KR20230147922A - 하이브리드 배터리셀, 하이브리드 배터리셀의 제조방법, 하이브리드 배터리모듈 및 하이브리드 배터리모듈의 제조방법 - Google Patents

하이브리드 배터리셀, 하이브리드 배터리셀의 제조방법, 하이브리드 배터리모듈 및 하이브리드 배터리모듈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계가 적용된 n개(n은 2이상의 자연수)의 독립 구동셀을 포함하고, n개의 독립 구동셀이 상하로 적층 결합되되, 독립 구동되게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리모듈은 n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀을 포함하되, 각각의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계를 가진 n개(n은 2 이상의자연수)의 독립 구동셀을 가지고, n개의 하이브리드 배터리셀은 같은 종류의 독립 구동셀이 상하로 인접하게 적층결합된 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 배터리셀, 하이브리드 배터리셀의 제조방법, 하이브리드 배터리모듈 및 하이브리드 배터리모듈의 제조방법{Hybrid battery cell, method for manufacturing hybrid battery cell, hybrid battery module and method for manufacturing hybrid battery module}
본 발명은 하이브리드 배터리셀, 하이브리드 배터리셀의 제조방법, 하이브리드 배터리모듈 및 하이브리드 배터리모듈의 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 한 개의 배터리모듈에 서로 다른 전극 설계가 적용된 두 개 이상의 독립 구동셀이 적용되어, 각각의 독립 구동셀이 개별 또는 함께 구동되면서, 제품군에 따라 요구하는 출력을 제공할 수 있는 하이브리드 배터리셀, 하이브리드 배터리셀의 제조방법, 하이브리드 배터리모듈 및 하이브리드 배터리모듈의 제조방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 이차전지(10)는 하우징(11)의 내부에 다수 개의 단위 셀(미도시)을 포함하고 있으며, 또한 일반적으로 각 셀의 전극들과 연결된 한 쌍의 리드탭(12, 13)이 외부로 노출된 형태로 구성된다.
한 쌍의 리드탭은 양극탭(12)과 음극탭(13)으로 구성된다. 양극탭(12)은 각 단위 셀의 양극들이 연결된 하나의 양극에 연결된다. 음극탭(13)은 각 셀의 음극들이 연결된 하나의 음극에 연결된다.
특히, 대한민국 공개특허 제2007-0053614호와 같이, 적층형 리튬이온전지는 전해액에 침지되는 복수의 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 적층됨과 동시에, 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결되는 구조를 갖는다.
이와 같은 이차전지들은 일반적으로 단일한 음극 및 양극이 사용되기보다는 다수 개의 음극 및 양극이 연결되어 하나의 팩으로서의 배터리를 형성하게 된다.
최근, 이차전지는 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구에 따라, 다양한 제품군, 예컨대, 전기자동차, 전기 자전거, 전동 공구, 모바일 기기 등 다양한 제품에 전원으로 사용되고 있다.
특히, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서 사용되고 있다. 이차전지는 전기를 에너지원으로 사용하는 다양한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서, 수요가 급증하고 있다.
이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형화 및 경량화와 함께 고출력화가 요구되고 있다.
이차전지의 제품군에 따라 요구하는 출력이 다양해짐에 따라, 한 개의 이차전지에서 다양한 목적을 충족시키는 전지가 필요하다. 다만, 다양한 목적을 가지는 전지를 각각 사용하게 되는 경우, 배터리팩 및/또는 배터리모듈의 구성이 복잡해져, 공정 비용 및/또는 불량율이 증가할 수 있다.
본 발명은 한 개의 배터리모듈에 서로 다른 전극 설계가 적용된 두 개 이상의 독립 구동셀이 적용되어, 각각의 독립 구동셀이 개별 또는 함께 구동되면서, 제품군에 따라 요구하는 출력을 제공할 수 있는 하이브리드 배터리셀 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 독립 구동셀이 저전력(장수명) 또는 고출력 전극 설계되어, 제품군의 사용 목적에 따라 각각의 독립 구동셀을 직력 또는 병렬 연결하여, 다양한 목적을 가지는 하이브리드 배터리셀 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 서로 다른 전극 설계를 가진 하이브리드 배터리셀이 다양한 조합으로 직렬 또는 병렬 연결되어, 다양한 제품군의 목적에 부합하는 전력을 제공할 수 있는 하이브리드 배터리모듈 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계가 적용된 n개(n은 2이상의 자연수)의 독립 구동셀을 포함하고, n개의 독립 구동셀이 상하로 적층 결합되되, 독립 구동되게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n객의 독립 구동셀은, 제1 전력설계가 적용된 적어도 하나의 제1 독립 구동셀; 및 제2 전력설계가 적용된 적어도 하나의 제2 독립 구동셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 제1 독립 구동셀과 적어도 하나의 제2 독립 구동셀을 보호하는 셀 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 독립 구동셀은 적어도 하나의 제1 양극판; 적어도 하나의 제1 음극판; 각각의 제1 양극판과 각각의 제1 음극판을 분리하는 분리막; 적어도 하나의 제1 양극판에 연결된 제1 양극탭; 및 기 적어도 하나의 제1 음극판에 연결된 제1 음극탭을 포함하고, 제1 양극탭과 제1 음극탭은 셀 하우징의 일측에서 나란하게 이격된 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제2 독립 구동셀은 적어도 하나의 제2 양극판; 각각의 제2 양극판과 각각의 제2 음극판을 분리하는 분리막; 적어도 하나의 제2 음극판; 적어도 하나의 제2 양극판에 연결된 제2 양극탭; 및 적어도 하나의 제2 음극판에 연결된 제2 음극탭을 포함하고, 제2 양극탭과 제2 음극탭은 셀 하우징의 타측에서 나란하게 이격된 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 독립 구동셀은 제1 독립 구동셀의 제1 양극탭과 제1 음극탭이, 제2 독립 구동셀의 제2 양극탭과 제2 음극탭과 다른 방향으로 배치되게, 셀 하우징에 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀은 상하로 적층되되, 제1 독립 구동셀의 제1 양극탭과 제1 음극탭이 셀 하우징의 일측에 위치되고, 제2 독립 구동셀의 제2 양극탭과 제2 음극탭이 셀 하우징의 타측에 위치되게, 셀 하우징에 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 서로 다른 종류의 활물질이 적용가능하게 설계된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 동일 종류의 활물질을 가지되, 제2 독립 구동셀보다 낮은 로딩량으로 구동되게 설계된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 독립 구동셀은 제2 독립 구동셀보다 저전력으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제2 독립 구동셀은 제1 독립 구동셀보다 고출력으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리셀의 제조 방법은 상기와 같은 구조를 가진 하이브리드 배터리셀을 제작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리모듈은 n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀을 포함하되, 각각의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계를 가진 n개(n은 2 이상의자연수)의 독립 구동셀을 가지고, n개의 하이브리드 배터리셀은 같은 종류의 독립 구동셀이 상하로 인접하게 적층결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 같은 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 같은 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 하이브리드 배터리셀은 제1 전극 설계를 가진 제1 독립 구동셀과, 제2 전극 설계를 가진 제2 독립 구동셀을 포함하고, 제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 서로 다른 종류의 활물질이 적용가능하게 설계된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 제1 독립 구동셀 간에 직렬 연결되고, 제2 독립 구동셀 간에 직렬 연결되고, 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀은 독립 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 제1 독립 구동셀 간에 병렬 연결되고, 제2 독립 구동셀 간에 병렬 연결되고, 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀은 독립 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리모듈은 n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀을 포함하되, 각각의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계를 가진 n개(n은 2 이상의자연수)의 독립 구동셀을 가지고, n개의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 독립 구동셀이 상하로 인접하게 적층결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 다른 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 다른 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 하이브리드 배터리셀은 제1 전극 설계를 가진 제1 독립 구동셀과, 제2 전극 설계를 가진 제2 독립 구동셀을 포함하고, n개의 하이브리드 배터리셀은 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀이 상하로 인접하게 교차 적층결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 동일 종류의 활물질을 가지되, 제2 독립 구동셀보다 낮은 로딩량으로 구동되게 설계된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 상하로 인접한 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, n개의 하이브리드 배터리셀은 상하로 인접한 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 배터리모듈의 제조 방법은, 상기와 같은 구조를 가진 하이브리드 배터리모듈을 제작하는 것을 특징으로 한다.
종래에는 저전력 배터리셀과 고출력 배터리셀이 별개로 제작된 후, 저전력 배터리셀과 고출력 배터리셀이 용접 등의 방식으로 결합되어, 용접 부위가 많아짐에 따라 배터리모듈의 구성이 복잡해지고, 이로 인해 공정 비용이 증가했음에 반해, 본 발명은 독립 구동셀이 저전력(장수명) 또는 고출력 전극 설계되어, 제품군의 사용 목적에 따라 각각의 독립 구동셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 하이브리드 배터리셀을 구성함에 따라, 공정의 단순화를 통해 공정 비용 절감 및 불량율 발생 감소를 도모할 수 있다.
본 발명은 한 개의 배터리셀에 서로 다른 전극 설계가 적용된 두 개 이상의 독립 구동셀이 적용되어, 각각의 독립 구동셀이 개별 또는 함께 구동되면서, 제품군에 따라 요구되는 출력을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명은 제품군의 사용목적에 따라 하이브리드 배터리셀을 고출력으로 구동할 수 있고, 또는 저전력으로 오랜 시간동안 구동하거나, 어느 하나의 독립 구동셀의 정전시 다른 하나의 독립 구동셀이 백업 전원으로 구동되게 할 수 있어, 제품의 안정성을 도모할 수 있다.
본 발명은 양극탭과 음극탭 간의 용접 방향을 변경하는 것으로, 상기와 같이 다양하게 하이브리드 배터리셀 간의 직렬 또는 병렬 연결이 가능하여, 하이브리드 배터리셀 간의 조립 공정의 단순화를 통해, 공정 비용 절감 및 불량율 발생 감소를 도모할 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 2종의 설계를 갖는 독립 구동셀의 전극 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 2종 설계 구조를 갖는 독립 구동셀의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 하이브리드 배터리모듈의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 같은 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 하이브리드 배터리모듈의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 같은 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 하이브리드 배터리모듈의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 다른 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 하이브리드 배터리모듈의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 다른 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명인 하이브리드 배터리셀(100)은 제1 독립 구동셀(110), 제2 독립 구동셀(120)과 셀 하우징(130)을 포함한다. 여기서, 셀 하우징(130)은 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)을 보호한다.
여기서, 제1 독립 구동셀(110)은 제1 전력설계에 따라 제작된 배터리셀을 지칭한다. 그리고, 제2 독립 구동셀(120)은 제2 전력설계에 따라 배터리셀을 지칭한다.
제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 서로 다른 종류의 활물질이 적용가능하게 설계될 수 있다. 또는, 제1 전력설계는 제1 독립 구동셀이 제2 독립 구동셀과 동일 종류의 활물질을 가지되, 제2 독립 구동셀보다 낮은 로딩량으로 구동되게 설계될 수 있다. 여기서, 로딩량은 전극의 단위 면적당 용량이다.
본 실시예에서, 제1 독립 구동셀(110)은 제2 독립 구동셀(120)보다 저전력으로 구동가능하다. 그리고, 제2 독립 구동셀(120)은 제1 독립 구동셀(110)보다 고출력으로 구동가능하다. 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 독립 별개로 구동가능하다.
이에 따라, 본 발명인 하이브리드 배터리셀(100)은 서로 다른 전력으로 구동되는 서로 다른 종류의 독립 구동셀(110, 120)을 구비하여, 제품군에 따라 요구되는 출력을 제공할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 독립 구동셀(110) 및 제2 독립 구동셀(120)은 n개(n은 1 이상의 자연수)개 구비되고, n개의 제1 독립 구동셀(110)과 n개의 제2 독립 구동셀(120)은 상하로 적층 결합된다.
제1 독립 구동셀(110)은 제1 독립 구동셀(110)의 제1 양극탭(113)과 제1 음극탭(114)이, 제2 독립 구동셀(120)의 제2 양극탭(123)과 제2 음극탭(124)과 다른 방향으로 배치되게, 셀 하우징(130)에 적층 결합된다.
제1 독립 구동셀(110)은 적어도 하나의 제1 양극판(111), 적어도 하나의 제1 음극판(112), 제1 양극탭(113), 제1 음극탭(114)과 분리막(119)으로 구성된다. 제1 양극탭(113)은 적어도 하나의 제1 양극판(111)에 전기적으로 연결된 리드탭으로서, 셀 하우징(130)의 일측으로 돌출되게 마련된다.
그리고, 제1 음극탭(114)은 적어도 하나의 제1 음극판(112)에 전기적으로 연결된 리드탭으로서, 셀 하우징(130)의 일측으로 돌출되게 마련된다. 본 실시예에서, 제1 양극탭(113)과 제1 음극탭(114)은 셀 하우징(130)의 일측에서 나란하게 이격 배치된다.
제2 독립 구동셀(120)은 적어도 하나의 제2 양극판(121), 적어도 하나의 제2 음극판(122), 제2 양극탭(123), 제2 음극탭(124)과 분리막(129)으로 구성된다. 제2 양극탭(123)은 적어도 하나의 제2 양극판(121)에 전기적으로 연결된 리드탭으로서, 셀 하우징(130)의 타측으로 돌출되게 마련된다.
그리고, 제2 음극탭(124)은 적어도 하나의 제2 음극판(122)에 전기적으로 연결된 리드탭으로서, 셀 하우징(130)의 타측으로 돌출되게 마련된다. 본 실시예에서, 제2 양극탭(123)과 제2 음극탭(124)은 셀 하우징(130)의 타측에서 나란하게 이격 배치된다.
일 예로, 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 상하로 적층되되, 제1 독립 구동셀(110)의 제1 양극탭(113)과 제1 음극탭(114)이 셀 하우징(130)의 일측에 위치되고, 제2 독립 구동셀(120)의 제2 양극탭(123)과 제2 음극탭(124)이 셀 하우징(130)의 타측에 위치되게, 셀 하우징(130)에 결합된다.
제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 별개로 또는 함께 구동되면서, 제품군의 사용목적에 부합하는 전력으로 전력 조절이 가능하다.
종래에는 저전력 배터리셀과 고출력 배터리셀이 별개로 제작된 후, 저전력 배터리셀과 고출력 배터리셀이 용접 등의 방식으로 결합되어, 용접 부위가 많아짐에 따라 배터리모듈의 구성이 복잡해지고, 이로 인해 공정 비용이 증가했음에 반해, 본 발명(100)은 독립 구동셀(110, 120)이 저전력(장수명) 또는 고출력 전극 설계되어, 제품군의 사용 목적에 따라 각각의 독립 구동셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 하이브리드 배터리셀을 구성함에 따라, 공정의 단순화를 통해 공정 비용 절감 및 불량율 발생 감소를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명(100)은 고출력으로 구동되는 제1 독립 구동셀(110)의 배터리 방전시, 제2 독립 구동셀(120)이 저전력으로 구동되면서 제품이 갑자기 방전되는 것을 방지하여, 제품의 안정성을 도모할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 하이브리드 배터리모듈에 대해 설명하기로 한다.
하이브리드 배터리모듈은 n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)을 포함한다. n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)은 모듈하우징(미도시)에 내장된다.
n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)은 상하로 적층결합된다. n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)은 하이브리드 배터리모듈의 사용 목적에 따라, 각각의 하이브리드 배터리셀(100)의 제1 독립 구동셀(110) 간의 직렬 연결, 제2 구동셀 간의 직렬 연결, 제1 독립 구동셀(110) 간의 병렬 연결, 제2 독립 구동셀(120) 간의 병렬 연결, 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120) 간의 직렬 연결, 또는 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120) 간의 병렬 연결 중 어느 하나의 조합으로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 하이브리드 배터리모듈을 구성하는 하이브리드 배터리셀(100) 간의 전기적 연결 구조에 따라, "제1 하이브리드 배터리모듈(200a) 내지 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)"로 구분지어 지칭하기로 한다.
그리고, 설명의 편의를 위해, n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)에 대해 “제1 하이브리드 배터리셀(100a) 내지 제3 하이브리드 배터리셀(100c)”로 구분지어 설명하기로 한다.
또한, 설명의 편의를 위해, 제1 하이브리드 배터리셀(100a)을 구성하는 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 “제1a 독립 구동셀(110a)과 제2a 독립 구동셀(120a)”로 지칭한다.
제2 하이브리드 배터리셀(100b)을 구성하는 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 “제1b 독립 구동셀(110b)과 제2b 독립 구동셀(120b)”로 지칭한다.
그리고, 제3 하이브리드 배터리셀(100c)을 구성하는 제1 독립 구동셀(110)과 제2 독립 구동셀(120)은 “제1c 독립 구동셀(110c)과 제2c 독립 구동셀(120c)”로 지칭한다.
도 4는 제1 하이브리드 배터리모듈(200a)의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 같은 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
제1 하이브리드 배터리모듈(200a)은 n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)이 모듈하우징의 일측에서 제1 독립 구동셀(110a 내지 110c) 간에 직렬 연결되고, 모듈하우징의 타측에서 제2 독립 구동셀(120a 내지 120c) 간에 직렬 연결된다.
제1 하이브리드 배터리모듈(200a)은 좌우 분리 구동 가능하다. 제1 하이브리드 배터리모듈(200a)에서, 제1 독립 구동셀(110a 내지 110c)은 제2 독립 구동셀(120a 내지 120c)와 분리 구동가능하다.
제1 하이브리드 배터리모듈(200a)에서, 제1a 독립 구동셀(110a)의 제1 양극탭(113)과, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 음극탭(114)이 직렬 연결되고, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 양극탭(113)과 제1c 독립 구동셀(110c)의 제1 음극탭(114)이 직렬 연결된다.
그리고, 제1 하이브리드 배터리모듈(200a)에서, 제2a 독립 구동셀(120a)의 제2 양극탭(123)과, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 음극탭(124)이 직렬 연결되고, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 양극탭(123)과 제2c 독립 구동셀(120c)의 제2 음극탭(124)이 직렬 연결된다.
도 5는 제2 하이브리드 배터리모듈(200b)의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 같은 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
제2 하이브리드 배터리모듈(200b)은 n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)이 모듈하우징의 일측에서 제1 독립 구동셀(110) 간에 병렬 연결되고, 모듈하우징의 타측에서 제2 독립 구동셀(120) 간에 병렬 연결된다.
구체적으로, 제2 하이브리드 배터리모듈(200b)에서, 제1a 독립 구동셀(110a)의 제1 양극탭(113)과, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 양극탭(113)이 병렬 연결되고, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 음극탭(114)과 제1c 독립 구동셀(110c)의 제1 음극탭(114)이 병렬 연결된다.
그리고, 제2 하이브리드 배터리모듈(200b)에서, 제2a 독립 구동셀(120a)의 제2 양극탭(123)과, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 양극탭(123)이 병렬 연결되고, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 음극탭(124)과 제2c 독립 구동셀(120c)의 제2 음극탭(124)이 병렬 연결된다.
제2 하이브리드 배터리모듈(200b)은 좌우 분리 구동 가능하다. 제2 하이브리드 배터리모듈(200b)에서, 제1 독립 구동셀(110a 내지 110c)은 제2 독립 구동셀(120a 내지 120c)과 분리 구동가능하다.
제2 하이브리드 배터리모듈(200b)은 제1 하이브리드 배터리모듈(200a)과 비교하여, 양극탭과 음극탭의 용접 방향이 변경된 예이다.
제1 하이브리드 배터리모듈(200a)과 제2 하이브리드 배터리모듈(200b)은 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀의 활물질이 서로 다른 종류가 사용되는 경우에 적합하다. 활물질로는 NCMA 또는 LTO 등이 사용될 수 있다.
도 6은 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 다른 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 구조에 대한 예시이다. 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)은 좌우 분리 구동가능하다.
도 6을 참조하면, 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)은 n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)이 직렬 연결되되, 어느 하나의 하이브리드 배터리셀(100a)의 제1 독립 구동셀(110a)과 다른 하나의 하이브리드 배터리셀(100b)의 제2 독립 구동셀(120b)이 혼합 구동되는 구조를 가진다. 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)은 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀이 교차 적층된 구조이다.
구체적으로, 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)에서, 제1a 독립 구동셀(110a)의 제1 양극탭(113)과, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 음극탭(124)이 직렬 연결되고, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 양극탭(123)과 제1c 독립 구동셀(110c)의 제1 음극탭(114)이 직렬 연결된다.
제3 하이브리드 배터리모듈(200c)에서, 제2a 독립 구동셀(120a)의 제2 양극탭(123)과, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 음극탭(114)이 직렬 연결되고, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 양극탭(113)과 제2c 독립 구동셀(120c)의 제2 음극탭(124)이 직렬 연결된다.
도 7은 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)의 구성도로서, 2종의 독립 구동셀이 적용된 n개의 하이브리드 배터리셀이 서로 다른 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 구조에 대한 예시이다.
도 7을 참조하면, 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)은 n개의 하이브리드 배터리셀(100a 내지 100c)이 병렬 연결되되, 어느 하나의 하이브리드 배터리셀(100)의 제1 독립 구동셀(110)과 다른 하나의 하이브리드 배터리셀(100)의 제2 독립 구동셀(120)이 혼합 구동되는 구조를 가진다. 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)은 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀이 교차 적층된 구조이다.
구체적으로, 구체적으로, 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)에서, 제1a 독립 구동셀(110a)의 제1 양극탭(113)과, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 양극탭(123)이 병렬 연결되고, 제2b 독립 구동셀(120b)의 제2 음극탭(124)과 제1c 독립 구동셀(110c)의 제1 음극탭(114)이 병렬 연결된다.
그리고, 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)에서, 제2a 독립 구동셀(120a)의 제2 양극탭(123)과, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 양극탭(113)이 병렬 연결되고, 제1b 독립 구동셀(110b)의 제1 음극탭(114)과 제2c 독립 구동셀(120c)의 제2 음극탭(124)이 병렬 연결된다. 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)은 좌우 분리 구동 가능하다.
상술했듯이, 제3 하이브리드 배터리모듈(200c)과 제4 하이브리드 배터리모듈(200d)은 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀이 교차 적층된 구조로서, 제1 독립 구동셀과 제2 독립 구동셀이 동일한 활물질이 사용되고, 로딩량이 다른 경우에 적합한 구조이다.
활물질의 종류 및 로딩량은 제품군에 따라 변경가능한 바, 본 실시예에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 양극탭과 음극탭 간의 용접 방향을 변경하는 것으로, 상기와 같이 다양하게 하이브리드 배터리셀 간의 직렬 또는 병렬 연결이 가능하다. 즉, 본 발명은 하이브리드 배터리셀 간의 조립 공정의 단순화를 통해, 공정 비용 절감 및 불량율 발생 감소를 도모할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 하이브리드 배터리셀 100a: 제1 하이브리드 배터리셀
100b: 제2 하이브리드 배터리셀 100c: 제3 하이브리드 배터리셀
110: 제1 독립 구동셀 110a: 제1a 독립 구동셀
110b: 제1b 독립 구동셀 110c: 제1c 독립 구동셀
111: 제1 양극판 112: 제1 음극판
113: 제1 양극탭 114: 제1 음극탭
119: 분리막 120: 제2 독립 구동셀
120a: 제2a 독립 구동셀 120b: 제2b 독립 구동셀
120c: 제2c 독립 구동셀 121: 제2 양극판
122: 제2 음극판 123: 제2 양극탭
124: 제2 음극탭 129: 분리막
130: 셀 하우징
200a: 제1 하이브리드 배터리모듈 200b: 제2 하이브리드 배터리모듈
200c: 제3 하이브리드 배터리모듈 200d: 제4 하이브리드 배터리모듈

Claims (26)

  1. 서로 다른 종류의 전극 설계가 적용된 n개(n은 2이상의 자연수)의 독립 구동셀을 포함하고,
    상기 n개의 독립 구동셀이 상하로 적층 결합되어, 독립 구동되게 마련된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 n객의 독립 구동셀은,
    제1 전력설계가 적용된 적어도 하나의 제1 독립 구동셀; 및
    제2 전력설계가 적용된 적어도 하나의 제2 독립 구동셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 독립 구동셀과 상기 적어도 하나의 제2 독립 구동셀을 보호하는 셀 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 독립 구동셀은
    적어도 하나의 제1 양극판;
    상기 적어도 하나의 제1 음극판;
    상기 각각의 제1 양극판과 상기 각각의 제1 음극판을 분리하는 분리막;
    상기 적어도 하나의 제1 양극판에 연결된 제1 양극탭; 및
    상기 적어도 하나의 제1 음극판에 연결된 제1 음극탭을 포함하고,
    상기 제1 양극탭과 상기 제1 음극탭은 상기 셀 하우징의 일측에서 나란하게 이격된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 독립 구동셀은
    적어도 하나의 제2 양극판;
    상기 각각의 제2 양극판과 상기 각각의 제2 음극판을 분리하는 분리막;
    상기 적어도 하나의 제2 음극판;
    상기 적어도 하나의 제2 양극판에 연결된 제2 양극탭; 및
    상기 적어도 하나의 제2 음극판에 연결된 제2 음극탭을 포함하고,
    상기 제2 양극탭과 상기 제2 음극탭은 상기 셀 하우징의 타측에서 나란하게 이격된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 독립 구동셀은 상기 제1 독립 구동셀의 제1 양극탭과 제1 음극탭이, 상기 제2 독립 구동셀의 제2 양극탭과 제2 음극탭과 다른 방향으로 배치되게, 상기 셀 하우징에 결합된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀은 상하로 적층되되,
    상기 제1 독립 구동셀의 제1 양극탭과 제1 음극탭이 상기 셀 하우징의 일측에 위치되고,
    상기 상기 제2 독립 구동셀의 제2 양극탭과 제2 음극탭이 상기 셀 하우징의 타측에 위치되게, 상기 셀 하우징에 결합된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전력설계는 상기 제1 독립 구동셀이 상기 제2 독립 구동셀과 서로 다른 종류의 활물질이 적용가능하게 설계된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전력설계는 상기 제1 독립 구동셀이 상기 제2 독립 구동셀과 동일 종류의 활물질을 가지되, 상기 제2 독립 구동셀보다 낮은 로딩량으로 구동되게 설계된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 독립 구동셀은 상기 제2 독립 구동셀보다 저전력으로 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 독립 구동셀은 상기 제1 독립 구동셀보다 고출력으로 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀.
  12. 제 1 항의 하이브리드 배터리셀을 제작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리셀의 제조 방법.
  13. n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀을 포함하되,
    상기 각각의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계를 가진 n개(n은 2 이상의자연수)의 독립 구동셀을 가지고,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 같은 종류의 독립 구동셀이 상하로 인접하게 적층결합된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 같은 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 같은 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 하이브리드 배터리셀은 제1 전극 설계를 가진 제1 독립 구동셀과, 제2 전극 설계를 가진 제2 독립 구동셀을 포함하고,
    상기 제1 전력설계는 상기 제1 독립 구동셀이 상기 제2 독립 구동셀과 서로 다른 종류의 활물질이 적용가능하게 설계된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 제1 독립 구동셀 간에 직렬 연결되고, 상기 제2 독립 구동셀 간에 직렬 연결되고,
    상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀은 독립 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 제1 독립 구동셀 간에 병렬 연결되고, 상기 제2 독립 구동셀 간에 병렬 연결되고,
    상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀은 독립 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  19. n개(n은 2이상의 자연수)의 하이브리드 배터리셀을 포함하되,
    상기 각각의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 전극 설계를 가진 n개(n은 2 이상의자연수)의 독립 구동셀을 가지고,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 서로 다른 종류의 독립 구동셀이 상하로 인접하게 적층결합된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 다른 종류의 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 다른 종류의 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 하이브리드 배터리셀은 제1 전극 설계를 가진 제1 독립 구동셀과, 제2 전극 설계를 가진 제2 독립 구동셀을 포함하고,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀이 상하로 인접하게 교차 적층결합된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 전력설계는 상기 제1 독립 구동셀이 상기 제2 독립 구동셀과 동일 종류의 활물질을 가지되, 상기 제2 독립 구동셀보다 낮은 로딩량으로 구동되게 설계된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상하로 인접한 상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀 간에 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 n개의 하이브리드 배터리셀은 상하로 인접한 상기 제1 독립 구동셀과 상기 제2 독립 구동셀 간에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈.
  26. 제 13 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 배터리모듈을 제작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리모듈의 제조 방법.
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