KR20230058851A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230058851A
KR20230058851A KR1020210142561A KR20210142561A KR20230058851A KR 20230058851 A KR20230058851 A KR 20230058851A KR 1020210142561 A KR1020210142561 A KR 1020210142561A KR 20210142561 A KR20210142561 A KR 20210142561A KR 20230058851 A KR20230058851 A KR 20230058851A
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KR1020210142561A
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이강구
안선모
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에스케이온 주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징; 및 상기 팩 하우징 내부에 수용된 복수의 셀 어셈블리들;을 포함하고, 상기 복수의 셀 어셈블리들 중 적어도 하나는, 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 양측에서 인출된 제1 전극탭과 제2 전극탭에 각각 결합되는 제1 탭커버 및 제2 탭커버를 포함하고, 상기 팩 하우징은 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버를 적어도 일부 수용하도록 구성되는 수용부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 기술이다.
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), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 또는 골프 카트(Golf Cart) 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.
리튬 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 상호 전기적으로 연결되는 복수 개의 배터리 셀들 및 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스를 포함하여 구성된다.
배터리 팩은 높은 에너지 밀도를 가지기 위해 제한된 공간 내에 배터리 셀들을 최대한 많이 수용해야 한다. 그런데 배터리 셀들이 모듈 케이스에 1차적으로 수용된 후 팩 케이스에 수용되는 경우 높은 수준의 에너지 밀도를 제공하기 어렵다. 이에 따라 배터리 셀을 직접 팩 케이스에 수용하는 방법이 최근 등장하고 있다.
그런데, 배터리 셀들을 직접 팩 케이스 내부에 배치하는 경우, 배터리 셀들 사이의 정렬이 어긋나는 문제가 있다. 예를 들어, 배터리 셀들이 케이스 바닥면에 안착됐을 때, 배터리 셀들의 높이가 균일하지 않다면, 배터리 셀들의 전극들의 위치가 균일하지 않게 되고, 이는 이후에 버스바와 배터리 셀을 연결할 때 불량률을 높일 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀들을 팩 내부에 정렬시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 배터리 팩의 내부에 배터리 셀을 효과적으로 정렬시키는 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. 또, 본 발명은 비교적 많은 배터리 셀들을 팩 내부에 수용함으로써, 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징; 및 상기 팩 하우징 내부에 수용된 복수의 셀 어셈블리들;을 포함하고, 상기 복수의 셀 어셈블리들 중 적어도 하나는, 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 양측에서 인출된 제1 전극탭과 제2 전극탭에 각각 결합되는 제1 탭커버 및 제2 탭커버를 포함하고, 상기 팩 하우징은 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버를 적어도 일부 수용하도록 구성되는 수용부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 배터리 셀은 셀 바디 및 셀 바디에서 인출된 전극탭을 포함하고, 상기 탭커버는 상기 전극탭에 결합될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 전극탭은 셀바디에서 제1 방향으로 인출된 양극탭, 및 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 인출된 음극탭을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 탭커버는 상기 양극탭을 수용하는 제1 탭커버 및 상기 음극탭을 수용하는 제2 탭커버를 포함하고, 상기 팩 하우징은 상기 복수의 셀 어셈블리의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 각각 배치되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하고, 상기 수용부는 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트에 마련될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 수용부는 상기 제1 플레이트에 마련되고 상기 제1 탭커버를 수용하도록 구성된 제1 수용부, 및 상기 제2 플레이트에 마련되고 상기 제2 탭커버를 수용하도록 구성된 제2 수용부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 팩은 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트에 배치되고, 상기 탭커버가 상기 수용부에 수용됐을 때 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바;를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 버스바의 일부는 상기 수용부에 노출될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 버스바의 일부는 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트 내부에 인서트될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 버스바는 서로 다른 두개의 셀 어셈블리를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 버스바는 배터리 셀과 상기 팩 하우징의 외부의 장치를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 제1 플레이트 또는 상기 제1 탭커버 중 하나는 체결돌기를 포함하고, 나머지 하나는 상기 체결돌기를 수용하는 체결홈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 제2 플레이트 또는 상기 제2 탭커버 중 하나는 체결돌기를 포함하고, 나머지 하나는 상기 체결돌기를 수용하는 체결홈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 탭커버는 상기 전극탭에 연결되는 내부 버스바를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 배터리 셀은 2개 이상의 배터리 셀들을 포함하고, 상기 탭커버는 상기 2개 이상의 배터리 셀들과 결합될 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 팩은 상기 복수의 셀 어셈블리들 사이에 배치된 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 팩 하우징은 상기 복수의 셀 어셈블리들 하부에 배치된 하부 플레이트를 포함하고, 상기 배터리 셀과 상기 하부 플레이트 사이에 방열부재가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징; 상기 팩 하우징 내부에 배치되는 복수의 배터리 셀들; 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 전극탭에 결합되는 탭커버;를 포함하고, 상기 팩 하우징은 상기 탭커버를 수용하도록 구성된 수용부 및 상기 수용부에 배치되어 상기 탭커버가 상기 수용부에 수용됐을 때 상기 전극탭과 연결되는 버스바를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 전극탭은 제1 방향으로 인출된 제1 전극탭, 및 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 인출된 제2 전극탭을 포함하고, 상기 탭커버는 상기 제1 전극탭을 수용하는 제1 탭커버 및 상기 제2 전극탭을 수용하는 제2 탭커버를 포함하고, 상기 팩 하우징은 상기 복수의 배터리 셀들의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 각각 배치되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하고, 상기 수용부는, 상기 제1 플레이트에 마련되고 상기 제1 탭커버를 수용하도록 구성된 제1 수용부 및 상기 제2 플레이트에 마련되고 상기 제2 탭커버를 수용하도록 구성된 제2 수용부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀들이 배터리 팩 내부에 효과적으로 정렬될 수 있다. 또 배터리 팩은 비교적 많은 수의 배터리 셀들을 수용할 수 있게 됨으로써 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 배터리 셀의 사시도이다.
도 4는 도 3의 배터리 셀의 분해도이다.
도 5는 도 3의 배터리 셀의 Ⅳ-Ⅳ'단면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 배터리 셀의 사시도이다.
도 7은 도 6의 배터리 셀의 분해도이다.
도 8는 도 6의 배터리 셀의 Ⅴ-Ⅴ'단면도이다.
도 9는 도 1의 배터리 팩의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이다.
도 10은 도 1의 배터리 팩의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이다.
도 11a는 일 실시 예에서 배터리 셀들 사이에 배치된 탄성부재를 도시한 것이다.
도 11b는 일 실시 예에서 배터리 셀들 사이에 배치된 메탈 플레이트를 도시한 것이다.
본 문서에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어일 수 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 문서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 문서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
또한, 본 문서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명하도록 한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 모두 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 문서에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
본 문서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다름을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 즉, 본 문서에서 어떤 구성요소가 단수로 표현되더라도, 다른 설명이 없는 한, 해당 구성요서가 복수개로 마련되는 것을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 어떤 실시 예에서 제1 부재가 프레임 상에 배치된다고 상정할 때, 다른 설명이 없는 한, 해당 실시 예가 프레임 상에 1개의 제1 부재만 배치된 것으로 한정되지는 않고, 2개 이상의 제1 부재들이 프레임에 배치되는 것도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 본 문서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, X 방향, Y 방향, 및 Z 방향은 각각 도면에 도시된 X축과 나란한 방향, Y축과 나란한 방향, 및 Z축과 나란한 방향을 의미한다. 또, 다른 설명이 없는 한, X 방향이라고 하면 +X축 방향 및 -X축 방향을 모두 포함하는 개념이며, 이는 Y 방향이나 Z 방향에도 마찬가지로 적용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 배터리 팩(1)의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 셀들(110), 및 복수의 배터리 셀들(110)을 수용하는 팩 하우징(300)을 포함한다. 배터리 셀들(110) 중 일부는 버스바를 통해 팩 하우징(300) 외부의 파워 릴레이 어셈블리(2)(power relay assembly, PRA)에 연결될 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리(2)는 고전압 배터리의 전력을 모터로 공급하거나 차단할 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리(2)는 예시에 지나지 않고, 배터리 팩(1)은 다른 장치와도 연결될 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 셀(110)은 배터리 팩(1) 내부에 직접 배치될 수 있다. 즉, 모든 단일 셀 배터리 셀(110)이 모두 팩 하우징(300)내부에서 조립 및 고정되어 전체 배터리 팩(1)을 형성한다. 이는 배터리 팩(1)의 부품 수를 감소시키고 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)을 배터리 모듈로 구성한 후 배터리 팩(1) 내부에 배치하는 대신, 배터리 셀(110)을 직접 배터리 팩(1) 내부에 배치시키면, 배터리 팩(1)의 내부 공간이 효율적으로 활용될 수 있고, 배터리 팩(1)의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
일 실시 예에서 탭커버(120)가 배터리 셀(110)에 결합되며, 본 문서에서 배터리 셀(110)에 탭커버(120)가 결합된 구성을 셀 어셈블리(100)라고 지칭한다. 셀 어셈블리(100)에 대한 상세한 내용은 도 3 내지 도 8에서 설명한다.
셀 어셈블리들(100)은 팩 하우징(300) 내부에 수용된다. 팩 하우징(300)은 하부 플레이트, 및 하부 플레이트(310)와 이격 대향하는 상부 플레이트(320)를 포함한다. 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(320) 사이의 공간에 셀 어셈블리들(100)이 배치된다. 전면 플레이트(330), 후면 플레이트(340), 및 엔드 플레이트(350)가 셀 어셈블리들(100)의 측면을 둘러싼다. 예를 들어, 셀 어셈블리들(100)의 X 방향 양측에 엔드 플레이트(350)가 배치되고, Y 방향 양측에 전면 플레이트(330)와 후면 플레이트(340)가 배치된다.
셀 어셈블리(100)의 적층방향(즉, X 방향) 양측에 배치된 두개의 엔드 플레이트들(351, 352)은 배터리 셀들(110)을 적층방향으로 압축하는 힘을 가할 수 있다. 이는 배터리 셀들(110)의 스웰링을 어느정도 억제하여 팩 하우징(300)이 변형되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다. 또 배터리 셀(110)이 충전되거나 방전될 때 생기는 가스를 제거하고 전해액이 전극판에 골고루 퍼지게 함으로써, 배터리 셀(110)의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에서 도시된 팩 하우징(300)의 구성 및 형태는 예시에 지나지 않고, 셀 어셈블리들(100)을 하우징할 수 있도록 구성되면 족하다.
일 실시 예에서 배터리 셀(110)은 탭커버(120)를 매개로 팩 하우징(300)에 결합된다. 일 실시 예에서 팩 하우징(300)은 탭커버(120)를 적어도 일부 수용하도록 구성되는 수용부(360)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(110)은 탭커버(120)와 수용부(360) 사이의 결합에 의해 팩 하우징(300) 내부의 특정 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 수용부(360)는 탭커버(120)와 대응하는 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 수용부(361)는 전면 플레이트(330)의 내측면(배터리 셀들(110)을 마주보는 면)에 마련되고, 다른 부분보다 바깥으로(즉, +Y 방향) 리세스된 형태로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 수용부(361)는 후면 플레이트(340)의 내측면(배터리 셀들(110)을 마주보는 면)에 마련되고, 다른 부분보다 바깥으로(즉, -Y 방향) 리세스된 형태로 제공될 수 있다.
탭커버(120)가 수용부(360)에 수용됨으로써 배터리 셀(110)은 팩 하우징(300) 내부의 특정 위치에 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 전면 플레이트(330)와 후면 플레이트(340)에 복수개의 수용부들(360)이 일정 간격으로 배열되며, 복수의 수용부들(360)에 복수의 셀 어셈블리들(100)이 각각 결합됨에 따라, 배터리 셀들(110)이 일정 간격으로 정렬될 수 있다.
배터리 셀(110)은 팩 하우징(300)에 직접 결합하는 대신 탭커버(120)를 통해 팩 하우징(300)에 결합되며 이에 따라 배터리 셀(110)은 더 안정적으로 팩 하우징(300) 내부에 고정될 수 있다. 또한, 탭커버(120)는 비교적 수월하게 균일한 크기 또는 편평도를 가지도록 제작될 수 있고, 따라서 배터리 셀들(110)은 팩 하우징(300) 내부에 비교적 정확하고 수월하게 정렬될 수 있다. 예를 들어, 탭커버(120)는 배터리 셀들(110)이 상호간에 일정한 간격을 두고 배열될 수 있도록 해줄 수 있다.
배터리 셀(110)은 방열부재(미도시)를 통해 하부 플레이트(310) 상에 고정될 수 있다. 예를 들어, 써멀레진(thermal resin)이 배터리 셀(110)과 하부 플레이트(310) 사이에 도포된 후 경화되어 배터리 셀(110)이 하부 플레이트(310) 상에 부착될 수 있다. 하부 플레이트(310)는 배터리 셀(110)에서 생긴 열을 흡수하여 확산시키거나 방열하는 히트싱크(heat sink)로서 기능할 수 있다. 추가적으로 하부 플레이트(310) 내부 또는 일측에 냉각제가 흐를 수 있는 유로가 제공되고, 냉각제가 하부 플레이트(310)의 내부 또는 일측을 지나가면서 배터리 셀(110)의 열을 흡수할 수 있다.
배터리 셀(110)은 버스바(370)를 통해 다른 배터리 셀(110)과 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 배터리 팩(1) 외부의 장치(예: 도 1의 파워 릴레이 어셈블리(2))와 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 버스바(370)는 전면 플레이트(330) 및 후면 플레이트(340)에 배치되며, 탭커버(120)가 전면 플레이트(330) 및 후면 플레이트(340)에 마련된 수용부(360)에 삽입되면 배터리 셀(110)이 버스바(370)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참고하면, 배터리 셀(110)의 전극탭(111)은 탭커버(120)에 삽입되고, 일부는 탭커버(120) 외측으로 노출된다. 수용부(360)에 버스바(370)의 적어도 일부분이 노출되며, 탭커버(120)가 수용부(360)에 삽입되면, 탭커버(120) 외측으로 노출된 전극탭(111)은 상부 플레이트(320)의 수용부(360)에 배치된 버스바(370)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전면 플레이트(330) 및 후면 플레이트(340)에 복수의 셀 어셈블리들(100)이 결합되는 것만으로, 복수의 셀 어셈블리들(100)이 전면 플레이트(330) 및 후면 플레이트(340)에 마련된 버스바(370)를 통해 상호간에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 팩 제조 공정 중 셀 어셈블리들(100)을 전기적으로 연결하는 공정이 매우 수월하고 효과적으로 수행될 수 있다.
한편 도 1 및 도 2를 참고하면, 12개의 셀 어셈블리들(100)이 하나의 열로 팩 하우징(300) 내부에 배치되나, 이는 예시에 지나지 않고, 본 문서의 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 12개 보다 많거나 작은 수의 셀 어셈블리들(100)이 2열 이상으로 팩 하우징(300) 내부에 배치될 수 있다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 셀 어셈블리(100)의 사시도이다. 도 4는 도 3의 셀 어셈블리(100)의 분해도이다. 도 5는 도 3의 셀 어셈블리(100)의 Ⅳ-Ⅳ'단면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩(1) 내부에 수용된 셀 어셈블리(100)의 일 실시 형태를 도시한 것이다. 도 3 내지 도 5를 참고하면, 배터리 셀(110)은 셀 바디(112)에서 양측으로 연장하는 전극탭(111)을 포함하고, 두개의 탭커버들(120)이 배터리 셀(110)의 양측에 결합된다. 셀 바디(112)는 전극조립체 및 전극조립체를 감싸고 있는 케이스(또는 외장재)를 포함할 수 있다. 전극조립체는 분리막을 사이에 두고 적층된 전극판들을 포함하며, 전극탭은 전극판과 전기적으로 연결된다.
일 실시 예에서 전극탭(111)은 셀 바디(112)에서 서로 다른 방향으로 인출된 2 이상의 전극탭들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극탭(111-1)은 셀 바디(112)에서 +Y 방향으로 인출되고, 제2 전극탭(111-2)은 셀 바디(112)에서 -Y 방향으로 인출될 수 있다. 제1 전극탭(111-2)과 제2 전극탭(111-2)은 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
도 1을 함께 참고하면, 배터리 셀(110)의 전극탭(111)은 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)가 배치된 방향으로(즉, +Y 또는 -Y 방향) 연장한다.
일 실시 예에서 탭커버(120)가 배터리 셀(110)에 결합된다. 일 실시 예에서 배터리 셀(110)의 전극탭(111)에 탭커버(120)가 결합된다. 예를 들어, 탭커버(120)는 내부에 탭수용부(121)를 포함하고, 탭수용부(121)에 전극탭(111)이 삽입된다.
일 실시 예에서 탭커버(120)는 전극탭(111)을 탭커버(120)의 외측으로 노출시키도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서 탭커버(120)는 전극탭(111)이 인출된 방향(즉, Y 방향)으로 개방된 개구(122)를 포함할 수 있다. 전극탭(111)은 탭커버(120) 내부에 삽입된 후 개구(122)를 통해 탭커버(120) 외측으로 일부 노출된다.
일 실시 예에서 탭커버(120)는 전극탭(111)과 연결되는 내부 버스바(123)를 포함할 수 있다. 도 5를 참고하면 전극탭(111)은 내부 버스바(123)를 우회하여 개구(122)에 노출된다. 전극탭(111)은 디귿자 형태로 절곡되면서 내부 버스바(123)를 일부 감싸고, 내부 버스바(123)의 상부면에 일부 배치될 수 있다. 내부 버스바(123)는 전극탭(111) 하부에 배치되어 전극탭(111)을 지지할 수 있다.
탭커버(120)가 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)의 수용부(360)에 삽입되었을 때 수용부(360)에 배치된 버스바(370)와 연결되어야 하는데 전극탭(111)은 비교적 얇은 판 형태로 제공되기 때문에 전극탭(111)과 버스바(370) 사이의 연결이 신뢰성 있게 이루어지지 않을 수 있다. 내부 버스바(123)는 비교적 강성이 높고, 비교적 편평한 면을 가질 수 있기 때문에, 전극탭(111)이 버스바(370)와 연결될 때 전극탭(111)을 지지함으로써 버스바(370)와 전극탭(111) 사이의 접촉 신뢰성을 높일 수 있다.
한편, 내부 버스바(123)는 필수적인 구성은 아니며, 다른 실시 예에서 생략될 수 있다. 또, 도시된 실시 예에서 전극탭(111)이 개구(122)를 통해 노출되나, 배터리 셀(110) 내부의 전극판들과 전기적으로 연결된 도전성부재가 탭커버(120) 외측으로 노출되어 버스바(370)에 연결되면 족하고, 탭커버(120) 외측으로 노출된 도전성부재가 반드시 전극탭(111)일 필요는 없다. 예를 들어, 전극탭(111)이 내부 버스바(123)의 하부에 연결되고, 내부 버스바(123)가 탭커버(120) 외측으로 노출되어 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 배치된 버스바(370)에 연결될 수 있다.
도 6은 제2 실시 예에 따른 셀 어셈블리(100')의 사시도이다. 도 7은 도 6의 셀 어셈블리(100')의 분해도이다. 도 8은 도 6의 셀 어셈블리(100')의 Ⅴ-Ⅴ'단면도이다.
도 6은 도 1의 배터리 팩(1) 내부에 수용된 셀 어셈블리(100')의 일 실시 형태를 도시한 것이다. 도 6 내지 도 8을 참고하면, 도 3의 셀 어셈블리(100)와 달리, 일 실시 예에서 셀 어셈블리(100')는 2개 이상의 배터리 셀들(110a, 110b)을 포함할 수 있다. 즉, 2개 이상의 배터리 셀들(110a, 110b)의 양측에 2개의 탭커버들(120)이 각각 결합될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 탭커버(120)는 제1 배터리 셀(110a)의 제1 전극탭(111a)과 제2 배터리 셀(110b)의 제1 전극탭(111b)을 모두 수용할 수 있다. 탭커버(120)는 제1 배터리 셀(110a)의 제1 전극탭(111a)을 수용하는 제1 탭수용부(121a) 및 제2 배터리 셀(110b)의 제2 전극탭(111b)을 수용하는 제2 탭수용부(121b)를 포함할 수 있다. 이때 제1 전극탭(111a)과 제2 전극탭(111b)은 동일한 극성을 가질 수 있다.
일 실시 예에서 탭커버(120)는 전극탭들(111a, 111b)을 탭커버(120)의 외측으로 노출시키도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서 탭커버(120)는 일측으로 개방된 개구(122)를 포함할 수 있다. 전극탭들(111a, 111b)은 탭커버(120) 내부에 삽입된 후 개구(122)를 통해 탭커버(120) 외측으로 일부 노출된다.
일 실시 예에서 제1 배터리 셀(110a)과 제2 배터리 셀(110b)은 접착부재(113)를 통해 상호간에 부착될 수 있다.
도시된 실시 예에서 2개의 배터리 셀들(110a, 110b)이 하나의 셀 어셈블리(100')를 구성하나, 이는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 3개 이상의 배터리 셀들이 하나의 셀 어셈블리(100')를 구성할 수 있다.
일 실시 예에서 탭커버(120)는 전극탭(111)과 연결되는 내부 버스바(123)를 포함할 수 있다. 도 8을 참고하면 전극탭(111)은 내부 버스바(123)를 우회하여 개구(122)에 노출된다. 내부 버스바(123)는 전극탭(111)의 일측에 배치되어 전극탭(111)을 지지할 수 있다.
탭커버(120)가 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)의 수용부(360)에 삽입되었을 때 수용부(360)에 배치된 버스바(370)와 연결되어야 하는데 전극탭(111)은 비교적 얇은 판 형태로 제공되기 때문에 전극탭(111)과 버스바(370) 사이의 연결이 신뢰성 있게 이루어지지 않을 수 있다. 내부 버스바(123)는 비교적 강성이 높고, 비교적 편평한 면을 가질 수 있기 때문에, 전극탭(111)이 버스바(370)와 연결될 때 전극탭(111)을 지지함으로써 버스바(370)와 전극탭(111) 사이의 접촉 신뢰성을 높일 수 있다.
한편, 내부 버스바(123)는 필수적인 구성은 아니며, 다른 실시 예에서 생략될 수 있다. 또, 도시된 실시 예에서 전극탭(111)이 개구(122)를 통해 노출되나, 배터리 셀(110) 내부의 전극판들과 전기적으로 연결된 도전성부재가 탭커버(120) 외측으로 노출되어 버스바(370)에 연결되면 족하고, 탭커버(120) 외측으로 노출된 도전성부재가 반드시 전극탭(111)일 필요는 없다. 예를 들어, 전극탭(111)이 내부 버스바(123)의 하부에 연결되고, 내부 버스바(123)가 탭커버(120) 외측으로 노출되어 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 배치된 버스바(370)에 연결될 수 있다.
본 문서의 셀 어셈블리(100') 및 이와 관련된 설명에서 셀 어셈블리(100')는 도 6 내지 도 8에서 설명된 셀 어셈블리(100')로 대체될 수 있다.
도 9는 제1 실시 예에서 도 1의 배터리 팩(1)의 I-I' 단면도이다. 도 10은 도 1의 배터리 팩의 II-II' 단면도이다.
일 실시 예에서 팩 하우징(300)은 배터리 셀들(110) 각각을 적어도 일부 수용하도록 구성된 수용부(360)를 포함한다. 수용부(360)는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 마련될 수 있다. 도 9 내지 도 10을 참고하면, 수용부(360)는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 마련될 수 있다.
일 실시 예에서 수용부(360)는 탭커버(120)와 대응하는 형태로 마련될 수 있다. 도 9를 참고하면, 탭커버(120)는 일방향으로 연장하는 사각 바(bar) 형태를 가지고, 수용부(360)는 탭커버(120)를 수용하도록 일방향으로 연장하는 사각 홈 형태로 제공된다. 도 9에서 수용부(360)는 탭커버(120)의 대부분을 수용하도록 구성되나, 이는 예시에 지나지 않고, 수용부(360)는 탭커버(120)의 일부만 수용할 수 있다.
일 실시 예에서 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)는 탭커버(120)를 향해 돌출된 체결돌기(380)를 포함하고, 탭커버(120)는 체결돌기(380)를 수용하는 체결홈(126)을 포함할 수 있다. 도시된 실시 예에서 체결돌기(380)는 체결홈(126)에 삽입되었을 때 체결홈(126)에서 빠지지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 체결돌기(380)는 단부에 후크(380a)를 포함하고, 체결홈(126)은 후크(380a)에 대응하는 걸림부(126a)를 포함할 수 있다. 체결돌기(380)가 체결홈(126)에 삽입됐을 때 후크(380a)가 걸림부(126a)에 걸리고, 이는 탭커버(120)가 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)의 수용부(360)에서 빠지는 것을 막는다.
도 9에서 체결돌기(380)는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 마련되고, 체결홈(126)은 탭커버(120)에 마련되나, 이는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 체결돌기(380)는 탭커버(120)에 마련되고, 체결홈(126)은 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 마련될 수 있다.
일 실시 예에서 버스바(370)는 팩 하우징(300)과 일체로 제공될 수 있다. 일 실시 예에서 버스바(370)의 일부는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340) 내부에 인서트된 상태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)를 성형할 때 버스바(370)가 금형 내부에 위치된 상태에서 액체상태의 수지를 금형 내부를 채울 수 있다. 수지가 경화되면서 버스바(370)는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 견고하게 결합된다. 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)는 플라스틱과 같은 절연재질로 만들어지며 버스바(370)와 전기적으로 절연된다.
일 실시 예에서 셀 어셈블리(100)가 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)의 수용부(360)에 끼워졌을 때 배터리 셀(110)은 버스바(370)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 버스바(370)의 적어도 일부는 수용부(360)에 노출될 수 있다. 탭커버(120)가 수용부(360)에 끼워졌을 때, 탭커버(120)의 개구(122)를 통해 노출된 전극탭(111)이 수용부(360)에 배치된 버스바(370)에 연결될 수 있다.
도 10을 참고하면, 버스바(370)는 두개의 수용부들(360)에 노출되며, 두개의 수용부들(360)에 각각 수용된 두개의 셀 어셈블리들(100)을 전기적으로 연결한다.
도 10에 도시된 실시 예에서 두개의 배터리 셀들(110)이 하나의 버스바(370)를 통해 연결되나, 이는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 3개 이상의 배터리 셀들(110)이 하나의 버스바(370)를 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 총 6개의 배터리 셀들(110)이 하나의 버스바(370)를 통해 연결될 수 있다. 이때 버스바(370)는 3개의 배터리 셀들(110)의 양극탭들과 나머지 3개의 배터리 셀들(110)의 음극탭들에 연결될 수 있다.
도 9를 참고하면, 일 실시 예에서 배터리 셀들(110)은 하부 플레이트(310) 상에 배치되며, 배터리 셀(110)과 하부 플레이트(310) 사이에 방열부재(400)가 위치될 수 있다. 방열부재(400)는 배터리 셀(110)에서 생긴 열이 하부 플레이트(310)로 신속하게 빠져나가도록 가이드 할 수 있다. 또, 하부 플레이트(310) 상에 배터리 셀들(110))의 안정적인 고정을 가이드 할 수 있다. 방열부재(400)는 높은 열 전도성 및 절연 특성을 갖는 써멀레진(thermal resin)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 써멀레진은 실리콘, 우레탄, 에폭시 등을 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 탭커버(120)가 상부 플레이트(320)의 수용부(360)에 끼워졌을 때, 버스바(370)와 전극탭(111) 사이에 양자 사이의 전기적 연결이 안정적으로 이루어지도록 추가적인 구성이 배치될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제가 버스바(370)와 전극탭(111) 사이에 배치될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 배치된 버스바(370)는 배터리 팩(1) 외부에서 시인되지 않으나, 이는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 버스바(370)는 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)의 바깥쪽으로 노출될 수 있다. 즉, 버스바(370)는 팩 하우징(300) 외부에서 시인될 수 있다. 이경우 셀 어셈블리들(100)이 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340)에 끼워진 후, 전면 플레이트(330) 또는 후면 플레이트(340) 외부로 노출된 버스바(370)를 통해 버스바(370)가 전극탭(111)에 용접될 수 있다.
도시된 실시 예에서 하나의 배터리 셀(110)에서 2개의 전극탭들(111-1, 111-2)이 인출되나, 본 문서의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 다른 실시 예에서 하나의 배터리 셀(110)에서 3개 이상의 전극탭들이 셀 바디(112)에서 인출될 수 있다. 예를 들어, 셀바디(112)의 일측에서 2개의 전극탭들이 인출되고, 타측에서 2개의 전극탭들이 인출될 수 있다.
도 11a은 제1 실시 예에서 배터리 셀들(110) 사이에 배치된 탄성부재(500)를 도시한 것이다. 도 11b는 제2 실시 예에서 배터리 셀들(110) 사이에 배치된 탄성부재(500)를 도시한 것이다. 도 11a와 도 11b는 도 1의 배터리 팩(1)을 III-III' 을 따라 절단한 단면도이다.
리튬 폴리머 파우치형 이차전지의 경우, 반복적인 충전 및 방전의 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이때, 발생한 가스에 의해 이차전지 셀의 외형이 변형되는 현상을 스웰링 현상이라고 한다. 이러한 스웰링 현상을 방지하기 위해 배터리 셀(110)과 배터리 셀(110) 사이에 탄성부재(500)가 배치될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참고하면, 배터리 셀들(110)은 배열방향으로 가압력을 받을 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리들(100)의 양측에 배치된 엔드 플레이트들(351, 352)이 내측으로 배터리 셀들(110)을 가압할 수 있다. 탄성부재(500)는 이웃하는 배터리 셀들(110)의 상호 대향면들 사이에 배치되어 엔드 플레이트(350)가 가하는 압력이 배터리 셀(110)에 골고루 분포되도록 해주고, 스웰링에 의한 변형을 어느 정도 흡수해준다.
도 11a를 참고하면, 탄성부재(500)는 EPDM(Ethlene Propylene Diene Monomer) 고무, 접착폼(adhesive foam), 폴리우레탄 발포체 등과 같은 소프트한 탄성 재질의 부재를 포함할 수 있다.
도 11b를 참고하면, 탄성부재(500)는 메탈 플레이트 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 탄성부재(500)는 알루미늄 플레이트를 포함할 수 있다. 탄성부재(500)는 탄성변형이 용이하게 요철부를 포함할 수 있다. 탄성부재(500)가 요철부를 포함함에 따라 탄성부재(500)와 셀 바디(112) 사이에 공기층(520)이 생길 수 있다.
한편 본 문서의 실시 예들에서 배터리 셀(110)은 리튬 폴리머 전지 형태를 가지는 것으로 설명되었으나, 본 문서의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 다른 실시 예에서 배터리 셀(110)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(110)은 각형 셀, 원통형 셀 등을 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1: 배터리 팩 100: 셀 어셈블리
110: 배터리 셀 111: 전극탭
120: 탭커버 121: 탭수용부
122: 개구 123: 내부 버스바
126: 체결홈 300: 팩 하우징
310: 하부 플레이트 320: 상부 플레이트
330: 전면 플레이트 340: 후면 플레이트
350: 엔드 플레이트 360: 수용부
370: 버스바 380: 체결돌기
400: 방열부재 500: 탄성부재

Claims (16)

  1. 팩 하우징; 및
    상기 팩 하우징 내부에 수용된 복수의 셀 어셈블리들;을 포함하고,
    상기 복수의 셀 어셈블리들 중 적어도 하나는, 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 양측에서 인출된 제1 전극탭과 제2 전극탭에 각각 결합되는 제1 탭커버 및 제2 탭커버를 포함하고,
    상기 팩 하우징은 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버를 적어도 일부 수용하도록 구성되는 수용부를 포함하는,
    배터리 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 전극탭은 상기 제1 탭커버 내부에 삽입되고, 상기 제2 전극탭은 상기 제2 탭커버 내부에 삽입되는,
    배터리 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭은 상기 배터리 셀의 제1 방향 및 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 각각 인출되고,
    상기 팩 하우징은 상기 복수의 셀 어셈블리의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 각각 배치되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하고,
    상기 수용부는 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트에 마련되는,
    배터리 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 수용부는 상기 제1 플레이트에 마련되고 상기 제1 탭커버를 수용하도록 구성된 제1 수용부, 또는 상기 제2 플레이트에 마련되고 상기 제2 탭커버를 수용하도록 구성된 제2 수용부를 포함하는,
    배터리 팩.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트에 배치되고, 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버가 상기 제1 수용부 또는 상기 제2 수용부에 수용됐을 때 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바;를 더 포함하는,
    배터리 팩.
  6. 제5항에서,
    상기 버스바의 일부는 상기 수용부에 노출되는,
    배터리 팩.
  7. 제5항에서,
    상기 버스바의 일부는 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트 내부에 인서트된,
    배터리 팩.
  8. 제5항에서,
    상기 버스바는 2개 이상의 셀 어셈블리를 전기적으로 연결하도록 구성되는,
    배터리 팩.
  9. 제3항에서,
    상기 제1 플레이트 또는 상기 제1 탭커버 중 하나는 체결돌기를 포함하고, 나머지 하나는 상기 체결돌기를 수용하는 체결홈을 포함하는,
    배터리 팩.
  10. 제3항에서,
    상기 제2 플레이트 또는 상기 제2 탭커버 중 하나는 체결돌기를 포함하고, 나머지 하나는 상기 체결돌기를 수용하는 체결홈을 포함하는,
    배터리 팩.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버는 상기 전극탭에 연결되는 내부 버스바를 포함하는,
    배터리 팩.
  12. 제1항에서,
    상기 배터리 셀은 2개 이상의 배터리 셀들을 포함하고, 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버는 상기 2개 이상의 배터리 셀들과 결합되는,
    배터리 팩.
  13. 제1항에서,
    상기 복수의 셀 어셈블리들 사이에 배치된 탄성부재;를 더 포함하는,
    배터리 팩.
  14. 제1항에서,
    상기 팩 하우징은 상기 복수의 셀 어셈블리들 하부에 배치된 하부 플레이트를 포함하고, 상기 배터리 셀과 상기 하부 플레이트 사이에 방열부재가 배치되는,
    배터리 팩.
  15. 팩 하우징;
    상기 팩 하우징 내부에 배치되는 복수의 배터리 셀들; 및
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 양측에서 인출된 제1 전극탭과 제2 전극탭에 각각 결합되는 제1 탭커버 및 제2 탭커버;를 포함하고,
    상기 팩 하우징은 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버를 수용하도록 구성된 수용부 및 상기 수용부에 배치되어 상기 제1 탭커버 또는 상기 제2 탭커버가 상기 수용부에 수용됐을 때 상기 제1 전극탭 또는 상기 제2 전극탭과 연결되는 버스바를 포함하는,
    배터리 팩.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭은 상기 배터리 셀의 제1 방향 및 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 각각 인출되고,
    상기 팩 하우징은 상기 복수의 배터리 셀들의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 각각 배치되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하고,
    상기 수용부는, 상기 제1 플레이트에 마련되고 상기 제1 탭커버를 수용하도록 구성된 제1 수용부 및 상기 제2 플레이트에 마련되고 상기 제2 탭커버를 수용하도록 구성된 제2 수용부를 포함하는,
    배터리 팩.
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