KR20220092224A - 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법 - Google Patents

자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리 팩 하우징, 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치를 포함하여 구성되는 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 이에 적용되는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 그 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법이 제시된다.

Description

자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법{BATTERY PACK HAVING FIXING APPARATUS USING MAGNETIC FORCE, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, REPLACEMENT METHOD FOR BATTERY CELL OF THE SAME}
본 발명은 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는, 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 그 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법에 관한 것이다.
전기자동차와 같은 중대형 디바이스는 고출력 및 대용량의 동력원을 필요로 한다. 따라서, 중대형 디바이스는 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 팩을 동력원으로 주로 사용한다.
중대형 배터리 팩이 중대형 디바이스가 요구하는 고출력 및 대용량을 만족하기 위해서는, 복수개의 배터리 셀이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어야 하고, 연결된 상태에서 외부의 충격에 대하여 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 종래의 중대형 배터리 팩은 버스 바 어셈블리에 복수개의 배터리 셀을 용접하여 복수개의 배터리 셀을 구조적으로 고정시키면서 전기적으로 연결시켰다. 이때, 이러한 용접 작업은 매우 복잡하고 정교한 작업으로서 많은 시간을 필요로 한다. 또한, 한번 용접을 하고나면 다시 분리시키기가 매우 어렵다. 즉, 배터리 셀 중 일부가 파손이 될 때, 파손된 배터리 셀만 따로 분리 교체하기가 어렵다. 그리고 용접 방식은 용접 강도에 따라 배터리 셀의 변형을 야기하여, 배터리 셀의 성능 및 안정성에 악영향을 주기 쉽다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2008-0027505 A KR 10-2009-0011601 A KR 10-2018-0129115 A
본 발명은 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 자력을 이용하여 원하는 배터리 셀을 쉽게 교체할 수 있는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 하우징; 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀; 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치;를 포함하여 구성된다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 상기 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재;를 포함하여 구성되고, 상기 복수개의 제2부재 중, 상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하고, 상기 복수개의 배터리 셀의 하측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응할 수 있다.
상기 제1부재는 배터리 셀의 상면 또는 하면에 대응하는 크기를 가져 각각의 배터리 셀과 일대일 결합되거나, 배터리 셀의 상면 또는 하면의 면적보다 큰 크기를 가져 다수의 배터리 셀과 결합될 수 있다.
상기 제1부재는 자석이고, 상기 제2부재는 자성체일 수 있다.
상기 제1부재 및 상기 제2부재는 각각 자석이고, 상기 제1부재의 상면과 상기 제2부재의 하면 사이에 인력이 인가될 수 있도록, 상기 제1부재 및 상기 제2부재의 극성이 배치될 수 있다.
상기 제2부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면측에 내장 결합될 수 있다.
상기 제2 부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면측에 내장 결합될 수 있다.
상기 제1부재는 표면의 적어도 일부에 미끄럼방지필름이 피복되어 있고, 상기 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가질 수 있다.
상기 복수개의 배터리 셀 사이에는 빈 공간이 존재하거나, 스페이서 및 충전물질 중 적어도 어느 하나가 배치될 수 있다.
상기 제1부재 및 상기 제2부재에는 버스바 어셈블리가 관통하여 배터리 셀 전극에 접촉할 수 있도록 홀이 형성될 수 있다.
상기 제2부재를 중심으로 상기 복수개의 배터리 셀의 반대측에 형성되고, 상기 제1부재에 형성된 홀 및 상기 제2부재에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉하여 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1부재의 표면 및 상기 제2부재의 표면에 패터닝되어 형성되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉되어 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 팩 하우징의 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계; 상기 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 접촉시키고, 상기 고정장치의 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계; 배터리 팩 하우징의 상부 커버로 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법은, 복수개의 배터리 셀을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 분리시키는 단계; 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스 내에서 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치를 상기 복수개의 배터리 셀로부터 분리시키는 단계; 상기 복수개의 배터리 셀 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계; 상기 고정장치의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계; 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 성능 및 안정성을 보장하면서, 배터리 팩의 내부 구조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 배터리 팩 제조 시 와이어본딩, 저항용접 및 레이저용접 등의 용접 작업 일체를 생략할 수 있다. 따라서, 배터리 팩 제조에 소모되는 시간을 줄일 수 있고, 제조 원가를 줄일 수 있다.
또한, 배터리 팩의 사용 중 문제가 생긴 배터리 셀만 쉽게 교체할 수 있으므로, 배터리 팩을 반영구적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부에서 배터리 셀을 고정시키는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
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(제1실시 예)에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부에서 배터리 셀을 고정시키는 모습을 보여주는 모식도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 하우징(10, 20)과, 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀(30), 및 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)의 위치를 고정시키도록, 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 고정장치(40, 50)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 셀(30)을 전기적으로 연결시키도록 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 버스 바 어셈블리(60, 61)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
1.1. 배터리 팩 하우징(10, 20)
배터리 팩 하우징(10, 20)은 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 및 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)는, 소정 면적의 바닥 플레이트와 바닥 플레이트의 가장자리로부터 상방으로 소정 높이 연장형성되는 측벽 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)는 상부가 개구되어 있는 사각통의 형상일 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 형상은 다양할 수 있다.
배터리 팩 하우징 상부 커버(20)는 소정 면적의 플레이트일 수 있다. 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)는 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구에 끼워맞춤되어 결합될 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 결합구조는 다양할 수 있다. 여기서, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상은 사각판의 형상일 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상은 다양할 수 있다.
배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 및 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 사이에 복수개의 배터리 셀(30)이 수용될 수 있는 내부 공간이 마련될 수 있다.
1.2. 복수개의 배터리 셀(30)
복수개의 배터리 셀(30)은 예컨대 복수개의 원통형의 캔형 이차전지일 수 있다. 복수개의 배터리 셀(30)은 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(30)은 상부에 양극 단자가 구비될 수 있고, 하부에 음극 단자가 구비될 수 있다.
예컨대 복수개의 배터리 셀(30) 각각은, 상부가 개구된 원통형의 전지캔, 전지캔 내부에 수용되어 있는 젤리 롤(jelly roll) 형태의 전극 조립체, 전지캔의 상부 개구에 장착되는 상부캡, 상부캡에 지지되며 전극 조립체와 연결되는 양극 단자를 포함할 수 있다. 이때, 음극 단자는 전지캔의 하부면에 형성될 수 있다.
상부캡은 자성체를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대 상부캡은 자석에 의해 자화될 수 있고, 자석에 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 이러한 상부캡의 재질은 예컨대 강 재질, 알루미늄 재질 및 스테인리스강 재질 등 다양할 수 있다.
한편, 복수개의 배터리 셀(30) 사이에는 빈 공간(S)이 존재할 수 있다. 이때, 빈 공간이 존재함에 의하여 복수개의 배터리 셀(30) 각각과 접촉하고 있는 복수개의 제1부재(40)가 서로 간에 충분히 이격이 될 수 있다. 한편, 복수개의 배터리 셀(30) 사이에는 스페이서(미도시) 및 충전물질(미도시) 중 적어도 어느 하나가 배치될 수도 있다.
1.3. 고정장치(40, 50)
고정장치(40, 50)는, 배터리 셀(30)의 상면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40)와, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 고정장치(40, 50)는 복수개의 배터리 셀(30)의 상측에 배치되어, 복수개의 배터리 셀(30)과 자력으로 결합될 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀(30)을 고정장치(40, 50)에 쉽고 빠르게 탈부착시킬 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀(30)을 고정장치(40, 50)에 견고하게 구속시킬 수 있다.
이때, 상술한 대응하는 크기라 함은 제1부재(40)의 크기가 배터리 셀(30)의 상면의 면적 또는 하면의 면적보다 크지 않은 것을 의미한다.
또한, 상술한 대응하는 크기라 함은 제1부재(40)의 크기가 배터리 셀(30)의 상면의 면적 또는 하면의 면적보다 크더라도 제1부재(40)가 이웃하는 배터리 셀의 영역을 침범하지 않는 정도의 크기를 의미한다.
한편, 고정장치(40, 50)는 배터리 팩 하우징(10, 20) 및 복수개의 배터리 셀(30)과 각각 전기적으로 절연될 수 있다.
1.4. 제1부재(40)
제1부재(40)는 예컨대 원판 형상일 수 있다. 물론, 제1부재(40)의 형상은 다양할 수 있다. 제1부재(40)의 크기는 배터리 셀(30)의 상면의 면적보다 작거나, 배터리 셀(30)의 상면의 면적과 소정 범위 내에서 동일할 수 있다. 이때, 소정 범위는 계통적 오차의 범위일 수 있다.
물론, 제1부재(40)의 크기는 배터리 셀(30)과 충분한 면적으로 접촉 되면서 이웃하는 배터리 셀의 영역을 침범하지 않는 범위 내에서, 배터리 셀(30)의 상면의 면적보다 소정의 차이만큼 클 수도 있다. 이에, 서로 이웃하는 제1부재(40) 간에는 접촉되지 않을 수 있다.
제1부재(40)는 자석일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제1부재(40)는 영구자석일 수 있다. 제1부재(40)는 배터리 셀(30)을 강하게 부착시킬 수 있는 소정 크기의 자력을 가질 수 있다.
제1부재(40)의 개수는 배터리 셀(30)의 개수와 같을 수 있다. 제1부재(40)는 배터리 셀(30)과 일대일로 부착되어 결합될 수 있다. 이때, 제1부재(40)의 하면과 배터리 셀(30)의 상면이 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 즉, 제1부재(40)의 하면과 배터리 셀(30)의 상면 사이에는 인력(F)이 형성될 수 있다.
1.5. 제2부재(50)
제2부재(50)는 소정의 플레이트일 수 있다. 제2부재(50)의 형상은 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상과 대응할 수 있다. 또한, 제2부재(50)의 크기는 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 대응할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제2부재(50)는 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상과 동일한 형상이고, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 동일한 크기일 수 있다. 이에, 제2부재(50)의 가장자리는 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 내부 측면들에 접촉되어 지지될 수 있다. 이에, 제2부재(50)가 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 수평방향으로의 유동이 방지될 수 있다.
제2부재(50)는 상면이 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면과 접촉되고, 하면이 제1부재(40)의 상면과 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 이에 따라, 제2부재(50)가 배터리 팩 하우징(10, 20) 내부에서 상하방향으로 유동되지 않을 수 있다. 이에, 제1부재(40)가 배터리 팩 하우징(10, 20) 내부에서 수평방향과 상하방향으로 유동되지 않을 수 있고, 복수개의 배터리 셀(30)이 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 견고하게 고정될 수 있다.
제2부재(50)는 자석 또는 자성체일 수 있다. 제2부재(50)가 자석일 경우, 제1부재(40)의 상면과 제2부재(50)의 하면 사이에 인력(F)이 인가될 수 있도록 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 극성이 배치될 수 있다. 구체적으로 제2부재(50)와 제1부재(40)의 서로 마주보는 면에는 서로 다른 극이 형성될 수 있다.
예컨대 제2부재(50)의 하면이 N극이면 제1부재(40)의 상면은 S극일 수 있다. 이때, 제2부재(50)의 상면은 S극이고 제1부재(40)의 하면은 N극일 수 있다.
그리고 제2부재(50)의 하면이 S극이면 제1부재(40)의 상면은 N극일 수 있다. 이때, 제2부재(50)의 상면은 N극이고 제1부재(40)의 하면은 S극일 수 있다.
제2부재(50)가 자성체일 경우, 제2부재(50)는 자석에 의해 자화될 수 있고, 자석에 자력으로 부착되어 결합될 수 있는 소정의 재질일 수 있다. 이러한 제2부재(50)의 재질은 예컨대 강 재질, 알루미늄 재질 및 스테인리스강 재질을 포함하여 다양할 수 있다.
1.6. 버스바 어셈블리(60, 61)
버스바 어셈블리(60, 61)는, 제2부재(50)를 중심으로 복수개의 배터리 셀(30)의 반대측에 형성되고, 제1부재(40)에 형성된 홀 및 제2부재(50)에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 복수개의 배터리 셀의 양극 단자에 접촉하여 연결될 수 있다.
버스바 어셈블리(60, 61)는, 소정의 패턴으로 연장형성되고, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)와 제2부재(50) 사이에 배치되는 베이스 버스바(60) 및 베이스 버스바(60)로부터 하방으로 돌출형성되고, 복수개의 배터리 셀(40) 각각의 양극 단자와 탄성 접촉하며 전기적으로 연결된 전극 접촉단(61)을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 버스바(60)는 소정의 패턴 형상일 수 있고, 판상의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 베이스 버스바(60)와 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)와 제2부재(50) 사이에는 절연막(미도시)이 배치될 수 있다. 베이스 버스바(60)는 배터리 팩의 외부 입출력 단자(미도시)와 연결될 수 있다.
복수개의 전극 접촉단(61)은 전기 전도성이면서 탄성을 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 복수개의 전극 접촉단(61)은 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 양극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수개의 전극 접촉단(61) 각각은 판 스프링처럼 거동하여 각각의 양극 단자에 안정적으로 탄성 접촉할 수 있다.
이때, 제1부재(40)에는 버스바가 관통하여 배터리 셀(30)의 전극에 접촉할 수 있도록 제1홀(H1)이 관통형성될 수 있다. 제1홀(H1)이 형성되는 영역은 배터리 셀(30)의 양극 전극에 대응하는 영역일 수 있다. 제1홀(H1)을 통하여 배터리 셀(30)의 양극 단자가 상방으로 노출될 수 있다.
또한, 제2부재(50)에는 버스바가 관통하여 배터리 셀(30)의 전극에 접촉할 수 있도록 복수개의 제2홀(H2)이 관통형성될 수 있다. 복수개의 제2홀(H2)이 형성되는 영역은 배터리 셀(30)의 양극 전극에 대응하는 영역일 수 있다. 복수개의 제2홀(H2)을 통하여 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자가 상방으로 노출될 수 있다.
전극 접촉단(61)은 제1홀(H1)과 제2홀(H2)을 지나서 배터리 셀(30)의 양극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 전극 접촉단(61)과 연결되는 베이스 버스바(60)는 다른 배터리 셀들 즉, 이웃하는 배터리 셀들의 영역까지 확장되어, 이웃하는 배터리 셀들의 영역의 전극 접촉단(61)들을 연결시킬 수 있다. 상술한 버스바 어셈블리(60, 61)를 버스바 또는 양극 버스바라고 지칭할 수 있다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩은 음극 버스바(미도시)를 포함할 수 있다. 음극 버스바는 복수개의 배터리 셀(30)의 하측에 배치되고, 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 음극 단자와 연결될 수 있다. 이러한 음극 버스바의 구조는 다양할 수 있다.
1.7. 본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리(60, 61)
한편, 본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리는 본 발명의 제1실시 예에 따른 상술한 버스바 어셈블리(60, 61)와 구조가 다를 수 있다.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리는, 제1부재(40)의 표면과 제2부재(50)의 표면에 소정의 형상으로 패터닝되어 형성되는 베이스 버스바(70), 복수개의 제1부재(40)의 하면에 패터닝되어 형성되고, 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자에 접촉되어 연결되며, 베이스 버스바(70)와 연결되는 복수개의 전극 접촉단(71)을 포함하여 구성될 수 있다. 이에, 본 발명의 제1실시 예에 따른 버스바 어셈블리(60, 61)에 비하여 더욱 안정적으로 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자와 연결될 수 있다.
1.8. 버스바 어셈블리의 또 다른 변형 예
한편, 본 발명의 또 다른 변형 예에 따르면, 제1부재(40)는 전기적으로 절연되지 않은 채, 제2부재(50)만 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 제1부재(40)는 자성과 전기전도성을 동시에 띄게 되며, 그 크기는 각 배터리 셀의 전극에 대응되는 정도의 크기이며, 각 배터리 셀의 전극과 접촉할 수 있다.
이에, 버스바 어셈블리는 도 4의 버스바 어셈블리에서 별도의 전극 접촉단(61) 없이 베이스 버스바(60)만을 가지며, 제1부재(40)와 제2부재(50) 사이에 배치되어 각 배터리 셀의 전극과 연결된 제1부재(40)들을 전기적으로 연결한다.
이처럼 본 발명의 또 다른 변형 예에서는 제1부재(40)가 전기적으로 절연되지 않은 채 제2부재(50)만 전기적으로 절연됨에 의하여, 버스바 어셈블리의 구조를 단순화시킬 수 있다.
2. 본 발명의 제2실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 고정장치의 구조가 상이할 수 있다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치(40, 50)는, 배터리 셀의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40), 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩에서는 고정장치(40, 50)가 배터리 셀의 하부와 자력으로 결합하여 고정시킬 수 있다.
이러한 구조에서는 배터리 팩의 하부에 무게가 편중되므로 배터리 팩의 구조가 보다 안정적일 수 있다. 또한, 배터리 팩의 상부로의 방열이 더욱 원활할 수 있다.
3. 본 발명의 제3실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩 및 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩과 고정장치의 구조가 상이할 수 있다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치(40, 50)는, 배터리 셀의 상면 크기 및 하면 크기와 각각 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40)와, 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩에서는 고정장치(40, 50)가 배터리 셀의 상부 및 하부 모두와 자력으로 결합하여 고정시킬 수 있다. 이에, 복수개의 배터리 셀(30)을 더욱 안정적으로 고정시킬 수 있다.
4. 본 발명의 제4실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 제2부재의 위치가 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 제4실시 예에서는 제2부재(50)의 적어도 일부가 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면측에 내장되어 있을 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시에 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 결합시키면서 제2부재(50)와 제1부재(40)를 자력으로 결합시킬 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시 그 단계를 줄일 수 있다.
5. 본 발명의 제5실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 9는 본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 제1부재의 형상이 상이할 수 있다.
본 발명의 제5실시 예에 따르면, 제1부재(40)는 폭이 배터리 셀의 상면 크기와 대응하되, 길이는 폭에 비하여 길게 형성될 수 있다. 이러한 구조에서는 제1부재(40)와 복수개의 배터리 셀이 일대다 결합될 수 있다. 이에, 복수개의 제1부재(40)와 복수개의 배터리 셀(30)을 결합시키는 것에 소모되는 시간을 줄여줄 수 있다.
6. 본 발명의 제6실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
본 발명의 제6실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩과 제2부재의 위치가 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 제6실시 예에서는 제2부재(50)의 적어도 일부가 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10)의 바닥면측에 내장되어 있을 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시에 제1부재(40)가 부착된 복수개의 배터리 셀(30)을 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10)의 바닥면상에 배치하면서 제2부재(50)와 제1부재(40)를 신속하게 결합시킬 수 있다.
7. 본 발명의 제7실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
본 발명의 제7실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치는 미끄럼방지필름을 더 포함하여 구성될 수 있다.
미끄럼방지필름(미도시)는 제1부재(40)는 표면의 적어도 일부에 피복될 수 있다. 또한, 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가질 수 있다. 미끄럼방지필름은 제1부재(40)와 배터리 셀(30) 사이에 마찰력을 증가시켜줄 수 있다. 미끄럼방지필름은 소정의 수지 재질일 수 있다. 물론, 미끄럼방지필름의 재질은 다양할 수 있다.
8. 본 발명의 실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 제조 방법
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 복수개의 배터리 셀(30)을 배치하는 단계, 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 접촉시키고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)로 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)를 밀봉하는 단계를 포함하여 구성된다.
8.1. 배터리 팩 하우징 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계
배터리 팩 하우징 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계는, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구를 통하여 그 내부로 복수개의 배터리 셀(30)를 하강시키고, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면에 복수개의 배터리 셀(30)을 안착시키는 단계이다.
이때, 고정장치(40, 50)가 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면상에 먼저 배치된 후, 그 위에 복수개의 배터리 셀(30)이 배치될 수도 있다.
8.2. 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계
복수개의 배터리 셀과 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계는, 복수개의 배터리 셀(30)의 상부에 제1부재(40)를 접촉시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 접촉시킨다. 이 과정에서, 제1부재(40)의 자력 또는 제1부재(40)와 제2부재(50)의 자력을 이용하여, 복수개의 배터리 셀(30)과 제1부재(40)를 결합시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 결합시킨다.
물론, 제2부재(50)와 접촉하고 있는 제1부재(40)에 복수개의 배터리 셀(30)의 하부를 접촉시킬 수 있다.
또한, 제2부재(50)와 접촉하고 있는 제1부재(40)에 복수개의 배터리 셀(30)의 하부를 접촉시키고 나서, 복수개의 배터리 셀(30)의 상부에 제1부재(40)를 접촉시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 접촉시킬 수도 있다.
이러한 과정들에 의하여, 복수개의 배터리 셀(30)이 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10) 내에서 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 이 과정에서 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 소정 위치에 조립된 버스바 어셈블리(60, 61)와 복수개의 배터리 셀(30)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 또는, 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 소정의 위치에 패터닝된 버스바 어셈블리(70, 71)와 복수개의 배터리 셀(30)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
또한, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 복수개의 배터리 셀(30)을 배치하는 단계, 또는 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 접촉시키고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계를 수행하는 중에, 음극 버스바(미도시)를 복수개의 배터리 셀(30)의 음극 단자와 연결시킬 수 있다.
8.3. 배터리 팩 하우징 상부 커버로 배터리 팩 하우징 하부 케이스를 밀봉하는 단계
배터리 팩 하우징 상부 커버로 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계는, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구에 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 끼움결합시키는 단계이다. 이때, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면이 제2부재(50) 및 복수개의 배터리 셀(30)을 소정의 압력으로 하방으로 가압할 수 있다.
9. 본 발명의 실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법은, 복수개의 배터리 셀(30)을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 분리시키는 단계와, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 내에서 복수개의 배터리 셀(30)과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치(40, 50)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시키는 단계와, 복수개의 배터리 셀(30) 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계와, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계, 그리고 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계를 포함하여 구성된다.
즉, 배터리 팩을 사용하는 중에 일부 배터리 셀이 손상되는 경우, 상기와 같은 과정을 수행하여 손상된 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체할 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀의 손상이 감지되면, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 분리시키고, 제2부재(50) 및 제1부재(40)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시킨다.
또는, 복수개의 배터리 셀(30)이 제2부재(50) 및 제1부재(40)가 결합된 상태 그대로 이들의 결합체를 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)로부터 인출한다.
이후, 문제가 되는 배터리 셀과 제2부재(50) 및 제1부재(40)의 접촉을 해제하여, 이들간의 자력 결합을 해소시킨다. 이러한 방식으로, 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치(40, 50)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시킨다. 이후, 복수개의 배터리 셀(30) 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시킨다. 이후, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료할 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: 배터리 팩 하우징 하부 케이스
20: 배터리 팩 하우징 상부 커버
30: 배터리 셀
40: 제1부재
50: 제2부재
60, 70: 베이스 버스바
61, 71: 전극 접촉단

Claims (16)

  1. 배터리 팩 하우징;
    상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀;
    자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    상기 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재;를 포함하여 구성되고,
    상기 복수개의 제2부재 중,
    상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하고, 상기 복수개의 배터리 셀의 하측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 배터리 셀의 상면 또는 하면에 대응하는 크기를 가져 각각의 배터리 셀과 일대일 결합되거나, 배터리 셀의 상면 또는 하면의 면적보다 큰 크기를 가져 다수의 배터리 셀과 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 자석이고, 상기 제2부재는 자성체인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재 및 상기 제2부재는 각각 자석이고,
    상기 제1부재의 상면과 상기 제2부재의 하면 사이에 인력이 인가될 수 있도록, 상기 제1부재 및 상기 제2부재의 극성이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제2부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면측에 내장 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면측에 내장 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 표면의 적어도 일부에 미끄럼방지필름이 피복되어 있고,
    상기 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀 사이에는 빈 공간이 존재하거나, 스페이서 및 충전물질 중 적어도 어느 하나가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재 및 상기 제2부재에는 버스바 어셈블리가 관통하여 배터리 셀 전극에 접촉할 수 있도록 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2부재를 중심으로 상기 복수개의 배터리 셀의 반대측에 형성되고, 상기 제1부재에 형성된 홀 및 상기 제2부재에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉하여 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  14. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재의 표면 및 상기 제2부재의 표면에 패터닝되어 형성되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉되어 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  15. 배터리 팩 하우징의 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계;
    상기 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 접촉시키고, 상기 고정장치의 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계;
    배터리 팩 하우징의 상부 커버로 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함하여 구성되는,
    자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 제조 방법.
  16. 복수개의 배터리 셀을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서,
    배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 분리시키는 단계;
    상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스 내에서 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치를 상기 복수개의 배터리 셀로부터 분리시키는 단계;
    상기 복수개의 배터리 셀 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계;
    상기 고정장치의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계;
    상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계;를 포함하여 구성되는, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법.
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