KR20220053268A - 배터리 팩 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부공간을 가지고, 일측이 개방되는 프레임; 일단부가 상기 프레임의 내부공간에 배치되고, 타단부가 상기 프레임의 일측 외부로 돌출되는 복수개의 배터리 셀; 상기 프레임의 내부공간에 채워지는 충진재; 상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 프레임의 일측과 마주보게 배치되는 히트싱크; 및 상기 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임과 상기 히트싱크 사이에서 서로 적층되는 복수개의 셀 홀더;를 포함하고, 상기 셀 홀더들이 적층되는 개수에 따라, 상기 프레임의 내부공간 부피와 상기 프레임의 내부공간에 상기 충진재가 채워지는 양을 조절할 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이의 제조방법{BATTERY PACK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀들을 안정적으로 고정시켜 지지해줄 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 셀은 구성요소들의 전기화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다. 배터리 팩은 이러한 배터리 셀을 복수개 구비하여 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
이때, 배터리 팩의 배터리 셀들이 밀집되는 형태로 배치되기 때문에, 배터리 셀들 각각에서 발생하는 열을 방출하는 것이 중요하다. 만약 충방전 과정에서 발생한 배터리 셀들의 열이 제대로 방출되지 않으면, 배터리 팩 내부에 열축적이 발생하여 배터리 셀들이 과열될 수 있다. 따라서, 배터리 셀들이 발화되어 폭발하는 사고가 발생할 수 있다.
종래에는 배터리 팩을 제작할 때 배터리 셀들 사이의 공간에 충진재를 주입하였다. 충진재는 배터리 셀들을 고정시키면서 배터리 셀들 열을 용이하게 방출할 수 있기 때문에, 배터리 셀들이 발화하거나 폭발하는 것을 지연시키거나 방지할 수 있었다. 그러나 배터리 셀들 사이의 공간이 전체로 충진재를 균일하게 공급하기 어렵고, 배터리 셀들 사이의 공간에 충진재를 채워넣는데 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다.
KR 2019-0132631 A
본 발명은 배터리 셀들을 안정적으로 고정시켜 지지해줄 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 배터리 셀들 사이의 공간에 충진되는 충진재의 사용량을 감소시킬 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 내부공간을 가지고, 일측이 개방되는 프레임; 일단부가 상기 프레임의 내부공간에 배치되고, 타단부가 상기 프레임의 일측 외부로 돌출되는 복수개의 배터리 셀; 상기 프레임의 내부공간에 채워지는 충진재; 상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 프레임의 일측과 마주보게 배치되는 히트싱크; 및 상기 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임과 상기 히트싱크 사이에서 서로 적층되는 복수개의 셀 홀더;를 포함하고, 상기 셀 홀더들이 적층되는 개수에 따라, 상기 프레임의 내부공간 부피와 상기 프레임의 내부공간에 상기 충진재가 채워지는 양이 조절된다.
상기 셀 홀더들은 상기 배터리 셀들의 상기 타단부 둘레를 지지하고, 상기 충진재는 상기 셀 홀더들이 위치하는 공간에는 채워지지 않으며, 상기 배터리 셀들의 상기 타단부를 제외한 상기 일단부를 지지한다.
상기 셀 홀더는, 상기 프레임의 내부공간의의 단면을 커버할 수 있도록플레이트 형태로 형성되고, 그 둘레가 상기 프레임의 일측 단부에 접촉되어 설치된다.
상기 셀 홀더는, 상기 배터리 셀들이 배치되는 구조에 대응하여, 평면상으로 서로 분리 가능하게 연결되는 복수개의 고정판을 포함하고, 상기 고정판에 상기 삽입구들이 형성된다.
상기 고정판들 중 적어도 일부는 형성되는 삽입구들의 개수가 서로 다르다.
상기 적층되는 셀 홀더들의 전체 두께는 상기 배터리 셀 길이의 20% 이상 내지 60% 이하이다.
상기 프레임 및 상기 프레임에 제일 인접하게 설치되는 셀 홀더 중 어느 하나에 돌기가 구비되고, 다른 하나에 상기 돌기가 삽입될 수 있는 결합홈이 구비된다.
상기 셀 홀더의 재질은 플라스틱을 포함하고, 상기 충진재의 재질은 실리콘을 포함한다.
본 발명은 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정; 상기 프레임의 일측에 복수개의 셀 홀더를 적층시켜 설치하고, 상기 프레임 외부로 돌출되는 상기 배터리 셀들의 타단부를 상기 셀 홀더들에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정; 및 상기 배터리 셀들의 상기 타단부를 제외한 상기 일단부 둘레를 지지하도록, 상기 프레임의 내부공간에 충진재를 주입하는 과정을 포함하고,
상기 복수개의 셀 홀더를 적층시키는 과정은,
상기 프레임의 내부공간 부피와 상기 프레임의 내부공간에 상기 충진재가 채워지는 양을 조절할 수 있도록, 상기 셀 홀더들이 적층되는 개수를 설정하는 과정을 포함한다.
상기 셀 홀더들이 적층되는 개수를 설정하는 과정은, 상기 적층되는 셀 홀더들의 전체 두께를 상기 배터리 셀 길이의 20% 이상 내지 60% 이하로 조절하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 복수개의 셀 홀더를 이용하여 배터리 셀들을 고정시킬 수 있다. 이에, 배터리 셀들 사이의 공간에 충진되는 충진재의 양이 적어지더라도, 배터리 셀들을 안정적으로 지지시킬 수 있다. 따라서, 충진재의 사용량을 감소시켜 배터리 팩 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임과 셀 홀더들의 결합구조를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀 홀더의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 구조를 나타내는 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임과 셀 홀더들의 결합구조를 나타내는 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀 홀더의 구조를 나타내는 평면도이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 구조에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 전자 장비나 설비에 전원을 공급하는 장치이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(100)은 프레임(110), 복수개의 배터리 셀(120), 충진재(130), 히트싱크(140), 및 셀 홀더(150)를 포함한다.
배터리 셀(120)은 원통형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(120)은 이차전지 셀일 수 있고, 양극 집전체, 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 및 전해액 등을 포함할 수 있다. 배터리 셀(120)은 이러한 구성요소들의 전기화학적 반응에 의하여 반복적으로 충방전할 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)은 복수개가 구비될 수 있다. 배터리 셀(120)들은 미리 정해진 위치에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 배터리 셀(120)들은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)은 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
또한, 배터리 셀(120)들은 일단부(또는, 상단부)가 프레임(110)의 내부공간에 배치되고, 타단부(또는, 하단부)가 프레임(110)의 일측(또는, 하측) 외부로 돌출될 수 있다. 즉, 배터리 셀(120)들은 프레임(110)보다 일방향(또는, 상하방향)으로 연장되는 길이가 더 길게 형성될 수 있다.
프레임(110)은 챔버 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 직육면체의 박스형태로 형성될 수 있다. 따라서, 프레임(110)은 배터리 셀(120)들을 수용할 수 있는 내부공간을 가질 수 있다.
이때, 프레임(110)은 일측(또는, 하측)이 개방될 수 있다. 예를 들어, 프레임(110)의 하측 전체가 개방되어 개구가 형성될 수 있다. 따라서, 개구를 통해 배터리 셀(120)들이 프레임(110) 내부로 진입할 수 있다. 배터리 셀(120)들이 프레임(110)보다 상향방향 길이가 길기 때문에, 배터리 셀(120)들의 하단부는 프레임(110)의 하측으로 돌출될 수 있다.
또한, 프레임(110)의 타측(또는, 상부면)에는 복수개의 관통구(A)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 관통구(A)들은 원형으로 형성되고, a×b 배열 형태로 배치될 수 있다. 관통구(A)에는 배터리 셀(120)의 상단부에 구비되는 단자가 삽입될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들의 단자들이 서로 다른 관통구(A)들에 삽입되어, 배터리 셀(120)들이 관통구(A)들의 배열을 따라 a×b 배열 형태로 배치될 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)들의 단자들은 관통구(A)들 각각에 삽입되어 프레임(110) 외부로 노출될 수 있다. 프레임(110)의 상부에는 버스바(160)가 설치되어 단자들과 연결될 수 있다. 예를 들어, 버스바(160)는 일방향(또는, 전후방향)으로 연장되고, 복수개가 구비되어 일방향과 교차하는 타방향(또는, 좌우방향)으로 서로 이격될 수 있다. 따라서, 일방향으로 서로 이격된 배터리 셀(120)들이 버스바(160)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 버스바(160)가 구비되는 개수 및 배터리 셀(120)들을 전기적으로 연결하는 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
한편, 프레임(110)의 일면(또는, 전면)이 개방될 수도 있다. 이에, 프레임(110)의 개방된 전면을 통해 내부공간으로 충진재(130)를 주입할 수 있다. 그러나 프레임(110)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
충진재(130)는 프레임(110)의 내부공간에 채워진다. 즉, 프레임(110)의 내부공간에서 배터리 셀(120)들이 차지하지 않는 빈 공간에 충진재(130)가 채워질 수 있다. 이에, 충진재(130)는 배터리 셀(120)들 사이사이로 공급되어, 배터리 셀(120)들을 잡아줄 수 있다.
또한, 충진재(130)의 재질은 실리콘을 포함할 수 있다. 이에, 충진재(130)는 열전도성과 접착성을 동시에 가질 수 있다. 따라서, 충진재(130)가 배터리 셀(120)들 사이의 공간 형상을 따라 용이하게 형성되어, 배터리 셀(120)들을 고정시키고, 배터리 셀(120)들의 열을 외부로 용이하게 전달할 수 있다.
이때, 충진재(130)를 배터리 셀(120)들 사이의 공간 전체로 공급하는데 많은 시간과 비용이 소용될 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)들을 구비하여 프레임(110)의 크기를 감소시키므로 프레임(110)의 내부공간 부피를 감소시킬 수 있다. 이에, 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
히트싱크(140)는 프레임(110)의 일측(또는, 하측)과 마주보게 배치될 수 있다. 예를 들어, 히트싱크(140)는 프레임(110)의 하측에 이격될 수 있고, 배터리 셀(120)들과 직간접적으로 접촉하여, 배터리 셀(120)들을 냉각할 수 있다. 히트싱크(140)는 냉각부재(141), 냉각매체 공급부재(142), 및 냉각매체 배출부재(143)를 포함할 수 있다.
냉각부재(141)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 냉각부재(141)는 프레임(110)의 평면 형상을 따라 사각 형태로 형성될 수 있고, 냉각부재(141)의 상부면 면적은 프레임(110)의 평면 면적과 같거나 클 수 있다. 따라서, 냉각부재(141)의 상부면이 배터리 셀(120)들 전체와 직간접적으로 접촉할 수 있는 면적을 가질 수 있다.
또한, 냉각부재(141)의 내부에는 냉각매체가 이동할 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 냉각매체는 냉각수일 수 있다. 이에, 냉각부재(141)에 형성된 유로를 따라 이동하는 냉각매체가 배터리 셀(120)들에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들이 냉각매체에 의해 온도가 낮아지면서 냉각될 수 있다.
이때, 냉각부재(141)는 열전도성이 높은 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 냉각부재(141)는 알루미늄이나 알루미늄 합금 소재로 제작될 수 있다. 따라서, 냉각부재(141)가 배터리 셀(120)들에서 발생하는 열을 냉각매체로 용이하게 전달할 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)들을 온도를 신속하게 조절할 수 있다.
냉각매체 공급부재(142)는 냉각부재(141)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 냉각매체 공급부재(142)는, 냉각부재(141)에 냉각매체를 공급하는 라인일 수 있고, 냉각부재(141)에 형성된 유로의 일단과 연결될 수 있다. 이에, 냉각매체 공급부재(142)를 통해 유로의 일단으로 공급되는 냉각매체가, 유로를 통과하면서 배터리 셀(120)들의 열을 흡수할 수 있다.
냉각매체 배출부재(143)는 냉각부재(141)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 냉각매체 배출부재(143)는, 냉각부재(141) 내부의 냉각매체를 배출하는 라인일 수 있고, 냉각부재(141)에 형성된 유로의 타단과 연결될 수 있다. 이에, 유로의 일단에서 타단으로 이동하여 배출되는 냉각매체가, 냉각매체 배출부재(143)를 통해 유로 외부로 배출될 수 있다. 그러나 히트싱크(140)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
셀 홀더(150)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 셀 홀더(150)는 프레임(110)의 평면 형상을 따라 사각 형태로 형성될 수 있고, 셀 홀더(150)의 상부면 면적은 프레임(110)의 평면 면적과 같거나 클 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)의 상부면 둘레가 프레임(110)의 일측 단부에 접촉하도록 설치되면, 셀 홀더(150)가 프레임(110)의 내부공간의 단면(또는, 하부) 전체를 커버할 수 있다. 이에, 프레임(110)에 형성된 하측의 개구가 셀 홀더(150)에 의해 밀폐될 수 있다.
이때, 셀 홀더(150)의 재질은 플라스틱을 포함할 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)가 실리콘으로 제작되는 충진재(130)보다 저렴하게 제작될 수 있다.
또한, 셀 홀더(150)에는 복수개의 삽입구(B)가 구비될 수 있다. 삽입구(B)는 배터리 셀(120)의 둘레 형상을 따라 형성될 수 있고, 삽입구(B)의 내경은 배터리 셀(120)의 외경과 같거나 클 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)들의 타단부가 삽입구(B)들 각각을 관통하여 삽입될 수 있다.
이때, 삽입구(B)들은 프레임(110)의 관통구(A)들 각각과 마주보게 배치될 수 있다. 즉, 삽입구(B)들은 관통구(A)들의 배열을 따라 a×b 배열 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 상단부는 관통구(A)에 삽입되어 지지되고, 하단부는 삽입구(B)에 삽입되어 지지될 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)들이 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다.
셀 홀더(150)는 복수개가 구비될 수 있다. 셀 홀더(150)들은 프레임(110)과 히트싱크(140) 사이에서 서로 적층되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 셀 홀더(150a)와 제2 셀 홀더(150b)가 구비되어 셀 홀더(150)가 상하방향으로 적층되고, 프레임(110)과 히트싱크(140) 사이의 이격공간에 배치될 수 있다. 이에, 제1 셀 홀더(150a)의 상부면은 프레임(110)의 하부에 연결되고, 제2 셀 홀더(150b)의 하부면은 히트싱크(140)와 연결될 수 있다. 그러나 셀 홀더(150)가 구비되는 개수는 2개에 한정되지 않고, 3개나 그 이상의 셀 홀더가 구비될 수도 있다.
이때, 셀 홀더(150)들은 충진재(130)와 함께 배터리 셀(120)들을 지지하는 역할을 한다. 즉, 충진재(130)는 배터리 셀(120)들의 일단부(또는, 상단부) 둘레를 지지하고, 셀 홀더(150)들은 배터리 셀(120)들의 상단부를 제외한 나머지 타단부(또는, 상단부) 둘레를 지지한다. 셀 홀더(150)들이 위치하는 공간에는 충진재(130)가 채워지지 않기 때문에, 배터리 셀(120)에서 셀 홀더(150)들에 의해 지지되는 부분이 증가할수록, 충진재(130)에 의해 지지되는 부분을 감소시킬 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)들이 적층되는 개수에 따라, 프레임(110)의 내부공간 부피와 프레임(110)의 내부공간에 채워지는 충진재(130)의 양이 조절될 수 있다.
예를 들어, 셀 홀더(150)들이 구비되는 개수가 증가하면 프레임(110)의 내부공간 부피를 감소시키고, 셀 홀더(150)들이 구비되는 개수가 감소하면 프레임(110)의 내부공간 부피를 증가시킬 수 있다. 이에, 프레임(110)의 내부공간 부피가 감소하면 프레임(110)의 내부공간에 충진재(130)를 채워야 하는 양이 감소하고, 프레임(110)의 내부공간 부피가 증가하면 프레임(110)의 내부공간에 충진재(130)를 채워야 하는 양이 증가할 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)들이 적층되는 개수나 높이를 조절하여, 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
이때, 도 3과 같이 적층되는 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 이상 내지 60% 이하일 수 있다. 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 미만이면, 셀 홀더(150)에 삽입되는 배터리 셀(120)의 부분이 너무 적어질 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)에 삽입되지 않는 배터리 셀(120)의 다른 부분을 수납하기 위해 프레임(110)의 내부공간 부피가 증가하여 충진재(130)의 사용량이 증가하는 문제가 있다. 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 60%를 초과하면, 셀 홀더(150)에 삽입되는 배터리 셀(120)의 부분이 너무 많아질 수 있다. 이에, 프레임(110)의 크기가 너무 작아지는 문제가 있다. 충진재(130)의 사용량을 감소시키면서 프레임(110)의 크기를 적절하게 유지하기 위해, 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 이상 내지 60% 이하일 수 있다.
한편, 프레임(110) 및 프레임(110)에 제일 인접하게 설치되는 셀 홀더(150) 중 어느 하나에 제1 돌기(151)가 구비되고, 다른 하나에 돌기가 삽입될 수 있는 제1 결합홈(112)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 (a)와 같이 제1 셀 홀더(150a)의 상부면에 제1 돌기(151)가 상측으로 돌출되어 구비되고, 프레임(110)의 하단부에 제1 결합홈(112)이 구비될 수 있다. 따라서, 제1 셀 홀더(150a)를 프레임(110)의 하측에 결합할 때, 제1 돌기(151)가 제1 결합홈(112)에 끼워질 수 있다. 이에, 제1 셀 홀더(150a)와 프레임(110)을 상하로 용이하게 정렬시킬 수 있고, 제1 셀 홀더(150a)와 프레임(110)을 더 안정적으로 결합시킬 수 있다.
또한, 제1 돌기(151)와 제1 결합홈(112)은 복수개가 구비될 수 있다. 제1 돌기(151)들은 제1 셀 홀더(150a)의 둘레를 따라 배치되고, 제1 결합홈(112)들은 프레임(110)의 벽체 하부의 둘레를 따라 배치되어 제1 돌기(151)들과 마주보게 배치될 수 있다. 이에, 제1 셀 홀더(150a)와 프레임(110)의 둘레 전체가 안정적으로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 제1 셀 홀더(150a)에 제1 결합홈이 구비되고, 프레임(110)에 제1 돌기가 하측으로 돌출되어 구비될 수도 있다.
한편, 도 4의 (b)와 같이 제1 셀 홀더(150a)의 하부면에 제2 결합홈(153)이 구비되고, 제1 셀 홀더(150a) 하부의 제2 셀 홀더(150b)의 상부면에 제2 돌기(152)가 상측으로 돌출되어 구비될 수도 있다. 따라서, 제1 셀 홀더(150a)의 하측에 제2 셀 홀더(150b)를 결합할 때, 제2 돌기(152)가 제2 결합홈(153)에 끼워질 수 있다. 이에, 제1 셀 홀더(150a)와 제2 셀 홀더(150b)를 상하로 용이하게 정렬시킬 수 있고, 제2 셀 홀더(150b)와 제2 셀 홀더(150b)를 더 안정적으로 결합시킬 수 있다.
또한, 제2 돌기(152)와 제2 결합홈(153)은 복수개가 구비될 수 있다. 제2 돌기(152)들은 제2 셀 홀더(150b)의 둘레를 따라 배치되고, 제2 결합홈(153)들은 제1 셀 홀더(150a)의 둘레를 따라 배치되어 제2 돌기(152)들과 마주보게 배치될 수 있다. 이에, 제1 셀 홀더(150a)와 제2 셀 홀더(150b)의 둘레 전체가 안정적으로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 제1 셀 홀더(150a)에 제2 돌기가 하측으로 돌출되어 구비되고, 제2 셀 홀더(150b)에 제2 결합홈이 구비될 수도 있다.
한편, 셀 홀더(150)는 복수개의 고정판을 포함할 수도 있다. 배터리 셀(120)들이 배치되는 구조에 대응하여, 고정판들을 평면상으로 서로 분리 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 배터리 셀(120)들이 배치되는 구조에 따라 사용할 고정판들을 선택하여 서로 결합시킬 수 있다.
이때, 고정판에 삽입구(B)들이 형성되고, 고정판들 중 적어도 일부는 형성되는 삽입구(B)들의 개수가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 삽입구(B)들이 3×3 배열로 배치되는 제1 고정판(151), 삽입구(B)들이 3×2 배열로 배치되는 제2 고정판(152), 삽입구(B)들이 2×3 배열로 배치되는 제3 고정판(153), 및 삽입구(B)들이 2×2 배열로 배치되는 제4 고정판(154)이 구비될 수 있다.
배터리 셀(120)들이 5×5 배열로 배치되는 경우, 도 5의 (a)와 같이 제1 고정판(151), 제2 고정판(152), 제3 고정판(153), 및 제4 고정판(154)을 연결하여 하나의 셀 홀더(150)로 사용할 수 있다. 배터리 셀(120)들이 3×5 배열로 배치되는 경우, 도 5의 (b)와 같이 제1 고정판(151)과 제2 고정판(152)을 연결하여 하나의 셀 홀더(150)로 사용할 수 있다. 배터리 셀(120)들이 5×3 배열로 배치되는 경우, 도 5의 (c)와 같이 제1 고정판(151)과 제3 고정판(153)을 연결하여 하나의 셀 홀더(150)로 사용할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들이 배치되는 구조가 다양하더라도, 이에 맞추어 셀 홀더(150)의 구조를 용이하게 변경할 수 있다. 그러나 고정판이 구비되는 개수나 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법은, 충진재의 사용량을 감소시키면서 배터리 팩을 안정적으로 고정할 수 있는 방법에 관한 것이다. 도 6을 참조하면, 배터리 팩의 제조방법은, 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정(S110), 프레임의 일측에 복수개의 셀 홀더를 적층시켜 설치하고, 프레임 외부로 돌출되는 배터리 셀들의 타단부를 셀 홀더들에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정(S120), 및 배터리 셀들의 타단부를 제외한 상기 일단부 둘레를 지지하도록, 프레임의 내부공간에 충진재를 주입하는 과정(S130)을 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 우선 프레임(110)의 내부공간에 배터리 셀(120)들의 일단부(또는, 상단부)를 수납시킬 수 있다(S110). 즉, 프레임(110)의 개방된 일측(또는, 하측)을 통해 배터리 셀(120)들을 프레임(110)의 내부공간으로 진입시키고, 배터리 셀(120)들의 단자들을 프레임(110)의 타측(또는, 상부면)에 형성된 관통구(A)들에 끼울 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들이 관통구(A)들이 배치되는 형상을 따라 정렬될 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)들의 상하방향 길이가, 프레임(110)의 상하방향 길이보다 길다. 따라서, 배터리 셀(120)들의 일단부는 프레임(110)의 내부공간에 위치하고, 타단부(또는, 하단부)는 프레임(110)의 하측으로 돌출되어 프레임(110) 외부에 위치할 수 있다.
그 다음, 프레임(110)의 일측에 복수개의 셀 홀더(150)를 적층시켜 설치할 수 있다(S120). 셀 홀더(150)들은 상하방향으로 서로 적층되어 서로 결합된 상태일 수 있고, 셀 홀더(150)들 중 최상측에 위치한 제1 셀 홀더(150a)가 프레임(110)의 하부 접촉하여 결합되므로, 프레임(110)의 개방된 하측을 제1 셀 홀더(150a)가 커버할 수 있다.
또한, 셀 홀더(150)들에는 삽입구(B)들이 형성된다. 이에, 배터리 셀(120)들의 타단부가 삽입구(B)에 삽입될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들의 일단부는 프레임(110) 내에 위치하고, 하단부는 셀 홀더(150)에 의해 지지되어, 배터리 셀(120)들의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
셀 홀더(150)들이 적층되어 있기 때문에, 셀 홀더(150)들에 형성된 삽입구(B)들이 서로 연통되어 상하방향 길이가 길어질 수 있다. 따라서, 서로 연통되는 삽입구(B)들에 삽입되는 배터리 셀(120)의 부분이 증가하여, 프레임(110) 내부공간에 위치하는 배터리 셀(120)의 부분을 감소시킬 수 있다. 이에, 셀 홀더(150)가 구비되는 개수만큼 프레임(110)의 상하방향 길이를 감소시켜 프레임(110) 내부공간의 부피를 감소시킬 수 있다.
한편, 복수개의 셀 홀더(150)를 적층시키면서, 프레임(110)의 내부공간 부피와 프레임(110)의 내부공간에 충진재(130)가 채워지는 양을 조절할 수 있다. 즉, 셀 홀더(150)들이 구비되는 개수가 증가하면 프레임(110)의 내부공간 부피를 감소시키고, 셀 홀더(150)들이 구비되는 개수가 감소하면 프레임(110)의 내부공간 부피를 증가시킬 수 있다. 이에, 프레임(110)의 내부공간 부피가 감소하면 프레임(110)의 내부공간에 충진재(130)를 채워야 하는 양이 감소하고, 프레임(110)의 내부공간 부피가 증가하면 프레임(110)의 내부공간에 충진재(130)를 채워야 하는 양이 증가할 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)들이 적층되는 개수나 높이를 설정하여, 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
이때, 도 3과 같이 적층되는 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 이상 내지 60% 이하일 수 있다. 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 미만이면, 셀 홀더(150)에 삽입되는 배터리 셀(120)의 부분이 너무 적어질 수 있다. 따라서, 셀 홀더(150)에 삽입되지 않는 배터리 셀(120)의 다른 부분을 수납하기 위해 프레임(110)의 내부공간 부피가 증가하여 충진재(130)의 사용량이 증가하는 문제가 있다. 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 60%를 초과하면, 셀 홀더(150)에 삽입되는 배터리 셀(120)의 부분이 너무 많아질 수 있다. 이에, 프레임(110)의 크기가 너무 작아지는 문제가 있다. 충진재(130)의 사용량을 감소시키면서 프레임(110)의 크기를 적절하게 유지하기 위해, 셀 홀더(150)들의 전체 두께(L1)는 배터리 셀(120) 길이(L2)의 20% 이상 내지 60% 이하일 수 있다.
그 다음, 배터리 셀들의 타단부를 제외한 일단부 둘레를 지지하도록, 프레임의 내부공간에 충진재를 주입할 수 있다(S130). 즉, 프레임(110)의 내부공간에서 배터리 셀(120)들이 차지하지 않는 빈 공간에 충진재(130)가 채워질 수 있다. 따라서, 충진재(130)는 배터리 셀(120)들 사이사이로 공급되어, 배터리 셀(120)들을 잡아줄 수 있다.
이때, 셀 홀더(150)들에 의해 프레임(110) 내부공간의 부피가 감소하였다. 따라서, 프레임(110)의 내부공간을 채우기 위해 공급되는 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다. 충진재(130)의 사용량이 감소하면 충진재(130)를 채우기 위해 소요되는 시간과 비용을 감소시킬 수 있다. 즉, 충진재(130)는 셀 홀더(150)들이 적층된 공간에 채워지지 않기 때문에, 배터리 팩(100)의 설계 사양에 따라 설정되는 셀 홀더(150)들의 적층 개수나 높이에 따라 충진재(130)의 사용량이 조절될 수 있다.
한편, 셀 홀더(150)들은 프레임(110)의 일측에 설치할 때, 또는 프레임(110) 내부공간에 충진재(130)를 공급한 후, 히트싱크(140)를 설치하는 작업이 수행될 수 있다. 히트싱크(140)는 셀 홀더(150) 중 최하측의 제2 셀 홀더(150b)에 결합될 수 있고, 셀 홀더(150)들을 관통하는 배터리 셀(120)들과 직간접적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 히트싱크(140)가 배터리 셀(120)들의 온도를 용이하게 조절할 수 있다.
이처럼 복수개의 셀 홀더(150)를 이용하여 배터리 셀(120)들을 고정시킬 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)들 사이의 공간에 충진되는 충진재(130)의 양이 적어지더라도, 배터리 셀(120)들을 안정적으로 지지시킬 수 있다. 따라서, 충진재(130)의 사용량을 감소시켜 배터리 팩(100) 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 배터리 팩 110: 프레임
120: 배터리 셀 130: 충진재
140: 히트싱크 150: 셀 홀더

Claims (10)

  1. 내부공간을 가지고, 일측이 개방되는 프레임;
    일단부가 상기 프레임의 내부공간에 배치되고, 타단부가 상기 프레임의 일측 외부로 돌출되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 프레임의 내부공간에 채워지는 충진재;
    상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 프레임의 일측과 마주보게 배치되는 히트싱크; 및
    상기 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임과 상기 히트싱크 사이에서 서로 적층되는 복수개의 셀 홀더;를 포함하고,
    상기 셀 홀더들이 적층되는 개수에 따라, 상기 프레임의 내부공간 부피와 상기 프레임의 내부공간에 상기 충진재가 채워지는 양이 조절되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 홀더들은 상기 배터리 셀들의 상기 타단부 둘레를 지지하고,
    상기 충진재는 상기 셀 홀더들이 위치하는 공간에는 채워지지 않으며, 상기 배터리 셀들의 상기 타단부를 제외한 상기 일단부를 지지하는 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 홀더는,
    상기 프레임의 내부공간의의 단면을 커버할 수 있도록플레이트 형태로 형성되고, 그 둘레가 상기 프레임의 일측 단부에 접촉되어 설치되는 배터리 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 셀 홀더는,
    상기 배터리 셀들이 배치되는 구조에 대응하여, 평면상으로 서로 분리 가능하게 연결되는 복수개의 고정판을 포함하고,
    상기 고정판에 상기 삽입구들이 형성되는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정판들 중 적어도 일부는 형성되는 삽입구들의 개수가 서로 다른 배터리 팩.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 적층되는 셀 홀더들의 전체 두께는 상기 배터리 셀 길이의 20% 이상 내지 60% 이하인 배터리 팩.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 프레임 및 상기 프레임에 제일 인접하게 설치되는 셀 홀더 중 어느 하나에 돌기가 구비되고, 다른 하나에 상기 돌기가 삽입될 수 있는 결합홈이 구비되는 배터리 팩.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀 홀더의 재질은 플라스틱을 포함하고,
    상기 충진재의 재질은 실리콘을 포함하는 배터리 팩.
  9. 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정;
    상기 프레임의 일측에 복수개의 셀 홀더를 적층시켜 설치하고, 상기 프레임 외부로 돌출되는 상기 배터리 셀들의 타단부를 상기 셀 홀더들에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정; 및
    상기 배터리 셀들의 상기 타단부를 제외한 상기 일단부 둘레를 지지하도록, 상기 프레임의 내부공간에 충진재를 주입하는 과정을 포함하고,
    상기 복수개의 셀 홀더를 적층시키는 과정은,
    상기 프레임의 내부공간 부피와 상기 프레임의 내부공간에 상기 충진재가 채워지는 양을 조절할 수 있도록, 상기 셀 홀더들이 적층되는 개수를 설정하는 과정을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 셀 홀더들이 적층되는 개수를 설정하는 과정은,
    상기 적층되는 셀 홀더들의 전체 두께를 상기 배터리 셀 길이의 20% 이상 내지 60% 이하로 조절하는 과정을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
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