KR102648405B1 - Battery pack using immersion cooling method - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 침지 냉각 방식을 사용한 배터리 팩 및 배터리 팩 제조방법이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀들 및 이를 수납하는 배터리 케이스를 포함하고, 배터리 케이스의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열되고, 각각 배터리 케이스의 상면에 노출된 상부 전극 탭 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리 모듈들; 상기 복수의 배터리 모듈들이 탑재되는 하부 커버 플레이트; 상기 복수의 배터리 모듈들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트; 상기 상부 커버 플레이트 및 하부 커버 플레이트와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성된 측부 커버 플레이트; 상기 복수의 배터리 모듈과 상부 커버 플레이트 사이에 배치되는 상부 층 및 하부 층; 중 하나 이상을 포함하고, 상기 배터리 케이스는 상기 복수의 배터리 셀들의 전극 단자 부위를 제외하고 상기 복수의 배터리 셀들의 외면을 감싸는 외장 부재이고, 상기 상부 층 및 하부 층은 각각 상기 복수의 배터리 모듈들의 전극 탭 부위를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상면 및 하면을 밀봉하는 밀봉 부재다.In the present invention, a battery pack and a battery pack manufacturing method using an immersion cooling method are disclosed. The battery pack includes a plurality of battery cells and a battery case for storing the battery cells, and the side surfaces of the battery case are arranged to be spaced apart from each other so as to be in contact with the refrigerant, and the upper electrode tab and the battery case are each exposed on the upper surface of the battery case. A plurality of battery modules including at least one of the lower electrode tabs exposed on the lower surface of the battery module; a lower cover plate on which the plurality of battery modules are mounted; an upper cover plate mounted on the upper surface of the plurality of battery modules; A side cover plate connected to the upper cover plate and the lower cover plate, mounted on the side of the plurality of battery modules, and having one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged; an upper layer and a lower layer disposed between the plurality of battery modules and the upper cover plate; wherein the battery case is an exterior member surrounding the outer surfaces of the plurality of battery cells excluding electrode terminal portions of the plurality of battery cells, and the upper layer and the lower layer are each of the plurality of battery modules. It is a sealing member that seals the upper and lower surfaces of the plurality of battery modules, excluding the electrode tab portion.
Description
본 발명은 침지 냉각 방식을 사용한 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack using an immersion cooling method.
이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 또한, 전력저장 장치의 주요 구성원으로 사용도 시작되고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Secondary batteries are also attracting attention as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are being proposed as a solution to air pollution from existing gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. Additionally, it is beginning to be used as a major member of power storage devices. Therefore, the types of applications using secondary batteries are becoming very diverse due to the advantages of secondary batteries, and it is expected that secondary batteries will be applied to more fields and products than now in the future.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.As the application fields and products of secondary batteries are diversifying, the types of batteries are also diversifying to provide appropriate output and capacity. In addition, there is a strong demand for batteries applied to these fields and products to be compact and lightweight.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량을 가진 배터리 셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 사용되고 있다. 배터리 모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 배터리 모듈을 제조하려고 노력하고 있다.For example, small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, laptop computers, etc. are using one or two or three small and lightweight battery cells per device to correspond to the trend of smaller and thinner products. On the other hand, medium to large devices such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, power storage devices, etc. are using medium to large battery modules or battery packs in which multiple battery cells are electrically connected due to the need for high output and large capacity. Since the size and weight of a battery module are directly related to the accommodation space and output of the medium-to-large device, manufacturers are trying to manufacture battery modules that are as small and lightweight as possible.
한편, 종래의 중대형 배터리 모듈은 복수의 단위체들을 적층하여 상하로 고정용 플레이트를 덧대어 단위체들 간의 고정을 완료한 후 이를 프레임 내부에 별도로 다시 고정하는 방식으로 제작되고 있는 바, 이러한 방식은 배터리 모듈 전체 부피를 증가시키는 원인이 되고 있다. 또한, 개별 단위체들의 고정을 위해 개별 플레이트로 구성할 경우에, 배터리 모듈의 전체 강성이 저하되고, 이로 인해 추가적인 보강부재가 필요하게 된다. 더욱이, 배터리 모듈의 냉각을 위해 별도의 냉각유로 또는 냉각부재 등을 추가적으로 탑재할 경우, 부품 증가 및 협소한 공간 내에서의 효율적인 작업이 어려워지는 단점을 초래하게 된다.Meanwhile, conventional medium to large-sized battery modules are manufactured by stacking a plurality of units, adding fixing plates on the top and bottom to complete the fixation between the units, and then separately re-securing them inside the frame. This method is used to manufacture battery modules. This is causing an increase in overall volume. Additionally, when individual plates are used to secure individual units, the overall rigidity of the battery module is reduced, which requires additional reinforcing members. Moreover, if additional cooling channels or cooling members are installed to cool the battery module, the number of parts increases and efficient work in a small space becomes difficult.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for technology that can fundamentally solve these problems.
본 발명의 일 실시형태는, 배터리 셀들의 단자 부위를 제외한 외면을 감싸는 배터리 케이스에 수납된 복수의 배터리 셀들이 냉매에 침지된 구조의 배터리 팩을 통하여, 단자와 냉매의 접촉을 방지하면서도, 배터리 셀들과 냉매와의 열 교환 면적을 극대화하여, 저비용 고효율의 냉각 구조가 제공될 수 있다.One embodiment of the present invention provides a battery pack in which a plurality of battery cells stored in a battery case surrounding the outer surface of the battery cells excluding the terminal portion are immersed in a coolant, thereby preventing contact between the terminal and the coolant while preventing the battery cells from contacting each other. By maximizing the heat exchange area between the heat exchanger and the refrigerant, a low-cost, high-efficiency cooling structure can be provided.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, In order to solve the above problems and other problems, a battery pack according to one aspect of the present invention,
침지 냉각 방식을 사용한 배터리 팩으로서,A battery pack using an immersion cooling method,
복수의 배터리 셀들 및 이를 수납하는 배터리 케이스를 포함하고, 배터리 케이스의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열되고, 각각 배터리 케이스의 상면에 노출된 상부 전극 탭 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리 모듈들;It includes a plurality of battery cells and a battery case for storing them, arranged to be spaced apart from each other so that the side of the battery case can be in contact with the refrigerant, and an upper electrode tab exposed on the upper surface of the battery case and an upper electrode tab exposed on the lower surface of the battery case, respectively. A plurality of battery modules including at least one of the lower electrode tabs;
상기 복수의 배터리 모듈들이 탑재되는 하부 커버 플레이트;a lower cover plate on which the plurality of battery modules are mounted;
상기 복수의 배터리 모듈들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트;an upper cover plate mounted on the upper surface of the plurality of battery modules;
상기 상부 커버 플레이트 및 하부 커버 플레이트와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성된 측부 커버 플레이트;A side cover plate connected to the upper cover plate and the lower cover plate, mounted on the side of the plurality of battery modules, and having one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged;
상기 복수의 배터리 모듈과 상부 커버 플레이트 사이에 배치되는 상부 층 및 상기 복수의 배터리 모듈과 하부 커버 플레이트 사이에 배치되는 하부 층; 중 하나 이상을 포함하고,an upper layer disposed between the plurality of battery modules and an upper cover plate and a lower layer disposed between the plurality of battery modules and a lower cover plate; Contains one or more of
상기 배터리 케이스는 상기 복수의 배터리 셀들의 전극 단자 부위를 제외하고 상기 복수의 배터리 셀들의 외면을 감싸는 외장 부재이고,The battery case is an external member that surrounds the outer surface of the plurality of battery cells except for electrode terminal portions of the plurality of battery cells,
상기 상부 층 및 하부 층은 각각 상기 복수의 배터리 모듈들의 전극 탭 부위를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상면 및 하면을 밀봉하는 밀봉 부재이다.The upper layer and the lower layer are sealing members that seal the upper and lower surfaces of the plurality of battery modules, respectively, except for electrode tab portions of the plurality of battery modules.
예를 들어, 상기 복수의 배터리 모듈들은 지면과 수평 또는 수직 방향으로 상호 이격되어 배열될 수 있다.For example, the plurality of battery modules may be arranged to be spaced apart from each other in a horizontal or vertical direction with respect to the ground.
예를 들어, 상기 상부 커버 플레이트, 상기 하부 커버 플레이트, 및 상기 측부 커버 플레이트는 서로 연결되어 직육면체 구조를 형성할 수 있다.For example, the upper cover plate, the lower cover plate, and the side cover plate may be connected to each other to form a rectangular parallelepiped structure.
예를 들어, 상기 복수의 배터리 모듈들은 행렬을 이루며 배열되고, 서로 나란히 또는 지그재그로 배열될 수 있다.For example, the plurality of battery modules may be arranged in a matrix, side by side or zigzag.
예를 들어, 상기 상부 전극 탭이 복수일 경우, 상기 복수의 상부 전극 탭은 서로 전기적으로 연결되고, 상기 하부 전극 탭이 복수일 경우, 상기 복수의 하부 전극 탭은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.For example, when there are a plurality of upper electrode tabs, the plurality of upper electrode tabs may be electrically connected to each other, and when there are a plurality of lower electrode tabs, the plurality of lower electrode tabs may be electrically connected to each other.
예를 들어, 상기 복수의 상부 전극 탭은 서로 직렬 또는 병렬 연결되고, 상기 복수의 하부 전극 탭은 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.For example, the plurality of upper electrode tabs may be connected to each other in series or parallel, and the plurality of lower electrode tabs may be connected to each other in series or parallel.
예를 들어, 상기 복수의 배터리 모듈들은 상부 전극 탭 및 하부 전극 탭을 모두 포함하고, 상기 상부 층은 상기 상부 전극 탭과 냉매와의 접촉을 차단하고, 상기 하부 층은 상기 하부 전극 탭과 냉매와의 접촉을 차단할 수 있다.For example, the plurality of battery modules include both an upper electrode tab and a lower electrode tab, the upper layer blocks contact between the upper electrode tab and the refrigerant, and the lower layer blocks contact with the lower electrode tab and the refrigerant. Contact can be blocked.
예를 들어, 상기 상부 층은 상기 상부 전극 탭이 노출되는 개구부를 하나 이상 포함하고, 상기 상부 층은 상기 개구부를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈의 상부를 완전히 덮는 구조이고, 상기 하부 층은 상기 하부 전극 탭이 노출되는 개구부를 하나 이상 포함하고, 상기 하부 층은 상기 개구부를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈의 하부를 완전히 덮는 구조일 수 있다.For example, the upper layer includes one or more openings through which the upper electrode tabs are exposed, the upper layer has a structure that completely covers the upper part of the plurality of battery modules except for the openings, and the lower layer includes the openings. It may include one or more openings through which the lower electrode tab is exposed, and the lower layer may have a structure that completely covers the lower portion of the plurality of battery modules, excluding the openings.
예를 들어, 상기 배터리 팩은 상기 상부 커버 플레이트와 상부 층 사이에 배치된 제1절연층 및 상기 하부 커버 플레이트와 하부 층 사이에 배치된 제2절연층 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.For example, the battery pack may further include one or more of a first insulating layer disposed between the upper cover plate and the upper layer and a second insulating layer disposed between the lower cover plate and the lower layer.
예를 들어, 상기 배터리 팩은 상기 상부 커버 플레이트와 상부 층 사이에 배치된 제1절연층을 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈들은 서로 독립적으로, 하부 커버 플레이트와 상기 복수의 배터리 모듈들에 포함된 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되는 제2절연층을 더 포함할 수 있다.For example, the battery pack includes a first insulating layer disposed between the upper cover plate and the upper layer, and the plurality of battery modules are independently included in the lower cover plate and the plurality of battery modules. It may further include a second insulating layer disposed between the plurality of battery cells.
예를 들어, 상기 배터리 팩은 상기 상부 커버 플레이트와 상부 층 사이에 배치되고, 외부 시스템과 전기적으로 연결되고, 상기 전극 탭들을 전기적으로 연결한 도전성 와이어 및 절연 기판을 포함한 와이어 연결층을 더 포함할 수 있다.For example, the battery pack may further include a wire connection layer disposed between the upper cover plate and the upper layer, electrically connected to an external system, and including a conductive wire and an insulating substrate electrically connecting the electrode tabs. You can.
예를 들어, 상기 도전성 와이어는 금속이고, 상기 절연 기판은 폴리머, 플라스틱, 또는 PCB일 수 있다.For example, the conductive wire may be metal and the insulating substrate may be polymer, plastic, or PCB.
예를 들어, 상기 복수의 배터리모듈들 중 적어도 하나는, 상기 배터리 셀과 배터리 케이스 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층을 더 포함할 수 있다.For example, at least one of the plurality of battery modules may further include a third insulating layer that is disposed between the battery cell and the battery case and includes an insulating material.
예를 들어, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 독립적으로, 원통형 이차전지, 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.For example, the plurality of battery cells may independently be cylindrical secondary batteries, prismatic secondary batteries, or pouch-shaped secondary batteries.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 배터리 팩 제조방법은 상술한 배터리 팩을 제조하는 방법으로서,A battery pack manufacturing method according to another aspect of the present invention is a method of manufacturing the above-described battery pack,
개방된 상면과 하면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스를 제조하는 단계;Manufacturing a plurality of battery cases including open upper and lower surfaces and storing battery cells;
상기 복수의 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 상부에 배치하고, 상기 복수의 배터리 케이스의 하면에 대응되는 개구부를 포함하는 하부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 하부에 배치하는 단계;An upper layer including openings corresponding to upper surfaces of the plurality of battery cases is disposed on top of the plurality of battery cases, and a lower layer including openings corresponding to lower surfaces of the plurality of battery cases is disposed below the plurality of battery cases. placing on;
냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성되고, 상면과 하면이 개방된 측부 커버 플레이트 내에 상기 상부 층 및 하부 층이 배치된 복수의 배터리 케이스를 삽입하는 단계;A plurality of battery cases having the upper and lower layers are inserted into a side cover plate having one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged, and having open upper and lower surfaces. steps;
상기 복수의 배터리 케이스 내에 복수의 배터리 셀을 수납하는 단계;storing a plurality of battery cells in the plurality of battery cases;
상기 하부 층 하부에 하부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 하부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하고, 상기 상부 층 상부에 상부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 상부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하는 단계; 및A lower cover plate is placed below the lower layer, the lower cover plate and the side cover plate are fastened together, an upper cover plate is placed on top of the upper layer, and the upper cover plate and the side cover plate are fastened together. steps; and
상기 냉매 유입구에 냉매를 투입하는 단계;를 포함한다..It includes the step of introducing refrigerant into the refrigerant inlet.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 배터리 팩 제조방법은 상술한 배터리 팩을 제조하는 방법으로서,A battery pack manufacturing method according to another aspect of the present invention is a method of manufacturing the above-described battery pack,
개방된 상면과 하면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스를 제조하는 단계;Manufacturing a plurality of battery cases including open upper and lower surfaces and storing battery cells;
상기 복수의 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 상부에 배치하는 단계;disposing an upper layer including openings corresponding to upper surfaces of the plurality of battery cases on top of the plurality of battery cases;
냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성되고, 상면이 개방되고, 측부 커버 플레이트와 하부 커버 플레이트가 일체형으로 결합한 배터리 팩 박스 내에 상기 상부 층이 배치된 복수의 배터리 케이스를 삽입하는 단계;The upper layer is disposed in a battery pack box in which one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can discharge are formed, the upper surface is open, and the side cover plate and lower cover plate are integrally combined. Inserting a plurality of battery cases;
상기 복수의 배터리 케이스 내에 복수의 배터리 셀을 수납하는 단계;storing a plurality of battery cells in the plurality of battery cases;
상기 상부 층 상에 노출된 복수의 배터리 셀의 상부 전극 탭들을 서로 전기적으로 연결한 도전성 와이어 및 상기 복수의 배터리 셀의 하부 전극 탭들을 서로 전기적으로 연결한 도전성 와이어를 포함한 와이어 연결층을 상기 상부 층 상에 배치하고,A wire connection layer including a conductive wire that electrically connects the upper electrode tabs of the plurality of battery cells exposed on the upper layer to each other and a conductive wire that electrically connects the lower electrode tabs of the plurality of battery cells to each other. Place it on the table,
상기 와이어 연결층 상부에 상부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 상부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하는 단계; 및Placing an upper cover plate on top of the wire connection layer and fastening the upper cover plate and the side cover plate; and
상기 냉매 유입구에 냉매를 투입하는 단계;를 포함한다.It includes the step of introducing refrigerant into the refrigerant inlet.
본 발명에 의하면, 배터리 셀들의 단자 부위를 제외한 외면을 감싸는 배터리 케이스에 수납된 복수의 배터리 셀들이 냉매에 침지된 구조의 배터리 팩을 통하여, 단자와 냉매의 접촉을 방지하면서도, 배터리 셀들과 냉매와의 열 교환 면적을 극대화하여, 저비용 고효율의 냉각 구조가 제공될 수 있다.According to the present invention, a battery pack in which a plurality of battery cells stored in a battery case covering the outer surface excluding the terminal portions of the battery cells are immersed in a coolant is used to prevent contact between the terminals and the coolant, while preventing the battery cells from contacting the coolant. By maximizing the heat exchange area, a low-cost, high-efficiency cooling structure can be provided.
또한, 독성이 적은 냉매를 사용하더라도, 배터리 셀 전체적으로 균일하고 높은 냉각 효율이 제공될 수 있다.Additionally, even if a less toxic refrigerant is used, uniform and high cooling efficiency can be provided throughout the battery cell.
또한, 배터리 케이스의 탈부착이 용이하여, 배터리 케이스의 교체를 통한 재활용, 재생이 가능한 배터리 팩이 제공될 수 있다.In addition, since the battery case is easily attachable and detachable, a battery pack that can be recycled and regenerated by replacing the battery case can be provided.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 모식도이고, 도 1b는 도 1a의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩에 사용되는 배터리 모듈을 모식적으로 나타낸 정면 사시도이다.
도 5는 도 2의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분을 확대한 단면도이고, 도 7은 도 2의 X선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 모식도이고, 도 9는 도 8의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 11은 도 10의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 12는 도 11의 A' 부분을 확대한 단면도이고, 도 13은 도 10의 X선을 따라 취한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩에 사용되는 배터리 모듈의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩에 사용되는 배터리 모듈의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 모식도이고, 도 17은 도 16의 배터리 팩의 평면도이다.
도 18은 도 17의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 19는 도 17의 X선을 따라 취한 단면도이다.
도 20은 도 16의 배터리 팩에 수납되는 일 실시 형태에 따른 배터리 모듈의 모식도이다.
도 21은 도 16의 배터리 팩에 수납되는 일 실시 형태에 따른 배터리 모듈의 평면도이다.
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 23a 내지 도 23e는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.FIG. 1A is a schematic diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1A.
2 and 3 are plan views of a battery pack according to an embodiment of the present invention, respectively.
Figure 4 is a front perspective view schematically showing a battery module used in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line Y of FIG. 2, FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of portion A of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line X of FIG. 2.
Figure 8 is a schematic diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention, and Figure 9 is an exploded perspective view of the battery pack of Figure 8.
10 is a plan view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line Y of FIG. 10, FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of portion A' of FIG. 11, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line X of FIG. 10.
Figure 14 is a diagram schematically showing the manufacturing process of a battery module used in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
15 is a plan view of a battery module used in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a top view of the battery pack of FIG. 16.
FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line Y in FIG. 17, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line X in FIG. 17.
FIG. 20 is a schematic diagram of a battery module according to an embodiment stored in the battery pack of FIG. 16.
FIG. 21 is a plan view of a battery module stored in the battery pack of FIG. 16 according to an embodiment.
Figures 22a to 22d are schematic diagrams sequentially showing a method of manufacturing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
Figures 23A to 23E are schematic diagrams sequentially showing a method of manufacturing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(100)의 모식도이고, 도 1b는 도 1a의 배터리 팩(100)의 분해 사시도이다.FIG. 1A is a schematic diagram of the
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 배터리 팩(100)은 배터리 케이스(미도시)의 상면에 노출된 상부 전극 탭(113) 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭(미도시) 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리모듈(110)들; 상기 복수의 배터리 모듈(110)들이 탑재되는 하부 커버 플레이트(130); 상기 복수의 배터리 모듈(110)들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트(120); 상기 상부 커버 플레이트(120) 및 하부 커버 플레이트(130)와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈(110)들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구(141)와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구(142)가 형성된 측부 커버 플레이트(140); 상기 복수의 배터리 모듈(110)과 상부 커버 플레이트(120) 사이에 배치되는 상부 층(150) 및 상기 복수의 배터리 모듈(110)과 하부 커버 플레이트(130) 사이에 배치되는 하부 층(미도시);을 포함한다.1A and 1B, the
상기 냉매는 당업계에서 사용되는 냉매라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 물, 글리콜(glycol) 또는 전기 비전도 유체(dielectric fluid) 등일 수 있다.The refrigerant is not particularly limited as long as it is a refrigerant used in the art, and may be, for example, water, glycol, or a dielectric fluid.
배터리 모듈의 냉각을 위한 여러가지 방식들이 제안되어 왔다. 공랭(air cooling) 식 냉각 방식의 경우, 낮은 냉각 효율과, 공기의 낮은 열 전도도, 소형 배터리 팩에 대해서만 사용이 용이한 문제점이 있고, 냉각판을 이용한 냉각 방식(cold plate cooling)의 경우, 낮은 냉각 효율과, 온도 구배(temperature gradient)가 커서 고르게 냉각이 되기 어려운 문제점이 있었다.Several methods have been proposed for cooling battery modules. In the case of air cooling, there are problems with low cooling efficiency, low thermal conductivity of air, and ease of use only for small battery packs. In the case of cold plate cooling, there are problems with low cooling efficiency, low thermal conductivity of air, and ease of use only for small battery packs. There were problems with cooling efficiency and the temperature gradient being large, making it difficult to cool evenly.
한편 냉매를 유로를 통해 유동시켜 냉각하는 방식은, 유로의 복잡한 구성이 요구되고, 유로를 따라 배치된 배터리 셀의 온도가 다양하여, 균일한 냉각이 어렵고, 배터리 셀과 유로의 접촉 면적이 적은 문제점이 있었다.On the other hand, the method of cooling by flowing the refrigerant through a flow path requires a complicated configuration of the flow path, the temperature of the battery cells arranged along the flow path varies, making uniform cooling difficult, and the contact area between the battery cells and the flow path is small. There was this.
냉매 침지 방식에 의한 냉각은 배터리 셀의 안전성을 위해 냉매로 비전도성 유체를 사용하여야 하는 제약이 있고, 비전도성 유체의 경우 열전도도가 낮고, 비용이 높으며, 환경적 문제점도 갖고 있었다.Cooling by refrigerant immersion has the limitation of using a non-conductive fluid as a refrigerant for the safety of battery cells, and non-conductive fluids have low thermal conductivity, high cost, and environmental problems.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 모듈(110)들을 냉매에 침지하는 방식으로 배터리 셀의 냉각을 구현하면서도, 단자와 냉매의 접촉을 방지하고, 배터리 셀들과 냉매와의 열 교환 면적을 극대화하여, 저비용 고효율의 냉각 구조가 제공될 수 있다. The
상부 커버 플레이트(120), 하부 커버 플레이트(130), 및 측부 커버 플레이트(140)는 서로 연결되어 직육면체 구조를 형성한다.The
도 1a 및 도 1b에 나타나지는 않았으나, 복수의 배터리 모듈(110)들은 카트리지 등의 소정의 고정 부재를 통해, 하부 커버 플레이트(130) 상에 탑재될 수 있다.Although not shown in FIGS. 1A and 1B, the plurality of
상부 커버 플레이트(120), 하부 커버 플레이트(130), 및 측부 커버 플레이트(140)는 서로 독립적으로, 금속, 플라스틱, 합성물, 또는 세라믹을 소재로 사용할 수 있으나, 당업계에 사용되는 소재라면 특별히 한정되는 것은 아니다.The
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(100)의 평면도이다. 2 and 3 are plan views of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 배터리 모듈들(110)은 복수의 배터리 셀(111)들 및 이를 수납하는 배터리 케이스(112)를 포함하고, 배터리 케이스(112)의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열된다.Referring to Figures 2 and 3, the plurality of
배터리 케이스(112)는 금속, 플라스틱, 합성물, 또는 세라믹을 소재로 사용할 수 있으나, 당업계에 사용되는 소재라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 케이스(112)는 알루미늄, 또는 구리 소재일 수 있다.The
배터리 케이스(112)는 배터리 셀(111)들에 대한 방수 기능을 수행하고, 배터리 셀(111)에 대한 냉매 유입을 방지하고, 배터리 셀(111)로부터 냉매에 대해 열 전달을 한다.The
냉매는 냉매 유입구(141)을 통해 화살표 방향으로 유입되고, 복수의 배터리 모듈들(110) 사이와, 복수의 배터리 모듈들(110) 및 측부 커버 플레이트(140) 사이를 통해 흐르고, 냉매 배출구(142)를 통해 화살표 방향으로 배출된다. 이를 통해, 복수의 배터리 모듈들(110)에 대해 전체적으로 고르게 냉매가 접촉하여 열 교환을 통한 냉각 효과가 발휘될 수 있다.The refrigerant flows in the direction of the arrow through the
복수의 배터리 모듈들(110)은 행렬을 이루며 배열되고, 서로 나란히(도 2) 또는 지그재그로(도 3) 배열된다.The plurality of
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩에 사용되는 배터리 모듈의 평면도이다.15 is a plan view of a battery module used in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 15를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 복수의 배터리모듈들(110) 중 적어도 하나는, 배터리 셀(111)과 배터리 케이스(112) 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층(115)을 더 포함한다.Referring to FIG. 15 together with FIGS. 2 and 3, at least one of the plurality of
제3절연층(115)은 배터리 셀(111)과 배터리 케이스(112) 사이에 배치되어, 전기 단락을 방지하면서, 배터리 셀(111)로부터 냉매에 대한 열 전달을 수행한다. The third
상기 절연성 물질은 예를 들어, 전기 비전도 유체, 폴리머, 세라믹, 또는 폴리머 합성물 등일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니며, 제3절연층(115)은 예를 들어, 열 그리스(thermal grease), 열 패드(thermal pad), 또는 열전도성 코팅 형태로 포함될 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.The insulating material may be, for example, an electrically non-conductive fluid, polymer, ceramic, or polymer composite, but is not particularly limited, and the third insulating
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(100)에 사용되는 배터리 모듈을 모식적으로 나타낸 정면 사시도이다.Figure 4 is a front perspective view schematically showing a battery module used in the
도 4를 참조하면, 복수의 배터리 셀(111)은 각각의 전극 단자 부위(111a)에 연결된 상부 전극 탭(113)과 하부 전극 탭(114)을 포함하고, 상부 전극 탭(113)이 복수일 경우, 복수의 상부 전극 탭(113)은 서로 전기적으로 연결되고, 하부 전극 탭(114)이 복수일 경우, 복수의 상부 전극 탭(114)은 서로 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 4, the plurality of
이때, 복수의 상부 전극 탭(113)은 필요에 따라, 서로 직렬 연결되거나, 또는 병렬 연결될 수 있고, 복수의 하부 전극 탭(114)은 필요에 따라, 서로 직렬 연결되거나, 또는 병렬 연결될 수 있다. 상부 전극 탭(113)과 하부 전극 탭(114)은 복수의 배터리 셀(111)을 연결하고, 외부 시스템(예를 들어, BMS)과의 전기적 연결을 구현한다. 이들 상부 전극 탭(113)과 하부 전극 탭(114)은 각각 버스 바에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상부 전극 탭(113)과 하부 전극 탭(114)은 외부 입출력 단자들(미도시)과 전기적으로 연결할 수 있도록 외부 입출력 단자용 버스 바들(미도시)이 더 연결될 수 있다.At this time, the plurality of
도 5는 도 2의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분을 확대한 단면도이고, 도 7은 도 2의 X선을 따라 취한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line Y of FIG. 2, FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of portion A of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line X of FIG. 2.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 복수의 배터리 모듈(110)들은 상부 전극 탭(113) 및 하부 전극 탭(114)을 모두 포함하고, 상부 층(150)은 상부 전극 탭(113)과 냉매와의 접촉을 차단하고, 하부 층(160)은 하부 전극 탭(114)과 냉매와의 접촉을 차단한다.5 to 7, the plurality of
배터리 케이스(112)는 복수의 배터리 셀(111)들의 전극 단자 부위를 제외하고 복수의 배터리 셀(111)들의 외면을 감싸는 외장 부재이고, 상부 층(150) 및 하부 층(160)은 각각 복수의 배터리 모듈(110)들의 전극 탭(113, 114) 부위를 제외하고, 복수의 배터리 모듈(110)들의 상면 및 하면을 밀봉하는 밀봉 부재이다.The
배터리 팩(100)은 상부 커버 플레이트(120)와 상부 층(150) 사이에 배치된 제1절연층(170) 및 하부 커버 플레이트(130)와 하부 층(160) 사이에 배치된 제2절연층(180) 중 하나 이상을 더 포함한다.The
제1절연층(170) 및 제2절연층(180)은 서로 독립적으로, 전기 비전도성 물질(예를 들어, 폴리머, 합성물, 열 패드 등)을 포함할 수 있고, 배터리 셀(110), 전극 탭(113, 114)과 상부 플레이트(120) / 하부 플레이트(130) 사이를 분리하여 절연할 수 있다.The first insulating
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(200)의 모식도이고, 도 9는 도 8의 배터리 팩(200)의 분해 사시도이다.FIG. 8 is a schematic diagram of a
도 8 및 도 9를 참조하면, 배터리 팩(200)은 배터리 케이스(미도시)의 상면에 노출된 상부 전극 탭(213) 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭(미도시) 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리 모듈(210)들; 상기 복수의 배터리 모듈(210)들이 탑재되는 하부 커버 플레이트(미도시); 상기 복수의 배터리 모듈(210)들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트(220); 상기 상부 커버 플레이트(220) 및 하부 커버 플레이트(미도시)와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈(210)들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구(241)와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구(242)가 형성된 측부 커버 플레이트(240); 상기 복수의 배터리 모듈(210)과 상부 커버 플레이트(230) 사이에 배치되는 상부 층(250);을 포함한다.하부 커버 플레이트(미도시)는 측부 커버 플레이트(240)와 일체화된 구조일 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, the
배터리 팩(200)은 하부 층을 포함하지 않는 바, 복수의 배터리 모듈(210)들이 하부 커버 플레이트(미도시) 상에 배치되고, 후술되는 바와 같이, 복수의 배터리 모듈(210)들은 하부 커버 플레이트(230)와 복수의 배터리 셀(211) 간의 절연을 구현하기 위한 제2절연층(도 12 중 280 참조)을 더 포함한다.The
배터리 팩(200)은 상부 커버 플레이트(220)와 상부 층(250) 사이에 배치되고, 외부 시스템(예를 들어 BMS)과 전기적으로 연결되고, 전극 탭(213)들을 전기적으로 연결한 도전성 와이어(291) 및 절연 기판(292)을 포함한 와이어 연결층(290)을 더 포함한다.The
도전성 와이어(291)은 복수의 배터리 모듈(210)들의 전극 와이어(216)들을 절곡하여 서로 전기적으로 연결한 것일 수 있고, 복수의 배터리 셀(미도시)들을 직렬 또는 병렬로 연결하고, BMS에 연결하기 위한 구조이다.The
도전성 와이어(291)는 금속이고, 절연 기판(292)은 폴리머, 플라스틱, 또는 PCB이다.The
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(200)의 평면도이다. Figure 10 is a plan view of the
도 10을 참조하면, 복수의 배터리 모듈들(210)은 복수의 배터리 셀(211)들 및 이를 수납하는 배터리 케이스(212)를 포함하고, 배터리 케이스(212)의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열된다.Referring to FIG. 10, the plurality of
냉매는 냉매 유입구(241)을 통해 화살표 방향으로 유입되고, 복수의 배터리 모듈들(210) 사이와, 복수의 배터리 모듈들(210) 및 측부 커버 플레이트(240) 사이를 통해 흐르고, 냉매 배출구(242)를 통해 화살표 방향으로 배출된다. 이를 통해, 복수의 배터리 모듈들(210)에 대해 전체적으로 고르게 냉매가 접촉하여 열 교환을 통한 냉각 효과가 발휘될 수 있다.The refrigerant flows in the direction of the arrow through the
복수의 배터리 모듈들(210)은 행렬을 이루며 배열된다.A plurality of
복수의 배터리모듈들(210) 중 적어도 하나는, 배터리 셀(211)과 배터리 케이스(212) 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층(215)을 더 포함한다.At least one of the plurality of
도 11은 도 10의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 12는 도 11의 A' 부분을 확대한 단면도이고, 도 13은 도 10의 X선을 따라 취한 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line Y of FIG. 10, FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of portion A' of FIG. 11, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line X of FIG. 10.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 복수의 배터리 모듈(210)들은 상부 전극 탭(213) 및 하부 전극 탭(214)을 모두 포함하고, 상부 층(250)은 상부 전극 탭(113)과 냉매와의 접촉을 차단한다.11 to 13, the plurality of
도 11 및 도 12를 함께 참조하면, 복수의 배터리 모듈(210)들은 하부 커버 플레이트(230)와 복수의 배터리 셀(211) 간의 절연을 구현하기 위한 제2절연층(280)을 더 포함한다.Referring to FIGS. 11 and 12 together, the plurality of
도 13을 참조하면, 상부 전극 탭(213)들과 하부 전극 탭(214)들을 각각 연결하여 상부로 돌출된 구조의 전극 와이어(216)가 배치되고, 상기 전극 와이어(216)들을 같은 극끼리(예를 들어, 양극끼리 또는 음극끼리) 서로 연결한 도전성 와이어(미도시)를 포함한 와이어 연결층(290)이 전극 와이어(216) 상부에 배치된다.Referring to FIG. 13,
도 14는 도 13의 배터리 팩(200)에 사용되는 배터리 모듈(210)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 14 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the
상기 전극 와이어(216)의 형성 과정을 설명하기 위하여, 도 14를 참조하면, 복수의 배터리 셀(211) 들의 각 단부에 상부 전극 단자(211a)와 하부 전극 단자(미도시)가 배치된다. 상부 전극 단자(211a)가 상부 전극 탭(213)을 통해 서로 연결되고, 하부 전극 단자(미도시)가 하부 전극 탭(214)을 통해 서로 연결된다. 상부 전극 탭(213)을 통해 서로 연결된 구조의 일 단부가 상부로 돌출된 구조의 제1전극 와이어(216a)가 형성되고, 하부 전극 탭(2134)을 통해 서로 연결된 구조의 일 단부가 상부로 돌출된 구조의 제2전극 와이어(216b)가 형성된다. 제1전극 와이어(216a)와 제2전극 와이어(216b)는 서로 다른 전극들을 연결한 구조이다. 예를 들어, 제1전극 와이어(216a)는 양극들을 연결한 구조이고, 제2전극 와이어(216b)는 음극들을 연결한 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1전극 와이어(216a)는 음극들을 연결한 구조이고, 제2전극 와이어(216b)는 양극들을 연결한 구조일 수 있다.To explain the formation process of the
그외 배터리 팩(200)의 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다.For further explanation of the configuration of the
복수의 배터리 셀은 서로 독립적으로, 원통형 이차전지, 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다. 상기 원통형 이차전지, 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지에 대해서는 본 명세서에서 별도로 기술하지 않았으나, 당업계에 널리 알려진 상식을 통해 통상의 기술자가 충분히 이해하고 실시할 수 있다.The plurality of battery cells may be independently cylindrical secondary batteries, prismatic secondary batteries, or pouch-shaped secondary batteries. Although the cylindrical secondary battery, the prismatic secondary battery, or the pouch-shaped secondary battery are not separately described in this specification, those skilled in the art can fully understand and implement them through common sense widely known in the art.
도 1a 내지 도 15에 나타난 바와 같이, 복수의 배터리 셀(111, 211)은 원통형 이차전지일 수 있다.As shown in FIGS. 1A to 15 , the plurality of
도 16은 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(300)의 모식도이고, 도 17은 도 16의 배터리 팩(300)의 평면도이다. 도 18은 도 17의 Y선을 따라 취한 단면도이고, 도 19는 도 17의 X선을 따라 취한 단면도이다. 도 20은 도 16의 배터리 팩(300)에 수납되는 일 실시 형태에 따른 배터리 모듈(310)의 모식도이다. 도 21은 도 16의 배터리 팩(300)에 수납되는 일 실시 형태에 따른 배터리 모듈(310)의 평면도이다.FIG. 16 is a schematic diagram of a
도 16 내지 도 21에 나타난 바와 같이, 복수의 배터리 셀(111, 211)은 각형 이차전지일 수 있다.As shown in FIGS. 16 to 21 , the plurality of
도 16 내지 도 21을 참조하면, 배터리 팩(300)은 배터리 케이스(312)의 상면에 노출된 상부 전극 탭(316)을 포함한 복수의 배터리 모듈(310)들; 상기 복수의 배터리 모듈(310)들이 탑재되는 하부 커버 플레이트(330); 상기 복수의 배터리 모듈(310)들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트(320); 상기 상부 커버 플레이트(320) 및 하부 커버 플레이트(330)와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈(310)들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구(341)와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구(342)가 형성된 측부 커버 플레이트(340); 상기 복수의 배터리 모듈(310)과 상부 커버 플레이트(330) 사이에 배치되는 상부 층(350)을 포함한다. 복수의 배터리 모듈들(310)은 복수의 배터리 셀(311)들 및 이를 수납하는 배터리 케이스(312)를 포함하고, 배터리 케이스(312)의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열된다.16 to 21, the
냉매는 냉매 유입구(341)을 통해 화살표 방향으로 유입되고, 복수의 배터리 모듈들(310) 사이와, 복수의 배터리 모듈들(310) 및 측부 커버 플레이트(340) 사이를 통해 흐르고, 냉매 배출구(342)를 통해 화살표 방향으로 배출된다. 이를 통해, 복수의 배터리 모듈들(310)에 대해 전체적으로 고르게 냉매가 접촉하여 열 교환을 통한 냉각 효과가 발휘될 수 있다.The refrigerant flows in the direction of the arrow through the
복수의 배터리 모듈들(310)은 행렬을 이루며 배열된다.A plurality of
복수의 배터리모듈들(310) 중 적어도 하나는, 배터리 셀(311)과 배터리 케이스(312) 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층(315)을 더 포함한다.At least one of the plurality of
배터리 셀(311)은 양극 단자(311a)과 음극 단자(311b)을 포함하고, 양극 단자(311a)과 음극 단자(311b)에 각각 전기적으로 연결된 전극 탭(316)을 포함한다.The
배터리 팩(300)은 상부 커버 플레이트(320)와 상부 층(350) 사이에 배치되고, 외부 시스템(예를 들어 BMS)과 전기적으로 연결되고, 전극 탭(316)들을 전기적으로 연결한 연결층(390)을 더 포함한다.The
도면에 도시하지는 않았으나, 복수의 배터리 셀은 파우치형 이차전지일 수 있다. 파우치형 이차전지는 전극 단자들(양극단자, 음극단자)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 배터리 셀이다. 구체적으로 판상형 배터리 셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부를 형성한 구조이다.Although not shown in the drawing, the plurality of battery cells may be pouch-type secondary batteries. A pouch-type secondary battery is a plate-shaped battery cell in which electrode terminals (anode terminal, cathode terminal) are formed at one end. Specifically, a plate-type battery cell has an electrode assembly built into a pouch-shaped case of a laminated sheet including a metal layer and a resin layer, and a sealing portion is formed by, for example, heat fusion.
상기 파우치형 이차전지를 포함한 배터리 팩의 구조는 전술한 각형 이차전지를 포함한 배터리 팩(300)의 구조를 통해 이해될 수 있다.The structure of the battery pack including the pouch-type secondary battery can be understood through the structure of the
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(100)의 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다. 22A to 22D are schematic diagrams sequentially showing a method of manufacturing the
도 22a를 참조하면, 개방된 상면과 하면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스(112)를 제조하고, 복수의 배터리 케이스(112)의 상면에 대응되는 개구부(151)를 포함하는 상부 층(150)을 복수의 배터리 케이스(112) 상부에 배치하고, 복수의 배터리 케이스(112)의 하면에 대응되는 개구부(161)를 포함하는 하부 층(160)을 복수의 배터리 케이스(112) 하부에 배치한다.Referring to FIG. 22A, a plurality of
상부 층(150)은 상부 전극 탭(도 22d 중 113 참조)이 노출되는 개구부(151)를 하나 이상 포함하고, 상부 층(150)은 개구부(151)를 제외하고, 복수의 배터리 모듈(110)의 상부를 완전히 덮어, 냉매와 상부 전극 탭(도 22d 중 113 참조)의 접촉을 방지하는 구조이고, 하부 층(160)은 하부 전극 탭(미도시)이 노출되는 개구부(161)를 하나 이상 포함하고, 하부 층(160)은 개구부(161)를 제외하고, 복수의 배터리 모듈(110)의 하부를 완전히 덮어, 냉매와 하부 전극 탭(미도시)의 접촉을 방지하는 구조이다.The
이어서, 도 22b를 참조하면, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구(141)와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구(142)가 형성되고, 상면과 하면이 개방된 측부 커버 플레이트(140) 내에 상부 층(150) 및 하부 층(160)이 배치된 복수의 배터리 케이스(112)를 삽입한다.Next, referring to FIG. 22b, one or more
이어서, 도 22c를 도 22b와 함께 참조하면, 복수의 배터리 케이스(112) 내에 복수의 배터리 셀(111)을 수납한다. 복수의 배터리 셀(111)들은 배터리 케이스(112)의 상면에 노출된 상부 전극 탭(도 22d의 113 참조) 및 배터리 케이스(112)의 하면에 노출된 하부 전극 탭(미도시) 중 적어도 하나를 포함한다. Next, referring to FIG. 22C together with FIG. 22B, a plurality of
별도로 도시하지는 않았으나, 상부 층(150) 상부에 전술한 제1절연층을 배치하거나, 또는 하부 층(160) 하부에 전술한 제2연층을 배치하는 공정이 추가로 수행될 수 있다.Although not separately shown, a process of disposing the above-described first insulating layer on top of the
이어서, 도 22d를 도 22c와 함께 참조하면, 하부 층(160) 하부에 하부 커버 플레이트(130)를 배치하고, 하부 커버 플레이트(130)와 측부 커버 플레이트(140)를 체결 결합하고, 상부 층(150) 상부에 상부 커버 플레이트(120)를 배치하고, 상부 커버 플레이트(120)와 측부 커버 플레이트(140)를 체결 결합하여, 배터리팩(100)을 제조한다. 이때, 복수의 배터리 셀의 상부 전극 탭(113)은 상부 층(150) 상부로 노출되고, 복수의 배터리 셀의 하부 전극 탭(미도시)은 하부 층(미도시) 하부로 노출된다.Next, referring to FIG. 22D together with FIG. 22C, the
이어서, 냉매 유입구(141)에 냉매를 투입하여 전술한 바와 같이 배터리팩(100)의 냉각을 구현한다.Next, coolant is introduced into the
상기 냉매는 복수의 배터리 모듈(110)들의 사이 및/또는 복수의 배터리 모듈(110)과 측부 커버플레이트(140) 사이를 통해 흐르며, 상부 층(150)은 냉매가 상부 전극 탭(113)에 접촉하는 것을 방지하고, 하부 층(미도시)은 냉매가 하부 전극 탭(미도시)에 접촉하는 것을 방지한다.The refrigerant flows between the plurality of
상부 층(150)과 하부 층(미도시)은 각각 복수의 배터리 모듈(110)의 배치 구조를 고려하여, 상기 목적을 달성하기 위해 적절한 크기와 구조를 구비할 수 있다.The
도 23a 내지 도 23e는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 배터리 팩의 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.Figures 23A to 23E are schematic diagrams sequentially showing a method of manufacturing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
도 23a를 참조하면, 개방된 상면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스(212)를 제조하고, 복수의 배터리 케이스(212)의 상면에 대응되는 개구부(251)를 포함하는 상부 층(250)을 상기 복수의 배터리 케이스(212) 상부에 배치한다.Referring to FIG. 23A, a plurality of
상부 층(250)은 상부 전극 탭(도 23d 중 213 참조)이 노출되는 개구부(251)를 하나 이상 포함하고, 상부 층(250)은 개구부(251)를 제외하고, 복수의 배터리 모듈(210)의 상부를 완전히 덮어, 냉매와 상부 전극 탭(도 23d 중 213 참조)의 접촉을 방지하는 구조이다.The
이어서, 도 23b를 참조하면, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구(241)와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구(242)가 형성되고, 상면이 개방된 측부 커버 플레이트(240)와 하부 커버플레이트(230)가 일체형으로 결합한 배터리 팩 박스 내에 상부 층(250)이 배치된 복수의 배터리 케이스(212)를 삽입한다.Next, referring to FIG. 23b, one or more
이어서, 도 23c를 도 23b와 함께 참조하면, 복수의 배터리 케이스(212) 내에 복수의 배터리 셀(211)을 수납한다. 복수의 배터리 셀(211)들은 배터리 케이스(212)의 상면에 노출된 상부 전극 탭(도 23d의 213 참조)과 하부 전극 탭(미도시)을 포함한다. 복수의 배터리 셀(211)은 상부 전극 탭(213)들과 하부 전극 탭(미도시)들을 각각 연결하여 상부로 돌출된 구조의 전극 와이어(216)를 더 포함한다.Next, referring to FIG. 23C together with FIG. 23B, a plurality of
이어서, 도 23d를 도 23c와 함께 참조하면, 상부 층(250) 상에 노출된 복수의 배터리 셀(211)의 상부 전극 탭(213)들을 서로 전기적으로 연결한 전극 와이어(216) 및 하부 전극 탭(미도시)들을 서로 전기적으로 연결한 전극 와이어(216)를 전기적으로 연결한 도전성 와이어(291)와 절연 기판(292)을 포함한 와이어 연결층(290)을 상부 층(250) 상에 배치한다.Next, referring to FIG. 23D together with FIG. 23C, the
이어서, 도 23e를 도 23d와 함께 참조하면, 와이어 연결층(290) 상부에 상부 커버 플레이트(220)를 배치하고, 상부 커버 플레이트(220)와 측부 커버 플레이트(240)를 체결 결합하여, 배터리팩(200)을 제조한다.Next, referring to FIG. 23E together with FIG. 23D, the
이어서, 냉매 유입구(241)에 냉매를 투입하여 전술한 바와 같이 배터리팩(200)의 냉각을 구현한다.Next, coolant is introduced into the
상기 냉매는 복수의 배터리 모듈(210)들의 사이 및/또는 복수의 배터리 모듈(210)과 측부 커버플레이트(240) 사이를 통해 흐르며, 상부 층(250)은 냉매가 상부 전극 탭(213)에 접촉하는 것을 방지한다.The refrigerant flows between the plurality of
상부 층(250)은 복수의 배터리 모듈(210)의 배치 구조를 고려하여, 상기 목적을 달성하기 위해 적절한 크기와 구조를 구비할 수 있다.The
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the drawings according to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (11)
복수의 배터리 셀들 및 이를 수납하는 개방된 상면과 하면을 포함하는 배터리 케이스를 포함하고, 배터리 케이스의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열되고, 각각 배터리 케이스의 상면에 노출된 상부 전극 탭 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리모듈들;
상기 복수의 배터리 모듈들이 탑재되는 하부 커버 플레이트;
상기 복수의 배터리 모듈들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트;
상기 상부 커버 플레이트 및 하부 커버 플레이트와 연결되고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성된 측부 커버 플레이트;
상기 복수의 배터리 모듈과 상부 커버 플레이트 사이에 배치되고 상기 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층; 및
상기 복수의 배터리 모듈과 하부 커버 플레이트 사이에 배치되고 상기 배터리 케이스의 하면에 대응되는 개구부를 포함하는 하부 층;을
포함하고,
상기 배터리 케이스는 상기 복수의 배터리 셀들의 전극 단자 부위를 제외하고 상기 복수의 배터리 셀들의 외면을 감싸는 외장 부재이고,
상기 상부 층 및 하부 층은 각각 상기 복수의 배터리 모듈들의 전극 탭 부위를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상면 및 하면을 밀봉하는 밀봉 부재이며,
상기 복수의 배터리모듈들 중 적어도 하나는, 상기 배터리 셀과 배터리 케이스 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층을 더 포함하고,
상기 배터리 케이스는 상기 상부 층 및 상기 하부 층에 장착되고,
상기 상부 층 및 상기 하부 층은 상기 측부 커버 플레이트에 장착되어,
상기 배터리 셀들이 없이도 냉매가 상기 냉매 유입구로 유입되어 누출없이 상기 냉매 배출구로 배출될 수 있거나,
또는
복수의 배터리 셀들 및 이를 수납하는 개방된 상면을 포함하는 배터리 케이스를 포함하고, 배터리 케이스의 측면이 냉매와 접촉할 수 있도록 상호 이격되어 배열되고, 각각 배터리 케이스의 상면에 노출된 상부 전극 탭 및 배터리 케이스의 하면에 노출된 하부 전극 탭 중 적어도 하나를 포함한 복수의 배터리모듈들;
상기 복수의 배터리 모듈들이 탑재되는 하부 커버 플레이트;
상기 복수의 배터리 모듈들의 상면에 탑재되는 상부 커버 플레이트;
상기 상부 커버 플레이트와 연결되고 상기 하부 커버 플레이트와는 일체형으로 결합되며, 상기 복수의 배터리 모듈들의 측부에 장착되고, 냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성된 측부 커버 플레이트; 및
상기 복수의 배터리 모듈과 상부 커버 플레이트 사이에 배치되고 상기 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층;을
포함하고,
상기 배터리 케이스는 상기 복수의 배터리 셀들의 전극 단자 부위를 제외하고 상기 복수의 배터리 셀들의 외면을 감싸는 외장 부재이고,
상기 상부 층은 상기 복수의 배터리 모듈들의 전극 탭 부위를 제외하고, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상면을 밀봉하는 밀봉 부재이며,
상기 복수의 배터리모듈들 중 적어도 하나는, 상기 배터리 셀과 배터리 케이스 사이에 배치되고, 절연성 물질을 포함하는 제3절연층을 더 포함하고,
상기 배터리 케이스는 상기 상부 층에 장착되고,
상기 상부 층은 상기 측부 커버 플레이트에 장착되어,
상기 배터리 셀들이 없이도 냉매가 상기 냉매 유입구로 유입되어 누출없이 상기 냉매 배출구로 배출될 수 있는,
배터리 팩.A battery pack using an immersion cooling method,
It includes a battery case including a plurality of battery cells and an open upper and lower surfaces for storing the battery cells, the sides of the battery case are arranged to be spaced apart from each other so as to be in contact with the refrigerant, and the upper electrode tabs are each exposed on the upper surface of the battery case. and a plurality of battery modules including at least one of the lower electrode tabs exposed on the bottom of the battery case;
a lower cover plate on which the plurality of battery modules are mounted;
an upper cover plate mounted on the upper surface of the plurality of battery modules;
A side cover plate connected to the upper cover plate and the lower cover plate, mounted on the side of the plurality of battery modules, and having one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged;
an upper layer disposed between the plurality of battery modules and the upper cover plate and including an opening corresponding to the upper surface of the battery case; and
a lower layer disposed between the plurality of battery modules and the lower cover plate and including an opening corresponding to the lower surface of the battery case;
Contains,
The battery case is an external member that surrounds the outer surface of the plurality of battery cells except for electrode terminal portions of the plurality of battery cells,
The upper layer and the lower layer are sealing members that seal the upper and lower surfaces of the plurality of battery modules, respectively, except for electrode tab portions of the plurality of battery modules,
At least one of the plurality of battery modules further includes a third insulating layer disposed between the battery cell and the battery case and including an insulating material,
The battery case is mounted on the upper layer and the lower layer,
The upper layer and the lower layer are mounted on the side cover plate,
Even without the battery cells, refrigerant can flow into the refrigerant inlet and be discharged from the refrigerant outlet without leakage, or
or
Comprising a battery case including a plurality of battery cells and an open upper surface for storing the battery cells, the sides of the battery case being arranged to be spaced apart from each other so as to be in contact with the refrigerant, the upper electrode tabs and the battery respectively exposed to the upper surface of the battery case. A plurality of battery modules including at least one of the lower electrode tabs exposed on the bottom of the case;
a lower cover plate on which the plurality of battery modules are mounted;
an upper cover plate mounted on the upper surface of the plurality of battery modules;
It is connected to the upper cover plate and integrally combined with the lower cover plate, is mounted on the side of the plurality of battery modules, and has one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged. A side cover plate formed; and
an upper layer disposed between the plurality of battery modules and the upper cover plate and including an opening corresponding to the upper surface of the battery case;
Contains,
The battery case is an external member that surrounds the outer surface of the plurality of battery cells except for electrode terminal portions of the plurality of battery cells,
The upper layer is a sealing member that seals the upper surfaces of the plurality of battery modules except for the electrode tab portions of the plurality of battery modules,
At least one of the plurality of battery modules further includes a third insulating layer disposed between the battery cell and the battery case and including an insulating material,
The battery case is mounted on the upper layer,
The upper layer is mounted on the side cover plate,
Even without the battery cells, refrigerant can flow into the refrigerant inlet and be discharged from the refrigerant outlet without leakage.
Battery pack.
상기 복수의 배터리 모듈들은 행렬을 이루며 배열되고, 서로 나란히 또는 지그재그로 배열된, 배터리 팩.According to paragraph 1,
A battery pack wherein the plurality of battery modules are arranged in a matrix, side by side or zigzag with each other.
상기 상부 전극 탭이 복수일 경우, 상기 복수의 상부 전극 탭은 서로 전기적으로 연결되고,
상기 하부 전극 탭이 복수일 경우, 상기 복수의 하부 전극 탭은 서로 전기적으로 연결된, 배터리 팩.According to paragraph 1,
When there is a plurality of upper electrode tabs, the plurality of upper electrode tabs are electrically connected to each other,
When there is a plurality of lower electrode tabs, the plurality of lower electrode tabs are electrically connected to each other.
상기 복수의 배터리 모듈들은 상부 전극 탭 및 하부 전극 탭을 모두 포함하고,
상기 상부 층은 상기 상부 전극 탭과 냉매와의 접촉을 차단하고, 상기 하부 층은 상기 하부 전극 탭과 냉매와의 접촉을 차단하는, 배터리 팩.According to paragraph 1,
The plurality of battery modules include both an upper electrode tab and a lower electrode tab,
The upper layer blocks contact between the upper electrode tab and the coolant, and the lower layer blocks contact between the lower electrode tab and the coolant.
상기 상부 커버 플레이트와 상부 층 사이에 배치된 제1절연층 및 상기 하부 커버 플레이트와 하부 층 사이에 배치된 제2절연층 중 하나 이상을 더 포함한 배터리 팩.According to paragraph 1,
A battery pack further comprising at least one of a first insulating layer disposed between the upper cover plate and the upper layer and a second insulating layer disposed between the lower cover plate and the lower layer.
상기 상부 커버 플레이트와 상부 층 사이에 배치되고, 외부 시스템과 전기적으로 연결되고, 상기 전극 탭들을 전기적으로 연결한 도전성 와이어 및 절연 기판을 포함한 와이어 연결층을 더 포함한 배터리 팩.According to paragraph 1,
The battery pack further includes a wire connection layer disposed between the upper cover plate and the upper layer, electrically connected to an external system, and including a conductive wire and an insulating substrate electrically connecting the electrode tabs.
상기 도전성 와이어는 금속이고,
상기 절연 기판은 폴리머, 플라스틱, 또는 PCB인, 배터리 팩.According to clause 6,
The conductive wire is metal,
A battery pack, wherein the insulating substrate is polymer, plastic, or PCB.
상기 복수의 배터리 셀은 서로 독립적으로, 원통형 이차전지, 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지인, 배터리 팩.According to paragraph 1,
A battery pack wherein the plurality of battery cells are independently of each other, a cylindrical secondary battery, a prismatic secondary battery, or a pouch-shaped secondary battery.
개방된 상면과 하면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스를 제조하는 단계;
상기 복수의 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 상부에 배치하고, 상기 복수의 배터리 케이스의 하면에 대응되는 개구부를 포함하는 하부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 하부에 배치하는 단계;
냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성되고, 상면과 하면이 개방된 측부 커버 플레이트 내에 상기 상부 층 및 하부 층이 배치된 복수의 배터리 케이스를 삽입하는 단계;
상기 복수의 배터리 케이스 내에 복수의 배터리 셀을 수납하는 단계;
상기 하부 층 하부에 하부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 하부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하고, 상기 상부 층 상부에 상부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 상부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하는 단계; 및
상기 냉매 유입구에 냉매를 투입하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 제조방법.A method of manufacturing the battery pack according to claim 1, comprising:
Manufacturing a plurality of battery cases including open upper and lower surfaces and storing battery cells;
An upper layer including openings corresponding to upper surfaces of the plurality of battery cases is disposed on top of the plurality of battery cases, and a lower layer including openings corresponding to lower surfaces of the plurality of battery cases is disposed below the plurality of battery cases. placing on;
A plurality of battery cases having the upper and lower layers are inserted into a side cover plate having one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can be discharged, and having open upper and lower surfaces. steps;
storing a plurality of battery cells in the plurality of battery cases;
A lower cover plate is placed below the lower layer, the lower cover plate and the side cover plate are fastened together, an upper cover plate is placed on top of the upper layer, and the upper cover plate and the side cover plate are fastened together. steps; and
A battery pack manufacturing method comprising: introducing a refrigerant into the refrigerant inlet.
개방된 상면을 포함하고, 배터리 셀이 수납되는 복수의 배터리 케이스를 제조하는 단계;
상기 복수의 배터리 케이스의 상면에 대응되는 개구부를 포함하는 상부 층을 상기 복수의 배터리 케이스 상부에 배치하는 단계;
냉매가 유입될 수 있는 하나 이상의 냉매 유입구와 냉매가 배출될 수 있는 하나 이상의 냉매 배출구가 형성되고, 상면이 개방되고, 측부 커버 플레이트와 하부 커버 플레이트가 일체형으로 결합한 배터리 팩 박스 내에 상기 상부 층이 배치된 복수의 배터리 케이스를 삽입하는 단계;
상기 복수의 배터리 케이스 내에 복수의 배터리 셀을 수납하는 단계;
상기 상부 층 상에 노출된 복수의 배터리 셀의 상부 전극 탭들을 서로 전기적으로 연결한 도전성 와이어 및 상기 복수의 배터리 셀의 하부 전극 탭들을 서로 전기적으로 연결한 도전성 와이어를 포함한 와이어 연결층을 상기 상부 층 상에 배치하고,
상기 와이어 연결층 상부에 상부 커버 플레이트를 배치하고, 상기 상부 커버 플레이트와 상기 측부 커버 플레이트를 체결 결합하는 단계; 및
상기 냉매 유입구에 냉매를 투입하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 제조방법.A method of manufacturing the battery pack according to claim 1, comprising:
Manufacturing a plurality of battery cases including an open upper surface and storing battery cells;
disposing an upper layer including openings corresponding to upper surfaces of the plurality of battery cases on top of the plurality of battery cases;
The upper layer is disposed in a battery pack box in which one or more refrigerant inlets through which refrigerant can flow and one or more refrigerant outlets through which refrigerant can discharge are formed, the upper surface is open, and the side cover plate and lower cover plate are integrally combined. Inserting a plurality of battery cases;
storing a plurality of battery cells in the plurality of battery cases;
A wire connection layer including a conductive wire that electrically connects the upper electrode tabs of the plurality of battery cells exposed on the upper layer to each other and a conductive wire that electrically connects the lower electrode tabs of the plurality of battery cells to each other. Place it on the table,
Placing an upper cover plate on top of the wire connection layer, and fastening the upper cover plate and the side cover plate; and
A battery pack manufacturing method comprising: introducing a refrigerant into the refrigerant inlet.
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