KR20220074999A - 케이블형 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 제1 필름층, 제1 필름층의 상부에 구비되는 제2 필름층, 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되는 복수의 금속 구조물들 및 복수의 금속 구조물과 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함한다.

Description

케이블형 배터리 모듈 {CABLE-TYPE BATTERY MODULE}
실시예들은 2차 전지 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어, FFC(Flexible Flat Cable) 또는 FFC를 적층한 적층 버스바를 활용한 케이블형 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 친환경 차량 및 전기차에 대한 수요가 높아지면서, 이러한 차량의 동력원으로 이차 전지가 주목받고 있다. 차량 외에도 이차 전지는 많은 산업 분야에서 그 사용 빈도가 급증하고 있으며, 사용되는 분야의 특성에 따라 이차 전지의 출력, 용량, 구조 등이 다양화되고 있다.
일반적인 이차 전지의 형태는 원통형, 각형 또는 파우치형이 실시되고 있다. 수요자들의 다양한 욕구에 부응하여 이차 전지가 사용되는 디바이스들의 종류가 다양화되고 디바이스의 디자인이 중요시 되고 있는 추세이나, 전통적인 구조 및/또는 형태(즉, 원통형, 각형 또는 파우치형)의 이차 전지는 일정 부피 이상의 공간을 차지하여 특수한 디바이스의 설계에 장애 요인이 될 수 있다. 예를 들어, 새롭게 개발된 디바이스에 있어서, 이차 전지가 장착될 수 있는 공간이 좁고 긴 부분일 경우, 이차 전지의 구조적 변형이 어려운 한계를 가진다.
종래의 원통형 전지, 동전형 전지, 파우치형 전지는 특정한 형태를 가지고 있으므로, 변형이 자유롭지 못하고 사용에 있어 제한적인 문제점이 있었고, 전지의 사용처에 맞게 임의로 비틀거나 구부리는 등의 변형이 자유롭지 못한 문제점이 있다.
따라서 변형이 용이하며, 이차전지의 안정성과 우수한 성능을 유지할 수 있도록 구조가 개선된 케이블형 이차전지가 요구된다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 유기 수지막으로 형성되는 제1 필름층, 제1 필름층의 상부에 구비되는 제2 필름층, 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되며, 제1 금속 구조물 및 제2 금속 구조물을 포함하는 복수의 금속 구조물들, 제1 금속 구조물의 상부에 구비되며, 제1 금속 구조물 및 제2 금속 구조물과 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 제1 배터리 셀 및 제1 필름층과 제2 필름층 사이에 충진되어, 제1 배터리 셀 및 복수의 금속 구조물들을 감싸고 고정하는 접착층을 포함하고, 제1 배터리 셀은 제1 금속 구조물과 전기적으로 연결되는 제1 전극층, 제2 금속 구조물과 전기적으로 연결되는 제2 전극층 및 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 구비되는 분리막층을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 일 방향으로 연장되어 양 끝단을 가지고 케이블형 배터리 모듈의 하부면을 형성하는 제1 필름층, 제1 필름층의 상면을 덮어 케이블형 배터리 모듈의 상부면을 형성하는 제2 필름층, 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되며, 제1 필름층의 너비 방향으로 소정의 간격을 가지고 평행하게 배열되는 복수의 도체선들 및 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되며, 복수의 도체선들 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함하고, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각은 적어도 일부 면이 복수의 도체선들 중 적어도 하나와 맞닿아, 케이블형 배터리 모듈의 길이 방향으로 정렬될 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 제조 방법은 제1 필름층 및 제2 필름층을 준비하는 단계, 복수의 도체선들을 소정의 간격으로 정렬하는 단계, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 복수의 도체선들의 길이 방향으로 배열하는 단계, 각각의 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 복수의 도체선들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결하는 단계, 제1 필름층 및 제2 필름층 사이에 복수의 도체선들과 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 공급 하는 단계, 제1 필름층과 제2 필름층 사이에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들의 위치를 고정시키는 접착층를 형성하고, 제1 필름층과 제2 필름층을 라미네이션 하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 전력 공급시 발생하는 전력 손실 감소시킬 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 방열 특성을 강화하여 안정적인 전력 공급이 가능하다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 케이블형 배터리 모듈 내에 전자 소자를 구비하여 안전하게 전력 공급이 가능하다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 사용하여 서로 다른 이동 수단들에 적용되는 동력 시스템을 표준화하여 보다 효율적인 동력 시스템을 구성할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈에 적용되는 FFC(Flexible Flat Cable)는, 구리뿐만 아니라 슬러지 금속 등의 다양한 금속 도체(예를 들어, 철(Fe))를 이용한 금속 구조물을 포함하므로, 제조 원가를 절감할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈에 적용되는 FFC는 단면적이 조정된 금속 구조물을 포함하므로, 금속 구조물의 열 저항을 낮출 수 있다. 실시예들에 따른 FFC는 열 방사율이 높은 소재를 이용한 접착체를 포함하여 FFC의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 플렉시블 평면 케이블(Flexible Flat Cable, FFC) 의 개략적인 측면도이다.
도 2는 실시예들에 따른 FFC의 장변 방향의 단면도이다.
도 3은 전력 손실 Ploss에 나타내는 매개 변수 x에 대한 전류의 제곱 I2(x) 및 예비 저항 R(x)의 각각의 그래프이다.
도 4는 실시예들에 따른 FFC의 단변 방향의 단면도이다.
도 5는 PCT 필름을 절연 피복층으로 하는 실시예들에 따른 FFC의 제조방법을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 A 및 B 부분을 도시한 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 PCT 필름을 절연 피복층으로 하는 실시예들에 따른 FFC의 제조방법을 도시한 것이다.
도 10은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 포함한 배터리 시스템의 개념도이다.
도 11은 실시예들에 따른 배터리 시스템이 다양한 운송 장치에 적용된 예시도이다.
도 12는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
도 13은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
도 14는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
도 15는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
도 16은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예들을 통해 설명되는 케이블(예를 들면, FFC)은 부품 간 전기적인 연결이 가능하도록 하는 전도체를 모두 포함하는 개념이다. 실시예들에 따른 케이블은 전기 자동차, 수소 전기차, 하이브리드와 같은 친환경 차량, 배터리 팩, 군수송장비, 유인/무인 드론, 헬기, 전투기, ESS(Energy Storage Station), 태양 전지, 전력 전송선, 선박, 건설(예를 들어, 아파트 등) 등에 이용될 수 있으나, 추후 개발되는 새로운 제품 형태라도 케이블이 설치 가능한 장치에는 적용될 수 있음을 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 실시예들에 따른 케이블은 버스바로도 호칭할 수 있다.
실시예들을 통해 설명되는 적층 버스바는, 적층된 케이블(또는 FFC)을 포함한다. 예를 들면, 실시예들에 따른 적층형 버스바는, 버스바를 하나 또는 그 이상 적층한 구조를 갖는다.
이하에서는, FFC의 장변 방향을 X축 방향, FFC의 단변 방향을 Y축 방향, FFC의 적층 방향을 Z축 방향으로 설명한다.
도 1은 실시예들에 따른 플렉시블 평면 케이블(Flexible Flat Cable, FFC) 의 개략적인 측면도이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈에는 하나 또는 그 이상의 FFC를 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 실시예들에 따른 FFC(1100)는 본체부(1101)와 본체부(1101)의 양단에 형성된 단자부(1102)를 포함할 수 있다. 본체부(1101)는 절연체를 포함하여 형성될 수 있고, 단자부(1102)는 도체를 포함하여 형성될 수 있다. 즉, FFC(1100)는, 단자부(1102)를 통해 다른 전자 부품, 전자 장치, 전자 기기 또는 전기 기기와 전기적으로 접속될 수 있다. 본체부(1101)는 FFC(1100)를 보호하기 위해, 외부에 보호 덮개(미도시)를 설치할 수 있다.
도 2는 실시예들에 따른 FFC의 장변 방향의 단면도이다.
도 2에 도시한 것처럼, 실시예들에 따른 FFC(2100)(예를 들면, 도 1에서 설명한 FFC)는 2 개의 절연 피복 층(2110), 2 개의 절연 피복 층(2110) 사이에 배치되는 복수 개의 금속 구조물(2120), 및 접착제(2130)를 포함한다. 즉, 접착제(2130)는 복수 개의 금속 구조물(2120)을 고정하면서, 2 개의 절연 피복 층(2110) 사이에 충진되어 있다. 도 2 에서는 하나의 금속 구조물(2120)만이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수 개의 금속 구조물을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 절연 피복 층(2110)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 필름, 폴리시클로헥산 디메틸렌테레프탈레이트(Poly Cyclohexylene dimethylene Terephthalate, PCT) 필름 등을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 절연 피복 층(2110)은 열 방사율이 0.7 이상 1 이하, 바람직하게는 0.75 이상 1 이하, 특히 바람직하게는 0.8 이상 1 이하이다. 절연 피복 층(2110)은 FFC(2100)의 가장 바깥쪽에 설치되기 때문에, 절연 피복 층(2110)의 열 방사율은 금속 구조물(2120) 및 접착제(2130)의 열 방사율보다 큰 것이 바람직하다. 특히, 금속 구조물(2120), 접착제(2130), 및 절연 피복 층(2110)의 순서대로 열 방사율이 커지는 것이 바람직하다. FFC(2100)의 외측으로 열 방사율이 높아지게 함으로써 방열 효율이 향상된다. 도 2의 금속 구조물(2120)은 하나의 금속 구조물로 표현되었으나 하나 또는 그 이상의 금속 구조물들을 나타낼 수 있다.
실시예들에 따른 접착제(2130)는 예를 들어, 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 등을 사용하여도 된다.
실시예들에 따른 접착제(2130)는 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 내화학성, 내스크래치성, 내후성, 내열성 등이 우수한 재료는 어느 것이든 이용할 수 있으며, 예를 들어, PET나, PCT 소재에 비해 내충격성을 더할 수 있도록 에틸렌글리콜(EG)을 공중합한 PCT 공중합체를 이용하여도 된다.
실시예들에 따른 FFC(2110)는 절연 피복 층(2110)과 절연층(2120) 사이에 프라이머(미도시)를 더 포함할 수 있다. 프라이머를 도포함으로써, 절연 피복 층(2110)과 접착제(2130)의 밀착성이 향상될 수 있다.
절연 피복 층(2110)과 접착제(2130) 사이에 프라이머(미도시)를 더 포함할 수 있다. 프라이머를 도포함으로써, 절연 피복 층(2110)과 접착제(2130)의 밀착성이 향상될 수 있다.
실시예들에 따른 FFC(2110)는 절연 피복 층(2110)에서 튀어 나온 금속 클래드부(2121)를 더 포함할 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 FFC(2110)는, x 축 방향 양 쪽으로 금속 구조물(2120) 중 금속 클래드부(2121)가 노출 될 수 있다. FFC(2110)가 복수 개 존재하는 경우, 복수 개의 FFC(2110)에서 각각의 금속 클래드부(2121)는 서로 접할 수 있다. 이때, 각각의 금속 클래드부(2121)는 직접 접할 수 있고, 접합하여 접할 수도 있다. 또는, 각각의 금속 클래드부(2121)는 도전성 접착제(미도시)를 통해 접할 수도 있다. 예를 들어, FFC(2110)가 복수 개 존재하는 경우, 각각의 FFC(2110)에 포함되는 금속 구조물(2120)은, 금속 클래드부(2121)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 금속 클래드부(2121)가 존재하는 부분을 단자부(2102)(예를 들면, 도 1에서 설명한 단자부)라고 칭할 수 있다.
복수 개의 금속 구조물(2120)의 표면적을 증가시키면, FFC(2100)의 방열 효과가 높아지고, 중량이 줄어들 수 있다. 이하에서는 전류와 전력의 양을 최적화하고 FFC의 방열 효과를 높일 수 있는 금속 구조물의 단면적을 결정(또는, 표면적을 결정)하는 과정에 대해 설명한다.
도 3은 전력 손실 Ploss에 나타내는 매개 변수 x에 대한 전류의 제곱 I2(x) 및 예비 저항 R(x)의 각각의 그래프이다.
실시예들에 따른 FFC(예를 들면 도 1 내지 도 2에서 설명한 FFC)는, 전력을 전달할 수 있다. 예를 들어, FFC는 전자 기기와 전자 기기 간 전력을 전달할 수 있다.
FFC가 전력을 공급하는데 있어서, FFC로 공급된 전력 Pappli 이 모두 FFC의 전력 Preal 으로 이용되는 것이 아니라, 그 과정에서 전기 에너지의 손실인 전력 손실 Ploss 이 발생할 수 있다. [수학식 1]은 공급 전력 및 손실 전력의 관계를 나타낸다.
[수학식 1]
Preal = Pappli - Ploss
[수학식 1]에서, Preal 는 실효 전력, Pappli 는 공급 전력, Ploss 는 손실 전력이다.
실효 전력 Preal 에 대하여 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Preal = (1-r) Pappli
[수학식 2]에서, r은 공급 전력과 실효 전력의 관계를 나타내는 상수이다.
실시예들에 따른 FFC는 수학식에 표현된 손실 전력 Ploss 에 대응하는 열 에너지를 갖는다. 열 에너지는 열 전달, 열 전도, 대류 및 열 복사에 의해 버스바의 외부로 방출된다.
열 전도는, 물질을 통한 열 전달이며, 물질의 열 전달의 용이성 기준으로 물질 고유의 열 전도율이 있다. 대류는 유체 흐름에 의한 열 전달이다. 열 복사는 전자파에 의한 열 전달이며, 물질의 열 방출의 용이성 기준으로 물질 고유의 열 방사율이 있다. FFC의 열 전달에서는 대류 등의 영향이 없음을 가정하고, 열 전도 및 열 방출을 고려할 수 있다. 물질의 열 전도율이 크면, 열 전도가 크고, 물질의 열 복사 비율이 크면 열 복사가 커진다.
따라서, FFC에 포함되는 도체는, 열 방출을 위하여 열 전도성 및 열 복사율이 큰 도체인 것이 바람직하다.
실시예들에 따른 복수 개의 금속 구조물(예를 들면, 도 2에서 설명한 금속 구조물)은, 전기 전도도가 우수한 도체를 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 그래프에 따라, 금속 구조물에 포함되는 도체를 결정할 수 있다. 도 3에서, Ploss는 전력 손실, I2(x)는 매개 변수 x에 대한 전류의 제곱, R(x)는 저항을 나타내고 있다.
전력 손실 Ploss는 전류 I와 저항 R을 사용하면 [수학식 3]와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Ploss = rI2R
[수학식 3]에서, I 는 전류, R 은 저항을 나타낸다.
전류 I 가 커지면, 유효 전력 Preal 이 커지지만, [수학식 3]에서 알 수 있듯이, 전력 손실 Ploss역시 커진다. 실시예들에 따른 FFC의 설계를 위하여, 전력 손실 Ploss를 억제하면서 최대의 전류를 갖는 전류 I 값을 고려해야 한다. 즉, 실시예들에 따른 FFC의 전류 손실이 저감된 최대의 전류 I를 고려할 수 있다.
[수학식 3]는, 매개 변수 x를 이용하여 아래 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
I2(x) = a1x2 + b1x + c1
R(x) = b2x + c2
[수학식 4]에서 I2(x)는 매개 변수를 x로 하는 전류 I의 제곱에 대한 방정식이며, R(x)는 매개 변수를 x로 하는 저항 R에 대한 방정식을 나타내며, a1, b1, b2, c1, c2 는 상수이다.
도 3에 도시된 그래프는, [수학식 4]에 표현된 전력 손실 Ploss를 매개 변수 x에 대한 전류의 제곱 I2(x) 및 저항 R(x) 각각을 나타낸다.
도 3에 도시한 그래프에서 볼 수 있듯이, I2(x) 의 곡선과 R(x) 의 직선이 바뀌는 포인트 A0가 존재한다. 포인트 A0 보다 작은 영역 S 및 포인트 A0 보다 큰 영역 S'은 모두 전력 손실 Ploss 보다 실효 전력 Preal 이 큰 영역이다. 그러나, 영역 S 와 영역 S'는 전류 손실 Ploss의 요인이 상이하다. 영역 S는 저항 R(x)의 값이 전류의 제곱 I2(x)의 값에 비해 큰 영역으로, 전력 손실 Ploss는 저항 성분이 지배적이라고 할 수 있다. 한편, 포인트 A0 보다 큰 영역 S'은 전류의 제곱 I2(x)의 값이 저항 R(x)의 값보다 큰 영역으로, 전력 손실 Ploss는 전류 I 성분이 지배적이라고 할 수 있다.
즉, 도 3에 도시한 그래프를 통하여, S'은 전류 손실이 큰 영역임을 알 수 있다. 따라서, 실시예들에 따른 금속 구조물은 영역 S에 대응하는 전류 I 값을 이용하여 전류의 손실을 저감할 수 있는 도체를 포함할 수 있다.
금속 구조물은, 도체인 금속(예를 들면 구리(Cu) 등)을 포함할 수 있다.
영역 S에 있어서, 전체 저항은 고유 저항과 열 저항을 포함할 수 있다. 이때, 고유 저항과 열 저항이 전체 저항에서 차지하는 비율은, 아래 [표 1]에서 전기 저항과 열 전도도로 나타내었다. 저항과 전도도는 서로 역수의 관계를 갖는다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 1]은 은, 구리, 알루미늄, 철, 주석의 전기 저항 및 열 전도도를 나타낸다. [표 1]에서는 전체 저항 및 원가를 고려하여 은, 구리, 알루미늄, 철, 주석에 대하여만 나타내었으나, 실시예들에 따른 금속 구조물에 포함되는 금속은 이에 한정되는 것은 아니며, 도체이면 어느 것이어도 된다. [표 1]에 도시한 바와 같이, 전체 저항에 있어서, 열 저항이 차지하는 비율은, 고유 저항이 차지하는 비율을 무시할 만큼 큰 것을 알 수 있다. 따라서 실시예들에 따른 금속 구조물은 열 저항을 고려하여 선택된다. 이때, 열 저항은 온도 변화를 변수로 가진다. 즉, 온도 변화를 유지하기 위하여, 실시예들에 따른 FFC에 포함되는 금속 구조물은, 열을 방출하여, 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
아래 [표 2]는 위 [표 1]을 상대적인 금속 도체의 전기 전도도 및 열 전도도로 나타내고 있다.
[표 2]
Figure pat00002
[표 2]는 영역 S에 있어서, 은, 구리, 알루미늄, 철, 주석의 상대적인 전기 전도도 및 열 전도도를 나타낸다. 구리는 전기 저항이 우수하여, 전기 전도 면에서 장점이 있어 FFC에 포함되는 금속 구조물로 사용되나, 원가가 높고, 중량이 무거운 단점이 있다. 따라서 [표 2]는 구리의 전기 전도도 및 구리의 열 전도도를 100으로 나타낸 경우, 나머지 금속들의 상대적인 전기 전도도 및 상대적인 열 전도도를 나타낸다. 은의 상대적인 전기 전도도 및 열 전도도는 구리의 전기 전도도 및 열 전도도보다 높으나, 나머지 금속들의 상대적인 전기전도도 및 열 전도도는 구리의 전기 전도도 및 열 전도도보다 낮다. 즉, 영역 S에 있어서, 금속 도체가 가지는 열 저항의 차이는 크지 않은 것을 알 수 있다.
따라서 실시예들에 따른 복수 개의 금속 구조물은 도 3에서 설명한 그래프 및 관련 수학식들에 따라 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 은 구리에 비해 상대적으로 원가가 저렴하므로 FFC의 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한 실시예들 뿐만 아니라 영역 S에 있어서, 열 저항이 큰 도체인 금속이라면 금속 구조물로 사용 가능하다.
도 4는 실시예들에 따른 FFC의 단변 방향의 단면도이다.
실시예들에 따른 FFC(4100)(예를 들면, 도 1 내지 도 3에서 설명한 FFC)는, 2 개의 절연 피복 층(4110)(예를 들면, 도 2 내지 도 3에서 설명한 절연 피복 층), 2 개의 절연 피복 층(4110) 사이에 배치되는 복수 개의 금속 구조물(4120)(예를 들면, 도 2 내지 도 3에서 설명한 금속 구조물), 및 접착제(4130)(예를 들면, 도 2 내지 도 3에서 설명)를 포함하여 형성될 수 있다. 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 FFC는 2 개의 절연 피복 층(4110) 사이에 소정의 간격(d)(예를 들면 제 1 간격 d)으로 이격되어 배치된 복수 개의 금속 구조물(4120)을 포함한다. 복수 개의 금속 구조물(4120)은 벌크 금속 구조물보다 적은 중량을 가지므로, 금속 구조물이 FFC에서 차지하는 비율이 줄어든다. 따라서 실시예들에 따른 FFC는 벌크 금속 구조물을 포함하는 FFC(이하, '리지드 FFC'라고 칭함)보다 가벼울뿐만 아니라 제조 비용도 절감할 수 있다.
또한 실시예들에 따른 금속 구조물(4120)은 열 손실을 줄이기 위하여 2 개의 절연 피복 층(4110) 사이에 배치된다. 구체적으로, 실시예들에 따른 금속 구조물(4120)의 장변은 2 개의 절연 피복 층(4110)에 평행 방향이 되도록 배치되므로, 금속 구조물(4120)과 2 개의 절연 피복 층(4110)이 중첩하는 면적이 커지게 할 수 있다.
실시예들에 따른 금속 구조물(4120)의 단면 형상은, 사각형일 수 있다. 금속 구조물(4120)의 단면 형상이 사각형인 경우, 사각형의 장변을 절연 피복 층에 평행한 방향(즉, X축 방향)으로, 사각형의 단변을 절연 피복 층(4110)에 수직한 방향(즉, Z축 방향)이 되도록 한다. 금속 구조물(4120)을 이와 같이 구성함으로써, 금속 구조물(4120)과 절연 피복 층(4110)이 중첩하는 면적이 증가하고, FFC(4100)의 열 손실 및 전류 손실을 줄일 수 있다. 그러나, 금속 구조물(4120)의 단면 형상은 사각형에 한정되지 않는다. 금속 구조물(4120)의 단면 형상은, 예를 들어, 타원형, 원형, 다각형 등 어떤 형상이어도 된다.
실시예들에 따른 금속 구조물(4120)이 사각형인 경우 사각형의 단변의 길이에 대한 장변의 길이는 5 배 이상, 바람직하게는 10 배 이상, 특히 바람직하게는 50 배 이상일 수 있다. 사각형의 단변 방향의 길이와 장변 방향의 길이의 차이가 커지게 하여, 같은 크기의 단면적이어도 금속 구조물(4120)과 절연 피복 층(4110)이 중첩하는 면적을 증가시킬 수 있다. 그 때문에 금속 구조물(4120)의 강성을 유지할 수 있다면, 단변 방향의 길이에 대한 장변 방향의 길이는 100 배 이상이어도 된다.
도면에 도시된 w는 금속 구조물의 폭을 나타내고, h1은 금속 구조물의 두께를 나타낸다. 실시예들에 따른 금속 구조물의 폭(w)은 0.05(50um)~ 0.15mm(150um)의 범위 내의 값을 가지며, 두께(h1)는 0.2mm(200um) ~ 0.5mm(500um)의 범위 내의 값을 갖는다.
도면에 도시된 h2는 FFC(4100)의 두께를 나타낸다. 도면에 도시된 h3는 각 절연 피복 층(4111, 4112)의 두께를 나타낸다. 예를 들어, FFC의 두께(h2)는 140 ㎛ 내지 206 ㎛ 범위 내의 값을 가지고, 각 절연 피복층(4111,4112)의 두께(h3)는 25 ㎛ 내지 38 ㎛ 범위 내의 값을 가진다. 금속 구조물의 폭(w), 금속 구조물의 두께(h1), FFC의 두께(h2), 각 절연 피복층(4111,4112)의 두께(h3)의 값은 상술한 예시에 국한되지 않는다.
실시예들에 따른 접착제(4130)는, 복수 개의 금속 구조물(4120)을 감싸면서 2 개의 절연 피복 층(4111, 4112) 사이에 충진되어 복수 개의 금속 구조물(4120)을 고정할 수 있다. 열 손실의 관점에서, 단순히 2 개의 절연 피복 층(4111, 4112) 사이에 복수 개의 금속 구조물(4120)이 형성된 구조에서는, 실시예들에 따른 FFC(4100)에 침입한 공기가 갇힐 수 있다. 즉, 열 방사율이 낮은 침입한 공기에 의해 열 방사에 의한 외부 방열의 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 실시예들에 따른 FFC(4100)는 금속 구조물(4120)의 주위를 열 방사율이 높은 재료가 둘러싸도록 형성할 수 있다. 구체적으로 실시예들에 따른 FFC(4100)는, 공기의 침입을 방지할 수 있는 열 방사율이 높은 접착제(4130)를 이용하여 복수 개의 금속 구조물(4120)을 둘러싸고, 복수 개의 금속 구조물(4120)과 2 개의 절연 피복 층(4110)을 접착제(4130)를 통해 접착할 수 있다.
실시예들에 따른 2 개의 절연 피복 층(4110) 및 접착제(4130)는, 열 방사 효율을 향상시키기 위하여, 복수 개의 금속 구조물(4120)보다 열 방사율이 높은 재료일 수 있다. 예를 들어, 접착제(4130)는 폴리 에스테르를 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 FFC(4100)는, 절연 피복 층(4110), 접착제(4130), 금속 구조물(4120)의 순서대로 열 방사율이 낮은 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 절연 피복 층(4110)은 열 방사율이 상대적으로 높은 재료를 포함하고, 금속 구조물(4120)은 열 방사율이 상대적으로 낮은 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연 피복 층(4110), 접착제(4130), 금속 구조물(4120)은 모두 동일한 열 방사율을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 9는 실시예들에 따른 FFC의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 실시예들에 따른 FFC의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 A 및 B부분을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4에서 설명한 바와 같이 실시예들에 따른 절연 피복층(5110)(예를 들면 도 2에서 설명한 절연 피복층(2110))은 PCT 필름을 포함한다. PCT 필름은 PET 필름보다 내열 온도가 높으면서도 고온 고습 조건에서 수분에 물성이 변하지 않는 등 고온 고습 환경에 강한 특성을 갖는다. 따라서, PCT 필름 상에 인쇄 방식에 의한 패턴을 형성함으로써 기존 PET 필름 상에 인쇄 전자 기술을 적용한 제품이 갖는 고온 고습 조건에서의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그러나 PCT 필름을 절연 피복 층으로 사용하면, PCT 필름과 접착제의 접착 강도가 낮기 때문에 PCT 필름을 FFC의 절연 피복 층으로 이용하는 데에 어려움이 있다. 이하에서는 PCT 필름을 FFC의 절연 피복 층으로 이용하기 위한 제조방법을 설명한다.
실시예들에 따른 FFC(예를 들면, 도 1 내지 도 4에서 설명한 FFC)의 제조 방법은 롤투롤 과정 도중에 적용되는 라미네이션 공정을 포함한다.
실시예들에 따른 라미네이션 공정에서는 주행하고 있는 상측 절연 피복 층(5111) 및 하측 절연 피복 층(5112)(예를 들면, 도 2 내지 도 4에서 설명한 절연 피복 층) 사이로 다수 가닥의 도체선들인 금속 구조물(5120)(예를 들면, 도 2 내지 도 4에서 설명한 금속 구조물)이 공급되면서 라미네이팅 된다.
상측 절연 피복 층(5111) 및 하측 절연 피복 층(5112)은, 절연 피복 층(5110)의 일면에 프라이머(5140)를 매개로 하여 접착제(5130)(예를 들면, 도 2 내지 도 4에서 설명한 접착제)가 접착된 구조를 갖는다.
상하측 절연 피복 층(5110)은 각각 FFC(5100)의 상하측 절연 피복층(5150)이 될 부재로서, PCT를 재질로 하는 PCT 필름이 사용될 수 있다.. 또한, 상하측 절연 피복 층(5112)의 프라이머(5140)는 각각 FFC의 상하측 프라이머층(5141, 5142)이 될 부재로서, 폴리 우레탄 계열의 수지를 재질로 할 수 있다.
실시예들에 따른 라미네이션 공정이 수행될 때, 상측 절연 피복 층(5111)의 접착제(5131) 및 하측 절연 피복 층(5112)의 접착제(5132)가 서로 맞닿은 상태로 위 상하측 절연 피복 층(5110)이 주행하고, 금속 구조물들(5120)은 두 접착제(5131, 5132) 사이로 연속적으로 공급되면서 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)과 함께 주행한다.
실시예들에 따른 라미네이션 공정은 1차 라미네이션 및 2차 라미네이션을 포함한다.
실시예들에 따른 1차 라미네이션에서는 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)이 수평 방향으로 주행하면서 상하로 위치하는 한 쌍의 1차 히팅 롤러(5211, 5212) 사이를 통과하는데, 이때 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)에는 1차 히팅 롤러(5211, 5212)에 의해 100℃ 내지 110℃ 범위 내의 온도가 가해지고, 1kgf/cm2 내지 3 kgf/cm2 범위 내의 압력이 가해진다. 1차 라미네이션 공정은 금속 구조물들(5120)의 정렬 상태를 유지시키면서 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)을 가접하는 공정인 바, 상대적으로 낮은 온도 및 낮은 압력이 채택된다.
실시예들에 따른 2차 라미네이션에서는 1차 라미네이션이 이루어진 직후의 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)이 수직 방향으로 주행하면서 좌우로 위치하는 한 쌍의 2차 히팅 롤러(5213, 5214) 사이를 통과하고, 이때 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)에는 2차 히팅 롤러(5213, 5214)에 의해 140℃ 내지 160℃ 범위 내의 온도 및 90kgf/cm2 내지 110 kgf/cm2 범위 내의 압력이 가해진다.
실시예들에 따른 2차 라미네이션에서 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)이 수평 방향으로 주행하는 경우가 고려될 수 있다. 하측 절연 피복 층(5112)에 가해지는 높은 온도의 열기가 상승하여 상측 절연 피복 층(5111)에 영향을 미치게 되거나 2차 라미네이션 직후에 하측 절연 피복 층(5112)에 남아있는 잔열이 상측 절연 피복 층(5111)으로 상승하는 현상이 발생하면 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)에 서로 다른 온도 조건이 적용될 수 있다. 따라서 실시예들에 따른 2차 라미네이션에서는 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)을 수직 방향으로 주행시킬 수 있다.
실시예들에 따른 1차 라미네이션에서도 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)이 수직 방향으로 주행할 수 있다. 2차 히팅 롤러(5213, 5214)의 높은 온도로 인해 열기가 상승하여 1차 라미네이션 온도 환경에 영향을 미치면 1차 라미네이션 온도 조건이 의도한 온도 조건과 달라질 수 있다. 따라서 실시예들에 따른 1차 라미네이션에서는 상하측 절연 피복 층(5111, 5112) 및 금속 구조물들(5120)이 2차 라미네이션에서와 달리 수평 방향으로 주행한다.
실시예들에 따른 상하측 절연 피복 층(5111, 5112)의 두께 및 금속 구조물들(5120)의 두께는 실시예들에 따른 FFC의 두께가 앞서 설명한 바와 같도록 적절하게 선택된다.
도 7은 실시예들에 따른 FFC의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 8은 도 8의 A 및 B 부분을 도시한 단면도이다.
실시예들에 따른 FFC(예를 들면, 도 1 내지 도 6에서 설명한 FFC)의 제조 방법은 롤투롤 과정 도중에 적용되는 라미네이션 공정을 포함한다.
도 5와 달리, 도 7에서는, 금속 구조물(미도시)이 라미네이션 공정이 이루어지기 이전에 상하측 절연 피복 층(7111, 7112) 중 어느 하나의 접착제(7131, 7132)에 인쇄될 수도 있다. 도 7 및 도 8(b)에는 접착제(7130)에 금속 구조물들(7120)이 인쇄된 하측 절연 피복 층(7112)이 도시되어 있다.
도 9는 라미네이션 공정 이후에 이루어지는 슬리팅 공정 및 커팅 공정을 설명하기 위한 평면도 및 저면도이다.
실시예들에 따른 라미네이션 공정(예를 들면, 도 5 내지 도 8에서 설명한 라미네이션 공정)은 2차 라미네이션 이후에 이루어지는 3차 라미네이션을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 FFC(예를 들면, 도 1 내지 도 8에서 설명한 FFC) 에서는 커넥터(미도시)와의 연결을 위해 금속 구조물들(9120)(예를 들면, 도 2 내지 도 8에서 설명한 금속 구조물)의 양단이 앞서 설명한 바와 같이 외부로 노출될 수 있는데, 이 노출을 위해 라미네이션 공정을 거치기 이전에 상하측 절연 피복 층(9111, 9112)(예를 들면, 도 2 내지 도 8에서 설명한 절연 피복 층) 중 적어도 하나에는 노출창(9150)이 천공된다.
실시예들에 따른 노출창(9150)이 천공된 상하측 절연 피복 층(9111, 9112)(예를 들면, 도 2 내지 도 8에서 설명한 절연 피복 층)이 1차 및 2차 라미네이션을 거치고 나면 3차 라미네이션이 이루어지는데, 3차 라미네이션에서는 노출창(9150)과 마주하고 있는 절연 피복 층(9110)에 보강 필름 층(9160)이 열 압착된다. 실시예들에 따른 보강 필름 층(9160)은 2 개의 절연 피복 층(9110)의 외면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 실시예들에 따른 보강 필름 층(9160)은 복수 개의 금속 구조물들과 반대 방향에 위치하는 2 개의 절연 피복 층(9110)의 외면에 형성될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 상측 절연 피복 층(9111)에 노출창(9150)이 천공되었다면, 보강 필름 층(9160)이 노출창(9150)의 하부에 위치하도록 하측 절연 피복 층(9112)에 열 압착할 수 있다.
실시예들에 따른 3차 라미네이션에서는, 상하측 절연 피복 층(9111, 9112) 및 금속 구조물들(9120)이 상하로 위치하는 한 쌍의 히팅 플레이트(5220, 7220)(예를 들면, 도 5 내지 도 8에서 설명한 히팅 플레이트) 사이를 통과하며 수평으로 연속해서 주행하고, 주기적으로 공급되는 보강 필름 층(9160)은 히팅 플레이트(5220, 7220)에 의해 주기적으로 가압 및 가열되면서 절연 피복 층(9110)에 열 압착 된다. 히팅 플레이트(5220, 7220)는 100℃ 내지 110℃ 범위 내의 온도 및 1kgf/cm2 내지 3 kgf/cm2 범위 내의 압력을 절연 피복 층(9110) 및 보강 필름 층(9160)에 가하게 된다.
실시예들에 따른 보강 필름 층(9160)은 PCT 필름 또는 PET 필름의 일면에 폴리에스터 계열 수지를 재질로 하는 접착제(예를 들면, 도 2 내지 도 8에서 설명한 접착제)가 접착된 구조를 갖는다.
3차 라미네이션까지 이루어지고 나면 슬리팅(slitting) 공정 및 커팅 공정이 차례로 이루어진다. 슬리팅 공정에서는 도 9에 도시된 바와 같이 슬리팅 라인(9240)을 따라 절연 피복 층(9110)의 폭 방향 양단을 잘라낸다. 슬리팅 공정이 이루어지고 나면 절연 피복 층(9110)은 노출창(9150)의 폭보다 작은 폭을 갖게 된다. 커팅 공정에서는 노출창(9150)의 길이 방향 중심에 위치하는 커팅 라인(9230)을 따라 절연 피복 층(9110), 금속 구조물들(9120) 및 보강 필름 층(9160)이 절단된다.
실시예들에 따른 FFC는 얇고 유연하면서도, 전력 전달 및 열 저항이 우수하여 케이블형 배터리 모듈의 제조에 사용될 수 있다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 FFC의 일부분에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 결합한 형태로 제작할 수 있다. 또는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 절연 절연 피복 층 및 금속 구조물들과 함께 라미네이션 하여 형성될 수 있다. 이하에서는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈에 관해 보다 상세히 설명한다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 케이블 형태를 가지는 배터리 모듈이다. 케이블은 어느 일 방향으로 연장되어 형성되며, 강선의 꼬인 선 또는 한 선으로 된 도체를 절연한 상태로 하거나 전체를 공통의 외피로 싼 것이다. 일반적으로 케이블은 신호나 전력을 보내는 선로로서 사용된다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 케이블과 유사한 형상을 가지되, 강선의 꼬인 선 또는 한 선으로 된 도체 외에, 절연 필름 층의 내부 또는 외부에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함하여, 신호나 전력을 송수신함과 동시에 직접적으로 전력을 공급하는 역할을 할 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 전력을 공급함과 동시에 전기적 신호 또는 전기적 에너지를 전달할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 복수 개 조합하여 이동 수단 등의 구동에 요구되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 화석 연료 대신 전기 배터리로부터 에너지를 공급받는 전기 자동차의 경우, 대용량 메인 배터리와 케이블형 배터리 모듈을 조합하여 전체 배터리 시스템을 형성할 수 있다.
도 10은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 포함한 배터리 시스템의 개념도이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(10500)은, 케이블형 배터리 모듈(10500) 외부에 구비되는 대용량의 메인 배터리(10400)와 조합하여, 전체 배터리 시스템을 형성할 수 있다. 구체적으로, 실시예들에 따른 배터리 시스템은 케이블형 배터리 모듈이 하나 또는 그 이상 결합되어 형성되는 케이블 배터리부(10600), 케이블 배터리부(10600)와 전기적으로 연결된 메인 배터리(10400)를 포함한다. 케이블 배터리부(10600)는 하나 또는 그 이상의 케이블형 배터리 모듈(10500)이 직렬 또는 병렬 연결되어 구성된다. 도 10의 케이블 배터리부(10600)는 2 개의 케이블형 배터리 모듈을 포함한 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시일 뿐이며, 케이블 배터리부(10600)는 3개 이상의 케이블형 배터리 모듈(10500)을 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 메인 배터리(10400)와 케이블 배터리부(10600)가 결합된 전체 배터리 시스템에서, 메인 배터리(10400)와 케이블 배터리부(10600)에 포함된 케이블형 배터리 모듈(10500)은 전력 공급 측면에서 상호 보완 관계를 형성할 수 있다.
도 10의 (A)는 배터리(10100, 10200)를 통해 구동되는 이동 수단의 일반적인 배터리 시스템을 나타낸다.
이해를 돕기 위해 이하의 설명에서는, 실시예들에 따른 배터리 시스템은 전기 자동차에 적용되는 것을 전제로 한다. 다만, 이는 실시예들에 따른 배터리 시스템이 적용되는 예시이며, 전기 자동차 외에 다양한 디바이스에 적용될 수 있다.
일반적으로, 복수의 배터리(10100, 10200)가 구비된 배터리 시스템은, 전기 자동차의 주행을 위한 에너지를 공급하는 고전압의 메인 배터리(10100), 공급된 DC 에너지를 AC로 변환시키는 인버터(미도시), 변환된 AC 전압을 받아 차량을 구동시키는 구동모터(미도시), 각종 편의장치 또는 보조장치 등의 작동을 위한 보조 배터리(10200) 및 배터리 제어부(10300)를 포함한다.
메인 배터리(10100)는 12kW급 이상의 대용량의 에너지를 저장 및 공급할 수 있으며, 전기 자동차의 구동, 제동, 주전력 공급 기능을 수행한다. 보조 배터리(10200)는 600W급의 에너지를 저장 및 공급할 수 있으며, 전기 자동차의 시동, 보조 전력 공급, 인포테이먼트 전력 공급 기능 등을 수행한다. 배터리 제어부(10300)는 메인 배터리(10100) 및 보조 배터리(10200)와 전기적으로 연결되어, 양 배터리(10100, 10200)의 상태를 감지하고, 출력을 조절하여 전체 배터리 시스템의 구동을 제어한다.
보조 배터리(10200) 용량의 한계로 인하여, 구동부에 에너지를 공급하는 역할은 전적으로 메인 배터리(10100)가 수행한다. 따라서 충분한 전기 에너지 저장을 위해 메인 배터리(10100)의 크기 및 부피가 증가하게 되며, 이는 전기 자동차 등 디바이스 설계의 자유도를 제한하고, 에너지 공급의 비효율을 야기할 수 있다. 이에 해결하기 위해, 메인 배터리(10100)에 과도하게 집중되는 전력 공급 역할을 분담하고 에너지 효율성을 높이기 위해, 케이블형 배터리 모듈을 이용한 배터리 시스템 구현이 필요하다.
도 10의 (B)는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(10500)을 사용한 배터리 시스템을 나타낸다.
실시예들에 따른 배터리 시스템은 메인 배터리(10400) 및 메인 배터리(10400)와 직접적으로 연결된 케이블 배터리부(10600)를 포함하며, 케이블 배터리부는 하나 또는 그 이상의 케이블형 배터리 모듈(10500)을 포함한다.
메인 배터리(10400)는 12kW급 이상의 대용량의 전기 에너지를 저장 및 공급할 수 있다. 다만, 일반적인 배터리 시스템에 비해, 구동 전력의 일부분을 케이블형 배터리 모듈(10500)이 분담할 수 있으므로, 메인 배터리(10400)는 12kW급 이하의 에너지를 저장 및 공급할 수도 있다. 메인 배터리(10400)는 전기 자동차의 구동, 제동, 주 전력 공급 기능을 수행한다. 케이블형 배터리 모듈(10500)은 메인 배터리(10400)와 직접 연결되어 있으며, 다른 한편으로 구동부와 직접 연결되어 형성될 수 있다. 케이블형 배터리 모듈(10500)은 다수의 배터리 셀을 포함하고 있으며, 다수의 배터리 셀에서 공급되는 전기 에너지를 이용하여, 상술한 보조 배터리의 기능 외에 전기 자동차의 구동, 제동, 회생 에너지 저장 및 주 전력 공급 기능 중 일부를 수행할 수 있다.
메인 배터리(10400)와 케이블형 배터리 모듈(10500)은 각각 배터리 제어부(10401, 10501)를 더 포함할 수 있다. 즉, 메인 배터리(10400)는 메인 배터리(10400)의 상태 및 출력을 제어하는 배터리 제어부(10401)를 포함할 수 있고, 케이블형 배터리 모듈(10500)은 케이블형 배터리 모듈(10500)의 상태 및 출력을 제어하는 배터리 제어부(10501)를 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 메인 배터리(10400) 및 케이블형 배터리 모듈(10500)은, 배터리를 제어할 수 있는 배터리 제어부를 각각 포함하고 있으므로, 제어 응답 속도가 향상되며, 배터리 맞춤형 제어가 가능하다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(10500)은 케이블형 배터리 모듈(10500)과 전기적으로 연결된 전자 소자들(10502)을 더 포함할 수 있다. 전자 소자(10502)들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 소자들(10502)은 케이블형 배터리 모듈(10500)의 과부하 발생을 방지하고 안정적인 전력 공급이 가능하도록 한다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(10500)을 포함하는 케이블 배터리부(10600)는 가늘고 유연한 케이블의 형태를 가지기 때문에, 형태의 변형이 용이하여 좁은 공간에서 밀집하여 배치할 수 있다. 따라서 일정한 크기 및 부피를 가지는 메인 배터리(10400) 또는 보조 배터리(10200)에 비해, 설치 공간의 제약을 받지 않으며, 디바이스 내부 구조의 설계 자유도가 증가한다. 특히, 스쿠터, 전동 킥보드 등 소형 운송수단이나 드론과 같은 작은 사이즈의 디바이스는 배터리를 수용할 수 있는 내부 공간이 극도로 제한되는데, 실시예들에 따른 케이블 배터리부(10600)는 디바이스 내부의 여유 공간의 형상에 맞춰 형태를 변경할 수 있는 장점이 있다. 실시예들에 따른 케이블 배터리부(10600)는 케이블형 배터리 모듈(10500)의 수량을 조절하여 출력을 조절할 수 있으므로, 보조 배터리(10200)에 비해 큰 전력을 출력할 수 있다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(10500)을 사용한 배터리 시스템은, 케이블형 배터리 모듈(10500)에서 추가적으로 공급되는 전력 범위에 대응하여 메인 배터리(10400)의 전력 부담을 감소시킬 수 있어, 메인 배터리(10400)를 소형화, 경량화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 케이블형 배터리 모듈(10500)이 구동부에 가깝게 위치함으로써 전력 공급 과정에서 전력 손실을 감소시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 11은 실시예들에 따른 배터리 시스템이 다양한 운송 장치에 적용된 예시도이다.
실시예들에 따른 배터리 시스템은 전기 자동차(11000) 또는 전기 스쿠터(11200) 등 차체의 사이즈가 상이하고 요구되는 정격 전력이 상이한 여러 운송 장치에 적용될 수 있다. 실시예들에 따른 배터리 시스템은 케이블형 배터리 모듈이 하나 또는 그 이상 결합되어 형성되는 케이블 배터리부(11102, 11202), 케이블 배터리부(11102, 11202)와 전기적으로 연결된 메인 배터리(11101, 11201) 및 구동부(11103, 11203)를 포함한다.
실시예들에 따른 배터리 시스템은 케이블 배터리부(11102, 11202)에 포함되는 케이블형 배터리 모듈의 수량을 조절하여 출력 범위를 조절할 수 있다. 예를 들어, 메인 배터리(11101, 11201)의 출력에 더해 600W급 추가 출력이 요구되는 배터리 시스템에서, 100W급의 케이블형 배터리 모듈을 6개 연결하여 600W급의 케이블 배터리부(11102, 11202)를 구성할 수 있다. 따라서 디바이스(11100, 11200)의 전력 계통을 설계하는 과정에서 케이블형 배터리 모듈의 개수를 디바이스(11100, 11200)의 필요 전력에 따라 적절히 조절하여, 표준화된 메인 배터리(11101, 11201)를 활용한 배터리 시스템의 구현이 가능하다.
도 11의 (A)는 전기 자동차(11100)의 구동부(11103)에 적용되는 케이블 배터리 시스템의 구성도이다.
전기 자동차(11100)는 대형 차체를 안정적인 속도로 구동시키기 위해 대용량의 배터리 시스템이 요구된다. 따라서 다수의 케이블형 배터리 모듈을 포함하는 케이블 배터리부(11102)를 메인 배터리(11101)에 연결하여 대용량 전기적 에너지 저장 및 출력이 가능하다.
도 11의 (B)는 전기 스쿠터(11200)의 구동부(11203)에 적용되는 케이블 배터리 시스템의 구성도이다.
전기 스쿠터(11200)는 전기 자동차(11100)에 비해 차체의 크기가 작고 무게가 가벼우므로, 비교적 소용량의 배터리 시스템으로 구동 가능하다. 따라서 소수의 케이블형 배터리 모듈을 포함하는 케이블 배터리부(11202)를 메인 배터리(11201)에 연결하여, 전기 스쿠터(11200)의 구동부에 충분한 전력 공급이 가능하다. 즉, 실시예들에 따른 케이블 배터리부(11102, 11202)는, 디바이스가 요구하는 정격 전력과 표준화된 메인 배터리(11101, 11201)가 제공하는 전력 간의 갭(gap)을 메꿔, 다양한 디바이스에서 표준화된 메인 배터리(11101, 11201)를 활용할 수 있는 기술적 장점이 있다.
실시예들에 따른 케이블 배터리부(11102, 11202)는 메인 배터리로부터 구동부(11103, 11203)에 공급되는 전기적 에너지 및 전기 신호의 전송 통로로 활용 가능하다. 즉, 실시예들에 따른 케이블 배터리부(11102, 11202)는 케이블의 기능과 배터리의 기능을 동시에 수행할 수 있어 디바이스(11100, 11200)의 설계 자유도가 증가하며, 구동부(11103, 11203)에 가까운 위치에서 전력을 공급하여 전력 손실이 줄어들 수 있다.
도 12는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은, 일 방향(예를 들어, x 축 방향)으로 연장되는 케이블 형태의 배터리 모듈이다. 케이블형 배터리 모듈(12000)은 도 10에서 설명한 케이블형 배터리 모듈(10500)과 대응되며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(12000)을 하나 또는 그 이상 조합하여 도 10에서 설명한 케이블 배터리부(10600)를 형성할 수 있다. 케이블 배터리부(10600)에 관한 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다.
케이블형 배터리 모듈(12000)은 유기 수지막으로 형성되는 제1 필름층(12101), 제1 필름층(12101)의 상부에 구비되는 제2 필름층(12102) 및 제1 필름층(12101)과 제2 필름층(12102) 사이에 구비되는 배터리부(12200)를 포함할 수 있다. 배터리부(12200)는 복수의 금속 구조물들(12204)과 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함하며, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀을 통해 전기적 에너지를 저장하거나 공급할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 FFC(예를 들어, 도 1 내지 도 9의 FFC)를 이용하여 제조할 수 있다. 즉, 케이블형 배터리 모듈(12000)의 제1 필름층(12101)과 제2 필름층(12102)은 FFC(예를 들어, 도 4의 4100)의 2개의 절연 피복 층(예를 들어, 도 4의 4111, 4112)에 대응한다. 또한, 배터리부(12200)에 포함된 복수의 금속 구조물들(12204)은 FFC(예를 들어, 도 4의 4100)의 2 개의 절연 피복 층(예를 들어, 도 4의 4110) 사이에 배치되는 복수 개의 금속 구조물들(예를 들어, 도 4의 4120)에 대응한다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 FFC(예를 들어, 도 4의 4100)의 2 개의 절연 피복 층(예를 들어, 도 4의 4100) 사이에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(12300)이 복수의 금속 구조물들(예를 들어, 도 4의 4120) 중 일부와 전기적으로 연결되어 형성될 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 도 1 내지 도 9에서 설명한 FFC의 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 9와 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 구부러지거나 휘어질 수 있다. 도 12의 상단에 도시된 케이블형 배터리 모듈(12000)은 바(bar) 형상이지만, 이는 예시일 뿐이며, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 플랫(Flat)한 띠 형상을 가지고 유연하게 휘거나 구부러질 수 있다. 또는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 원형 또는 타원형 단면을 가지고 일 방향으로 연장된 케이블 형태의 배터리 모듈일 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 제1 필름층(12101), 배터리부(12200), 제2 필름층(12102)이 적층되어 형성될 수 있다. 도 12의 상단에 도시된 케이블형 배터리 모듈(12000)은 제1 필름층(12101)의 상부에 배터리부(12200)가 적층되며, 배터리부(12200)의 상부에 제2 필름층(12102)이 일 방향(예를 들어, z 축 방향)으로 적층되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 적층되는 순서는 변경될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 제2 필름층(12102)이 가장 아래 층에 위치하도록 적층될 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 배터리부(12200)의 상부 및 하부를 각각 한 층 이상의 필름층으로 감싸여 형성될 수 있다. 도 12의 상단에 도시된 바와 같이, 배터리부(12200)의 상부 및 하부를 각각 제2 필름층(12102) 및 제1 필름층(12101)으로 감싸여 형성될 수 있다. 도면에는 단면의 이해를 위해 제1 필름층(12101)과 제2 필름층(12102)이 분리되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 1 필름층과 제2 필름층(12102)은 배터리부(12200)의 양 측면 끝단에서 합지되어 배터리부(12200)의 모든 면을 감싸여 형성될 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)의 배터리부(12200)는 복수의 금속 구조물들(12204)과 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들이 일 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적층되어 형성될 수 있다. 적층 구조의 보다 상세한 설명을 위해, 이하에서는 A-A' 부분에서의 단면도를 설명한다.
도 12의 하단은 A-A`부분의 단면도이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(12000)은 제1 필름층(12101), 제1 필름층(12101)의 상부에 배터리부(12200), 배터리부(12200)의 상부에 제2 필름층(12102)이 일 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한 배터리부(12200)는 복수의 금속 구조물들(12204)과 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(예를 들어, 12300)이 일 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적층된다.
제1 필름층(12101) 및 제2 필름층(12102)은 케이블형 배터리 모듈(12000)의 외부면을 형성하며, 내부에 포함된 배터리부(12200)를 외부와 전기적으로 분리시킨다. 실시예들에 따른 제1 필름층(12101) 및 제2 필름층(12102)은 PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이러한 재료들은 절연성, 열 내구성 및 가요성이 우수하므로. 케이블형 배터리 모듈(12000)이 부드럽게 구부러질 수 있다.
배터리부(12200)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(12300)들이 복수의 금속 구조물들(12204) 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되어 형성될 수 있다. 도 12의 하단에 도시된 복수의 금속 구조물들(12204)은 FFC(예를 들어, 도 1 내지 도 9의 FFC)의 금속 구조물(예를 들어, 도 4의 4120)에 대응하며, 제1 금속 구조물(12205) 및 제2 금속 구조물(12206)을 포함할 수 있다. 복수의 금속 구조물들(12204)은 배터리 셀들과 전기적으로 연결되어, 배터리 셀들에 저장된 전기적 에너지를 외부 구동부로 전송할 수 있다. 또한, 복수의 금속 구조물들(12204)은 상호간에 전기적으로 연결되어 외부로부터 전기적 에너지나 전기 신호를 전달하는 통로 역할을 할 수 있다. 실시예들에 따른 복수의 금속 구조물들(12204)은 배터리 셀(12300)에 인접하여 다수 개 형성될 수 있다. 도 12의 하단에 도시된 바와 같이, 복수의 금속 구조물들(12204)은 8 개의 금속 구조물을 포함할 수 있다. 복수의 금속 구조물들(12204)은 배터리 셀(12300)에 인접하여 일 방향(예를 들어, y축 방향)으로 소정의 간격을 가지고 배열될 수 있다. 또한, 복수의 금속 구조물들(12204)은 배터리 셀(12300)의 상부 또는 하부에 배열될 수 있다. 다만, 복수의 금속 구조물들(12204)의 개수, 배열 방향, 배열 간격, 배열 위치 및 단면 형상은 예시일 뿐이며, 다양하게 형성될 수 있다. 실시예들에서, 복수의 금속 구조물들(12204)의 각각은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가지며, 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
배터리부(12200)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(12300)들을 포함한다. 도 12의 하단에 도시된 바와 같이, 실시예들에서 케이블형 배터리 모듈(12000)의 일 단면에는 하나의 배터리 셀(12300)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(12300)은 제1 금속 구조물(12205)의 상부에 구비되며, 제1 금속 구조물(12205) 및 제2 금속 구조물(12206)과 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐이며, 케이블형 배터리 모듈(12000)의 일 단면에는 일 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적층된 복수의 배터리 셀들이 포함될 수 있다. 또는 케이블형 배터리 모듈(12000)의 일 단면에는 다른 일 방향(예를 들어, y축 방향)으로 나란히 배열된 복수의 배터리 셀들이 포함될 수 있다. 또는 케이블형 배터리 모듈(12000)은 다른 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 나란히 배열된 복수의 배터리 셀들이 포함될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리부(12200)는 제1 배터리 셀(12300), 제2 배터리 셀(미도시) 및 접착층(12207)을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 제1 배터리 셀(12300)은 제1 금속 구조물(12205)과 전기적으로 연결되는 제1 전극층(12301), 제2 금속 구조물(12206)과 전기적으로 연결되는 제2 전극층(12302) 및 제1 전극층(12301)과 제2 전극층(12302) 사이에 구비되는 분리막층(12303)을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 전극층(12301)은 양극층에 대응되며, 제2 전극층(12302)은 음극층에 대응될 수 있다. 제1 배터리 셀(12300)은 리튬이온 배터리 셀 또는 전고체 배터리 셀 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 배터리부(12200)는 제2 배터리 셀(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 제2 배터리 셀(미도시)은 제1 배터리 셀(12300)의 제1 전극층(12301)과 전기적으로 연결되는 제3 전극층 및 제2 전극층(12302)과 전기적으로 연결되는 제4 전극층을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 제1 배터리 셀(12300)과 제2 배터리 셀(미도시)은 직렬 연결되거나 병렬 연결될 수 있다. 복수의 도체선들은 제1 배터리 셀(12300)과 제2 배터리 셀(미도시)을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에 따른 제1 금속 구조물(12205)은 제1 배터리 셀(12300)의 제1 전극층(12301) 및 제2 배터리 셀(미도시)의 제3 전극층과 전기적으로 연결되고, 제2 금속 구조물(12206)은 제1 배터리 셀(12300)의 제2 전극층(12302) 및 제2 배터리 셀(미도시)의 제4 전극층과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 금속 구조물(12205)과 제2 배터리 셀(미도시)의 제3 전극층이 연결된 부분과 제1 금속 구조물(12205)과 제1 배터리 셀(12300)의 제1 전극층(12301)이 연결된 부분은 상이하고, 제2 금속 구조물(12206)과 제2 배터리 셀(미도시)의 제4 전극층이 연결된 부분과 제2 금속 구조물(12206)과 제1 배터리 셀(12300)의 제2 전극층(12302)이 연결된 부분은 상이할 수 있다. 실시예들에 따른 제2 배터리 셀(미도시)은 제1 배터리 셀(12300)의 상부 적층되어 구비될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리부(12200)는 제1 필름층(12101)과 제2 필름층(12102) 사이에 충진되어, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 및 복수의 금속 구조물들(12204)을 감싸고 고정하는 접착층(12207)을 포함할 수 있다. 접착층(12207)은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성되며, 제1 필름층(12101), 제2 필름층(12102) 및 접착층(12207)의 열 방사율은 각각의 배터리 셀들의 열 방사율보다 높을 수 있다.
실시예들에 따른 배터리부(12200)는 제1 필름층(12101)과 제2 필름층(12102)의 사이에 구비되며, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자(미도시)들을 더 포함할 수 있다. 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 소자들은 배터리 셀의 상태를 센싱하고, 과부하를 방지하며, 전기적 신호를 증폭 시켜, 배터리 셀의 성능이 온전히 발휘될 수 있도록 보조할 수 있다.
도 13은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
도 13은 케이블형 배터리 모듈(예를 들면, 도 12의 케이블형 배터리 모듈(12000))의 상면도이다. 도 13의 (A)는 필름층(예를 들면, 도 12의 12101, 12102)이 생략된 케이블형 배터리 모듈(예를 들면, 도 12의 12000)의 상면도이며, 도 13의 (B)는 필름층(예를 들면, 도 12의 12101, 12102)이 라미네이션 된 케이블형 배터리 모듈(예를 들면, 도 12의 12000)의 상면도이다. 케이블형 배터리 모듈(13000)은 도 10에서 설명한 케이블형 배터리 모듈(10500)과 대응되며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(13000)을 하나 또는 그 이상 조합하여 도 10에서 설명한 케이블 배터리부(10600)를 형성할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은, 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 연장되는 케이블 형태의 배터리 모듈이며, 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 나란히 배열된 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)이 복수의 도체선들(13300, 13400) 중 일부와 전기적으로 연결되어 디바이스에 전력을 공급할 수 있다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)이 복수의 도체선들(13300, 13400) 중 일부와 연결된 상태에서, 그 상부와 하부를 각각 필름층(13800)으로 덮어 형성될 수 있다.
도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)이 복수의 도체선들(13300, 13400) 중 일부와 전기적으로 연결된다. 복수의 도체선들(13300, 13400)은 전기적 에너지 및 전기 신호를 전송하는 통로 역할을 하며, 앞서 도 12에서 설명한 복수의 금속 구조물(12204)에 대응할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 도 12에서 설명한 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(12300)에 대응할 수 있다. 도 13의 (B)에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600) 및 복수의 도체선들(13700)의 상부 및 하부에 필름층(13800)이 라미네이션 될 수 있다. 라미네이션 된 필름층(13800)은 도 12에서 설명한 제1 필름층(12101) 및 제2 필름층(12102)에 대응된다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 필름층(13800) 사이에 구비되어, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)을 감싸고 고정하는 접착층(예를 들어, 도 12의 12207)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 케이블형 배터리 모듈(13000)은 도 12에 도시된 케이블형 배터리 모듈(12000)의 예시이며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(13000)은 도12에서 설명한 바와 같이, 도 1 내지 9의 FFC의 구조 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 12와 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다.
도 13의 (A)는 실시예들에 따른 복수의 도체선들(13300, 13400) 위에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)이 전기적으로 연결되어 정렬된 상면도이며, 필름층(13700)이 생략된 예시도이다.
실시예들에 따르면, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 복수의 도체선들(13300, 13400) 중 적어도 하나와 맞닿아 전기적으로 연결되어 일 방향으로 정렬된다. 도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 복수의 도체선들(13300, 13400)은 일 방향(예를 들어, y축 방향)의 소정의 폭을 가지고 다른 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 향해 연장되어 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 복수의 도체선 중 일부와 전기적으로 연결되어, 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 향해 일렬로 정렬될 수 있다. 다만, 도면에 도시된 바는 예시일 뿐이며, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 다른 방식으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 일 평면(예를 들어, x-y 평면)상에서 지그재그 형식으로 정렬될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 일 평면(예를 들어, x-y 평면)에 수직한 방향으로 적어도 2 층 이상 적층되어 정렬될 수 있다.
실시예들에 따른 각각의 배터리 셀들(13100, 13200)은 양극층(예를 들어, 도 12의 12301)과 전기적으로 연결된 양극 단자(13101, 13201) 및 음극층(예를 들어, 도 12의 12302)과 전기적으로 연결된 음극 단자(13102, 13202)를 포함한다. 각각의 배터리 셀들(13100, 13200)의 양극 단자(13101, 13201)와 음극 단자(13102, 13202)는 복수의 도체선들(13300, 13400) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된다. 양극 단자(13101, 13201)와 음극 단자(13102, 13202)가 복수의 도체선들(13300, 13400)과 연결되는 부분에는, 체결 강도를 높이기 위한 접합부(13103, 13104, 13203, 13204)가 형성될 수 있다. 접합부(13103, 13104, 13203, 13204)는 리벳 방식, 볼트 방식, 저항 융착 방식, 압착 타입, 다이캐스팅 방식 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 실시예들에 따른 복수의 도체선들(13300, 13400)의 각각은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가지며, 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 제1 배터리 셀(13100)과 제2 배터리 셀(13200)을 포함하며, 제1 배터리 셀(13100)과 제2 배터리 셀(13200)은 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(13100)과 제2 배터리 셀(13200)이 병렬로 연결되기 위해서는, 도13의 (A)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀들(13100, 13200) 각각의 양극 단자(13101, 13201)가 공통된 하나의 도체선(13300)과 연결되고, 배터리 셀들(13100, 13200) 각각의 움극 단자(13102, 13202)가 공통된 다른 하나의 도체선(13400)과 연결된다. 이 경우, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 두 개의 도체선들(13300, 13400)과 전기적으로 연결된다. 실시예들에 따르면, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)은 하이브리드 연결될 수 있다. 하이브리드 연결은 일부 배터리 셀들은 직렬 연결되고 및 다른 일부 배터리 셀들은 병렬 연결된 것을 의미한다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)을 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결하여, 사용자가 원하는 수준의 전압을 가지도록 형성될 수 있다.
도 13의 (B)는 도 13의 (A)에서 설명한 복수의 도체선들(13300, 13400) 및 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13100, 13200)의 상부 및 하부에 필름층(13800)이 라미네이션 된 상면도이다.
실시예들에 따른 필름층(13800)은 복수의 도체선들(13700) 및 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)의 하부에 구비되는 제1 필름층 및 복수의 도체선들(13700) 및 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)의 상부에 구비되는 제2 필름층을 포함한다. 상술한 바와 같이, 제1 필름층 및 제2 필름층이 도 12의 제1 필름층(12101), 제2 필름층(12102)과 대응된다. 실시예들에 따른 제1 필름층 및 제2 필름층은 유기 수지막으로 형성되고, 유기 수지막의 재료는 PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나를 포함한다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 제1 필름층과 제2 필름층 사이에 구비되어, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)을 감싸고 고정하는 접착층(미도시)을 더 포함하며, 접착층은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성된다. 제1 필름층, 제2 필름층 및 접착층의 열 방사율은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600) 각각의 열 방사율보다 높을 수 있다.
즉, 실시예에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 연장되어 양 끝단을 가지고 케이블형 배터리 모듈(13000)의 하부면을 형성하는 제1 필름층, 제1 필름층의 상면을 덮어 케이블형 배터리 모듈(13000)의 상부면을 형성하는 제2 필름층, 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되며, 제1 필름층의 너비 방향(예를 들어, y축 방향)으로 소정의 간격을 가지고 평행하게 배열되는 복수의 도체선들(13700) 및 제1 필름층과 제2 필름층의 사이에 구비되며, 복수의 도체선들(13700) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)을 포함하고, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600) 각각은 적어도 일부 면이 복수의 도체선들(13700) 중 적어도 하나와 맞닿아, 케이블형 배터리 모듈(13000)의 길이 방향(예를 들면, x축 방향)으로 정렬될 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(13500, 13600)과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자들(미도시)을 더 포함하고, 하나 또는 그 이상의 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(13000)은 복수의 도체선들(13700) 양 끝단에 구비되어, 복수의 도체선들(13700) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 12 내지 13에서 설명한 케이블형 배터리 모듈은 2 개의 필름층 사이에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함하고 있다. 다만, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들이 구비되는 위치는 예시일 뿐이며, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은 필름층의 바깥 면에 맞닿아 구비될 수 있으며, 이하 도 14에서 자세히 설명한다.
도 14는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은, 일 방향(예를 들면, x축 방향)으로 연장되는 FFC(예를 들어, 도 1 내지 도 9의 FFC)의 상면에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)을 정렬하여 형성될 수 있다. 도 14는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)이 FFC(14800)의 상면에 맞닿아 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 일렬 정렬된 상면도이다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은 도 1 내지 도 9에서 설명한 FFC의 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서 도 1 내지 도 9와 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다. 케이블형 배터리 모듈(14000)은 도 10에서 설명한 케이블형 배터리 모듈(10500)과 대응되며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(14000)을 하나 또는 그 이상 조합하여 도 10에서 설명한 케이블 배터리부(10600)를 형성할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은 일 방향으로 연장되어 형성되는 FFC(14800) 및 FFC(14800)의 상부면에 맞닿아 FFC(14800)와 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)을 포함할 수 있다. 또한, FFC(14800) 는 2 개의 절연 피복 층, 2 개의 절연 피복 층 사이에 소정의 간격으로 이격되어 폭 방향으로 배치되는 복수의 도체선들(14300, 14400), 복수의 도체선들(14300, 14400)을 감싸면서 2 개의 절연 피복 층 사이에 충진되어 복수의 도체선들(14300, 14400)을 고정하는 접착층을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 FFC(14800)에 포함된 복수의 도체선들(14300, 14400) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된다.
실시예들에 따르면, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 복수의 도체선들(14300, 14400) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 일 방향으로 정렬된다. 복수의 도체선들(14300, 14400)은 일 방향(예를 들어, y축 방향)의 소정의 폭을 가지고 다른 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 향해 연장되어 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 복수의 도체선 중 일부와 전기적으로 연결되어, 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 향해 일렬로 정렬될 수 있다. 다만, 도면에 도시된 바는 예시일 뿐이며, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 다른 방식으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 일 평면(예를 들어, x-y 평면)상에서 지그재그 형식으로 정렬될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 일 평면(예를 들어, x-y 평면)에 수직한 방향으로 적어도 2 층 이상 적층되어 정렬될 수 있다.
실시예들에 따른 각각의 배터리 셀들(14100, 14200)은 양극층과 전기적으로 연결된 양극 단자(14101, 14201) 및 음극층과 전기적으로 연결된 음극 단자(14102, 14202)를 포함한다. 각각의 배터리 셀들(14100, 14200)의 양극 단자(14101, 14201)와 음극 단자(14102, 14202)는 복수의 도체선들(14300, 14400) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된다. 양극 단자(14101, 14201)와 음극 단자(14102, 14202)가 복수의 도체선들(14300, 14400)과 연결되는 부분에는, 체결 강도를 높이기 위한 접합부(14103, 14104, 14203, 14204)가 형성될 수 있다. 접합부(14103, 14104, 14203, 14204)는 리벳 방식, 볼트 방식, 저항 융착 방식, 압착 타입, 다이캐스팅 방식 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 실시예들에 따른 복수의 도체선들(14300, 14400)의 각각은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가지며, 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 제1 배터리 셀(14100)과 제2 배터리 셀(14200)을 포함하며, 제1 배터리 셀(14100)과 제2 배터리 셀(14200)은 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(14100)과 제2 배터리 셀(14200)이 병렬로 연결되기 위해서는, 배터리 셀들(14100, 14200) 각각의 양극 단자(14101, 14201)가 공통된 하나의 도체선(14300)과 연결되고, 배터리 셀들(14100, 14200) 각각의 음극 단자(14102, 14202)가 공통된 다른 하나의 도체선(14400)과 연결된다. 이 경우, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 두 개의 도체선들(14300, 14400)과 전기적으로 연결된다. 실시예들에 따르면, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)은 하이브리드 연결될 수 있다. 하이브리드 연결은 일부 배터리 셀들은 직렬 연결되고 및 다른 일부 배터리 셀들은 병렬 연결된 것을 의미한다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(14100, 14200)을 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결하여, 사용자가 원하는 수준의 전압을 가지도록 형성될 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(14100, 14200)들이 FFC(14800)의 상부면(예를 들어, 도 4의 2 개의 절연 피복 층(4110) 중 어느 하나의 절연 피복 층(4111)의 바깥 면)에 고정될 수 있도록, 외부 접착층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(14000)은 케이블형 배터리 모듈(14000)의 외부면 전체를 감싸고 형성되는 절연 튜브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 15는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 예시이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(15000)은 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 향해 하나 또는 그 이상의 행으로 정렬된 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)을 포함할 수 있다. 도 15는 2 행으로 정렬된 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)을 포함하는 케이블형 배터리 모듈(15000)의 상부 필름층이 생략된 상면도이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(15000)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)이 복수의 도체선들(15001, 15002, 15003, 15004)들 중 일부와 연결된 상태에서, 그 상부와 하부를 각각 필름층으로 덮어 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)은 도 12에서 설명한 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(12300)에 대응할 수 있으며, 복수의 도체선들(15001, 15002, 15003, 15004)은 도 12에서 설명한 복수의 금속 구조물(12204)에 대응할 수 있고, 필름층은 도 12에서 설명한 제1 필름층(12101) 및 제2 필름층(12102)에 대응될 수 있다. 즉, 도 15에 도시된 케이블형 배터리 모듈(15000)은 도 12에 도시된 케이블형 배터리 모듈(12000)의 예시이며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(15000)은 도12에서 설명한 바와 같이, 도 1 내지 9의 FFC의 구조 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 12와 중복되는 구성에 대한 설명은 상술한 바를 참고한다. 또한, 케이블형 배터리 모듈(15000)은 도 10에서 설명한 케이블형 배터리 모듈(10500)과 대응되며, 따라서 케이블형 배터리 모듈(15000)을 하나 또는 그 이상 조합하여 도 10에서 설명한 케이블 배터리부(10600)를 형성할 수 있다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(15000)은 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)은 일 방향(예를 들어 x축 방향)으로 정렬되어, 복수의 행을 이룰 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)은 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C) 및 제 2행 배터리 셀들(15D, 15E) 을 포함할 수 있다. 실시예들에 따른 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C)은 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결 될 수 있다. 예를 들어, 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C)이 병렬연결 되는 경우, 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C) 각각의 양극 단자가 공통된 하나의 도체선(15001)과 연결되고, 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C) 각각의 음극 단자가 공통된 다른 하나의 도체선(15002)과 연결된다. 마찬가지로, 제 2행 배터리 셀들(15D, 15E)은 공통된 도체선(15003, 15004)를 통해 병렬 연결될 수 있다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(15000)은 상호 간에 병렬 연결된 제1 행 배터리 셀들(15A, 15B, 15C)과 상호 간에 병렬 연결된 제 2행 배터리 셀들(15D, 15E)이 서로 직렬 연결 되어, 전체 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)이 하이브리드 연결될 수 있다.
도 15에는 일 평면(예를 들어, x-y평면) 상에서 2 행으로 정렬된 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)을 도시하지만, 이는 예시이며, 복수의 배터리 셀들(15A, 15B, 15C, 15D, 15E)은 일 평면(예를 들어, x-y평면)과 수직한 방향으로 적층되어 배열될 수 있다.
도 16은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 16은 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈(예를 들면 도 10 내지 도 15에서 설명한 케이블형 배터리 모듈)을 제조하는 방법을 나타내는 순서도(16000)이다.
실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈의 구조적 측면에 대한 설명은 도 12 내지 도 15에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈은 제1 필름층 및 제2 필름층(예를 들면, 도 12의 제1 필름층 및 제2 필름층)과 그 사이에 구비되는 복수의 도체선들 및 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 연속적으로 접합하는 공정(롤투롤 공정)을 통해 형성될 수 있다.
이하에서는 실시예들에 따른 케이블형 배터리 모듈을 제조하는 방법을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 제1 필름층 및 제2 필름층을 준비한다. (필름층 준비 단계, S16001) 실시예들에서, 제1 필름층 및 제2 필름층은 유기 수지막 필름으로 이루어질 수 있다. 유기 수지막 필름은 필름은 PI(Poly Imide), PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나일 수 있다. 필름층 준비 단계(S16001)는 제1 필름층 및 제2 필름층을 정렬하고, 제1 필름층 및 제2 필름층의 일부면에 접착층을 형성할 접착제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예들에서, 필름층 준비 단계(S16001)는 자외선 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 자외선 전처리 단계에서는, 제1 필름층 및 제2 필름층에 프라이머 및 접착제가 접착되기 이전에, 제1 필름층 및 제2 필름층에 자외선이 조사될 수 있다. 조사되는 자외선은 170nm 내지 180nm 범위 내의 파장을 가질 수 있다.
복수의 도체선들을 소정의 간격으로 평행하게 정렬한다. (도체선 정렬 단계, S16002) 복수의 도체선들은 앞서 도 1 내지 도 12에서 설명한 금속 구조물에 대응될 수 있다. 도체선 정렬 단계 (S16002)는 필름층 준비 단계 (S16001)와 동시에 이루어지거나, 또는 필름층 준비 단계 이후 순차적으로 이루어 질 수 있다. 도체선 정렬 단계 (S16002)에서 복수의 도체선들은 제1 필름층의 폭 방향으로 일정한 간격을 가지고 평행하게 배열될 수 있다. 실시예들에서, 복수의 도체선들은 철(Fe), 슬러지 금속(Sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하고, 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가질 수 있다.
하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 복수의 도체선들의 길이 방향으로 배열한다. (배터리 셀 배열 단계, S16003) 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은 앞서 도 12 내지 15에서 설명한 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들에 대응될 수 있다. 배터리 셀 배열 단계(S16003)에서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들이 상호간에 직렬 연결 또는 병렬 연결 되도록 배열 방식을 설정할 수 있다. 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은 복수의 도체선들의 길이 방향으로 배열되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하며, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀은 서로 직렬 또는 병렬 연결되도록 배열될 수 있다. 배터리 셀 배열 단계(S16003)는 도체선 정렬 단계(S16002)와 동시에 이루어지거나, 또는 도체선 정렬 단계(S16002) 이후 순차적으로 이루어 질 수 있다.
각각의 배터리 셀들을 복수의 도체선들 중 적어도 일부에 전기적으로 연결한다. (연결 단계, S16004) 연결 단계(S16004)에서 배터리 셀 배열 단계(S16003)를 거쳐 정렬되어 있는 하나 또는 그 이사의 배터리 셀들과 복수의 도체선들을 연결하며, 이때 연결되는 부위는 앞서 도 13에서 설명한 접합부(13103, 13104, 13203, 13204)에 대응할 수 있다. 실시예들에 따른 연결 단계(S16004)에서 각각의 배터리 셀들과 복수의 도체선들의 체결 강도를 높이기 위해 리벳 방식, 볼트 방식, 저항 융착 방식, 압착 타입, 다이캐스팅 방식 중 적어도 어느 하나를 적용할 수 있다.
제1 필름층 및 제2 필름층 사이에 복수의 도체선들과 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 공급한다. (공급 단계, S16005) 공급 단계(S16005)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자들을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 필름층과 제2 필름층을 라미네이션(Lamination) 한다. (라미네이션 단계, S16006) 라미네이션 단계(S16006)에서는 서로 마주보고 구비된 롤러 사이를 통과하며 제1 필름층과 제2 필름층을 라미네이션 할 수 있다. 라미네이션 단계(S16006)가 수행될 때, 제1 필름층의 접착제 및 제2 필름층의 접착제가 서로 마주보는 상태로 제1 필름층 및 제2 필름층이 주행하고, 이와 동시에 복수의 도체선들 및 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은 두 필름층 사이로 연속적으로 공급되면서 두 필름층과 함께 주행할 수 있다. 라미네이션 단계(S16006)에서 제1 필름층 및 제2 필름층에 구비된 접착제가 서로 맞닿아 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 및 복수의 도체선들을 감싸고 접착되어 접착층을 형성한다. 접착층은 앞서 도 12에서 설명한 접착층(12207)에 대응될 수 있다. 접착층에 의해 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 및 복수의 도체선들의 위치가 고정될 수 있다. 실시예들에 따른 접착층은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성되며, 제1 필름층, 제2 필름층 및 접착층의 열 방사율은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각의 열 방사율보다 높게 형성될 수 있다. 라미네이션 단계(S16006)를 거쳐, 제1 필름층 및 제2 필름층으로 둘러 쌓인 내부와 외부가 전기적으로 분리되는 안정적인 형태의 케이블형 배터리 모듈이 완성된다.
실시예들에 따른 S16001 단계, S16002 단계, S16003 단계 및 S16004 단계 중 적어도 하나 이상의 단계는 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어 S16001 단계, S16002 단계 및 S16003 단계는 동시에 수행 될 수 있다. 또는 S16001 단계, S16002 단계, S16003 단계 및 S16004 단계는 동시에 수행될 수 있다. 또는 S16002 단계, S16003 단계 및 S16004 단계는 동시에 수행될 수 있다. 또한 실시예들에 따른 S16001 단계, S16002 단계, S16003 단계 및 S16004 단계는 도면에 도시된 순서와 다른 변경된 순서로 수행될 수 있다. 예를 들어 S16002 단계와 S16003 단계의 순서는 변경될 수 있다.
제1, 제2 등과 같은 용어는 실시예들의 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 하지만 실시예들에 따른 다양한 구성요소들은 위 용어들에 의해 해석이 제한되어서는 안된다. 이러한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사?熾幷? 것에 불과하다. 것에 불과하다. 예를 들어, 제1 사용자 인풋 시그널은 제2사용자 인풋 시그널로 지칭될 수 있다. 이와 유사하게, 제2사용자 인풋 시그널은 제1사용자 인풋시그널로 지칭될 수 있다. 이러한 용어의 사용은 다양한 실시예들의 범위 내에서 벗어나지 않는 것으로 해석되어야만 한다. 제1사용자 인풋 시그널 및 제2사용자 인풋 시그널은 모두 사용자 인풋 시그널들이지만, 문맥 상 명확하게 나타내지 않는 한 동일한 사용자 인풋 시그널들을 의미하지 않는다.
실시예들을 설명하기 위해 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되고, 실시예들을 제한하기 위해서 의도되지 않는다. 실시예들의 설명 및 청구항에서 사용된 바와 같이, 문맥 상 명확하게 지칭하지 않는 한 단수는 복수를 포함하는 것으로 의도된다. 및/또는 표현은 용어 간의 모든 가능한 결합을 포함하는 의미로 사용된다. 포함한다 표현은 특징들, 수들, 단계들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들이 존재하는 것을 설명하고, 추가적인 특징들, 수들, 단계들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들을 포함하지 않는 것을 의미하지 않는다. 실시예들을 설명하기 위해 사용되는, ~인 경우, ~때 등의 조건 표현은 선택적인 경우로만 제한 해석되지 않는다. 특정 조건을 만족하는 때, 특정 조건에 대응하여 관련 동작을 수행하거나, 관련 정의가 해석되도록 의도되었다.
이상의 설명은 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 이상에서 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 본 발명의 실시예에 의하여 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
12000: 케이블형 배터리 모듈
12101: 제1 필름층
12102: 제2 필름층
12200: 배터리부
12300: 배터리 셀
12301: 양극층
12302: 음극층
12303: 분리막층
12204: 복수의 금속 구조물들
12207: 접착층

Claims (20)

  1. 유기 수지막으로 형성되는 제1 필름층;
    상기 제1 필름층의 상부에 구비되는 제2 필름층;
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층의 사이에 구비되며, 제1 금속 구조물 및 제2 금속 구조물을 포함하는 복수의 금속 구조물들;
    상기 제1 금속 구조물의 상부에 구비되며, 상기 제1 금속 구조물 및 상기 제2 금속 구조물과 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 제1 배터리 셀; 및
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층 사이에 충진되어, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 복수의 금속 구조물들을 감싸고 고정하는 접착층을 포함하고,
    상기 제1 배터리 셀은
    상기 제1 금속 구조물과 전기적으로 연결되는 제1 전극층, 상기 제2 금속 구조물과 전기적으로 연결되는 제2 전극층 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 구비되는 분리막층을 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 케이블형 배터리 모듈은 제2 배터리 셀을 더 포함하며,
    상기 제2 배터리 셀은
    상기 제1 배터리 셀의 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제3 전극층 및 상기 제1 배터리 셀의 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 제4 전극층을 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속 구조물은 상기 제2 배터리 셀의 상기 제3 전극층과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 금속 구조물은 상기 제2 배터리 셀의 상기 제4 전극층과 전기적으로 연결되며,
    상기 제1 금속 구조물과 상기 제2 배터리 셀의 제3 전극층이 연결된 부분과 상기 제1 금속 구조물과 상기 제1 배터리 셀의 제1 전극층이 연결된 부분은 상이하고,
    상기 제2 금속 구조물과 상기 제2 배터리 셀의 제4 전극층이 연결된 부분과 상기 제2 금속 구조물과 상기 제1 배터리 셀의 제2 전극층이 연결된 부분은 상이한
    케이블형 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 배터리 셀은 상기 제1 배터리 셀의 상부 적층되어 구비되는
    케이블형 배터리 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층의 사이에 구비되며, 상기 제1 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자들을 더 포함하고,
    상기 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층은 PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나로 형성되고
    상기 접착층은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성되며,
    상기 제1 필름층, 상기 제2 필름층 및 상기 접착층의 열 방사율은 상기 제1 배터리 셀의 열 방사율보다 높은
    케이블형 배터리 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물들의 각각은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가지며, 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  8. 일 방향으로 연장되어 양 끝단을 가지고 케이블형 배터리 모듈의 하부면을 형성하는 제1 필름층;
    상기 제1 필름층의 상면을 덮어 상기 케이블형 배터리 모듈의 상부면을 형성하는 제2 필름층;
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층의 사이에 구비되며, 상기 제1 필름층의 너비 방향으로 소정의 간격을 가지고 평행하게 배열되는 복수의 도체선들; 및
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층의 사이에 구비되며, 상기 복수의 도체선들 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 전압을 충전하거나 방전할 수 있는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 포함하고,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각은
    적어도 일부 면이 상기 복수의 도체선들 중 적어도 하나와 맞닿아, 상기 케이블형 배터리 모듈의 길이 방향으로 정렬되는
    케이블형 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각은
    제1 전극층, 제2 전극층 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 구비되는 분리막층을 포함하는 리튬이온 배터리 셀 또는 전고체 배터리 셀 중 어느 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은
    상기 케이블형 배터리 모듈의 길이 방향으로 정렬되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀은 서로 직렬 또는 병렬 연결되는
    케이블형 배터리 모듈.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 도체선들의 양 끝단에 구비되어, 상기 복수의 도체선들 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자부를 더 포함하는,
    케이블형 배터리 모듈.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자들을 더 포함하고,
    상기 하나 또는 그 이상의 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 필름층 또는 제2 필름층은 유기 수지막으로 형성되고,
    상기 유기 수지막의 재료는 PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나인
    케이블형 배터리 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층 사이에 구비되어, 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 감싸고 고정하는 접착층을 더 포함하며,
    상기 접착층은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성되고,
    상기 제1 필름층, 상기 제2 필름층 및 상기 접착층의 열 방사율은 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각의 열 방사율보다 높은
    케이블형 배터리 모듈.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 도체선들의 각각은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께 및 0.05mm 내지 0.15mm의 폭을 가지며, 철(Fe), 슬러지 금속(sludge metal), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈.
  16. 제1 필름층 및 제2 필름층을 준비하는 단계;
    복수의 도체선들을 소정의 간격으로 정렬하는 단계;
    하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 상기 복수의 도체선들의 길이 방향으로 배열하는 단계;
    각각의 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 상기 복수의 도체선들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층 사이에 상기 복수의 도체선들과 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 공급 하는 단계; 및
    상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층 사이에 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들의 위치를 고정시키는 접착층를 형성하고, 상기 제1 필름층과 상기 제2 필름층을 라미네이션 하는 단계를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각은
    제1 전극층, 제2 전극층 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 구비되는 분리막층을 포함하는 리튬이온 배터리셀 또는 전고체 배터리셀 중 어느 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈의 제조 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들은
    상기 복수의 도체선들의 길이 방향으로 정렬되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀은 서로 직렬 또는 병렬 연결되는
    케이블형 배터리 모듈의 제조 방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 전자소자들을 공급하는 단계를 더 포함하며,
    상기 하나 또는 그 이상의 전자소자들은 퓨즈, 전류 증폭기, 제너 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는
    케이블형 배터리 모듈의 제조 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 필름층 또는 상기 제2 필름층은 유기 수지막으로 형성되며,
    상기 유기 수지막의 재료는 PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Napthalene) 또는 PCT(Polycyclohexylenedimethylene Terephthlate) 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 접착층은 폴리 에스테르, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나로 형성되며,
    상기 제1 필름층, 상기 제2 필름층 및 상기 접착층의 열 방사율은 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들 각각의 열 방사율보다 높은
    케이블형 배터리 모듈의 제조 방법.
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