KR20220081121A - 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법 - Google Patents

배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20220081121A KR1020200170643A KR20200170643A KR20220081121A KR 20220081121 A KR20220081121 A KR 20220081121A KR 1020200170643 A KR1020200170643 A KR 1020200170643A KR 20200170643 A KR20200170643 A KR 20200170643A KR 20220081121 A KR20220081121 A KR 20220081121A
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Abstract

본 발명은, 평평한 상부면을 구비하는 히트싱크, 상기 히트싱크의 상부면에 안착되는 배터리 셀, 상기 배터리 셀의 전지 캔 측면에 부착되어 있고, 일부 부위가 전지 캔 측면의 상부에 배치되고, 나머지 부위가 전지 캔 측면의 하부에 배치됨으로써, 전지 캔 측면의 상부와 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시키는 열전도 시트를 포함하여 구성되는, 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법으로서, 히트싱크와 가까운 배터리 셀의 하부와 히트싱크에서 먼 배터리 셀의 상부 간의 온도 편차를 효과적으로 줄여줄 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법이 제시된다.

Description

배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법{BATTERY PACK FOR REDUCING TEMPERATURE DEVIATION IN VERTICAL DIRECTION OF BATTERY CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트싱크와 가까운 배터리 셀의 하부와 히트싱크에서 먼 배터리 셀의 상부 간의 온도 편차를 효과적으로 줄여줄 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이차전지는 충방전이 가능한 전지로서, 전기자동차부터 스마트폰에 이르기까지 다양한 디바이스에서 전원으로 사용된다. 이때, 이차전지는 그것이 사용되는 디바이스에 따라서 하나의 배터리 셀의 형태 또는 복수개의 배터리 셀이 연결된 배터리 팩의 형태로 사용된다.
예컨대 전기자동차는 고출력 및 대용량의 전원을 필요로 한다. 따라서, 전기자동차는 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결시킨 배터리 팩을 전원으로 사용한다. 이때, 전기자동차의 배터리 팩은 상대적으로 내구성이 우수한 캔형 이차전지를 배터리 셀로서 주로 사용한다.
한편, 배터리 팩은 배터리 셀을 충방전하는 동안 열이 축적되기 쉽다. 이를 빠르게 해소시키지 않으면 배터리 셀이 조기에 열화될 수 있다.
따라서, 배터리 팩에는 히트싱크가 구비된다. 히트싱크는 배터리 팩의 하부에 배치되고, 상부면에 복수개의 배터리 셀이 접촉된다. 이에, 배터리 셀의 바닥면으로부터 히트싱크의 상부면으로 열이 방열되며, 배터리 셀이 냉각된다.
이처럼 히트싱크가 배터리 셀의 바닥면을 통하여 배터리 셀로부터 열을 회수하기 때문에, 배터리 셀의 전지캔은 히트싱크와 가까운 하부의 온도가 히트싱크에서 먼 상부의 온도보다 낮아지게 된다. 또한, 배터리 셀의 길이가 길어질수록 이러한 온도의 편차는 더욱 커지게 된다. 이와 같이, 배터리 셀의 상부와 하부의 온도 차이가 발생하면 배터리 셀의 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2019-0047499 A
본 발명은 히트싱크와 가까운 배터리 셀의 하부 및 히트싱크에서 먼 배터리 셀의 상부의 온도 편차를 효과적으로 줄여줄 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩은, 평평한 상부면을 구비하는 히트싱크; 상기 히트싱크의 상부면에 안착되는 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 전지 캔 측면에 배터리 셀의 길이 방향으로 연장 부착되어 전지 캔 측면의 상부와 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시키는 열전도 시트;를 포함하여 구성된다.
상기 열전도 시트는, 상기 전지 캔 측면의 상부에서 상기 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격되어, 상기 상부 캡에 둘러싸여 있는 상기 배터리 셀의 양극 단자와 물리적 및 전기적으로 분리되고, 상기 전지 캔 측면의 하부에서 상기 배터리 셀의 전지 캔 바닥면으로부터 상방으로 이격되어, 상기 전지 캔 바닥면이 안착되어 있는 상기 히트싱크의 상부면과 물리적 및 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 열전도 시트는 열전도성의 그라파이트 시트 및 열전도성의 양면 테이프를 포함하여 구성되고, 상기 양면 테이프가 상기 전지 캔 측면에 부착되고, 상기 그라파이트 시트가 상기 양면 테이프에 부착될 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트; 배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중하부 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중하단 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 상단 시트 및 상기 중하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'T'자 형상으로 감쌀 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 나선형으로 연장형성되는 나선형 시트일 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되는 원통형 시트일 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중상부 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중상단 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 중상단 시트 및 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 상하반전된 'T'자 형상으로 감쌀 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트; 배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중간 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중단 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 상단 시트와 상기 중단 시트 및 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'I'자 형상으로 감쌀 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중간 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 중단 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트; 상기 상단 시트 및 상기 중단 시트 사이에서 배터리 셀의 길이 방향으로 연장형성되는 바 형상의 상단 연결 시트; 상기 중단 시트 및 상기 하단 시트 사이에서 배터리 셀의 길이 방향으로 연장형성되는 바 형상의 하단 연결 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 상단 시트와 상기 상단 연결 시트와 상기 중단 시트와 상기 하단 연결 시트와 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'E'자 형상으로 감쌀 수 있다.
상기 열전도 시트는 배터리 셀의 반경 방향으로 상기 전지 캔 측면에 복수겹으로 부착될 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트; 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 중상부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 최내각 시트와 상기 중간 시트 및 상기 최외각 시트가 상기 전지 캔 측면 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비됨으로써, 상기 전지 캔 측면의 상부에서 하부로 갈수록 상기 열전도 시트의 두께가 얇아질 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트; 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 중하부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 최내각 시트와 상기 중간 시트 및 상기 최외각 시트가 상기 전지 캔 측면 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비됨으로써, 상기 전지 캔 측면의 상부에서 하부로 갈수록 상기 열전도 시트의 두께가 두꺼워질 수 있다.
상기 열전도 시트는 상기 전지 캔 측면의 상부와 상기 전지 캔 측면의 하부 사이에서 상기 전지 캔 측면과 소정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트; 배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 연장형성되며, 상기 전지 캔 측면으로부터 이격되어 있는 바 형상의 중단 시트; 배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 중단 시트는 일부가 벤딩되어 있고, 상기 전지 캔 측면과의 열 교환 없이 상기 상단 시트의 열을 상기 하단 시트로 이동시켜줄 수 있다.
상기 열전도 시트는, 배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 베이스 시트; 배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 연장형성되며, 그 상단 및 하단이 상기 베이스 시트에 부착되어 있고, 상단 및 하단을 제외한 나머지 부분이 상기 베이스 시트로부터 이격되어 있는 바이패스 시트;를 포함하여 구성되고, 상기 바이패스 시트는 상기 나머지 부분이 벤딩되어 있고, 상기 전지 캔 측면과의 열 교환 없이 상기 베이스 시트의 상단 부분의 열을 상기 베이스 시트의 하단 부분으로 바이패스 시켜줄 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩의 제조 방법은, 배터리 셀의 전지 캔 측면의 면적과 대응하는 면적으로 열전도 시트를 제조하는 열전도 시트 제조 단계; 배터리 셀의 전지 캔 측면에 상기 열전도 시트를 부착하는 열전도 시트 부착 단계; 열전도 시트가 부착된 배터리 셀을 히트싱크의 상부면에 안착시키는 배터리 셀 배치 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 열전도 시트 부착 단계는, 상기 열전도 시트의 일부 부위를 상기 전지 캔 측면의 상부에 부착하고 상기 열전도 시트의 나머지 부위를 상기 전지 캔 측면의 하부에 부착하여, 상기 전지 캔 측면의 상부와 상기 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시킴으로써 상기 전지 캔 측면의 상부로부터 상기 전지 캔 측면의 하부로의 열 통로를 생성하는 열 통로 생성 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 열전도 시트의 나머지 부위를 상기 전지 캔 측면의 하부에 부착할 때, 상기 나머지 부위의 하단 모서리를 상기 배터리 셀의 전지 캔 바닥면으로부터 상방으로 이격시킴으로써, 상기 배터리 셀 배치 단계에서 상기 히트싱크의 상부면과 상기 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시킨다.
상기 열전도 시트의 일부 부위를 상기 전지 캔 측면의 상부에 부착할 때, 상기 일부 부위의 상단 모서리를 상기 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격시킴으로써, 상기 열전도 시트와 상기 배터리 셀의 양극 단자를 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다.
상기 열전도 시트 제조 단계는, 복수개의 열전도 시트를 'T'자 형상, 나선형 형상, 원통형 형상, 상하반전된 'T'자 형상, 'I'자 형상, 'E'자 형상, 링 형상 및 바 형상 중 적어도 하나의 형상으로 제조하는 형상 제조 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 열전도 시트 부착 단계는, 복수개의 배터리 셀을 준비하는 배터리 셀 준비 단계; 상기 형상 제조 단계에서 제조된 열전도 시트를 복수개의 배터리 셀 각각의 전지 캔 측면에 배터리 셀의 반경 방향으로 한겹, 복수겹 또는 입체적인 구조로 부착함으로써, 각각의 외면에 열 통로가 생성된 복수개의 배터리 셀을 제조하는 배터리 셀 어셈블리 제조 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀 배치 단계는, 각각의 배터리 셀 어셈블리가 상호 접촉되지 않도록 소정간격 이격시켜 복수개의 배터리 셀 어셈블리의 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시키는 배터리 셀 어셈블리 이격 단계;를 포함하여 구성되고, 복수개의 열전도 시트의 형상이 두가지 이상인 경우, 상기 배터리 셀 배치 단계에서, 열전도 시트의 형상에 따라 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 히트싱크의 상부면의 위치를 다르게 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 배터리 셀 각각의 전지 캔 측면에 열전도 시트를 부착하고, 전지 캔의 상부로부터 전지 캔의 하부로 열을 이동시켜줄 수 있다. 이에, 배터리 셀 각각의 하부와 상부 간의 온도 편차를 줄여줄 수 있고, 배터리 셀 각각의 길이 방향의 온도 편차에 의한 열적 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 및 열전도 시트의 확대도이다.
도 4 내지 도 12은 본 발명의 제2실시 예 내지 제9실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 각각 보여주는 분해도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 제조하는 단계를 보여주는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
1. 본 발명의 실시 예(즉, 제1실시 예)에 따른 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 개략도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 및 열전도 시트의 확대도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(1)은, 평평한 상부면을 구비하는 히트싱크(10), 히트싱크(10)의 상부면에 안착되는 배터리 셀, 배터리 셀의 전지 캔 측면(40)에 배터리 셀의 길이 방향으로 연장 부착되어 전지 캔 측면(40)의 상부와 전지 캔 측면(40)의 하부를 열적으로 연결시키는 열전도 시트(70)를 포함하여 구성된다.
이때, 열전도 시트(70)는, 전지 캔 측면(40)의 상부에서 열전도 시트(70)의 상단 모서리가 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격되어 배터리 셀의 상부 캡에 둘러싸여 있는 배터리 셀의 양극 단자(41)와 물리적 및 전기적으로 분리될 수 있다.
또한, 열전도 시트(70)는, 전지 캔 측면(40)의 하부에서 열전도 시트(70)의 하단 모서리가 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)으로부터 상방으로 이격되어, 전지 캔 바닥면(42)이 안착되어 있는 히트싱크(10)의 상부면과 물리적 및 전기적으로 분리될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(1)은, 셀 홀더(20), 하우징(30), 버스바(50), 지지대(60)를 더 포함할 수 있다.
1.1. 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크(10)
히트싱크(10)는, 배터리 팩(1)의 바닥면을 형성하고, 내부에 냉매 유로(미도시)가 구비되는 냉각부재(11), 냉매 유로와 연결되며, 냉각부재(11)의 측면에 장착되어 있는 냉매 공급포트(12) 및 냉매 유로와 연결되며, 냉각부재(11)의 측면에 장착되어 있는 냉매 회수포트(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
냉각부재(11)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 냉각부재(11)는 소정 면적의 상부면을 구비할 수 있다. 냉각부재(11)의 상부면에 복수개의 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)이 안착될 수 있다. 이에, 냉각부재(11)의 상부면과 복수개의 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)을 통하여 열이 교환될 수 있다. 열은 복수개의 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)으로부터 냉각부재(11)의 상부면으로 방열될 수 있다.
냉각부재(11)는 열전도성이 높은 금속 재질로 제조될 수 있다. 예컨대 냉각부재(11)는 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질을 포함하여 다양한 금속 재질로 제조될 수 있다. 한편, 냉각부재(11)와 복수개의 배터리 셀 사이에는 절연막(미도시)이 배치될 수 있다. 그리고 절연막과 복수개의 배터리 셀 사이에는 소정 패턴의 버스 바 어셈블리(미도시)가 배치될 수 있다.
1.2. 본 발명의 실시 예에 따른 셀 홀더(20)
셀 홀더(20)는 플레이트 형태일 수 있다. 셀 홀더(20)는 제1플레이트(21) 및 제2플레이트(22)를 포함할 수 있다. 제1플레이트(21) 및 제2플레이트(22)는 냉각부재(11)의 상부면에 소정 순서대로 안착될 수 있다. 셀 홀더(20)는 배터리 셀의 하부를 지지해주는 역할을 한다. 셀 홀더(20)에는 복수개의 삽입구(H1)가 관통형성될 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀은 복수개의 삽입구(H1)에 각각 삽입될 수 있다. 셀 홀더(20)는 부도체 재질로 제작되거나, 표면에 절연막이 코팅될 수 있다.
1.3. 본 발명의 실시 예에 따른 하우징(30) 및 버스바(50)
하우징(30)은 내부가 하방으로 개방되어 있는 사각통 형상일 수 있다. 물론, 하우징(30)의 형상은 다양할 수 있다. 하우징(30)은 히트싱크(10)의 상면의 둘레에 안착될 수 있고, 그 내부의 공간에 복수개의 배터리 셀이 수용될 수 있다.
하우징(30)의 상부면에는 복수개의 홀(H2)이 형성될 수 있고, 홀(H2)을 통하여 양극 단자(41)가 상방으로 노출될 수 있다. 또한, 하우징(30)의 상부면에는 복수의 버스바 안착홈(G)이 형성될 수 있다. 복수개의 홀(H) 사이에 복수개의 버스바 안착홈(G)이 각각 위치할 수 있다.
한편, 버스바(50)는 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 버스바(50)는 버스바 안착홈(G)에 안착될 수 있다. 버스바(50)와 복수개의 배터리 셀의 양극 단자(41)는 예컨대 와이어 본딩에 의해서 전기적으로 연결될 수 있다.
1.4. 본 발명의 실시 예에 따른 지지대(60)
지지대(60)는 냉각부재(11)의 상부면으로부터 상방으로 연장형성되며, 복수개의 배터리 셀의 전지 캔 측면을 지지하는 역할을 한다. 이때, 지지대(60)는 예컨대 부도체 재질로 제조되거나, 절연막(미도시)이 그 표면에 코팅될 수 있다. 한편, 지지대(60)의 개수는 다양할 수 있다.
1.5. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀
배터리 셀은 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 배터리 셀은 예컨대 복수개의 원통형의 캔형 이차전지일 수 있다. 복수개의 배터리 셀은 히트싱크(10)의 상부면에 안착될 수 있고, 하우징(30)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀은 셀 홀더(20) 및 지지대(60)에 의해 히트싱크(10)의 상부면 상에서 그 위치가 고정될 수 있다. 복수개의 배터리 셀의 양극 단자(41)는 복수개의 버스바(50)에 의하여 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결될 수 있다. 복수개의 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)에는 음극 단자가 형성될 수 있다. 복수개의 배터리 셀의 음극 단자는 버스바 어셈블리에 의해 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결될 수 있다.
복수개의 배터리 셀 각각은, 상부가 개구된 원통형의 전지 캔, 전지 캔 내부에 수용되어 있는 젤리 롤(jelly roll) 형태의 전극 조립체(미도시), 전지 캔의 상부 개구에 장착되는 상부 캡(미도시), 상부 캡(미도시)에 지지되며 전극 조립체와 연결되는 양극 단자(41)를 포함할 수 있다. 음극 단자는 전지 캔의 바닥면(42)에 형성될 수 있다. 전지 캔의 측면에는 열전도 시트(70)가 부착될 수 있다. 이때, 복수개의 배터리 셀은 각각에 부착된 열전도 시트(70)가 서로 접촉되지 않도록 하는 소정의 간격으로 상호 이격될 수 있다.
1.6. 본 발명의 실시 예에 따른 열전도 시트(70)
열전도 시트(70)는 일부 부위가 전지 캔 측면(40)의 상부에 배치되고, 나머지 부위가 전지 캔 측면(40)의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 열전도 시트(70)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹으로 부착될 수 있다. 이때, 열전도 시트(70)는 열전도성의 그라파이트 시트 및 열전도성의 양면 테이프를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 그라파이트 시트 및 양면 테이프가 상호 부착되어 한겹의 열전도 시트(70)의 외면 및 내면이 될 수 있다. 이에, 열전도 시트(70)가 전지 캔 측면(40)에 부착됨에 따라, 양면 테이프가 전지 캔 측면(40)에 부착되고, 동시에 그라파이트 시트가 양면 테이프를 통하여 전지 캔 측면에 부착될 수 있다.
물론, 열전도 시트(70)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 복수겹으로 부착될 수도 있다.
그라파이트 시트는 그라파이트 입자로 이루어진 시트로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 전지 캔보다 열전도율이 높을 수 있다. 열전도성 양면 테이프는 열전도성을 가지는 소정의 입자 예컨대 세라믹 입자가 함유되어 있는 양면 테이프로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 전지 캔보다 열전도율이 높을 수 있다. 물론, 그라파이트 시트 및 양면 테이프의 구성은 다양할 수 있다.
열전도 시트(70)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트(71), 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)의 중하부 구간을 따라서 연장형성되는 바 형상의 중하단 시트(72)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에, 상단 시트(71) 및 중하단 시트(72)는 상호 연결되며 전지 캔 측면(40)을 'T'자 형상으로 감쌀 수 있고, 전지 캔 측면(40)의 상부 구간으로부터 전지 캔 측면(40)의 하부 구간으로 열을 신속하게 이동시킬 수 있다. 이로부터 배터리 셀의 길이 방향(V)의 온도 편차를 줄일 수 있다.
이러한 열전도 시트(70)는 상단 시트(71)를 통하여 전지 캔 측면(40)의 상부 구간에서 전지 캔과 넓은 면적으로 접촉하여 열을 신속하게 회수할 수 있다. 또한, 열전도 시트(70)는 상단 시트(71)로 회수되는 열을 중하단 시트(72)를 통하여 전지 캔 측면(40)의 하부 구간의 소정 영역으로 집중시켜서 이동시킬 수 있다.
즉, 전지 캔 측면(40)의 상부 구간으로부터 회수한 열을 전지 캔 측면(40)의 하부 구간의 소정 영역에 좁게 집중시킴으로써, 전지 캔 측면(40)의 상부 구간으로부터 회수한 열에 의하여 전지 캔 측면(40)의 하부 구간의 넓은 면적이 열오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도 시트(70)는 후술하는 제3실시 예의 열전도 시트에 비하여 열전도 시트(70)의 무게를 줄일 수 있고, 그에 따른 비용을 절감할 수 있다.
2. 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70A)는 상술한 제1실시 예에 따른 열전도 시트(70)와 형상이 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시 예에 따른 열전도 시트(70A)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 나선형으로 연장형성되는 나선형 시트일 수 있다.
이러한 나선형의 열전도 시트(70A)는 전지 캔 측면(40)에서의 열 흐름에 나성형으로 방향성을 줄 수 있다.
한편, 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70A)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹 또는 복수겹으로 부착될 수 있다.
3. 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70B)는 상술한 제1실시 예에 따른 열전도 시트(70)와 형상이 상이할 수 있다.
이때, 본 발명의 제3실시 예에 따른 열전도 시트(70B)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되는 원통형 시트일 수 있다.
이에, 본 발명의 제3실시 예에 따른 열전도 시트(70B)는 제작이 간편하면서, 전지 캔 측면(40)에 쉽게 부착할 수 있다.
한편, 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70B)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹 또는 복수겹으로 부착될 수 있다.
4. 본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩
도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
이때, 본 발명의 제4실시 예에 따른 열전도 시트(70C)는, 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)의 중상부 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중상단 시트(71C), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
이에, 본 발명의 제4실시 예에 따른 열전도 시트(70C)는 상호 연결되며 전지 캔 측면(40)을 상하반전된 'T'자 형상으로 감쌀 수 있다. 따라서, 제1실시 예에 비하여 배터리 셀이 무게적으로 안정될 수 있다.
한편, 제4실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70C)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹 또는 복수겹으로 부착될 수 있다.
5. 본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩
도 7은 본 발명의 제5실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
이때, 본 발명의 제5실시 예에 따른 열전도 시트(70D)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트(71D), 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)의 중간 구간을 따라서 연장형성되는 바 형상의 중단 시트(72D), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 하부 구간을 따라서 연장형성되는 링 형상의 하단 시트(72D)를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상단 시트(71D)와 중단 시트(72D) 및 하단 시트(73D)는 상호 연결되며 전지 캔 측면(40)을 'I'자 형상으로 감쌀 수 있다. 이러한 구조는 제1실시 예와 제4실시 예의 장점을 취합한 구조로서, 제1실시 예에 비해 배터리 셀이 무게적으로 안정될 수 있으면서, 제4실시 예에 비하여 전지 캔 측면(40)의 상부 구간으로부터 열을 신속하게 회수할 수 있다.
한편, 제5실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70D)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹 또는 복수겹으로 부착될 수 있다.
6. 본 발명의 제6실시 예에 따른 배터리 팩
도 8은 본 발명의 제6실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
본 발명의 제6실시 예에 따른 열전도 시트(70E)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트(71E), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 중간 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 중단 시트(72E), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트(73E), 상단 시트(71E) 및 중단 시트(72E) 사이에서 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 연장형성되는 바 형상의 상단 연결 시트(74E), 중단 시트(72E) 및 하단 시트(73E) 사이에서 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 연장형성되는 바 형상의 하단 연결 시트(75E)를 포함하여 구성될 수 있다. 이들 시트는 상호 연결될 수 있다.
이에, 열전도 시트(70E)는 전지 캔 측면(40)을 'E'자 형상으로 감싸줄 수 있다. 이러한 구조에서는 예컨대 제1실시 예, 제4실시 예 및 제5실시 예에서 전지 캔 측면(40)의 중간 구간에 위치하는 열전도 시트의 소정 부위가 열에 의해 변형되어 전지 캔 측면(40)으로부터 이격되는 것을 방지해줄 수 있다.
이러한 제6실시 예에 따른 배터리 팩의 열전도 시트(70E)는 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 한겹 또는 복수겹으로 부착될 수 있다.
7. 본 발명의 제7실시 예 및 제8실시 예에 따른 배터리 팩
도 9는 본 발명의 제7실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다. 도 10은 본 발명의 제8실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
본 발명의 제7실시 예 및 제8실시 예에 따른 배터리 팩에서는 열전도 시트가 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 복수겹으로 부착될 수 있다.
7.1. 본 발명의 제7실시 예에 따른 열전도 시트(70F)
본 발명의 제7실시 예에 따르면, 열전도 시트(70F)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트(71F)와, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 중상부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트(72F), 및 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 상부 구간을 따라서 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트(73F)를 포함하여 구성될 수 있다.
이처럼 본 발명의 제7실시 예에 따른 열전도 시트(70F)는 예컨대 전지 캔 측면(40) 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비될 수 있다.
이에 의하여, 전지 캔 측면(40)의 상부에서 하부로 갈수록 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 열전도 시트(70F)의 두께가 얇아질 수 있고, 전지 캔 측면(40)의 상부와 하부에서, 전지 캔 측면(40)과 열전도 시트(70F) 간의 열의 출입 속도를 조절해줄 수 있다.
예컨대 전지 캔 측면(40)의 상부에서, 전지 캔 측면(40)으로부터 열전도 시트(70F)로 많은 열이 빠르게 이동할 수 있게 하고, 이와 동시에, 전지 캔 측면(40)의 하부에서는, 열전도 시트(70F)로부터 전지 캔 측면(40)으로 상대적으로 적은 열이 상대적으로 느리게 이동할 수 있게, 열의 출입 속도를 조절해줄 수 있다.
이에, 배터리 셀의 충방전 시에, 충방전을 개시한 직후부터 소정의 시간동안 전지 캔 측면(40)의 상부를 빠르게 냉각시켜줄 수 있다.
7.2. 본 발명의 제8실시 예에 따른 열전도 시트(70G)
본 발명의 제8실시 예에 따르면, 열전도 시트(70G)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트(71G), 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 중하부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트(72G), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트(73G)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에, 열전도 시트(70G)가 전지 캔 측면(40) 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 전지 캔 측면(40)의 상부에서 하부로 갈수록 열전도 시트(70G)의 두께가 두꺼워질 수 있다.
이에, 전지 캔 측면(40)의 상부에서는, 전지 캔 측면(40)으로부터 열전도 시트(70F)로 적은 열이 느리게 이동할 수 있게 하고, 이와 동시에, 전지 캔 측면(40)의 하부에서는, 열전도 시트(70F)로부터 전지 캔 측면(40)으로 상대적으로 많은 열이 상대적으로 빠르게 이동할 수 있게, 열의 출입 속도를 조절해줄 수 있다.
이에, 배터리 셀의 충방전 시에, 충방전을 개시한 직후부터 소정의 시간동안 열전도 시트(70G)의 상부에서 하부로 열을 빠르게 이동시켜줄 수 있다.
한편, 상술한 제1실시 예 내지 제8실시 예의 열전도 시트는 전지 캔 측면(40)의 상부와 전지 캔 측면(40)의 하부 사이에서 소정 부위가 전지 캔 측면(40)과 소정 간격으로 이격될 수도 있다.
8. 본 발명의 제9실시 예 및 제10실시 예에 따른 배터리 팩
도 11은 본 발명의 제9실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다. 도 12는 본 발명의 제10실시 예에 따른 열전도 시트를 배터리 셀로부터 분리한 모습을 보여주는 분해도이다.
본 발명의 제9실시 예 및 제10실시 예에 따른 배터리 팩에서는 열전도 시트가 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 전지 캔 측면(40)에 입체적인 구조로 부착될 수 있다.
8.1. 본 발명의 제9실시 예에 따른 열전도 시트(70H)
본 발명의 제9실시 예에 따른 열전도 시트(70H)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트(71H), 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 연장형성되며, 전지 캔 측면(40)으로부터 소정 간격(d) 이격되어 있는 바 형상의 중단 시트(72H), 배터리 셀의 둘레 방향(θ)으로 전지 캔 측면(40)의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트(73H)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 중단 시트(72H)는 일부가 벤딩되어 있다. 이러한 구조에 의해, 열전도 시트(70H)는 전지 캔 측면(40)의 중간 구간과의 열 교환 없이, 전지 캔 측면(40)의 상부 구간에서 상단 시트(71H)로 이동되는 열을 하단 시트(73H)와 접촉되어 있는 전지 캔 측면(40)의 하부 구간으로 이동시켜줄 수 있다.
이에, 열의 이동에 있어서, 전지 캔 측면(40)의 중간 구간을 거치지 않기 때문에, 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 신속하게 효율적으로 줄여줄 있다.
8.2. 본 발명의 제10실시 예에 따른 열전도 시트(70I)
본 발명의 제10실시 예에 따른 열전도 시트(70I)는, 배터리 셀의 둘레 방향(θ) 및 배터리 셀의 길이 방향(V)으로, 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 베이스 시트(71I), 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)의 전체 구간을 따라서 연장형성되며, 그 상단 및 하단이 베이스 시트(71I)에 부착되어 있고, 상단 및 하단을 제외한 나머지 부분이 베이스 시트(71I)로부터 소정 간격(d) 이격되는 바이패스 시트(72I)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 바이패스 시트(72I)는 상단 및 하단을 제외한 나머지 부분이 벤딩되어 있고, 이에 의해, 전지 캔 측면(40)과의 열 교환 없이, 베이스 시트(71I)의 상단 부분의 열을 베이스 시트(71I)의 하단 부분으로 바이패스 시켜줄 수 있다.
즉, 열은 베이스 시트(71I)를 통하는 메인 흐름과, 바이패스 시트(72I)를 통하는 바이패스 흐름을 형성할 수 있고, 이에, 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 효과적으로 줄여줄 수 있다.
9. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 제조 방법
도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 제조하는 단계를 보여주는 모식도이다. 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도 시트 부착 단계를 보여주는 모식도이고, 또한, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 배치 단계를 보여주는 모식도이다. 그리고 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 하우징 조립 단계를 보여주는 모식도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 셀의 전지 캔 측면(40)의 면적과 대응하는 면적으로 열전도 시트(70)를 제조하는 열전도 시트 제조 단계와, 배터리 셀의 전지 캔 측면(40)에 열전도 시트(70)를 부착하는 열전도 시트 부착 단계와, 열전도 시트(70)가 부착된 배터리 셀(40)을 히트싱크(10)의 상부면에 안착시키는 배터리 셀 배치 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 하우징 조립 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 이하에서는 열전도 시트(70)가 부착된 배터리 셀(40)을 예컨대 배터리 셀 조립체라고 지칭할 수 있다.
9.1. 열전도 시트 제조 단계
열전도 시트 제조 단계는, 복수개의 열전도 시트를 'T'자 형상, 나선형 형상, 원통형 형상, 상하반전된 'T'자 형상, 'I'자 형상, 'E'자 형상, 링 형상 및 바 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 제조하는 형상 제조 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 'T'자 형상, 나선형 형상, 원통형 형상, 상하반전된 'T'자 형상, 'I'자 형상, 'E'자 형상, 링 형상 및 바 형상을 형상 그룹이라고 지칭하면, 복수개의 열전도 시트(70)는 상술한 형상 그룹 중에서 선택된 소정의 단일 형상을 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 복수개의 열전도 시트(70)는 모두 'T'자 형상으로 제조될 수 있다.
물론, 복수개의 열전도 시트(70)는 상술한 형상 그룹 중에서 선택된 복수의 형상을 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 복수개의 열전도 시트(70)는 중 일부 시트가 'T'자 형상으로 제조되면, 나머지 시트는 'T'자 형상이 아닌 다른 형상으로 제조될 수 있다.
상술한 형상으로 제조된 열전도 시트(70)는 배터리 셀의 전지 캔 측면(40)의 면적과 대응하는 면적일 수 있다. 여기서, 대응하는 면적의 의미는 열전도 시트(70)의 면적이 전지 캔 측면(40)의 면적보다 작은 소정의 면적인 것을 의미한다. 이에, 열전도 시트 부착 단계에서 열전도 시트(70)를 전지 캔 측면(40)에 부착하였을 때, 열전도 시트(70)가 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40)을 벗어나지 않고, 배터리 셀의 길이 방향(V)으로 전지 캔 측면(40) 상에 위치할 수 있다.
9.2. 열전도 시트 부착 단계
열전도 시트 부착 단계는, 복수개의 배터리 셀(40)을 준비하는 배터리 셀 준비 단계와, 형상 제조 단계에서 제조된 열전도 시트를 복수개의 배터리 셀 각각의 전지 캔 측면(40)에 배터리 셀의 반경 방향(r)으로 한겹, 복수겹 또는 입체적인 구조로 부착함으로써, 각각의 외면에 열 통로가 생성된 복수개의 배터리 셀을 제조하는 배터리 셀 어셈블리 제조 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 배터리 셀 어셈블리 제조 단계는, 열전도 시트(70)의 일부 부위를 전지 캔 측면(40)의 상부에 부착하고 열전도 시트(70)의 나머지 부위를 전지 캔 측면(40)의 하부에 부착하여, 전지 캔 측면의 상부와 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시킴으로써 전지 캔 측면(40)의 상부로부터 전지 캔 측면(40)의 하부로의 열 통로를 생성하는 열 통로 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 열전도 시트(70)의 일부 부위를 상기 전지 캔 측면의 상부에 부착할 때, 일부 부위의 상단 모서리를 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격시킴으로써, 열전도 시트(70)와 배터리 셀의 양극 단자(41)를 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다.
또한, 열전도 시트(70)의 나머지 부위를 전지 캔 측면(40)의 하부에 부착할 때, 나머지 부위의 하단 모서리를 배터리 셀의 전지 캔 바닥면(42)으로부터 상방으로 이격시킬 수 있다. 이에 의해, 하기의 배터리 셀 배치 단계에서 히트싱크(10)의 상부면과 열전도 시트(70)를 물리적 및 전기적으로 분리시킬 수 있다.
9.3. 배터리 셀 배치 단계
배터리 셀 배치 단계는, 각각의 배터리 셀 어셈블리가 상호 접촉되지 않도록 소정간격 이격시켜 복수개의 배터리 셀 어셈블리의 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시키는 배터리 셀 어셈블리 이격 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이처럼 복수개의 배터리 셀 어셈블리의 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시키기 때문에, 각각의 열전도 시트를 각각의 전지 캔에 직접 접촉시켜서 전지 캔으로부터 열전도 시트로 열을 효과적으로 이동시켜줄 수 있으면서, 열전도 시트에 절연 도장을 하지 않더라도 이웃하는 배터리 셀이 열전도 시트를 통하여 전기적으로 통전되는 것도 방지할 수 있다.
이때, 복수개의 열전도 시트의 형상이 두가지 이상인 경우, 배터리 셀 배치 단계에서 열전도 시트(70)의 형상에 따라 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 히트싱크의 상부면의 위치를 다르게 해줄 수 있다. 즉, 히트싱크(10)내의 유로의 배치에 따라 히트싱크(10)의 상부면의 냉각 효율이 다를 수 있고, 히트싱크(10)의 상부면의 위치별 냉각 효율에 대응하여 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 히트싱크의 상부면의 위치를 다르게 해줄 수 있다.
한편, 배터리 셀 배치 단계 전에 복수개의 배터리 셀의 음극 전극을 소정의 버스바 어셈블리(미도시)를 이용하여 전기적으로 연결시켜줄 수 있다.
9.4. 하우징 조립 단계
하우징 조립 단계에서는, 하우징(30)으로 복수개의 배터리 셀을 커버하여 줄 수 있다. 이때, 하우징(30)을 히트싱크(10)의 상부면 가장자리에 안착시키기 전에, 셀 홀더(20)와 지지대(60)로 배터리 셀의 위치를 고정시켜줄 수 있다. 이후, 하우징(30)으로 복수개의 배터리 셀을 커버해줄 수 있고, 복수개의 배터리 셀의 양극 단자를 버스바(50)로 연결시켜줄 수 있다. 이러한 단계를 통하여 배터리 팩을 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 하우징
11: 냉각부재
12: 냉매 공급포트
13: 냉매 회수포트
20: 셀 홀더
21: 제1플레이트
22: 제2플레이트
30: 하우징
40: 배터리 셀의 전지 캔 측면
41: 배터리 셀의 양극 단자
42: 배터리 셀의 전지 캔 바닥면
50: 버스바
60: 지지대
70~70I: 열전도 시트

Claims (19)

  1. 평평한 상부면을 구비하는 히트싱크;
    상기 히트싱크의 상부면에 안착되는 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 전지 캔 측면에 배터리 셀의 길이 방향으로 연장 부착되어 전지 캔 측면의 상부와 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시키는 열전도 시트;를 포함하여 구성되는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    상기 전지 캔 측면의 상부에서 상기 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격되어, 상기 상부 캡에 둘러싸여 있는 상기 배터리 셀의 양극 단자와 물리적 및 전기적으로 분리되어 있고,
    상기 전지 캔 측면의 하부에서 상기 배터리 셀의 전지 캔 바닥면으로부터 상방으로 이격되어, 상기 전지 캔 바닥면이 안착되어 있는 상기 히트싱크의 상부면과 물리적 및 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열전도 시트는 열전도성의 그라파이트 시트 및 열전도성의 양면 테이프를 포함하여 구성되고,
    상기 양면 테이프가 상기 전지 캔 측면에 부착되고, 상기 그라파이트 시트가 상기 양면 테이프에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트;
    배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중하부 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중하단 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 상단 시트 및 상기 중하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'T'자 형상으로 감싸는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 나선형으로 연장형성되는 나선형 시트인 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되는 원통형 시트인 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중상부 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중상단 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 중상단 시트 및 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 상하반전된 'T'자 형상으로 감싸는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트;
    배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중간 구간을 따라 연장형성되는 바 형상의 중단 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 상단 시트와 상기 중단 시트 및 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'I'자 형상으로 감싸는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 중간 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 중단 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;
    상기 상단 시트 및 상기 중단 시트 사이에서 배터리 셀의 길이 방향으로 연장형성되는 바 형상의 상단 연결 시트;
    상기 중단 시트 및 상기 하단 시트 사이에서 배터리 셀의 길이 방향으로 연장형성되는 바 형상의 하단 연결 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 상단 시트와 상기 상단 연결 시트와 상기 중단 시트와 상기 하단 연결 시트와 상기 하단 시트는 상호 연결되며 상기 전지 캔 측면을 'E'자 형상으로 감싸는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열전도 시트는 배터리 셀의 반경 방향으로 상기 전지 캔 측면에 복수겹으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 중상부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 최내각 시트와 상기 중간 시트 및 상기 최외각 시트가 상기 전지 캔 측면 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비됨으로써,
    상기 전지 캔 측면의 상부에서 하부로 갈수록 상기 열전도 시트의 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 최내각 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 중하부 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 중간 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 최외각 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 최내각 시트와 상기 중간 시트 및 상기 최외각 시트가 상기 전지 캔 측면 상에 서로 겹쳐진 텔레스코프 형상으로 구비됨으로써,
    상기 전지 캔 측면의 상부에서 하부로 갈수록 상기 열전도 시트의 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  13. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열전도 시트는 상기 전지 캔 측면의 상부와 상기 전지 캔 측면의 하부 사이에서 상기 전지 캔 측면과 소정 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 상부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 상단 시트;
    배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 연장형성되며, 상기 전지 캔 측면으로부터 이격되어 있는 바 형상의 중단 시트;
    배터리 셀의 둘레 방향으로 상기 전지 캔 측면의 하부 구간을 따라 연장형성되는 링 형상의 하단 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 중단 시트는 일부가 벤딩되어 있고, 상기 전지 캔 측면과의 열 교환 없이 상기 상단 시트의 열을 상기 하단 시트로 이동시켜주는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도 시트는,
    배터리 셀의 둘레 방향 및 배터리 셀의 길이 방향으로, 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 원통형으로 연장형성되어 있는 베이스 시트;
    배터리 셀의 길이 방향으로 상기 전지 캔 측면의 전체 구간을 따라 연장형성되며, 그 상단 및 하단이 상기 베이스 시트에 부착되어 있고, 상단 및 하단을 제외한 나머지 부분이 상기 베이스 시트로부터 이격되어 있는 바이패스 시트;를 포함하여 구성되고,
    상기 바이패스 시트는 상기 나머지 부분이 벤딩되어 있고, 상기 전지 캔 측면과의 열 교환 없이 상기 베이스 시트의 상단 부분의 열을 상기 베이스 시트의 하단 부분으로 바이패스 시켜주는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩.
  16. 배터리 셀의 전지 캔 측면의 면적과 대응하는 면적으로 열전도 시트를 제조하는 열전도 시트 제조 단계;
    배터리 셀의 전지 캔 측면에 상기 열전도 시트를 부착하는 열전도 시트 부착 단계;
    열전도 시트가 부착된 배터리 셀을 히트싱크의 상부면에 안착시키는 배터리 셀 배치 단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 열전도 시트 부착 단계는,
    상기 열전도 시트의 일부 부위를 상기 전지 캔 측면의 상부에 부착하고 상기 열전도 시트의 나머지 부위를 상기 전지 캔 측면의 하부에 부착하여, 상기 전지 캔 측면의 상부와 상기 전지 캔 측면의 하부를 열적으로 연결시킴으로써 상기 전지 캔 측면의 상부로부터 상기 전지 캔 측면의 하부로의 열 통로를 생성하는 열 통로 생성 단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 열전도 시트의 나머지 부위를 상기 전지 캔 측면의 하부에 부착할 때,
    상기 나머지 부위의 하단 모서리를 상기 배터리 셀의 전지 캔 바닥면으로부터 상방으로 이격시킴으로써, 상기 배터리 셀 배치 단계에서 상기 히트싱크의 상부면과 상기 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 열전도 시트의 일부 부위를 상기 전지 캔 측면의 상부에 부착할 때,
    상기 일부 부위의 상단 모서리를 상기 배터리 셀의 상부 캡으로부터 하방으로 이격시킴으로써, 상기 열전도 시트와 상기 배터리 셀의 양극 단자를 물리적 및 전기적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 열전도 시트 제조 단계는,
    복수개의 열전도 시트를 'T'자 형상, 나선형 형상, 원통형 형상, 상하반전된 'T'자 형상, 'I'자 형상, 'E'자 형상, 링 형상 및 바 형상 중 적어도 하나의 형상으로 제조하는 형상 제조 단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 열전도 시트 부착 단계는,
    복수개의 배터리 셀을 준비하는 배터리 셀 준비 단계;
    상기 형상 제조 단계에서 제조된 열전도 시트를 복수개의 배터리 셀 각각의 전지 캔 측면에 배터리 셀의 반경 방향으로 한겹, 복수겹 또는 입체적인 구조로 부착함으로써, 각각의 외면에 열 통로가 생성된 복수개의 배터리 셀을 제조하는 배터리 셀 어셈블리 제조 단계;를 포함하여 구성되는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 배터리 셀 배치 단계는,
    각각의 배터리 셀 어셈블리가 상호 접촉되지 않도록 소정간격 이격시켜 복수개의 배터리 셀 어셈블리의 열전도 시트를 물리적 및 전기적으로 분리시키는 배터리 셀 어셈블리 이격 단계;를 포함하여 구성되고,
    복수개의 열전도 시트의 형상이 두가지 이상인 경우,
    상기 배터리 셀 배치 단계에서, 열전도 시트의 형상에 따라 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 히트싱크의 상부면의 위치를 다르게 하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀의 길이 방향의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 팩 제조 방법.
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