KR20210086089A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20210086089A
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안병국
윤창용
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀과, 다수의 배터리 셀이 조립되는 홀더로서, 배터리 셀이 배치되는 셀 영역과, 외주(circumference)끼리 인접한 셀 영역들 사이에 형성되어 적어도 하나의 셀 영역과 유체적으로 연결되며 충진 수지가 채워진 웰 영역을 포함하는 홀더를 구비한다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 전기 접속을 보호하기 위한 충진 수지의 구조가 개선되면서도, 충진 수지의 주입량을 필요한 한도로 규제함으로써 재료 비용의 절감 및 경량화에 유리한 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 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, 배터리 셀의 전기 접속을 보호하기 위한 충진 수지의 구조가 개선된 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는, 충진 수지의 주입량을 필요한 한도로 규제함으로써 재료 비용의 절감 및 경량화에 유리한 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 배터리 팩은,
다수의 배터리 셀; 및
다수의 배터리 셀이 조립되는 홀더로서, 배터리 셀이 배치되는 셀 영역과, 외주(circumference)끼리 인접한 셀 영역들 사이에 형성되어 적어도 하나의 셀 영역과 유체적으로 연결되며 충진 수지가 채워진 웰 영역을 포함하는 홀더;를 구비한다.
예를 들어, 상기 웰 영역은, 외주(circumference)끼리 인접한 세 개의 셀 영역 사이에 형성되며, 상기 세 개의 셀 영역 중에서 어느 하나의 셀 영역과 유체적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역은, 이웃한 셀 영역과 경계를 형성하는 세 변으로 둘러싸이며, 각각의 변은 각각의 서로 다른 셀 영역과 경계를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역은, 웰 영역의 중앙을 향하여 볼록한 원호를 각각의 변으로 하는, 세 변이 서로 맞닿아 형성된 커브진 삼각형 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역의 세 변 중에서 하나의 변은, 해당되는 변을 통하여 구획되는 이웃한 셀 영역을 향하여 적어도 일부가 개방되어 있는 개방 변으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역은, 상기 개방 변을 통하여 셀 영역과 유체적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀 외주 상에는 상기 개방 변을 통하여 웰 영역과 연결된 충진 수지가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 충진 수지는, 배터리 셀 외주 상에서 배터리 셀 외주를 따라 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 영역은, 셀 영역을 사이에 두고 서로 반대 편에서 마주하는 제1, 제2 웰 영역과 유체적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역은,
상기 셀 영역의 단자 홀과 연결되는 제1 웰 영역; 및
상기 셀 영역의 단자 홀과 연결되지 않는 제2 웰 영역;을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 웰 영역은, 제1 웰 영역을 구획하는 커브진 세 변 중에서 단자 홀과 연결되는 개방 변을 갖고,
상기 제2 웰 영역은, 제2 웰 영역을 구획하는 커브진 세 변 중에서 각 변으로부터 각 변이 구획하는 서로 다른 셀 영역의 단자 홀까지의 거리가 가장 먼 변을 개방 변으로 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 단자 홀은, 배터리 셀의 상단 테두리를 노출시키는 제2 단자 홀에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 영역은, 서로 이웃하며 일 방향을 따라 배열되는 제1, 제2 열의 셀 영역을 포함하고,
상기 제1, 제2 웰 영역은, 제1, 제2 열의 셀 영역 사이에서 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 웰 영역은, 두 개의 제1 열의 셀 영역과 하나의 제2 열의 셀 영역 사이에 형성되어, 상대적으로 제1 열의 배터리 셀과 가까운 위치에 형성되고
상기 제2 웰 영역은, 두 개의 제2 열의 셀 영역과 하나의 제1 열의 셀 영역 사이에 형성되어, 상대적으로 제2 열의 배터리 셀과 가까운 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 웰 영역은, 배터리 셀의 열 방향을 따라 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 열 방향은, 상기 홀더의 장변부와 나란한 방향일 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 영역은, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 노출시키는 제1, 제2 단자 홀을 포함하고,
상기 배터리 셀의 열 방향은, 제1 단자 홀로부터 제2 단자 홀을 향하는 방향일 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 영역은, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 노출시키는 제1, 제2 단자 홀을 포함하고,
상기 제1, 제2 단자 홀 및 제1 웰 영역은, 서로 연결되어 하나의 오프닝을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 단자에는, 상기 홀더의 제1, 제2 단자 홀을 통하여 각각 본딩 와이어가 접속될 수 있다.
예를 들어, 상기 충진 수지는, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 단자와 함께 상기 본딩 와이어를 매립할 수 있다.
예를 들어, 상기 홀더는,
상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로로부터 나란하게 이격되어 있는 제1, 제2 판부재; 및
상기 제1, 제2 판부재 사이에서 배터리 셀 외주의 적어도 일부를 둘러싸는 중공 실린더 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 판부재는,
상기 셀 영역에서, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 각각 노출시키기 위한 제1, 제2 단자 홀; 및
상기 웰 영역에서, 상기 웰 영역을 노출시키기 위한 웰 홀을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 판부재는, 제1, 제2 단자 홀을 제외한 셀 영역을 커버할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 판부재는,
상기 셀 영역에서, 배터리 셀의 외주가 끼워지는 조립 홀; 및
상기 웰 영역에서, 상기 충진 수지를 가두기 위한 웰 바닥;을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역은, 상기 제1 판부재의 웰 홀로부터 제2 판부재의 웰 바닥까지 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 실린더 부재는, 배터리 셀 외주의 일부를 둘러싸며, 배터리 셀을 향하여 개방된 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 실린더 부재의 개방된 부분은, 제1, 제2 판부재 사이에 형성된 웰 영역의 개방 변을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 단자에 연결되는 접속 부재를 외부로부터 절연 및 보호하기 위하여, 접속 부재를 매립하도록 충진 수지를 형성하면서, 상기 접속 부재와 더불어, 배터리 셀 외주 상에 충진 수지를 함께 형성함으로써, 배터리 셀의 회전이나 유동을 방지하고, 이로 인한 접속 부재의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 충진 수지의 주입량을 필요한 한도로 규제하고 과잉의 충진 수지에 의한 재료 비용의 낭비를 방지하고 경량화에 유리한 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 5에는 배터리 셀이 끼워진 제1 홀더의 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6에는 도 5의 VI-VI 선을 따라 절취하여 도 5의 방향에서 바라본 도면으로서, 배터리 셀의 길이 방향을 따라 도 5의 하부를 가로지르는 면을 따라 절취한 도면이 도시되어 있다.
도 7에는, 제1 홀더의 일부를 절개하여 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 8에는, 충진 수지의 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 9에는, 버스 바의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(10)과, 다수의 배터리 셀(10)이 조립되는 제1 홀더(150, 청구범위의 홀더에 해당됨)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(10)이 조립된 제1 홀더(150)를 덮도록 제1 홀더(150) 상에 형성된 충진 수지(180)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 상단(10a)과 하단(10b)을 포함하며, 상단(10a)과 하단(10b) 사이에서 원통 형상의 외주(circumference)를 갖는 원형 배터리 셀로 마련될 수 있다. 본 명세서를 통하여 상하 방향(Z1)이란, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)의 상단(10a)에는 서로 다른 극성의 제1, 제2 단자(11,12)가 함께 형성될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)은, 캡 조립체(CA)와, 상기 캡 조립체(CA)의 테두리에 절연 부재(미도시)를 개재하여 클램핑된 캔(N)을 포함할 수 있으며, 캡 조립체(CA)의 상단이 제1 단자(11)를 형성할 수 있고, 캔(N)의 상단이 제2 단자(12)를 형성할 수 있다. 상기 캔(N)은 배터리 셀(10)의 하단(10b)으로부터 외주면(10c)을 가로질러 배터리 셀(10)의 상단(10a)까지 연장될 수 있다.
상기 제1, 제2 단자(11,12)는, 배터리 셀(10)의 상단(10a)에서 서로 다른 위치에 형성되어 서로로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 단자(11)는 배터리 셀(10)의 상단(10a) 중앙에 형성될 수 있고, 상기 제2 단자(12)는 제1 단자(11)를 둘러싸는 배터리 셀(10)의 상단(10a) 테두리에 형성될 수 있다. 한편, 상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12) 사이에는 안전 벤트(13)가 형성될 수 있다. 상기 안전 벤트(13)는, 배터리 셀(10)의 과도한 내부 압력에 반응하여 내부 압력을 해소하기 위하여 파단이 용이한 구조로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 제1, 제2 단자(11,12)가 모두 배터리 셀(10)의 상단(10a)에 집중되어 형성됨으로써, 배터리 셀(10)의 전기적인 연결은 배터리 셀(10)의 상단(10a)을 통하여 모두 이루어질 수 있으며, 제1, 제2 단자(11,12)에는 본딩 와이어(20)가 접속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 본딩 와이어(20)는 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)와, 제1, 제2 버스 바(161,162) 간의 전기적인 연결을 매개할 수 있으며, 이를 위해, 상기 본딩 와이어(20)의 일단은 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)에 접속될 수 있고, 상기 본딩 와이어(20)의 타단은 제1, 제2 버스 바(161,162)에 접속될 수 있다. 상기 본딩 와이어(20)는 금속 세선으로 형성될 수 있으며, 본딩 와이어(20)를 외부로부터 절연시키고, 견고하게 위치 고정하기 위하여, 본딩 와이어(20) 및 본딩 와이어(20)가 접속된 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)는 충진 수지(180)에 의해 매립될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 충진 수지(180)는, 제1 홀더(150) 상으로 노출된 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)와 함께, 제1 홀더(150)에 끼워지는 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 형성됨으로써, 배터리 셀(10)을 견고하게 위치 고정시킬 수 있고, 배터리 셀(10)의 진동이나 회전과 같은 유동을 방지하고 배터리 셀(10)의 유동에 따른 본딩 와이어(20)의 손상을 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 배터리 셀(10)의 전기적인 연결은, 배터리 셀(10)의 상단(10a)을 통하여 모두 이루어질 수 있으므로, 배터리 셀(10)의 하단(10b)에는 전기적인 연결이 형성될 필요가 없으며, 배터리 셀(10)의 하단(10b)을 통해서는 배터리 셀(10)의 냉각이 이루어질 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)의 하단(10b)은, 배터리 셀(10) 밑에 배치되어 있는 냉각 플레이트(110)와 열적으로 연결될 수 있으며, 배터리 셀(10)은 냉각 플레이트(110)를 통하여 열을 방출할 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀(10)의 하단(10b)과 냉각 플레이트(110) 사이에는 이들 사이의 열적인 저항을 줄이고 이들 사이의 열적인 연결이 기밀하게 이루어질 수 있도록 열전달 매체(120)가 개재될 수 있다.
다수의 배터리 셀(10)은 제1 홀더(150)에 끼워 조립되면서 구조적으로 결속될 수 있고, 하나의 팩 형태로 모듈화될 수 있다. 상기 제1 홀더(150)는 배터리 셀(10)의 상부에 끼워질 수 있고, 상기 배터리 셀(10)의 하부에는 제2 홀더(140)가 배치되어 배터리 셀(10)의 하부에 끼워질 수 있다. 이와 같이, 배터리 셀(10)의 상부 및 하부에 각각 끼워지는 제1 홀더(150) 및 제2 홀더(140)를 통하여 각각의 배터리 셀(10)이 정 위치를 유지할 수 있으며, 배터리 팩을 형성하는 일 군의 배터리 셀(10)을 구조적으로 결속시킬 수 있다. 상기 제1 홀더(150) 및 제2 홀더(140)는 서로 대응되는 위치에서 배터리 셀(10)이 끼워지는 홀을 포함하여 배터리 셀(10)의 조립 위치를 정의할 수 있으며, 상기 제1 홀더(150) 및 제2 홀더(140)에 끼워진 일 군의 배터리 셀(10)은 그 둘레를 따라 형성된 프레임(130)에 의해 둘러싸일 수 있으며, 상측의 커버(미도시)와 하측의 냉각 플레이트(110) 사이에 수납될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 냉각 플레이트(110)를 포함하는 냉각 수단은 프레임(130)의 외측에 설치될 수도 있다.
도 5에는 배터리 셀이 끼워진 제1 홀더의 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 6에는 도 5의 VI-VI 선을 따라 절취하여 도 5의 방향에서 바라본 도면으로서, 배터리 셀의 길이 방향을 따라 도 5의 하부를 가로지르는 면을 따라 절취한 도면이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 홀더(150)는, 배터리 셀(10)이 배치되는 셀 영역(C)과, 셀 영역(C)의 사이 사이에 형성된 웰 영역(W)을 포함할 수 있다. 상기 셀 영역(C)은, 배터리 셀(10)에 의해 점유되는 영역을 의미하며, 상기 웰 영역(W)은 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에서 배터리 셀(10)에 의해 점유되지 않고 충진 수지(180)가 채워지는 영역을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 웰 영역(W)은, 서로 외주(circumference)끼리 인접한 세 개의 셀 영역(C) 사이에서 배터리 셀(10)에 의해 점유되지 않는 여분의 영역에 해당될 수 있다. 다만, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C) 사이에 확보된 최소의 간격은, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C)을 점유하는 배터리 셀(10) 사이의 전기적 및 열적 간섭을 회피하기 위해 확보된 공간으로, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C) 사이에 확보된 최소의 간격은, 상기 웰 영역(W)에 해당되지 않을 수 있고, 충진 수지(180)가 채워지지 않을 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 웰 영역(W)은 본 명세서에 예시된 바와 다른 위치 및/또는 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 충진 수지(180, 도 4 참조)는, 다수의 배터리 셀(10)이 조립되는 제1 홀더(150) 상으로부터 일정한 높이까지 주입되어, 배터리 셀(10)이 배치되는 셀 영역(C)과 배터리 셀(10)이 배치되지 않는 웰 영역(W)을 전체적으로 가로질러 형성될 수 있다. 이때, 상기 셀 영역(C)은 배터리 셀(10)에 의해 점유되는 영역을 의미할 수 있고, 상기 웰 영역(W)은 배터리 셀(10)에 의해 점유되지 않는 셀 영역(C) 사이 사이의 빈 공간으로 있다가 충진 수지(180)에 의해 채워지는 영역을 의미할 수 있다.
상기 셀 영역(C)은, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)를 노출시키는 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(10) 상단(10a)에는 서로 다른 극성의 제1, 제2 단자(11,12)가 모두 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 캡 조립체(CA)와, 상기 캡 조립체(CA)의 테두리에 절연 부재(미도시)를 개재하여 클램핑된 캔(N)을 포함할 수 있으며, 캡 조립체(CA)의 상단이 제1 단자(11)를 형성할 수 있고, 캔(N)의 상단이 제2 단자(12)를 형성할 수 있다. 상기 캔(N)은 배터리 셀(10)의 하단(10b)으로부터 외주면(10c)을 가로질러 배터리 셀(10)의 상단(10a)까지 연장될 수 있다. 이때, 상기 제1 단자(11)는, 배터리 셀(10)의 상단(10a) 중앙에 형성될 수 있으며, 상기 제2 단자(12)는, 배터리 셀(10)의 상단(10a) 테두리에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 단자 홀(h1)은, 배터리 셀(10)의 상단(10a) 중앙(제1 단자 11에 해당)을 노출시킬 수 있고, 상기 제2 단자 홀(h2)은, 배터리 셀(10)의 상단(10a) 테두리(제2 단자 12에 해당)를 노출시킬 수 있다. 상기 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)은, 서로 연결되어 하나의 오프닝을 형성할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)을 통하여 노출된 제1, 제2 단자(11,12)에는 본딩 와이어(20)가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은, 원형 배터리 셀로 마련될 수 있으며, 이에 따라 상기 배터리 셀(10)에 의해 점유되는 셀 영역(C)은 원형으로 형성될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 배치에 대해, 각각의 배터리 셀(10)은, 이웃한 배터리 셀(10) 사이 사이에 끼워지도록 서로 엇갈리는 위치에 배치됨으로써, 다수의 배터리 셀(10)이 조밀하게 배열될 수 있고, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 공간을 활용하여 배터리 셀(10)을 조밀하게 배열함으로써, 사공간을 줄이고 같은 면적 대비 상대적으로 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리 팩이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(10)은, 일 방향(Z2 방향에 해당)을 따라 열을 이루어 배열될 수 있고 서로 이웃한 열의 배터리 셀(10)이 서로 서로의 사이에 끼워지도록 서로 이웃한 열의 배터리 셀(10)은 서로 엇갈리는 위치에 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열(R1)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)은, 제2 열(R2)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)의 사이 사이에 끼워지도록 제1, 제2 열(R1,R2)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)은 서로를 향하여 조밀하게 배열될 수 있으며, 유사하게, 제2 열(R2)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)은, 제3 열(R3)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)의 사이 사이에 끼워지도록 제2, 제3 열(R2,R3)의 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)은 서로를 향하여 조밀하게 배열될 수 있다.
이러한 배터리 셀(10)의 조밀한 배열에 따라 각각의 배터리 셀(10)이 배치되는 셀 영역(C)도 배터리 셀(10)의 배치와 같은 조밀한 패턴으로 형성될 수 있고, 어느 하나의 셀 영역(C)은 서로 이웃한 다른 셀 영역(C)의 사이에 끼워질 수 있다. 즉, 상기 셀 영역(C)은 서로 이웃한 셀 영역(C)의 사이 사이에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 하나의 셀 영역(C)은, 이웃한 한 쌍의 셀 영역(C)의 사이에 끼워지면서 세 개의 셀 영역(C)은 서로 외주(circumference)끼리 인접하게 배치되며, 이때, 외주끼리 서로 인접한 세 개의 셀 영역(C)의 중앙에는, 웰 영역(W)이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 웰 영역(W)은, 서로 외주(circumference)끼리 인접한 세 개의 셀 영역(C) 사이에서 배터리 셀(10)에 의해 점유되지 않는 여분의 영역에 해당될 수 있다. 다만, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C) 사이에 확보된 최소의 간격은, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C)을 점유하는 배터리 셀(10) 사이의 전기적 및 열적 간섭을 회피하기 위해 확보된 공간으로, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 서로 이웃한 두 개의 셀 영역(C) 사이에 확보된 최소의 간격은, 상기 웰 영역(W)에 해당되지 않을 수 있고, 충진 수지(180)가 채워지지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 웰 영역(W)은, 외주끼리 인접한 이웃한 세 개의 셀 영역(C)의 외주에 의해 둘러싸여 이웃한 셀 영역(C)으로부터 구획될 수 있다. 상기 웰 영역(W)의 형상에 대해, 상기 웰 영역(W)은, 대체로 삼각형 형상과 유사하되, 각각의 변(S1,S2,S3)이 원호 일부로 형성된 커브진 삼각형 형태로 형성될 수 있고, 웰 영역(W)의 중앙을 향하여 볼록한 원호를 각각의 변(S1,S2,S3)으로 하여, 세 개의 변(S1,S2,S3)이 서로 맞닿아 형성된 커브진 삼각형 형태로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 웰 영역(W)은 본 명세서에 예시된 바와 다른 위치 및/또는 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 웰 영역(W)은, 웰 영역(W) 주변의 셀 영역(C)과 유체적으로 연결될 수 있는데, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 웰 영역(W)은, 해당 웰 영역(W)을 사이에 두고 외주끼리 인접하게 배치된 세 개의 셀 영역(C) 중에서 어느 하나의 셀 영역(C)과 유체적으로 연결될 수 있으며, 나머지 두 개의 셀 영역(C)과는 유체적으로 연결되지 않을 수 있다. 즉, 하나의 웰 영역(W)은 하나의 셀 영역(C)과만 유체적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 웰 영역(W)을 구획하는 커브진 세 개의 변(S1,S2,S3) 중에서 어느 일 변(S1,S2,S3)은 셀 영역(C)을 향하여 개방된 형태의 개방 변(A)으로 형성될 수 있으며, 이러한 개방 변(A)을 통하여 셀 영역(C)과 유체적으로 연결될 수 있다. 본 명세서를 통하여 웰 영역(W)의 개방 변(A)이란, 웰 영역(W)을 구획하는 커브진 세 개의 변(S1,S2,S3) 중에서, 어느 일 변(S1,S2,S3)이 셀 영역(C)을 향하여 완전히 개방되거나 또는 셀 영역(C)을 향하여 부분적으로 개방된 형태로 형성된 개방 변(A)을 모두 포괄할 수 있다.
상기 웰 영역(W)은, 주변의 셀 영역(C)에 대해 충진 수지(180)를 공급하는 개소로서, 주변의 셀 영역(C)과 유체적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 웰 영역(W)과 셀 영역(C)이 서로 유체적으로 연결된다는 것은, 웰 영역(W)에 채워진 충진 수지(180)가 주변의 셀 영역(C)을 향하여 유동할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서는, 이웃한 세 개의 셀 영역(C) 사이에서 배터리 셀(10)이 채워지지 않는 여분의 빈 공간에 해당되는 웰 영역(W) 내에 충진 수지(180)를 채우고, 웰 영역(W)으로부터 웰 영역(W)과 인접한 셀 영역(C)을 향하여 충진 수지(180)가 공급되도록 함으로써, 웰 영역(W)과 인접한 셀 영역(C)의 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 충진 수지(180)가 형성되도록 하며, 이에 따라 배터리 셀(10)의 위치가 견고하게 고정될 수 있고, 배터리 셀(10)의 회전이나 진동과 같은 유동이 방지될 수 있다.
본 명세서를 통하여 웰 영역(W)으로부터 셀 영역(C)으로 충진 수지(180)가 공급된다는 것은, 웰 영역(W)으로부터 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)를 향하여 충진 수지(180)가 공급된다는 것을 의미할 수 있다. 상기 웰 영역(W)은 외주끼리 인접한 이웃한 세 개의 셀 영역(C) 사이에 형성될 수 있고, 이때, 웰 영역(W)과 셀 영역(C)의 경계를 통하여 충진 수지(180)가 공급되면, 셀 영역(C) 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)를 향하여 충진 수지(180)가 공급될 수 있다. 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 충진 수지(180)는 다수의 배터리 셀(10)이 조립된 제1 홀더(150) 상으로부터 일정한 높이까지 주입되어, 제1 홀더(150) 상으로 노출된 제1, 제2 단자(11,12)와 제1, 제2 단자(11,12) 상에 연결된 본딩 와이어(20)를 매립할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 홀더(150) 상으로부터 일정한 높이까지 주입된 충진 수지(180)는, 웰 영역(W)의 빈 공간을 채울 수 있으며, 웰 영역(W)의 빈 공간에 채워진 충진 수지(180)는 웰 영역(W)과 유체적으로 연결된 셀 영역(C)으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 충진 수지(180)는, 웰 영역(W)과 인접한 셀 영역(C) 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 충진 수지(180)는, 제1 홀더(150) 상으로 노출된 배터리 셀(10) 상단(10a)의 제1, 제2 단자(11,12)와, 웰 영역(W)과 유체적으로 연결되어 있는 셀 영역(C) 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 충진 수지(180)는 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)를 따라 서로로부터 이격된 개소에 형성될 수 있고, 이에 따라, 배터리 셀(10)의 회전을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)는, 본딩 와이어(20)를 개재하여 제1, 제2 버스 바(161,162)와 연결될 수 있으며, 금속 세선으로 형성되는 본딩 와이어(20)에 의해 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)와 제1, 제2 버스 바(161,162) 간의 연결이 견고하게 유지되기 위해서는 배터리 셀(10)의 회전이나 진동과 같은 배터리 셀(10)의 유동이 방지될 필요가 있다. 이때, 상기 충진 수지(180)는, 본딩 와이어(20)를 매립하도록 형성됨으로써, 본딩 와이어(20)를 외부로부터 절연시킴과 아울러, 본딩 와이어(20)의 위치를 견고하게 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 충진 수지(180)는, 본딩 와이어(20)와 함께, 본딩 와이어(20)가 접속되는 배터리 셀(10) 상단(10a)의 제1, 제2 단자(11,12)를 매립하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 웰 영역(W)과 유체적으로 연결되어 있는 셀 영역(C) 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 형성됨으로써, 배터리 셀(10)의 위치를 견고하게 고정시킬 수 있고, 배터리 셀(10)의 유동에 따른 본딩 와이어(20)의 손상을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 웰 영역(W)은, 셀 영역(C)과의 유체적인 연결 상태에 따라, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(W1)은, 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)과 연결되어 있는 웰 영역(W)에 해당될 수 있고, 상기 제2 웰 영역(W2)은, 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)과 연결되어 있지 않은 웰 영역(W)에 해당될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(W1)은 제2 단자 홀(h2)과 연결되어 있으므로, 제2 단자 홀(h2)을 통하여 셀 영역(C)과 유체적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제1 웰 영역(W1)과 제2 단자 홀(h2)이 서로 연결되는 동시에, 제2 단자 홀(h2)과 제1 단자 홀(h1)도 서로 연결될 수 있으므로, 결과적으로 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)과 제1 웰 영역(W1)은 서로 연결되어 하나의 오프닝을 형성할 수 있다.
상기 제1 웰 영역(W1)은, 제1 웰 영역(W1)을 구획하는 커브진 세 변(S1,S2,S3) 중에서 제2 단자 홀(h2)과 맞닿는 개방 변(A)을 갖고, 상기 개방 변(A)을 통하여 셀 영역(C, 보다 구체적으로, 셀 영역 C의 제2 단자 홀 h2)과 유체적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(W1)과 달리, 제2 웰 영역(W2)은 제2 단자 홀(h2)과 연결되지 않으며, 제2 웰 영역(W2)은, 제2 웰 영역(W2)을 구획하는 커브진 세 변(S1,S2,S3) 중에서 각 변(S1,S2,S3)으로부터 각 변(S1,S2,S3)이 구획하는 서로 다른 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리가 가장 먼 변(제3 변 S3에 해당)을 개방 변(A)으로 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 웰 영역(W2)을 구획하는 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3) 중에서, 제1 변(S1)으로부터 제1 셀 영역(C1)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리와, 제2 변(S2)으로부터 제2 셀 영역(C2)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리와, 제3 변(S3)으로부터 제3 셀 영역(C3)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리를 비교할 때, 가장 먼 거리를 갖는 제3 변(S3)을 개방 변(A)으로 가질 수 있다.
참고로, 상기 제2 웰 영역(W2)의 구체적인 구조에 따라, 상기 제2 웰 영역(W2)의 개방 변(A)은 배터리 셀(10)의 상단(10a) 테두리 일부(예를 들어, 제2 단자 12의 일부)를 노출시킬 수 있다. 이때, 제2 웰 영역(W2)의 개방 변(A)에 의해 배터리 셀(10)의 제2 단자(12, 상단 10a 테두리)가 노출되더라도, 제2 웰 영역(W2)의 개방 변(A)은, 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)에 해당되지 않는다. 앞서 설명된 바와 같이, 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)은, 배터리 셀(10)의 제2 단자(12)를 충분히 노출시키도록 상대적으로 넓은 면적으로 개방되어 본딩 와이어(20, 도 4 참조)의 접속 개소를 제공하므로, 본딩 와이어(20)가 접속되는 제2 단자 홀(h2)과, 본딩 와이어(20)가 접속되지 않는 제2 웰 영역(W2)의 개방 변(A)은 서로 구분될 수 있다. 즉, 제2 웰 영역(W2)의 개방 변(A)은, 본딩 와이어(20, 도 4 참조)의 접속 개소를 제공하는 제2 단자 홀(h2)과는 다르며, 또한 제2 단자 홀(h2)과 연결되지 않는다. 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명에서 제2 단자 홀(h2)과 연결되는 구성은, 제1 웰 영역(W1)이며, 제2 웰 영역(W2)은 제2 단자 홀(h2)과 연결되지 않는다.
본 명세서를 통하여 제2 웰 영역(W2)이 제2 단자 홀(h2)과 연결되지 않는다거나 또는 제2 단자 홀(h2)과 유체적으로 연결되지 않는다는 것은, 제2 웰 영역(W2)과 제2 단자 홀(h2)이 직접적으로 서로 맞닿거나 또는 서로 직접적으로 연결되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 제2 웰 영역(W2)도 개방 변(A)을 통하여 셀 영역(C)과 연결되므로, 셀 영역(C)을 통하면 제2 웰 영역(W2)과 제2 단자 홀(h2)이 서로 연결될 수 있으나, 제2 웰 영역(W2)과 제2 단자 홀(h2)은 적어도 서로 직접 맞닿거나 서로 직접 연결되지 않는다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상이면서 배터리 셀(10) 외주(10c)를 따라 서로로부터 이격된 개소에 충진 수지(180)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상에 형성된 충진 수지(180)는, 배터리 셀(10, 또는 셀 영역 C)과 인접한 웰 영역(W)으로부터 공급될 수 있으며, 배터리 셀(10) 외주(10c)를 따라 서로 다른 위치에 형성된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)으로부터 충진 수지(180)가 공급됨으로써, 배터리 셀(10) 외주(10c)를 따라 서로 다른 위치에서 충진 수지(180)가 형성될 수 있다. 상기 충진 수지(180)는 배터리 셀(10)을 견고하게 위치 고정시킴으로써, 배터리 셀(10) 상단(10a)의 제1, 제2 단자(11,12)와 연결된 본딩 와이어(20, 도 4 참조)의 손상을 방지하기 위한 것으로, 상기 충진 수지(180)가 배터리 셀(10)의 회전을 효과적으로 억제하기 위해서는, 배터리 셀(10) 외주(10c)를 따라 서로 대칭적인 위치 내지는 외주(10c)를 균등하게 분할하는 위치에, 충진 수지(180)가 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시형태에서는 배터리 셀(10)이 배치되는 셀 영역(C)을 사이에 두고 서로 반대 편으로 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)이 형성될 수 있다.
즉, 각 셀 영역(C)은, 셀 영역(C)을 사이에 두고 서로 반대 편에서 마주하는 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)과 유체적으로 연결되며, 각 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)으로부터 해당 셀 영역(C)으로 충진 수지(180)가 공급되도록 함으로써, 셀 영역(C) 외주(10c), 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상의 서로 다른 위치에 충진 수지(180)를 형성할 수 있고, 배터리 셀(10)의 회전을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 각 셀 영역(C)은 서로 반대 편에 배치된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)의 개방 변(A)을 통하여 충진 수지(180)를 공급받을 수 있다. 이때, 제1 웰 영역(W1)은, 제2 단자 홀(h2)을 통하여 해당 셀 영역(C)과 연결될 수 있으며, 제2 웰 영역(W2)은, 제1 웰 영역(W1)과 반대 편, 그러니까, 제1 웰 영역(W1)과 연결된 제2 단자 홀(h2)의 반대 편에서 제2 단자 홀(h2)로부터 먼 거리에 있는 개방 변(A)을 통하여 해당 셀 영역(C)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 웰 영역(W2)이, 제2 웰 영역(W2)의 커브진 세 변(S1,S2,S3) 중에서, 각 변(S1,S2,S3)으로부터 각 변(S1,S2,S3)이 구획하는 서로 다른 셀 영역(C)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리가 가장 먼 변(제3 변 S3에 해당됨)을 개방 변(A)으로 갖는다는 것은, 제2 단자 홀(h2)을 통하여 연결된 제1 웰 영역(W1)의 반대 편에 형성된 제2 웰 영역(W2)으로부터 충진 수지(180)를 공급함으로써, 각 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)을 통하여 셀 영역(C) 외주, 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상에서 대칭적인 위치에 충진 수지(180)가 형성되도록 하고, 이를 통하여 배터리 셀(10)의 유동을 효과적으로 억제하기 위한 구성에 해당될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 제2 웰 영역(W2)의 커브진 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3) 중에서 각 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3)은 제2 웰 영역(W2)과 서로 다른 셀 영역(C)을 구획할 수 있으며, 각 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3)으로부터 각 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3)이 구획하는 서로 다른 셀 영역(C1,C2,C3)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리는 서로 다를 수 있다. 이때, 각 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3)으로부터 각 제1 내지 제3 변(S1,S2,S3)이 구획하는 서로 다른 셀 영역(C1,C2,C3)의 제2 단자 홀(h2)까지의 거리가 가장 먼 제3 변(S3)이 개방 변(A)으로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 각각의 셀 영역(C)은, 일 편으로는 제2 단자 홀(h2)을 통하여 제1 웰 영역(W1)과 연결되는 동시에, 타 편으로는 제2 단자 홀(h2)의 반대 편에 배치된 제2 웰 영역(W2)과 연결되므로, 서로 반대 편에 배치된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)을 통하여 충진 수지(180)가 배터리 셀(10) 외주(10c)로 공급될 수 있고, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상에서 대칭적인 위치에 충진 수지(180)가 형성될 수 있다.
상기 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치될 수 있는데, 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은 대각선 방향을 따라 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 각각 형성될 수 있다. 여기서, 대각선 방향이란, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)에 대해 소정의 각도로 경사진 방향을 의미할 수 있으며, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은, 대각선 방향을 따라 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은, 각각 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 다수로 배열될 수 있으며, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)과 나란하되 서로 다른 열을 이루어 배열될 수 있으므로, 상기 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치된다기 보다는, 대각선 방향을 따라 셀 영역(C)의 서로 반대 편에 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 웰 영역(W)은 외주(circumference)끼리 인접한 이웃한 세 개의 셀 영역(C) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃한 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)이 형성될 수 있는데, 두 개의 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는 제1 웰 영역(W1)이 형성될 수 있고, 두 개의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는 제2 웰 영역(W2)이 형성될 수 있으며, 이와 같이, 상대적으로 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제1 웰 영역(W1)이 형성될 수 있고, 상대적으로 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제2 웰 영역(W2)이 형성될 수 있다.
유사하게, 서로 이웃한 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)이 형성될 수 있는데, 두 개의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는 제1 웰 영역(W1)이 형성될 수 있고, 두 개의 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는 제2 웰 영역(W2)이 형성될 수 있으며, 이와 같이, 상대적으로 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제1 웰 영역(W1)이 형성될 수 있고, 상대적으로 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제2 웰 영역(W2)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1, 제3 열(R1,R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 보다, 상대적으로 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에 형성된 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은, 제2 열(R2)을 이루는 서로 이웃한 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에 형성되는 것으로 관찰될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에 형성된 제1 웰 영역(W1)은, 두 개의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에 형성되며, 상대적으로 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에 형성된 제2 웰 영역(W2)은, 두 개의 제2 열(R2)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 하나의 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에 형성될 수 있다. 환언하면, 제2 열(R2)을 이루는 서로 이웃한 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10) 사이에는 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)이 함께 형성될 수 있고, 보다 구체적으로, 제1 열(R1)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제2 웰 영역(W2)이 형성되고, 제3 열(R3)의 셀 영역(C, 또는 배터리 셀 10)과 가까운 위치에는 제1 웰 영역(W1)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은 제2 단자 홀(h2)과 이웃한 위치에서 함께 형성되되, 제1 웰 영역(W1)은 제2 단자 홀(h2)과 연결되고 제2 웰 영역(W2)은 제2 단자 홀(h2)과 연결되지 않을 수 있다.
상기 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있다. 즉, 다수의 제1 웰 영역(W1)은, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있고, 다수의 제2 웰 영역(W2)은 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있으며, 이때, 제1 웰 영역(W1)의 열과 제2 웰 영역(W2)의 열은, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)과 나란하되, 서로 다른 위치에 형성될 수 있고, 제1 웰 영역(W1)과 제2 웰 영역(W2)이 서로 같은 열을 이루지 않을 수 있다.
참고로, 본 명세서를 통하여, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)이란, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10)이 조립되는 제1 홀더(150)의 장변부 방향을 의미할 수 있다. 또한, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)이란, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 단자 홀(h2)이 개방된 방향 또는 제1 단자 홀(h1)로부터 제2 단자 홀(h2)을 향하는 방향을 의미할 수도 있다. 예를 들어, 다수의 제1, 제2 웰 영역(W1,W2)은, 제2 단자 홀(h2)과 인접한 위치에서 제2 단자 홀(h2)이 개방된 방향, 그러니까, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 열 방향(Z2)과 나란하되, 서로 다른 열을 이루어 배열될 수 있다.
도 7에는, 제1 홀더의 일부를 절개하여 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 홀더(150)는, 배터리 셀(10)의 길이 방향(상하 방향 Z1)을 따라 서로로부터 나란하게 이격되어 있는 제1, 제2 판부재(151,152)와, 상기 제1, 제2 판부재(151,152) 사이에서 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)의 적어도 일부를 둘러싸는 중공 실린더 부재(153)를 포함할 수 있다.
상기 제1 판부재(151)는, 셀 영역(C)에서, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)를 각각 노출시키기 위한 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 판부재(151)는, 제1, 제2 단자 홀(h1,h2)을 제외한 셀 영역(C)을 커버함으로써, 배터리 셀(10) 상단(10a)이 제1 판부재(151)를 통하여 빠져 나오지 못하도록 하며, 배터리 셀(10)의 상하 조립 위치를 규제할 수 있다. 한편, 상기 제1 판부재(151)는, 웰 영역(W)에서, 웰 영역(W)을 노출시키기 위한 웰 홀(W`)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 판부재(151)의 웰 홀(W`)을 통하여 충진 수지(180)가 주입될 수 있으며, 주입된 충진 수지(180)는 웰 영역(W)의 개방 변(A)을 통하여 셀 영역(C)을 향하여 이동하여 셀 영역(C)을 채울 수 있다.
상기 제2 판부재(152)는, 셀 영역(C)에서, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)가 끼워지는 조립 홀(h3)을 포함할 수 있다. 상기 조립 홀(h3)은 배터리 셀(10) 외주(10c)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 한편, 상기 제2 판부재(152)는, 웰 영역(W)에서, 충진 수지(180)를 가두기 위한 웰 바닥(WB)을 포함할 수 있다. 상기 웰 바닥(WB)은, 제1 판부재(151)와의 사이에서 웰 영역(W)을 정의할 수 있으며, 웰 영역(W)에 채워지는 충진 수지(180)의 주입량을 제한하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 웰 영역(W)은, 제1, 제2 판부재(151,152) 사이에 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 제1 판부재(151)의 웰 홀(W`)로부터 제2 판부재(152)의 웰 바닥(WB)까지 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 판부재(151)의 웰 홀(W`)을 통하여 주입된 충진 수지(180)는, 제2 판부재(152)의 웰 바닥(WB)으로부터 채워질 수 있으며, 제2 판부재(152)의 웰 바닥(WB)에 의해 가로막혀서 그 밑으로는 충진 수지(180)가 흐르지 않고, 이에 따라, 충진 수지(180)의 주입량을 줄일 수 있다. 즉, 충진 수지(180)에 의해 채워지는 부피를 제1, 제2 판부재(151,152) 사이로 제한하도록 제2 판부재(152)에 웰 바닥(WB)을 형성함으로써, 충진 수지(180)의 주입량을 줄일 수 있고, 이에 따라, 재료 비용의 절감이 가능하며, 경량화에 유리한 배터리 팩이 제공될 수 있다.
상기 충진 수지(180)는 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)에 연결된 본딩 와이어(20, 도 4 참조)를 절연 및 보호하도록 본딩 와이어(20)를 매립하며, 본딩 와이어(20)가 연결된 배터리 셀(10)의 위치 고정을 위하여, 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상의 일부에 형성되는 것으로 충분하므로, 필요 이상으로 주입된 과잉의 충진 수지(180)에 의해 재료 비용이 낭비되지 않고 충진 수지(180)의 주입량을 적정 수준으로 유지하도록 제2 판부재(152)에는 웰 바닥(WB)이 형성될 수 있다.
상기 제1, 제2 판부재(151,152) 사이에는 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조)를 둘러싸는 중공 실린더 부재(153)가 형성될 수 있다. 상기 중공 실린더 부재(153)는, 배터리 셀(10) 외주(10c)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 상기 중공 실린더 부재(153)는 배터리 셀(10) 외주(10c)를 둘러싸면서 배터리 셀(10)을 제1, 제2 판부재(151,152)에 대해 직립한 상태로 안정적으로 지지해줄 수 있다.
상기 중공 실린더 부재(153)는 배터리 셀(10) 외주(10c)를 전체적으로 둘러싸지 않고 배터리 셀(10) 외주(10c)의 일부를 둘러싸며, 배터리 셀(10)을 향하여 개방된 부분을 포함할 수 있다. 이때, 상기 중공 실린더 부재(153)의 개방된 부분은, 제1, 제2 판부재(151,152) 사이에 형성된 웰 영역(W)의 개방 변(A)에 해당될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 판부재(151,152) 사이의 웰 영역(W)은, 개방 변(A)을 통하여 배터리 셀(10)이 배치된 중공 실린더 부재(153)의 내부와 연결될 수 있으며, 웰 영역(W)에 채워진 충진 수지(180)는, 개방 변(A)을 통하여 중공 실린더 부재(153)로부터 노출된 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에 형성되면서 배터리 셀(10)을 위치 고정시킬 수 있다.
도 8에는, 충진 수지가 경화된 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 충진 수지(180)는, 다수의 배터리 셀(10)이 조립된 제1 홀더(150) 상으로부터 일정한 높이까지 주입될 수 있으며, 제1 홀더(150) 상에서 대체로 편평한 판 형태로 형성된 판부(181)와, 상기 판부(181)로부터 하방으로 돌출되어 제1 홀더(150)의 웰 영역(W)을 채워주는 돌출부(182)를 포함할 수 있다. 상기 돌출부(182)는, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상의 서로 반대 편에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충진 수지(180)는 발포 수지를 포함할 수 있고, 경시적으로 경화 가능한 발포 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 충진 수지(180)는, 발포 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 충진 수지(180)는, 본딩 와이어(20)가 접속되는 제1, 제2 단자(11,12)를 매립하고, 제1, 제2 단자(11,12) 사이의 안전 벤트(13)를 함께 매립할 수 있다. 상기 안전 벤트(13)는, 배터리 셀(10)의 과도한 내부 압력에 따라 내부 압력을 해소하기 위하여 파단이 용이한 구조로 형성될 수 있다. 이때, 상기 충진 수지(180)가 발포 수지를 포함함으로써, 충진 수지(180)가 배터리 셀(10)의 안전 벤트(13)를 덮더라도, 안전 벤트(13)의 파단에 따른 가스의 배출을 방해하지 않을 수 있으며, 예를 들어, 안전 벤트(13)로부터 분출되는 가스는 충진 수지(180)를 파단시키면서 외부로 배출될 수 있다.
상기 충진 수지(180)는 경시적으로 경화 가능한 발포 수지로 형성됨으로써, 제1 홀더(150) 상으로 주입된 후에 경시적으로 유동성이 감소되며, 웰 영역(W)으로부터 셀 영역(C)으로 공급되는 충진 수지(180)는 셀 영역(C) 외주(10c), 그러니까, 배터리 셀(10) 외주(10c)를 전체적으로 둘러싸기 보다는, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상에서 웰 영역(W)과 인접한 국부적인 위치에만 선택적으로 형성될 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충진 수지(180)는 배터리 셀(10) 외주(10c, 도 3 참조) 상에서 서로 반대 편 위치의 웰 영역(W)으로부터 공급된 충진 수지(180)에 의해 배터리 셀(10) 외주(10c)의 서로 반대 편 위치에 국부적으로 충진 수지(180)가 형성될 수 있다. 다만, 충진 수지(180)의 경화 속도에 따라, 상기 충진 수지(180)는 배터리 셀(10) 외주(10c)를 전체적으로 둘러싸도록 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 충진 수지(180)의 주입량을 제한함으로써, 재료 비용을 절감하고, 경량화에 유리한 배터리 팩을 제공하기 위한 목적으로, 배터리 셀(10) 외주(10c) 상의 국부적인 위치에 충진 수지(180)를 형성할 수 있고, 그에 적합한 경화 속도를 갖춘 충진 수지(180)를 선택할 수 있다.
도 9에는, 버스 바의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 버스 바(160)는 서로 교대로 엇갈리는 위치에서 콤(comb) 형태로 끼워지도록 배치된 제1 내지 제5 버스 바(161,162,163,164,165)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 콤 형태로 끼워진 제1, 제2 버스 바(161,162)는, 일 열의 배터리 셀(10)을 사이에 개재하고 서로 반대 편에서 일 열의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 일 열의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단자(11,12)와 각각 와이어 본딩을 형성할 수 있다. 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)와 유사하게, 서로 콤 형태로 끼워진 제2, 제3 버스 바(162,163)도 일 열의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 서로 다른 제1, 제2 단자(11,12)와 와이어 본딩을 형성할 수 있고, 제3, 제4 버스 바(163,164)와, 제4, 제5 버스 바(164,165)도 유사하게 각각 해당되는 일 열의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 서로 다른 제1, 제2 단자(11,12)와 전기적으로 연결될 수 있다. 참고로, 상기 제2 내지 제4 버스 바(162,163,164)는, 일 군의 배터리 셀(10)을 병렬로 연결하는 동시에, 상기 일 군의 배터리 셀(10)과 이웃한 타 군의 배터리 셀(10)을 서로 직렬로 연결할 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.
10: 배터리 셀 10a: 상단
10b: 하단 10c: 외주
11: 제1 단자 12: 제2 단자
13: 안전 벤트 20: 본딩 와이어
110: 냉각 플레이트 120: 열전달 매체
130: 프레임 140: 제2 홀더
150: 제1 홀더 151: 제1 판부재
152: 제2 판부재 153: 중공 실린더 부재
160: 버스 바 180: 충진 수지
181: 판부 152: 돌출부
C: 셀 영역 W: 웰 영역
W1,W2: 제1, 제2 웰 영역 S1,S2,S3: 제1 내지 제3 변
A: 개방 변 h1,h2: 제1, 제2 단자 홀
h3: 조립 홀 W`: 웰 홀
WB: 웰 바닥 R1,R2,R3: 제1 내지 제3 열

Claims (27)

  1. 다수의 배터리 셀; 및
    다수의 배터리 셀이 조립되는 홀더로서, 배터리 셀이 배치되는 셀 영역과, 외주(circumference)끼리 인접한 셀 영역들 사이에 형성되어 적어도 하나의 셀 영역과 유체적으로 연결되며 충진 수지가 채워진 웰 영역을 포함하는 홀더;를 구비하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웰 영역은, 외주(circumference)끼리 인접한 세 개의 셀 영역 사이에 형성되며, 상기 세 개의 셀 영역 중에서 어느 하나의 셀 영역과 유체적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웰 영역은, 이웃한 셀 영역과 경계를 형성하는 세 변으로 둘러싸이며, 각각의 변은 각각의 서로 다른 셀 영역과 경계를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웰 영역은, 웰 영역의 중앙을 향하여 볼록한 원호를 각각의 변으로 하는, 세 변이 서로 맞닿아 형성된 커브진 삼각형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 웰 영역의 세 변 중에서 하나의 변은, 해당되는 변을 통하여 구획되는 이웃한 셀 영역을 향하여 적어도 일부가 개방되어 있는 개방 변으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 웰 영역은, 상기 개방 변을 통하여 셀 영역과 유체적으로 연결되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 셀 외주 상에는 상기 개방 변을 통하여 웰 영역과 연결된 충진 수지가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 충진 수지는, 배터리 셀 외주 상에서 배터리 셀 외주를 따라 서로로부터 이격된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀 영역은, 셀 영역을 사이에 두고 서로 반대 편에서 마주하는 제1, 제2 웰 영역과 유체적으로 연결되는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웰 영역은,
    상기 셀 영역의 단자 홀과 연결되는 제1 웰 영역; 및
    상기 셀 영역의 단자 홀과 연결되지 않는 제2 웰 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 웰 영역은, 제1 웰 영역을 구획하는 커브진 세 변 중에서 단자 홀과 연결되는 개방 변을 갖고,
    상기 제2 웰 영역은, 제2 웰 영역을 구획하는 커브진 세 변 중에서 각 변으로부터 각 변이 구획하는 서로 다른 셀 영역의 단자 홀까지의 거리가 가장 먼 변을 개방 변으로 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단자 홀은, 배터리 셀의 상단 테두리를 노출시키는 제2 단자 홀에 해당되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 셀 영역은, 서로 이웃하며 일 방향을 따라 배열되는 제1, 제2 열의 셀 영역을 포함하고,
    상기 제1, 제2 웰 영역은, 제1, 제2 열의 셀 영역 사이에서 서로 다른 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 웰 영역은, 두 개의 제1 열의 셀 영역과 하나의 제2 열의 셀 영역 사이에 형성되어, 상대적으로 제1 열의 배터리 셀과 가까운 위치에 형성되고
    상기 제2 웰 영역은, 두 개의 제2 열의 셀 영역과 하나의 제1 열의 셀 영역 사이에 형성되어, 상대적으로 제2 열의 배터리 셀과 가까운 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1, 제2 웰 영역은, 배터리 셀의 열 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열 방향은, 상기 홀더의 장변부와 나란한 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 셀 영역은, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 노출시키는 제1, 제2 단자 홀을 포함하고,
    상기 배터리 셀의 열 방향은, 제1 단자 홀로부터 제2 단자 홀을 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 셀 영역은, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 노출시키는 제1, 제2 단자 홀을 포함하고,
    상기 제1, 제2 단자 홀 및 제1 웰 영역은, 서로 연결되어 하나의 오프닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 제1, 제2 단자에는, 상기 홀더의 제1, 제2 단자 홀을 통하여 각각 본딩 와이어가 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 충진 수지는, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 단자와 함께 상기 본딩 와이어를 매립하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는,
    상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로로부터 나란하게 이격되어 있는 제1, 제2 판부재; 및
    상기 제1, 제2 판부재 사이에서 배터리 셀 외주의 적어도 일부를 둘러싸는 중공 실린더 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 판부재는,
    상기 셀 영역에서, 배터리 셀의 제1, 제2 단자를 각각 노출시키기 위한 제1, 제2 단자 홀; 및
    상기 웰 영역에서, 상기 웰 영역을 노출시키기 위한 웰 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 판부재는, 제1, 제2 단자 홀을 제외한 셀 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2 판부재는,
    상기 셀 영역에서, 배터리 셀의 외주가 끼워지는 조립 홀; 및
    상기 웰 영역에서, 상기 충진 수지를 가두기 위한 웰 바닥;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 웰 영역은, 상기 제1 판부재의 웰 홀로부터 제2 판부재의 웰 바닥까지 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 중공 실린더 부재는, 배터리 셀 외주의 일부를 둘러싸며, 배터리 셀을 향하여 개방된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 중공 실린더 부재의 개방된 부분은, 제1, 제2 판부재 사이에 형성된 웰 영역의 개방 변을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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