KR102561801B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 각각 벤트부를 포함하는 다수의 배터리 셀로서, 서로 이웃한 배터리 셀 사이를 관통하는 냉각 유로가 형성되도록 배치된 다수의 배터리 셀과, 배터리 셀이 조립되는 것으로, 냉각 유로를 둘러싸면서 배터리 셀과 반대 방향으로 돌출 형성되는 중공 돌출부를 포함하는 셀 홀더와, 셀 홀더 상에 배치되는 것으로, 중공 돌출부가 끼워지도록 개구된 개방 영역과, 벤트부 상을 폐쇄하도록 차단 영역이 형성된 분리부재;를 구비한다.
본 발명에 의하면, 냉각 유로를 흐르는 냉각 매체와 배터리 셀의 벤트부를 통하여 배출된 배기 가스의 배출 경로를 공간적으로 분리함으로써, 폭발이나 발화의 위험을 원천적으로 제거할 수 있는 안전성이 향상된 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 배터리 셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 배터리 셀들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 배터리 팩의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 배터리 팩이 선호되며, 배터리 팩은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 냉각 유로를 따라 흐르는 냉각 매체와 배터리 셀의 벤트부를 통하여 배출된 배기 가스의 배출 경로를 공간적으로 분리함으로써, 폭발이나 발화의 위험을 원천적으로 제거할 수 있는 안전성이 향상된 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는, 전기 차량에 탑재된 배터리 팩에 있어서, 배기 가스가 제어되지 않은 배출 경로를 따라 차량의 실내로 유입되는 것이 차단되는 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은, 각각 벤트부를 포함하는 다수의 배터리 셀로서, 서로 이웃한 배터리 셀 사이를 관통하는 냉각 유로가 형성되도록 배치된 다수의 배터리 셀;
상기 배터리 셀이 조립되는 것으로, 상기 냉각 유로를 둘러싸면서 상기 배터리 셀과 반대 방향으로 돌출 형성되는 중공 돌출부를 포함하는 셀 홀더; 및
상기 셀 홀더 상에 배치되는 것으로, 상기 중공 돌출부가 끼워지도록 개구된 개방 영역과, 상기 벤트부 상을 폐쇄하도록 차단 영역이 형성된 분리부재;를 구비한다.
예를 들어, 상기 차단 영역은, 상기 개방 영역을 제외한 분리부재의 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 분리부재는, 상기 개방 영역이 홀 형태로 천공된 판상의 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 분리부재의 차단 영역과 배터리 셀 또는 차단 영역과 셀 홀더 사이에는, 상기 벤트부로부터 배출되는 배출 가스의 배기 경로가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 차단 영역은, 상기 벤트부 상에서 일 측이 폐쇄된 배기 경로의 일단을 형성하고,
상기 배기 경로의 타단에는 셀 홀더를 관통하도록 형성된 배기 홀이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배기 경로는,
다수의 배터리 셀의 벤트부로부터 배기 홀까지 연속적으로 형성되며,
상기 중공 돌출부 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각 유로는, 상기 중공 돌출부에 의해 둘러싸인 형태로 개방 영역을 통하여 분리부재를 관통하면서, 상기 분리부재에 의해 일 측이 폐쇄된 배기 경로로부터 공간적으로 분리될 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 돌출부는, 상기 냉각 유로를 둘러싸는 원형, 타원형 또는 다각형 형태의 벽체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 돌출부의 외주와, 상기 개방 영역의 내주는 서로에 대해 억지 끼움 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 개방 영역은, 중공 돌출부의 돌출 방향을 따라 점진적으로 축소되는 사이즈의 내주를 갖는 벽체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 홀더와 분리부재 사이에는, 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 회로기판이 개재될 수 있다.
예를 들어, 상기 회로기판에는, 상기 중공 돌출부가 끼워지도록 개구된 개방 영역이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 회로기판의 개방 영역은,
각각의 냉각 유로 마다 개별적인 홀 형태로 형성된 제1 개방 영역; 및
이웃한 서로 다른 냉각 유로에 대해 공통되는 홀 형태로 형성된 제2 개방 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 개방 영역은, 이웃한 서로 다른 냉각 유로와 더불어, 이웃한 한 쌍의 배터리 셀의 테두리 부분을 함께 노출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 개방 영역을 통하여 노출된 배터리 셀의 테두리 부분과 회로기판 사이에는 접속부재가 개재될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 개방 영역은, 배터리 셀의 열 방향을 따라 서로 교번되는 패턴으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 열 방향을 따라, 일 배터리 셀의 양편으로는 서로 다른 쌍의 냉각 유로가 형성되며,
상기 일 배터리 셀의 일편에 형성된 한 쌍의 냉각 유로 중 적어도 하나의 냉각 유로는, 제1 개방 영역을 통하여 노출되며,
상기 일 배터리 셀의 타편에 형성된 한 쌍의 냉각 유로는, 제2 개방 영역을 통하여 노출될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 홀더는, 배터리 셀의 상단부가 조립되는 상부 홀더 및 배터리 셀의 하단부가 조립되는 하부 홀더를 포함하고,
상기 분리부재는, 상기 상부 홀더 상에 배치되는 상부 분리부재 및 상기 하부 홀더 상에 배치되는 하부 분리부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 홀더와 분리부재 사이에는, 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 회로기판이 개재되고,
상기 냉각 유로는 상부 분리부재로부터 회로기판과, 상부 및 하부 홀더와, 상부 및 하부 홀더에 조립된 배터리 셀들 사이를 관통하여 하부 분리부재까지 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재 상에는, 각각 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 유체의 입출구가 형성된 상부 덕트 및 하부 덕트가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 덕트 및 하부 덕트 중에서, 어느 하나의 덕트에는 오프닝이 형성되고, 나머지 다른 덕트에는 유체 기기가 연결되는 접속부가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 오프닝과 접속부 중에서, 어느 하나는 상기 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 매체의 입구를 형성하고, 다른 하나는 상기 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 매체의 출구를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 오프닝 및 접속부는, 배터리 팩의 대각선 위치에 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 냉각 유로를 따라 흐르는 냉각 매체와 배터리 셀의 벤트부를 통하여 배출된 배기 가스의 배출 경로를 공간적으로 분리함으로써, 냉각 매체와 배출 가스의 혼합에 따른 폭발이나 발화의 위험을 원천적으로 제거할 수 있는 안전성이 향상된 배터리 팩이 제공될 수 있다. 또한, 전기 차량에 탑재된 배터리 팩에 있어서, 배기 가스가 제어되지 않은 배출 경로를 따라 차량의 실내로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는, 도 2에 도시된 배터리 셀을 도시한 도면으로, 냉각 유로를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 5에는, 도 1에 도시된 회로기판을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에는, 도 1에 도시된 분리부재를 설명하기 위한 것으로, 분리부재의 서로 반대되는 면을 보여주는 도면들이 도시되어 있다.
도 8에는 분리부재에 의해 냉각 유로의 냉각 매체와 배기 경로의 공간적인 분리를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 9에는, 상부 덕트 및 하부 덕트를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는, 도 2에 도시된 배터리 셀을 도시한 도면으로, 냉각 유로를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 5에는, 도 1에 도시된 회로기판을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에는, 도 1에 도시된 분리부재를 설명하기 위한 것으로, 분리부재의 서로 반대되는 면을 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 도 8에는 분리부재에 의해 냉각 유로의 냉각 매체와 배기 경로의 공간적인 분리를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 9에는, 상부 덕트 및 하부 덕트를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 각각 벤트부(13)를 포함하는 다수의 배터리 셀(10)과, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이를 관통하도록 형성된 냉각 유로(F)와, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서, 상기 냉각 유로(F)가 관통하도록 개구된 개방 영역(145)과 상기 벤트부(13)에 대응되는 차단 영역(144)을 구비하는 분리부재(140)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 길이 방향을 따라 상단부(10a)와 하단부(10b)를 포함할 수 있고, 상단부(10a)와 하단부(10b) 사이에서 원통 형상의 외주 면(10c)을 포함하는 원형 배터리 셀로 마련될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)에는 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극(11,12)이 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)은, 각각 배터리 셀(10)의 제1 극성(ex. 음극) 및 제2 극성(ex. 양극)에 해당될 수 있다.
본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)란, 제1, 제2 극성에 따른 구분이라기 보다는 위치에 따른 구분으로, 각각 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 상부 위치에 형성된 단부와, 하부 위치에 형성된 단부를 의미할 수 있다. 즉, 구체적인 배터리 셀(10)의 배치에 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는, 서로 같은 제1 극성 또는 서로 같은 제2 극성을 갖거나, 서로 다른 제1, 제2 극성을 가질 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 상하 방향을 따라 반전되는 패턴으로 배열될 수 있으며, 이에 따라, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)끼리는 서로 다른 제1, 제2 극성을 가질 수 있으며, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b)끼리도 서로 다른 제1, 제2 극성을 가질 수 있다.
상기 배터리 셀(10)은, 이웃한 다른 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 전기적 연결 방향을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10)끼리 상하 방향으로 반전되는 패턴으로 배열되면서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 극성끼리 직렬 연결될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 서로 이웃한 배터리 셀의 서로 같은 제1, 제2 극성끼리 병렬 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩을 형성하는 일 군의 배터리 셀(10) 각각은, 이웃한 다른 배터리 셀(10)과 직렬 연결을 형성할 수 있으며, 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 간의 병렬 연결을 포함하지 않을 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩은, 서로 이웃한 배터리 셀 간의 직렬 연결 및/또는 병렬 연결을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전기적 연결 방향을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 상하 반전되는 패턴으로 배열될 수 있으며, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)끼리 또는 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b)끼리를 연결함으로써, 서로 다른 제1, 제2 극성끼리의 직렬 연결을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 서로 같은 제1, 제2 극성끼리의 병렬 연결을 형성할 수 있다.
본 명세서를 통하여 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향이란, 이웃한 배터리 셀(10)이 서로 전기적으로 연결되는 방향을 의미하는 것으로, 특정한 일 방향을 의미한다기 보다는, 후술하는 바와 같이, 다수의 버스 바(120)를 통하여 연결되는 서로 다른 방향들을 포괄할 수 있다.
서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(F)를 통하여 흐르는 냉각 매체는, 배터리 셀(10)과 접촉되어 배터리 셀(10)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 유로(F)는 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이를 관통하여 배터리 셀(10)의 외측으로 연장될 수 있으며, 배터리 팩의 거의 전체를 관통하도록 형성된 냉각 유로(F)는, 냉각 유로(F)의 입출구를 통하여 배터리 팩의 외부와 유체적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 냉각 유로(F)는 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 배터리 팩의 거의 전체를 관통하도록 배터리 팩을 가로질러 연장될 수 있다. 상기 냉각 유로(F)에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 적어도 어느 일 단부에는 벤트부(13)가 형성될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 벤트부(13)가 형성된 배터리 셀(10)의 단부를 배터리 셀(10)의 일 단부라고 할 때, 상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 일 단부 테두리 위치를 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤트부(13)는, 배터리 셀(10)의 일 단부 중앙 위치에 형성된 제2 전극(12)의 가장자리를 따라 형성될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 일 단부 테두리 위치를 따라 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 벤트부(13)는, 배터리 셀(10)의 일 단부 중에서 테두리 위치를 따라 서로로부터 이격된 다수의 벤트부(13)를 포함할 수 있다. 상기 벤트부(13)는, 배터리 셀(10)의 내부 압력을 해소하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 일 단부 중에서 상대적으로 약한 강도로 형성된 부분에 해당될 수 있다. 상기 벤트부(13)는, 배터리 셀(10)의 내부 압력이 사전에 설정된 임계 압력(벤트부(13)의 파단 압력에 해당) 이상으로 상승될 때, 벤트부(13)가 파단되면서 내부 압력을 해소시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 배터리 셀(10)의 내부 압력에 따라 벤트부(13)를 통하여 배출된 배기 가스는 분리부재(140)의 차단 영역(144)에 의해 일 측이 폐쇄된 배기 경로를 따라 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 상기 분리부재(140)에는 배터리 셀(10)의 벤트부(13)에 대응되는 차단 영역(144)이 형성될 수 있으며, 벤트부(13)를 통하여 배출된 배기 가스는, 분리부재(140)의 차단 영역(144)과 배터리 셀(10) 사이에 형성된 배기 경로를 통하여 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다. 분리부재(140)와 배기 경로에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 셀 홀더(110)에 조립될 수 있다. 상기 셀 홀더(110)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)가 끼워지는 상부 홀더(110a)와, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)가 끼워지는 하부 홀더(110b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)에 끼워지는 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)를 제외하고, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 중앙 위치는 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b) 사이로 노출될 수 있다. 이때, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있으며, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b) 사이로 노출된 배터리 셀(10)의 중앙 위치는, 냉각 유로(F)를 흐르는 냉각 매체에 직접 노출되어 냉각될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각 매체는 배터리 팩의 외부로부터 유입된 저온의 공기에 해당될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 냉각 매체는, 공기 이외의 다른 기체 상태의 냉각 매체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 냉매가스를 포함할 수 있다.
상기 상부 홀더(110a)와 하부 홀더(110b)에는, 각각 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 배터리 셀(10)의 하단부(10b)가 끼워지는 조립 리브(111)가 형성될 수 있으며, 상기 조립 리브(111)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)를 둘러싸면서 배터리 셀(10)의 조립 위치를 규제할 수 있다. 상기 조립 리브(111)는, 판상으로 형성된 셀 홀더(110)의 본체로부터 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 배터리 셀(10)을 향하는 내측 방향으로 돌출될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)를 둘러싸면서 배터리 셀(10)을 지지해줄 수 있다.
상기 셀 홀더(110)에는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)을 노출시키기 위한 단자 홀(112)이 형성될 수 있다. 상기 단자 홀(112)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)은, 버스 바(120)를 통하여 이웃한 다른 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 홀(112)은, 셀 홀더(110) 중에서 제1, 제2 전극(11,12)이 형성된 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)가 조립되는 조립 리브(111)에 의해 둘러싸이는 영역 내에 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 적어도 어느 일 단부에는 벤트부(13)가 형성될 수 있으며, 상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 일 단부에 형성된 제2 전극(12)을 둘러싸는 일 단부의 테두리 위치를 따라 형성될 수 있다. 이때, 상기 단자 홀(112)은, 배터리 셀(10)의 제2 전극(12)과 더불어, 배터리 셀(10)의 제2 전극(12)을 둘러싸는 일 단부의 테두리 위치를 따라 형성된 벤트부(13)를 함께 노출시킬 수 있도록, 충분한 크기(ex. 직경)로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 상하 방향을 따라 반전되는 패턴으로 배열될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 셀(10)의 벤트부(13)는 구체적인 배터리 셀(10)의 위치에 따라 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 형성되거나 또는 배터리 셀(10)의 하단부(10b)에 형성될 수 있고, 이때, 상부 및 하부 홀더(110a,110b)에 형성된 단자 홀(112)은, 각각 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)에 형성된 벤트부(13)를 노출시키기에 충분한 크기(ex. 직경)로 형성될 수 있다.
상기 배터리 셀(10)의 벤트부(13)를 통하여 배출된 배기 가스는, 셀 홀더(110)의 단자 홀(112)을 통하여 셀 홀더(110) 상에 형성된 배기 경로를 따라 흐를 수 있고, 셀 홀더(110)의 일 측에 형성된 배기 홀(DH)을 통하여 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 상기 셀 홀더(110)의 일 측에는 배기 홀(DH)이 형성될 수 있으며, 상기 배기 홀(DH)은 다수의 배터리 셀(10)의 벤트부(13)와 유체적으로 연결되어 벤트부(13)로부터 배출된 배기 가스를 취합하고 배터리 팩의 외부로 배출시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배기 홀(DH)은, 셀 홀더(110)의 가장자리 위치에 형성될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치에 형성될 수 있다.
상기 셀 홀더(110)에는, 냉각 유로(F)를 형성하기 위한 중공 돌출부(115)가 형성될 수 있다. 상기 중공 돌출부(115)는, 냉각 유로(F)를 형성하는 중앙의 중공부와, 중앙의 중공부를 둘러싸는 벽체(115a)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 중공 돌출부(115)는, 중앙의 중공부를 둘러싸는 원형의 벽체(115a)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않고, 상기 중공 돌출부(115)는 중앙의 중공부를 둘러싸는 타원형 또는 육각형을 포함하는 다양한 다각형 형태의 벽체(115a)를 포함할 수 있다.
상기 중공 돌출부(115)는, 판상으로 형성된 셀 홀더(110)의 본체로부터 배터리 셀(10)과 반대되는 외측 방향을 향하여 돌출될 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 돌출부(115)는, 이웃한 배터리 셀(10) 사이에 형성된 냉각 유로(F)를, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 외부로 연장시킬 수 있으며, 벽체(115a)에 의해 둘러싸인 형태의 냉각 유로(F)를 형성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 중공 돌출부(115)는, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 셀 홀더(110) 상에 배치되는 회로기판(130)과 분리부재(140)를 순차로 관통할 수 있으며, 이때, 상기 중공 돌출부(115)는, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 배터리 팩의 거의 전체를 관통하도록 배터리 팩을 가로질러 연장되는 냉각 유로(F)를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 홀더(110a)의 중공 돌출부(115)는, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 상부 홀더(110a) 상에 배치되는 회로기판(130)과 상부 분리부재(140a)를 순차로 관통할 수 있으며, 하부 홀더(110b)의 중공 돌출부(115)는, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 하부 홀더(110b) 상에 배치되는 하부 분리부재(140b)를 관통할 수 있다. 상기 회로기판(130) 및 분리부재(140)에는 상기 중공 돌출부(115)가 끼워질 수 있도록 개구된 개방 영역(135,145)이 형성될 수 있다. 상기 회로기판(130) 및 분리부재(140)의 개방 영역(135,145)은, 회로기판(130) 및 분리부재(140)를 따라 중공 돌출부(115)와 대응되는 위치가 개구된 형태로 형성될 수 있다. 상기 회로기판(130) 및 분리부재(140)의 개방 영역(135,145)에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
이하, 도 4를 참조하여, 셀 홀더(110)를 따라 중공 돌출부(115)가 형성되는 위치, 또는 중공 돌출부(115)에 의해 형성되는 냉각 유로(F)의 위치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각 유로(F)의 적어도 일부, 그러니까, 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 냉각 유로(F)가 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 외부로 연장되는 부분은, 중공 돌출부(115)에 의해 형성될 수 있으며, 상기 냉각 유로(F)와 중공 돌출부(115)는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 냉각 유로(F)의 위치는 중공 돌출부(115)의 위치를 의미할 수 있다.
상기 냉각 유로(F)는 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 셀(10)은, 원형 배터리 셀로 마련될 수 있으며, 각각의 배터리 셀(10)은, 이웃한 배터리 셀(10) 사이 사이에 끼워지도록 서로 엇갈리는 위치에 배치됨으로써, 다수의 배터리 셀(10)이 조밀하게 배열될 수 있고, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 공간을 활용하여 배터리 셀(10)을 조밀하게 배열함으로써, 무효한 사공간을 줄이고 같은 면적 대비 상대적으로 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리 팩이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 열 방향을 따라 배열될 수 있고 서로 이웃한 열의 배터리 셀(10)이 서로에 대해 끼워지도록 서로 이웃한 열의 배터리 셀(10)은 서로 엇갈리는 위치에 배열될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(10)의 열 방향이란, 배터리 셀(10)이 일 방향을 따라 직선적으로 배열될 때, 배터리 셀(10)이 배열되는 일 방향을 의미할 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 열 방향은, 다수의 배터리 셀(10)이 전기적으로 연결되는 방향 즉, 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향과는 다를 수 있으며, 배터리 셀(10)의 열 방향은, 배터리 셀(10)의 전기적인 연결 상태를 고려하지 않고, 배터리 셀(10)이 배열되는 일 방향을 의미할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 열(R1)의 배터리 셀(10)은, 제2 열(R2)의 배터리 셀(10)의 사이 사이에 끼워지도록 제1, 제2 열(R1,R2)의 배터리 셀(10)은 서로를 향하여 조밀하게 배열될 수 있으며, 유사하게, 제2 열(R2)의 배터리 셀(10)은, 제3 열(R3)의 배터리 셀(10)의 사이 사이에 끼워지도록 제2, 제3 열(R2,R3)의 배터리 셀(10)은 서로를 향하여 조밀하게 배열될 수 있다.
어느 하나의 배터리 셀(10)은, 이웃한 배터리 셀(10)의 사이에 끼워지면서 세 개의 배터리 셀(10)은 서로 외주(circumference)끼리 인접하게 배치되며, 이때, 외주끼리 서로 인접한 세 개의 배터리 셀(10) 사이에는, 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(F)는, 서로 외주(circumference)끼리 인접한 세 개의 배터리 셀(10) 사이에서 배터리 셀(10)에 의해 점유되지 않는 여분의 영역, 그러니까, 골 영역에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 서로 이웃한 제1 열(R1)의 배터리 셀(10)과 제2 열(R2)의 배터리 셀(10) 사이에는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있는데, 제1 열(R1)의 두 개의 배터리 셀(10)과 제2 열(R2)의 하나의 배터리 셀(10) 사이에는 하나의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있고, 제2 열(R2)의 두 개의 배터리 셀(10)과 제1 열(R1)의 하나의 배터리 셀(10) 사이에도 하나의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 유사하게, 서로 이웃한 제2 열(R2)의 배터리 셀(10)과 제3 열(R3)의 배터리 셀(10) 사이에는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있는데, 제2 열(R2)의 두 개의 배터리 셀(10)과 제3 열(R3)의 하나의 배터리 셀(10) 사이에는 하나의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있고, 제3 열(R3)의 두 개의 배터리 셀(10)과 제2 열(R2)의 하나의 배터리 셀(10) 사이에도 하나의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 열(R2)에 속한 하나의 배터리 셀(10)의 외주 방향을 따라서는 6개의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 열(R2)에 속한 하나의 배터리 셀(10)은 외주 방향을 따라 6개의 배터리 셀(10, 제1 내지 제3 열 R1,R2,R3의 배터리 셀 10)과의 사이에서 다수의 골 영역을 형성할 수 있으며, 외주 방향을 따라 순차적으로 2개씩의 배터리 셀(10)과의 사이에 골 영역을 형성하면서 총 6개의 골 영역을 형성할 수 있고, 각각의 골 영역마다 냉각 유로(F)가 형성되면서 총 6개의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 셀 홀더(110)에는 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 퓨즈 박스(미도시)와 연결된 퓨즈 단자(123)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 홀더(110a)에는, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자(121,122)와, 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122) 사이에 개재되어 충, 방전 경로를 형성하는 퓨즈 박스(미도시)와 연결을 위한 퓨즈 단자(123)가 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)는, 서로 전기적으로 연결된 일군의 배터리 셀(10)과 외부 기기 사이의 전기적인 연결을 매개할 수 있고, 일군의 배터리 셀(10)은 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)를 통하여 외부 부하로 방전 전력을 공급하거나 또는 제1, 제2 출력 단자(121,122)를 통하여 외부 충전기로부터 충전 전력을 공급받을 수 있다. 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)는, 버스 바(120)를 통하여 전기적으로 연결된 일군의 배터리 셀(10) 중에서, 전위가 가장 높은 고전위 배터리 셀(10)과 전위가 가장 낮은 고전위 배터리 셀(10)과 각각 연결될 수 있다.
상기 퓨즈 박스(미도시)는, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 사이에서 충, 방전 경로를 형성할 수 있으며, 퓨즈 박스(미도시)에 연결된 퓨즈 단자(123)를 통하여 일군의 배터리 셀(10)의 충, 방전 경로가 퓨즈 박스를 경유하도록 할 수 있다. 상기 퓨즈 박스 내에는 과전류 차단을 위한 퓨즈(미도시)가 설치될 수 있으며, 과전류에 반응하여 충, 방전 경로를 차단할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 셀 홀더(110) 상에는 버스 바(120)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 각각의 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b) 상에는 상부 및 하부 버스 바(120a,120b)가 배치될 수 있으며, 상기 버스 바(120)는, 상부 홀더(110a)와 하부 홀더(110b) 상에서 서로 교번되는 위치에 번갈아 배치되면서 전기적 연결 방향을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10)끼리 연결할 수 있다. 이때, 각각의 버스 바(120)는, 전기적 연결 방향을 따라 한 쌍의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 다수의 버스 바(120)가 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을 따라 배열되면서 일 군의 배터리 셀(10)에 대한 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 버스 바(120) 상으로는 회로기판(130)이 배치될 수 있다. 상기 회로기판(130)에는 냉각 유로(F)가 관통하도록 홀 형태로 개구된 개방 영역(135)이 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(F)는 회로기판(130)의 개방 영역(135)을 관통하여 회로기판(130)을 가로질러 연장될 수 있으며, 예를 들어, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)가 회로기판(130)의 개방 영역(135)에 끼워지면서 회로기판(130)의 개방 영역(135)을 관통하는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 회로기판(130)의 개방 영역(135)은, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)에 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 회로기판(130)의 개방 영역(135)은 중앙의 중공부를 둘러싸는 원형의 벽체(115a)를 포함하는 중공 돌출부(115)에 대응하여 원형으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않고, 상기 회로기판(130)의 개방 영역(135)은 중공 돌출부(115)와 대응되는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 타원형이나, 육각형을 포함하는 다양한 다각형 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중공 돌출부(115)의 외주는, 개방 영역(135)의 내주에 끼워질 수 있으며, 개방 영역(135)의 내주를 따라 적어도 일부와 접촉될 수 있다.
상기 회로기판(130)의 개방 영역(135)은, 각각의 냉각 유로(F) 마다 개별적으로 형성된 제1 개방 영역(131)과, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성된 제2 개방 영역(132)을 포함할 수 있다. 본 명세서를 통하여 제2 개방 영역(132)과 관련하여, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)란 후술하는 접속부재(125)를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F)를 의미할 수 있다. 접속부재(125)에 관한 구체적인 기술적 사항에 대해서는 후에 설명하기로 한다.
상기 제1 개방 영역(131)은, 각각의 냉각 유로(F) 마다 개별적으로 형성되며, 각각의 냉각 유로(F) 마다 개별적으로 형성된 홀 형태로 마련되어, 각각의 냉각 유로(F)를 회로기판(130)으로부터 노출시킬 수 있다. 상기 제1 개방 영역(131)과 달리, 제2 개방 영역(132)은, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F, 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)를 함께 포괄하도록, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성된 홀 형태로 마련되어, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)를 회로기판(130)으로부터 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 개방 영역(132)은, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F, 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)와 더불어, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 함께 노출시킬 수 있으며, 이때, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는 접속부재(125)가 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 개방 영역(131)은, 각각의 개별적인 냉각 유로(F)를 노출시킬 수 있고, 상기 제2 개방 영역(132)은 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)와 더불어, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 함께 노출시킬 수 있다. 상기 제2 개방 영역(132)이 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 노출시킴으로써, 제2 개방 영역(132)을 통하여 회로기판(130)으로부터 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 접속부재(125)의 일단부가 연결될 수 있으며, 접속부재(125)의 타단부가 회로기판(130)에 연결됨으로써, 배터리 셀(10)과 회로기판(130) 사이에서 전압 측정 라인이 형성될 수 있고, 상기 제2 개방 영역(132)은, 회로기판(130)을 가로지르는 접속부재(125)의 연결을 허용하기 위한 접속 홀(CH)을 제공할 수 있다. 상기 접속 홀(CH)에 관한 기술적 사항은, 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 상기 회로기판(130)은, 상부 홀더(110a) 상에 배치될 수 있으며, 하부 홀더(110b) 상에는 배치되지 않을 수 있다. 즉, 상기 회로기판(130)은, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b) 중에서 어느 일 홀더 상에 택일적으로 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(130)은 상부 홀더(110a) 상에 배치될 수 있고, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 다수의 배터리 셀(10)의 전압 정보를 취합할 수 있다. 즉, 상기 회로기판(130)은, 다수의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 어느 일 단부를 통하여 다수의 배터리 셀(10)의 전압 정보를 취합할 수 있으며, 예를 들어, 상기 회로기판(130)은 다수의 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 다수의 배터리 셀(10)의 전압 정보를 취합할 수 있다. 상기 배터리 셀(10)은, 상단부(10a) 및 하단부(10b)에 형성된 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)을 포함할 수 있으나, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 배터리 셀(10)의 전압 정보를 취득하기 위하여 상기 회로기판(130)이 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 모두에 연결될 필요가 없이, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 어느 일 단부, 예를 들어, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 다수의 배터리 셀(10)의 전압 정보를 파악할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 상에 택일적으로 배치된 회로기판(130)을 통하여 배터리 셀(10)의 전압 정보를 모두 취합할 수 있으므로, 전체 배터리 팩의 구조가 단순화될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10)의 전기적인 연결은 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)의 양편을 통하여 이루어질 수 있으며, 배터리 셀(10)의 전압 측정은 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 택일적으로 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 이루어질 수 있다.
만일, 본 발명과 달리, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)의 양편으로 전압 측정이 이루어질 경우, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)의 양편으로 회로기판(130)이 배치될 필요가 있고, 이에 따라, 전체 배터리 팩의 구조가 복잡화되는 것은 물론이고, 양편의 회로기판(130)으로부터 측정된 전압 정보를 취합하기 위해 양편의 회로기판(130)을 연결하기 위한 별도의 배선 구조가 요구될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 개방 영역(132)은, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F, 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)와 더불어, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 함께 노출시킴으로써, 접속 홀(CH)로 기능할 수 있으며, 이에, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 개방 영역(132)과 접속 홀(CH)은 실질적으로 동일한 구성, 예를 들어, 회로기판(130)에 형성된 동일한 홀을 나타낼 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 이해의 편의를 위해, 제2 개방 영역(132)과 접속 홀(CH)에 대해 각각 별도의 도면번호를 부여하기로 한다.
상기 접속 홀(CH, 또는 제2 개방 영역 132)을 통하여 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부가 노출될 수 있으며, 회로기판(130)으로부터 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는, 접속부재(125)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속부재(125)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 접속되는 일단부와, 회로기판(130)에 접속되는 타단부를 포함하는 도전성 와이어 또는 도전성 리본으로 마련될 수 있으며, 상기 접속부재(125)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130)에 각각 도전성 와이어의 일단부와 타단부를 접합하는 와이어 본딩, 또는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130)에 각각 도전성 리본의 일단부와 타단부를 접합하는 리본 본딩을 통하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 접속부재(125)로서의 도전성 와이어는, 배터리 셀(10)과 회로기판(130)을 연결하는 한 쌍의 도전성 와이어를 포함할 수 있으며, 기계적 강도 부족으로 도전성 와이어가 단선되는 경우를 대비하여 한 쌍의 도전성 와이어를 통하여 각각의 배터리 셀(10)과 회로기판(130)을 견고하게 연결해줄 수 있다. 상기 도전성 리본의 경우에는 도전성 와이어 보다는 높은 기계적 강도를 가지므로, 단선에 대비하여 한 쌍으로 마련될 필요가 없고, 단일의 도전성 리본을 통하여 배터리 셀(10)과 회로기판(130)을 전기적으로 연결해줄 수 있다. 참고로, 도 5에 예시적으로 도시된 접속부재(125)는, 도전성 리본에 해당될 수 있다.
상기 접속 홀(CH)은, 배터리 셀(10)의 열 방향을 따라 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 함께 노출시키도록, 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)과 중첩되는 회로기판(130)의 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 홀(CH)은, 배터리 셀(10)의 열 방향을 따라 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 일부와 중첩되는 회로기판(130)의 영역에 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 한 쌍의 배터리 셀(10)의 테두리 부분과 중첩되는 영역에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 테두리 부분 각각에는 서로 다른 접속부재(125)가 연결될 수 있다.
상기 접속 홀(CH)은, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)을 노출시키도록 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 교번되는 패턴으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(130)에는, 냉각 유로(F)의 노출을 위한 제1, 제2 개방 영역(131,132)이 형성될 수 있는데, 접속 홀(CH)로 기능하는 제2 개방 영역(132)과, 접속 홀(CH)로 기능하지 않는 제1 개방 영역(131)은, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 서로 교번되는 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 접속 홀(CH)로 기능하는 제2 개방 영역(132)은, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 쌍을 이루는 두 개의 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 사이에 하나 씩 형성될 수 있으며, 서로 다른 쌍의 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 사이에는 접속 홀(CH)이 형성되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 개방 영역은(132)은, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 사이 마다 형성되는 것이 아니라, 서로 이웃한 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 사이 중에서 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 교번되는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 서로 이웃한 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 중에서 제2 개방 영역(132)이 형성되지 않은 위치(P) 또는 이와 인접한 위치에는, 이웃한 배터리 셀(10) 사이를 관통하는 냉각 유로(F)를 노출시키기 위한 제1 개방 영역(131)이 형성될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 충진 홀(FH)은, 각각 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 형성될 수 있으므로, 앞서 설명된 바와 같이, 제1, 제2 개방 영역(131,132)이 배터리 셀(10)의 열 방향을 따라 교번되는 패턴으로 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 사이에서 배치된다는 것은, 제1, 제2 개방 영역(131,132)이 충진 홀(FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 교번되는 패턴으로 서로 이웃하는 충진 홀(FH) 사이에 배치되는 것을 포함하여, 제1, 제2 개방 영역(131,132)이 교번되는 패턴으로 서로 이웃하는 충진 홀(FH) 사이와 인접한 위치에서 배치되는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 개방 영역(131)은, 충진 홀(FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 서로 이웃하는 충진 홀(FH) 사이라기 보다는 서로 이웃하는 충진 홀(FH) 사이와 인접한 위치에 형성될 수 있으며, 이때에도 여전히 상기 제1 개방 영역(131)은 이웃한 배터리 셀(10) 사이에 배치될 수 있다. 상기 충진 홀(FH)은 이웃하는 배터리 셀(10)의 중앙 위치에 형성되기 때문이다.
도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 하나의 배터리 셀(10)의 외주 방향을 따라서는 6개의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 열 방향을 따라 어느 일 배터리 셀(10)의 양편으로는 4개의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있으며, 그 중에서 배터리 셀(10)의 일편에 형성된 서로 이웃한 2개의 냉각 유로(F) 중 적어도 하나의 냉각 유로(F)는, 각각의 냉각 유로(F) 마다 개별적으로 형성된 제1 개방 영역(131)에 의해 노출될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 타편에 형성된 서로 이웃한 2개의 냉각 유로(F)는, 상기 2개의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성된 제2 개방 영역(132)에 의해 노출될 수 있다. 이와 같이, 어느 일 배터리 셀(10)을 기준으로, 일편 위치에는 제1 개방 영역(131)이 형성되고, 타편 위치에는 제2 개방 영역(132)이 형성될 수 있으며, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 제1, 제2 개방 영역(131,132)은 서로 교번되는 패턴으로 배열될 수 있다. 다시 말하면, 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH)의 열 방향(ex. L1,L2)을 따라 접속 홀(CH)로 기능하는 제2 개방 영역(132)과, 접속 홀(CH)로 기능하지 않는 제1 개방 영역(131)은, 서로 교번되는 패턴으로 배열될 수 있다.
상기 제2 개방 영역(132, 또는 접속 홀 CH)은, 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 테두리 부분과 함께, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F, 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)를 포괄할 수 있는 충분한 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 한 쌍의 배터리 셀(10)이 서로 마주하는 방향과, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 한 쌍의 냉각 유로(F, 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)가 서로 마주하는 방향은 서로 교차할 수 있으며, 수직으로 교차할 수 있다.
만일, 본 발명과 달리, 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 테두리 부분을 노출하기 위한 1개의 접속 홀(CH)과, 서로 이웃한 냉각 유로(F)를 각각 노출하기 위한 2개의 개방 영역(135)이, 서로 좁은 간격을 사이에 두고 각각 따로 따로 형성될 경우, 즉, 3개의 홀이 좁은 간격을 두고 개별적으로 형성될 경우, 회로기판(130)의 파손 가능성이 있기 때문에, 본 발명의 일 실시형태에서는 하나의 홀 형태로 형성된 접속 홀(CH) 또는 제2 개방 영역(132)을 통하여 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 테두리 부분과 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)를 함께 노출시킴으로써, 회로기판(130)의 구조를 단순화시키고 회로기판(130)의 강성 부족으로 인한 파손 가능성을 낮출 수 있다.
상기 제2 개방 영역(132) 또는 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130) 사이에는 이들을 전기적으로 연결하기 위한 접속부재(125)가 개재될 수 있고, 상기 접속부재(125)는 배터리 셀(10)의 전압 정보를 회로기판(130)으로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 접속부재(125)는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130)의 접속패드(133)를 서로 전기적으로 연결해줄 수 있다. 상기 회로기판(130)의 접속패드(133)는 상기 접속 홀(CH) 주변에 형성될 수 있고, 예를 들어, 상기 접속 홀(CH) 주변의 서로 마주하는 위치에는 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)과 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 접속패드(133)가 형성될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 회로기판(130)에는, 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부를 노출시키는 충진 홀(FH)이 형성될 수 있다. 상기 충진 홀(FH)은, 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 결합된 버스 바(120)를 노출시키도록 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 개방 영역(132)은, 충진 홀(FH)을 둘러싸는 외주 방향을 따라 연장되는 확장부(132a)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 개방 영역(132 또는 접속 홀 CH)은, 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F 접속부재 125를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로 F)와 함께, 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 상기 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)와 이웃한 또 다른 냉각 유로(F)를 함께 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 개방 영역(132)은, 3개의 냉각 유로(F)를 함께 노출시킬 수 있다. 이때, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 3개의 냉각 유로(F)는, 충진 홀(FH)을 둘러싸는 외주 방향을 따라 연속적으로 배열된 3개의 냉각 유로(F)에 해당될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 하나의 배터리 셀(10)의 외주 방향을 따라서는 6개의 냉각 유로(F)가 형성될 수 있으며, 6개의 냉각 유로(F) 중에서 서로 이웃한 3개의 냉각 유로(F)가 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 함께 노출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 서로 이웃하는 열(ex. L1,L2)의 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 연장되는 제2 개방 영역(132)은, 서로 다른 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 열(L1)의 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 연장되는 제2 개방 영역(132)에 있어서, 상기 확장부(132a)는 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 접속부재(125)로부터 제2 열(L2)의 충진 홀(FH)을 향하는 하측 방향을 따라 연장될 수 있다. 이와 달리, 제2 열(L2)의 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 연장되는 제2 개방 영역(132)에 있어서, 상기 확장부(132a)는 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 접속부재(125)로부터 제1 열(L1)의 충진 홀(FH)을 향하는 상측 방향을 따라 연장될 수 있다. 이와 같이, 서로 이웃한 제1, 제2 열(L1,L2)의 충진 홀(FH)에서, 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 연장되는 확장부(132a)의 연장 방향을 서로 상이하게 형성함으로써, 서로 간의 간섭을 회피하면서도 제1, 제2 열(L1,L2)의 충진 홀(FH) 사이의 협소한 공간에서 서로 다른 연장 방향의 확장부(132a)가 집약적으로 배치될 수 있다. 이상에서 상기 제2 개방 영역(132)은 충진 홀(FH)의 외주 방향을 따라 연장되는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 충진 홀(FH)은 생략될 수 있으며, 이때, 상기 제2 개방 영역(132)은 배터리 셀(10) 상단부(10a) 중앙 위치의 외주 방향을 따라 연장되는 것으로 이해될 수 있다. 상기 충진 홀(FH)은 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 결합된 버스 바(120)를 노출시키도록 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 형성될 수 있기 때문이다.
상기 회로기판(130)의 테두리 영역에는 적어도 하나의 접속 리세스(CR)가 형성될 수 있다. 상기 회로기판(130)의 내측 영역에는 외부로부터 폐쇄된 형태의 접속 홀(CH)이 형성되어 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시키고, 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 접속부재(125)가 연결되면서 전압 측정이 이루어질 수 있다. 이와 달리, 회로기판(130)의 테두리 영역에서는 외부를 향하여 개방된 형태의 접속 리세스(CR)가 형성되어 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시킬 수 있으며, 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 접속부재(125)가 연결되면서 전압 측정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 리세스(CR)는, 회로기판(130)의 테두리 영역이 내측으로 인입된 오목한 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접속 리세스(CR)는, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 및 퓨즈 단자(123)와 이웃한 회로기판(130)의 제1 측(S1)을 따라 적어도 하나의 개소에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 리세스(CR)는, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 및 퓨즈 단자(123)와 이웃한 회로기판(130)의 장변부 측을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 회로기판(130)의 제1 측(S1)은, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 및 퓨즈 단자(123) 등과의 물리적인 간섭을 회피하기 위해, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 및 퓨즈 단자(123)로부터 멀어지는 방향으로 오목하게 인입된 접속 리세스(CR)가 형성될 수 있다.
상기 접속 리세스(CR)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시킴과 동시에, 냉각 유로(F)를 노출시킬 수 있으며, 예를 들어, 상기 접속 리세스(CR)는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시키기 위한 개구로부터 냉각 유로(F)를 노출시키기 위한 개구로 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 상기 접속 리세스(CR)는, 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F) 중에서 하나의 냉각 유로(F)를 노출시킬 수 있고, 나머지 다른 냉각 유로(F)는 접속 리세스(CR)를 벗어난 위치에 형성될 수 있다.
상기 회로기판(130)의 내측 영역에는 외부로부터 폐쇄된 형태의 접속 홀(CH)이 형성될 수 있고, 회로기판(130)의 테두리 영역에는 외부를 향하여 개방되며 내측으로 인입된 형태의 접속 리세스(CR)가 형성되어 접속부재(125)의 접촉 개소를 확보할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 상부 홀더(110a 또는 상부 홀더 110a에 고정된 배터리 셀 10) 상에 배치되는 회로기판(130)의 상대적인 위치에 따라 일부 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는 회로기판(130)을 벗어나 회로기판(130)의 평편한 제2 측(S2)을 통하여 노출될 수 있으며, 회로기판(130)의 평편한 제2 측(S2)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는 접속부재(125)가 연결될 수 있다. 즉, 상부 홀더(110a, 또는 상부 홀더 110a에 고정된 배터리 셀 10)에 대한 회로기판(130)의 상대적인 위치에 따라, 일부 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는 회로기판(130)을 벗어나 노출될 수 있으며, 이때에는 접속 리세스(CR)나 접속 홀(CH)과 같이, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시키기 위한 별도의 구조가 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 측(S2)은, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 및 퓨즈 단자(123)와 인접한 회로기판(130)의 제1 측(S1)과 반대되는 측에 해당될 수 있으며, 상기 제1, 제2 측(S1,S2)은, 회로기판(130)의 서로 반대되는 장변부 측에 해당될 수 있다.
상기 회로기판(130)에는, 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부를 노출시키는 충진 홀(FH)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는, 배터리 셀(10)의 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 형성할 수 있으며, 버스 바(120)에 의해 연결되어, 이웃한 다른 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 충진 홀(FH)은, 셀 홀더(110)의 단자 홀(112)과 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 단자 홀(112)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 버스 바(120) 간의 결합부를 노출시킬 수 있다. 그리고, 상기 충진 홀(FH)에는 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부를 외부로부터 절연 및 보호하기 위한 포팅 수지(미도시)가 채워질 수 있다. 상기 충진 홀(FH)은, 회로기판(130)을 관통하여 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부를 덮어, 상기 결합부를 기밀하게 보호하기 위한 포팅 수지(미도시)의 충진 위치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부는, 용접부를 포함할 수 있으며, 공기나 습기와 같은 유해성분을 차단하고 갈바닉 부식과 같은 용접부의 경시적인 열화를 막기 위하여, 포팅 수지를 이용하여 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 간의 결합부를 덮어줄 수 있다. 상기 포팅 수지(미도시)는, 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 간의 결합부에도 형성될 수 있으며, 포팅 수지가 버스 바(120)와 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 간의 결합부를 덮어줌으로써, 용접부와 같은 결합부를 유해성분으로부터 보호해줄 수 있으며, 외부환경으로부터 절연시켜줄 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 회로기판(130)에는 온도 측정을 위한 서미스터(128)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 서미스터(128)는 회로기판(130) 상에 솔더 마운팅을 통하여 직접 장착될 수 있는 칩형 서미스터로 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 서미스터(128)는 회로기판(130) 상에 장착될 수 있으며, 회로기판(130)의 가장자리 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 서미스터(128)는 회로기판(130)의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치에 배치될 수 있으며, 회로기판(130)의 장변부 방향을 따라 타 가장자리 위치에는 냉각 매체를 강제하기 위한 유체 기기(미도시, 유체 기기의 접속부 M 참조)가 배치될 수 있다. 여기서, 회로기판(130)의 장변부 방향은, 배터리 팩의 장변부 방향과 나란한 방향에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 회로기판(130)의 장변부 방향을 따라 유체 기기(미도시, 유체 기기의 접속부 M 참조)와 반대되는 위치에 서미스터(128)를 배치함으로써, 방열 구조 상, 고온 열화 가능성이 높은 위치, 그러니까, 유체 기기와 반대되는 위치로부터 온도 정보를 취득할 수 있으며, 배터리 팩의 국부적인 열화를 민감하게 포착할 수 있고, 배터리 셀(10)의 발화나 폭발과 같은 안전 사고를 사전에 방지할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 셀 홀더(110) 상에는, 분리부재(140)가 배치될 수 있다. 상기 분리부재(140)는, 배터리 셀(10)을 냉각하기 위한 냉각 매체(CM)의 냉각 유로(F)와, 배터리 셀(10)의 벤트부(13)로부터 배출된 배기 가스(DG)의 배기 경로를 서로 공간적으로 분리해줄 수 있다. 즉, 상기 분리부재(140)는, 냉각 유로(F)와 배기 경로를 서로 공간적으로 분리시킴으로써, 배기 경로를 통하여 흐르는 고온고압의 배기 가스(DG)와, 냉각 유로(F)를 통하여 흐르는 공기와 같은 냉각 매체(CM)의 혼합에 따른 폭발이나 발화의 위험을 제거할 수 있다. 또한, 전기 차량에 탑재된 배터리 팩에 있어서, 배기 가스(DG)가 제어되지 않은 경로를 따라 차량의 실내로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 분리부재(140)는, 상부 홀더(110a) 상에 배치되는 상부 분리부재(140a)와, 하부 홀더(110b) 상에 배치되는 하부 분리부재(140b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 분리부재(140a)는, 상부 홀더(110a) 상에 배치된 회로기판(130) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 하부 홀더(110b) 상에는 회로기판(130)이 배치되지 않을 수 있으므로, 상기 하부 분리부재(140b)는, 하부 홀더(110b) 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 분리부재(140b)는 하부 홀더(110b) 상에 배치된 하부 버스 바(120b) 상에 배치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 분리부재(140)에는, 냉각 유로(F)가 관통하도록 개구된 개방 영역(145)이 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(F)는, 분리부재(140)의 개방 영역(145)을 관통하여 분리부재(140)를 가로질러 형성될 수 있으며, 예를 들어, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)가 분리부재(140)의 개방 영역(145)에 끼워지면서 분리부재(140)의 개방 영역(145)을 관통하는 냉각 유로(F)가 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 분리부재(140)의 개방 영역(145)은, 중공 돌출부(115)에 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 중공 돌출부(115)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 개방 영역(145)은, 중앙의 중공부를 둘러싸는 원형의 벽체(115a)를 포함하는 중공 돌출부(115)에 대응하여 원형으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않고, 상기 개방 영역(145)은 중공 돌출부(115)와 대응되는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 타원형이나, 육각형을 포함하는 다양한 다각형 형태로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 개방 영역(145)은, 개구의 외주를 둘러싸면서 중공 돌출부(115)를 향하여 연장되는 벽체(145a)를 포함할 수 있으며, 상기 개방 영역(145)의 벽체(145a)에는 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)가 끼워질 수 있다. 이때, 상기 개방 영역(145)의 벽체(145a)와 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)는, 서로 대응되는 위치에서 서로 대응되는 원형으로 형성될 수 있으며, 서로를 향하여 연장되어 억지 끼움으로 조립될 수 있다. 예를 들어, 중공 돌출부(115) 벽체(115a)의 외주는 개방 영역(145) 벽체(145a)의 내주에 끼워질 수 있으며, 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)와 개방 영역(145)의 벽체(145a)는 서로에 대해 억지 끼움으로 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 개방 영역(145)의 벽체(145a)가, 중공 돌출부(115)를 향하여 점진적으로 축소되는 사이즈의 내주를 갖거나, 또는 상기 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)가 개방 영역(145)을 향하여 점진적으로 확장되는 사이즈의 외주를 가질 수 있으며, 상기 개방 영역(145)의 벽체(145a) 또는 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)가 서로를 향하여 돌출되는 방향을 따라 구배를 가짐으로써, 개방 영역(145)의 벽체(145a)와 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)가 서로에 대해 끼워지는 방향을 따라 서로에 대해 억지 끼움 조립될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 상부 및 하부 분리부재(140a,140b)의 개방 영역(145)은, 배터리 팩의 적어도 일부를 관통하는 냉각 유로(F)를 형성하도록 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 분리부재(140a,140b)의 개방 영역(145)은, 상부 및 하부 분리부재(140a,140b) 사이에 개재된 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)와, 상기 셀 홀더(110)와 더불어 상부 및 하부 분리부재(140a,140b) 사이에 개재된 회로기판(130)의 개방 영역(135)과 함께, 배터리 팩의 거의 전체 구성을 관통하는 냉각 유로(F)를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 냉각 유로(F)는, 상부 분리부재(140a)로부터 회로기판(130)과, 상부 및 하부 홀더(110a,110b)와, 상부 및 하부 홀더(110a,110b)에 끼워진 배터리 셀(10)들 사이를 관통하여 하부 분리부재(140b)까지 연결되면서, 상하 방향을 따라 배터리 팩의 거의 전체 구성을 관통하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 상부 및 하부 분리부재(140a,140b)와, 회로기판(130)의 개방 영역(135)은, 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115)가 끼워지도록 중공 돌출부(115)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 분리부재(140)는 배터리 셀(10)의 벤트부(13)와 대응되는 위치에 형성되는 차단 영역(144)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 상부 분리부재(140a)에 형성된 차단 영역(144)을 위주로 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 상부 분리부재(140a)에 관한 기술적 사항은, 하부 분리부재(140b)에 대해서도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 차단 영역(144)은 배터리 셀(10)의 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)로부터 배출되는 배기 가스(DG)가 분리부재(140)를 통과하여 유출되지 않도록 벤트부(13)의 상부를 폐쇄시키는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 영역(144)은 폐쇄된 형태로 형성될 수 있으며, 개방 영역(145)과 같이 분리부재(140)의 일부가 개구되어 분리부재(140)의 상하부가 서로 유체적으로 연결되는 형태가 아니고, 차단 영역(144)을 통하여 분리부재(140)의 상하부가 서로 유체적으로 연결되지 않고 분리부재(140)의 상하부가 서로 분리되며, 차단 영역(144)이 폐쇄된 형태로 형성됨으로써 차단 영역(144)을 기준으로 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)가 배치된 차단 영역(144)의 하부와 차단 영역(144)의 상부가 서로 유체적으로 연결되지 않을 수 있다.
이와 같이, 상기 차단 영역(144)을 기준으로, 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)가 배치된 차단 영역(144)의 하부와 차단 영역(144)의 상부가 서로 유체적으로 연결되지 않고 서로로부터 분리됨으로써, 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)로부터 배출된 배기 가스(DG)는 차단 영역(144)을 관통하여 차단 영역(144)의 상부로 유출되지 않을 수 있고, 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)로부터 배출된 배기 가스(DG)는 차단 영역(144)에 의해 가로막혀 차단 영역(144)과 배터리 셀(10) 사이의 배기 경로를 따라 흐를 수 있고, 배기 경로를 따라 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
상기 차단 영역(144)은, 배터리 셀(10)의 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)와 대응되는 위치에 국한되지 않고, 개방 영역(145)을 제외한 분리부재(140)의 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 영역(144)은, 냉각 유로(F)의 관통을 위한 개방 영역(145)을 제외하고, 개방 영역(145)들 사이에 걸쳐서 분리부재(140)의 전체 영역으로 확장될 수 있으며, 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)와 대응되는 위치로부터 배기 홀(DH)까지 연속적으로 연결되는 배기 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 위치의 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)로부터 배출되는 배기 가스(DG)는, 분리부재(140)의 차단 영역(144)과 배터리 셀(10) 사이에서 연속적으로 형성된 배가 경로를 따라 배기 홀(DH)로 취합될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배기 경로는, 분리부재(140)의 차단 영역(144)과 배터리 셀(10) 사이 또는 분리부재(140)의 차단 영역(144)과 셀 홀더(110 또는 회로기판 130) 사이에 형성될 수 있으며, 각각의 배터리 셀(10)의 벤트부(13, 또는 벤트부 13를 노출시키는 단자 홀 112)로부터 셀 홀더(110)의 일 측에 형성된 배기 홀(DH)까지 연속적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 경로는, 분리부재(140)의 개방 영역(145)에 끼워진 중공 돌출부(115) 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결되는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 배기 경로를 통하여 배기 홀(DH)로 취합된 배기 가스(DG)는, 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 분리부재(140)의 상하부가 서로 연결되지 않도록 폐쇄된 형태로 형성된 차단 영역(144)에 의해 일 측이 폐쇄된 배기 경로는, 분리부재(140)의 개방 영역(145)을 통하여 분리부재(140)의 상하부를 관통하는 냉각 유로(F)와는 공간적으로 서로 분리될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리부재(140)는 대체로 판상의 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 중공 돌출부(115)가 끼워지도록 개구된 개방 영역(145)을 제외하고, 폐쇄된 형태의 판상의 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 냉각 유로(F)는, 중공 돌출부(115)에 의해 둘러싸인 상태로 개방 영역(145)을 통하여 분리부재(140)를 관통하면서, 분리부재(140, 차단 영역 144)와 배터리 셀(10) 사이에 형성된 배기 경로로부터 공간적으로 분리될 수 있으며, 냉각 유로(F)와 배기 경로가 서로로부터 공간적으로 분리된 구조를 통하여, 냉각 유로(F)를 따라 흐르는 냉각 매체(CM)와 배기 경로를 따라 흐르는 고온고압의 배기 가스(DG)가 서로 혼합되면서 폭발이나 발화를 야기하는 안전 사고의 위험을 줄일 수 있고, 전기 차량에 탑재된 배터리 팩에 있어서는 배기 가스(DG)가 분리부재(140)를 관통하여 차량의 실내로 유입되는 것을 차단함으로써, 유독성 가스로부터 탑승자의 안전을 확보할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 상부 분리부재(140a) 및 하부 분리부재(140b) 상에는 상부 덕트(150a) 및 하부 덕트(150b)가 배치될 수 있다. 상기 상부 덕트(150a)에는, 냉각 매체를 유입하기 위한 오프닝(OP)이 형성될 수 있으며, 오프닝(OP)을 통하여 배터리 팩 내부로 유입된 냉각 매체는, 상부 분리부재(140a)로부터 하부 분리부재(140b)까지에 걸쳐서 형성된 냉각 유로(F)를 경유하면서 배터리 셀(10)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 유로(F)는 이웃한 배터리 셀(10) 사이에 형성되어, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 상하로 유동하면서 배터리 셀(10)을 냉각시킬 수 있다.
상기 하부 덕트(150b)에는 배터리 팩을 경유하는 냉각 매체의 흐름을 강제하기 위한 것으로, 배터리 팩의 내외부 간의 압력차를 발생시키기 위한 유체 기기(미도시)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 덕트(150b)의 일 측에는 유체 기기의 접속부(M)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유체 기기(미도시)는, 배터리 팩의 외부 대기에 대해, 배터리 팩 내부의 압력을 음압으로 형성하기 위한 석션(suction) 타입의 펌프로 마련될 수 있다. 상기 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기(미도시)는, 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP)을 통하여 유입된 냉각 매체의 출구를 형성할 수 있다. 즉, 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP)은 냉각 매체의 입구를 형성할 수 있으며, 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기는 냉각 매체의 출구를 형성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 유체 기기(미도시)는 블로워(blower) 타입의 펌프로 마련될 수도 있으며, 이 경우, 상기 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기는 냉각 매체의 입구를 형성할 수 있으며, 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP)은 냉각 매체의 출구를 형성할 수 있다.
상기 유체 기기의 작동에 따라 배터리 팩 내부에 음압이 형성되면서 배터리 팩의 내외부 간의 압력차에 따라 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP)을 통하여 배터리 팩의 내부로 냉각 매체가 유입될 수 있으며, 배터리 팩의 내부로 유입된 냉각 매체는, 냉각 유로(F)를 경유하면서 배터리 셀(10)을 냉각시키고, 하부 덕트(150b)의 접속부(M)에 연결된 유체 기기를 통하여 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP) 및 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기는, 각각 냉각 매체의 입구 및 출구를 형성할 수 있으며, 이에 따라, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP)의 위치 및 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기의 위치(또는 하부 덕트 150b에 형성된 접속부 M의 위치)는 배터리 팩을 사선 방향으로 가로지르는 대각선 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이, 배터리 팩의 대각선 위치에 형성된 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP) 및 하부 덕트(150b)의 유체 기기(미도시)를 통하여 배터리 팩 내부를 전체적으로 경유하는 냉각 매체의 흐름을 유도할 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP)의 위치 및 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기(또는 하부 덕트 150b에 형성된 접속부 M의 위치)의 위치는, 배터리 팩의 장변부 방향을 따라 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP)의 위치, 예를 들어, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP) 중 적어도 일부 오프닝(OP)의 위치가 배터리 팩의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치에 형성된다고 할 때, 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기의 위치(또는 하부 덕트 150b에 형성된 접속부 M의 위치)는, 배터리 팩의 장변부 방향을 따라 타 가장자리 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이, 상부 덕트(150a)에 형성된 오프닝(OP)과 하부 덕트(150b)에 연결된 유체 기기(또는 하부 덕트 150b 에 형성된 접속부 M)가 배터리 팩의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치와 타 가장자리 위치에 형성됨으로써, 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP)과 하부 덕트(150b)의 유체 기기를 연결하는 냉각 매체의 흐름이 전체 배터리 팩 내부를 가로지르도록 형성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 셀 110: 셀 홀더
115: 중공 돌출부 120: 버스 바
125: 접속부재 130: 회로기판
131: 제1 개방 영역 132: 제2 개방 영역
135: 개방 영역 140: 분리부재
144: 차단 영역 145: 개방 영역
150a: 상부 덕트 150b: 하부 덕트
CH: 접속 홀 F: 냉각 유로

Claims (23)

  1. 각각 벤트부를 포함하는 다수의 배터리 셀로서, 서로 이웃한 배터리 셀 사이를 관통하는 냉각 유로가 형성되도록 배치된 다수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀이 조립되는 것으로, 상기 냉각 유로를 둘러싸면서 상기 배터리 셀과 반대 방향으로 돌출 형성되는 중공 돌출부를 포함하는 셀 홀더; 및
    상기 셀 홀더 상에 배치되는 것으로, 상기 중공 돌출부가 끼워지도록 개구된 개방 영역과, 상기 벤트부 상을 폐쇄하도록 차단 영역이 형성된 분리부재;를 구비하며,
    상기 셀 홀더의 중공 돌출부는 상기 냉각 유로와 연결된 중앙의 중공부를 전체적으로 둘러싸는 벽체를 구비하면서 상기 분리부재의 개방 영역을 관통하고,
    상기 분리부재의 차단 영역은, 상기 분리부재의 개방 영역을 제외한 분리부재의 전체 영역에 걸쳐서 형성되며,
    상기 분리부재의 차단 영역은, 상기 벤트부가 배치된 차단 영역의 하부와 차단 영역의 상부를 유체적으로 분리시키면서 벤트부를 통하여 배출된 배기 가스가 분리부재를 관통하지 못하도록 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리부재는, 상기 개방 영역이 홀 형태로 천공된 판상의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리부재의 차단 영역과 배터리 셀 또는 차단 영역과 셀 홀더 사이에는, 상기 벤트부로부터 배출되는 배출 가스의 배기 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단 영역은, 상기 벤트부 상에서 일 측이 폐쇄된 배기 경로의 일단을 형성하고,
    상기 배기 경로의 타단에는 셀 홀더를 관통하도록 형성된 배기 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배기 경로는,
    다수의 배터리 셀의 벤트부로부터 배기 홀까지 연속적으로 형성되며,
    상기 중공 돌출부 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유로는, 상기 중공 돌출부에 의해 둘러싸인 형태로 개방 영역을 통하여 분리부재를 관통하면서, 상기 분리부재에 의해 일 측이 폐쇄된 배기 경로로부터 공간적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중공 돌출부는, 상기 냉각 유로를 둘러싸는 원형, 타원형 또는 다각형 형태의 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중공 돌출부의 외주와, 상기 개방 영역의 내주는 서로에 대해 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개방 영역은, 중공 돌출부의 돌출 방향을 따라 점진적으로 축소되는 사이즈의 내주를 갖는 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 셀 홀더와 분리부재 사이에는, 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 회로기판이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회로기판에는, 상기 중공 돌출부가 끼워지도록 개구된 개방 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회로기판의 개방 영역은,
    각각의 냉각 유로 마다 개별적인 홀 형태로 형성된 제1 개방 영역; 및
    이웃한 서로 다른 냉각 유로에 대해 공통되는 홀 형태로 형성된 제2 개방 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 개방 영역은, 이웃한 서로 다른 냉각 유로와 더불어, 이웃한 한 쌍의 배터리 셀의 테두리 부분을 함께 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 개방 영역을 통하여 노출된 배터리 셀의 테두리 부분과 회로기판 사이에는 접속부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 개방 영역은, 배터리 셀의 열 방향을 따라 서로 교번되는 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열 방향을 따라, 일 배터리 셀의 양편으로는 서로 다른 쌍의 냉각 유로가 형성되며,
    상기 일 배터리 셀의 일편에 형성된 한 쌍의 냉각 유로 중 적어도 하나의 냉각 유로는, 제1 개방 영역을 통하여 노출되며,
    상기 일 배터리 셀의 타편에 형성된 한 쌍의 냉각 유로는, 제2 개방 영역을 통하여 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 셀 홀더는, 배터리 셀의 상단부가 조립되는 상부 홀더 및 배터리 셀의 하단부가 조립되는 하부 홀더를 포함하고,
    상기 분리부재는, 상기 상부 홀더 상에 배치되는 상부 분리부재 및 상기 하부 홀더 상에 배치되는 하부 분리부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 상부 홀더와 분리부재 사이에는, 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 회로기판이 개재되고,
    상기 냉각 유로는 상부 분리부재로부터 회로기판과, 상부 및 하부 홀더와, 상부 및 하부 홀더에 조립된 배터리 셀들 사이를 관통하여 하부 분리부재까지 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재 상에는, 각각 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 유체의 입출구가 형성된 상부 덕트 및 하부 덕트가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 상부 덕트 및 하부 덕트 중에서, 어느 하나의 덕트에는 오프닝이 형성되고, 나머지 다른 덕트에는 유체 기기가 연결되는 접속부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 오프닝과 접속부 중에서, 어느 하나는 상기 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 매체의 입구를 형성하고, 다른 하나는 상기 냉각 유로를 통하여 흐르는 냉각 매체의 출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 오프닝 및 접속부는, 배터리 팩의 대각선 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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