KR20190079367A

KR20190079367A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20190079367A
Application number: KR1020170181515A
Authority: KR
Inventors: 박시동; 배장웅; 임지순; 허은기
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-05
Also published as: US10903470B2; JP7026792B2; US20190198845A1; WO2019132224A1; CN111527625B; CN111527625A; EP3734709A1; KR102519443B1; EP3734709A4; JP2021504896A

Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 다수의 병렬 모듈과, 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않은 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 버스 바를 포함한다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 극성의 출력 단자가 서로 인접한 위치에 형성되어 세트 기기와의 전기적인 연결이 용이하게 이루어질 수 있고, 출력 단자의 전기적인 패스가 단축되어 전기적 출력이 향상되면서도 단순화된 구조를 통하여 공간 활용성이 개선되고 외부 진동 및 충격에 강건한 배터리 팩이 제공될 수 있다.

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 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈 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 다수의 전지를 포함하는 모듈 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 서로 다른 극성의 출력 단자가 서로 인접한 위치에 형성되어, 세트 기기와의 전기적인 연결이 용이하게 이루어질 수 있는 배터리 팩을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태는, 출력 단자의 전기적인 패스가 단축되어 전기적 출력이 향상되면서도 단순화된 구조를 통하여 공간 활용성이 개선되고 외부 진동 및 충격에 강건한 배터리 팩을 포함한다.

본 발명의 배터리 팩은,

다수의 병렬 모듈; 및

상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않은 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 버스 바;를 포함한다.

예를 들어, 상기 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 병렬 모듈을 연결한다.

예를 들어, 상기 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 교번되게 서로 떨어져 있는 한 쌍의 병렬 모듈을 각각 연결하도록 다수로 마련될 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈 각각은, 서로 같은 극성끼리 병렬 연결되어 있는 배터리 셀을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 버스 바는,

각 병렬 모듈 내의 배터리 셀을 같은 극성끼리 병렬 연결하면서, 서로 다른 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결할 수 있다.

예를 들어, 상기 버스 바가 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 전방 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈을 서로 연결할 때,

상기 버스 바는,

전방 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 전방 가지부;

후방 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 후방 가지부; 및

상기 일군의 전방 가지부 각각과, 일군의 후방 가지부 각각과 연결을 형성하면서 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 일 방향으로 연장되는 연결부;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때

상기 버스 바는,

상기 제n-2 병렬 모듈과 제n 병렬 모듈을 서로 연결하는 전방 버스 바; 및

상기 제n-1 병렬 모듈과 제n+1 병렬 모듈을 서로 연결하는 후방 버스 바를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 전방 버스 바와, 상기 후방 버스 바는 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 전방 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 연장되는 연결부와, 상기 제n-2 병렬 모듈 및 제n 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 상기 연결부로부터 돌출된 가지부의 쌍을 포함하고,

상기 후방 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 연장되는 연결부와, 상기 제n-1 병렬 모듈 및 제n+1 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 상기 연결부로부터 돌출된 가지부의 쌍을 포함하며,

상기 전방 버스 바의 가지부의 쌍과 상기 후방 버스 바의 가지부의 쌍은 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈은 좌우 방향을 따라 배열된 서로 다른 극성을 포함하고,

상기 버스 바에 의해 연결되는 서로 교번되게 배치된 병렬 모듈은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 서로에 대해 좌우 반전되는 패턴으로 배열될 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하는 병렬 모듈의 쌍을 하나의 단위로 하여, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 좌우 반전되는 패턴으로 배열될 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 쌍을 이루는 두 개의 병렬 모듈은 좌우 반전 없이 배열되며,

서로 이웃한 병렬 모듈의 쌍과, 또 다른 서로 이웃한 병렬 모듈의 쌍은 서로 좌우 반전되도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 배터리 팩의 전방 단부 또는 후방 단부 중에서 어느 하나의 단부로부터 함께 인출되는 것으로, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자를 더 포함할 수 있다.

상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때

상기 제1, 제2 출력 단자는, 제1, 제2 병렬 모듈로부터 인출될 수 있다.

예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 제1, 제2 출력 단자와 상기 제1, 제2 병렬 모듈 사이를 각각 연결하기 위해, 상기 배터리 모듈의 배열 방향을 따라 일 방향으로 연장되는 제1, 제2 단자 접속부재를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 출력 단자가 인출되는 제1, 제2 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때

상기 제m 병렬 모듈과 상기 제m-1 병렬 모듈은, 대각선 방향으로 연장되는 크로스 접속부재에 의해 서로 다른 극성끼리 직렬 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 크로스 접속부재에 의해 서로 연결되는 상기 제m-1 병렬 모듈과 제m 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치될 수 있다.

상기 크로스 접속부재는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향과, 상기 좌우 방향을 동시에 추종하도록 대각선 방향을 따라 연장될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은,

다수의 배터리 셀; 및

상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 배터리 셀을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 버스 바;를 포함한다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 극성의 출력 단자가 서로 인접한 위치에 형성되어 세트 기기와의 전기적인 연결이 용이하게 이루어질 수 있고, 출력 단자의 전기적인 패스가 단축되어 전기적 출력이 향상되면서도 단순화된 구조를 통하여 공간 활용성이 개선되고 외부 진동 및 충격에 강건한 배터리 팩이 제공될 수 있다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 관한 배터리 팩을 보여주는 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 전기적인 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에는 도 2에 도시된 배터리 팩의 일부를 도시한 도면으로, 버스 바의 구조를 설명하기 위한 서로 다른 도면이 도시되어 있다.
도 5에는 본 발명과 대비되는 제1 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다.
도 6에는 본 발명과 대비되는 제2 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명과 대비되는 제3 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 전기적인 연결을 보여주는 도면이 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 관한 배터리 팩을 보여주는 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 배터리 팩은, 일 방향(전후 방향 Z1에 해당)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 배터리 팩은 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1,2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 병렬 모듈(PM)이란 서로 같은 극성끼리 병렬 연결되어 있는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 병렬 모듈(PM)은, 서로 이웃하게 배치되며, 병렬 연결되어 있는 두 개 이상의 배터리 셀(110)을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태에서, 하나의 병렬 모듈(PM)은 하나의 배터리 셀(110)에 해당될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 병렬 모듈(PM)은 하나의 단일 배터리 셀(110)을 가질 수 있고, 이런 의미에서 상기 병렬 모듈(PM)이 둘 이상 배터리 셀(110) 간의 병렬 연결을 반드시 포함하는 것은 아니다.

예를 들어, 본 발명의 배터리 팩은 세트 기기(미도시)에 장착되어 구동 동력을 제공할 수 있으며, 세트 기기(미도시)에서 요구하는 출력 레벨에 따라 고용량 대전류의 출력을 제공하기 위해, 서로 이웃한 둘 이상의 배터리 셀(110)이 서로 병렬 연결된 병렬 모듈(PM)을 포함할 수 있다. 서로 같은 극성끼리 병렬 연결되어 있는 둘 이상의 배터리 셀(110)은, 하나의 단일 배터리 셀(110)보다 대전류의 출력을 제공할 수 있으며, 서로 같은 극성끼리 병렬 연결됨으로써, 단일 배터리 셀(110)과 마찬가지로 공통된 음극 및 양극을 가질 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 병렬 모듈(PM) 또는 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 본 발명의 배터리 팩에 관한 기술적 사항은, 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 병렬 모듈(PM) 또는 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(110)에 적용될 수 있다.

배터리 팩을 구성하는 각각의 병렬 모듈(PM)은, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함하므로, 전체 배터리 팩에 있어서, 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 병렬 모듈(PM)은, 상기 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(110)에 해당되며, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향 또는 배터리 셀(110)의 배열 방향은, 모두 같은 전후 방향(Z1)에 해당되고, 예를 들어, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향 또는 배터리 셀(110)의 배열 방향으로 통칭될 수 있다. 여기서, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향 또는 배터리 셀(110)의 배열 방향은, 동일한 전후 방향(Z1)에 해당될 수 있다.

상기 병렬 모듈(PM)의 배열 방향을 따라 배터리 팩의 전후방 양 단부에는 한 쌍의 엔드 플레이트(150)가 배치될 수 있고, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(150)는 그 사이에 개재되는 다수의 병렬 모듈(PM)을 구조적으로 결속시킬 수 있다.

도 2에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 전기적인 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 도 2에 도시된 배터리 팩의 일부를 도시한 도면으로, 버스 바의 구조를 설명하기 위한 서로 다른 도면이 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 배터리 팩은, 서로 다른 병렬 모듈(PM) 간의 전기적인 연결을 위한 버스 바(B)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(B)는 서로 다른 병렬 모듈(PM)의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 버스 바(B)는, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배치된 서로 다른 병렬 모듈(PM)을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(B)는, 상기 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향, Z1)을 따라 교번되게 서로 떨어져 있는 한 쌍의 병렬 모듈(PM)을 각각 연결하도록 다수로 마련될 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 병렬 모듈(PM)이 둘 이상의 서로 다른 배터리 셀(110)을 포함할 때, 각 병렬 모듈(PM)에 포함된 배터리 셀(110)은, 상기 버스 바(B)에 의해 서로 같은 극성끼리 병렬 연결될 수 있다. 즉, 상기 버스 바(B)는, 각 병렬 모듈(PM) 내의 배터리 셀(110)을 병렬 연결하면서, 서로 다른 병렬 모듈(PM) 간에 직렬 연결을 형성할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 버스 바(B)는, 서로 다른 병렬 모듈(PM) 사이를 연결하도록 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향, Z1)을 따라 연장되는 연결부(BC)와, 상기 서로 다른 병렬 모듈(PM)에 포함된 각각의 배터리 셀(110)과 접점을 형성하도록 상기 연결부(BC)로부터 돌출된 가지부(BD)의 쌍을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 버스 바(B)가 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향, Z1)을 따라 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈을 서로 연결할 때, 상기 버스 바(B)는, 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀(110)과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 전방 가지부(BDF)와, 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀(110)과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 후방 가지부(BDR)와, 상기 일군의 전방 가지부(BDF) 각각과 일군의 후방 가지부(BDR) 각각과 연결을 형성하면서 상기 병렬 모듈(PM)의 배열 방향을 따라 전후 방향(Z1)으로 연장되는 연결부(BC)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 버스 바(B)는, 일군의 전방 가지부(BDF) 각각에 접속된 제n-2 병렬 모듈 각각의 배터리 셀(110)을 같은 극성끼리 병렬 연결하는 한편으로, 일군의 후방 가지부(BDR) 각각에 접속된 제n 병렬 모듈 각각의 배터리 셀(110)을 같은 극성끼리 병렬 연결할 수 있고, 이를 위해, 상기 연결부(BC)는 일군의 전방 가지부(BDF) 각각과 연결을 형성하고, 일군의 후방 가지부(BDR) 각각과 연결을 형성할 수 있다. 또한, 상기 버스 바(B)는, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향을 따라 전후 방향(Z1)으로 연장되는 연결부(BC)를 통하여, 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결시킬 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈을 형성하는 서로 이웃한 배터리 셀(110)은, 각각의 배터리 셀(110)에 연결된 전방 가지부(BDF)와 이들 전방 가지부(BDF) 사이를 연결하는 연결부(BC)의 전방 단부를 통하여 서로 병렬 연결될 수 있다. 유사하게, 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈을 형성하는 서로 이웃한 배터리 셀(110)은, 각각의 배터리 셀(110)에 연결된 후방 가지부(BDR)와 이들 후방 가지부(BDR) 사이를 연결하는 연결부(BC)의 후방 단부를 통하여 서로 병렬 연결될 수 있다.

또한, 상기 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 상기 제n-2 병렬 모듈에 연결되는 연결부(BC)의 전방 단부와, 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈에 연결되는 연결부(BC)의 후방 단부는, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향을 따라 연장되는 연결부(BC)를 통하여 서로 연결되며, 이에 따라, 상기 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈은 서로 다른 극성끼리 직렬 연결될 수 있다. 서로 이웃하지 않는 전방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n-2 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈, 예를 들어, 제n 병렬 모듈 간의 직렬 연결에 대해서는 이하에서 상세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은, 병렬 모듈(PM)이 배열되는 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하지 않는 병렬 모듈(PM) 간의 직렬 연결을 포함할 수 있다. 여기서, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하지 않는다는 것은, 전후 방향(Z1)을 따라 바로 옆에 배치되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 본 발명과 비교되는 비교예에 따른 배터리 팩에서는, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 그러니까, 전후 방향(Z1)을 따라 바로 옆에 배치된 병렬 모듈(PM) 간에 직렬 연결을 형성한다. 이에 반하여, 본 발명의 배터리 팩에서는, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하지 않는 병렬 모듈(PM), 그러니까 전후 방향(Z1)을 따라 바로 옆에 배치되지 않고 서로로부터 떨어져 배치되어 있는 병렬 모듈(PM) 간에 직렬 연결을 형성한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 직렬 연결되는 한 쌍의 병렬 모듈(PM)은, 그 사이에 또 다른 병렬 모듈(PM)을 사이에 개재하여 서로로부터 떨어져 배치될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩이, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함한다고 할 때, 제n 병렬 모듈은, 전방 측으로 바로 옆에 배치되어 있는 이웃한 제n-1 병렬 모듈과 연결되지 않는다. 유사하게, 상기 제n 병렬 모듈은, 후방 측으로 바로 옆에 배치되어 있는 이웃한 제n+1 병렬 모듈과 연결되지 않는다.

상기 제n 병렬 모듈은 전방 측으로는 제n-1 병렬 모듈을 사이에 두고 떨어져 있는 제n-2 병렬 모듈과 연결된다. 즉, 상기 제n 병렬 모듈은, 어느 일 버스 바(B1, 도 2 참조)에 의해 전방 측으로 서로 떨어져 있는 제n-2 병렬 모듈과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제n 병렬 모듈은 후방 측으로는 제n+1 병렬 모듈을 사이에 두고 떨어져 있는 제n+2 병렬 모듈과 연결된다. 즉, 상기 제n 병렬 모듈은, 어느 일 버스 바(B1`, 도 2 참조)에 의해 후방 측으로 서로 떨어져 있는 제n+2 병렬 모듈과 연결된다.

보다 구체적으로, 상기 제n 병렬 모듈은 전방 측의 제n-2 병렬 모듈과 서로 반대 극성끼리 직렬 연결되는 한편으로, 상기 제n 병렬 모듈은 후방 측으로는 제n+2 병렬 모듈과 서로 반대 극성끼리 직렬 연결된다.

본 발명의 배터리 팩을 구성하는 모든 병렬 모듈(PM) 또는 모든 배터리 셀(110)은, 요구되는 출력 용량을 제공하기 위해 서로 협력하며, 서로 전기적으로 연결되어 있다. 본 발명에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM) 간에 전기적으로 연결되지 않는다는 것은, 서로 전기적인 연결 상태가 끊어져 있다는 것을 의미하는 것은 아니며, 서로 이웃한 병렬 모듈(PM) 사이가 버스 바(B)를 통하여 서로 직접적으로 연결되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM)은 버스 바(B)로 직접 연결되어 있지 않다.

도 4를 참조하면, 서로 이웃하게 배치된 제n 병렬 모듈과 제n+1 병렬 모듈에 있어, 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)와, 제n+1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)는, 서로로부터 이격된 서로 다른 버스 바(B)이며, 이들 서로 다른 버스 바(B)는 서로에 대한 접점을 형성하지 않는다. 이때, 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)와, 제n+1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)는 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)는, 상기 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향, Z1)을 따라 연장되는 연결부(BC)와, 상기 제n-2 병렬 모듈 및 제n 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 상기 연결부(BC)로부터 돌출된 가지부(BD)의 쌍을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제n+1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)는, 상기 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향, Z1)을 따라 연장되는 연결부(BC)와, 상기 제n-1 병렬 모듈 및 제n+1 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 연결부(BC)로부터 돌출된 가지부(BD)의 쌍을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전방 버스 바(BF)의 가지부(BD)의 쌍과 후방 버스 바(BR)의 가지부(BD)의 쌍은 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

이와 같이, 서로 이웃하게 배치된 제n 병렬 모듈과, 제n+1 병렬 모듈에 있어, 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)와 제n+1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)는, 서로로부터 이격된 서로 다른 버스 바(B)이며, 이들 전방 버스 바(BF)와 후방 버스 바(BR)는, 서로에 대한 접점을 형성하지 않는다. 다시 말하면, 서로 이웃하게 배치된 제n-1 병렬 모듈과 제n 병렬 모듈에 있어, 제n-1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)와, 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)는, 서로로부터 이격된 서로 다른 버스 바(B)이며, 이들 후방 버스 바(BR)와 전방 버스 바(BF)는, 서로에 대한 접점을 형성하지 않는다. 이때, 제n-1 병렬 모듈에 연결된 후방 버스 바(BR)와, 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)는 서로 맞물리게 배열된 콤(comb) 구조를 형성할 수 있다.

상기 n-1 병렬 모듈과 제n+1 병렬 모듈은, 상기 제n 병렬 모듈을 사이에 두고 서로로부터 떨어져 있으며, 후방 버스 바(BR)에 의해 직렬 연결되어 있다. 그리고, 상기 n-1 병렬 모듈과 제n+1 병렬 모듈을 서로 연결하는 후방 버스 바(BR)는, 상기 제n 병렬 모듈에 연결된 전방 버스 바(BF)와는 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 병렬 모듈(PM) 간의 직렬 연결을 형성한다. 이러한 구조의 직렬 연결을 형성하기 위해, 교번되게 떨어져 있는 병렬 모듈(PM)은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 서로 반전되는 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 어느 일 버스 바(B1, 도 2 참조)에 의해 서로 직렬 연결되는 제n 병렬 모듈과 제n-2 병렬 모듈은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 뒤집어 배열되고, 또한, 어느 일 버스 바(B1`, 도 2 참조)에 의해 서로 직렬 연결되는 제n 병렬 모듈과 제n+2 병렬 모듈은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 뒤집어 배열된다. 본 명세서에서, 좌우 방향(Z2)이란 병렬 모듈(PM)에서 서로 반대되는 음극(-) 및 양극(+)이 배열되는 방향을 의미할 수 있고, 병렬 모듈(PM)을 형성하는 각 배터리 셀(110)에서 서로 반대되는 음극(-) 및 양극(+)이 배열되는 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 병렬 모듈(PM) 또는 병렬 모듈(PM)을 형성하는 각 배터리 셀(110)에서, 서로 다른 극성이 배열되는 좌우 방향(Z2)은, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향 Z1에 해당)과 수직한 방향(좌우 방향 Z2에 해당)을 의미할 수 있다.

상기와 같이, 병렬 모듈(PM)이 배열되는 전후 방향(Z1)을 따라 서로 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 간에 서로 좌우 반대 방향으로 뒤집어 배치되는 반전 패턴을 형성하기 위해서는, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 2개의 병렬 모듈(PM)마다 좌우 방향(Z2)이 뒤집어지도록 배열될 수 있다. 즉, 서로 이웃한 2개의 병렬 모듈(PM)의 쌍은 좌우 반전 없이 배열되고, 서로 이웃한 2개의 병렬 모듈(PM)의 쌍과 또 다른 서로 이웃한 2개의 병렬 모듈(PM)의 쌍은 좌우 반전되도록 배열된다는 것이다. 다시 말하면, 병렬 모듈(PM)의 배열 방향(전후 방향 Z1)을 따라 서로 이웃하는 병렬 모듈(PM)의 쌍을 하나의 단위로 하여, 쌍을 이루는 두 개의 병렬 모듈(PM)은 좌우 반전 없이 배열되며, 서로 이웃한 병렬 모듈(PM)의 쌍과, 또 다른 서로 이웃한 병렬 모듈(PM)의 쌍은 서로 좌우 반전되도록 배열될 수 있다.

도 2를 참조하면, 서로 이웃한 제n 병렬 모듈과 제n-1 병렬 모듈의 쌍은 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 배열되고, 또 다른 서로 이웃한 제n+1 병렬 모듈과 제n+2 병렬 모듈의 쌍도 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 배열된다. 그리고, 서로 이웃한 제n, 제n-1 병렬 모듈의 쌍과, 또 다른 서로 이웃한 제n+1, 제n+2 병렬 모듈의 쌍은 좌우 반전되도록 배열된다. 이와 같이, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 2개의 병렬 모듈(PM)의 쌍을 하나의 단위로 하여, 2개의 병렬 모듈(PM)의 쌍 마다 좌우 방향(Z2)이 뒤집어지도록 배열됨으로써, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 사이에서 서로 반대 극성끼리 마주하게 배치될 수 있고, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 사이를 병렬 모듈(PM)이 배열되는 전후 방향(Z1)을 따라 단순히 일 방향으로 연장되는 버스 바(B)로 연결함으로써, 직렬 연결을 용이하게 구현할 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 간의 직렬 연결을 포함함으로써, 배터리 팩의 출력 단자(120)가 배터리 팩의 일 측으로 용이하게 인출될 수 있으며, 출력 단자(120)의 인출 구조가 단순화될 수 있다.

예를 들어, 상기 출력 단자(120)는 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자(121,122)를 포함할 수 있고, 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)는 병렬 모듈(PM)이 배열되는 전후 방향(Z1)을 따라 배터리 팩의 전방 단부 또는 후방 단부 중에서 어느 하나의 단부로부터 함께 인출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 출력 단자(121,122)는 병렬 모듈(PM)이 배열되는 전후 방향(Z1)을 따라 배터리 팩의 전방 단부 및 후방 단부 중에서 선택된 어느 하나의 단부로부터 함께 인출되며, 각각 서로 다른 전방 단부 및 후방 단부로부터 인출되지 않는다.

본 발명의 배터리 팩이, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함한다고 할 때, 상기 출력 단자(120)는 제1 병렬 모듈과 제2 병렬 모듈로부터 각각 인출될 수 있다. 즉, 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 인접한 두 개의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1, 제2 병렬 모듈로부터 출력 단자(120)가 인출됨으로써, 전체 배터리 팩의 전방 측에 집중되어 한 쌍의 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 인접하게 배치될 수 있고, 이러한 구조는 배터리 팩이 장착되는 세트 기기(미도시)와의 전기적인 연결을 용이하게 할 수 있다. 또한, 출력 단자(120)가 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 인접한 두 개의 병렬 모듈(PM), 즉, 제1, 제2 병렬 모듈로부터 인출됨으로써, 출력 단자(120)를 형성하기 위한 전기적인 패스를 단축할 수 있다.

도 2를 참조하면, 배터리 팩의 전방 측에는 서로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 배치될 수 있고, 각각의 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 제1, 제2 병렬 모듈을 연결하기 위한 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)는, 배터리 팩의 전방 측에 배치된 한 쌍의 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 서로 이웃한 제1, 제2 병렬 모듈을 전기적으로 연결해줄 수 있다.

쌍을 이루는 서로 반대 극성의 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 서로 좌우 반대 측에 배열되어 극성 간의 간섭이 발생하지 않도록, 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 이웃한 제1, 제2 병렬 모듈은 좌우 반전 없이 배열될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 출력 단자(121)는 상대적으로 좌측 위치에 형성될 수 있고, 제2 출력 단자(122)는 상대적으로 우측 위치에 형성되어, 이들 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 서로 좌우 반대 측에 배열됨으로써, 극성 간의 전기적인 혼선이나 간섭을 방지할 수 있다.

제1, 제2 출력 단자(121,122)가 좌우 측의 서로 격리된 위치에 형성되기 위해, 제1 출력 단자(121)와 연결된 제1 병렬 모듈과 제2 출력 단자(122)와 연결된 제2 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 배열될 수 있고, 예를 들어, 제1, 제2 병렬 모듈의 서로 다른 극성(ex. 음극 및 양극)은, 각각 좌우 방향(Z2)으로 정렬될 수 있다.

이와 같이, 제1, 제2 출력 단자(121,122)와, 이들 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 연결되는 제1, 제2 병렬 모듈의 서로 다른 극성(ex. 음극 및 양극)이 좌우 측으로 정렬됨으로써, 제1, 제2 병렬 모듈의 서로 다른 극성(ex. 음극 및 양극)으로부터 전후 방향(Z1)을 따라 단순히 일 방향으로 연장되는 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)의 쌍을 통하여, 제1, 제2 출력 단자(121,122)와 제1, 제2 병렬 모듈의 전기적인 접속이 용이하게 이루어질 수 있다.

즉, 상기 제1, 제2 병렬 모듈의 서로 다른 극성(ex. 음극 및 양극)으로부터 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)의 쌍을 통하여, 쌍을 이루는 제1, 제2 출력 단자(121,122)는 좌우 측의 서로 격리된 위치에 형성될 수 있다.

도 5에는 본 발명과 대비되는 제1 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다. 도시된 제1 비교예에서는 전후 방향(Z1)으로 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM) 간에 직렬 연결을 형성하며, 버스 바(B2)가 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM)을 연결한다. 이러한 구조의 제1 비교예에서는, 배터리 팩의 제1, 제2 출력 단자(221,222)가 배터리 팩의 서로 반대되는 전방 및 후방으로 각각 인출된다. 이에 따라, 배터리 팩이 장착되는 세트 기기(미도시)와의 전기적인 연결이 어렵게 된다.

도 6에는 본 발명과 대비되는 제2 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다. 도시된 제2 비교예에서도 전후 방향(Z1)으로 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM) 간의 직렬 연결을 포함한다. 제2 비교예에서는 배터리 팩의 제1, 제2 출력 단자(321,322)를 배터리 팩의 전방 측으로 집중시키기 위해, 최후방 측의 병렬 모듈(PM)로부터 배터리 팩의 전방 측으로 연장되도록 배터리 팩의 종장을 가로질러 연장되는 단자 접속부재(T3)가 배치된다. 이렇게 배터리 팩의 종장을 가로질러 길게 연장되는 단자 접속부재(T3)는, 제1 출력 단자(321)의 전기적인 패스를 길게 연장시킴으로써 전기 저항에 따라 출력 손실을 초래하고, 배터리 팩의 종장을 가로지르는 단자 접속부재(T3)의 고정 및 절연 문제로, 배터리 팩의 전체 구조가 복잡화되고, 외부 진동이나 충격에 취약한 구조를 형성함으로써, 배터리 팩의 불량을 야기하는 요인으로 작용할 수 있다. 한편, 상기 제2 비교예에서도 전후 방향(Z1)으로 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM) 간에 직렬 연결을 형성하며, 버스 바(B3)가 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM)을 연결한다.

도 2에 도시된 본 발명의 배터리 팩에서는 제1, 제2 출력 단자(121,122)가 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 인접한 두 개의 병렬 모듈, 즉, 제1, 제2 병렬 모듈로부터 인출됨으로써, 배터리 팩이 장착되는 세트 기기(미도시)와의 전기적인 연결을 용이하게 형성할 수 있으며, 출력 단자(120)를 형성하기 위한 전기적인 패스를 단축시킴으로써, 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)의 고정과 절연 구조가 단순화될 수 있고, 외부 진동 및 충격에 대해 강건한 배터리 팩이 제공될 수 있다. 또한, 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)의 패스를 단축하고, 제1, 제2 단자 접속부재(T1,T2)의 고정 및 절연 구조를 단순화시킴으로써, 배터리 팩의 공간 활용성을 개선할 수 있고, 동일한 에너지 밀도 대비 보다 컴팩트화된 구조를 제공할 수 있다.

상기 배터리 팩의 전방 측에 제1, 제2 출력 단자(121,122)의 쌍이 모두 형성됨으로써, 배터리 팩의 후방 측에는 전기적 패스를 되돌리기 위한 크로스 접속부재(CC)가 배치될 수 있다. 상기 크로스 접속부재(CC)는 배터리 팩의 후방 측에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM) 간을 직렬 연결시킬 수 있다. 본 발명의 배터리 팩은, 전방으로부터 후방으로 가면서 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 간의 직렬 연결을 포함하되, 출력 단자(120)가 배치된 전방 측으로 전기적 패스를 되돌리기 위해, 가장 후방에 배치된 서로 이웃한 두 개의 병렬 모듈(PM), 즉, 최후방의 제m 병렬 모듈과, 제m-1 병렬 모듈의 직렬 연결을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 간의 연결은, 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B)에 의해 이루어질 수 있고, 최후방에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM) 간의 연결은, 전후 방향(Z1)과 좌우 방향(Z2)을 모두 추종하도록 대각선 방향으로 연장되는 크로스 접속부재(CC)에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 전후 방향(Z1)은 병렬 모듈(PM)이 배열되는 방향을 의미하고, 상기 좌우 방향(Z2)은, 병렬 모듈(PM)의 서로 다른 극성(음극 및 양극)이 배열된 방향으로, 상기 전후 방향(Z1)과 수직한 방향을 의미할 수 있다.

예를 들어, 서로 좌우 반전되는 패턴으로 배열된 병렬 모듈(PM)은, 서로 반대 극성끼리 마주하게 되므로, 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B)에 의해 서로 반대 극성끼리 직렬 연결될 수 있다.

배터리 팩의 최후방에 배치된 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 즉, 최후방의 제m 병렬 모듈과, 제m-1 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 배열되어, 서로 같은 극성끼리 마주할 수 있고, 이때, 최후방의 병렬 모듈(PM)을 연결해주는 크로스 접속부재(CC)는, 전후 방향(Z1) 및 좌우 방향(Z2)을 모두 추종하는 대각선 방향을 따라 연장되면서, 최후방에 배치된 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 즉, 최후방의 제m 병렬 모듈과, 제m-1 병렬 모듈의 서로 반대 극성끼리를 직렬 연결할 수 있다.

배터리 팩의 전방 단부에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 예를 들어, 제1, 제2 병렬 모듈은, 좌우 반대 측으로 제1, 제2 출력 단자(121,122)의 쌍이 인출되도록 좌우 반전 없이 배열될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩의 후방 단부에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 예를 들어, 최후방의 제m 병렬 모듈과, 제m-1 병렬 모듈도, 좌우 반전 없이 배열될 수 있다. 즉, 최후방에 배치된 제m, 제m-1 병렬 모듈은 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치될 수 있고, 이들 간의 직렬 연결을 위해, 크로스 접속부재(CC)가 대각선 방향으로 연장되면서 제m, 제m-1 병렬 모듈의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다.

도 7에는 본 발명과 대비되는 제3 비교예에 따른 배터리 팩의 구조가 도시되어 있다. 도시된 제3 비교예에서, 상기 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)으로 가면서 좌우 반전 없이 같은 배향으로 배열된 다수의 병렬 모듈(PM)을 포함한다. 또한, 상기 배터리 팩은, 서로 이웃하게 배열된 병렬 모듈(PM)을 직렬 연결하는 다수의 버스 바(B4)를 포함한다. 이때, 상기 병렬 모듈(PM)은 전후 방향(Z1)을 따라 좌우 반전 없이 같은 배향으로 배열됨으로써 서로 같은 극성끼리 마주하게 배치되며, 이에 따라 상기 버스 바(B4)는 전후 방향(Z1) 및 좌우 방향(Z2)을 함께 추종하도록 대각선 방향으로 연장되면서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM)의 반대 극성끼리를 직렬 연결하게 된다.

다수의 버스 바(B4)가 전후 방향(Z1) 및 좌우 방향(Z2)을 함께 추종하도록 대각선 방향으로 연장됨으로써, 상기 버스 바(B4)는, 이웃한 배터리 셀(110)의 상면을 가로질러 연장된다. 배터리 셀(110)의 상면에는 배터리 셀(110)의 과열이나 폭발을 방지하기 위한 벤트(미도시) 등의 안전 부품이 배치되는데, 배터리 셀(110)의 상면을 가로질러 배치되는 버스 바(B4)는, 이들 안전 부품의 작동을 방해할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(B4)는, 배터리 셀(110)의 상면에 형성된 벤트(미도시)로부터의 가스 배출을 방해함으로써, 순간적으로 해소될 필요가 있는 가스압의 배출이 지연됨으로써 배터리 셀(110)의 폭발을 초래할 위험이 있는 등, 배터리 셀(110)의 안전 동작을 방해할 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀(110)의 상면으로는, 전기 전도성을 갖는 다수의 부재들이 노출될 수 있는데, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 상면을 형성하는 캡 플레이트(미도시)나, 퓨즈, PTC 같은 전류 제한 소자(미도시)가 배터리 셀(110)의 상면 측에 배치될 수 있고, 배터리 셀(110)의 상면을 가로지르는 버스 바(B4)와 캡 플레이트(미도시), 또는 버스 바(B4)와 전류 제한 소자(미도시) 사이에서 전기적인 간섭이 발생될 위험이 있다.

특히, 배터리 셀(110)이 배열되는 전후 방향(Z1)과, 배터리 셀(110)의 전극(음극 및 양극)이 배치되는 좌우 방향(Z2)을 함께 추종하도록 대각선 방향으로 연장되는 버스 바(B4)는, 전후 방향(Z1)을 따라서만 연장되는 버스 바(B, 도 2 참조)와 비교할 때, 버스 바(B4)의 연장 길이가 길어지게 되므로, 전기적 패스의 증가에 따른 출력 손실은 물론이고, 배터리 셀(110)의 상면에서 야기될 수 있는 물리적, 전기적인 간섭에 그만큼 많이 노출될 수 밖에 없다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩에서는 서로 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM)을 서로 좌우 반전되는 패턴으로 배열시킴으로써, 서로 반대 극성끼리 마주하게 배치된 병렬 모듈(PM)을 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B)를 통하여 직렬 연결할 수 있다. 이에 따라, 버스 바(B)가 배터리 셀(110)의 상면을 가로지르는 길이를 최소한으로 단축시킬 수 있고, 배터리 셀(110)의 상면에서 야기될 수 있는 물리적, 전기적인 간섭을 원천적으로 회피할 수 있다.

본 발명에서 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 병렬 모듈(PM) 간의 연결은, 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B)에 의해 이루어지되, 배터리 팩의 후방 측에서 전기적 패스를 되돌리기 위한 크로스 접속부재(CC)는 전후 방향(Z1)과 좌우 방향(Z2)을 모두 추종하는 대각선 방향으로 연장되면서, 배터리 팩의 최후방에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 예를 들어, 최후방의 제m 병렬 모듈과, 제m-1 병렬 모듈 간을 직렬 연결시킬 수 있다.

배터리 팩의 전방 측에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 예를 들어, 제1, 제2 병렬 모듈은, 좌우 반대 측으로 제1, 제2 출력 단자(121,122)의 쌍이 인출되도록 좌우 반전 없이 배열될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩의 후방 측에서 서로 이웃한 병렬 모듈(PM), 예를 들어, 최후방에 배치된 제m, 제m-1 병렬 모듈도, 좌우 반전 없이 배열됨으로써, 최후방에 배치된 제m, 제m-1 병렬 모듈은 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치될 수 있고, 이들 간의 직렬 연결을 위해, 크로스 접속부재(CC)가 대각선 방향으로 연장되면서 제m, 제m-1 병렬 모듈의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 배터리 셀(110)의 상면을 대각선 방향으로 가로지르는 구성을 크로스 접속부재(CC)만으로 국한하고, 크로스 접속부재(CC)를 제외한 버스 바(B) 및 제1, 제2 단자 연결부재(T1,T2)는 모두 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로만 연장시킴으로써, 전기적 연결에 수반되어 배터리 셀(110)의 상면에서 야기될 수 있는 물리적, 전기적인 간섭을 최소화할 수 있다.

도 7에 도시된 제3 비교예에서는 배터리 팩의 제1, 제2 출력 단자(421,422)를 배터리 팩의 전방 측으로 집중시키기 위해, 최후방 측의 병렬 모듈(PM)로부터 배터리 팩의 전방 측으로 연장되도록 배터리 팩의 종장을 가로질러 연장되는 단자 접속부재(T4)가 배치된다. 이렇게 배터리 팩의 종장을 가로질러 길게 연장되는 단자 접속부재(T4)는, 제1 출력 단자(421)의 전기적인 패스를 길게 연장시킴으로써 전기 저항에 따라 출력 손실을 초래하고, 배터리 팩의 종장을 가로지르는 단자 접속부재(T4)의 고정 및 절연 문제로, 배터리 팩의 전체 구조가 복잡화되고, 외부 진동이나 충격에 취약한 구조를 형성함으로써, 배터리 팩의 불량을 야기하는 요인으로 작용할 수 있다.

도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 전기적인 연결을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다.

상기 배터리 팩은, 서로 다른 배터리 셀(110) 간의 전기적인 연결을 위한 버스 바(B`)를 포함할 수 있다. 상기 버스 바(B`)는, 각 배터리 셀(110)과의 접점을 형성하기 위한 가지부(BD`)와, 가지부(BD`) 사이를 연결하기 위한 연결부(BC`)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 버스 바(B`)는 서로 다른 배터리 셀(110)의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 버스 바(B`)는, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배치된 서로 다른 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결할 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(110) 간의 직렬 연결을 포함할 수 있다. 본 발명의 배터리 팩이, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(110), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 배터리 셀을 포함한다고 할 때, 제n 배터리 셀은, 전방 측으로 바로 옆에 배치되어 있는 이웃한 제n-1 배터리 셀과 연결되지 않는다. 유사하게, 상기 제n 배터리 셀은, 후방 측으로 바로 옆에 배치되어 있는 이웃한 제n+1 배터리 셀과 연결되지 않는다.

상기 제n 배터리 셀은, 전방 측으로는 제n-1 배터리 셀을 사이에 두고 떨어져 있는 제n-2 배터리 셀과 연결된다. 또한, 상기 제n 배터리 셀은 후방 측으로는 제n+1 배터리 셀을 사이에 두고 떨어져 있는 제n+2 배터리 셀과 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 제n 배터리 셀은 전방 측의 제n-2 배터리 셀과 서로 반대 극성끼리 직렬 연결되며, 상기 제n 배터리 셀은 후방 측으로는 제n+2 병렬 모듈과 서로 반대 극성끼리 직렬 연결된다.

예를 들어, 서로 이웃하게 배치된 제n 배터리 셀과 제n-1 배터리 셀에 있어, 제n 배터리 셀에 연결된 버스 바(B`)와, 제n-1 배터리 셀에 연결된 버스 바(B`)는, 서로로부터 이격된 서로 다른 버스 바(B`)이며, 이들 서로 다른 버스 바(B`)는 서로에 대한 접점을 형성하지 않는다. 다시 말하면, 서로 이웃하게 배치된 제n 배터리 셀과 제n+1 배터리 셀에 있어, 제n 배터리 셀에 연결된 버스 바(B`)와, 제n+1 배터리 셀에 연결된 버스 바(B`)는, 서로로부터 이격된 서로 다른 버스 바(B`)이며, 이들 서로 다른 버스 바(B`)는 서로에 대한 접점을 형성하지 않는다.

상기 제n 배터리 셀을 사이에 두고 서로로부터 떨어져 있는 제n-1 배터리 셀과 제n+1 배터리 셀은 버스 바(B`)에 의해 직렬 연결되어 있고, 상기 n-1 배터리 셀과 제n+1 배터리 셀을 서로 연결하는 버스 바(B`)는, 상기 제n 배터리 셀에 연결된 버스 바(B`)와는 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 배터리 셀(110) 간의 직렬 연결을 형성한다. 이러한 구조의 직렬 연결을 형성하기 위해, 교번되게 떨어져 있는 배터리 셀(110)은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 서로 반전되는 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 서로 직렬 연결되는 제n 배터리 셀과 제n-2 배터리 셀은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 뒤집어 배열되고, 또한, 서로 직렬 연결되는 제n 배터리 셀과 제n+2 배터리 셀은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 좌우 방향(Z2)으로 뒤집어 배열된다.

상기와 같이, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 교번되게 배열된 배터리 셀(110) 간에 서로 좌우 반대 방향으로 뒤집어 배치되는 반전 패턴을 형성하기 위해서는, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 2개의 배터리 셀(110) 마다 좌우 방향(Z2)이 뒤집어지도록 배열될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 이웃한 제n 배터리 셀과 제n-1 배터리 셀의 쌍은 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 배열되고, 또 다른 서로 이웃한 제n+1 배터리 셀과 제n+2 배터리 셀의 쌍도 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 배열된다. 그리고, 서로 이웃한 제n, 제n-1 배터리 셀의 쌍과, 또 다른 서로 이웃한 제n+1, 제n+2 배터리 셀의 쌍은 좌우 반전되도록 배열된다. 이와 같이, 전후 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 2개의 배터리 셀(110)의 쌍을 하나의 단위로 하여, 2개의 배터리 셀(110)의 쌍 마다 좌우 방향(Z2)이 뒤집어지도록 배열됨으로써, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 배터리 셀(110) 사이에서 서로 반대 극성끼리 마주하게 배치될 수 있고, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 배터리 셀(110) 사이를 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B`)로 연결함으로써, 직렬 연결을 용이하게 구현할 수 있다.

본 발명의 배터리 팩이, 전후 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(110), 즉, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 배터리 셀을 포함한다고 할 때, 배터리 팩의 출력 단자(120`)는 전방 단부의 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀로부터 각각 인출될 수 있다. 즉, 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 인접한 두 개의 배터리 셀(110), 즉, 제1, 제2 배터리 셀로부터 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)가 인출됨으로써, 전체 배터리 팩의 전방 측에 집중적으로 한 쌍의 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)가 인접하게 배치될 수 있고, 이러한 구조는 배터리 팩이 장착되는 세트 기기(미도시)와의 전기적인 연결을 용이하게 할 수 있다. 또한, 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)가 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 인접한 두 개의 배터리 셀(110), 즉, 제1, 제2 배터리 셀로부터 인출됨으로써, 출력 단자(120`)를 형성하기 위한 전기적인 패스를 단축할 수 있다.

쌍을 이루는 서로 반대 극성의 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)가 서로 좌우 반대 측에 배열되어 극성 간의 간섭이 발생하지 않도록, 배터리 팩의 전방 단부에서 서로 이웃한 제1, 제2 배터리 셀은 좌우 반전 없이 배열될 수 있다. 즉, 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)와, 이들 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)와 연결되는 제1, 제2 배터리 셀의 서로 다른 극성(ex, 음극 및 양극)이 좌우 측으로 정렬됨으로써, 제1, 제2 배터리 셀의 서로 다른 극성(ex. 음극 및 양극)으로부터 단순히 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 제1, 제2 단자 접속부재(T1`,T2`)의 쌍을 통하여, 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)와 제1, 제2 배터리 셀의 전기적인 접속이 용이하게 이루어질 수 있다.

상기 배터리 팩의 전방 측에, 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)의 쌍이 모두 형성됨으로써, 배터리 팩의 후방 측에는 전기적 패스를 되돌리기 위한 크로스 접속부재(CC`)가 배치될 수 있다. 상기 크로스 접속부재(CC`)는 배터리 팩의 후방 단부에서 서로 이웃한 배터리 셀(110), 즉, 최후방의 제m 배터리 셀과, 제m-1 배터리 셀 간을 직렬 연결시킬 수 있다.

예를 들어, 서로 이웃하지 않도록 교번되게 배열된 배터리 셀(110) 간의 연결은, 전후 방향(Z1)을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(B`)에 의해 이루어질 수 있고, 배터리 팩의 최후방에서 서로 이웃한 배터리 셀(110), 즉, 최후방의 제m 배터리 셀과, 제m-1 배터리 셀 간의 연결은, 전후 방향(Z1)과 좌우 방향(Z2)을 모두 추종하도록 대각선 방향으로 연장되는 크로스 접속부재(CC`)에 의해 이루어질 수 있다.

배터리 팩의 전방 측에서 서로 이웃한 배터리 셀(110), 즉, 제1, 제2 배터리 셀은, 좌우 반대 측으로 제1, 제2 출력 단자(121`,122`)의 쌍이 인출되도록 좌우 반전 없이 배열될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩의 후방 단부에서 서로 이웃한 배터리 셀(110), 즉, 최후방에 배치된 제m, 제m-1 배터리 셀(110)도 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치될 수 있으며, 이들 간의 직렬 연결을 위해, 크로스 접속부재(CC`)가 대각선 방향으로 연장되면서 제m, 제m-1 배터리 셀의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

110: 배터리 셀 120,120`: 출력 단자
121, 121`: 제1 출력 단자 122,122`: 제2 출력 단자
150: 엔드 플레이트
B,B`: 버스 바 BD,BD`: 버스 바의 가지부
BC,BC`: 버스 바의 연결부 CC,CC`: 크로스 접속부재
T1,T1`: 제1 단자 접속부재 T2,T2`: 제2 단자 접속부재
BF: 전방 버스 바 BR: 후방 버스 바
BDF: 전방 가지부 BDR: 후방 가지부

Claims

다수의 병렬 모듈; 및
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않은 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 버스 바;를 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 병렬 모듈을 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제2항에 있어서,
상기 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 교번되게 서로 떨어져 있는 한 쌍의 병렬 모듈을 각각 연결하도록 다수로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 병렬 모듈 각각은, 서로 같은 극성끼리 병렬 연결되어 있는 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 버스 바는,
각 병렬 모듈 내의 배터리 셀을 같은 극성끼리 병렬 연결하면서, 서로 다른 병렬 모듈을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 버스 바가 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 전방 병렬 모듈과 후방 병렬 모듈을 서로 연결할 때,
상기 버스 바는,
전방 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 전방 가지부;
후방 병렬 모듈에 포함된 일군의 배터리 셀과 각각 접점을 형성하기 위한 일군의 후방 가지부; 및
상기 일군의 전방 가지부 각각과, 일군의 후방 가지부 각각과 연결을 형성하면서 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 일 방향으로 연장되는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,n-2,n-1,n,n+1,n+2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때
상기 버스 바는,
상기 제n-2 병렬 모듈과 제n 병렬 모듈을 서로 연결하는 전방 버스 바; 및
상기 제n-1 병렬 모듈과 제n+1 병렬 모듈을 서로 연결하는 후방 버스 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제7항에 있어서,
상기 전방 버스 바와, 상기 후방 버스 바는 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 전방 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 연장되는 연결부와, 상기 제n-2 병렬 모듈 및 제n 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 상기 연결부로부터 돌출된 가지부의 쌍을 포함하고,
상기 후방 버스 바는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 연장되는 연결부와, 상기 제n-1 병렬 모듈 및 제n+1 병렬 모듈과 접점을 형성하도록 상기 연결부로부터 돌출된 가지부의 쌍을 포함하며,
상기 전방 버스 바의 가지부의 쌍과 상기 후방 버스 바의 가지부의 쌍은 서로 맞물리도록 콤(comb) 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 병렬 모듈은 좌우 방향을 따라 배열된 서로 다른 극성을 포함하고,
상기 버스 바에 의해 연결되는 서로 교번되게 배치된 병렬 모듈은, 서로 반대 극성끼리 마주하도록 서로에 대해 좌우 반전되는 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제10항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 서로 이웃하는 병렬 모듈의 쌍을 하나의 단위로 하여, 상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 좌우 반전되는 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 쌍을 이루는 두 개의 병렬 모듈은 좌우 반전 없이 배열되며,
서로 이웃한 병렬 모듈의 쌍과, 또 다른 서로 이웃한 병렬 모듈의 쌍은 서로 좌우 반전되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라 배터리 팩의 전방 단부 또는 후방 단부 중에서 어느 하나의 단부로부터 함께 인출되는 것으로, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자를 더 포함하는 배터리 팩.
제13항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때
상기 제1, 제2 출력 단자는, 제1, 제2 병렬 모듈로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 출력 단자와 상기 제1, 제2 병렬 모듈 사이를 각각 연결하기 위해, 상기 배터리 모듈의 배열 방향을 따라 일 방향으로 연장되는 제1, 제2 단자 접속부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 출력 단자가 인출되는 제1, 제2 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 병렬 모듈의 배열 방향을 따라, 상기 병렬 모듈이, 제1,2,..,m-1,m 병렬 모듈을 포함할 때
상기 제m 병렬 모듈과 상기 제m-1 병렬 모듈은, 대각선 방향으로 연장되는 크로스 접속부재에 의해 서로 다른 극성끼리 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제17항에 있어서,
상기 크로스 접속부재에 의해 서로 연결되는 상기 제m-1 병렬 모듈과 제m 병렬 모듈은, 좌우 반전 없이 서로 같은 극성끼리 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제17항에 있어서,
상기 병렬 모듈은 좌우 방향을 따라 배열된 서로 다른 극성을 포함하고,
상기 크로스 접속부재는, 상기 병렬 모듈의 배열 방향과, 상기 좌우 방향을 동시에 추종하도록 대각선 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
다수의 배터리 셀; 및
상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않도록 교번되게 서로 떨어져 있는 배터리 셀을 서로 다른 극성끼리 직렬 연결하는 버스 바;를 포함하는 배터리 팩.