KR101977454B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 다수의 이차 전지로 구성되고, 냉각 효율을 높이면서 부품수를 줄일 수 있는 배터리 팩이 개시된다.
일 예로, 제 1 전극과 상기 제 1 전극에 대향하여 형성된 제 2 전극을 포함하는 복수의 배터리 셀; 상기 제 1 전극에 결합된 제 1 탭; 상기 배터리 셀의 제 2 전극에 연결되어 상기 제 1 탭이 위치한 영역으로 연장되어 형성된 제 2 탭; 및 상기 배터리 셀, 제 1 탭 및 제 2 탭을 수용하고, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭이 동일한 일면으로 돌출되는 커버를 포함하고, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭이 돌출된 상기 커버의 일면에서 상기 배터리 셀에 전기적으로 결합된 버스바를 포함하는 배터리 팩이 개시된다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 다수의 이차 전지로 구성되고, 냉각 효율을 높이면서 부품수를 줄일 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이러한 이차 전지는 각 유닛이 배터리 셀로 명칭되며, 원통형 전지, 파우치 전지 또는 각형 전지로 구성되는 것이 일반적이며, 대표적인 원통형 전지의 경우 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 업 구조를 포함한다.
한편, 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 필요한 전압 및 전류를 공급하도록 구성한다. 특히, 자동차에 적용되는 대용량의 경우, 다수의 배터리 셀을 연결하여야 하기 때문에, 조립에 공수가 많이 소요되고, 안전성을 위해 냉각 구조를 필요로 하게 된다.
본 발명은 다수의 이차 전지로 구성되고, 냉각 효율을 높이면서 부품수를 줄일 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 제 1 전극과 상기 제 1 전극에 대향하여 형성된 제 2 전극을 포함하는 복수의 배터리 셀; 상기 제 1 전극에 결합된 제 1 탭; 상기 배터리 셀의 제 2 전극에 연결되어 상기 제 1 탭이 위치한 영역으로 연장되어 형성된 제 2 탭; 및 상기 배터리 셀, 제 1 탭 및 제 2 탭을 수용하고, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭이 동일한 일면으로 돌출되는 커버를 포함하고, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭이 돌출된 상기 커버의 일면에서 상기 배터리 셀에 전기적으로 결합된 버스바를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 버스바는 배열된 1열의 배터리 셀들의 제 1 탭들과, 인접하여 배열된 다른 1열의 배터리 셀들의 제 1 탭들을 연결하여, 서로 인접한 적어도 2열의 배터리 셀들을 상호간에 병렬 연결할 수 있다.
그리고 상기 버스바는 병렬 연결된 적어도 2열의 배터리 셀들의 제 2 탭들을, 인접한 1열의 배터리 셀의 제 1 탭들과 전기적으로 연결하여 직렬 연결할 수 있다.
또한, 상기 버스바는 배열된 1열의 배터리 셀들을 연결하는 제 1 셀 연결부와, 인접한 1열의 배터리 셀들을 연결하는 제 2 셀 연결부 및 상기 제 1 셀 연결부와 제 2 셀 연결부를 결합하는 브릿지부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 다수개로 구비되고, 상기 버스바는 상기 제 1 셀 연결부 및 제 2 셀 연결부 중 적어도 하나가 인접한 버스바에 맞물리도록 배열될 수 있다.
또한, 상기 커버는 상기 일면에 상기 배터리 셀의 제 1 탭 및 제 2 탭들이 관통하여 돌출되는 홀을 포함하고, 상기 버스바는 상기 커버의 일면에서 상기 제 1 탭 및 제 2 탭들과 결합될 수 있다.
또한, 상기 커버의 일면과 반대되는 반대면은 상기 배터리 셀들과 전기적으로 분리되어, 외부의 기구물과 직접적으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 다수개로 구비되고, 인접한 사이에 절연체가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은 케이스 및 상기 케이스의 상부에 형성되는 캡 업을 포함하는 원통형 전지로 구성되고, 상기 제 1 탭은 상기 캡 업에 결합되고, 상기 제 2 탭은 상기 케이스에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭은 상기 원통형 전지의 상부를 향하도록 절곡되어 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 팩은 원통형 전지로 구성된 배터리 셀에 있어서, 캡 업에 결합된 제 1 탭과 케이스에 결합된 제 2 탭이 배터리 셀을 커버하는 제 1 커버의 동일면을 관통하여 돌출되도록 형성하고, 제 1 커버의 동일면에서 버스바를 통해 전기적으로 연결함으로써 부품수를 줄일 수 있다.
또한, 제 1 커버의 반대면인 제 2 커버에는 전기적인 연결을 위한 별도의 구조물이 구비될 필요가 없기 때문에, 냉각 장치의 결합시 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 제 1 커버의 상부로 배터리 셀의 탭이 체결된 형태를 도시한 부분 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 3c는 도 3a의 A 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바가 결합된 상태를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바가 결합된 상태를 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바에 의한 전기적 연결 관계를 도시한 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 제 1 커버의 상부로 배터리 셀의 탭이 체결된 형태를 도시한 부분 평면도이다. 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 셀을 도시한 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 배터리 셀의 분해 사시도이다. 도 3c는 도 3a의 A 부분 확대도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바가 결합된 상태를 도시한 평면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바가 결합된 상태를 도시한 부분 사시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바에 의한 전기적 연결 관계를 도시한 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 다수의 배터리 셀(110), 상기 배터리 셀(110)를 수용하는 제 1 커버(120) 및 제 2 커버(130)를 포함한다.
상기 배터리 셀(110)은 이차 전지로 구성된다. 상기 배터리 셀(110)은 선택에 따라 원통형 전지, 각형 전지 또는 파우치 전지 등의 타입으로 구비될 수 있다. 이러한 배터리 셀(110)에서 상기 배터리 셀(110)의 제 1 탭(111) 및 제 2 탭(112)은 동일 방향으로 돌출되면 무방하다. 이하에서는 편의상 원통형 전지로서 상기 배터리 셀(110)의 구성을 설명하도록 한다.
상기 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시)를 수용하는 케이스(113)와, 상기 케이스(113)의 상부에 결합되어 있는 캡 업(114)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 케이스(113)는 상기 전극 조립체의 양극판과 연결되어 양극으로 구성되고, 상기 캡 업(114)은 상기 전극 조립체의 음극판과 연결되어 음극으로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 극성은 당업자의 선택에 따라 바뀌는 것도 가능하다.
또한, 상기 배터리 셀(110)의 제 1 탭(111)은 상기 캡 업(114)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 탭(112)은 상기 케이스(113)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 구조를 위해, 상기 제 1 탭(111)은 대략 'L'자 형상으로 절곡되어 있으며, 절곡된 하부 영역이 상기 캡 업(114)과 결합된다. 그리고 절곡된 상부 영역이 상부로 연장되어 그 단부가 상기 제 1 커버(120)의 상부까지 돌출될 수 있다.
상기 제 2 탭(112)도 역시 대략 'L'자 형상으로 절곡되며, 다만 상기 제 1 탭(111)에 비해 수직 방향에서 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 탭(112)의 절곡된 하부 영역은 상기 케이스(113)의 하면에 결합되며, 절곡된 상부 영역은 상부로 연장되어 역시 상기 제 1 커버(120)의 상부까지 돌출될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 탭(111)과 제 2 탭(112)은 모두 상기 제 1 커버(120)의 상부로 돌출되어 있는 구조로서, 상기 배터리 팩(100)의 기준으로 동일면, 즉, 상기 제 1 커버(120)의 상면으로 돌출되어 배열되어 있다. 결국, 후술할 버스바의 체결시 상기 배터리 팩(100)의 제 1 커버(120)에서 용접을 수행하면 되기 때문에, 자동 납땜기를 적용하여 용접 공법 자동화가 가능하게 된다.
또한, 상기 제 1 탭(111)과 제 2 탭(112)이 상기 제 1 커버(120)의 동일면에 위치됨으로써, 상기 제 2 커버(130)로는 별도의 탭이 돌출되지 않는다. 따라서, 상기 배터리 팩(100)을 냉각하기 위한 냉각 장치의 접촉시 상기 제 2 커버(130)에 접촉하게 되면, 상기 배터리 팩(100)과 냉각 장치의 사이에 별도의 구성, 예를 들어 버스바와 같은 구성이 존재하지 않기 때문에, 부품수를 줄일 수 있고, 냉각 효과를 높일 수 있다.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 상기 제 1 커버(120)는 상기 배터리 셀(110)의 제 1 면에 형성된다. 상기 제 1 커버(120)는 다수의 배터리 셀(110)의 제 1 탭(111) 및 제 2 탭(112)이 돌출되는 영역에 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 커버(120)는 상기 배터리 셀(110)의 캡업(114)이 형성된 영역에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 커버(120)는 상기 제 1 탭(111) 및 제 2 탭(112)이 각각 돌출될 수 있도록 홀이 형성된다. 따라서, 상기 제 1 커버(120)의 외부로 상기 제 1 탭(111) 및 제 2 탭(112)이 돌출되어 노출될 수 있다. 또한, 상기 제 1 커버(120)는 기본적으로 절연 재질로 형성되어, 상기 배터리 셀(110)들이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제 1 커버(120)는 상기 배터리 셀(110)들을 직병렬 연결하기 위한 버스바(121 내지 127)를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바(121 내지 127)는 상기 배터리 셀(110) 각각의 제 1 탭(111) 또는 제 2 탭(112)와 연결되어, 다수의 배터리 셀(110)들이 직병렬 연결되도록 할 수 있다. 또한, 상기 버스바(121 내지 127)의 사이에는 상기 버스바(121 내지 127)들이 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위해 별도의 절연체가 더 형성되는 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 버스바(121 내지 127) 중 첫 번째인 제 1 버스바(121)는 상기 배터리 셀(110) 중 수직 방향에서 첫 번째 열로 배열된 제 1 열(110_1) 및 두 번째 열로 배열된 제 2 열(110_2)의 제 1 탭(111)들에 결합된다.
이를 위해 상기 제 1 버스바(121)는 제 1 열(110_1)을 따라 형성된 제 1 셀 연결부(121a), 상기 제 2 열(110_2)을 따라 형성된 제 2 셀 연결부(121b), 상기 제 1 셀 연결부(121a)와 제 2 셀 연결부(121b)를 상호간에 연결하는 브릿지부(121c)를 포함할 수 있다.
또한, 이에 따르면, 상기 제 1 버스바(121)에 의해, 다수의 상기 배터리 셀(110) 중, 제 1 열(110_1)의 8개 셀과, 제 2 열(110_2)의 8개 셀들의 제 1 탭(111)이 상호간에 연결되므로, 이들 16개 셀들은 병렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 버스바(121 내지 127) 중 두 번째인 제 2 버스바(122)는 제 1 열(110_1) 및 제 2 열(110_2)의 제 2 탭(112)들과 연결되고, 상기 배터리 셀(110)의 세 번째 열로 배열된 제 3 열(110_3) 및 제 4 열(110_4)의 제 1 탭(111)들과도 연결된다. 따라서, 상기 배터리 셀(110)의 제 3 열(110_3) 및 제 4 열(110_4)의 16개 셀들은 상호간에 병렬로 연결되고, 상기 배터리 셀(110)의 제 1 열(110_1) 및 제 2 열(110_2)은 상기 제 3 열(110_3) 및 제 4 열(110_4)과 직렬로 연결된다. 따라서, 상기 제 1 열 내지 제 4 열(110_1 내지 110_4)은 직병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 2 버스바(122)는 상기 제 1 버스바(121)와 서로 엇갈려서 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 버스바와 대응되는 제 2 버스바(122)는 제 1 열(110_1)의 제 2 탭(112)을 연결하는 제 1 셀 연결부(122a), 제 2 열(110_2)의 제 2 탭(112)과 제 3 열(110_3)의 제 1 탭(111)을 연결하는 제 2 셀 연결부(122b), 상기 제 4 열(110_4)의 제 1 탭(111)을 연결하는 제 3 셀 연결부(122c)와, 상기 제 1 내지 제 3 셀 연결부(122a 내지 122c)를 연결하는 브릿지부(122d)로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 제 2 버스바(122)의 제 1 셀 연결부(122a)는 상기 제 1 버스바(121)의 제 1 셀 연결부(121a)와 제 2 셀 연결부(121b)의 사이에 위치한다. 또한, 이와 반대로, 상기 제 1 버스바(121)의 제 2 셀 연결부(121b)는 상기 제 2 버스바(122)의 제 1 셀 연결부(122a)와 제 2 셀 연결부(122b)의 사이에 위치한다. 따라서, 상기 제 1 버스바(121)와 제 2 버스바(122)는 서로 위아래 방향에서 맞물린 형태가 될 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 제 3 버스바 내지 제 7 버스바(123 내지 127)에 의해 나머지 배터리 셀(110)들도 직병렬 연결이 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 배터리 셀(110)들은 각각 2개열씩(1,2 / 3,4 / 5,6 / 7,8 / 9,10 / 11,12) 쌍을 이루어, 병렬로 연결되고, 각 쌍들은 상호간에 직렬로 연결된 형태를 가질 수 있다. 다만, 이러한 직병령의 연결 방식은 필요한 최종 제품의 요구 사항에 따른 전압/전류/전력을 제공하기 위해 적절하게 변형될 수 있다.
상기 제 2 커버(130)는 상기 배터리 셀(110)을 기준으로 상기 제 1 커버(120)와 반대면에 결합된다. 또한, 상술한 것과 같이 상기 배터리 셀(110)의 제 1 탭(111) 및 제 2 탭(112)은 모두 상기 제 1 커버(120)의 외면으로 돌출되기 때문에, 상기 제 2 커버(130)는 상기 배터리 셀(110)이 위치한 반대면에 대해 전기적 연결을 위한 별도의 기구물이 부착될 필요가 없다. 따라서, 상기 제 2 커버(130)에 대해 냉각 장치가 결합되는 경우, 상기 제 2 커버(130)와의 사이에 직접 결합될 수 있기 때문에 효율을 극대화하고, 부품을 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 배터리 팩 110; 배터리 셀
111; 제 1 탭 112; 제 2 탭
120; 제 1 커버 130; 제 2 커버

Claims (10)

  1. 상부에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에 대향하여 하부에 형성된 제 2 전극을 포함하는 복수의 배터리 셀;
    상기 제 1 전극에 결합되어 상기 배터리 셀의 상부로 단부가 연장된 제 1 탭;
    상기 배터리 셀의 제 2 전극에 연결되고, 단부가 상기 제 1 탭이 위치한 상기 배터리 셀의 상부로 연장되어 형성된 제 2 탭; 및
    상기 배터리 셀, 제 1 탭 및 제 2 탭을 수용하고, 상기 제 1 탭 및 제 2 탭의 연장된 단부가 동일한 일면으로 돌출되는 커버를 포함하고,
    상기 제 1 탭 및 제 2 탭이 돌출된 상기 커버의 일면에서 상기 제 1 탭 및 제 2 탭과 전기적으로 결합된 버스바를 포함하되,
    상기 커버의 일면과 반대되는 반대면은 상기 배터리 셀들과 전기적으로 분리되고,
    상기 복수의 배터리 셀은 행과 열을 갖도록 배열되고,
    상기 버스바는
    상기 배터리 셀의 제 1 열을 따라 제 1 탭들을 전기적으로 연결하는 제 1 셀 연결부, 제 2 열을 따라 제 1 탭들을 전기적으로 연결하는 제 2 셀 연결부 및 상기 제1 셀 연결부와 제 2 셀 연결부를 연결하는 브릿지부를 포함하는 제 1 버스바; 및
    상기 제 1 열을 따라 제 2 탭들을 전기적으로 연결하는 제 2 버스바를 포함하고,
    상기 제 2 버스바는 상기 제 1 버스바의 제 1 셀 연결부와 제 2 셀 연결부의 사이에 위치하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바는 배열된 1열의 배터리 셀들의 제 1 탭들과, 인접하여 배열된 다른 1열의 배터리 셀들의 제 1 탭들을 연결하여, 서로 인접한 적어도 2열의 배터리 셀들을 상호간에 병렬 연결하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 버스바는 병렬 연결된 적어도 2열의 배터리 셀들의 제 2 탭들을, 인접한 1열의 배터리 셀의 제 1 탭들과 전기적으로 연결하여 직렬 연결하는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바는 다수개로 구비되고, 상기 버스바는 상기 제 1 셀 연결부 및 제 2 셀 연결부 중 적어도 하나가 인접한 버스바에 맞물리도록 배열되는 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 일면에 상기 배터리 셀의 제 1 탭 및 제 2 탭들이 관통하여 돌출되는 홀을 포함하고, 상기 버스바는 상기 커버의 일면에서 상기 제 1 탭 및 제 2 탭들과 결합되는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버의 반대면은 외부의 기구물과 직접적으로 결합되는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바는 다수개로 구비되고, 인접한 사이에 절연체가 더 형성되는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 케이스 및 상기 케이스의 상부에 형성되는 캡 업을 포함하는 원통형 전지로 구성되고, 상기 제 1 탭은 상기 캡 업에 결합되고, 상기 제 2 탭은 상기 케이스에 결합되는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 탭 및 제 2 탭은 상기 원통형 전지의 상부를 향하도록 절곡되어 형성된 배터리 팩.
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