KR102574517B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치된 다수의 배터리 셀과, 다수의 배터리 셀이 수용되는 셀 홀더와, 셀 홀더의 상면 및 하면 사이의 높이에서 셀 홀더의 외면으로부터 셀 홀더의 외부를 향하여 돌출되도록 형성된 것으로, 배터리 셀로부터의 배기 가스가 배출되는 배기관을 포함한다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에서, 다수의 배터리 셀의 벤트부와 유체적으로 연결되며 다수의 배터리 셀로부터의 배기 가스를 취합하여 안전하게 배출할 수 있는 배기 경로를 구비하여, 배기 가스가 신속하게 배출될 수 있고, 안전성이 향상되는 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 셀(10)의 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 셀(10)의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에서, 다수의 배터리 셀의 벤트부와 유체적으로 연결되며 다수의 배터리 셀로부터의 배기 가스를 취합하여 안전하게 배출할 수 있는 배기 경로를 구비하여, 배기 가스가 신속하게 배출될 수 있고, 안전성이 향상되는 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치된 다수의 배터리 셀;
상기 다수의 배터리 셀이 수용되는 셀 홀더; 및
상기 셀 홀더의 상면 및 하면 사이의 높이에서 셀 홀더의 외면으로부터 셀 홀더의 외부를 향하여 돌출되도록 형성된 것으로, 상기 배터리 셀로부터의 배기 가스가 배출되는 배기관;을 포함한다.
예를 들어, 상기 셀 홀더는,
상기 배터리 셀의 상단부가 조립되는 상부 홀더; 및
상기 배터리 셀의 하단부가 조립되는 하부 홀더;를 포함하고,
상기 배기관은, 상기 상부 홀더의 상면 및 하부 홀더의 하면 사이의 높이에 형성되며,
상기 배기관은, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 조립에 따라 형성된 배터리 셀의 수용 공간으로부터 분리된 공간을 형성하는 배기 덕트와 유체적으로 연결된다.
예를 들어, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더 중에서 택일적으로 상부 홀더 상에는, 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 회로기판이 배치되며,
상기 배기관은, 상기 상부 홀더의 상면 및 하부 홀더의 하면 중에서, 상부 홀더의 상면을 향하여 치우친 높이에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배기관은, 상기 상부 홀더의 외면으로부터 상부 홀더의 외부를 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀은, 서로 상하 반전되는 패턴으로 배치된 제1, 제2 군의 배터리 셀을 포함하고,
상기 상부 홀더의 상면에는, 제1 군의 배터리 셀의 상단부로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 상부 배기 홀이 형성되며,
상기 하부 홀더의 하면에는, 제2 군의 배터리 셀의 하단부로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 하부 배기 홀이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더 중에서 택일적으로 상기 상부 홀더 상에는 회로기판이 배치되며,
상기 상부 배기 홀은, 상부 홀더의 상면 중에서, 상기 회로기판을 벗어난 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 서로 대응되는 가장자리 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 가장자리 위치에는, 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 배기 덕트가 형성되고,
상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 높이 방향을 따라 배기 덕트의 양단 위치에서 상기 배기 덕트와 연결되며,
상기 배기관은, 높이 방향을 따라 양단 위치 사이의 높이에서 상기 배기 덕트와 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 하나의 관체 형상으로 형성된 배기 덕트의 양단에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 홀더의 상면 상에는, 제1 군의 배터리 셀의 상단부와 상기 상부 배기 홀을 이어주는 배기 경로가 형성되고,
상기 하부 홀더의 하면 상에는, 제2 군의 배터리 셀의 하단부와 상기 하부 배기 홀을 이어주는 배기 경로가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 홀더의 상면 및 하부 홀더의 하면 상에는, 각각의 배기 경로를 형성하기 위한 상부 분리부재 및 하부 분리부재가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 배기 경로는, 상기 상부 홀더의 상면 및 상부 분리부재 사이와, 상기 하부 홀더의 하면 및 하부 분리부재 사이에 각각 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재 각각에는, 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀을 포함하는 다수의 배터리 셀 중에서 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 형성된 냉각 유로를 노출시키기 위한 개방 영역 및 상기 배기 경로를 형성하기 위한 차단 영역이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배기 경로는, 상기 상부 홀더의 상면 및 상부 분리부재의 차단 영역 사이와, 상기 하부 홀더의 하면 및 하부 분리부재의 차단 영역 사이에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 차단 영역은, 각각 제1, 제2 군의 배터리 셀의 상단부 및 하단부가 배치된 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 일편과, 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀의 상단부 및 하단부와 반대되는 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 타편이 서로 유체적으로 연결되지 않도록 폐쇄된 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 홀더에는, 상기 냉각 유로와 유체적으로 연결되며, 상기 배터리 셀과 반대 방향으로 돌출된 중공 돌출부가 형성되며,
상기 중공 돌출부는, 상기 개방 영역을 통하여 상부 분리부재 및 하부 분리부재를 관통하도록 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 배기 경로는,
상기 상부 홀더의 상면과 상부 분리부재 사이와 상기 하부 홀더의 하면과 하부 분리부재 사이에 형성되되,
상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 개방 영역에 끼워진 중공 돌출부 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결된 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 셀 홀더를 개재하여 서로 마주하게 배치되는 상부 덕트 및 하부 덕트를 더 포함하고,
상기 상부 덕트 및 하부 덕트에는, 다수의 배터리 셀 중에서 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 형성된 냉각 유로와 유체적으로 연결된 냉각 매체의 입구 및 출구가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀이, 다수의 배터리 셀의 외주를 가로질러 다수의 배터리 셀의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부 및 한 쌍의 단변부를 포함하는 직사각형의 포락선에 의해 포위된다고 할 때,
상기 냉각 매체의 입구 및 출구는, 배터리 셀의 높이 방향 및 상기 포락선의 장변부 방향을 동시에 추종하는 사선 방향을 따라 대각선 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 덕트에는, 상기 냉각 매체의 입구로서, 상부 덕트의 일부가 개방된 오프닝이 형성되며,
상기 하부 덕트에는, 상기 냉각 매체의 출구로서, 석션 타입의 유체 기기가 접속되는 유체 기기의 접속부가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 가장 낮은 전위의 저전위의 배터리 셀과 가장 높은 전위의 고전위의 배터리 셀에는, 각각 제1, 제2 출력 단자가 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀이, 다수의 배터리 셀의 외주를 가로질러 다수의 배터리 셀의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부 및 한 쌍의 단변부를 포함하는 직사각형의 포락선에 의해 포위된다고 할 때,
상기 제1, 제2 출력 단자는 상기 포락선의 장변부 방향을 따라 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바를 더 포함하고,
상기 다수의 버스 바는,
상기 포락선의 단변부 방향에 가까운 지그-재그로 연장되는 횡 방향의 배열; 및
상기 포락선의 장변부 방향과 나란한 열 방향의 배열;을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 횡 방향의 배열에 포함된 버스 바의 개수는, 상기 열 방향의 배열에 포함된 버스 바의 개수 보다 상대적으로 많을 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 있어서, 다수의 배터리 셀의 벤트부와 유체적으로 연결되며 다수의 배터리 셀로부터의 배기 가스를 취합하여 안전하게 배출할 수 있는 배기 경로를 구비함으로써, 배기 가스가 신속하게 배출될 수 있고, 안전성이 향상되는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는, 도 3에 도시된 배터리 셀을 도시한 도면으로, 냉각 유로를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 5에는, 다수의 버스 바의 배열 내지는 다수의 버스 바가 배열된 배터리 셀의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6c에는 본 발명과 비교되는 비교예에 따른 전기적 연결을 개략적으로 보여주는 도면들이 도시되어 있다.
도 7에는, 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 8에는, 도 7에 도시된 배기 홀과 배기 관을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 9에는, 버스 바와 셀 홀더 간의 조립을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 10에는, 도 1에 도시된 회로기판의 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 11에는, 도 10에 도시된 충진 홀 및 접속 개방 영역에 각각 형성된 포팅수지 및 접착수지를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 12에는, 도 10의 XII-XII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 13에는, 도 10에 도시된 제1, 제2 개방 영역을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 14 및 도 15에는, 도 1에 도시된 분리부재를 설명하기 위한 것으로, 각각 상부 및 하부 분리부재의 서로 반대되는 면을 보여주는 사시도들이 도시되어 있다.
도 16에는 분리부재에 의해 냉각 유로의 냉각 매체와 배기 경로의 공간적인 분리를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 17에는, 상부 덕트 및 하부 덕트를 설명하기 위한 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 2 및 도 3에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는, 도 3에 도시된 배터리 셀을 도시한 도면으로, 냉각 유로를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 5에는, 다수의 버스 바의 배열 내지는 다수의 버스 바가 배열된 배터리 셀의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6c에는 본 발명과 비교되는 비교예에 따른 전기적 연결을 개략적으로 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 도 7에는, 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 8에는, 도 7에 도시된 배기 홀과 배기 관을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 9에는, 버스 바와 셀 홀더 간의 조립을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 10에는, 도 1에 도시된 회로기판의 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 11에는, 도 10에 도시된 충진 홀 및 접속 개방 영역에 각각 형성된 포팅수지 및 접착수지를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 12에는, 도 10의 XII-XII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 13에는, 도 10에 도시된 제1, 제2 개방 영역을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 14 및 도 15에는, 도 1에 도시된 분리부재를 설명하기 위한 것으로, 상부 및 하부 분리부재의 서로 반대되는 면을 보여주는 사시도들이 도시되어 있다. 도 16에는 분리부재에 의해 냉각 유로의 냉각 매체와 배기 경로의 공간적인 분리를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 17에는, 상부 덕트 및 하부 덕트를 설명하기 위한 사시도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치된 다수의 배터리 셀(10)과, 다수의 배터리 셀(10)이 수용되는 셀 홀더(110)와, 셀 홀더(110)의 상면 및 하면 사이의 높이에서 셀 홀더(110)의 외면으로부터 셀 홀더(110)의 외부를 향하여 돌출되도록 형성된 것으로, 배터리 셀(10)로부터의 배기 가스가 배출되는 배기관(DP)을 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 높이 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 셀(10)로 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 서로 반대되는 제1 극성(ex. 음극) 및 제2 극성(ex. 양극)에 해당될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 어느 일 단부, 예를 들어, 하단부(10b)는 전체적으로 제1 전극(11)을 형성할 수 있고, 다른 타 단부, 예를 들어, 상단부(10a)는 중앙 부분은 제2 전극(12)을 형성하되, 테두리 부분은 제1 전극(11)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 배터리 셀(10)에서, 하단부(10b) 전체 및 상단부(10a)의 테두리 부분은 일체적으로 연장되는 캔(N)으로 덮여서, 하단부(10b) 전체와 상단부(10a)의 테두리 부분이 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있으며, 제1 전극(11)을 형성하는 캔(N)으로부터 전기적으로 절연된 캡 조립체(E)에 해당되는 상단부(10a)의 중앙 부분은, 제1 전극(11)과 다른 극성의 제2 전극(12)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되는 회로기판(130)에는, 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분을 노출시키기 위한 접속 홀(CH, 도 1 참조)이 형성될 수 있는데, 접속 홀(CH)을 통하여 노출되는 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분은, 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 동일한 접속 홀(CH)을 통하여 노출되는 서로 이웃한 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치될 수 있으나, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분은, 배터리 셀(10)의 상하 배치와 무관하게, 모두 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 제1 전극(11)을 형성하는 캔(N)은, 상단부(10a) 테두리 부분으로부터 하단부(10b) 전체에 걸쳐서 연장되어 있으므로, 배터리 셀(10)의 상하 배치와 무관하게, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분이든 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 테두리 부분이든, 모두 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)끼리 그리고, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b)끼리는 버스 바(120)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 버스 바(120)는, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분끼리, 그리고, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 중앙 부분끼리를 서로 연결할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상단부(10a) 중앙 부분은, 제2 전극(12)을 형성하는 캡 조립체(E)로 형성될 수 있고, 하단부(10b) 중앙 부분은 제1 전극(11)을 형성하는 캔(N)으로 형성될 수 있으며, 상하 배치에 따라, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분 또는 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 중앙 부분은, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 형성할 수 있다. 본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)가 제1 전극(11) 및 제2 전극(12), 또는 제2 전극(12) 및 제1 전극(11)을 형성한다는 것은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분 및 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 중앙 부분이 제1 전극(11) 및 제2 전극(12), 또는 제2 전극(12) 및 제1 전극(11)을 형성한다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서를 통하여 버스 바(120)가 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)끼리 및 하단부(10b)끼리를 연결한다는 것은, 상기 버스 바(120)가 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분끼리와 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 중앙 부분끼리를 연결한다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 및 하단부(10b)란, 제1, 제2 전극(11,12)의 구분이라기 보다는 위치에 따른 구분으로, 각각 배터리 셀(10)의 높이 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 전극(11) 또는 서로 같은 제2 전극(12)을 형성하거나 또는 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)을 형성할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 높이 방향을 따라 반전되는 패턴으로 배열될 수 있으며, 이에 따라, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)끼리는 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)을 형성할 수 있으며, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b)끼리도 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)을 형성할 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 높이 방향으로 반전되는 패턴으로 배열되면서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)끼리 직렬 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 서로 같은 제1, 제2 전극(11,12)끼리 병렬 연결될 수 있다. 한편, 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(10) 간의 직렬 연결 및/또는 병렬 연결을 포함할 수도 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 전극(11,12)끼리의 연결을 형성할 수 있다. 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극(11,12)끼리의 직렬 연결을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 서로 같은 극성의 제1, 제2 전극(11,12)끼리의 병렬 연결을 형성할 수도 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, 다수의 버스 바(120)의 배열을 통하여 상호 연결되는 서로 다른 방향들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향은, 지그- 재그 형태로 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 배터리 셀(10)은, 원형 배터리 셀(10)로 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 있다. 이와 같이, 서로 엇갈리는 위치에 배열된 다수의 배터리 셀(10)은, 지그-재그 형태로 배열되는 다수의 버스 바(120)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 다수의 버스 바(120)가 배열된 방향을 따라 지그-재그 형태의 전기적 연결 방향을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)은, 다수의 버스 바(120)가 배열된 전기적 연결 방향을 따라 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 전기적 연결 방향을 따라 일단을 형성하는 배터리 셀(10)과 타단을 형성하는 배터리 셀(10)은, 각각 일군의 배터리 셀(10) 중에서 전위가 가장 낮은 저전위 배터리 셀(10)과 전위가 가장 높은 고전위 배터리 셀(10)에 해당할 수 있다. 이때, 상기 저전위 배터리 셀(10)과 고전위 배터리 셀(10)에는 각각 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 연결될 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) 사이에는, 제1, 제2 출력 단자(121,122) 사이에 개재되어 충, 방전 경로를 형성하는 퓨즈 박스(미도시)와의 연결을 위한 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)가 형성될 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 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)를 통하여 일군의 배터리 셀(10)의 충, 방전 경로가 퓨즈 박스(미도시)를 경유하도록 할 수 있다. 상기 퓨즈 박스(미도시) 내에는 과전류 차단을 위한 퓨즈(미도시)가 설치될 수 있으며, 과전류에 반응하여 충, 방전 경로를 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)는, 다수의 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을 따라 일단 위치의 저전위 배터리 셀(10)과, 타단 위치의 고전위 배터리 셀(10) 사이에 위치한 배터리 셀(10)에 연결될 수 있으며, 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)에 연결되는 퓨즈 박스(미도시)를 통하여 서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 배터리 셀(10)에 각각 연결되도록 쌍으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)는, 다수의 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을 따라 각각 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 가까운 퓨즈 단자에 해당될 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 높이 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 높이 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 3을 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 13의 파단 압력에 해당) 이상으로 상승될 때, 벤트부(13)가 파단되면서 내부 압력을 해소시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 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.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(10)의 배열 및 배터리 셀(10) 사이에 형성되는 냉각 유로(F)의 위치에 대해 설명하기로 한다.
상기 냉각 유로(F)는 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 셀(10)은, 원형 배터리 셀(10)로 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.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z1)을 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 방향(Z1)이란, 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 방향(Z1)은, 다수의 배터리 셀(10)이 전기적으로 연결되는 방향 즉, 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향과는 다를 수 있으며, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z1)은, 배터리 셀(10)의 전기적인 연결 상태를 고려하지 않고, 배터리 셀(10)이 배열되는 일 방향을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은 열 방향(Z1)을 따라서는 직선적으로 배열될 수 있으며, 열 방향(Z1)과 교차하는 횡 방향을 따라서는 지그-재그 형태로 배열될 수 있다. 즉, 외주 면끼리 이웃하게 배열된 배터리 셀(10)의 배열은, 열 방향(Z1)을 따라서는 직선적으로 형성될 수 있으며, 열 방향(Z1)과 교차하는 횡 방향을 따라서는 지그-재그 형태로 형성될 수 있다. 이때, 외주 면끼리 이웃하게 배열된 배터리 셀(10)의 배열이란, 외주 면끼리 근접하게 배열된 배터리 셀(10)의 배열을 의미하는 것으로, 예를 들어, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10) 중에서, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 외주 면 사이의 간격이 최소 간격(SG)으로 형성되도록 외주 면끼리 근접하게 배열된 배터리 셀(10)의 배열을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 최소 간격(SG)은, 이웃한 배터리 셀(10) 사이에서 전기적인 절연을 확보하고 충분한 방열을 확보하기 위한 목적으로 설정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 최소 간격(SG)은 1mm 정도로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)이, 일군의 배터리 셀(10)의 외주를 가로질러 일군의 배터리 셀(10)의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부(S1) 및 한 쌍의 단변부(S2)를 포함하는 직사각형의 포락선(S1,S2, envelope)에 의해 포위된다고 할 때, 배터리 셀(10)이 직선적으로 배열되는 열 방향(Z1)은, 포락선(S1,S2)의 장변부(S1)와 나란한 방향에 해당될 수 있으며, 배터리 셀(10)이 지그-재그 형태로 배열되는 횡 방향은, 포락선(S1,S2)의 단변부(S2)와 가까운 방향에 해당될 수 있다.
도 4를 참조하면, 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.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 다수의 버스 바(120)의 배열 내지는 다수의 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결에 대해 설명하기로 한다. 참고로, 도 5에서는, 이해의 편의를 위하여, 상부 버스 바(120a, 도 1 참조) 및 하부 버스 바(120b, 도 1 참조)가 함께 도시되어 있으며, 상부 버스 바(120a) 및 하부 버스 바(120b)에 의한 전체적인 전기적 연결이 도시되어 있다. 이하에서는 상부 버스 바(120a) 및 하부 버스 바(120b)를 구분하지 않고 버스 바(120)로 통칭하기로 한다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서, 도 5에 도시된 전기적 연결은, 셀 홀더(110)의 상부 및 하부에 교번되게 배치된 상부 버스 바(120a) 및 하부 버스 바(120b)를 통하여 구현될 수 있다. 한편, 도 5에 표시된 숫자는 전기적 연결 방향을 따라 계수된 배터리 셀(10)의 순번을 나타낼 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 서로 이웃하는 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바(120)는, 지그-재그 형태로 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은, 원형 배터리 셀(10)로 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 있다.
예를 들어, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)이, 일군의 배터리 셀(10)의 외주를 가로질러 일군의 배터리 셀(10)의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부(S1) 및 한 쌍의 단변부(S2)를 포함하는 직사각형의 포락선(S1,S2, envelope)에 의해 포위된다고 할 때, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)은, 장변부 방향(Z1)과 나란하게 직선적으로 연장되는 열 방향(Z1)의 배열과, 단변부 방향(Z2)과 가까운 지그-재그로 연장되는 횡 방향의 배열을 포함할 수 있다. 즉, 지그-재그 형태로 연장되는 횡 방향은, 일군의 배터리 셀(10)의 장변부 방향(Z1) 보다는 단변부 방향(Z2)과 가까운 방향에 해당될 수 있으며, 장변부(S1) 보다 상대적으로 짧은 단변부 방향(Z2)과 가까운 방향에 해당될 수 있다. 이때, 서로 이웃한 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바(120)는, 지그-재그로 연장되는 횡 방향의 배터리 셀(10)의 배열을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(10)을 연결하면서, 지그-재그 형태로 배열될 수 있다.
본 발명에서는 다수의 버스 바(120)의 배열 내지는 다수의 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을, 장변부 방향(Z1)과 나란한 열 방향(Z1)을 따라 형성하지 않고, 장변부(S1) 보다 상대적으로 짧은 단변부 방향(Z2)과 가까운 횡 방향을 따라 형성함으로써, 횡 방향을 따라 전기적으로 연결된 일 배열의 배터리 셀(10)과, 횡 방향을 따라 전기적으로 연결된 이웃한 배열의 배터리 셀(10) 사이의 전위 차이(전압)를 줄일 수 있고, 예를 들어, 열 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 배열의 배터리 셀(10) 사이의 전위 차이를 감소시킴으로써, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에서 전기적인 단락의 위험을 줄일 수 있으며, 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 일 배열과 이웃한 배열의 배터리 셀(10)은 각각 지그-재그로 연장되는 횡 방향을 따르는 버스 바(120) 배열을 통하여 전기적으로 연결되며, 상기 일 배열과 이웃한 배열의 배터리 셀(10)은, 횡 방향과 교차하는 열 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하게 배치될 수 있다. 이때, 열 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 배열의 배터리 셀(10) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압), 예를 들어, 상기 일 배열에 속하는 배터리 셀(10, 7번째 배터리 셀)과, 이웃한 배열에 속하는 배터리 셀(10, 18번째 배터리 셀) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압)는, 이들 배터리 셀(10) 사이를 전기적으로 연결하는 버스 바(120)의 개수(ex. 11)와 각각의 배터리 셀(10)의 만충전 전압(ex. 4.2V)의 곱으로 산출될 수 있으며, 이는 버스 바(120)에 의해 연결된 이웃한 배터리 셀(10) 사이 마다 만충전 전압만큼 차이가 발생할 수 있기 때문이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 간의 최대 전위 차이(최대 전압)는 46.2V가 된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 72개의 배터리 셀(10)을 포함하는 72셀 구조로 형성될 수 있으며, 64개의 배터리 셀(10)을 포함하는 64셀 구조와의 호환성을 위하여, 고전압 편위부(HVe)를 포함할 수 있는데, 이 경우, 이웃하는 배터리 셀(10), 그러니까, 19번째 배터리 셀(10)과 40번째 배터리 셀(10) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압)는 88.2V가 될 수 있다. 이 경우에도, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 본 발명의 비교예에서 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압)가 200V를 넘거나 200V에 근접하는 것과 비교할 때, 배터리 팩의 안전성이 향상된 것으로 판단할 수 있다.
만일 본 발명과 달리, 다수의 버스 바(120)의 배열을 횡 방향이 아닌, 열 방향(Z1)을 따라 형성할 경우, 횡 방향 보다 열 방향(Z1)으로 상대적으로 많은 개수의 배터리 셀(10)이 배열되며, 상대적으로 많은 배터리 셀(10)의 개수에 대응하여 상대적으로 많은 개수의 버스 바(120)가 개재되므로, 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 최대 전압이 그 만큼 증가하게 되고, 이는 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 전기적인 단락의 위험을 높일 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩을 형성하는 일군의 버스 바(120)는, 지그-재그로 연장되는 횡 방향을 따르는 버스 바(120)와, 열 방향(Z1)을 따르는 버스 바(120)를 포함할 수 있으나, 버스 바(120)의 배열 또는 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향은, 횡 방향을 따르는 것으로 볼 수 있다. 즉, 배터리 팩을 형성하는 일군의 버스 바(120)가, 횡 방향을 따르는지 또는 열 방향(Z1)을 따르는지에 대해, 횡 방향을 따르는 버스 바(120)의 개수와 열 방향(Z1)을 따르는 버스 바(120)의 개수의 상대적인 비교를 통하여 판단될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 대략 횡 방향을 따르는 버스 바(120) 5개당 열 방향(Z1)을 따르는 버스 바(120) 1개가 배치되므로, 이때, 버스 바(120)의 배열 또는 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향은, 열 방향(Z1)이 아닌, 횡 방향을 따르는 것으로 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 버스 바(120)의 배열 내지는 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향이 지그-재그로 연장되는 횡 방향을 따라 형성되며, 횡 방향을 따라 연장되는 버스 바(120)의 배열을 하나의 단위로 하여, 횡 방향을 따라 연장되는 버스 바(120)의 배열이, 열 방향(Z1)을 따라 반복될 수 있으며, 이때, 제1, 제2 출력 단자(121,122)는 열 방향(Z1), 그러니까, 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)을 따라 배열될 수 있다. 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 일군의 배터리 셀(10)을 포위하는 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)을 따라 배열됨으로써, 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)과 가까운 횡 방향을 따르는 전기적 연결을 형성할 수 있고, 이에 따라 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압)를 감소시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 본 발명과 대비되는 비교예에서와 같이, 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 일군의 배터리 셀(10)을 포위하는 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)을 따라 배열될 경우, 이웃하는 배터리 셀(10)의 전압이 도 5에 도시된 실시형태 보다 상대적으로 증가될 수 있으며, 각각 도 6a 내지 도 6c에서 타원으로 표시된 부분에서 각각 최대 전위 차이(최대 전압)가 발생될 수 있으며, 200V를 넘거나 200V에 근접하는 최대 전위 차이(최대 전압)가 발생될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 본 발명과 대비되는 비교예에서 각각 최대 전위 차이(최대 전압)는 210V, 180.6V, 273V가 발생된다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 비교예에서는, 다수의 버스 바(120)의 배열 내지는 다수의 버스 바(120)가 배열된 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향이, 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)에 가까운 횡 방향 보다는 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)과 나란한 열 방향(Z1)을 따라 형성되므로, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 전위 차이가 증가하게 되며, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 전기적인 단락의 위험이 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 6c의 비교예에서는 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향이 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)에 가까운 횡 방향을 따라 형성되는 것을 볼 수도 있으나, 횡 방향을 따라 배열된 버스 바(120)의 배열을 하나의 단위로 하여, 횡 방향을 따라 배열된 버스 바(120)의 배열이 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)과 나란한 열 방향(Z1)을 따라 반복되되, 이러한 횡 방향을 따라 배열된 버스 바(120)의 배열이 열 방향(Z1)을 따라 왕복하면서 반복됨으로써, 타원으로 표시된 부분에서 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 최대 전위 차이(최대 전압)가 증가할 수 있다. 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시형태에서는, 횡 방향을 따라 배열된 버스 바(120)의 배열이 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)과 나란한 열 방향(Z1)을 따라 반복되되, 이러한 횡 방향을 따라 배열된 버스 바(120)의 배열이 열 방향(Z1)을 따라 포락선(S1,S2)의 일 단변부(S2)로부터 포락선(S1,S2)의 타 단변부(S2)까지 일 방향을 따라서만 반복되며, 양 단변부(S2) 사이를 일 방향과 반대 방향을 따라 왕복하면서 반복되지는 않는다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩을 형성하는 일군의 버스 바(120) 또는 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)은, 전위가 가장 낮은 저전위 배터리 셀(10)과 연결된 제1 출력 단자(121)로부터 제1 퓨즈 단자(123)까지의 저전압부(LV)와, 전위가 가장 높은 고전위 배터리 셀(10)과 연결된 제2 출력 단자(122)로부터 제2 퓨즈 단자(124)까지의 고전압부(HV)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)는, 퓨즈 박스(미도시)에 연결되는 한 쌍의 퓨즈 단자(123,124) 중에서, 각각 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을 따라 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 상대적으로 가까운 퓨즈 단자(123,124)를 의미할 수 있으며, 전기적 연결 방향을 따라 퓨즈 박스(미도시)를 경유하지 않고 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 연결되는 퓨즈 단자(123,124)를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저전압부(LV)와 고전압부(HV)는, 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124) 사이를 가로지르며, 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)과 나란한 가상의 라인(O)에 대해 비대칭적인 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고전압부(HV)는, 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)을 따라 상기 가상의 라인(O)을 가로질러 저전압부(LV) 측으로 치우친 고전압 편위부(HVe)를 포함할 수 있으며, 상기 저전압부(LV)는 상기 고전압 편위부(HVe)를 회피하여 단변부 방향(Z2)을 따라 고전압 편위부(HVe)와 반대편으로 치우친 저전압 편위부(LVe)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고전압 편위부(HVe)와 저전압 편위부(LVe)는, 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)을 따라 서로 반대편에 배치될 수 있으며, 포락선(S1,S2)의 단변부 방향(Z2)을 따라 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)와 상대적으로 가까운 위치에는 저전압 편위부(LVe)가 배치될 수 있으며, 제1, 제2 퓨즈 단자(123,124)로부터 상대적으로 먼 위치에는 고전압 편위부(HVe)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 고전압 편위부(HVe) 및 저전압 편위부(LVe)는, 각각 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1) 및 단변부 방향(Z2)을 따라 상대적으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 고전압 편위부(HVe)는 저전압부(LV) 측으로 치우치도록 단변부 방향(Z2) 보다는 장변부 방향(Z1)을 따라 상대적으로 길게 연장될 수 있고, 상기 저전압 편위부(LVe)는 고전압 편위부(HVe)를 회피하면서 장변부 방향(Z1) 보다는 단변부 방향(Z2)을 따라 상대적으로 길게 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고전압부(HV) 및 저전압부(LV)가 가상의 라인(O)에 대해 비대칭적인 형태로 형성됨으로써, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)이 64개인 구조(64셀 구조)와, 72개인 구조(72셀 구조)에서 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)이 서로 공유될 수 있는 호환성을 제공할 수 있다. 즉, 상기 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)은 배터리 셀(10) 및 퓨즈 박스(미도시)의 위치에 대응되는 핀-맵(pin-map)을 갖고 있으며, 64셀 구조에서는, 32번 핀(배터리 셀 10의 전기적 연결 방향을 따라 32번째 배터리 셀)과 33번 핀(배터리 셀 10의 전기적 연결 방향을 따라 33번째 배터리 셀) 사이에 퓨즈 박스(미도시)가 위치되어 있다. 즉, 상기 64셀 구조에서는, 배터리 셀(10)의 전기적인 연결 방향을 따라 중간 위치, 그러니까, 32번째 배터리 셀(10)과, 33번째 배터리 셀(10) 사이에 퓨즈 박스가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 도 5에 도시된 바와 같은 72셀 구조에서도, 64셀 구조에서와 같이, 32번 핀(배터리 셀 10의 전기적 연결 방향을 따라 32번째 배터리 셀)과 33번 핀(배터리 셀 10의 전기적 연결 방향을 따라 33번째 배터리 셀 10) 사이에 퓨즈 박스가 위치한 구조를 구현함으로써, 64셀 구조와 72셀 구조에서 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)을 공용 부품화시킬 수 있다. 즉, 동일한 핀-맵(pin-map)을 갖는 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)을 64셀 구조와 72셀 구조에 대해 공통적으로 적용할 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서와 같이, 64셀 구조와 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)의 호환성을 갖도록 설계된 72셀 구조에서는, 배터리 셀(10)의 전기적 연결 방향을 따라 퓨즈 박스(미도시)를 경계로 하여, 고전압부(HV)의 버스 바(120, 또는 고전압부 HV의 배터리 셀 10)의 개수가, 저전압부(LV)의 버스 바(120, 또는 저전압부 LV의 배터리 셀 10)의 개수 보다 상대적으로 많을 수 있으며, 상대적으로 많은 개수의 버스 바(120)를 포함하는 고전압부(HV)는, 저전압부(LV) 측으로 치우친 고전압 편위부(HVe)를 포함할 수 있고, 이때, 상기 저전압부(LV)는 고전압 편위부(HVe)를 회피하도록 저전압 편위부(LVe)를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 셀 홀더(110)에 조립될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 셀 홀더(110)는, 일편으로는 배터리 셀(10)이 조립되며, 타편으로는 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 냉각 유로(F)와 연결되는 중공 돌출부(115)가 돌출 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 중공 돌출부(115)는 셀 홀더(110)의 타편 상에 배치되는 회로기판(130)을 관통하도록 연장될 수 있다. 이하에서는 셀 홀더(110)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
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 높이 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 높이 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 3에 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, 도 7을 참조하면, 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 높이 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.
도 7을 참조하면, 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.
본 명세서를 통하여, 셀 홀더(110)의 장변부 방향은, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)을 둘러싸는 포락선(S1,S2, 도 4 참조)의 장변부 방향(Z1)에 해당될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)이, 일군의 배터리 셀(10)의 외주를 가로질러 일군의 배터리 셀(10)의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 단변부(S2) 및 한 쌍의 장변부(S1)를 포함하는 직사각형의 포락선(S1,S2, 도 4 참조)에 의해 포위된다고 할 때, 상기 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)은 셀 홀더(110)의 장변부 방향에 해당될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치된 다수의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀(10)은, 서로 상하 반전되는 패턴으로 배치된 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 군의 배터리 셀(10)은 상단부(10a)에 형성된 벤트부(13)를 포함할 수 있고, 상기 제2 군의 배터리 셀(10)은 하단부(10b)에 형성된 벤트부(13)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 셀 홀더(110)는, 제1 군의 배터리 셀(10)의 상단부(10a)가 조립되는 상부 홀더(110a)와, 제2 군의 배터리 셀(10)의 하단부(10b)가 조립되는 하부 홀더(110b)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)는, 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 사이에 개재하여 서로 마주하게 조립되면서, 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)의 수용 공간을 제공할 수 있다. 이때, 상기 상부 홀더(110a)의 상면에는 제1 군의 배터리 셀(10)의 상단부(10a, 보다 구체적으로, 벤트부 13)로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 상부 배기 홀(DHa)이 형성될 수 있으며, 상기 하부 홀더(110b)의 하면에는, 제2 군의 배터리 셀(10)의 하단부(10b 보다 구체적으로, 벤트부 13)로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 하부 배기 홀(DHb)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 상부 홀더(110a)의 상면 상에는, 제1 군의 배터리 셀(10)의 상단부(10a, 보다 구체적으로, 벤트부 13)와 상부 배기 홀(DHa)을 이어주는 배기 경로가 형성될 수 있으며, 상기 하부 홀더(110b)의 하면 상에는, 제2 군의 배터리 셀(10)의 하단부(10b, 보다 구체적으로, 벤트부 13)와 하부 배기 홀(DHb)을 이어주는 배기 경로가 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상부 홀더(110a)의 상면과, 하부 홀더(110b)의 하면 상에는, 각각의 배기 경로를 형성하기 위한 상부 분리부재(140a) 및 하부 분리부재(140b)가 배치될 수 있으며, 이때, 각각의 배기 경로는, 상부 홀더(110a)의 상면 및 상부 분리부재(140a) 사이와, 하부 홀더(110b)의 하면 및 하부 분리부재(140b) 사이에 각각 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배기 경로는, 상부 홀더(110a)의 상면 및 상부 분리부재(140a)의 차단 영역(144) 사이와, 하부 홀더(110b)의 하면 및 하부 분리부재(140b)의 차단 영역(144) 사이에 형성될 수 있다. 상기 상부 분리부재(140a) 및 하부 분리부재(140b)와 차단 영역(144)에 대한 보다 구체적인 기술적 사항은 후에 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)은, 상기 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)의 서로 대응되는 가장자리 위치에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 셀 홀더(110)의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)이 형성된 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)의 가장자리 위치에는, 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 배기 덕트(DD)가 형성될 수 있다. 상기 배기 덕트(DD)는, 높이 방향을 따라 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)를 통하여 연속적으로 형성될 수 있으며, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)의 조립에 따라 상부 홀더(110a)에 형성된 배기 덕트(DD)의 일부와 하부 홀더(110b)에 형성된 배기 덕트(DD)의 나머지 일부가 서로 연결되면서 하나의 관체 형상으로 형성된 온전한 배기 덕트(DD)가 제공될 수 있다. 즉, 상기 배기 덕트(DD)는, 상부 홀더(110a)에 형성된 일부와 하부 홀더(110b)에 형성된 나머지 일부를 포함하며, 상기 배기 덕트(DD)는, 상부 홀더(110a)와 하부 홀더(110b)에 분산되어 형성될 수 있다. 참고적으로, 본 명세서를 통하여, 높이 방향이란 배터리 셀(10)의 높이 방향을 의미할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 최대 디멘젼(dimension)으로서 배터리 셀(10)의 길이 방향을 의미할 수 있다.
상기 배기 덕트(DD)는, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)의 조립에 따라 형성된 배터리 셀(10)의 수용 공간으로부터 분리된 공간을 형성할 수 있으며, 배기 가스가 유입되는 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)과 연결되는 개소와, 배기 가스가 셀 홀더(110)의 외부로 배출되는 배기관(DP)과 연결되는 개소를 제외하고 밀폐된 구조로 형성될 수 있다.
상기 배기 덕트(DD) 중에서 높이 방향을 따라 양단 위치에는 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)이 연결될 수 있다. 그리고, 상기 배기 덕트(DD) 중에서, 높이 방향을 따라 배기 덕트(DD)의 양단 위치 사이의 높이에는 배기관(DP)이 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 덕트(DD)는, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)를 통하여 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되면서, 양단 위치에서 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)과 연결될 수 있고, 양단 위치 사이의 높이에서 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)로부터 유입된 배기 가스를 전체적으로 취합하여, 셀 홀더(110)의 외부로 배출하기 위한 배기관(DP)과 연결될 수 있다. 이때, 상기 배기관(DP)은, 높이 방향을 따라 셀 홀더(110)의 상면 및 하면 사이의 높이에서 배기 덕트(DD)와 연결될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 상면 및 하면 사이의 높이에서 셀 홀더(110)로부터 외부를 향하여 돌출되도록 형성될 수 있고, 예를 들어, 상기 배기관(DP)은, 셀 홀더(110)의 외면으로부터 셀 홀더(110)의 장변부 방향을 따라 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기관(DP)은, 상부 홀더(110a)의 상면 및 하부 홀더(110b)의 하면 사이의 높이에 형성될 수 있으며, 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b) 중 어느 하나의 홀더에 형성되어, 상부 홀더(110a)의 상면 또는 하부 홀더(110b)의 하면 사이에서 상부 홀더(110a)의 상면 또는 하부 홀더(110b)의 하면 중 어느 일 측으로 치우친 높이에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배기관(DP)은 상부 홀더(110a)로부터 외부로 돌출되도록 형성될 수 있으며, 상부 홀더(110a)의 상면과 하부 홀더(110b)의 하면 사이의 높이에서, 상부 홀더(110a)의 상면에 상대적으로 가까운 높이에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 상부 홀더(110a) 상에는 회로기판(130)이 배치되며, 상기 회로기판(130)은, 배기 경로가 형성되는 상부 홀더(110a)의 상면과 상부 분리부재(140a) 사이에 개재되어 배기 경로 상에서 유동 저항을 형성할 수 있으므로, 상부 홀더(110a) 측의 배기 경로와 하부 홀더(110b) 측의 배기 경로 사이에서 균형적인 유동 저항을 형성하기 위해, 상기 배기관(DP)은 상부 홀더(110a)의 상면과 하부 홀더(110b)의 하면 중에서, 상부 홀더(110a)의 상면에 치우친 높이에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 상부 홀더(110a) 상에 배치되는 회로기판(130)과 관련하여, 상기 상부 홀더(110a)의 상면에 형성된 상부 배기 홀(DHa)은, 회로기판(130)을 벗어난 위치에 형성되어, 상부 배기 홀(DHa)로 유입되는 배기 가스의 흐름이 회로기판(130)에 의해 방해 받지 않도록 할 수 있다. 상기 회로기판(130)은, 상부 홀더(110a) 상에 배치되며, 상부 홀더(110a)의 전체 면적에 걸쳐서 형성되지 않고 상부 홀더(110a)의 일부 면적에 걸쳐서 국부적으로 형성될 수 있으므로, 회로기판(130)으로부터 노출된 상부 홀더(110a) 상에 상부 배기 홀(DHa)을 형성함으로써, 상부 배기 홀(DHa)이 회로기판(130)에 의해 가로 막히지 않도록 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 배기관(DP)은, 셀 홀더(110)에 수용된 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)로부터 배출된 배기 가스가 셀 홀더(110)의 외부로 배출되는 배기 경로의 말단을 형성할 수 있다. 본 명세서에서는, 상기 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)과 배기 덕트(DD)를 서로 다른 구성으로 설명하고 있으나, 이는 이해의 편의를 위한 것이며, 높이 방향을 따라 상부 홀더(110a) 및 하부 홀더(110b)를 통하여 연속적으로 연장되는 배기 덕트(DD)의 양단이 상기 상부 배기 홀(DHa) 및 하부 배기 홀(DHb)을 형성할 수 있으며, 이들 상부 배기 홀(DHa), 하부 배기 홀(DHb) 및 배기 덕트(DD)는 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 하나의 관체 형상으로부터 함께 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 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. 예를 들어, 상기 중공 돌출부(115)의 원형의 벽체(115a)는, 중공 돌출부(115)의 외주를 형성하는 외면의 형상을 의미할 수 있으며, 상기 중공 돌출부(115)의 내면의 형상은 원형이 아닌 다른 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 중공 돌출부(115)의 원형의 벽체(115a)는, 원형의 외면을 갖고, 라운드진 모서리를 갖는 삼각형 형상의 내면을 가질 수 있다. 한편, 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 있으며, 타원형 또는 다양한 다각형 형태의 외면과 함께, 원형, 타원형, 다각형 형상 및 이들의 조합에 의한 다양한 형태의 내면을 가질 수 있다.
상기 중공 돌출부(115)는, 판상으로 형성된 셀 홀더(110)의 본체로부터 배터리 셀(10)과 반대되는 높이 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 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 외부로 연장시킬 수 있으며, 벽체(115a)에 의해 둘러싸인 형태의 냉각 유로(F)를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 판상으로 형성된 셀 홀더(110)의 본체를 따라 중공 돌출부(115)가 형성되는 위치는, 배터리 셀(10) 사이에 형성된 냉각 유로(F)의 위치에 대응될 수 있으며, 중공 돌출부(115)가 형성되는 위치는, 도 4를 참조하여 설명된 냉각 유로(F)의 위치와 대응되게 형성될 수 있으며, 도 4에서 냉각 유로(F)의 위치는 중공 돌출부(115)의 위치를 의미할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 중공 돌출부(115)는, 배터리 셀(10)의 높이 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 높이 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 높이 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 높이 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.
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 버스 바(120a) 및 하부 버스 바(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. 앞서 설명된 바와 같이, 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 9를 참조하면, 상기 버스 바(120)는, 양단의 결합편(120a)과, 양단의 결합편(120a) 사이를 연결해주는 중앙의 돌출 연결편(120c)과, 양단의 결합편(120a)과 중앙의 돌출 연결편(120c) 사이를 절곡된 형태로 이어주는 절곡부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)은, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 하단부(10b)에 결합될 수 있으며, 셀 홀더(110)의 단자 홀(112)을 통하여 노출된 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)에 결합되어 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)을 직렬 또는 병렬 연결할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)과 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 용접 결합될 수 있다.
상기 절곡부(120b)는, 양단의 결합편(120a)과 중앙의 돌출 연결편(120c) 사이를 절곡된 형태로 이어주며, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 양단의 결합편(120a)으로부터 배터리 셀(10)과 이격된 레벨에서 돌출 연결편(120c)을 지지해줌으로써, 돌출 연결편(120c)과 배터리 셀(10) 간의 전기적인 간섭을 차단하는 한편으로, 셀 홀더(110, 보다 구체적으로 중공 돌출부 115)에 의해 배터리 셀(10)을 향하여 가압되는 돌출 연결편(120c)에 따라 탄성 변형되면서 양단의 결합편(120a)을 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)를 향하여 압박할 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 돌출 연결편(120c)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 버스 바(120) 중에서 배터리 셀(10)로부터 가장 멀리 이격된 평편한 판상의 부재에 해당될 수 있으며, 버스 바(120) 중에서 배터리 셀(10)로부터 가장 멀리 위치한 가상의 평면 상에 배치될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 돌출 연결편(120c)은, 셀 홀더(110) 상에 배치되는 회로기판(130)으로부터 노출될 수 있으며, 회로기판(130)의 도피 홀(132a)을 통하여 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)으로부터 그 전부가 노출될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 버스 바(120)는, 셀 홀더(110)의 중공 돌출부(115) 사이를 가로질러 연장될 수 있다. 즉, 상기 버스 바(120)는, 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이를 가로질러 연장될 수 있으며, 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이에는 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)이 개재될 수 있다. 상기 버스 바(120)의 연장 방향과 한 쌍의 중공 돌출부(115)가 서로 마주하는 방향은 서로 교차할 수 있고, 예를 들어, 수직으로 교차할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(120)는 외주 면끼리 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 이웃한 한 쌍의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결할 수 있고, 이때, 버스 바(120)에 의해 연결되는 한 쌍의 배터리 셀(10)과, 버스 바(120)와 교차하는 방향으로 마주하는 또 다른 한 쌍의 배터리 셀(10) 사이에는 냉각 유로(F) 내지는 중공 돌출부(115)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 버스 바(120)는, 버스 바(120)와 교차하는 방향으로 마주하는 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이를 가로질러 연장될 수 있다.
상기 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 중공 돌출부(115), 보다 구체적으로, 한 쌍의 중공 돌출부(115)의 서로 마주하는 벽체(115a)에는, 버스 바(120)가 끼워져 조립되기 위한 한 쌍의 걸림턱(115p)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 걸림턱(115p)은, 중공 돌출부(115)의 벽체(115a) 상에 형성될 수 있으며, 상기 버스 바(120), 보다 구체적으로, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)은 쐐기 형상의 걸림턱(115p)에 끼워져 조립될 수 있다. 상기 걸림턱(115p)에 끼워져 조립된 버스 바(120)는, 배터리 셀(10)로부터 멀어지는 방향으로 이탈하는 것이 효과적으로 저지될 수 있다. 상기 걸림턱(115p)은, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 중공 돌출부(115) 상에 쌍으로 형성될 수 있으며, 쌍으로 형성된 걸림턱(115p)은, 중공 돌출부(115)의 벽체(115a)로부터 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c) 상으로 연장되어, 돌출 연결편(120c)을 배터리 셀(10)을 향하여 압박할 수 있으며, 돌출 연결편(120c)과 연결된 절곡부(120b)의 탄성 변형을 통하여 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)이 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)를 향하여 가압될 수 있고, 버스 바(120)와 배터리 셀(10) 간의 견고한 결합을 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 한 쌍의 걸림턱(115p)과 대응되는 셀 홀더(110)에는 금형 홀(110`)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 판상으로 형성된 셀 홀더(110)의 본체로부터 상기 걸림턱(115p)을 갖춘 중공 돌출부(115)가 돌출되며, 상기 걸림턱(115p)에 대응되는 셀 홀더(110)의 본체에는, 셀 홀더(110)의 본체를 관통하도록 금형 홀(110`)이 형성될 수 있다. 상기 금형 홀(110`)은, 걸림턱(115p)이 형성된 셀 홀더(110)의 성형시에, 상부 금형(미도시) 및 하부 금형(미도시) 간의 결합 위치에 형성될 수 있으며, 상부 금형 및 하부 금형 간의 결합구(미도시)에 의해 용융 수지가 채워지지 못한 부분이 금형 홀(110`) 형태로 남아 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 상부 금형 및 하부 금형이 조합된 형태의 금형을 통하여, 걸림턱(115p)이 형성된 셀 홀더(110)가 금형으로부터 용이하게 탈형될 수 있으며, 탈형 과정에서 셀 홀더(110)의 걸림턱(115p) 형상이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)에는, 셀 홀더(110)와의 위치 정렬을 위한 위치정렬 홀(120g)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 위치정렬 홀(120g)이 형성된 돌출 연결편(120c)을 사이에 개재한 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이, 그러니까, 상기 한 쌍의 중공 돌출부(115)가 형성된 셀 홀더(110)의 본체 상에는, 돌출 연결편(120c)의 위치정렬 홀(120g)에 끼워지기 위한 위치정렬 핀(110g)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 돌출 연결편(120c)의 위치정렬 홀(120g)이 셀 홀더(110)의 위치정렬 핀(110g)에 끼워지면서, 셀 홀더(110) 상에서 버스 바(120)가 올바른 정 위치로 조립될 수 있다. 상기 위치정렬 핀(110g)은, 버스 바(120)의 연장 방향을 따라 배열된 한 쌍의 위치정렬 핀(110g)을 포함할 수 있다. 이때, 쌍을 이루는 위치정렬 핀(110g)이 배열된 버스 바(120)의 연장 방향은, 버스 바(120)를 사이에 개재한 한 쌍의 중공 돌출부(115)가 서로 마주하는 방향과 교차할 수 있으며, 예를 들어, 수직으로 교차할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 위치정렬 홀(120g)과 위치정렬 핀(110g)은, 각각 버스 바(120)와, 버스 바(120)가 조립되는 셀 홀더(110) 상에 형성되어 있으나, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 위치정렬 홀(120g)과 위치정렬 핀(110g)은, 각각 셀 홀더(110)와 버스 바(120) 상에 형성될 수도 있으며, 상기 위치정렬 홀(120g)과 위치정렬 핀(110g)이 서로 대응되는 위치에 형성되는 한도에서, 셀 홀더(110)와 버스 바(120) 중 어느 일편과 나머지 타편에 선택적으로 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)은, 버스 바(120) 상에 배치되는 회로기판(130)으로부터 노출될 수 있으며, 보다 구체적으로, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)으로부터 노출될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 충진 홀(FH)은, 버스 바(120)의 결합편(120a)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있다. 그리고, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 결합된 버스 바(120)의 결합편(120a)이 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 노출됨으로써, 충진 홀(FH)에 채워진 포팅수지(PR)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 버스 바(120)의 결합편(120a) 사이의 결합부를 덮어 보호해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 포팅수지(PR)는, 배터리 셀(10)과 버스 바(120)의 결합편(120a) 사이의 결합부를 산소나 수분과 같은 유해 성분으로부터 보호해줄 수 있으며, 예를 들어, 용접을 통하여 형성된 서로 다른 이종 소재 간의 결합부를 갈바닉 부식으로부터 보호해줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충진 홀(FH)은, 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 결합된 버스 바(120, 보다 구체적으로, 버스 바 120 양단의 결합편 120a)를 노출시키도록 각각의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 위치에 형성될 수 있다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 버스 바(120) 상으로는 회로기판(130)이 배치될 수 있다. 상기 회로기판(130)에는, 버스 바(120)의 일부를 노출시키기 위한 도피 홀(132a)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도피 홀(132a)은, 버스 바(120) 중앙의 돌출 연결편(120c)을 전체적으로 노출시킬 수 있다. 여기서, 도피 홀(132a)이 돌출 연결편(120c)을 전체적으로 노출시킨다는 것은, 돌출 연결편(120c)의 전부가 온전하게 도피 홀(132a)을 통하여 회로기판(130)으로부터 노출된다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 돌출 연결편(120c)은 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)과 겹쳐지지 않으며, 그 일부라도 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)과 겹쳐지지 않을 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 도피 홀(132a)은 돌출 연결편(120c)을 수용할 수 있으며, 상기 돌출 연결편(120c)은, 높이 방향을 따라 회로기판(130)의 하면(130a) 및 상면(130b) 사이의 높이에 배치될 수 있다. 여기서, 회로기판(130)의 하면(130a) 및 상면(130b)이란, 각각 회로기판(130)의 양면 중에서, 배터리 셀(10)과 마주하는 면과, 배터리 셀(10)과 반대되는 면을 각각 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)은, 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)의 하면(130a)과 겹쳐질 수 있으나, 상기 결합편(120a)으로부터 절곡부(120b)를 통하여 연결되는 돌출 연결편(120c)은, 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)의 하면(130a)과 겹쳐지지 않으며, 높이 방향을 따라 회로기판(130)의 하면(130a)과 상면(130b) 사이의 높이에서 도피 홀(132a) 내에 수용되어 높이 방향을 따라 회로기판(130)의 두께에 대해 추가적인 두께를 형성하지 않을 수 있다.
상기 도피 홀(132a)을 통하여 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)이 서로 겹쳐지지 않도록 배치됨으로써, 회로기판(130)이 배터리 셀(10)과 근접하는 가까운 위치, 그러니까, 배터리 셀(10)에 근접하는 낮은 높이에 배치될 수 있으며, 높이 방향을 따라 회로기판(130)과 배터리 셀(10) 사이의 간격(q)을 감소시킴으로써, 회로기판(130)과 배터리 셀(10) 사이에서 전압 측정 라인을 형성하는 접속부재(125)의 길이를 단축시킬 수 있으며, 예를 들어, 회로기판(130)과 배터리 셀(10) 각각에, 접속부재(125)의 일단부와 타단부를 접합하는 와이어 본딩 또는 리본 본딩에서 초음파 용접을 통하여 견고한 접합을 형성할 수 있고, 초음파 용접시 회로기판(130)과 배터리 셀(10) 사이의 상대적인 흔들림으로 인한 초음파 용접의 용접 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 도피 홀(132a)을 통하여 높이 방향을 따라 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)이 서로 겹쳐지지 않도록 배치됨으로써, 회로기판(130)이 배터리 셀(10)에 근접하는 낮은 높이에 배치될 수 있으며, 전체 배터리 팩의 높이를 감축시킴으로써, 슬림화에 유리한 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 버스 바(120)는 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이를 가로질러 연장될 수 있으며, 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이에는 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 회로기판(130)에서 돌출 연결편(120c)과 대응되는 위치, 그러니까, 한 쌍의 중공 돌출부(115) 사이의 위치에는 도피 홀(132a)이 형성될 수 있다. 상기 도피 홀(132a)은, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 더불어, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 위치에 형성된 한 쌍의 중공 돌출부(115) 내지는 한 쌍의 냉각 유로(F)를 함께 노출시키는 버스 개방 영역(132b)의 일부로 형성될 수 있다. 즉, 상기 회로기판(130)에는, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 더불어 중공 돌출부(115)를 함께 노출시키기 위한 것으로, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)을 노출시키기 위한 도피 홀(132a)과 연결되어 하나의 홀 형태로 형성된 버스 개방 영역(132b)이 형성될 수 있다.
상기 버스 개방 영역(132b)은, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 중공 돌출부(115, 또는 한 쌍의 냉각 유로 F)와 더불어, 버스 바(120)의 일부, 그러니까, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)을 함께 노출시키도록 회로기판(130)에 형성된 단일 홀 형태로 형성될 수 있다. 이때, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)을 전체적으로 노출시키는 도피 홀(132a)이란, 단일 홀 형태로 형성된 버스 개방 영역(132b) 중에서 중공 돌출부(115)가 관통하는 영역을 제외한 영역을 의미할 수 있다.
만일, 본 발명과 달리, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)을 노출시키기 위한 1개의 홀과 서로 이웃한 냉각 유로(F)를 각각 노출하기 위한 2개의 홀이, 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 버스 개방 영역(132b)을 통하여 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 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 버스 개방 영역(132b)은, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 중공 돌출부 115)를 함께 노출시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 버스 개방 영역(132b)은, 접속부재(125)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 중공 돌출부 115)를 함께 노출시키는 접속 개방 영역(132c)과 더불어 단일 홀 형태로 형성될 수 있으며, 상기 버스 개방 영역(132b)과 접속 개방 영역(132c)은, 단일 홀 형태로 형성된 제2 개방 영역(132)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 냉각 유로(F, 또는 중공 돌출부 115)는, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 제1, 제2 중공 돌출부 1151,1152)와, 접속부재(125)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 제1, 제3 중공 돌출부 1151,1153)를 포함하되, 버스 바(120)와 접속부재(125) 사이에 개재된 냉각 유로(F, 또는 제1 중공 돌출부 1151)를 공유하여, 전체적으로 서로 다른 3개의 냉각 유로(F)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 중공 돌출부(115)는, 버스 바(120)와 접속부재(125) 사이에 개재된 제1 중공 돌출부(1151)와, 상기 버스 바(120)를 사이에 두고 제1 중공 돌출부(1151)와 마주하는 제2 중공 돌출부(1152)와, 상기 접속부재(125)를 사이에 두고 제1 중공 돌출부(1151)와 마주하는 제3 중공 돌출부(1153)를 포함하여, 전체적으로, 3개의 중공 돌출부(115)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)을 노출시키는 도피 홀(132a)은, 제2 개방 영역(132)의 일부로 형성될 수 있으며, 상기 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)은 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출될 수 있고, 제2 개방 영역(132)을 통하여 돌출 연결편(120c)의 전부가 온전하게 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)으로부터 노출될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 회로기판(130)에는 냉각 유로(F, 또는 중공 돌출부 115)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, 보다 구체적으로 제1 개방 영역 131)은 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, 보다 구체적으로 제1 개방 영역 131)은 중공 돌출부(115)와 대응되는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 타원형이나, 육각형을 포함하는 다양한 다각형 형태로 형성될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 개방 영역(135) 중에서 제1 개방 영역(131)은, 중공 돌출부(115)의 외주를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 제2 개방 영역(132)은, 중공 돌출부(115)의 외주 중에서 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 개방 영역(132)은, 서로 이웃한 서로 다른 둘 이상의 중공 돌출부(115)를 함께 노출시킬 수 있으며, 상기 제2 개방 영역(132)은, 서로 다른 둘 이상의 중공 돌출부(115)를 함께 포위하도록 서로 다른 중공 돌출부(115) 각각의 외주 중에서 적어도 일부를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.
상기 회로기판(130)의 개방 영역(135)은, 각각의 냉각 유로(F, 또는 중공 돌출부 115) 마다 개별적으로 형성된 제1 개방 영역(131)과, 서로 이웃하는 둘 이상의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성된 제2 개방 영역(132)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 개방 영역(132)은, 접속 개방 영역(132c) 및 버스 개방 영역(132b)을 포함할 수 있다. 상기 접속 개방 영역(132c)은, 접속부재(125)를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성될 수 있다. 상기 접속부재(125)에 관한 구체적인 기술적 사항에 대해서는 후에 설명하기로 한다. 상기 버스 개방 영역(132b)은, 버스 바(120)를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접속 개방 영역(132c) 및 버스 개방 영역(132b)은, 서로로부터 분리된 독립적인 홀 형태로 형성되지 않고, 서로 연결되어 하나의 홀 형태의 제2 개방 영역(132)을 형성할 수 있다. 상기 접속 개방 영역(132c)을 통하여 노출되는 한 쌍의 냉각 유로(F)와, 상기 버스 개방 영역(132b)을 통하여 노출되는 한 쌍의 냉각 유로(F)는, 전체적으로 4개의 서로 다른 냉각 유로(F)를 포함하지 않고, 하나의 냉각 유로(F)를 공유하여 전체적으로 3개의 서로 다른 냉각 유로(F)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 개방 영역(132c)과 버스 개방 영역(132b)이 서로 만나는 위치의 냉각 유로(F), 보다 구체적으로, 상기 접속부재(125)와 버스 바(120) 사이에 개재된 냉각 유로(F, 또는 제1 중공 돌출부 115)는, 버스 개방 영역(132b)을 통하여 노출되는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 제1, 제2 중공 돌출부 1151,1152)와, 접속 개방 영역(132c)을 통하여 노출되는 한 쌍의 냉각 유로(F, 또는 제1, 제3 중공 돌출부 1151,1153)에서 공유될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 개방 영역(132)을 통하여 노출되는 냉각 유로(F) 내지는 중공 돌출부(115)는, 버스 바(120)와 접속부재(125) 사이에 개재된 제1 중공 돌출부(1151)와, 상기 버스 바(120)를 사이에 두고 제1 중공 돌출부(1151)와 마주하는 제2 중공 돌출부(1152)와, 상기 접속부재(125)를 사이에 두고 제1 중돌 돌출부와 마주하는 제3 중공 돌출부(1153)를 포함하여, 전체적으로, 3개의 중공 돌출부(115)를 포함할 수 있다.
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 이웃하는 둘 이상의 냉각 유로(F)를 함께 노출시키도록, 서로 이웃하는 둘 이상의 냉각 유로(F)에 대해 공통적으로 형성된 단일 홀 형태로 마련되어, 서로 이웃하는 둘 이상의 냉각 유로(F)를 회로기판(130)으로부터 함께 노출시킬 수 있다.
상기 제2 개방 영역(132) 중에서, 상기 접속 개방 영역(132c)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 접속 개방 영역(132c)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는 접속부재(125)가 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속 개방 영역(132c)은 서로 이웃한 한 쌍의 냉각 유로(F)와 더불어, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 함께 노출시킬 수 있다. 상기 접속 개방 영역(132c)이 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 일부를 노출시킴으로써, 접속 개방 영역(132c)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 접속 개방 영역(132c)은, 회로기판(130)을 관통하여 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 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접속 개방 영역(132c)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 접속 개방 영역(132c)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, 접속 개방 영역(132c)과 접속 홀(CH)에 대해 각각 별도의 도면번호를 부여하기로 한다.
상기 접속 홀(CH, 또는 접속 개방 영역 132c)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 리본을 포함할 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. 이때, 상기 와이어 본딩 또는 리본 본딩에서는 초음파 용접을 통하여 도전성 와이어 또는 도전성 리본이 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130)에 접합될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 접속부재(125)로서의 도전성 와이어는, 배터리 셀(10)과 회로기판(130) 사이를 연결하도록 병렬적으로 연장되는 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 10에 예시적으로 도시된 접속부재(125)는, 도전성 리본에 해당될 수 있다.
상기 접속 홀(CH)은, 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, 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)을 통하여 노출되는 한 쌍의 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분은, 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 동일한 접속 홀(CH)을 통하여 노출되는 서로 이웃한 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치될 수 있으나, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분은, 배터리 셀(10)의 상하 배치와 무관하게, 모두 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 제1 전극(11)을 형성하는 캔(N)은, 상단부(10a) 테두리 부분으로부터 하단부(10b) 전체에 걸쳐서 연장되어 있으므로, 배터리 셀(10)의 상하 배치와 무관하게, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분이든 또는 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 테두리 부분이든, 모두 같은 극성의 제1 전극(11)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 접속부재(125)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분에 접속될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 제1 전극(11)에 연결될 수 있다. 도 2를 참조하면, 다수의 접속부재(125)의 대부분은, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 제1 전극(11)과 연결될 수 있으나, 일부 접속부재(125)는 제1, 제2 출력 단자(121,122) 또는 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 연결된 배터리 셀(10)에 연결되면서 배터리 셀(10)의 제2 전극(12)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)는, 전기적으로 연결된 일군의 배터리 셀(10) 중에서 전위가 가장 낮은 저전위 배터리 셀(10)과, 전위가 가장 높은 고전위 배터리 셀(10)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 일 접속부재(125a)는 저전위 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 형성된 제1 전극(11)과 연결될 수 있으나, 다른 접속부재(125b)는 고전위 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에 형성된 제2 전극(12)과 연결될 수 있다. 다시 말하면, 배터리 팩을 형성하는 일군의 접속부재(125) 중에서, 일 접속부재(125a)는, 제1 출력 단자(121)와 연결되는 저전위 배터리 셀(10)에서 제1 전극(11)에 연결될 수 있고, 또 다른 일 접속부재(125b)는, 제2 출력 단자(122)와 연결되는 고전위 배터리 셀(10)에서 제2 전극(12)에 연결될 수 있으며, 상기 저전위 배터리 셀(10) 및 고전위 배터리 셀(10)을 제외한 나머지 다른 중간 전위의 배터리 셀(10)에서 상기 접속부재(125)는, 상단부(10a) 테두리 부분의 제1 전극(11)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속부재(125)는, 제2 출력 단자(122)와 연결되는 고전위 배터리 셀(10)에서만 제2 전극(12)과 연결될 수 있고, 나머지 다른 배터리 셀(10)에서는 제1 전극(11)과 연결될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 접속 개방 영역(132c, 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 노출시킬 수 있는 충분한 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 개방 영역(132c)을 통하여 노출되는 한 쌍의 배터리 셀(10)이 서로 마주하는 방향과, 상기 접속 개방 영역(132c)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, 예를 들어, 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 접속 개방 영역(132c)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 접속 개방 영역(132c) 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.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접속 개방 영역(132c)은, 버스 바(120)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 냉각 유로(F)를 함께 노출시키는 버스 개방 영역(132b)과 더불어, 제2 개방 영역(132)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 제2 개방 영역(132)은 단일 홀 형태로 형성될 수 있으며, 충진 홀(FH)을 둘러싸는 외주 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 제2 개방 영역(132)은, 버스 바(120)와 접속부재(125) 사이에 개재된 냉각 유로(F, 또는 제1 중공 돌출부 1151)와, 상기 냉각 유로(F, 또는 제1 중공 돌출부 1151)와 버스 바(120)를 사이에 두고 배치된 다른 냉각 유로(F, 또는 제2 중공 돌출부 1152)와, 상기 냉각 유로(F, 또는 제1 중공 돌출부 1151)와 접속부재(125)를 사이에 두고 배치된 또 다른 냉각 유로(F, 또는 제3 중공 돌출부 1153)를 포함하여 전체적으로, 충진 홀(FH)을 둘러싸는 외주 방향을 따라 연속적으로 배열된 서로 다른 3개의 냉각 유로(F)를 함께 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 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 10을 참조하면, 상기 제2 개방 영역(132)은, 버스 바(120)와 접속부재(125) 사이에 개재된 제1 중공 돌출부(1151)와, 상기 버스 바(120)를 사이에 두고 제1 중공 돌출부(1151)와 마주하는 제2 중공 돌출부(1152)와, 상기 접속부재(125)를 사이에 두고 제1 중공 돌출부(1151)와 마주하는 제3 중공 돌출부(1153)를 포함하여, 전체적으로, 충진 홀(FH)을 둘러싸는 외주 방향을 따라 연속적으로 배열된 서로 다른 3개의 중공 돌출부(115)를 함께 노출시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는, 배터리 셀(10)의 온도 측정을 위한 서미스터(TH)가 배치될 수 있으며, 예를 들어, 상기 서미스터(TH)는 배터리 셀(10)의 테두리 부분에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 서미스터(TH)는, 접속부재(125)가 연결된 배터리 셀(10)의 테두리 부분의 일 개소로부터 배터리 셀(10)의 외주 방향을 따라 이격된 배터리 셀(10)의 테두리 부분의 다른 개소에 배치될 수 있다. 즉, 상기 접속부재(125)와 서미스터(TH)는, 배터리 셀(10)의 테두리 부분을 따라 서로로부터 이격된 개소에 배치되어 서로에 대한 간섭을 회피할 수 있다. 예를 들어, 상기 서미스터(TH)는 배터리 셀(10)의 테두리 부분에 직접 접합될 수 있는 칩형 서미스터(TH)로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 서미스터(TH)는, 솔더 마운팅을 통하여 배터리 셀(10)의 테두리 부분에 접합될 수 있다.
상기 배터리 셀(10)이 조립되는 셀 홀더(110)에는, 배터리 셀(10)의 외주 방향을 따라 길게 연장되면서 배터리 셀(10)의 테두리 부분을 노출시키는 장공의 홀이 형성될 수 있으며, 셀 홀더(110)에 형성된 장공의 홀을 통하여 배터리 셀(10)의 테두리 부분이 길게 노출되면서 상기 접속부재(125) 및 서미스터(TH)가 배터리 셀(10)의 테두리 부분의 서로 이격된 개소에 배치될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 테두리 부분에 접합된 접속부재(125)에는 접착수지(AR)가 형성될 수 있는데, 상기 접착수지(AR)는 서미스터(TH) 위치까지는 연장되지 않을 수 있으며, 상기 서미스터(TH) 상에는 접착수지(AR)가 형성되지 않을 수 있다.
도 13을 참조하면, 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 접속 개방 영역(132c, 또는 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 접속 개방 영역(132c, 또는 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, 쌍을 이루지 않는 서로 이웃한 배터리 셀(10, 또는 충진 홀 FH) 사이에는 접속 홀(CH)로 기능하는 접속 개방 영역(132c, 또는 제2 개방 영역 132)이 형성되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 접속 개방 영역(132c, 또는 제2 개방 영역 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) 사이 또는 서로 이웃한 충진 홀(FH) 사이 중에서 접속 개방 영역(132 또는 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 방향(Z1)을 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) 사이의 위치(P)와 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) 사이의 위치(P)와 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 방향(Z1)을 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 접속 개방 영역(132c 또는 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 접속 개방 영역(132c, 또는 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 접속 개방 영역(132c, 또는 제2 개방 영역 132)과, 접속 홀(CH)로 기능하지 않는 제1 개방 영역(131)은, 서로 교번되는 패턴으로 배열될 수 있다.
도 13을 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)은, 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)은, 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 제2 개방 영역(132)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 제2 개방 영역(132)이 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.
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 발명의 일 실시형태와 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 9 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분에 대응되는 위치에는 포팅수지(PR)가 형성될 수 있으며, 상기 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분을 둘러싸는 테두리 부분과 대응되는 대응되는 위치에는 접착수지(AR)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 포팅수지(PR)와 접착수지(AR)는 서로 다른 성분을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 다른 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하는 버스 바(120)는, 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분끼리를 서로 연결할 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중앙 부분과, 버스 바(120) 양단의 결합편(120a) 사이의 결합부 상으로는, 상기 포팅수지(PR)가 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 포팅수지(PR)는, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 버스 바(120) 양단의 결합편(120a) 상으로 주입될 수 있다.
상기 포팅수지(PR)는, 배터리 셀(10)과 버스 바(120)의 결합편(120a) 사이의 결합부를 덮어줌으로써, 산소나 수분과 같은 유해 성분으로부터 보호해줄 수 있으며, 용접 결합된 서로 다른 이종 소재, 그러니까, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 버스 바(120)의 결합편(120a) 사이에 형성된 이종 소재 간의 결합부를 갈바닉 부식으로부터 보호해줄 수 있다.
상기 포팅수지(PR)는, 버스 바(120) 상부에 배치된 회로기판(130)의 충진 홀(FH)에 채워질 수 있으며, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)은 배터리 셀(10)과 연결된 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)을 각각 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 충진 홀(FH)은, 각각의 배터리 셀(10) 마다 형성될 수 있으며, 서로 이웃한 2개 배터리 셀(10)을 연결하는 버스 바(120) 하나 당 2개씩, 그러니까, 버스 바(120) 양단의 결합편(120a) 마다 1개씩의 충진 홀(FH)이 형성될 수 있고, 각각의 충진 홀(FH) 마다 포팅수지(PR)가 채워짐으로써, 충진 홀(FH)에 채워진 포팅수지(PR)가 배터리 셀(10)과 버스 바(120, 버스 바 120 양단에 형성된 각각의 결합편 120a) 사이의 결합부를 덮어줄 수 있다. 예를 들어, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)에 채워진 포팅수지(PR)는, 회로기판(130)과 배터리 셀(10) 사이에 개재된 버스 바(120)의 결합편(120a) 상으로 주입될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(120)는, 양단의 결합편(120a) 사이를 연결해주는 중앙의 돌출 연결편(120c)과, 양단의 결합편(120a)과 중앙의 돌출 연결편(120c) 사이를 절곡된 형태로 이어주며, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 양단의 결합편(120a)으로부터 배터리 셀(10)과 이격된 레벨에서 돌출 연결편(120c)을 지지해주는 절곡부(120b)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 버스 바(120) 상에 배치되는 회로기판(130)에는, 돌출 연결편(120c) 전부를 온전하게 노출시키기 위한 도피 홀(132a)이 형성될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 회로기판(130)에 형성된 도피 홀(132a)을 통하여 높이 방향으로 버스 바(120)의 돌출 연결편(120c)과 회로기판(130, 회로기판 130의 솔리드 부분)이 서로 겹쳐지지 않도록 배치됨으로써, 회로기판(130)이 버스 바(120)의 결합편(120a)에 근접하는 가까운 위치에 배치될 수 있으며, 높이 방향을 따라 회로기판(130)과 버스 바(120)의 결합편(120a) 사이의 간격(q)을 감소시킴으로써, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 버스 바(120)의 결합편(120a) 상으로 주입되는 포팅수지(PR)의 양을 줄일 수 있고, 잉여의 포팅수지(PR) 또는 제어되지 않는 포팅수지(PR)의 유동에 따른 주변의 오염을 방지할 수 있다.
상기 포팅수지(PR)는, 미경화 상태에서는 적정의 유동성을 통하여, 버스 바(120) 양단의 결합편(120a) 상으로 주입될 수 있으며, 예를 들어, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 주입될 수 있고, 주입 이후의 UV 광의 조사나 가열 또는 경시적인 경화를 통하여 버스 바(120)와 배터리 셀(10) 사이의 결합부를 산소나 습기와 같은 외부 유해 성분으로부터 보호해줄 수 있다. 또한, 상기 포팅수지(PR)는, 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 버스 바(120)를 절연시켜줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 포팅수지(PR)는, 폴리우레탄(polyurethane)과 같은 우레탄(urethane) 수지를 포함할 수 있다.
도 11에는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 버스 바(120) 사이의 결합부 상에 형성되는 포팅수지(PR)가 도시되어 있으나, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 버스 바(120) 사이의 결합부에도 포팅수지(PR)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(130)은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b) 중에서 택일적으로 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 상에만 형성될 수 있으며(상부 홀더 110a 및 하부 홀더 110b 중에서 택일적으로 상부 홀더 110a 상에만 회로기판 130이 배치됨), 이 경우, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 버스 바(120) 사이의 결합부는 회로기판(130)의 충진 홀(FH)을 통하지 않고, 직접 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 버스 바(120) 사이의 결합부에 대해 포팅수지(PR)가 형성될 수 있다.
본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분에 대응되는 위치에는 포팅수지(PR)가 형성된다는 것은, 상기 포팅수지(PR)가 배터리 셀(10)과 버스 바(120)의 결합부 상에 형성되어 결합부를 덮어준다는 것을 의미할 수 있으며, 상기 포팅수지(PR)가 버스 바(120) 상부에 형성된 회로기판(130)의 충진 홀(FH)에 채워지는 구성을 포괄할 수 있다.
본 발명에서 포팅수지(PR)가 형성되는 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분과 관련하여, 상기 포팅수지(PR)는, 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)이 결합되는 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분이란, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b) 중에서 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)이 결합되는 위치를 의미하는 것이며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 위치를 한정적으로 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 포팅수지(PR)의 형성 위치와 관련하여, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b) 중에서 테두리 부분을 제외한 내측 영역, 즉 테두리 부분에 의해 둘러싸인 내측 영역을 폭 넓게 의미할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)를 따라, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12) 중 어느 일 전극이 형성된 위치와, 또 다른 전극이 형성된 위치를 구별하기 위한 것으로, 상기 포팅수지(PR)의 형성 위치와 관련하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 중앙 부분이란, 배터리 셀(10)의 일 전극과 다른 전극을 구분하는 경계를 기준으로, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 내측 영역을 폭 넓게 의미할 수 있다. 도 3를 참조하여 설명된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 중앙 부분에는, 배터리 셀(10)의 제2 전극(12)이 형성될 수 있고, 상기 상단부(10a)의 테두리 부분에는 제1 전극(11)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 버스 바(120) 양단의 결합편(120a)이 결합되는 위치와 관련하여, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 중앙 부분이란, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 중앙 부분에 형성된 제2 전극(12)을 의미할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는, 배터리 셀(10)이 조립되는 상부 홀더(110a)의 단자 홀(112)을 통하여 노출될 수 있으며, 상부 홀더(110a)의 단자 홀(112)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)는, 상부 홀더(110a) 상에 배치되는 버스 바(120)와 결합될 수 있다. 이때, 상기 상부 홀더(110a)의 단자 홀(112)과 회로기판(130)의 충진 홀(FH)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 상부 홀더(110a)의 단자 홀(112)은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 노출시키기 위한 것이며, 상기 회로기판(130)의 충진 홀(FH)은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 상에 결합된 버스 바(120)의 결합편(120a)을 노출시키기 위한 것이므로, 상기 상부 홀더(110a)의 단자 홀(112)과 회로기판(130)의 충진 홀(FH)은, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 서로 대응되는 위치에 정렬될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 하부 홀더(110b) 상에 회로기판(130)이 배치될 경우, 상기 하부 홀더(110b)의 단자 홀(112)과 회로기판(130)의 충진 홀(FH)은 서로 대응되는 위치에 정렬될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)과 회로기판(130) 사이에서 전압 측정 라인을 형성하기 위한 접속부재(125)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분에 결합될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분은, 상단부(10a) 중앙 부분을 둘러싸는 부분을 의미할 수 있다. 상기 접속부재(125)는, 회로기판(130)의 접속 홀(CH)을 관통하여 배터리 셀(10)과 회로기판(130) 사이를 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 접속부재(125)의 일단부는, 배터리 셀(10)의 테두리 부분과 접합부를 형성하고, 상기 접속부재(125)의 타단부는, 회로기판(130)과 접합부를 형성할 수 있다. 이때, 상기 접착수지(AR)는 상기 접속부재(125)의 일단부 및 타단부의 접합부를 덮어줄 수 있으며, 예를 들어, 상기 접착수지(AR)는, 상기 접속부재(125)의 일단부 및 타단부의 접합부를 연속적으로 함께 덮어줄 수 있다. 이때, 상기 접착수지(AR)는, 상기 접속부재(125)를 전체적으로 덮어줄 수 있다. 상기 접착수지(AR)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분과 회로기판(130) 상에 형성된 접속부재(125)의 접합부를 덮어줌으로써, 이들 접합부를 외부 충격으로부터 보호해줄 수 있으며, 상기 접착수지(AR)가 접속부재(125)를 전체적으로 덮어줌으로써, 도전성 와이어 또는 도전성 리본으로 형성된 접속부재(125)가 기계적 강도 부족으로 단선되는 것을 방지해줄 수 있다.
상기 접착수지(AR)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 이웃한 서로 다른 배터리 셀(10)의 테두리 부분에 각각 접합된 서로 다른 접속부재(125)를 함께 덮어줄 수 있다. 예를 들어, 상기 접착수지(AR)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 서로 다른 배터리 셀(10)에 각각 접합된 서로 다른 접속부재(125)의 일단부와 타단부의 접합부를 함께 덮어줄 수 있으며, 서로 다른 접속부재(125)의 일단부와 타단부의 접합부를 연속적으로 함께 덮어줄 수 있다. 이때, 상기 접착수지(AR)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 서로 다른 배터리 셀(10)에 각각 접합된 서로 다른 접속부재(125)를 전체적으로 덮어줄 수 있다. 그리고, 상기 접착수지(AR)는, 서로 다른 접속부재(125)를 전체적으로 덮어주면서, 상기 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 연속적으로 함께 덮어줄 수 있으며, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 전기적으로 절연시켜줄 수 있다. 예를 들어, 상기 접착수지(AR)는, 접속부재(125)와 함께, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 덮어줌으로써, 접속부재(125)와 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 전기적으로 절연시켜줄 수 있다.
상기 접속부재(125)는, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 테두리 부분에 접합된 일단부와, 회로기판(130)에 접합된 타단부 사이에서 현수된 상태로 지지되므로, 상기 접착수지(AR)는 상기 접속부재(125)의 일단부와 타단부에 형성된 접합부와 함께, 접속부재(125)를 전체적으로 덮어주도록 연속적으로 형성됨으로써, 접속부재(125)를 안정적으로 지지해줄 수 있고, 외부 충격에 따라 현수된 상태로 지지된 접속부재(125)가 유동하지 않도록 안정적으로 지지해줄 수 있다.
상기 접착수지(AR)는, 서로 다른 성분을 포함하는 2액형 경화성 수지를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접착수지(AR)는 에폭시 접착제를 포함할 수 있으며, 주 소재로서, 에폭시(epoxy)를 포함하고 경화제로서 아민(amine)을 포함하는 2액형 경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착수지(AR)는, 접속부재(125) 상으로 도포된 이후에, 가열 또는 경시적인 경화를 통하여 경화될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시형태에서 상기 접착수지(AR)는, UV 광의 조사를 통하여 경화될 수 있다. 이와 같이, 경화된 접착수지(AR)는, 접속부재(125)의 일단부 및 타단부를 포함하여 전체 접속부재(125)를 견고하게 지지해줄 수 있다. 상기 접착수지(AR)는 미경화 상태에서는 적정의 유동성을 통하여, 접속부재(125) 상에 도포될 수 있으며, 예를 들어, 접속 홀(CH)을 통하여 주입될 수 있고, 도포 이후의 UV 광의 조사나 가열 또는 경시적인 경화를 통하여 접속부재(125)를 견고하게 지지해줄 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 접착수지(AR)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분을 덮을 수 있다. 이때, 상기 접속 홀(CH)은, 접착수지(AR)에 의해 덮인 배터리 셀(10) 주변에 형성된 냉각 유로(F)와 연결되는 중공 돌출부(115)를 함께 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 홀(CH)은, 접속부재(125)를 사이에 개재하여 서로 마주하는 한 쌍의 중공 돌출부(115)를 노출시킬 수 있는데, 이때, 상기 한 쌍의 중공 돌출부(115)는, 접속 홀(CH)을 통하여 노출된 한 쌍의 배터리 셀(10) 사이에 형성될 수 있다.
본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b)의 테두리 부분에 대응되는 위치에 접착수지(AR)가 형성된다는 것은, 상기 접착수지(AR)가 배터리 셀(10)의 테두리 부분 상에 형성되어 접속부재(125)의 접합부를 덮어준다는 것을 의미할 수 있으며, 상기 접착수지(AR)가 배터리 셀(10)의 상부에 형성된 회로기판(130)의 접속 홀(CH)에 채워지는 구성을 포괄할 수 있다.
본 발명에서 접착수지(AR)가 형성되는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분과 관련하여, 상기 접착수지(AR)는, 접속부재(125)가 결합되는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분에 형성될 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분이란, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중에서 접속부재(125)가 결합되는 위치를 의미하는 것이며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 위치를 한정적으로 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 접착수지(AR)의 형성 위치와 관련하여, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 중에서 중앙 부분을 제외한 외측 영역, 즉, 중앙 부분을 포위하는 외측 영역을 폭 넓게 의미할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 따라, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12) 중 어느 일 전극이 형성된 위치와, 또 다른 전극이 형성된 위치를 구별하기 위한 것으로, 상기 접착수지(AR)의 형성 위치와 관련하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분이란, 배터리 셀(10)의 일 전극과 다른 전극을 구분하는 경계를 기준으로, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 외측 영역을 폭 넓게 의미할 수 있다.
도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 중앙 부분에는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12) 중에서 제2 전극(12)이 형성될 수 있고, 상기 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 테두리 부분에는 제1 전극(11)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 접속부재(125)가 결합되는 위치와 관련하여, 상기 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분이란, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)의 테두리 부분에 형성된 제1 전극(11)을 의미할 수 있다.
도 11에는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 회로기판(130) 사이를 연결하는 접속부재(125) 상에 형성되는 접착수지(AR)가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(130)은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b) 중에서 택일적으로 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 상에 형성될 수 있으나(상부 홀더 110a 및 하부 홀더 110b 중에서 택일적으로 상부 홀더 110a 상에만 회로기판 130이 배치됨), 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 회로기판(130)은 배터리 셀(10)의 하단부(10b) 상에 형성될 수도 있으며, 이 경우, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 회로기판(130) 사이를 연결하는 접속부재(125) 상에는 상기 접착수지(AR)가 형성될 수 있다.
상기 포팅수지(PR)와 접착수지(AR)는, 서로 다른 목적에 기여하므로, 서로 다른 소재 특성을 갖는 서로 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 포팅수지(PR)는, 버스 바(120)의 결합부를 산소나 습기와 같은 유해 성분으로부터 보호하는 기능을 갖고, 이에 따라, 이들 유해 성분의 침투를 차단할 수 있도록 기밀성을 가질 수 있다. 반면에, 상기 접착수지(AR)는, 도전성 와이어 또는 도전성 리본과 같은 접속부재(125)를 외부 충격으로부터 보호하기 위해 접속부재(125) 상에 견고하게 부착될 수 있도록 점착성을 가질 수 있다.
도 14 내지 도 16을 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 14를 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 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 개방 영역(145)은, 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.
상기 분리부재(140)에는 셀 홀더(110)를 향하여 돌출되면서 분리부재(140)와 셀 홀더(110) 사이에서 적정의 간격을 유지하기 위한 스페이서(141)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 스페이서(141)에 의해 유지되는 분리부재(140)와 셀 홀더(110) 사이의 간격은, 배터리 셀(10)로부터 배출되는 배기 가스의 배기 경로를 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 분리부재(140)의 차단 영역(144)과 셀 홀더(110) 사이의 공간은, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 배터리 셀(10)의 하단부(10b, 보다 구체적으로, 배터리 셀 10의 상단부 10a 또는 배터리 셀 10의 하단부 10b에 형성된 벤트부 13)로부터 배출된 배기 가스가 배출되기 위한 배기 경로를 형성할 수 있으며, 이때, 상기 분리부재(140)의 스페이서(141)는, 분리부재(140)와 셀 홀더(110) 사이에서 적정의 간격을 유지해줄 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 분리부재(140a) 상에 형성된 스페이서(141)는, 상부 홀더(110a)의 상면과 상부 분리부재(140a)의 차단 영역(144) 사이의 간격을 유지하면서 배터리 셀(10)의 상단부(10a)로부터 배출된 배기 가스의 배기 경로를 제공할 수 있고, 하부 분리부재(140b) 상에 형성된 스페이서(141)는, 하부 홀더(110b)의 하면과 하부 분리부재(140b)의 차단 영역(144) 사이의 간격을 유지하면서 배터리 셀(10)의 하단부(10b)로부터 배출된 배기 가스의 배기 경로를 제공할 수 있다.
도 14 및 도 15를 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, 높이 방향을 따라 배터리 팩의 거의 전체 구성을 관통하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 상부 및 하부 분리부재(140a,140b)의 개방 영역(145)과, 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 16을 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.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)은, 높이 방향을 따라 서로 상하 반전되는 패턴으로 배치될 수 있으며, 상단부(10a)에 벤트부(13)가 형성된 제1 군의 배터리 셀(10)과, 하단부(10b)에 벤트부(13)가 형성된 제2 군의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 이때, 도 16에 도시된 바와 같이, 상부 홀더(110a)의 상면 상에 배치된 상부 분리부재(140a)의 차단 영역(144)은, 제1 군의 배터리 셀(10)의 상단부(10a, 또는 벤트부 13)가 배치된 상부 분리부재(140a)의 일편과, 제1 군의 배터리 셀(10)의 상단부(10a, 또는 벤트부 13)와 반대되는 상부 분리부재(140a)의 타편이 서로 유체적으로 연결되지 않도록 폐쇄된 형태로 형성될 수 있다. 유사하게, 하부 홀더(110b)의 하면 상에 배치된 하부 분리부재(140b)의 차단 영역(144)은, 제2 군의 배터리 셀(10)의 하단부(10b, 또는 벤트부 13)가 배치된 하부 분리부재(140b)의 일편과, 제2 군의 배터리 셀(10)의 하단부(10b, 또는 벤트부 13)와 반대되는 하부 분리부재(140b)의 타편이 서로 유체적으로 연결되지 않도록 폐쇄된 형태로 형성될 수 있다.
도 16을 참조하면, 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. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10)의 상단부(10a) 또는 하단부(10b, 또는 상단부 10a 및 하단부 10b에 형성된 벤트부 13)로부터 배출된 배기 가스의 배기 경로는, 상부 홀더(110a)의 상면과 상부 분리부재(140a) 사이와, 하부 홀더(110b)의 하면과 하부 분리부재(140b) 사이에 형성되되, 상기 상부 분리부재(140a) 및 하부 분리부재(140b)의 개방 영역(145)에 끼워진 중공 돌출부(115) 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결된 형태로 형성될 수 있다.
상기 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 1 및 도 17을 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 높이 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(또는 유체 기기의 접속부 M)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 기기(또는 유체 기기의 접속부 M)는 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 기기(또는 유체 기기의 접속부 M)는 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 기기(또는 하부 덕트 150b에 형성된 유체 기기의 접속부 M)는, 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.
본 명세서를 통하여, 냉각 매체의 입구 및 출구 위치와 관련하여, 배터리 팩의 사선 방향이란, 배터리 셀(10)의 높이 방향 및 배터리 셀(10)을 둘러싸는 포락선(S1,S2, 도 4 참조)의 장변부 방향(Z1)을 동시에 추종하는 방향을 의미할 수 있다. 즉, 배터리 팩을 형성하는 일군의 배터리 셀(10)이, 일군의 배터리 셀(10)의 외주를 가로질러 일군의 배터리 셀(10)의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 단변부(S2) 및 한 쌍의 장변부(S1)를 포함하는 직사각형의 포락선(S1,S2, 도 4 참조)에 의해 포위된다고 할 때, 상기 배터리 팩의 사선 방향이란, 배터리 셀(10)의 높이 방향과 상기 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1)을 동시에 추종하는 방향을 의미할 수 있다. 참고로, 상기 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1) 및 단변부 방향(Z2)은, 셀 홀더(110)의 장변부 방향 및 단변부 방향에 해당될 수 있으며, 배터리 팩의 장변부 방향 및 단변부 방향에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 배터리 팩을 사선 방향으로 가로지르는 대각선 위치에 형성된 상부 덕트(150a)의 오프닝(OP) 및 하부 덕트(150b)의 유체 기기(또는 하부 덕트 150b에 형성된 접속부 M)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 M)의 위치는, 포락선(S1,S2)의 장변부 방향(Z1) 내지는 배터리 팩의 장변부 방향(Z1)을 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 150b에 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 기기(또는 하부 덕트 150b 에 형성된 접속부 M)를 연결하는 냉각 매체의 흐름이 전체 배터리 팩 내부를 가로지르도록 형성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 상기 배터리 팩의 장변부 방향을 따라 일 가장자리 위치에는, 유체 기기의 접속부(M)가 형성될 수 있으며, 유체 기기의 접속부(M)가 형성된 배터리 팩의 일 가장자리에는, 유체 기기의 접속부(M)와 함께 유체 기기의 고정부(FX)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 유체 기기는, 유체 기기의 타입에 따라 유체 기기의 흡입구 또는 송풍구가 상기 유체 기기의 접속부(M)에 연결되면서, 상기 유체 기기의 고정부(FX)를 통하여 유체 기기의 위치를 고정시킬 수 있다. 한편, 상기 유체 기기의 접속부(M)가 형성된 배터리 팩의 일 가장자리에는, 배기관(DP)이 형성될 수 있다. 상기 배기관(DP)은, 배터리 팩의 외부를 향하여 돌출되기 위한 설치 공간을 필요로 하므로, 유체 기기의 접속이 이루어지는 배터리 팩의 일 가장자리에 배기관(DP)을 형성하고, 배기관(DP)을 포함하여 앞서 설명된 유체 기기의 접속부(M)와, 유체 기기의 고정부(FX)와 배기관(DP)을 다 함께, 배터리 팩의 일 가장자리에 집중적으로 형성함으로써, 배터리 팩의 타 가장자리가 배터리 팩의 위치 정렬 면을 제공할 수 있으며, 예를 들어, 배터리 팩이 장착되는 전기 차량과의 위치 정렬을 위한 기준면을 제공할 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
110`: 금형 홀 110g: 위치 정렬 핀
115: 중공 돌출부 115p: 걸림턱
120: 버스 바 120g: 위치 정렬 홀
121: 제1 출력 단자 122: 제2 출력 단자
123: 제1 퓨즈 단자 124: 제2 퓨즈 단자
125: 접속부재 130: 회로기판
131: 제1 개방 영역 132a: 도피 홀
132b: 버스 개방 영역 132c: 접속 개방 영역
132: 제2 개방 영역 135: 개방 영역
140: 분리부재 144: 차단 영역
145: 개방 영역 150a: 상부 덕트
150b: 하부 덕트 DH: 배기 홀
DHa: 상부 배기 홀 DHb: 하부 배기 홀
CH: 접속 홀 F: 냉각 유로
S1: 포락선의 장변부 S2: 포락선의 단변부
HV: 고전압부 HVe: 고전압 편위부
LV: 저전압부 LVe: 저전압 편위부
DD: 배기 덕트 DP: 배기관
AR: 접착수지 PR: 포팅수지

Claims (24)

  1. 높이 방향을 따라 상하 반전되는 패턴으로 배치된 다수의 배터리 셀;
    상기 다수의 배터리 셀이 수용되는 셀 홀더; 및
    상기 셀 홀더의 상면 및 하면 사이의 높이에서 셀 홀더의 외면으로부터 셀 홀더의 외부를 향하여 돌출되도록 형성된 것으로, 상기 배터리 셀로부터의 배기 가스가 배출되는 배기 경로가 취합되는 배기관;을 포함하고,
    상기 셀 홀더는,
    상기 배터리 셀의 상단부가 조립되는 상부 홀더; 및
    상기 배터리 셀의 하단부가 조립되는 하부 홀더;를 포함하고,
    상기 상부 홀더 및 하부 홀더 중에서 택일적으로 상부 홀더 상에는, 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 회로기판이 배치되며,
    상기 배기관은, 상기 상부 홀더의 상면 및 하부 홀더의 하면 중에서, 상부 홀더의 상면을 향하여 치우친 높이에 형성되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기관은, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 조립에 따라 형성된 배터리 셀의 수용 공간으로부터 분리된 공간을 형성하는 배기 덕트와 유체적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기관은, 상기 상부 홀더의 외면으로부터 상부 홀더의 외부를 향하여 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀은, 서로 상하 반전되는 패턴으로 배치된 제1, 제2 군의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 상부 홀더의 상면에는, 제1 군의 배터리 셀의 상단부로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 상부 배기 홀이 형성되며,
    상기 하부 홀더의 하면에는, 제2 군의 배터리 셀의 하단부로부터 배출된 배기 가스가 취합되는 하부 배기 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 배기 홀은, 상부 홀더의 상면 중에서, 상기 회로기판을 벗어난 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 서로 대응되는 가장자리 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 홀더 및 하부 홀더의 가장자리 위치에는, 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 배기 덕트가 형성되고,
    상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 높이 방향을 따라 배기 덕트의 양단 위치에서 상기 배기 덕트와 연결되며,
    상기 배기관은, 높이 방향을 따라 양단 위치 사이의 높이에서 상기 배기 덕트와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부 배기 홀 및 하부 배기 홀은, 높이 방향을 따라 연속적으로 연장되는 하나의 관체 형상으로 형성된 배기 덕트의 양단에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 상부 홀더의 상면 상에는, 제1 군의 배터리 셀의 상단부와 상기 상부 배기 홀을 이어주는 배기 경로가 형성되고,
    상기 하부 홀더의 하면 상에는, 제2 군의 배터리 셀의 하단부와 상기 하부 배기 홀을 이어주는 배기 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 홀더의 상면 및 하부 홀더의 하면 상에는, 각각의 배기 경로를 형성하기 위한 상부 분리부재 및 하부 분리부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배기 경로는, 상기 상부 홀더의 상면 및 상부 분리부재 사이와, 상기 하부 홀더의 하면 및 하부 분리부재 사이에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재 각각에는, 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀을 포함하는 다수의 배터리 셀 중에서 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 형성된 냉각 유로를 노출시키기 위한 개방 영역 및 상기 배기 경로를 형성하기 위한 차단 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배기 경로는, 상기 상부 홀더의 상면 및 상부 분리부재의 차단 영역 사이와, 상기 하부 홀더의 하면 및 하부 분리부재의 차단 영역 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 차단 영역은, 각각 제1, 제2 군의 배터리 셀의 상단부 및 하단부가 배치된 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 일편과, 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀의 상단부 및 하단부와 반대되는 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 타편이 서로 유체적으로 연결되지 않도록 폐쇄된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 셀 홀더에는, 상기 냉각 유로와 유체적으로 연결되며, 상기 배터리 셀과 반대 방향으로 돌출된 중공 돌출부가 형성되며,
    상기 중공 돌출부는, 상기 개방 영역을 통하여 상부 분리부재 및 하부 분리부재를 관통하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배기 경로는,
    상기 상부 홀더의 상면과 상부 분리부재 사이와 상기 하부 홀더의 하면과 하부 분리부재 사이에 형성되되,
    상기 상부 분리부재 및 하부 분리부재의 개방 영역에 끼워진 중공 돌출부 사이 사이의 공간이 연속적으로 연결된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 셀 홀더를 개재하여 서로 마주하게 배치되는 상부 덕트 및 하부 덕트를 더 포함하고,
    상기 상부 덕트 및 하부 덕트에는, 다수의 배터리 셀 중에서 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 형성된 냉각 유로와 유체적으로 연결된 냉각 매체의 입구 및 출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀이, 다수의 배터리 셀의 외주를 가로질러 다수의 배터리 셀의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부 및 한 쌍의 단변부를 포함하는 직사각형의 포락선에 의해 포위된다고 할 때,
    상기 냉각 매체의 입구 및 출구는, 배터리 셀의 높이 방향 및 상기 포락선의 장변부 방향을 동시에 추종하는 사선 방향을 따라 대각선 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 상부 덕트에는, 상기 냉각 매체의 입구로서, 상부 덕트의 일부가 개방된 오프닝이 형성되며,
    상기 하부 덕트에는, 상기 냉각 매체의 출구로서, 석션 타입의 유체 기기가 접속되는 유체 기기의 접속부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 중에서 가장 낮은 전위의 저전위의 배터리 셀과 가장 높은 전위의 고전위의 배터리 셀에는, 각각 제1, 제2 출력 단자가 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀이, 다수의 배터리 셀의 외주를 가로질러 다수의 배터리 셀의 외곽을 직선적으로 둘러싸도록 연장되는 한 쌍의 장변부 및 한 쌍의 단변부를 포함하는 직사각형의 포락선에 의해 포위된다고 할 때,
    상기 제1, 제2 출력 단자는 상기 포락선의 장변부 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바를 더 포함하고,
    상기 다수의 버스 바는,
    상기 포락선의 단변부 방향에 가까운 지그-재그로 연장되는 횡 방향의 배열; 및
    상기 포락선의 장변부 방향과 나란한 열 방향의 배열;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 횡 방향의 배열에 포함된 버스 바의 개수는, 상기 열 방향의 배열에 포함된 버스 바의 개수 보다 상대적으로 많은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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