッテリーセル100、及びバスバーアセンブリ200を含み得る。
前記複数のバッテリーセル100は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)に沿って配列され得る。例えば、前記複数のバッテリーセル100は、略マトリクス形状で配列され得る。
このような複数のバッテリーセル100は、二次電池であって、円筒形二次電池、パウチ型二次電池または角形二次電池であり得る。以下、本実施例では、前記複数のバッテリーセル100が円筒形二次電池であることに限定して説明する。
以下、バッテリーセル100について関連図面を参照してより具体的に説明する。
図3は図2に示されたバッテリーパックに含まれるバッテリーセルを説明するための図であり、図4は図3のバッテリーセルの内部構造を示した部分断面図であり、図5は図3のバッテリーセルの上部構造を示した部分断面図であり、図6は図3のバッテリーセルの下部構造を示した部分断面図であり、図7は図3のバッテリーセルの底面図である。
図3~図7を参照すると、前記バッテリーセル100は、電極組立体10、電池缶20、キャッププレート30、及び第1電極端子40を含む。前記バッテリーセル100は、上述した構成要素の他にも、絶縁ガスケット50及び/または上部集電プレート60及び/または絶縁プレート70及び/または下部集電プレート80及び/またはシーリングガスケット90をさらに含み得る。
前記電極組立体10は、第1極性を有する第1電極板、第2極性を有する第2電極板、及び第1電極板と第2電極板との間に介在される分離膜を含む。前記第1電極板は正極板または負極板であり、第2電極板は第1電極板と反対極性を有する電極板に該当する。
前記電極組立体10は、例えばゼリーロール(jelly-roll)状であり得る。すなわち、前記電極組立体10は、第1電極板、分離膜、第2電極板を順次に少なくとも1回積層して形成された積層体を、巻取中心Cを基準にして巻き取ることで製造され得る。この場合、前記電極組立体10の外周面上には、電池缶20との絶縁のために分離膜が備えられ得る。
前記第1電極板は、第1電極集電体、及び第1電極集電体の一面または両面上に塗布された第1電極活物質を含む。前記第1電極集電体の幅方向(Z軸に平行な方向)の一側端部には第1電極活物質が塗布されていない無地部が存在する。前記無地部は、第1電極タブとして機能する。前記第1電極タブ11は、電池缶20内に収容された電極組立体10の高さ方向(Z軸に平行な方向)の上部に備えられる。
前記第2電極板は、第2電極集電体、及び第2電極集電体の一面または両面上に塗布された第2電極活物質を含む。前記第2電極集電体の幅方向(Z軸に平行な方向)の他側端部には第2電極活物質が塗布されていない無地部が存在する。前記無地部は、第2電極タブ12として機能する。前記第2電極タブ12は、電池缶20内に収容された電極組立体10の高さ方向(Z軸に平行な方向)の下部に備えられる。
前記電池缶20は、下方に開口部が形成された円筒形の収容体であって、導電性を有する金属材質からなる。前記電池缶20の側面と上面とは、一体的に形成される。前記電池缶20の上面は、略扁平な形態を有する。前記電池缶20は、下方に形成された開口部を通じて電極組立体10を収容し、電解質も一緒に収容する。
前記電池缶20は、電極組立体10の第2電極タブ12と電気的に接続される。したがって、前記電池缶20は、第2電極タブ12と同じ極性を有する。
前記電池缶20は、その下端に形成されたビーディング(beading)部21及びクリンピング(crimping)部22を備え得る。前記ビーディング部21は、電極組立体10の下部に形成される。前記ビーディング部21は、電池缶20の外周面を押し込んで形成する。前記ビーディング部21は、電池缶20の幅と対応するサイズを有する電極組立体10が電池缶20の下端に形成された開口部から抜け出ることを防止し、キャッププレート30が載置される支持部として機能することができる。
前記クリンピング部22は、ビーディング部21の下部に形成される。前記クリンピング部22は、ビーディング部21の下方に配置されるキャッププレート30の外周面、そしてキャッププレート30の下面の一部を囲むように延長されて折り曲げられた形態を有する。
前記キャッププレート30は、伝導性を有する金属材質からなる部品であり、電池缶20の下端に形成された開口部を覆う。すなわち、前記キャッププレート30は、バッテリーセル100の下面を構成する。前記キャッププレート30は、電池缶20に形成されたビーディング部21上に載置され、クリンピング部22によって固定される。前記キャッププレート30と電池缶20のクリンピング部22との間には、電池缶20の気密性を確保するため気密ガスケット90が介在され得る。
前記キャッププレート30は、電池缶20の内部で発生したガスによる内圧増加を防止するために形成されるベント部31をさらに備え得る。前記ベント部31は、周辺領域に比べてより薄いキャッププレート30の領域に該当する。前記ベント部31は、周辺領域と比較して構造的に弱い。したがって、前記バッテリーセル100に異常が発生して内圧が一定水準以上に増加すれば、ベント部31が破断して電池缶20の内部に生成されたガスが排出される。
本発明の一実施例によるバッテリーセル100は、上部に正極端子及び負極端子がすべて存在する構造を有し、これにより上部の構造が下部の構造よりも複雑である。したがって、前記電池缶20の内部で発生したガスの円滑な排出のため、バッテリーセル100の下面を成すキャッププレート30にベント部31が形成され得る。
前記ベント部31は、キャッププレート30上に円を描きながら連続的に形成され得る。しかし、これに限定されず、前記ベント部31は、キャッププレート30上に円を描きながら不連続的に形成されてもよく、直線状またはその他の形状で形成されてもよい。
前記第1電極端子40は、伝導性を有する金属材質からなり、電池缶20の上面を通過して電極組立体10の第1電極タブ11と電気的に接続される。したがって、前記第1電極端子40は第1極性を有する。前記第1電極端子40は、第2極性を有する電池缶20とは電気的に絶縁される。
前記第1電極端子40は、露出端子部41及び挿入端子部42を含む。前記露出端子部41は、電池缶20の外側に露出する。前記露出端子部41は、電池缶20の上面の中心部に位置する。前記挿入端子部42は、電池缶20の上面の中心部を貫通して第1電極タブ11と電気的に接続される。前記挿入端子部42は、電池缶20の内側面上にリベット(rivet)結合され得る。
前記電池缶20の上面と前記第1電極端子40とは互いに反対極性を有し、互いに同じ方向を向く。また、前記第1電極端子40と電池缶20の上面との間には段差が形成され得る。具体的には、前記電池缶20の上面全体が扁平な形状を有するか又はその中心部で上方に突出した形状を有する場合は、第1電極端子40の露出端子部41が電池缶20の上面よりも上側にさらに突出し得る。逆に、前記電池缶20の上面がその中心部で下方に、すなわち電極組立体10に向かう方向に凹んだ凹状を有する場合は、電池缶20の上面が第1電極端子40の露出端子部41よりも上側にさらに突出し得る。
前記絶縁ガスケット50は、電池缶20と第1電極端子40との間に介在され、反対極性である電池缶20と第1電極端子40とが互いに接触することを防止する。これにより、略扁平な形状を有する電池缶20の上面がバッテリーセル100の第2電極端子として機能することができる。
前記絶縁ガスケット50は、露出部51及び挿入部52を含む。前記露出部51は、第1電極端子40の露出端子部41と電池缶20との間に介在される。前記挿入部52は、第1電極端子40の挿入端子部42と電池缶20との間に介在される。前記絶縁ガスケット50は、例えば絶縁性を有する樹脂材質からなり得る。
前記絶縁ガスケット50が樹脂材質からなる場合、絶縁ガスケット50は熱融着によって前記電池缶20及び第1電極端子40と結合され得る。この場合、絶縁ガスケット50と第1電極端子40との結合界面及び絶縁ガスケット50と電池缶20との結合界面における気密性が強化できる。
前記電池缶20の上面のうち、前記第1電極端子40及び前記絶縁ガスケット50が占める領域を除いた他の領域全体が、前記第1電極端子40と反対極性を有する第2電極端子20aに該当する。
本発明の一実施例によるバッテリーセル100は、その長さ方向(Z軸に平行な方向)の一側に、第1極性を有する第1電極端子40及び第1電極端子40と電気的に絶縁され且つ第2極性を有する第2電極端子20aが一緒に備えられる。すなわち、本発明の一実施例によるバッテリーセル100は、一対の電極端子40、20aが同じ方向に位置するため、複数のバッテリーセル100を電気的に接続させる場合、後述するバスバーアセンブリ200などの電気的接続部品をバッテリーセル100の一側のみに配置させることが可能である。これは、バッテリーパックPの構造を単純化させ、エネルギー密度を向上させることができる。
以下、このような複数のバッテリーセル100との電気的接続のためのバスバーアセンブリ200についてより具体的に説明する。
図2をさらに参照すると、前記バスバーアセンブリ200は、前記バッテリーセル100の一側、具体的には、前記バッテリーセル100の上側(+Z軸方向)に備えられ、前記複数のバッテリーセル100を電気的に接続し得る。前記バスバーアセンブリ200の電気的接続は、並列及び/または直列接続であり得る。以下、本実施例では、前記バスバーアセンブリ200の電気的接続は、並列及び直列接続であり得る。
このようなバスバーアセンブリ200は、前記複数のバッテリーセル100の第1極性を有する前記第1電極端子40(図3を参照)及び第2極性を有する電池缶20(図3を参照)と電気的に接続され、外部充放電ラインなどとコネクタターミナル280、290などを通じて電気的に接続され得る。ここで、第1極性は正極であり得、第2極性は負極であり得る。
以下、本実施例では、前記第1電極端子40は正極であり、前記第2電極端子20aは負極であると限定して説明する。
以下、前記バスバーアセンブリ200の構成についてより具体的に説明する。
図8は図2に示されたバスバーアセンブリを説明するための図である。
図8及び図2をさらに参照すると、前記バスバーアセンブリ200は、メインバスバーユニット210を含み得る。
前記メインバスバーユニット210は、複数個備えられ、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)で最外郭に配置されるバッテリーセル100と電気的に接続され得る。このようなメインバスバーユニット210は、後述するコネクタターミナル280、290と電気的に接続され得る。
図9は図8に示されたバスバーアセンブリの連結バスバーユニットを説明するための図であり、図10は図9の連結バスバーユニットの概略的な分解斜視図であり、図11は図10の連結バスバーユニットの要部を説明するための拡大図であり、図12は図9の連結バスバーユニットの接続バスバーを説明するための図であり、図13は図12の接続バスバーの要部の平面図である。
図9~図13及び図2をさらに参照すると、前記バスバーアセンブリ200は、連結バスバーユニット230を含み得る。
前記連結バスバーユニット230は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)において、前記メインバスバーユニット210の間に配置され、前記複数のバッテリーセル100と電気的に接続され、前記複数のバッテリーセル100を覆い得る。
前記連結バスバーユニット230は、前記複数のバッテリーセル100をすべて覆う大きさで一つ備えられるか又は複数個備えられて前記複数のバッテリーセル100を覆い得る。以下、本実施例では、前記連結バスバーユニット230が複数個備えられることに限定して説明する。
このような複数の連結バスバーユニット230はそれぞれ、バスバーカバー240及び接続バスバー250を含み得る。
前記バスバーカバー240は、後述する接続バスバー250を覆い得る。このようなバスバーカバー240は、前記複数のバッテリーセル100の上側を覆い、略扁平なプレート状で備えられ得る。前記バスバーカバー240の形状及び大きさは、前記バッテリーパックPが要求するバッテリーセル100の個数や容量などに応じて変わり得る。
前記バスバーカバー240は、絶縁材質からなり得る。例えば、前記バスバーカバー240は、ポリイミドフィルムを含み得る。しかし、これに限定されず、前記バスバーカバー240が絶縁材質からなるその他の絶縁部材を含み得ることは勿論である。
このようなバスバーカバー240は、前記バッテリーパックPの上下方向(Z軸方向)において相互に対応する形状及び大きさを有するように一対で備えられ、相互に結合され得る。ここで、後述する接続バスバー250は単一層であって、前記一対のバスバーカバー240の間に挿入されて備えられ得る。
具体的には、前記一対のバスバーカバー240は、第1カバー241及び第2カバー242を含み得る。
前記第1カバー241は、後述する接続バスバー250の一側を覆い得る。具体的には、前記第1カバー241は、後述する接続バスバー250の上側を覆い得る。より具体的には、前記第1カバー241は、複数の接続バスバー250の上側を一体的に覆い得る。
前記第2カバー242は、後述する接続バスバー250の他側を覆い得る。具体的には、前記第2カバー242は、後述する接続バスバー250の下側を覆い得る。より具体的には、前記第2カバー242は、複数の接続バスバー250の下側を一体的に覆い得る。このような第2カバー242は、前記第1カバー241と結合され得る。前記第1カバー241と前記第2カバー242との結合を通じて、前記複数の接続バスバー250が前記第1カバー241と前記第2カバー242との間に配置され、短絡を防止して安全性を確保することができる。
このようなバスバーカバー240には、バスバー孔243、244、及びガイド孔246が形成され得る。
前記バスバー孔243、244は、後述する接続バスバー250の直列接続部253を露出させる所定の大きさの開口空間を有し得る。このようなバスバー孔243、244は、後述する接続バスバー250の直列接続部253とバッテリーセル100との間の溶接工程などの電気的接続の作業性を向上させ、後述する充填部材500の注入効率を高めることができる。
前記バスバー孔243、244は、電気的接続の作業性及び充填部材500の注入効率をさらに向上できるように、前記直列接続部253の大きさよりも大きい開口空間を有するように形成され得る。
このようなバスバー孔243、244は、複数個備えられ得る。
前記複数のバスバー孔243、244は、正極バスバー孔243及び負極バスバー孔244を含み得る。
前記正極バスバー孔243は、所定の大きさの開口空間を有し、複数個備えられ得る。このような正極バスバー孔243には、後述する正極連結部254が露出し得る。ここで、前記正極バスバー孔243は、工程作業性の向上及び後述する充填部材500の注入効率の向上のため、後述する正極連結部254の大きさよりも大きい開口空間を有するように形成され得る。
前記正極バスバー孔243は、後述する正極連結部254とバッテリーセル100の正極である第1電極端子40(図3を参照)との電気的接続をより効率的にガイドすることができる。
さらに、前記正極バスバー孔243の開口空間を通して、後述する充填部材500を注入するとき、前記充填部材500の注入効率を著しく高めることができる。具体的には、前記正極バスバー孔243の開口空間を通して、後述するポッティング樹脂(potting resin)として備えられる充填部材500を前記バッテリーパックPの上側から下方である鉛直方向(Z軸方向)により直接的に注入できるため、前記バッテリーセル100同士の間での注入効率を著しく向上させることができる。
前記負極バスバー孔244は、前記正極バスバー孔243に対向して配置され、前記正極バスバー孔243のように所定の大きさの開口空間を有し、複数個備えられ得る。ここで、前記負極バスバー孔244は、工程作業性の向上及び後述する充填部材500の注入効率の向上のため、後述する負極連結部256の大きさよりも大きい開口空間を有するように形成され得る。
前記負極バスバー孔244は、後述する負極連結部256とバッテリーセル100の負極である第2電極端子20a(図3を参照)との電気的接続をより効率的にガイドすることができる。
さらに、前記負極バスバー孔244の開口空間を通して、後述する充填部材500を注入するとき、前記充填部材500の注入効率を著しく高めることができる。具体的には、前記負極バスバー孔244の開口空間を通して、後述するポッティング樹脂として備えられる充填部材500を前記バッテリーパックPの上側から下方である鉛直方向(Z軸方向)により直接的に注入できるため、前記バッテリーセル100同士の間での注入効率を著しく向上することができる。
前記ガイド孔246は、前記バスバーアセンブリ200の組立位置をガイドすることができる。具体的には、前記ガイド孔246は、前記連結バスバーユニット230を前記側面構造ユニット400に固定して前記連結バスバーユニット230の正位置配列をガイドすることができる。
前記ガイド孔246は、複数個備えられ得る。前記複数のガイド孔246には、後述する側面構造ユニット400のバスバーガイド突起416が挿入され得る。
前記接続バスバー250は、長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)において隣接したバッテリーセル100と直列及び並列に接続され得る。このような接続バスバーは、複数のバッテリーセル100の接続のため、複数個備えられ得る。
前記接続バスバー250は、所定の長さ及び幅を有するストリップ状で備えられ得、一つの単一層で設けられ得る。ここで、前記ストリップ状は、前記複数のバッテリーセル100の配列構造に対応するように形成され得る。例えば、前記ストリップ状は、バッテリーセル100の配列構造に応じて、十字形状、斜線形状またはジグザグ形状などで形成され得る。
前記接続バスバー250は、前記バスバーカバー240の上側に備えられるか又は一対のバスバーカバー240内に挿入されて備えられ得る。以下、本実施例では、上述したように、前記一対のバスバーカバー240内に挿入されることに限定して説明する。
このような接続バスバー250は、複数個備えられ得る。前記複数の接続バスバー250は、前記バスバーカバー240に挿入されて前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)で所定の距離だけ離隔して配置され得る。
前記複数の接続バスバー250は、並列接続部252、直列接続部253、及びインターコネクション部257を含み得る。
前記並列接続部252は、前記バッテリーセル100を並列に接続するように構成され、前記バッテリーパックPの前記長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)のうちの一方向に沿って形成され得る。具体的には、前記並列接続部252は、前記バスバーアセンブリ200の長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)のうちの一方向に沿って形成され得る。以下、本実施例では、前記並列接続部252が、前記バッテリーパックPの幅方向、すなわち、前記バスバーアセンブリ200の幅方向(X軸方向)に沿って形成されることに限定して説明する。
前記並列接続部252は、前記バスバーカバー240に挿入され、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)に沿って所定の長さで形成され得る。このような並列接続部252は、前記バッテリーセル100との電気的接続効率を高めるように、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)において前記バッテリーセル100の配列構造に対応する形状で備えられ得る。これにより、本実施例では、前記並列接続部252は、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)でジグザグ状に配置され得る。
前記並列接続部252は、導電性材質からなり得る。例えば、並列接続部252は、金属材質、例えばアルミニウムまたは銅材質からなり得る。しかし、これに限定されず、前記並列接続部252は、電気的接続のためのその他の材質からなってもよい。
前記直列接続部253は、前記バッテリーセル100を直列に接続するように構成され、前記バッテリーパックPの前記長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)のうちの他方向に沿って形成され得る。具体的には、前記直列接続部253は、前記バスバーアセンブリ200の長手方向(Y軸方向)及び幅方向(X軸方向)のうちの他方向に沿って形成され得る。以下、本実施例では、前記直列接続部253が、前記バッテリーパックPの長手方向、すなわち、前記バスバーアセンブリ200の長手方向(Y軸方向)に沿って形成されることに限定して説明する。
前記直列接続部253は、正極連結部254及び負極連結部256を含み得る。
前記正極連結部254は、後述するインターコネクション部257から所定の長さで突出して延び、前記正極バスバー孔243内に配置され得る。このような正極連結部254は、前記バッテリーセル100の正極40(図3を参照)と電気的に接続され得る。電気的接続は、レーザー溶接や超音波溶接のような電気的接続のための溶接工程などを通じて行われ得る。
前記正極連結部254と前記バッテリーセル100の正極40との連結は、前記正極バスバー孔243の開口空間で行われるため、連結の際、別途の追加工程なく、前記連結のための溶接工程などが前記開口空間で直ちに行われ得る。
前記負極連結部256は、前記正極連結部254の反対側に設けられ、前記インターコネクション部257から所定の長さで突出して延びて、前記負極バスバー孔244内に配置され得る。このような負極連結部256は、前記バッテリーセル100の負極20a(図3を参照)と電気的に接続され得る。電気的接続は、レーザー溶接や超音波溶接のような電気的接続のための溶接工程などを通じて行われ得る。
前記負極連結部256と前記バッテリーセル100の負極20aとの連結は、前記負極バスバー孔244の開口空間で行われるため、連結の際、別途の追加工程なしに、前記連結のための溶接工程などが前記開口空間で直ちに行われ得る。
このように、前記複数のバッテリーセル100の正極40及び負極20aは、前記バスバーアセンブリ200に備えられる単一層の接続バスバー250に一体的に設けられる正極連結部254及び負極連結部256に電気的に接続され得る。
前記インターコネクション部257は、前記並列接続部252と前記直列接続部253との間を連結し得る。このようなインターコネクション部257は、前記並列接続部252及び前記直列接続部253と一体的に形成されて前記単一層として設けられる前記接続バスバー250を構成し得る。
前記複数の連結バスバーユニット230はそれぞれ、フュージング部260を含み得る。
前記フュージング部260は、前記接続バスバー250に形成され、異常状況が発生したバッテリーセル100の電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断できるように構成され得る。このようなフュージング部260は、異常状況時に前記接続バスバー250の少なくとも一部を物理的に分離可能に構成され得る。
前記フュージング部260は、前記接続バスバー250と一体的に形成され得る。具体的には、前記フュージング部260は、前記インターコネクション部257と一体的に形成され得る。
前記フュージング部260は、前記インターコネクション部257の幅を狭めるように構成され得る。抵抗が相対的に大きい領域(電流が流れる断面積が狭い領域)では相対的に発熱が大きいため、他の領域に比べて素材の溶断時点が早くなるからである。そのため、前記フュージング部260は、前記インターコネクション部257から所定の深さだけ凹んで形成され得る。ここで、前記フュージング部260は、前記インターコネクション部257の縁部のそれぞれの角に形成され得る。
本実施例では、前記フュージング部260によって、前記インターコネクション部257において、前記並列接続部252とインターコネクション部257の間のインターコネクション部257の幅W3が、前記並列接続部252の幅W1よりも狭くなり得る。また、本実施例では、前記フュージング部260によって、前記インターコネクション部257において、前記直列接続部253とインターコネクション部257との間のインターコネクション部257の幅W4が、前記直列接続部253の幅W2よりも狭くなり得る。すなわち、前記フュージング部260は、前記直列接続方向において、相対的に厚さの薄いバスバーネック(busbar neck)部分を形成する。結果的に、本実施例では、前記フュージング部260によって、前記インターコネクション部257の直列接続部分及び並列接続部分の幅をすべて狭めることができる。
図14は図13の接続バスバーの他の実施例によるフュージング部を説明するための図であり、図15は図13の接続バスバーのさらに他の実施例によるフュージング部を説明するための図である。
図14を参照すると、フュージング部263は、図13のようなラウンド状ではなく、角形で設けられ得る。また、図15を参照すると、フュージング部265は、前記インターコネクション部257の内部で前記インターコネクション部257の縁部の幅を狭める所定の大きさの孔状で形成され得る。このように前記フュージング部263、265は、前記並列接続部252と前記直列接続部253とを連結する前記インターコネクション部257の幅を縮小可能な多様な形状及び配置を有し得る。他にも、前記フュージング部は、前記インターコネクション部257の幅を縮小可能な半円形、ノッチ、溝、円形の形状などで備えられてもよい。
以下、接続バスバー250を通じたバッテリーセル100の電気的接続構造についてより具体的に説明する。一方、図16~図20においては、前記接続バスバー250の連結構造をより明確に示すため、前記接続バスバー250を覆うバスバーカバー240、後述するバッテリーセル100同士の間に配置されるクーリングユニット300、及び側面構造ユニット400の構成などは図示していない。
図16は図12の接続バスバーを通じたバッテリーセルの正極と負極との接続を説明するための図であり、図17は図12の接続バスバーを通じたバッテリーセル同士の電気的接続を説明するための図である。上述したように、図16及び図17において、説明の便宜上、接続バスバー250を覆うバスバーカバー240、バッテリーセル100同士の間に配置されるクーリングユニット300、及び側面構造ユニット400などの図示は省略されている。
図16及び図17を参照すると、前記バッテリーセル100と前記接続バスバー250との電気的接続の際、前記バスバーアセンブリ200(図2を参照)の高さ方向(Z軸方向)において、前記正極連結部254と前記負極連結部256との間の高さh1は、前記バッテリーセル100の一面から正極40が突出した高さと同一であり得る。
これにより、作業者などが、前記接続バスバー250を前記バッテリーセル100の一側、具体的には、前記バッテリーセル100の上側(+Z軸方向)に載置すると、前記接続バスバー250の前記正極連結部254及び前記負極連結部256が前記バッテリーセル100の正極40及び負極20aに安定的に密着できる。
また、前記接続バスバー250の前記正極連結部254及び前記負極連結部256は、前記バッテリーセル100の正極40及び負極20aとの接触面積を最大限に確保できるため、以降の電気的接続のための溶接工程などの際、溶接品質不良を防止しながら溶接正確度を著しく高めることができる。
一方、前記バスバーアセンブリ200の高さ方向(Z軸方向)において、前記インターコネクション部257の高さh2は、前記正極連結部254及び前記負極連結部256の高さよりも高くなり得る。これにより、前記インターコネクション部257が前記バッテリーセル100の正極40及び負極20aから十分に離隔して配置されるため、電気的安全性をさらに高めることができる。
図18~図20は、本発明の一実施例によるフュージング部を通じた電気的接続遮断メカニズムを説明するための図である。上述したように、図18~図20においても、説明の便宜上、接続バスバー250を覆うバスバーカバー240、バッテリーセル100同士の間に配置されるクーリングユニット300、及び側面構造ユニット400などの図示は省略されている。
図18~図20を参照すると、バッテリーセル100のうちのいずれかのバッテリーセル100aで異常状況が発生すると、前記フュージング部260は、異常状況が発生したバッテリーセル100aの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断することができる。
上述したように、前記フュージング部260は、前記並列接続部252と前記直列接続部253とを連結するインターコネクション部257の幅を狭めるように形成されるため、異常状況が発生したバッテリーセル100aによって前記接続バスバー250側に高電流が印加されると、異常状況が発生したバッテリーセル100aに連結されたインターコネクション部257が相対的に先に溶断される。
前記フュージング部260は、前記並列接続部252及び前記直列接続部253と連結されたインターコネクション部257の幅をすべて狭めるように形成されるため、異常状況時に前記並列接続部252及び前記直列接続部253との連結を全て切ることができる。換言すると、前記フュージング部260は、前記並列接続部252及び前記直列接続部253と連結されたインターコネクション部257領域で並列接続及び直列接続を遮断することができる。結局、異常状況の際、前記フュージング部260によって直列接続及び並列接続が同じ領域で切断できる。
このように本実施例では、異常状況の際、前記フュージング部260が、異常状況が発生したバッテリーセル100aの直列接続及び並列接続をすべて遮断し、異常状況が発生したバッテリーセル100aを他のバッテリーセル100と完全に分離することができる。
したがって、本実施例では、異常状況が発生したとき、異常状況が発生したバッテリーセル100aの周辺の他のバッテリーセル100へと連鎖的に被害が広がることをより速かに防止することができる。
さらに、本実施例による前記フュージング部260が形成された前記インターコネクション部257が前記バッテリーセル100と所定の距離だけ離隔して配置されるため、前記フュージング部260の発熱時に前記バッテリーセル100側への損傷を最小化してバッテリーセル100の安全性を最大限に確保することができる。
一方、前記フュージング部260は、異常状況が発生したバッテリーセル100aと連結された前記並列接続部252及び前記直列接続部253の電気的接続を順次に遮断するように構成され得る。
異常状況が発生したとき、図19に示されたように、前記フュージング部260は前記インターコネクション部257の前記並列接続部252との連結部分を先に溶断させた後、図20に示されたように、前記インターコネクション部257の前記直列接続部253との連結部分を溶断させ得る。前記インターコネクション部257における並列接続部252及び直列接続部253の順次的な溶断は、電流経路によって、直列接続部253での連結部分が先に切断され、その後、並列接続部252での連結部分が切断されてもよい。さらに、電流経路によって、前記直列接続部253及び前記並列接続部252が同時に切断されてもよい。
このような異常状況の際、前記フュージング部260を通じた直列接続及び並列接続の順次的な遮断も同じ領域である前記インターコネクション部257で行われるため、前記フュージング部260における発熱が前記バッテリーセル100に影響を及ぼすことを最小化することができる。
図2をさらに参照すると、前記バスバーアセンブリ200は、センシングインターコネクションボード270、及びコネクタターミナル280、290を含み得る。
前記センシングインターコネクションボード270は、外部センシングラインと連結され、前記バッテリーパックPの一端部(-Y軸方向)に備えられ得る。前記センシングインターコネクションボード270の位置は、設計などによって変更され得、前記外部センシングラインと連結可能なその他の位置に備えられてもよい。さらに、前記センシングインターコネクションボード270は、前記バッテリーパックPのバッテリーセル100の個数や容量などに応じて複数個備えられてもよい。
このようなセンシングインターコネクションボード270は、前記外部センシングラインとの連結のため、前記バッテリーパックPの外側に露出するように備えられ得る。前記外部センシングラインは、前記センシングインターコネクションボード270とバッテリー管理システム(図示せず)とを連結し得る。バッテリー管理システムは、バッテリーセルの電圧に基づいてバッテリーセルの充電状態を決定し得る。
前記センシングインターコネクションボード270には、前記バッテリーセル100の温度状態を確認するためのサーミスタが備えられ得る。このようなサーミスタは、前記センシングインターコネクションボード270に内蔵されるか又は前記センシングインターコネクションボード270の外部に別途に取り付けられ得る。
前記コネクタターミナル280、290は、一対で備えられ得る。このような一対のコネクタターミナル280、290は、外部充放電ラインとの連結のためのものであって、高電圧コネクタターミナルとして備えられ得る。
図2をさらに参照すると、前記バッテリーパックPは、クーリングユニット300を含み得る。
前記クーリングユニット300は、前記バッテリーセル100の冷却のためのものであって、前記バスバーアセンブリ200の下側(-Z軸方向)に配置され、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に沿って前記複数のバッテリーセル100同士の間に配置され得る。
このようなクーリングユニット300は、複数個備えられ得る。
前記複数のクーリングユニット300は、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)において、前記複数のバッテリーセル100と対向するように配置され得る。ここで、前記複数のクーリングユニット300は、冷却性能を高めるため、対向するバッテリーセル100と接触するように配置され得る。
以下、このようなクーリングユニット300についてより具体的に説明する。
図21は図2に示されたクーリングユニットを説明するための図であり、図22は図21のクーリングユニットの断面図である。
図21、図22、及び図2をさらに参照すると、前記クーリングユニット300は、冷却チューブ310、冷却流路350及び冷却水流出入部370を含み得る。
前記冷却チューブ310は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に沿って所定の長さで形成され、前記複数のバッテリーセル100同士の間に配置され、内部に後述する冷却水の循環のための冷却流路350が設けられ得る。
前記冷却チューブ310は、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)において、対向する前記複数のバッテリーセル100の外面に対応する形状で形成され得る。
このような冷却チューブ310は、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)に向かって凸凹状に形成される複数の凸部312と凹部316とが、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に沿って相互に配置されるように形成され得る。
前記冷却チューブ310は、前記バッテリーセル100の冷却性能をさらに高めるため、前記複数のバッテリーセル100の外面に接触するように配置され得る。このような冷却チューブ310は、後述する充填部材500または別途の接着部材などを通じて前記複数のバッテリーセル100に接着固定され得る。
前記冷却流路350は、前記バッテリーセル100の冷却のための冷却水を循環させ、前記冷却チューブ310内に備えられ、後述する冷却水流出入部370と連通するように連結され得る。
このような冷却流路350は、上側流路352、下側流路354、及び連結流路356を含み得る。
前記上側流路352は、前記バスバーアセンブリ200の近くに備えられるように前記冷却チューブ310の上側に配置され、前記冷却チューブ310の長手方向(Y軸方向)に沿って所定の長さで形成され得る。このような上側流路352は、前記冷却水流出入部370の前記冷却水供給ポート374と連通するように連結され得る。
前記上側流路352は、少なくとも一つ備えられ得る。以下、本実施例では、冷却性能の確保のため、前記上側流路352が複数個備えられることに限定して説明する。
前記下側流路354は、少なくとも一つの上側流路352と離隔して前記冷却チューブ310の下側(-Z軸方向)に配置され、前記冷却チューブ310の長手方向(Y軸方向)に沿って所定の長さで形成され得る。このような下側流路354は、前記冷却水流出入部370の前記冷却水排出ポート376と連通するように連結され得る。
前記下側流路354は、少なくとも一つ備えられ得る。以下、本実施例では、冷却性能の確保のため、前記下側流路354が複数個備えられることに限定して説明する。
前記連結流路356は、少なくとも一つの上側流路、本実施例の場合、複数の上側流路352と少なくとも一つの下側流路、本実施例の場合、複数の下側流路354とを連結し得る。
前記連結流路356は、前記冷却流路350を最大限に確保できるように、前記冷却水流出入部370の反対側である前記冷却チューブ310の他端部(+Y軸方向)に備えられ得る。
本実施例の場合、前記冷却流路350における冷却水循環の際、前記冷却水供給ポート374から供給された冷却水が前記バスバーアセンブリ200の近くに配置される前記上側流路352にまず供給された後、前記連結流路356、前記下側流路354を通って前記冷却水排出ポート376側に流動する。
これにより、本実施例では、前記バッテリーパックP内において相対的に高い温度分布を有する前記バスバーアセンブリ200の付近領域に冷たい冷却水が優先的に供給されるため、前記バッテリーセル100の冷却性能を著しく向上させることができる。
前記冷却水流出入部370は、前記冷却チューブ310の前記冷却流路350と連通するように前記冷却チューブ310と連結され得る。このような冷却水流出入部370は、後述する側面構造ユニット400の外側に露出して外部冷却ラインと連通するように連結され得る。
前記冷却水流出入部370は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)において一側面(-Y軸方向)に備えられ得る。前記冷却水流出入部370と連結される前記冷却チューブ310は、前記冷却水流出入部370から前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)において前記バッテリーパックPの他側面(+Y軸方向)に向かって所定の長さで形成され得る。
前記冷却水流出入部370は、流出入部ボディ372、冷却水供給ポート374、及び冷却水排出ポート376を含み得る。
前記流出入部ボディ372は、前記冷却チューブ310の一端部(-Y軸方向)と連結され得る。前記冷却水供給ポート374は、前記流出入部ボディ372に備えられ、前記上側流路352と連通するように連結され得る。このような冷却水供給ポート374は、前記外部冷却ラインと連通するように連結され得る。前記冷却水排出ポート376は、前記流出入部ボディ372に備えられ、前記下側流路354と連通するように連結され得る。このような冷却水排出ポート376は、前記冷却水供給ポート374と所定の距離だけ離隔して配置され、前記外部冷却ラインと連通するように連結され得る。
図2をさらに参照すると、前記バッテリーパックPは、側面構造ユニット400を含み得る。
前記側面構造ユニット400は、プラスチック樹脂材質からなり、前記バッテリーセル100を支持し、前記バッテリーセル100の剛性を確保すると共に前記バッテリーパックPの側面外観を形成し得る。
以下、前記側面構造ユニット400について関連図面を参照してより具体的に説明する。
図23は図2に示された側面構造ユニットを説明するための図であり、図24は図23の側面構造ユニットのメインプレートを説明するための図である。
図23及び図24を参照すると、前記側面構造ユニット400は、前記バッテリーセル100を支持し、前記バッテリーセル100の剛性を確保しながら、前記バッテリーパックPの外面を形成してバッテリーパックP(図2を参照)の外観を形成するパックケースとして機能する。
このような側面構造ユニット400は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に沿って所定の長さで形成され、前記バッテリーセル100を収容して支持することができる。
前記側面構造ユニット400は、メインプレート410及びエンドプレート450を含み得る。
前記メインプレート410は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に沿って所定の長さで形成され、前記バッテリーセル100を前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)において二列に配置されるように収容し得る。このようなメインプレート410は、複数個備えられ、前記バッテリーパックPの幅方向(X軸方向)に沿って相互に所定の距離だけ離隔して配置され得る。
このような複数のメインプレート410は、前記バッテリーセル100及び前記クーリングユニット300の剛性を確保すると同時に、前記バッテリーパックP(図2を参照)内で所定の空間を占めることで、後述する充填部材500の注入量を減らすことができる。後述するシリコーン樹脂を含む充填部材500の場合、相対的に高価であるため、前記複数のメインプレート410を通じてシリコーン樹脂の注入量を減らすことで、前記バッテリーパックPの製造時の価格競争力をさらに確保することができる。
複数のメインプレート410はそれぞれ、第1セル収容部411、第2セル収容部412、ボトムリブ415、バスバーガイド突起416、クーリングユニット挿入溝417、及びガイド段418を含み得る。
前記第1セル収容部411は、前記メインプレート410の長手方向(Y軸方向)に沿って前記メインプレート410の前方(+X軸方向)に設けられ得る。このような第1セル収容部411は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に配置される前記複数のバッテリーセル100を収容し得る。そのため、前記第1セル収容部411は、前記メインプレート410の前方(+X軸方向)に複数個備えられ得る。
前記複数の第1セル収容部411はそれぞれ、前記バッテリーセル100の外面に対応する凹状で備えられ、前記バッテリーセル100の外面を少なくとも部分的に囲み得る。
前記第2セル収容部412は、前記メインプレート410の長手方向(Y軸方向)に沿って前記メインプレート410の後方(-X軸方向)に設けられ得る。このような第2セル収容部412は、前記バッテリーパックPの長手方向(Y軸方向)に配置される前記複数のバッテリーセル100を収容し得る。そのため、前記第2セル収容部412は、前記メインプレート410の後方(-X軸方向)に複数個備えられ得る。
前記複数の第2セル収容部412はそれぞれ、前記バッテリーセル100の外面に対応する凹状で備えられ、前記バッテリーセル100の外面を少なくとも部分的に囲み得る。
このような複数の第2セル収容部412は、前記円筒形二次電池であるバッテリーセル100を最大限に収容できるように、前記メインプレート410の前後方向(X軸方向)において前記複数の第1セル収容部411と交互に配置され得る。
前記ボトムリブ415は、前記メインプレート410の底部に備えられ、前記バッテリーセル100が前記メインプレート410に収容されるとき、前記バッテリーセル100の底部を支持することができる。
このようなボトムリブ415は、前記バッテリーセル100が前記メインプレート410に収容されるとき、前記バッテリーセル100の底部よりも下方(-Z軸方向)に突出するように形成され得る。
前記バスバーガイド突起416は、前記バスバーアセンブリ200を組み立てるとき、前記連結バスバーユニット230の固定のためのものであって、前記メインプレート410の上面に備えられ、少なくとも一つ備えられ得る。以下、本実施例では、前記バスバーガイド突起416が複数個備えられることに限定して説明する。
前記バスバーガイド突起416は、前記バスバーアセンブリ200を組み立てるとき、前記バスバーカバー240の前記ガイド孔246に挿入され、前記連結バスバーユニット230の正位置配置をガイドすることができる。前記連結バスバーユニット230は、前記バスバーガイド突起416に挿入されて固定されるため、前記バスバーアセンブリ200の電気的接続のための溶接工程などをより安定的に行うことができ、溶接工程時の溶接品質をさらに高めることができる。
前記クーリングユニット挿入溝417は、前記クーリングユニット300の端部を収容するためのものであって、前記メインプレート410の長手方向(Y軸方向)の端部に設けられ得る。前記クーリングユニット300の端部は、前記メインプレート410の結合時に前記クーリングユニット挿入溝417内に配置されてより安定的に固定される。
前記ガイド段418は、前記メインプレート410の長手方向(Y軸方向)の両側上端部に所定の高さで突設され得る。このようなガイド段418は、前記メインプレート410と後述するエンドプレート450との結合を通じて前記側面構造ユニット400の組立が完了したとき、後述するエンドプレート450のエンドガイド段458と共に前記側面構造ユニット400の周縁を形成することができる。
前記エンドプレート450は、一対で備えられ、前記側面構造ユニット400の幅方向(X軸方向)の最外郭の両側に備えられ得る。このような一対のエンドプレート450は、対向して配置されるメインプレート410とともに前記バッテリーセル100を収容して支持することができる。
前記一対のエンドプレート450には、ターミナル孔456及びエンドガイド段458が備えられ得る。
前記ターミナル孔456は、前記コネクタターミナル280、290を収容するためのものであって、前記エンドプレート450の一端部に設けられ得る。
前記エンドガイド段458は、前記エンドプレート450の上端縁に沿って形成され、前記ガイド段418と同じ高さで突設され得る。このようなエンドガイド段458は、前記側面構造ユニット400の組立が完了したとき、前記メインプレート410のガイド段418と共に前記側面構造ユニット400の周縁を形成することができる。
以下、このような側面構造ユニット400を通じた前記バッテリーセル100と前記クーリングユニット300との結合構造についてより具体的に説明する。
図25及び図26は、図23の側面構造ユニットを通じたバッテリーセルとクーリングユニットとの結合構造を説明するための図である。
図25及び図26を参照すると、まず、前記バッテリーセル100のうち、前記バッテリーパックP(図2を参照)の幅方向(X軸方向)に沿って前後二列に配置されたバッテリーセル100の間に前記クーリングユニット300の冷却チューブ310が挟まれる。このように冷却チューブ310が挟まれたバッテリーセル100の前後方向(X軸方向)において、側面構造ユニット400が対向するバッテリーセル100を収容し得る。
具体的には、前記バッテリーパックP(図2を参照)の幅方向(X軸方向)において、最外郭に配置されるエンドプレート450、バッテリーセル100、冷却チューブ310、バッテリーセル100、メインプレート410が配置され、再び、バッテリーセル100、冷却チューブ310、バッテリーセル100、メインプレート410の順に配置されながら結合され得る。その後、前記バッテリーパックP(図2を参照)の幅方向(X軸方向)において、反対側の最外郭に配置されるエンドプレート450が最終的に配置され結合されて前記側面構造ユニット400の結合が完成されることで、前記側面構造ユニット400内に前記バッテリーセル100及び前記クーリングユニット300が収容され得る。
ここで、前記クーリングユニット300の両端部は、前記メインプレート410同士の結合及び前記メインプレート410と前記エンドプレート450との結合の際、前記クーリングユニット挿入溝417内に挿入されて前記クーリングユニット300との干渉を防止しながら前記クーリングユニット300をより安定的に固定することができる。
一方、前記クーリングユニット300の一端部に備えられる冷却水流出入部370は、外部冷却ラインなどとの連結のため、前記側面構造ユニット400の外側に突出して配置され得る。
本実施例による前記側面構造ユニット400は、このようなメインプレート410とエンドプレート450との間の結合を通じて、前記バッテリーセル100及び前記クーリングユニット300を収容しながら、前記バッテリーパックP(図2を参照)の側面外郭構造を形成することができる。すなわち、前記側面構造ユニット400は、前記バッテリーパックPの外観を形成するパックケースとして機能することができる。
これにより、本実施例による前記バッテリーパックP(図1を参照)は、前記側面構造ユニット400を通じて別途の追加的なパックケースやパックハウジング構造物を省略することができ、製造コストを下げると同時に、前記バッテリーパックPの全体サイズを減らしてエネルギー密度をさらに高めることができる。
図27は、図23の側面構造ユニットを通じたバッテリーセルとクーリングユニットとの配置関係を説明するための図である。
図27を参照すると、前記メインプレート410の第1セル収容部411に備えられるバッテリーセル100の中心と前記第2セル収容部412に備えられるバッテリーセル100の中心との間の距離Aは、前記メインプレート410との密着のために設定された距離であって、前記メインプレート410の厚さによって変更され得る。
そして、前記冷却チューブ310の一面と接触する隣接したバッテリーセル100同士の中心間の距離Bは、バッテリーセル100と冷却チューブ310との接触角度を所定の角度、例えば、60度にするために設定された距離であって、後述する距離Cに連動して変更され得る。前記冷却チューブ310を介在して対向配置されるバッテリーセル100同士の中心間の距離Cは、前記冷却チューブ310の厚さを反映した距離であって、前記冷却チューブ310の一面と接触する隣接したバッテリーセル100同士の中心間の距離Bに連動して決定され得る。
このような距離A~距離Cは、前記バッテリーセル100と冷却チューブ310及び側面構造ユニット400との間のより緊密な密着のための最適距離に設定され得る。
一方、前記メインプレート410の前記第1セル収容部411及び前記第2セル収容部412の端部は、対向する冷却チューブ310の干渉防止のため、冷却チューブ310と接触するバッテリーセル100の一面よりも短く形成され得る。具体的には、前記第1セル収容部411及び前記第2セル収容部412の端部は、前記冷却チューブ310と所定のギャップを有するように離隔して配置され得る。
図28は図23の側面構造ユニットにバッテリーセルが結合されたとき、側面構造ユニットの底面を示した図であり、図29は図28の側面構造ユニットの要部の拡大底面図である。
図28及び図29を参照すると、前記側面構造ユニット400のボトムリブ415は、前記バッテリーセル100の底部よりも下方(-Z軸方向)にさらに突出し、前記バッテリーセル100のベント部31を干渉しないように備えられ得る。これにより、前記バッテリーセル100の過熱などによりベント部31を通じてガスが排出されるとき、前記ボトムリブ415の干渉なしに、より速かにガスを排出できる。
さらに、前記ボトムリブ415は、前記バッテリーセル100の底部の一側を覆うように備えられ、前記バッテリーセル100が前記側面構造ユニット400に収容されるとき、前記側面構造ユニット400内により堅固に固定できるようにする。
図2をさらに参照すると、前記バッテリーパックPは、充填部材500を含み得る。
前記充填部材500は、前記バッテリーパックPの高さ方向(Z軸方向)において、前記クーリングユニット300と前記複数のバッテリーセル100との間の空間に満たされ得る。一方、図2においては、理解の便宜上、前記充填部材500が直方体状の点線で示されているが、前記充填部材500は、前記クーリングユニット300と前記複数のバッテリーセル100との間の空間にすべて満たされ得る。
このような充填部材500は、前記バッテリーパックP(図2を参照)の上側及び下側を覆って、前記側面構造ユニット400と共に前記バッテリーパックPのパックケース構造を形成することができる。
また、前記充填部材500は、前記複数のバッテリーセル100をより安定的に固定すると同時に、前記複数のバッテリーセル100の熱分散効率を高めて前記バッテリーセル100の冷却性能をさらに高めることができる。
前記充填部材500は、ポッティング樹脂を含み得る。前記ポッティング樹脂は、緩い状態のレジン物質を前記複数のバッテリーセル100側に注入して硬化させることで形成し得る。ここで、前記レジン物質の注入は、前記複数のバッテリーセル100の熱損傷を防止するため、約15℃~25℃の常温状態で行われ得る。
具体的には、前記充填部材500は、シリコーン樹脂を含み得る。しかし、これに限定されず、前記充填部材500は、前記シリコーン樹脂の他にも、前記バッテリーセル100の固定及び熱分散効率を向上可能なその他のレジン物質を含んでもよい。
より具体的には、前記充填部材500は、前記バッテリーセル100において前記冷却チューブ310と接触していない部分を覆うことで、前記バッテリーセル100の熱平衡をガイドし、前記バッテリーセル100の冷却のバラツキを防止して前記バッテリーセル100の局所的な退化を防止することができる。また、バッテリーセル100の局所的な退化を防止することで、前記バッテリーセル100の安全性も著しく向上することができる。
また、前記充填部材500は、前記複数のバッテリーセル100のうちの少なくとも一つの特定のバッテリーセル100で異常状況による破損などが発生したとき、隣接したバッテリーセル100側への通電を防止する絶縁体の役割を果たすことができる。
また、前記充填部材500は、高い比熱性能を有する材質を含み得る。これにより、前記充填部材500は、熱容量(thermal mass)を増加させて、前記バッテリーセル100の急速充放電などのような状況でも前記バッテリーセル100の温度上昇を遅延させることで、前記バッテリーセル100の急激な温度上昇を防止することができる。
また、前記充填部材500は、ガラスバブル(glass bubble)を含み得る。前記ガラスバブルは、前記充填部材500の比重を低めて重量に対するエネルギー密度を高めることができる。
また、前記充填部材500は、高い耐熱性能を有する材質を含み得る。これにより、前記充填部材500は、前記複数のバッテリーセル100のうちの少なくとも一つの特定のバッテリーセル100で過熱などによる熱的イベントが発生したとき、隣接したバッテリーセル側への熱暴走を効果的に防止することができる。
また、前記充填部材500は、高い難燃性能を有する材質を含み得る。これにより、前記充填部材500は、前記複数のバッテリーセル100のうちの少なくとも一つの特定のバッテリーセル100で過熱などによる熱的イベントが発生したとき、火災発生の危険性を最小化することができる。
前記充填部材500は、前記バッテリーセル100の他にも、前記バスバーアセンブリ200にも満たされ得る。具体的には、前記充填部材500は、前記バスバーアセンブリ200の上側を覆うように前記バスバーアセンブリ200に満たされ得る。
ここで、前記充填部材500は、前記バッテリーセル100の上下方向(Z軸方向)において、前記バスバーアセンブリ200と前記バッテリーセル100との間に断絶空間や離隔空間なしに、前記バスバーアセンブリ200と前記バッテリーセル100との間に連続的に満たされ得る。
このように、本実施例による前記充填部材500は、前記バッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200とに断絶なく連続的に満たされるため、前記バッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200との間の領域で熱分散のバラツキなく均一な熱分散を具現し、前記バッテリーパックPの冷却性能を著しく高めることができる。
さらに、前記充填部材500は、前記側面構造ユニット400の外側面を除いた部分にも満たされ得る。ここで、前記充填部材500は、前記バッテリーセル100、前記バスバーアセンブリ200、及び前記側面構造ユニット400に断絶なく連続的に満たされ得る。これにより、前記バッテリーパックPの冷却性能がさらに向上することができる。
以下、このような充填部材500の注入によるパックケース構造の形成についてより具体的に説明する。
図30~図32は、図2に示された充填部材の注入を通じたパックケース構造の形成を説明するための図である。
図30~図32を参照すると、作業者などは、レジン注入装置Iを用いて前記シリコーン樹脂を含む充填部材500を注入及び塗布することで、前記レジン物質を含む前記充填部材500を通じて前記バッテリーパックP(図2を参照)の上側及び下側のパックケース構造を形成し得る。具体的には、前記充填部材500は、前記バッテリーパックPの上側(+Z軸方向)で前記バスバーアセンブリ200の上側を覆い、前記バッテリーパックPの下側(-Z軸方向)で前記バッテリーセル100の底部を覆いながら前記ボトムリブ415の突出高さhまで満たされ得る。ここで、前記ボトムリブ415の突出高さhは、前記充填部材500の注入量を考慮した所定の高さに設計され得る。
前記レジン注入装置Iを用いた前記充填部材500の注入及び塗布工程の際、前記側面構造ユニット400の底部には、前記充填部材500注入時の下側(-Z軸方向)へのレジン流出を防止できるように、注入ガイダーGが備えられ得る。前記注入ガイダーGは、前記充填部材500の硬化後の容易な脱着のため、テフロン(登録商標)材質などで備えられ得る。
前記充填部材500の注入及び塗布工程の際、前記側面構造ユニット400は、前記注入ガイダーGとともに、前記バッテリーセル100及び前記クーリングユニット300を支持しながらレジンの流出を防止する型枠の役割を果たすことができる。
これにより、本実施例では、前記側面構造ユニット400により、前記充填部材500の注入及び塗布工程の際、側面方向における追加的な注入ガイド治具構造が必要なく、製造コストを低減しながら作業効率を著しく向上させることができる。
また、前記側面構造ユニット400の上面縁に形成されるガイド段418及びエンドガイド段458により、前記充填部材500の注入時に、前記充填部材500の注入正確度を高めて前記バスバーアセンブリ200をより確実に覆うように前記充填部材500を注入し易く、前記充填部材500が溢れることも効果的に防止することができる。
ここで、前記側面構造ユニット400は、センシングインターコネクションボード270、コネクタターミナル280、290、及び冷却水流出入部370のような外部装置などと連結される部品などを外部に露出させるため、前記充填部材500の注入や塗布の際、これら構成部品などとの干渉などの問題も発生しない。
これにより、本実施例では、前記側面構造ユニット400及び前記充填部材500を通じて前記バッテリーパックP(図1を参照)のパックケース構造を形成するため、従来のように複数のプレートの複雑な組立体としてパックケース構造を形成する場合よりも、前記バッテリーパックPの組立工程を単純化でき、製造コストを著しく下げて価格競争力も確保することができる。
さらに、本実施例によれば、前記側面構造ユニット400及び前記充填部材500で形成されるパックケース構造を通じて、複数のプレートの組立体を含むセルフレーム構造として設けられる従来のパックケース構造に比べて、全体バッテリーパックPのサイズを減少できてエネルギー密度も著しく高めることができる。
図33は、本発明の他の一実施形態による自動車を説明するための図である。
図33を参照すると、自動車Vは、電気自動車またはハイブリッド自動車であり得、エネルギー源として、上述したバッテリーパックPを少なくとも一つ含み得る。
本実施例の場合、上述した前記バッテリーパックPが高いエネルギー密度を有するコンパクトな構造で備えられるため、自動車Vに搭載されたとき、複数のバッテリーパックPのモジュール化構造を具現し易く、前記自動車Vの多様な形状の内部空間においても相対的に高い搭載自由度を確保することができる。
以上のような多様な実施例によって、エネルギー密度を向上させると共に剛性を確保できるバッテリーパックP及びそれを含む自動車Vを提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、価格競争力及び製造効率を向上できるバッテリーパックP及びそれを含む自動車Vを提供することができる。
さらに、以上のような多様な実施例によって、冷却性能を向上できるバッテリーパックP及びそれを含む自動車Vを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施形態を図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
100 バッテリーセル
200 バスバーアセンブリ
250 接続バスバー
260、263、265 フュージング部
P バッテリーパック
200 バスバーアセンブリ
250 接続バスバー
260、263、265 フュージング部
P バッテリーパック
Claims (30)
- バッテリーパックであって、
前記バッテリーパックの長手方向及び幅方向に沿って配列される複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルの一側に配置され、前記複数のバッテリーセルを電気的に接続するバスバーアセンブリと、
を含み、
前記バスバーアセンブリは、
前記長手方向及び幅方向で隣接したバッテリーセルと直列及び並列に接続される接続バスバーと、
前記接続バスバーに形成され、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断するように構成されたフュージング部と、
を含む、バッテリーパック。 - 前記接続バスバーは、所定の長さ及び幅を有するストリップ状の単一層で設けられている、請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記接続バスバーと一体的に形成されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記接続バスバーは、
前記長手方向及び幅方向のうちの一方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを並列に接続するように構成された並列接続部と、
前記長手方向及び幅方向のうちの他方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを直列に接続するように構成された直列接続部と、
前記並列接続部と前記直列接続部との間を連結するインターコネクション部と、
を含む、請求項2に記載のバッテリーパック。 - 前記フュージング部は、前記インターコネクション部と一体的に形成されている、請求項4に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記インターコネクション部の幅を狭めるように構成されている、請求項5に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記インターコネクション部から所定の深さだけ凹んで形成されている、請求項5に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記インターコネクション部の縁部のそれぞれの角に形成されている、請求項5に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記インターコネクション部の縁部の幅を狭める所定の大きさの孔状で形成されている、請求項5に記載のバッテリーパック。
- 前記フュージング部は、前記異常状況が発生したバッテリーセルと接続された並列接続部及び直列接続部の電気的接続を順次に遮断可能に構成されている、請求項4に記載のバッテリーパック。
- 前記直列接続部は、
前記インターコネクション部から所定の長さで突出して延びる正極連結部と、
前記正極連結部の反対側に設けられ、前記インターコネクション部から所定の長さで突出して延びる負極連結部と、
を含む、請求項4に記載のバッテリーパック。 - 前記バスバーアセンブリの高さ方向において、前記正極連結部と前記負極連結部との間の高さは、前記バッテリーセルの一面から正極が突出した高さと同一である、請求項11に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバーアセンブリの高さ方向において、前記インターコネクション部の高さは、前記正極連結部及び負極連結部の高さよりも高い、請求項12に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバーアセンブリは、前記接続バスバーを覆うバスバーカバーを含む、請求項4に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバーカバーは、一対で備えられ、
前記接続バスバーは、前記一対のバスバーカバーの間に挿入される、請求項14に記載のバッテリーパック。 - 前記一対のバスバーカバーは、
前記接続バスバーの一側を覆う第1カバーと、
前記第1カバーと結合され、前記接続バスバーの他側を覆う第2カバーと、
を含む、請求項15に記載のバッテリーパック。 - 前記バスバーカバーには、前記直列接続部を露出させる所定の大きさの開口空間を有するバスバー孔が形成されている、請求項14に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバー孔は、前記直列接続部の大きさよりも大きい開口空間を有するように形成されている、請求項17に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバーカバーは、絶縁材質を含む、請求項14に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバーカバーは、ポリイミドフィルムを含む、請求項19に記載のバッテリーパック。
- 前記接続バスバーは、複数個備えられ、
前記バスバーカバーは、前記複数個の接続バスバーを覆うように設けられている、請求項14に記載のバッテリーパック。 - 前記バスバーカバーには、前記バスバーアセンブリの組立位置をガイドするガイド孔が形成されている、請求項14に記載のバッテリーパック。
- 前記ストリップ状は、前記複数のバッテリーセルの配列構造に対応するように形成されている、請求項2に記載のバッテリーパック。
- 請求項1から23のいずれか一項に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。
- バッテリーパックのバッテリーセルを電気的に接続するためのバスバーアセンブリであって、
所定の長さ及び幅を有するストリップ状であり、前記バッテリーセルと直列及び並列に接続されるように構成された接続バスバーと、
前記接続バスバーに形成され、異常状況が発生したバッテリーセルの電気的接続を直列方向及び並列方向の両方向ともに遮断するように構成されたフュージング部と、
を含む、バスバーアセンブリ。 - 前記接続バスバーは、単一層で設けられている、請求項25に記載のバスバーアセンブリ。
- 前記フュージング部は、前記接続バスバーと一体的に形成されている、請求項25に記載のバスバーアセンブリ。
- 前記接続バスバーは、
前記バスバーアセンブリの長手方向及び幅方向のうちの一方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを並列に接続するように構成された並列接続部と、
前記バスバーアセンブリの長手方向及び幅方向のうちの他方向に沿って形成され、前記バッテリーセルを直列に接続するように構成された直列接続部と、
前記並列接続部と前記直列接続部との間を連結するインターコネクション部と、
を含む、請求項25に記載のバスバーアセンブリ。 - 前記フュージング部は、前記インターコネクション部と一体的に形成されている、請求項28に記載のバスバーアセンブリ。
- 前記フュージング部は、前記インターコネクション部の幅を狭めるように構成されている、請求項29に記載のバスバーアセンブリ。
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