KR20220053269A - 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 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임의 일측에 설치되는 셀 홀더; 상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 셀 홀더에 설치되는 히트싱크; 상기 배터리 셀들 사이 공간 중 일부에 배치되는 복수개의 지지대; 및 상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 상기 지지대들이 배치되지 않은 나머지 공간에 채워지는 충진재;를 포함하고, 상기 지지대들이 구비되는 개수에 따라, 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 지지하여 수납할 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 지지하여 수납할 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 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임의 일측에 설치되는 셀 홀더; 상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 셀 홀더에 설치되는 히트싱크; 상기 배터리 셀들 사이 공간 중 일부에 배치되는 복수개의 지지대; 및 상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 상기 지지대들이 배치되지 않은 나머지 공간에 채워지는 충진재;를 포함하고, 상기 지지대들이 구비되는 개수에 따라, 상기 충진재가 채워지는 양이 조절된다.
상기 지지대는, 상기 배터리 셀들 사이 공간의 평면 형상을 따라 형성되고, 상기 프레임의 내부공간의 높이 이하로 연장된다.
상기 배터리 셀들이 일방향을 따라 배치되어 형성되는 그룹들은, 일방향과 수직으로 교차하는 방향을 따라 상기 배터리 셀들이 일렬로 배열되도록 배치되고, 상기 그룹들 각각은 동일한 개수의 배터리 셀들로 구성되며, 상기 지지대는 평면 둘레가 4개의 변으로 이루어진다.
상기 배터리 셀들이 일방향을 따라 배치되어 형성되는 그룹들은, 일방향과 수직으로 교차하는 방향을 따라 상기 배터리 셀들이 서로 엇갈리도록 배치되며, 상기 지지대는 평면 둘레가 3개의 변으로 이루어진다.
상기 지지대의 평면 둘레를 이루는 변들은 곡선과 직선 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성된다.
상기 셀 홀더는 복수개가 구비되어 상하로 적층된다.
본 발명은 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정; 상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 일부에 복수개의 지지대를 설치하는 과정; 상기 프레임의 일측에 셀 홀더를 설치하고, 상기 프레임 외부로 돌출되는 상기 배터리 셀들의 타단부를 상기 셀 홀더에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정; 및 상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 상기 지지대들이 설치되지 않은 나머지 공간에 충진재를 주입하는 과정을 포함하고,
상기 복수개의 지지대를 설치하는 과정은, 상기 충진재가 채워지는 양이 조절될 수 있도록, 상기 지지대들이 구비되는 개수를 설정하는 과정을 포함한다.
상기 지지대들이 구비되는 개수를 설정하는 과정은, 상기 배터리 셀들 사이의 전체 공간 부피의 10% 이상 내지 40% 이하를 차지하도록 지지대들을 설치하는 과정을 포함한다.
상기 프레임의 일측에 셀 홀더를 설치하는 과정은, 복수개의 셀 홀더를 상하로 적층시키고 상기 프레임에 결합하는 과정을 포함한다.
상기 충진재의 재질은 실리콘을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 복수개의 지지대를 배터리 셀들 사이의 공간 중 일부에 설치하여 배터리 셀들을 지지시킬 수 있다. 이에, 배터리 셀들을 고정시키기 위해 사용되는 충진재의 양이 적어지더라도, 배터리 셀들이 안정적으로 지지된 상태를 유지할 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 지지대들이 설치되는 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 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 지지대들이 설치되는 구조를 나타내는 평면도이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에 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), 배터리 셀(120), 셀 홀더(150), 히트싱크(140), 충진재(130), 및 지지대(170)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 개구를 통과하여 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.
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 단자는 관통구(A)에 삽입되어 지지되고, 하단부는 삽입구(B)에 삽입되어 지지될 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)들이 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다.
한편, 셀 홀더(150)는 복수개가 구비될 수도 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 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.
히트싱크(140)는 히트싱크(140)는 셀 홀더(150)의 하부에 설치될 수 있다. 이에, 히트싱크(140)는 셀 홀더(150)에 삽입된 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 셀 홀더(150)의 평면 형상을 따라 사각 형태로 형성될 수 있고, 냉각부재(141)의 상부면 면적은 셀 홀더(150)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.
충진재(130)는 프레임(110)의 내부공간으로 공급되어, 배터리 셀(120)들 사이의 공간에 채워질 수 있다. 배터리 셀(120)들 사이의 공간에는 지지대(170)가 미리 설치되어 있기 때문에, 충진재(130)는 배터리 셀(120)들 사이의 공간 중 지지대(170)들이 배치되지 않은 나머지 공간에 채워질 수 있다. 이에, 충진재(130)는 지지대(170)들과 함께 배터리 셀(120)들의 상단부를 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)와 지지대(170)들을 구비하여 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
지지대(170)는 복수개가 구비되어 배터리 셀(120)들 사이 공간 중 일부에 배치될 수 있다. 충진재(130)도 배터리 셀(120)들 사이의 공간에 채워지기 때문에, 지지대(170)들이 구비되는 개수에 따라, 충진재(130)가 채워질 수 있는 공간의 부피가 조절되어, 충진재(130)가 주입되어야 할 양이 조절될 수 있다. 즉, 지지대(170)들이 구비되는 개수가 증가하면 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간이 감소하면서 충진재(130)를 채워야 할 공간의 부피가 감소하고, 지지대(170)들이 구비되는 개수가 감소하면 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간이 증가하면서 충진재(130)를 채워야 할 공간의 부피가 증가할 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2와 같이 4개의 지지대(170)들이 구비되어 좌우방향을 따라 일렬로 배치될 수 있고, 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이의 공간이 지지대(170)들로 채워지면서, 충진재(130)가 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이 공간을 제외한 나머지 열들의 배터리 셀(120)들 사이에만 채워질 수 있다. 이에, 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다. 그러나 지지대(170)들이 구비되는 개수나 배치되는 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
또한, 지지대(170)는 상하 연장되어 막대 형태로 형성될 수 있다. 지지대(170)는 프레임(110)의 내부공간의 높이 이하로 연장될 수 있다. 예를 들어, 지지대(170)는 프레임(110)이 형성하는 청전면에 설치되어 하측으로 연장되거나, 셀 홀더(150)의 상부면에서 상측으로 연장될 수 있다. 또는, 지지대(170)의 상단이 프레임(110)이 형성하는 청전면에 연결되고, 하단이 셀 홀더(150)의 상부면에 연결될 수 있다. 이에, 지지대(170)가 프레임(110) 내부공간에 위치할 수 있다.
이때, 지지대(170)의 평면은 배터리 셀(120)들 사이 공간의 평면 형상을 따라 형성될 수 있다. 지지대(170)의 평면 면적은, 배터리 셀(120)들 사이 공간의 평면 면적 이하일 수 있다. 지지대(170)의 평면 면적이 배터리 셀(120)들 사이의 공간의 평면 면적과 같은 경우 지지대(170)는 배터리 셀(120)들과 직접 접촉할 수 있고, 지지대(170)의 평면 면적이 배터리 셀(120)들 사이의 공간의 평면 면적보다 작은 경우 지지대(170)는 배터리 셀(120)들과 간접적 접촉할 수 있다. 따라서, 지지대(170)가 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간에 안정적으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 3의 (a)와 같이, 배터리 셀(120)들이 일방향(또는, 전후방향)을 따라 배치되어 하나의 그룹을 형성할 수 있다. 이러한 그룹들이 복수개가 구비되어, 일방향과 수직으로 교차하는 방향(또는, 좌우방향)을 따라 배터리 셀(120)들이 일렬로 배열되도록 배치될 수 있다. 그룹들 각각은 동일한 개수의 배터리 셀(120)들로 구성될 수 있다. 이때, 지지대(170)는 평면 둘레가 4개의 변을 가지는 사각형 형태로 이루어질 수 있다. 배터리 셀(120)들이 전후방향 및 좌우방향을 따라 동일선 상에 배치되기 때문에, 사각형 형태로 배치되는 4개의 배터리 셀(120)들이 감싸는 공간들이 형성될 수 있고, 지지대(170)는 서로 다른 배터리 셀(120)들이 감싸는 공간들에 각각 위치할 수 있다. 이에, 지지대(170)의 4개의 변이 서로 다른 배터리 셀(120)들과 마주보게 배치될 수 있다. 따라서, 지지대(170)들의 각 변이 마주보는 서로 다른 배터리 셀(120)들에 직간접적으로 접촉하여, 하나의 지지대(170)가 4개의 배터리 셀(120)들을 지지해줄 수 있다.
또는, 도 3의 (b)와 같이, 배터리 셀(120)들이 일방향(또는, 전후방향)을 따라 배치되어 하나의 그룹을 형성할 수 있다. 이러한 그룹들이 복수개가 구비되어, 일방향과 수직으로 교차하는 방향(또는, 좌우방향)을 따라 배터리 셀(120)들이 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 이때, 지지대(170)는 평면 둘레가 3개의 변을 가지는 삼각형 형태로 이루어질 수 있다. 배터리 셀(120)들이 전후방향으로 동일선 상에 위치하고 좌우방향으로 엇갈려 배치되기 때문에, 삼각형 형태로 배치되는 3개의 배터리 셀(120)들이 감싸는 공간들이 형성될 수 있고, 지지대(170)는 서로 다른 배터리 셀(120)들이 감싸는 공간들에 각각 위치할 수 있다. 이에, 지지대(170)의 3개의 변이 서로 다른 배터리 셀(120)들과 마주보게 배치될 수 있다. 따라서, 지지대(170)들의 각 변이 마주보는 서로 다른 배터리 셀(120)들에 직간접적으로 접촉하여, 하나의 지지대(170)가 3개의 배터리 셀(120)들을 지지해줄 수 있다.
이때, 지지대(170)의 평면 둘레를 이루는 변들은 곡선과 직선 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. 지지대(170)의 변들이 직선 형태를 가지는 경우 지지대(170)를 제작하기가 용이해질 수 있다. 지지대(170)의 변들이 곡선 형태를 가지는 경우 각 변들이 마주보는 배터리 셀(120)들의 부분을 감싸도록 지지대(170)의 둘레를 형성할 수 있다. 따라서, 지지대(170)가 배터리 셀(120)들을 더 안정적으로 지지해줄 수 있다.
이처럼, 복수개의 지지대(170)를 배터리 셀(120)들 사이의 공간 중 일부에 설치하여 배터리 셀(120)들을 지지시킬 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들을 고정시키기 위해 사용되는 충진재(130)의 양이 적어지더라도, 배터리 셀(120)들이 안정적으로 지지된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 충진재(130)의 사용량을 감소시켜 배터리 팩(100) 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 제조방법은, 충진재의 사용량을 감소시키면서 배터리 팩을 안정적으로 지지할 수 있는 방법에 관한 것이다. 도 4를 참조하면, 배터리 팩의 제조방법은, 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정(S110), 배터리 셀들 사이의 공간 중 일부에 복수개의 지지대를 설치하는 과정(S120), 프레임의 일측에 셀 홀더를 설치하고, 프레임 외부로 돌출되는 배터리 셀들의 타단부를 셀 홀더에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정(S130), 및 배터리 셀들 사이의 공간 중 지지대들이 설치되지 않은 나머지 공간에 충진재를 주입하는 과정(S140)을 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 우선 프레임(110)의 내부공간에 배터리 셀(120)들의 일단부(또는, 상단부)를 수납할 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.
배터리 셀들 사이의 공간 중 일부에 복수개의 지지대(170)를 설치할 수 있다(S120). 지지대(170)는 프레임(110)이 형성하는 청전면에 설치되어 하측으로 연장되거나, 셀 홀더(150)의 상부면에서 상측으로 연장되거나, 상단이 프레임(110)이 형성하는 청전면에 연결되고 하단이 셀 홀더(150)의 상부면에 연결될 수 있다. 이에, 지지대(170)가 프레임(110) 내부공간에 위치할 수 있다.
이때, 충진재(130)도 배터리 셀(120)들 사이의 공간에 채워지기 때문에, 지지대(170)들이 구비되는 개수에 따라, 충진재(130)가 채워질 수 있는 공간의 부피가 조절되어, 충진재(130)를 채워야 할 양이 조절될 수 있다. 즉, 지지대(170)들이 구비되는 개수가 증가하면 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간이 감소하면서 충진재(130)를 채워야 할 공간의 부피가 감소하고, 지지대(170)들이 구비되는 개수가 감소하면 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간이 증가하면서 충진재(130)를 채워야 할 공간의 부피가 증가할 수 있다.
예를 들어, 4개의 지지대(170)들이 구비되어 좌우방향을 따라 일렬로 배치될 수 있고, 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이의 공간이 지지대(170)들로 채워지면서, 충진재(130)가 제1 열과 제2 열의 배터리 셀(120)들 사이 공간을 제외한 나머지 열들의 배터리 셀(120)들 사이에만 채워질 수 있다. 이에, 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
이때, 지지대(170)들이 구비되는 개수를 설정할 때, 배터리 셀(120)들 사이의 전체 공간 부피의 10% 이상 내지 40% 이하를 차지하도록 지지대(170)들을 설치할 수 있다. 지지대(170)들이 배터리 셀(120)들 사이의 전체 공간 부피의 10% 미만을 차지하면, 충진재(130)가 충진되는 양이 별로 감소되지 않아 종래와 동일하게 충진재(130)를 충진하고 시간과 비용이 많이 들어가는 문제가 있다. 지지대(170)들이 배터리 셀(120)들 사이의 전체 공간 부피의 40% 초과하여 차지하면, 충진재(130)의 사용량이 너무 적어져 충진재(130)가 안정적으로 배터리 셀(120)들을 지지해주지 못하는 문제가 있다. 따라서, 충진재(130)의 사용량은 감소시키면서 충진재(130)가 배터리 셀(120)들을 안정적으로 지지해줄 수 있도록 배터리 셀(120)들 사이의 전체 공간 부피의 10% 이상 내지 40% 이하를 차지하도록 지지대(170)들의 개수를 결정할 수 있다.
그 다음, 프레임(110)의 일측(또는 하측)에 셀 홀더(150)를 설치할 수 있다(S130). 이에, 프레임(110) 외부로 돌출되는 배터리 셀(120)들의 타단부(또는, 하단부)가 셀 홀더(150)에 형성된 삽입구(B)들에 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.
이때, 셀 홀더(150)가 복수개 구비될 수도 있다. 따라서, 셀 홀더(150)들을 프레임(110) 일측에 설치할 때, 셀 홀더(150)들을 상하로 적층시킨 상태에서 프레임(110) 하부에 결합시킬 수 있다. 셀 홀더(150)들이 적층되면, 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.
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. 따라서, 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. 이에, 셀 홀더(150)들이 적층되는 개수나 높이를 설정하여, 충진재(130)의 사용량을 조절할 수 있다.
그 다음, 배터리 셀(120)들 사이의 공간 중 지지대(170)들이 설치되지 않은 나머지 공간에 충진재(130)를 주입할 수 있다(S140). 따라서, 충진재(130)는 배터리 셀(120)들 사이사이로 공급되어, 배터리 셀(120)들의 상단부를 잡아줄 수 있다.
이때, 셀 홀더(150)들에 의해 프레임(110) 내부공간의 부피가 감소하였고, 프레임(110) 내부공간에는 지지대(170)들이 미리 설치된 상태이다. 따라서, 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간의 부피를 이중으로 감소시켜, 배터리 셀(120)들 사이의 빈 공간을 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 공간과 지지대(170)들이 설치된 공간에 채워지지 않기 때문에, 배터리 팩(100)의 설계 사양에 따라 설정되는 셀 홀더(150)들의 적층 개수나, 지지대(170)들이 구비되는 개수에 따라 충진재(130)의 사용량이 조절될 수 있다.
한편, 배터리 셀(120)들과 지지대(170)들 사이에 간격이 존재하는 경우, 충진재(130)를 주입할 때 충진재(130)가 배터리 셀(120)들과 지지대(170)들의 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다. 이에, 지지대(170)들이 충진재(130)를 통해 배터리 셀(120)들과 간접적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)들과 지지대(170)들 사이에 간격이 존재하더라도, 지지대(170)들이 배터리 셀(120)들을 지지해줄 수 있다.
이때, 충진재(130)의 재질은 실리콘을 포함할 수 있다. 따라서, 충진재(130)를 배터리 셀(120)들 사이의 공간 전체로 공급하는데 많은 시간과 비용이 소용될 수 있으나, 상기에서 설명한 것과 같이 셀 홀더(150)와 지지대(170)들을 구비하여 충진재(130)의 사용량을 감소시킬 수 있다. 이에, 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
170: 지지대

Claims (10)

  1. 내부공간을 가지고, 일측이 개방되는 프레임;
    일단부가 상기 프레임의 내부공간에 배치되고, 타단부가 상기 프레임의 일측 외부로 돌출되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀들의 타단부가 삽입되는 복수개의 삽입구를 구비하고, 상기 프레임의 일측에 설치되는 셀 홀더;
    상기 배터리 셀들을 냉각할 수 있도록, 상기 셀 홀더에 설치되는 히트싱크;
    상기 배터리 셀들 사이 공간 중 일부에 배치되는 복수개의 지지대; 및
    상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 상기 지지대들이 배치되지 않은 나머지 공간에 채워지는 충진재;를 포함하고,
    상기 지지대들이 구비되는 개수에 따라, 상기 충진재가 채워지는 양이 조절되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 배터리 셀들 사이 공간의 평면 형상을 따라 형성되고, 상기 프레임의 내부공간의 높이 이하로 연장되는 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 셀들이 일방향을 따라 배치되어 형성되는 그룹들은, 일방향과 수직으로 교차하는 방향을 따라 상기 배터리 셀들이 일렬로 배열되도록 배치되고, 상기 그룹들 각각은 동일한 개수의 배터리 셀들로 구성되며,
    상기 지지대는 평면 둘레가 4개의 변으로 이루어지는 배터리 팩.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 셀들이 일방향을 따라 배치되어 형성되는 그룹들은, 일방향과 수직으로 교차하는 방향을 따라 상기 배터리 셀들이 서로 엇갈리도록 배치되며,
    상기 지지대는 평면 둘레가 3개의 변으로 이루어지는 배터리 팩.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 지지대의 평면 둘레를 이루는 변들은 곡선과 직선 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성되는 배터리 팩.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀 홀더는 복수개가 구비되어 상하로 적층되는 배터리 팩.
  7. 프레임의 내부공간에 배터리 셀들의 일단부를 수납하는 과정;
    상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 일부에 복수개의 지지대를 설치하는 과정;
    상기 프레임의 일측에 셀 홀더를 설치하고, 상기 프레임 외부로 돌출되는 상기 배터리 셀들의 타단부를 상기 셀 홀더에 형성된 삽입구들에 삽입하는 과정; 및
    상기 배터리 셀들 사이의 공간 중 상기 지지대들이 설치되지 않은 나머지 공간에 충진재를 주입하는 과정을 포함하고,
    상기 복수개의 지지대를 설치하는 과정은,
    상기 충진재가 채워지는 양이 조절될 수 있도록, 상기 지지대들이 구비되는 개수를 설정하는 과정을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 지지대들이 구비되는 개수를 설정하는 과정은,
    상기 배터리 셀들 사이의 전체 공간 부피의 10% 이상 내지 40% 이하를 차지하도록 지지대들을 설치하는 과정을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 프레임의 일측에 셀 홀더를 설치하는 과정은,
    복수개의 셀 홀더를 상하로 적층시키고 상기 프레임에 결합하는 과정을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 충진재의 재질은 실리콘을 포함하는 배터리 팩 제조방법.
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