KR20210049018A

KR20210049018A - 내진동성이 우수한 배터리팩

Info

Publication number: KR20210049018A
Application number: KR1020200139782A
Authority: KR
Inventors: 황만용; 김종호; 김종복; 김종운; 이해수; 김상준; 서현정
Original assignee: 신흥에스이씨주식회사
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-05-04
Also published as: KR102466946B1

Abstract

본 발명은 내진동성이 우수한 배터리팩을 개시한다.
본 발명에 따르는 내진동성이 우수한 배터리팩은 스틸재질의 원통형으로 이루어진 다수개의 배터리셀과, 상기 배터리셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 버스바와 배터리셀들과의 사이에 접착층을 구비하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 배터리팩의 확장성을 확보하고 다양한 본딩이나 볼팅, 인서팅 등으로 배터리 팩 모듈을 패키징하여 그에 의하여 발생되는 다수의 연결점에서 필연적으로 발생하는 전기 접촉저항을 근본적으로 방지하며, 불균일한 접촉저항으로 인한 발란스 손상이나 핫스팟 발생으로 충방전 효율이 낮아지고 내구성이 감소하는 문제를 해결하는 효과가 있다.

Description

내진동성이 우수한 배터리팩{Battery pack with vibration resistant property}

본 발명은 내진동성이 우수한 배터리팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리팩의 확장성을 확보하고 다양한 본딩이나 볼팅, 인서팅 등으로 배터리 팩 모듈을 패키징하여 그에 의하여 발생되는 다수의 연결점에서 필연적으로 발생하는 전기 접촉저항을 근본적으로 방지하며, 불균일한 접촉저항으로 인한 발란스 손상이나 핫스팟 발생으로 충방전 효율이 낮아지고 내구성이 감소하는 문제를 해결하는 내진동성이 우수한 배터리팩에 관한 것이다.

통상적으로 충전 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.

특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.

리튬 이차전지는 작동 전압이 36V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.

여기서, 원통형 이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함하는데, 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비하고, 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많으며, 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극탭을 각각 구비할 수 있다.

전극 조립체는 케이싱의 내부에 수납되고, 케이싱의 외부로는 전극 단자가 노출될 수 있다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 이차전지를 복수개 수평 또는 수직으로 적층되어 배터리 팩이 형성될 수 있는데, 배터리 팩에서 이웃하여 적층되는 이차 전지들은 전극 단자들이 전기적으로 상호 연결될 수 있고, 이웃하는 이차 전지들의 전극 단자들이 버스 바, 부스플레이트에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 배터리팩의 예로서 대한민국 공개특허공보 제2016-111457호을 들어 보면, 도 11에서 볼 수 있듯이, 에너지 저장 시스템은, 여기에서 2개의 전지들이 나타나 있는 에너지 저장 요소들의 상호 연결된 어레이를 포함하며, 전지들은, 한쌍의 대향하는 크램셸(상단 크램셸(104) 및 하단 크램셸(106))에 의해 (예를 들면, 특정 토크 값으로) 제자리에 물리적으로 고정 및 유지된다.

예를 들면, 크램셸들은 각 전지의 각각의 단부를 노출시키는 개구부를 갖는다. 다른 실시예에서, 전지들은, 전지들간에 인터리브되는 구조 등의 다른 기술에 의해 고정될 수 있다.

여기에서, 플렉시블 인쇄 회로(108)는, 전지(102)의 전기 단자들을 그 위에 가로 놓여 연결하고, 이 실시예에서, 플렉시블 인쇄 회로는, 플렉시블 하단 절연층(112)과 플렉시블 상단 절연층(112) 사이에 플렉시블 전도층(110)이 개재되게 되는 3개의 층을 포함한다.

전도층은, 구리 등의 균일한 금속층일 수 있고, 절연층은 균일한 폴리이미드층(예를 들면, Kapton(등록상표) 재료)일 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 다른 재료가 상술한 재료 대신에 또는 그와 조합되어 사용될 수 있다.

여기에서, 전지(102)는 일 단부에 단자들을 갖는 평탄한 상단을 갖는 재충전 가능한 배터리 전지의 일종이고, 특히, 각 전지는 중앙의 양극 단자(116) 및 둘레의 환상(環狀)의 음극 단자(118)를 갖으며, 예를 들면, 환상의 음극단자는, 전지의 길이를 따라 연장되고 전지의 다른 단부(즉, 이 예에서는 하단 단부)를 형성하는 전지의 메인 하우징(예를 들면, 전지 캔)의 일부이거나, 그 위에 장착될 수 있다.

플렉시블 인쇄 회로(108)의 패터닝은 하단 절연층(112)에 다이 컷영역(120)을 형성해서, 전도층(110)의 노출된 부분들을 전기 접촉 가능하게, 예를 들면 전지(들)의 단자들에의 선택적 연결을 가능하게 하다. 여기에서, 상단 절연층(114)의 다이 컷 영역(122)은, 전도층(110)의 노출된 부분이, 장치와 상호 작용하는 전도층의 부분과 접합될 하지층(예를 들면, 전지(102)의 단자) 사이의 전기 기계적 연결을 형성하는 장치를 수용하게 할 수 있다.

전기적 접합을 만드는 데에는, 복수의 여러 유형의 장치 및 기술의 어느 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 서 스폿 용접(124)으로, 개개의 전지의 각 단자에 전도층(110)의 부분들을 접합한다.

이러한 에너지 저장 시스템은, 단순히 하나의 예를 들면, 전기 자동차에서 추진 에너지원으로서 구현될 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템에서 다수의 전지들이 상호 연결되어 차량을 작동시키는 어레이(예를 들면, 배터리 팩)를 형성할 수 있고, 이 예에서, 조립체(100)는 히트 파이프(126)의 증발단(126A)과 전지(102)의 하단 사이에 전기적 절연층(128)을 갖으며, 이 층은 히트 파이프(금속 컴포넌트일 수 있음)와 전지 하우징 사이의 전기적 접촉을 방지하고, 예를 들면, TIM(thermal interface material)은 전지 하단의 양극 단자를 전기적 절연하면서, 동일한 면을 통해 전지의 냉각/가열을 가능하게 하는데 사용될 수 있으며, 일부 실시예에서, 이 조립체는, 히트 파이프에 전기적 절연층을 부착하고, (예를 들면, 각 전지의 위치에서) 해당 층의 상단에 접착제를 부착하고, 이어서 해당 층에 전지 또는 전지들을 위치 결정함으로써 제조되나, 이러한 구조는 단위 배터리에 문제가 있어 폭발이나 화재시 인접한 배터리에 악영향을 미쳐 큰 화재로 확대될 위험을 내재하고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리팩의 확장성을 확보하고 다양한 본딩이나 볼팅, 인서팅 등으로 배터리 팩 모듈을 패키징하여 그에 의하여 발생되는 다수의 연결점에서 필연적으로 발생하는 전기 접촉저항을 근본적으로 방지하며, 불균일한 접촉저항으로 인한 발란스 손상이나 핫스팟 발생으로 충방전 효율이 낮아지고 내구성이 감소하는 문제를 해결하는 내진동성이 우수한 배터리팩을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 스틸재질의 원통형으로 이루어진 다수개의 배터리셀과, 상기 배터리셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 버스바와 배터리셀들과의 사이에 접착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 접착층은 버스바의 접합부 주변에 형성되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 접착층은 실리콘계 접착제를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 배터리 팩은 복수의 배터리셀, 배터리셀이 결합되어 통전되는 셀홀더, 복수의 셀홀더의 상부에 설치되어 배터리셀의 통전되게 하는 버스바를 포함하고, 상기 셀홀더의 상부홀더의 일측에 돌출 결합부를 마련하여 케이스와 접합되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 셀홀더는 충격 강도가 12 내지 16인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 돌출 결합부에 나사홀에 마련되어 케이스의 대향홀을 통해 체결되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 대향홀을 마련한 케이스부재는 상부케이스와 하부케이스로 분절되며, 분절된 각각의 부분에 절곡되어 연장된 접합슬리브를 구비한 것일 수 있다.

본 발명에 따르는 내진동성이 우수한 배터리팩에 의하면, 배터리팩의 확장성을 확보하고 다양한 본딩이나 볼팅, 인서팅 등으로 배터리 팩 모듈을 패키징하여 그에 의하여 발생되는 다수의 연결점에서 필연적으로 발생하는 전기 접촉저항을 근본적으로 방지하며, 불균일한 접촉저항으로 인한 발란스 손상이나 핫스팟 발생으로 충방전 효율이 낮아지고 내구성이 감소하는 문제를 해결하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 버스바를 용접된 형상을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명에 따르는 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 버스바를 용접된 형상을 보여주는 사진이며,
도 3은 본 발명의 셀홀더에 마련된 돌출 결합부를 보여주는 사진이고,
도 4는 본 발명의 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 전극에 버스바가 용접된 사진으로, 버스바의 홀을 통해 셀홀더의 돌출 결합부에 돌출되어 케이스에 체결되기 전의 형상을 보여주며,
도 5는 본 발명에 따르는 상하부케이스가 체결된 형상을 사시적으로 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 상하부케이스의 접합슬리브을 확대한 그림이며,
도 7은 외력이 인가되어 케이스를 통하여 접합슬리브의 탄성운동을 통하여 외력이 해소되는 형상을 나타낸 그림이고,
도 8은 본 발명의 셀홀더를 사시적으로 나타낸 그림과 측면에 구비된 래치부를 보여주는 도면이며,
도 9는 본 발명의 버스바에 따르는 일 실시예를 제1,2 버스바를 분리하여 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 배터리 팩을 분리하여 구성요소별로 노출시킨 사시도이며,
도 11은 종래의 패터리팩의 측면 일부를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 에너지저장용 배터리팩을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따르는 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 버스바를 용접된 형상을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따르는 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 버스바를 용접된 형상을 보여주는 사진이며, 도 3은 본 발명의 셀홀더에 마련된 돌출 결합부를 보여주는 사진이고, 도 4는 본 발명의 배터리셀이 셀홀더에 매립되고 전극에 버스바가 용접된 사진으로, 버스바의 홀을 통해 셀홀더의 돌출 결합부에 돌출되어 케이스에 체결되기 전의 형상을 보여주며, 도 5는 본 발명에 따르는 상하부케이스가 체결된 형상을 사시적으로 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 상하부케이스의 접합슬리브을 확대한 그림이며, 도 7은 외력이 인가되어 케이스를 통하여 접합슬리브의 탄성운동을 통하여 외력이 해소되는 형상을 나타낸 그림이고, 도 8은 본 발명의 셀홀더를 사시적으로 나타낸 그림과 측면에 구비된 래치부를 보여주는 도면이며, 도 9는 본 발명의 버스바에 따르는 일 실시예를 제1,2 버스바를 분리하여 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 배터리 팩을 분리하여 구성요소별로 노출시킨 사시도인데, 이를 참고한다.

본 발명에 따르는 내진동성이 우수한 배터리팩은 스틸재질의 원통형으로 이루어진 다수개의 배터리셀(100)과, 상기 배터리셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하는 버스바(200)를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 버스바와 배터리셀들과의 사이에 접착층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 접착층은 버스바의 접합부 주변에 형성되는 것일 수 있고, 또한 복수의 완충다리를 감싸는 것일 수 있으며, 가스홀에 매립되는 것일 수 있고, 실리콘계 접착제를 포함하는 것일 수 있는데, 이에 대하여 자세하게 후술한다.

아울러, 상기 배터리팩은 상기 버스바의 하부에 배치되는 내염층(150)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우에 상기 내염층(150)은 버스바와 셀홀더와의 사이에 밀착되어 개재되는 것일 수 있고, 상기 버스바의 접합부(221)에 대향하는 위치에 관통홀(151)을 구비할 수 있다.

다음, 상기 배터리팩은 복수의 배터리셀(100), 배터리셀(100)이 결합되어 통전되는 셀홀더(300), 복수의 셀홀더(300)의 상부에 설치되어 배터리셀(100)의 통전되게 하는 버스바(200)를 포함하고, 배터리 팩의 외장을 감싸며 보호하는 케이스부재(400) 및 BMS홀더(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 배터리셀(100)은 원통형으로 이루어져 1쌍의 셀홀더(300) 사이에 설치되고, 상기 셀홀더(300)는 배터리셀(100)의 상부와 하부에 결합할 수 있도록 삽입홀(330)이 형성된 상부홀더(310)와 하부홀더(320)로 이루어진다.

또한, 상기 상부홀더(310)와 하부홀더(320)는 다수개의 배터리셀(100)이 레이저 빔 스캔으로 접합 가능하도록 평탄한 단위구간(scan area)이 반복되게 형성되고, 측면에는 돌기 및 홈이 형성되어 인접되는 상부홀더(310) 서로 결합이 이루어지는 래치부(340)가 형성되는데, 즉, 상기 래치부(340)는 셀홀더(300)와 셀홀더(300)를 연결할 수 있도록 하고, 상기 래치부(340)는 상부홀더(310)에만 구성되는 것은 아니며 하부홀더(320)에도 동일하게 형성될 수 있다.

상기 상부홀더(310)의 일측에는 돌출 결합부(350)가 구성되어 버스바(200)가 결합 될 수 있도록 하며, 상기 돌출 결합부(350)는 다수개의 배터리셀(100)이 레이저 빔 스캔으로 접합 가능하도록 평탄한 단위구간(Scan area)이 반복되게 형성된 구간 사이에 위치된다.

더 나아가 상기 돌출 결합부(350)에는 나사홀에 마련되어 케이스에 마련된 대향홀(450)에 볼트와 같은 체결수단으로 체결할 수 있어 움직이 차량으로 부터 전달되는 충격을 케이스로 전달할 수 있어 내진동성을 향상시킬 수 있다.

여기서 상기 케이스부재(400)는 복수의 셀홀더(300)의 상부에 설치되어 배터리셀(100)의 통전되게 하는 버스바(200)를 내입하여 고정하는 하우징으로, 상부케이스(410)와 하부케이스(420)로 분절하여 마련되며, 분절된 각각의 부분에 절곡되어 연장된 접합슬리브(412, 422)을 정렬시켜 나사홀에 볼트와 같은 체결수단(B)으로 체결함으로써, 외부에서 가해지는 충격이 상기 돌출 결합부(350)를 통해 상하부케이스(410, 420)으로 전달되고, 접합슬리브(412, 422)에서 슬리브가 형성된 방향으로 탄성운동(DE: direction of elastic)을 하며 힘을 해소시킬 수 있으므로, 내진동성이 향상될 수 있다.

그리고 상기 셀홀더(300)는 배터리셀(100)의 배열에 따라 배향되도록 하여 배터리모듈을 이루는 설계된 전압의 단자로서 일체로 구비된 버스바(200)의 크기에 따라 셀홀더(300)에 수용되는 배터리셀(100)의 개수에 맞게 구비하여 배터리팩의 확장성을 담보할 수 있다.

바람직하게는, 배터리셀(100)이 모듈화된 배터리모듈에서 사용될 수 있는 셀홀더(300)의 삽입홀(330)의 16 내지 20개로 형성하여, 셀홀더(300)의 표준화를 정할 수 있다.

또한, 상기 셀홀더(300)는 배터리셀(100)을 고정할 수 있는 한 특별하게 재질을 한정할 것은 아니나, 단락이나 누전의 우려를 예방하기 위하여 플라스틱재로 사출하여 배터리셀(100)이 배열되어 사용중에 틀어지거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 플라스틱재는 ABS 수지, 가교폴리에틸렌(PEX, XLPE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌(PB), 폴리부틸렌테레프탈레이드(PBT), 폴리카보네이트폴리에텔에테르케톤(PEEK), 폴리에스터(PEs), 폴리에틸렌(PE, PET, PETE), 폴리이미드(PI), 폴리락트산(PLA), 아세탈, 폴리페닐에테르(PPE), 폴리술폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌, 스티렌말레산무수물(SMA), 스티렌아크릴로니트릴(SAN), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리아미드(PA), 폴리에스터(PES), 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PU), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 특별히 재질을 한정할 것은 아니나, 충격 강도(Izod Notch)가 12 내지 16인 것일 수 있는데, 만일 12 미만이면, 외부충격으로 파손될 수 있고, 특히 케이스와 체결된 돌출 결합부(350)가 파손될 수 있고, 반대로 16을 초과하면 플라스틱재의 가공성이 떨어지고 배터리내입시 공차로 인하여 배터리의 삽입이 어려울 수 있다.

여기서, 상기 충격 강도(Izod Notch)는 클램핑토그(Nm)를 20으로 기준하여 12 내지 16 kJ/㎡을 나타낸다.

아울러, 상기 셀홀더(300)와 배터리셀(100)과의 사이에는 접착층을 두어 셀홀더에 배터리셀의 고정을 강화할 수 있는데, 셀홀더에 미리 접착제를 두고 배터리셀을 삽입하거나 셀홀더에 배터리셀을 먼저 삽입한 경우에는 접착제는 젤이나 액상타입으로 준비하여 셀홀더를 침지하여 셀홀더와 배터리와의 사이에 접착제가 침투하도록 한 후에 경화시켜 접착층을 구비할 수 있다.

또한 상기 접착제로는 배터리셀을 견고하게 고정하고 습기의 침투를 방지할 뿐만 아니라 열전도성이 있어 배터리셀에서 발생되는 열을 외부로 방열할 수 있는 재료가 바람직한데, 예를 들면 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다.

이러한 실리콘계 접착제는 오르가노폴리실록산, 경화제로 유기과산화물, 열전도성 충전제, 그리고 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 규소 화합물을 포함하는 조성물을 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무일 수 있다.

상기 열전도성 충전제는 산화티타늄, 수산화알루미늄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.

한편, 상기 버스바(200)는 제1버스바(220)와 제2버스바(210)를 포함하고, 상기 제1버스바(220)와 제2버스바(210)는 대칭적으로 배치되어, 다수개의 배터리셀(100)을 개재시켜 고정하는 배터리모듈인 것을 특징으로 하는데, 상기 제1버스바(220)는 배터리셀(100)과 접촉되어 고출력의 전류가 통하도록 이루어지는 것은 물론 열을 방출시킬 수 있도록 히트싱크(heat sink)로 작동할 수 있다.

상기 제1버스바(220)는 소정 간격이 이격되어 배터리셀(100)로 통전이 이루어지도록 단위통전부(220')가 형성되고, 상기 단위통전부(220')는 접합부(221)와 복수의 완충다리(222)로 이루어진다.

또한, 상기 제1버스바(220)는 Al 소재로 이루어져 0.3mm의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 한정하는 것은 아니며, 제2버스바(210)의 두께와 같거나 또는 얇게 형성될 수 있으며, 상기 단위통전부(220')의 접합부(221)보다 배터리셀(100)이 인입되는 개구부가 더 크게 형성되는데, 이는 접합부(221)의 면적확보와 동시에 빔 스캔시 간섭을 회피하기 위한 목적이다.

상기 접합부(221)는 배터리셀(100)의 전극단자가 접합되어 통전이 이루어지도록 제1버스바(220)에서 이격되게 구비되고, 상기 복수의 완충다리(222)는 접합부(221)와 제1버스바(220)가 연결되게 한다.

상기 접합부(221)는 배터리셀의 음극단자 두께 이하로 형성되는 것이 바람직한데, 즉 상기 접합부(221)는 전극단자와 맞닿게 배치되고, 그 부분을 용접하여 전기적 통전이 가능하도록 할 수 있고, 통상 양극단자는 캡업(cap up)이 전극인 돌기와 통기공을 구비하고 있어 레이저용접시 고에너지에 의하여 관통되어도 이차배터리 내부에 손상의 우려가 덜 하나, 음극 단자인 배터리셀(100)의 바닥면은 배터리셀(100)소재에 있어서 손상 발생시 이차전지의 불량이 즉시 발생될 우려가 있으며, 상기 접합부(221)는 저항용접을 수행하여 용접으로 인한 불량 발생을 미연에 방지할 수 있고, 이 경우 저항용접이 가능한 소재로 알루미늄이나 구리를 사용할 수 있음은 물론, 니켈이나 주석이 코팅된 구리를 사용할 수 있다.

더 나아가 니켈, 니켈합금, 구리, 양백, 철 또는 SPCE를 판재(plate)나 스트립(strip) 형태로 채용하여 프레스 가공을 통하여 접합부, 연장부를 성형할 수 있어 가공성이 우수하며, 경시적으로 발생할 수 있는 접촉저항 증가도 예방할 수 있으며, 특히 배터리 양극단자와 음극단자를 포함하는 전극단자를 구성하는 금속은 니켈이나 니켈 합금의 경우가 많아 니켈이나 그 합금으로 접합부를 구성하면 용접이 효율성이 증가할 수 있다.

그리고 상기 완충다리(222)와 완충다리(222) 사이에는 가스홀(223)이 형성되고, 상기 가스홀(223)은 배터리셀(100)의 벤트 시 가스가 배출될 수 있도록 한다.

상기 제1버스바(220)의 일측에는 터미널(212)가 더 구성되고, 상기 터미널(212)은 BMS홀더(500)가 결합될 수 있도록 볼트가 형성된다.

상기 제2버스바(210)는 제1버스바(220)의 일측에 부분적으로 접촉되게 밀착된 상태로 레이저 접합 될 수 있도록 소정 간격을 두고 진입홀(211)이 다수개가 형성되며, 진동에 의한 오픈방지성을 구비하도록 이루어지고, 상기 제2버스바(210)는 Al 소재로 0.5mm에서 1mm의 두께로 이루어진다.

상기의 오픈방지성은 차량의 운행중 발생하는 다양한 진동에 의하여 전극 단자와 접합부간에 전기적으로 발생될 수 있는 오픈(open)을 방지한다는 것으로, 전극 단자와 접합부간 내구성이 확보된 결합이나 고정에 의하여 담보될 수 있다.

이러한 상기 버스바(210, 220)와 셀홀더와의 사이에는 내염층(150)이 밀착되어 개재되어 있다.

본 발명에 따르는 내발화성이 우수한 배터리팩은 상기 배터리셀과 버스바와는 접합부(221)와 배터리셀의 전극 단자와 용접되어 있으므로, 차량에 탑재되는 경우에 운행중인 차량으로부터 인가되는 진동에 의하여 어느 한 군데의 용접 부분에 손상이 될 우려가 있으며, 상기 버스바(210, 220)와 셀홀더와의 사이에는 내염층(150)이 밀착되어 외부에서 오는 충격이나 진동을 흡수하는데 도움이 될 수 있어 내구성에 이익이 될 수 있다.

더불어서 또한, 이러한 밀착성이 확보됨으로써 배터리셀들의 작동으로 인한 발생되는 고온의 열을 외부로 방열하기에도 유익하다

따라서, 상기 내염층(150)은 밀착성을 일정하게 하기 위하여 상기 버스바(210, 220)와 셀홀더와의 거리에 비하여 0.9 내지 1.1 배의 두께를 갖는 것이 바람직한데, 만일 0.9배 미만이면 내염층이 버스바 또는 셀홀더와 닿는 부분이 적어지게 되어 방열성이 저감될 수 있으며, 반대로 1.1배를 초과하면, 밀착성에는 도움이 클 수 있으나, 상기 접합부(221)와 배터리셀의 전극 단자와 용접이 어려워 공정성이 저감될 수 있다.

또 한편, 상기 내염층(150)은 밀착성과 동시에 공정성을 가져야 하므로, 용접을 위하여 가압시에 수축되고 용접후에 다시 원래대로 복귀할 수 있는 탄성을 구비할 필요가 있는데, 내염층의 인장 탄성률은 0.1 내지 1㎬이 바람직한데, 만일 0.1㎬ 미만이면 용접을 위하여 가압시에 형태 변형이나 손상이 발생될 수 있고, 반대로 1㎬을 초과하면 용접 계면에 가압이 어려워 용접불량이 다발할 수 있다(박막 플라스틱 시트의 인장강도 특성을 평가하는 기준(ASTM D882)).

아울러, 상기 내염층(150)은 실리콘, 운모를 포함할 수 있는데, 실리콘이나 운모를 각각 또는 혼합하여 시트나 패드를 사용할 수 있다.

상기 실리콘 시트는 오르가노폴리실록산, 경화제로 유기과산화물, 열전도성 충전제, 그리고 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 규소 화합물을 포함하는 조성물을 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무이다

또한, 상기 운모시트는 시트의 총중량을 기준으로 운모 분말이 30 중량% 이상일 수 있고, 섬유질 성분을 함유할 수 있고, 운모 분말은 30 내지 300 ㎡/g인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 섬유질 성분은 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유를 사용할 수 있고, 보강제로 실리카 분말, 카본블랙 분말을 더 사용할 수 있다.

아울러, 상기 운모는 여러가지 종류를 사용할 수 있고, 예를 들어 백운모 또는 금운모가 사용될 수 있으며, 백운모는 전기 절연용으로 바람직하고 금운모는 화염 장벽용으로 바람직하다.

이러한, 상기 내염층(150)은 2.5KV 내지 12KV정도의 내전압성을 갖을 수 있는데, 만일 2.5KV 미만이면 배터리 모듈 이상작동시에 과전류로 인한 과부하로 절연파괴가 발생될 수 있고, 반대로 12KV를 초과하면 방열특성이 떨어진다.

또한, 상기 내염층(150)의 전도성은 1 내지 5Watt/mK가 바람직한데, 만일 1 Watt/mK 미만이면, 방열 특성이 줄어들어 배터리에서 발생되는 발열 및 외부로부터의 열전달이 느려 결과적으로 방열성이 저감되고, 반대로 5 Watt/mK를 초과하면, 소재에 사용되는 금속산화물의 함량 증가에 의해 절연특성이 줄어들어 내전압 특성이 감소할 수 있는 문제와 넓은 면적의 배터리 전극에 사용되는 소재이므로 소재 비용 상승을 초래하는 단점이 될 수 있다.

배터리셀(100), 버스바(200), 내염층(150), 접합부(221), 관통홀(151), 셀홀더(300), 케이스부재(400), BMS홀더(500).

Claims

스틸재질의 원통형으로 이루어진 다수개의 배터리셀과, 상기 배터리셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
상기 버스바와 배터리셀들과의 사이에 접착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.
제 1 항에 있어서,
상기 접착층은 버스바의 접합부 주변에 형성되는 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.
제 1 항에 있어서,
상기 접착층은 실리콘계 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진동이 우수한 배터리팩.
제 1 항에 있어서,
상기 배터리 팩은 복수의 배터리셀, 배터리셀이 결합되어 통전되는 셀홀더, 복수의 셀홀더의 상부에 설치되어 배터리셀의 통전되게 하는 버스바를 포함하고,
상기 셀홀더의 상부홀더의 일측에 돌출 결합부를 마련하여 케이스와 접합되는 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.
제 4 항에 있어서,
상기 셀홀더는 충격 강도가 12 내지 16인 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.
제 4 항에 있어서,
상기 돌출 결합부에 나사홀에 마련되어 케이스의 대향홀을 통해 체결되는 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.
제 5 항에 있어서,
상기 대향홀을 마련한 케이스부재는 상부케이스와 하부케이스로 분절되며, 분절된 각각의 부분에 절곡되어 연장된 접합슬리브를 구비한 것을 특징으로 하는 내진동성이 우수한 배터리팩.