KR20220101476A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리의 상측에 구비되며 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리, 버스바 어셈블리의 하측에 배치되며 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛 및 쿨링 유닛과 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 채워진 열전도부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 셀 프레임을 포함하여 구성된다. 종래 셀 프레임은, 일반적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며 강성 등의 확보를 위해 전방 플레이트, 후방 플레이트, 사이드 플레이트, 로어 플레이트 및 어퍼 플레이트 등의 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성된다.
그러나, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조의 특성 상, 제조 비용이 증가하며 조립 공정이 복잡하여, 원가 경쟁력 및 제조 효율 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조에 따라, 전체 배터리 팩의 사이즈가 증가되어 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 상기 배터리 셀 어셈블리의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 상기 버스바 어셈블리의 하측에 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및 상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 채워진 열전도부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 열전도부재는, 상기 버스바 어셈블리를 적어도 부분적으로 덮을 수 있게 상기 버스바 어셈블리에 채워질 수 있다.
상기 열전도부재는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 상하 방향에서, 상기 버스바 어셈블리와 상기 쿨링 유닛 사이에 연속적으로 채워질 수 있다.
상기 열전도부재는, 포팅 레진으로 구비될 수 있다.
상기 쿨링 유닛은, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 내부에 냉각수 순환을 위한 냉각 유로가 마련되는 냉각 튜브; 및 상기 냉각 튜브의 냉각 유로와 연통되게 상기 냉각 튜브와 연결되는 냉각수 유출입부;를 포함할 수 있다.
상기 냉각 튜브는, 마주 하는 상기 복수 개의 배터리 셀들의 외면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 냉각 튜브는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 볼록부와 오목부가 교대로 배치되게 형성될 수 있다.
상기 냉각수 유출입부는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에 따른 측면 일측에 구비되며, 상기 냉각 튜브는, 상기 냉각수 유출입부로부터 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 배터리 셀 어셈블리의 측면 타측을 향해 소정 길이로 형성될 수 있다.
상기 냉각수 유출입부는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 상기 냉각 튜브는, 상기 냉각수 유출입부로부터 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 배터리 셀 어셈블리의 측면 양측을 향해 소정 길이로 형성될 수 있다.
상기 냉각 유로는, 상기 냉각 튜브의 상측에 배치되며, 상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 적어도 하나의 어퍼 유로; 상기 적어도 하나의 어퍼 유로와 이격되게 상기 냉각 튜브의 하측에 배치되며, 상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 적어도 하나의 로어 유로; 및 상기 적어도 하나의 어퍼 유로와 상기 적어도 하나의 로어 유로를 연결하는 연결 유로;를 포함할 수 있다.
상기 냉각수 유출입부는, 상기 냉각 튜브의 일단부와 연결되는 유출입부 바디; 상기 유출입부 바디에 구비되며, 상기 어퍼 유로와 연통되게 연결되는 냉각수 공급 포트; 및 상기 유출입부 바디에 구비되며, 상기 로어 유로와 연통되게 연결되는 냉각수 배출 포트;를 포함할 수 있다.
상기 연결 유로는, 상기 냉각 튜브의 타단부에 구비될 수 있다.
상기 냉각 튜브는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 외면에 접촉되게 배치될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리는, 상기 배터리 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되며, 충방전 라인과 연결되는 커넥터가 구비되는 한 쌍의 메인 버스바; 및 상기 한 쌍의 메인 버스바와 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극과 연결되는 복수 개의 연결 버스바;를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀 어셈블리의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 배터리 셀 어셈블리의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 배터리 팩의 버스바 어셈블리의 사시도이다.
도 6은 도 5의 버스바 어셈블리의 연결 버스바의 사시도이다.
도 7은 도 6의 연결 버스바의 분해 사시도이다.
도 8은 도 2의 배터리 팩의 쿨링 유닛의 주요부의 사시도이다.
도 9는 도 8의 쿨링 유닛의 주요부의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿨링 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 2의 배터리 팩의 바텀 프레임의 사시도이다.
도 12는 도 2의 배터리 팩의 탑 프레임의 사시도이다.
도 13은 도 12의 탑 프레임의 주요부의 확대도이다.
도 14는 도 13의 탑 프레임의 평면도이다.
도 15 및 도 16은 도 1의 배터리 팩의 배터리 셀 어셈블리와 버스바 어셈블리의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 도 1의 배터리 팩의 열전도부재를 통한 팩 케이스 구조 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 에너지원으로서, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비될 수 있다. 이하, 이러한 상기 전기 자동차 등에 대해 구비되는 상기 배터리 팩(10)에 대해서는 하기 관련 도면에서 보다 상세히 설명한다.
상기 배터리 팩(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(200), 쿨링 유닛(300) 및 열전도부재(400)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀들(150)을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)가 복수 개의 배터리 셀들(150)을 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(150)은, 이차 전지로서, 원통형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)이 원통형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(150)은, 상호 전기적으로 연결되게 적층될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)은, 상단부에 양극(175) 및 음극(170)이 함께 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 셀(150)의 양극(175)은, 상기 배터리 셀(150)의 상단부 중앙에 구비되며, 상기 배터리 셀(150)의 음극(170)은, 상기 배터리 셀(150)의 상단부 테두리에 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우, 이와 같이, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 상기 양극(175) 및 상기 음극(170)이 상기 배터리 셀들(150)의 일측(+Z축 방향), 구체적으로, 상기 배터리 셀들(150)의 상측(+Z축 방향)에 모두 구비되므로, 후술하는 버스바 어셈블리(200)과의 전기적 연결이 보다 용이할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 양극(175) 및 상기 음극(170)이 모두 동일 방향(+Z축 방향)에 배치되는 구조를 가지므로, 서로 반대 방향인 양 방향에 각각 배치되는 구조보다 후술하는 버스바 어셈블리(200)과의 연결 구조를 보다 더 단순화할 수 있으며, 이러한 전기적 연결 구조가 차지하는 부피 또한 줄일 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀들(150)과 후술하는 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결 구조를 단순화시켜, 상기 배터리 팩(10) 구조의 컴팩트화 및 에너지 밀도 향상을 구현할 수 있다.
이하, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 각 배터리 셀(150)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀 어셈블리의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(150)은, 전극 조립체(160), 전지 캔(170) 및 탑 캡(175)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(150)는, 상술한 구성요소들 이 외에도 추가적으로 기밀 가스켓(180), 집전 플레이트(185), 절연 플레이트(190) 및 연결 플레이트(195)를 더 포함할 수도 있다.
상기 전극 조립체(160)는, 제1 극성을 갖는 제1 전극판, 제2 극성을 갖는 제2 전극판 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 전극 조립체(160)는, 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(160)는, 제1 전극판, 분리막, 제2 전극판을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심(C)을 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(160)의 외주면 상에는 상기 전지 캔(170)과의 절연을 위해 분리막이 구비될 수 있다. 상기 제1 전극판은 양극판 또는 음극판이고, 제2 전극판은 제1 전극판과 반대되는 극성을 갖는 전극판에 해당한다.
상기 제1 전극판은, 제1 전극 집전체 및 제1 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1 전극 활물질을 포함한다. 상기 제1 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 가 존재한다. 상기 무지부는, 제1 전극 탭(162)으로서 기능한다. 상기 제1 전극 탭(162)은, 전지 캔(170) 내에 수용된 전극 조립체(160)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다.
상기 제2 전극판은, 제2 전극 집전체 및 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2 전극 활물질을 포함한다. 상기 제2 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 가 존재한다. 상기 무지부는, 제2 전극 탭(164)으로서 기능한다. 상기 제2 전극 탭(164)은, 전지 캔(170) 내에 수용된 전극 조립체(160)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다.
상기 전지 캔(170)은, 상방에 개구부가 형성된 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 상기 전지 캔(170)은, 상방 개구부를 통해 전극 조립체(160)를 수용하며, 전해질도 함께 수용한다.
상기 전지 캔(170)은, 전극 조립체(160)의 제2 전극 탭(164)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 전지 캔(170)은, 제2 전극 탭(164)과 동일한 극성을 갖는다. 본 실시예에서, 상기 전지 캔(170)은, 상기 음극(170)으로 기능할 수 있다.
상기 전지 캔(170)은, 그 상단에 형성된 비딩부(171) 및 크림핑부(172)를 구비한다. 상기 비딩부(171)는, 전극 조립체(160)의 상부에 형성된다. 상기 비딩부(171)는, 전지 캔(170)의 외주면 둘레를 압입하여 형성된다. 상기 비딩부(171)는, 전지 캔(170)의 폭과 대응되는 사이즈를 갖는 전극 조립체(160)가 전지 캔(170)의 상단 개구부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 탑 캡(175)이 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.
상기 전지 캔(170)의 비딩부(171)의 상면 테두리(173)는, 후술하는 버스바 어셈블리(200)의 음극 연결부(248)의 가이드 그루브(249)에 끼워지거나 또는 접촉 배치될 수 있다. 이는 후술하는 버스바 어셈블리(200)와의 상기 음극(170)으로 기능하는 상기 전지 캔(170)과의 전기적 연결을 위한 용접 공정 시, 용접 공정을 보다 용이하게 하기 위함이다.
상기 크림핑부(172)는, 비딩부(171)의 상부에 형성된다. 상기 크림핑부(172)는, 비딩부(171) 상에 배치되는 탑 캡(175)의 외주면, 그리고 탑 캡(175)의 상면의 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다.
상기 탑 캡(175)은, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지는 부품이며, 상기 전지 캔(170)의 상단 개구부를 커버한다. 상기 탑 캡(175)은, 전극 조립체(160)의 제1 전극 탭(162)과 전기적으로 연결되며, 전지 캔(170)과는 전기적으로 절연된다. 따라서, 상기 탑 캡(175)은, 상기 배터리 셀(150)의 양극(175)로서 기능할 수 있다.
상기 탑 캡(175)은, 전지 캔(170)에 형성된 비딩부(171) 상에 안착되며, 크림핑부(172)에 의해 고정된다. 상기 탑 캡(175)과 상기 전지 캔(170)의 크림핑부(172) 사이에는 상기 전지 캔(170)의 기밀성을 확보하고 전지 캔(170)과 탑 캡(175) 사이의 전기적 절연을 위해 기밀 가스켓(180)이 개재될 수 있다.
상기 탑 캡(175)은, 그 중심부로부터 상방으로 돌출 형성된 돌출부를 구비할 수 있다. 상기 돌출부는, 버스바 등의 전기적 연결 부품과의 접촉이 용이하게 할 수 있게 가이드할 수 있다.
상기 집전 플레이트(185)는, 전극 조립체(160)의 상부에 결합된다. 상기 집전 플레이트(185)는 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 제1 전극 탭(162)과 연결된다. 상기 집전 플레이트(185)에는 리드(187)가 연결될 수 있으며, 리드(187)는 전극 조립체(160)의 상방으로 연장되어 탑 캡(175)에 직접 결합되거나 또는 탑 캡(175)의 하면에 결합되는 연결 플레이트(195)에 결합될 수 있다.
상기 집전 플레이트(185)는 제1 전극 탭(162)의 단부에 결합된다. 상기 제1 전극 탭(162)과 집전 플레이트(185) 간의 결합은 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다. 상기 레이저 용접은, 집전 플레이트(185) 모재를 부분적으로 용융시키는 방식으로 이루어질 수도 있고, 집전 플레이트(185)와 제1 전극 탭(162) 사이에 용접을 위한 솔더를 개재시킨 상태에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 솔더는 집전 플레이트(185)와 제1 전극 탭(162)과 비교하여 더 낮은 융점을 가질 수 있다.
상기 집전 플레이트(185)는, 전극 조립체(160)의 하면에도 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 집전 플레이트(185)의 일 면은 전극 조립체(160)의 제2 전극 탭(164)과 용접에 의해 결합되며, 반대쪽 면은 전지 캔(170)의 내측 바닥 면 상에 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 전극 조립체(160)의 하면에 결합되는 집전 플레이트(185)와 제2 전극 탭(164)의 결합 구조는, 앞서 설명한 전극 조립체(160)의 상면에 결합되는 집전 플레이트(185)와 실질적으로 동일하다.
상기 절연 플레이트(190)는, 전극 조립체(160)의 상단과 비딩부(171) 사이 또는 전극 조립체(160)의 상부에 결합된 집전 플레이트(185)와 비딩부(171) 사이에 배치되어 제1 전극 탭(162)과 전지 캔(170) 사이의 접촉 또는 집전 플레이트(185)와 전지 캔(170) 사이의 접촉을 방지한다.
상기 절연 플레이트(190)는, 집전 플레이트(185)로부터 또는 제1 전극 탭(162)으로부터 상방으로 연장되는 리드(187)가 인출될 수 있는 리드 홀(193)을 구비한다. 상기 리드(187)는 리드 홀(193)을 통해 상방으로 인출되어 연결 플레이트(195)의 하면 또는 탑 캡(175)의 하면에 결합된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(150)은, 전지 캔(170)의 길이 방향(도 2의 Z축에 나란한 방향)에서, 상측에 구비되는 탑 캡(175) 및 전지 캔(170)의 상면 테두리(173)를 각각 양극(175) 및 음극(170)으로 활용할 수 있는 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(150)은 복수 개를 전기적으로 연결시키는 경우에 있어서, 버스바 어셈블리(200) 등의 전기적 연결 부품을 배터리 셀들(150)의 일 측에만 배치시키는 것이 가능하게 되고, 이로써 구조의 단순화 및 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다.
도 4는 도 3의 배터리 셀 어셈블리의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(155)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 셀(150)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀(155)은, 앞선 배터리 셀(150)의 구성 이외에 메탈 와셔(197) 및 절연 와셔(199)를 더 포함할 수 있다.
상기 메탈 와셔(197)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 그 중심부에 홀이 형성된 대략 원반 형상을 갖는 부품이다. 상기 메탈 와셔(197)는, 전지 캔(170)의 크림핑부(172) 상에 결합된다. 상기 메탈 와셔(197)와 크림핑부(172) 간의 결합은, 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 메탈 와셔(197)는, 탑 캡(175)과는 전기적으로 절연된다. 상기 메탈 와셔(175)의 중심부에 형성된 홀을 통해 탑 캡(175)이 노출되며, 메탈 와셔(197)와 탑 캡(175)의 중앙 부분에 형성된 돌출부는 서로 이격된다. 또한, 상기 메탈 와셔(197)는, 탑 캡(175)의 돌출부를 제외한 나머지 부분들과 상하로 이격된다. 따라서, 상기 메탈 와셔(197)는, 제2 전극 탭(164) 및 전지 캔(170)과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀(155)의 음극으로서 기능할 수 있다.
상기 메탈 와셔(197)의 폭(D2)은 전지 캔(170)의 크림핑부(172)의 상면이 갖는 폭(D1)보다 더 크게 형성된다. 이는, 복수의 배터리 셀들(150)을 연결하기 위해 버스바 어셈블리(200) 등의 전기적 연결 부품을 메탈 와셔(197)에 결합시키는 경우에 있어서, 전기적 연결 부품과 메탈 와셔(197) 간의 결합 면적이 확대될 수 있도록 하기 위함이다. 이와 같이, 전기적 연결 부품과 메탈 와셔(197) 간의 결합 면적이 확대됨에 따라, 용접 공정이 원활하게 수행될 수 있으며, 두 부품 간의 체결력이 향상될 수 있고, 결합부위에서의 전기저항을 감소시킬 수 있다.
상기 절연 와셔(199)는, 탑 캡(175)과 메탈 와셔(197) 사이에 개재된다. 상기 절연 와셔(199)는, 절연성을 갖는 재질로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(155)에 있어서, 상기 탑 캡(175)은 양극으로서 기능하고 메탈 와셔(197)는 음극으로서 기능하기 때문에, 탑 캡(175)과 메탈 와셔(197)는 전기적 절연 상태를 유지해야 한다. 따라서, 이러한 절연 상태의 안정적 유지를 위해 절연 와셔(199)가 적용되는 것이 유리할 수 있다.
상기 절연 와셔(199)는 메탈 와셔(197)의 하면과 탑 캡(175) 사이에 개재된다. 상술한 바와 같이, 상기 메탈 와셔(197)는 크림핑부(172)의 상면의 폭(D1)보다 더 큰 폭(D2)을 가지며, 크림핑부(172)로부터 탑 캡(175)의 중앙 부분의 돌출부를 향하는 방향으로 연장된 형태를 갖는다. 따라서, 상기 절연 와셔(199)는, 메탈 와셔(197)의 중심부에 형성된 홀의 내측면과 탑 캡(175)의 돌출부가 서로 접촉할 수 없도록, 메탈 와셔(197)의 중심부에 형성된 홀의 내측면을 커버하도록 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 절연 와셔(199)가 수지 재질로 이루어지는 경우에 있어서, 절연 와셔(199)는 열 융착에 의해 메탈 와셔(197) 및 탑 캡(175)과 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 절연 와셔(199)와 메탈 와셔(197)의 결합 계면 및 절연 와셔(199)와 탑 캡(175)의 결합 계면에서의 기밀성이 강화될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)과의 전기적 연결을 위한 상기 버스바 어셈블리(200)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 5는 도 2의 배터리 팩의 버스바 어셈블리의 사시도이며, 도 6은 도 5의 버스바 어셈블리의 연결 버스바의 사시도이며, 도 7은 도 6의 연결 버스바의 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측(+Z축 방향)에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결은, 병렬 및/또는 직렬 연결일 수 있다.
이러한 상기 버스바 어셈블리(200)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150, 도 2 참조)의 상기 양극(175, 도 2 참조) 및 상기 음극(170, 도 2 참조)과 전기적으로 연결되며, 외부 충/방전 라인 등과 커넥터(260, 270) 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 상기 버스바 어셈블리(200)의 구성들에 대해 보다 자세히 살펴 본다.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 한 쌍의 메인 버스바(210, 220), 연결 버스바(230), 한 쌍의 커넥터(260, 270) 및 인터커넥션보드(280)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 메인 버스바(210, 220)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)와 전기적으로 연결되며, 외부 충방전 라인과 연결되는 커넥터(260, 270)이 구비될 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 메인 버스바(210, 220)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀들(150) 중 최외곽 양측(Y축 방향)에 배치되는 배터리 셀들(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 메인 버스바(210, 220)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)에서, 각각 최외곽에 배치되는 배터리 셀들(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 한 쌍의 메인 버스바(210, 220)는, 메인 양극 버스바(210) 및 메인 음극 버스바(220)를 포함할 수 있다.
상기 메인 양극 버스바(210)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측(+Z축 방향)에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 일측(+Y축 방향)에 배치될 수 있다. 이러한 상기 메인 양극 버스바(210)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 최외곽 일측(+Y축 방향)에 배치되는 배터리 셀들(150)의 양극(175)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 메인 양극 버스바(210)에는, 상기 충방전 라인과의 연결을 위한 후술하는 양극 커넥터(260)가 구비될 수 있다. 상기 양극 커넥터(260)는, 상기 메인 양극 버스바(210)의 일측(+Y축 방향)에 돌출되게 구비될 수 있다.
상기 메인 양극 버스바(210)의 일단부(+X축 방향)에는, 후술하는 인터커넥션보드(280)와 전기적으로 연결되게 위한 인터커넥션보드 연결부(215)가 구비될 수 있다. 상기 인터커넥션보드 연결부(215)는 상기 인터커넥션보드(280)와 스크류 결합이나 리벳 결합 등을 통해 연결될 수 있다.
한편, 상기 메인 양극 버스바(210)에는, 후술하는 연결 파이프(390, 도 2 참조)의 외부 냉각 라인과의 연결을 위해 상기 연결 파이프(390)를 상기 메인 양극 버스바(210) 상측(+Z축 방향)으로 관통시키는 연결 파이프 관통홀(217)이 구비될 수 있다.
상기 메인 음극 버스바(220)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측(+Z축 방향)에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 타측(-Y축 방향)에 배치될 수 있다. 이러한 상기 메인 음극 버스바(220)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 최외곽 타측(-Y축 방향)에 배치되는 배터리 셀들(150)의 음극(170)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 메인 음극 버스바(220)에는, 상기 충방전 라인과의 연결을 위한 후술하는 음극 커넥터(270)가 구비될 수 있다. 상기 음극 커넥터(270)는, 상기 메인 음극 버스바(220)의 타측(-Y축 방향)에 돌출되게 구비될 수 있다.
상기 메인 음극 버스바(220)의 일단부(+X축 방향)에는, 후술하는 인터커넥션보드(280)와 전기적으로 연결되게 위한 인터커넥션보드 연결부(225)가 구비될 수 있다. 상기 인터커넥션보드 연결부(225)는 상기 인터커넥션보드(280)와 스크류 결합이나 리벳 결합 등을 통해 연결될 수 있다.
상기 연결 버스바(230)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 전기적 연결을 위한 것으로서, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 연결 버스바(230)는, 상기 한 쌍의 메인 버스바(210, 220)와 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 상기 양극(175) 및 상기 음극(170)과 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 연결 버스바(230)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 아울러, 상기 복수 개의 연결 버스바(230)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 길이 방향(Y축 방향)에서, 상기 메인 양극 버스바(210)와 상기 메인 음극 버스바(220) 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 연결 버스바(230)는, 각각, 버스바 레이어(240) 및 지지 레이어(250)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 레이어(240)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 배터리 셀들(150)의 상기 양극(175) 및 상기 음극(170)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 상기 버스바 레이어(240)는, 레이어 바디(242), 인터커넥션보드 연결부(245) 및 전극 연결부(246, 248)를 포함할 수 있다.
상기 레이어 바디(242)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 레이어 바디(242)는, 상기 배터리 셀들(150)과의 전기적 연결을 위해, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)에서의 배터리 셀들(150)의 배치 구조에 대응되는 형상으로 구비될 수 있다.
상기 레이어 바디(242)는, 도전성 재질로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 레이어 바디(242)는, 금속 재질로서, 알루미늄 또는 구리 재질로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 레이어 바디(242)는, 상기 전기적 연결을 위한 기타 다른 재질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 인터커넥션보드 연결부(245)는, 상기 레이어 바디(242)의 일단부(+X축 방향)에 구비되며, 후술하는 인터커넥션보드(280)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 인터커넥션보드 연결부(245)는 상기 인터커넥션보드(280)와 스크류 결합이나 리벳 결합 등을 통해 연결될 수 있다.
상기 전극 연결부(246, 248)는, 상기 레이어 바디(242)로부터 돌출되며, 상기 배터리 셀들(150)의 양극(175) 및 음극(170)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 연결부(246, 248)는, 양극 연결부(246) 및 음극 연결부(248)를 포함할 수 있다.
상기 양극 연결부(246)는, 복수 개로 구비되며, 상기 레이어 바디(242)의 일측(-Y축 방향)에 소정 크기로 돌출되며, 상기 레이어 바디(242)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 양극 연결부(246)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 하측(-Z축 방향)에 배치되는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 상기 양극(175)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 음극 연결부(248)는, 복수 개로 구비되며, 상기 레이어 바디(242)의 타측(+Y축 방향)에 소정 크기로 돌출되며, 상기 레이어 바디(242)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 음극 연결부(246)는, 상기 레이어 바디(242)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 복수 개의 양극 연결부(242)와 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 음극 연결부(248)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 하측(-Z축 방향)에 배치되는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 상기 음극(170)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 복수 개의 음극 연결부(248)에는, 각각, 가이드 그루브(249)가 구비될 수 있다. 상기 가이드 그루브(249)는, 상기 배터리 셀(150)의 음극을 형성하는 전지 캔(170, 도 3 참조)의 상면 테두리(173)의 원호 형상에 대응되는 홈 형상으로 구비될 수 있다.
이러한 상기 가이드 그루브(249)는, 상기 배터리 셀들(150)의 상기 음극(170)과의 전기적 연결을 위한 용접 공정 시, 상기 배터리 셀들(150)의 상면 테두리(173)에 끼워지거나 또는 밀착되게 접촉되어, 상기 용접 공정의 용이성을 보다 더 확보함과 아울러 용접 공정의 정확도를 보다 더 향상시킬 수 있다.
상기 지지 레이어(250)는, 상기 버스바 레이어(240)의 저부(-Z축 방향)에 구비되며, 상기 버스바 레이어(240)를 지지할 수 있다. 이러한 상기 지지 레이어(250)는, 상기 레이어 바디(250)에 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 상기 레이어 바디(250)의 저부(-Z축 방향)에 접촉 고정될 수 있다.
상기 지지 레이어(250)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)과 상기 버스바 레이어(240) 사이의 전기적 쇼트를 방지할 수 있게 절연 재질로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 지지 레이어(250)는, 폴리 이미드 필름으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 지지 레이어(250)는, 절연 재질로 구비되는 기타 다른 절연 부재로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 지지 레이어(250)의 일단부(+X축 방향)에는, 인터커넥션보드 연결부(255)가 구비될 수 있다. 상기 인터커넥션보드 연결부(255)는, 상기 레이어 바디(242)의 상기 인터커넥션보드 연결부(245)에 대응되는 위치에 구비되며, 후술하는 인터커넥션보드(280)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 인터커넥션보드 연결부(255)는 상기 인터커넥션보드(280)와 스크류 결합이나 리벳 결합 등을 통해 연결될 수 있다.
상기 한 쌍의 커넥터(260, 270)는, 외부 충방전 라인과의 연결을 위한 것으로서, 양극 커넥터(260) 및 음극 커넥터(270)로 구비될 수 있다. 상기 양극 커넥터(260)는, 상기 메인 양극 버스바(210)의 일측(+Y축 방향)으로 돌출되게 구비되며, 상기 음극 커넥터(270)는, 상기 메인 음극 버스바(220)의 타측(-Y축 방향)으로 돌출되게 구비될 수 있다.
상기 인터커넥션보드(280)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 전압을 센싱하기 위한 것으로서, 상기 버스바 어셈블리(280)의 길이 방향(Y축 방향)으로 소정 길이로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 인터커넥션보드(280)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150) 중 병렬 연결된 배터리 셀들(150)에 대한 전압을 측정할 수 있으며, 이를 통해 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 충전 상태를 확인할 수 있다.
이를 위해, 상기 인터커넥션보드(280)는, 외부 센싱 라인과 전기적으로 연결되며, 상기 메인 양극 버스바(210), 상기 메인 음극 버스바(220) 및 상기 복수 개의 연결 버스바들(230)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 인터커넥션보드(280)는, 센싱 커넥터(285) 및 버스바 연결부(287)를 포함할 수 있다.
상기 센싱 커넥터(285)는, 상기 외부 센싱 라인과 연결되며, 상기 인터커넥션보드(280)의 일단부(+Y축 방향)에 구비될 수 있다. 이러한 상기 센싱 커넥터(285)는 상기 외부 센싱 라인과의 연결을 위해, 상기 배터리 팩(10) 외부에 노출되게 구비될 수 있다. 상기 외부 센싱 라인은 센싱 커넥터(285)와 배터리 관리 시스템(미도시)을 연결할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 병렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 기초로 병렬 연결된 배터리 셀들의 충전 상태를 결정할 수 있다.
상기 버스바 연결부(287)는, 복수 개로 구비되며, 상기 인터커넥션보드(280)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되게 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 버스바 연결부(287)는, 상기 메인 양극 버스바(210)의 상기 인터커넥션보드 연결부(215), 상기 메인 음극 버스바(220)의 상기 인터커넥션보드 연결부(225) 및 상기 복수 개의 연결 버스바들(230)의 상기 인터커넥션보드 연결부들(245, 255)과 볼트 결합이나 리벳 결합 등으로 연결될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 버스바 어셈블리(200)의 하측(-Z축 방향)에 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들(150) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 상기 쿨링 유닛(300)은, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 상기 복수 개의 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)에 따른 전후 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)을 마주 하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 냉각 성능을 높일 수 있게 마주 하는 배터리 셀들(150)과 접촉되게 배치될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 쿨링 유닛(300)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 8은 도 2의 배터리 팩의 쿨링 유닛의 주요부의 사시도이며, 도 9는 도 8의 쿨링 유닛의 주요부의 단면도이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿨링 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 냉각 튜브(310), 냉각 유로(350), 냉각수 유출입부(370) 및 연결 파이프(390)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150) 사이에 배치되며, 내부에 후술하는 냉각수 순환을 위한 냉각 유로(350)가 마련될 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)에서, 마주 하는 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 외면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 폭 방향(X축 방향)으로 볼록하고 오목하게 형성되는 복수 개의 볼록부(312)와 오목부(316)가 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 교대로 배치되게 형성될 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 외면에 접촉되게 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 튜브(310)는, 후술하는 열전도부재(400) 또는 별도의 접착부재 등을 통해 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)에 접착 고정될 수 있다.
상기 냉각 유로(350)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위한 냉각수를 순환시키며, 상기 냉각 튜브(310) 내에 구비되며, 후술하는 냉각수 유출입부(370)와 연통되게 연결될 수 있다.
이러한 상기 냉각 유로(350)는, 어퍼 유로(352), 로어 유로(354) 및 연결 유로(356)를 포함할 수 있다.
상기 어퍼 유로(352)는, 상기 버스바 어셈블리(200) 가까이에 구비되게끔 상기 냉각 튜브(310)의 상측에 배치되며, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 어퍼 유로(352)는, 상기 냉각수 유출입부(370)의 상기 냉각수 공급 포트(374)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 어퍼 유로(352)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 냉각 성능 확보를 위해 상기 어퍼 유로(352)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 로어 유로(354)는, 상기 적어도 하나의 어퍼 유로(352)와 이격되게 상기 냉각 튜브(310)의 하측(-Z축 방향)에 배치되며, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 로어 유로(354)는, 상기 냉각수 유출입부(370)의 상기 냉각수 배출 포트(376)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 로어 유로(354)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 냉각 성능 확보를 위해 상기 로어 유로(354)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 연결 유로(356)는, 상기 적어도 하나의 어퍼 유로, 본 실시예의 경우, 복수 개의 어퍼 유로들(352)과 상기 적어도 하나의 로어 유로, 본 실시예의 경우, 복수 개의 로어 유로들(354)을 연결할 수 있다.
상기 연결 유로(356)는, 상기 냉각 유로(350)를 최대한 확보할 수 있게 상기 냉각수 유출입부(370)의 반대편인 상기 냉각 튜브(310)의 타단부(-Y축 방향)에 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 냉각 유로(350)의 냉각수 순환 시, 상기 냉각수 공급 포트(374)로부터 공급된 냉각수가 상기 버스바 어셈블리(200) 가까이에 배치되는 상기 어퍼 유로(352)로 우선적으로 공급된 후 상기 연결 유로(356), 상기 로어 유로(354)를 거쳐 상기 냉각수 배출 포트(376) 측으로 유동할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10) 내에서 상대적으로 더 높은 온도 분포를 갖는 상기 버스바 어셈블리(200) 근처 영역에 차가운 냉각수가 우선적으로 공급되기에, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각 성능이 현저히 향상될 수 있다.
상기 냉각수 유출입부(370)는, 상기 냉각 튜브(310)의 상기 냉각 유로(350)와 연통되게 상기 냉각 튜브(310)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 냉각수 유출입부(370)는, 후술하는 외부 냉각 라인과 연결되는 연결 파이프(390)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 냉각수 유출입부(370)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)에 따른 측면 일측(+Y축 방향)에 구비될 수 있다. 상기 냉각수 유출입부(370)와 연결되는 상기 냉각 튜브(310)는, 상기 냉각수 유출입부(370)로부터 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 측면 타측(-Y축 방향)을 향해 소정 길이로 형성될 수 있다.
한편, 상기 냉각수 유출입부(370)는, 도 8에 개시된 바와 같이, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(150) 사이에 배치될 수 있게 구비되는 것도 가능할 수 있다. 구체적으로, 쿨링 유닛(305)의 상기 냉각 튜브(330)가, 상기 냉각수 유출입부(370)로부터 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 측면 양측(Y축 방향)을 향해 각각 소정 길이로 형성될 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 길이 방향에서, 상기 쿨링 유닛(305)의 상기 냉각수 유출입부(370)가 중앙에 배치되고 상기 냉각 튜브(330)가 상기 냉각수 유출입부(370) 양측에 배치되는 양 방향 냉각 구조로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 냉각수 유출입부(370)는, 유출입부 바디(372), 냉각수 공급 포트(374) 및 냉각수 배출 포트(376)를 포함할 수 있다.
상기 유출입부 바디(372)는, 상기 냉각 튜브(310)의 일단부(+Y축 방향)와 연결될 수 있다. 상기 유출입부 바디(372) 상측(+Z축 방향)에는 후술하는 연결 파이프(390)가 구비될 수 있다.
상기 냉각수 공급 포트(374)는, 상기 유출입부 바디(372)에 구비되며, 상기 어퍼 유로(352)와 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 냉각수 공급 포트(374)는 후술하는 연결 파이프(390)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 냉각수 배출 포트(376)는, 상기 유출입부 바디(372)에 구비되며, 상기 로어 유로(374)와 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 냉각수 배출 포트(376)는, 상기 냉각수 공급 포트(374)와 소정 거리 이격 배치되며, 후술하는 연결 파이프(390)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 연결 파이프(390)는, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)의 냉각수 공급 포트들(374)을 통합적으로 연통되게 연결하며, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)의 냉각수 배출 포트들(376)을 통합적으로 연통되게 연결할 수 있다.
이러한 상기 연결 파이프(390)는, 외부 냉각 라인과 연결되어, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)의 냉각수 공급 포트들(374) 측으로 상기 냉각수를 공급하고, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)의 냉각수 배출 포트들(376) 측의 상기 냉각수를 상기 외부 냉각 라인 측으로 내보낼 수 있다.
상기 연결 파이프(390)는, 상기 외부 냉각 라인과의 연결을 위해, 후술하는 탑 프레임(600)의 파이프 홀(690, 도 12 참조) 및 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 연결 파이프 관통홀(217, 도 5 참조)를 관통하여 상기 배터리 팩(10) 외부에 노출되게 구비될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 열전도부재(400)는, 상기 배터리 팩(10)의 높이 방향(Z축 방향)에서, 상기 쿨링 유닛(300)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 채워질 수 있다. 한편, 도 2에서, 상기 열전도부재(400)가 육면체 형상의 점선으로 표시된 것은 이해의 편의를 위한 것으로서, 상기 열전도부재(400)는, 상기 쿨링 유닛(300)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 모두 채워질 수 있다.
이러한 상기 열전도부재(400)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)을 보다 더 안정적으로 고정함과 아울러 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 열분산 효율을 높여 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있다.
상기 열전도부재(400)는, 포팅 레진으로 구비될 수 있다. 상기 포팅 레진은, 묽은 상태의 레진 물질을 상기 복수 개의 배터리 셀들(150) 측으로 주입하여 경화됨으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 레진 물질의 주입은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 열 손상을 방지하기 위한 대략 15도 내지 25도 정도의 상온 상태에서 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 열전도부재(400)은, 실리콘 레진으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 열전도부재(400)은, 상기 실리콘 레진 이외에도 상기 배터리 셀들(150)의 고정 및 열분산 효율을 향상시킬 수 있는 기타 다른 레진 물질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 열전도부재(400)는, 상기 배터리 셀들(150) 이외에도 상기 버스바 어셈블리(200)에도 채워질 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 셀들(150)은, 상기 버스바 어셈블리(200)를 적어도 부분적으로 덮을 수 있게 상기 버스바 어셈블리(200)에 채워질 수 있다.
여기서, 상기 열전도부재(400)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상하 방향(Z축 방향)에서, 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀들(100) 사이에 단절 공간이나 이격 공간 없이 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀들(100) 사이에 연속적으로 채워질 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 열전도부재(400)는, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200)에 단절 없이 연속적으로 채워지므로, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200) 사이 영역에서 열분산 편차 발생 없이 고른 열분산을 구현하여, 상기 배터리 팩(10)의 냉각 성능을 현저히 높일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 바텀 프레임(500)을 더 포함할 수 있다.
도 11은 도 2의 배터리 팩의 바텀 프레임의 사시도이다.
도 11 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 바텀 프레임(500)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)을 지지할 수 있다.
이러한 상기 바텀 프레임(500)은, 바텀 하우징(510), 셀 가이드 리브(530) 및 냉각 튜브 지지홈(550)을 포함할 수 있다.
상기 바텀 하우징(510)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)을 적어도 부분적으로 수용할 수 있다. 이러한 상기 바텀 하우징(510)은, 상기 배터리 팩(10)의 강성을 확보하며, 상기 배터리 셀들(150)을 보다 더 안정적으로 고정 및 지지할 수 있다.
상기 셀 가이드 리브(530)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)을 보다 더 안정적으로 고정하기 위한 것으로서, 복수 개로 구비되며, 상기 바텀 하우징(510)의 저면(-Z축 방향)로부터 소정 높이(+Z축 방향)로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 냉각 튜브 지지홈(550)은, 상기 쿨링 유닛(300)을 안정적으로 고정하기 위한 것으로서, 상기 바텀 하우징(510)의 저면(-Z축 방향)에 구비되며, 상기 냉각 튜브(310, 도 8 참조)가 삽입 장착될 수 있다. 이러한 상기 냉각 튜브 지지홈(550)은, 상기 냉각 튜브(310)의 보다 용이한 장착을 위해 상기 냉각 튜브(310)의 저부에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 탑 프레임(600)을 더 포함할 수 있다.
도 12는 도 2의 배터리 팩의 탑 프레임의 사시도이며, 도 13은 도 12의 탑 프레임의 주요부의 확대도이며, 도 14는 도 13의 탑 프레임의 평면도이다.
도 12 내지 도 14 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 탑 프레임(600)은, 상기 바텀 프레임(500)의 상측에 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 버스바 어셈블리(200)을 보다 안정적으로 고정 및 지지할 수 있다.
이러한 상기 탑 프레임(600)은, 탑 하우징(610), 셀 지지부(630), 커넥터 홀(650), 인터커넥션보드 장착부(670) 및 파이프 홀(690)을 포함할 수 있다.
상기 탑 하우징(610)은, 상기 바텀 하우징(500)의 상측에 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 버스바 어셈블리(200)를 적어도 부분적으로 커버할 수 있다.
상기 탑 하우징(610)은, 가이드벽(615)을 포함할 수 있다.
상기 가이드벽(615)는, 상기 탑 하우징(610)의 상면 테두리를 따라 형성되며, 상기 상면 테두리에서 소정 높이(+Z축 방향)로 돌출되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 가이드벽(615)은, 후술하는 열전도부재(400) 주입 시, 상기 열전도부재(400)의 넘침을 방지함과 아울러 상기 열전도부재(400)의 적정한 주입을 가이드할 수 있다.
상기 셀 지지부(630)는, 상기 탑 하우징(610)의 상측에 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 상단부(+Z축 방향)를 지지하며, 상부(+Z축 방향)과 노출되어 상기 배터리 셀들(150)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결을 가이드할 수 있다.
상기 셀 지지부(630)는, 메인 개구부(632), 연장 개구부(634) 및 레이어 바디 안착부(636)를 포함할 수 있다.
상기 메인 개구부(632)는, 소정 크기의 개구 형상으로 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 상측을 노출시키며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 양극(175)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 양극 연결부(246)의 전기적 연결을 가이드함과 아울러 상기 열전도부재(400)의 보다 더 용이한 주입을 가이드할 수 있다.
상기 연장 개구부(634)는, 상기 메인 개구부(632)의 일측에서 소정 크기로 연장된 개구 형상으로 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 음극(170)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 음극 연결부(248)의 전기적 연결을 가이드할 수 있다.
이러한 상기 연장 개구부(634)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 음극 연결부(248)의 형상에 대응되는 형상으로 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 셀 지지부(630)에 배치 시, 상기 음극 연결부(248)의 보다 더 용이한 포지셔닝을 가이드할 수 있으며, 용접 공간 또한 최대한 확보하여 용접 공정 시 용접 편의성을 증대시킴과 아울러 용접 품질 또한 현저히 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 메인 개구부(632) 및 상기 메인 개구부(632)로부터 소정 크기로 일측으로 연장된 연장 개구부(634)를 통해, 상기 배터리 셀들(150)의 양극(175) 및 음극(170)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 양극 연결부(246) 및 상기 음극 연결부(248) 사이의 전기적 연결을 위한 용접 공정 시, 각각의 용접을 위한 용접 공간을 최대한 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 용접 공정 효율이 보다 더 용이해질 수 있으며, 상호 간의 전기적 쇼트 등의 위험을 최소화할 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 상기 메인 개구부(632) 및 상기 연장 개구부(634)를 통해, 후술하는 열전도부재(400)의 주입 및 도포 시, 상기 열전도부재(400)의 수직 방향(Z축 방향)에서 개방 면적을 최대한 확보할 수 있는 바, 상기 열전도부재(400)의 주입을 보다 더 원활히 가이드할 수 있으며, 상기 셀 지지부(630) 하측으로 상기 열전도부재(400)를 보다 더 고르게 주입할 수 있다.
상기 레이어 바디 안착부(636)는, 상기 셀 지지부(630)의 상면에 소정 깊이의 홈 형상으로 형성되며, 상기 레이어 바디(242) 및 지지 연결부(250)를 안착시킬 수 있다.
상기 레이어 바디 안착부(636)는, 상기 메인 개구부(632) 및 상기 연장 개구부(634) 사이 공간에 구비되며, 상기 메인 개구부(632) 및 상기 연장 개구부(634)의 개구 면적을 최대한 확보할 수 있게 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 레이어 바디 안착부(636)는, 상기 레이어 바디(242)의 형상에 대응되는 좁은 폭을 갖는 지그재그 형태로 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 셀 지지부(630)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에서 상기 배터리 셀들(150)을 지지하며, 상기 배터리 셀들(150)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결을 가이드할 수 있다.
아울러, 상기 셀 지지부(630)는, 상기 메인 개구부(632), 상기 연장 개구부(634) 및 상기 레이어 바디 안착부(636)를 통해, 상기 배터리 팩(10)의 수직 방향(Z축 방향)에서 개방 면적을 최대한 확보할 수 있는 바, 후술하는 열전도부재(400)의 주입 시, 보다 더 원활한 열전도부재(400)의 주입을 가이드함과 아울러 상기 열전도부재(400)의 주입량을 최대한 확보할 수 있다.
한편, 상기 셀 지지부(630)에는, 상기 열전도부재(400)의 주입 공정 효율 및 주입량 확보를 위해 소정 크기의 개구 형상을 갖는 추가적인 슬릿 구조를 더 포함하는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 커넥터 홀(650)은, 상기 탑 하우징(610)의 양측면(Y축 방향)에 구비되며, 상기 커넥터(260, 270)를 상기 탑 하우징(610) 밖으로 노출되게 관통시킬 수 있다.
상기 인터커넥션보드 장착부(670)는, 상기 인터커넥션보드(280, 도 3 참조)의 장착을 위한 것으로서, 상기 탑 하우징(610)의 일측면에 구비될 수 있다. 상기 인터커넥션보드(280)는, 상기 인터커넥션보드 장착부(670)에 삽입 장착되거나 또는 접착 고정될 수 있다. 여기서, 상기 인터커넥션 장착부(670)에는, 상기 센싱 커넥터(285)를 상기 배터리 팩(10) 외부로 노출되게 수용하는 센싱 커넥터 수용 구조가 마련될 수 있다.
상기 파이프 홀(690)은, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 연결 파이프 관통홀(217, 도 5 참조)에 대응되는 위치에 마련되며, 상기 연결 파이프(390)가 관통될 수 있게 소정 크기의 개구로 마련될 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)의 제조 공정에 대해 상기 배터리 셀 어셈블리(100)와 상기 버스바 어셈블리(200) 사이의 전기적 연결 및 상기 열전도부재(400)를 통한 팩 케이스 형성 과정을 중심으로 보다 자세히 살펴 본다.
도 15 및 도 16은 도 1의 배터리 팩의 배터리 셀 어셈블리와 버스바 어셈블리의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)의 제조 시, 제조자 등은, 상기 바텀 프레임(500)과 상기 탑 프레임(600)의 결합을 통해 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 쿨링 유닛(300, 도 2 참조)를 내부에 안착시킬 수 있다. 여기서, 상기 쿨링 유닛(300)의 상기 연결 파이프(390)는, 상기 탑 프레임(600)의 상기 탑 하우징(610) 상측으로 돌출될 수 있다.
상기 제조자 등은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 전기적 연결을 위해 상기 버스바 어셈블리(200)를 상기 탑 프레임(600)에 조립시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 연결 버스바들(230)의 상기 레이어 바디들(242)은, 상기 레이어 바디 안착부(636) 상에 안착될 수 있으며, 상기 양극 연결부(246)는 상기 메인 개구부(632) 상에 배치되며, 상기 음극 연결부(248)는 상기 연장 개구부(634) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 음극 연결부(248)의 상기 가이드 그루브(249)는, 상기 배터리 셀들(150)의 상기 음극(170)의 상단 테두리(173)에 삽입되거나 또는 밀착되게 접촉될 수 있다.
상기 레이어 바디 안착부(636), 상기 메인 개구부(632) 및 상기 연장 개구부(634)는, 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 사이의 용접 공정 이전에 상기 버스바 어셈블리(200)의 각 구성 부품 등의 포지셔닝을 가이드함과 아울러 상기 버스바 어셈블리(200)의 각 구성 부품 등을 보다 더 안정적으로 지지할 수 있다.
이후, 상기 제조자 등은, 레이저 용접 등과 같은 용접 공정을 통해, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)와 상기 버스바 어셈블리(200)를 상호 전기적으로 연결할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 셀들(150)의 상기 양극(175)은, 상기 메인 개구부(632) 상에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 양극 연결부(246)과 레이저 용접 등을 통해 연결되며, 상기 배터리 셀들(150)의 상기 음극(170)은, 상기 연장 개구부(634) 상에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 음극 연결부(248)과 레이저 용접 등을 통해 연결될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 양극(175) 및 음극(170)의 버스바 어셈블리(200)와의 전기적 연결을 위한 용접 공정이 상기 메인 개구부(632) 및 상기 연장 개구부(634)를 통해, 상호 소정의 이격 거리 및 소정의 개방 면적을 확보한 채 수행될 수 있으므로, 용접 공정이 보다 더 간편해짐과 아울러 용접 품질 또한 현저히 높일 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 상기 연결 버스바들(230)이 상기 레이어 바디 안착부(636)에 안착되고, 상기 배터리 셀들(150)의 음극(170)의 상단 테두리(173)가 상기 음극 연결부(248)의 상기 가이드 그루브(249)에 삽입되거나 또는 밀착되게 접촉된 이후에 상기 용접 공정이 수행되는 바, 상기 용접 시 상기 배터리 셀들(150)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 보다 더 안정적인 고정을 구현할 수 있기에, 용접 정확도가 보다 더 확보될 수 있다.
도 17 및 도 18은 도 1의 배터리 팩의 열전도부재를 통한 팩 케이스 구조 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 이후, 상기 제조자 등은, 레진 주입 장치(I)를 통해 상기 열전도부재(400)를 주입 및 도포하여 상기 레진 물질로 구비되는 상기 열전도부재(400)를 통해, 상기 배터리 팩(10)의 팩 케이스를 형성할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 열전도부재(400)의 주입 시, 상기 바텀 프레임(500) 및 상기 탑 프레임(600)이, 거푸집으로 기능할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 열전도부재(400) 주입 시, 별도의 임시 장착 후 추후 탈착되는 거푸집 등의 구조물을 생략할 수 있어, 상기 배터리 팩(10)의 제조 공정 효율을 향상시킴과 아울러 제조 비용 또한 현저히 줄일 수 있다.
상기 열전도부재(400)의 주입 시, 상기 탑 프레임(600)의 상기 가이드벽(615)은 상기 열전도부재(400)가 넘치는 것을 방지함과 아울러 상기 열전도부재(400)의 주입량을 조절할 수 있다. 상기 제조자 등은, 상기 가이드벽(615)의 수직 방향(+Z축 방향)에서의 끝단까지 상기 열전도부재(400)를 주입 후 상기 열전도부재(400)의 주입을 완료할 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 상기 메인 개구부(632), 연장 개구부(634) 및 상기 레이어 바디 안착부(636)를 통해, 상기 배터리 팩(10)의 상측(+Z축 방향)에서 최대한의 개방 면적을 확보할 수 있는 바, 상기 열전도부재(400)의 주입 시, 상기 열전도부재(400)의 주입 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
여기서, 외부 충방전 라인, 외부 센싱 라인 및 외부 냉각 라인 등의 연결을 위해, 상기 양극 커넥터(260), 상기 음극 커넥터(270), 상기 센싱 커넥터(285), 상기 연결 파이프(390)의 상단부(+Z축 방향)에는, 상기 열전도부재(400)가 주입 및 도포되지 않을 수 있다.
한편, 상기 열전도부재(400)는, 상기 바텀 프레임(500) 및 상기 탑 프레임(600)의 측면을 적어도 부분적으로 커버할 수 있게 도포되는 것도 가능할 수 있다.
상기 열전도부재(400)가 경화되면, 상기 열전도부재(400)는, 상기 배터리 팩(10)의 팩 케이스를 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 포팅 레진으로 구비되는 상기 열전도부재(400)를 통해 상기 팩 케이스를 형성하는 바, 종래와 같이 복수 개의 플레이트들의 복잡한 조립체로서 팩 케이스를 형성할 때보다, 상기 배터리 팩(10)의 조립 공정을 간편화할 수 있으며, 제조 비용을 현저히 낮춰 원가 경쟁력 또한 확보할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는, 상기 열전도부재(400)로 마련되는 팩 케이스 구조를 통해, 종래 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조와 대비하여, 전체 배터리 팩(10)의 사이즈를 줄일 수 있어 에너지 밀도 또한 현저히 높일 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 자동차(1)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비될 수 있으며, 에너지원으로서, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우, 전술한 상기 배터리 팩(10)이 높은 에너지 밀도를 갖는 컴팩트한 구조로 구비되는 바, 상기 자동차(1)에 장착 시, 복수 개의 배터리 팩(10)들의 모듈화 구조 구현이 용이하며, 상기 자동차(1)의 다양한 내부 공간 형상에서도 상대적으로 높은 장착 자유도를 확보할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩(10) 및 이를 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(10) 및 이를 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(10) 및 이를 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 자동차
10: 배터리 팩
100: 배터리 셀 어셈블리
150: 배터리 셀
175: 양극
170: 음극
200: 버스바 어셈블리
210: 메인 양극 버스바
215: 인터커넥션보드 연결부
217: 연결 파이프 관통홀
220: 메인 음극 버스바
225: 인터커넥션보드 연결부
230: 연결 버스바
240: 버스바 레이어
242: 레이어 바디
245: 인터커넥션보드 연결부
246: 양극 연결부
248: 음극 연결부
250: 지지 연결부
255: 인터커넥션보드 연결부
260: 양극 커넥터
270: 음극 커넥터
280: 인터커넥션보드
285: 센싱 커넥터
287: 버스바 연결부
300: 쿨링 유닛
305: 쿨링 유닛
310: 냉각 튜브
330: 냉각 튜브
312: 볼록부
316: 오목부
350: 냉각 유로
352: 어퍼 유로
354: 로어 유로
356: 연결 유로
370: 냉각수 유출입부
372: 유출입부 바디
374: 냉각수 공급 포트
376: 냉각수 배출 포트
390: 연결 파이프
400: 열전도부재
500: 바텀 프레임
510: 바텀 하우징
530: 셀 가이드 리브
550: 냉각 튜브 지지홈
600: 탑 프레임
610: 탑 하우징
630: 셀 지지부
650: 커넥터 홀
670: 인터커넥션보드 장착부
690: 파이프 홀

Claims (15)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리;
    상기 버스바 어셈블리의 하측에 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및
    상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 채워진 열전도부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부재는,
    상기 버스바 어셈블리를 적어도 부분적으로 덮을 수 있게 상기 버스바 어셈블리에 채워진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전도부재는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 상하 방향에서, 상기 버스바 어셈블리와 상기 쿨링 유닛 사이에 연속적으로 채워진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부재는,
    포팅 레진으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛은,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 내부에 냉각수 순환을 위한 냉각 유로가 마련되는 냉각 튜브; 및
    상기 냉각 튜브의 냉각 유로와 연통되게 상기 냉각 튜브와 연결되는 냉각수 유출입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 튜브는,
    마주 하는 상기 복수 개의 배터리 셀들의 외면에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 튜브는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향을 따라 볼록부와 오목부가 교대로 배치되게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 냉각수 유출입부는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에 따른 측면 일측에 구비되며,
    상기 냉각 튜브는,
    상기 냉각수 유출입부로부터 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 배터리 셀 어셈블리의 측면 타측을 향해 소정 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 냉각수 유출입부는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며,
    상기 냉각 튜브는,
    상기 냉각수 유출입부로부터 상기 배터리 셀 어셈블리의 길이 방향에서 상기 배터리 셀 어셈블리의 측면 양측을 향해 소정 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 유로는,
    상기 냉각 튜브의 상측에 배치되며, 상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 적어도 하나의 어퍼 유로;
    상기 적어도 하나의 어퍼 유로와 이격되게 상기 냉각 튜브의 하측에 배치되며, 상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 적어도 하나의 로어 유로; 및
    상기 적어도 하나의 어퍼 유로와 상기 적어도 하나의 로어 유로를 연결하는 연결 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각수 유출입부는,
    상기 냉각 튜브의 일단부와 연결되는 유출입부 바디;
    상기 유출입부 바디에 구비되며, 상기 어퍼 유로와 연통되게 연결되는 냉각수 공급 포트; 및
    상기 유출입부 바디에 구비되며, 상기 로어 유로와 연통되게 연결되는 냉각수 배출 포트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결 유로는,
    상기 냉각 튜브의 타단부에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 튜브는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 외면에 접촉되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 배터리 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되며, 충방전 라인과 연결되는 커넥터가 구비되는 한 쌍의 메인 버스바; 및
    상기 한 쌍의 메인 버스바와 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극과 연결되는 복수 개의 연결 버스바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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