KR20240043561A - 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩 - Google Patents

버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20240043561A
KR20240043561A KR1020220122810A KR20220122810A KR20240043561A KR 20240043561 A KR20240043561 A KR 20240043561A KR 1020220122810 A KR1020220122810 A KR 1020220122810A KR 20220122810 A KR20220122810 A KR 20220122810A KR 20240043561 A KR20240043561 A KR 20240043561A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bus bar
bms
battery pack
metal pad
battery
Prior art date
Application number
KR1020220122810A
Other languages
English (en)
Inventor
유동원
이영규
손영수
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220122810A priority Critical patent/KR20240043561A/ko
Priority to PCT/KR2023/013968 priority patent/WO2024071778A1/ko
Publication of KR20240043561A publication Critical patent/KR20240043561A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/284—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with incorporated circuit boards, e.g. printed circuit boards [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

본원발명은 ICB(Inter Connected Board)가 BMS(Battery Management System)에 일체형으로 형성된 전지팩에서, 복수 전지셀의 버스바에 연결되는 ICB의 센싱 와이어 본딩시에 ICB 일체형 BMS와 결합된 전지팩의 공간내에서 상기 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩에 대한 것이다.

Description

버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩 { Battery pack with improved energy density by improving the sensing wire bonding of busbars }
본 발명은 버스바의 센싱 와이어 본딩 구조를 개선하여 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ICB(Inter Connected Board)가 BMS(Battery Management System)에 일체형으로 형성된 전지팩에서, 복수 전지셀의 버스바에 연결되는 ICB의 센싱 와이어 본딩시에 ICB 일체형 BMS와 결합된 전지팩의 공간내에서 상기 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
이와 같이 리튬 이차전지를 에너지원으로 사용하는 디바이스의 종류가 확대되면서 고용량 및 고출력을 필요로 하는 디바이스에도 리튬 이차전지의 적용이 확대되고 있다.
이와 같은 추세에 따라, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 전지모듈 형태 및 상기 전지모듈을 직렬 및/또는 병렬 연결한 전지팩 형태의 제조 및 사용이 증가하고 있다.
일반적으로, 이차전지 모듈에 있어서, 모듈 측에는 개별 셀의 전압/온도에 대한 데이터를 제공하는 슬레이브 형태의 BMS가 적용되고, 예를 들어, 자동차용 이차전지 팩의 경우, PCS 또는 BMM과 같은 상위단에 마스터 형태의 BMS가 제공되어 전체 이차전지 팩의 기능을 총괄 관리하게 된다.
또한, 에너지 저장 장치(ESS)용 이차전지 모듈의 경우, 모듈 간의 직/병렬 확장성을 위하여, 개별 모듈 사이에 마스터 형태의 BMS를 구성하여 개별 모듈을 밸런싱하고, 이에 대한 데이터를 데이지 체인 형태를 이용하여 최상위단의 마스터 BMS로 각각의 슬레이브 BMS의 데이터를 전달하는 형태로 구성된다.
종래기술에 따르면, 이차전지 모듈들이 다양하게 존재하고, 모듈을 구성하는 카트리지 및 센싱을 위한 버스 바의 구조 및 위치가 서로 다르기 때문에 효율적인 접속 작업이 어려울 뿐만 아니라 센싱 구조물의 용접 품질이 저하되고 이차전지 모듈의 불필요한 공간을 용접 등의 작업을 위해 마련해야 하므로, 최종적으로 이차전지 모듈의 에너지 밀도가 저하되는 문제점이 있었다.
한편, 상기 배터리 모듈들의 전기적 연결 수단으로는 버스바가 널리 사용되고 있는데, 케이블에 비해 상대적으로 작은 굵기로도 대전류를 안정적으로 흘려보낼 수 있어 대전류 통전 수단으로 유용하게 쓰이고 있다.
일반적으로, 버스바는 전기 전도율이 좋은 구리나 알루미늄과 같은 금속바 형태로 제공될 수 있으며, 안전을 위해 터미널에 연결되는 금속바의 양단부를 제외한 나머지 부분을 튜브나 사출물로 피복한다.
상기 버스바의 일단에는 상기 버스바를 통한 배터리 모듈의 정보를 센싱하기 위한 센싱 와이어가 연결된다. 상기 버스바의 센싱정보를 상기 BMS에 전달하기 위하여 ICB(Inter Connected Board)가 사용된다.
일반적으로 상기 ICB를 커텍터를 통해서 BMS에 결합되고 상기 버스바를 통한 전지셀의 상태 정보가 제공된다.
최근에는 에너지 저장 장치 또는 전력 저장 장치에 사용되는 이차전지 모듈은 에너지 효율 또는 밀도를 높이기 위해 전지팩을 최대한 컴팩트하게 구성하는데 기술개발의 초점이 맞춰져 있다.
이와 관련하여, 도 1은 종래의 ICB가 별도로 적용되어 데이터 커텍터를 이용하여 BMS에 체결되는 ICB어셈블리와 버스바의 연결부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도11을 참조하면, BMS는 전지셀을 수납하고 있는 전지팩과는 별개의 구성으로 상기 ICB의 데이터 커넥터(510)를 통하여 체결된다. 상기 전지셀의 버스바와 ICB간의 전기적 연결은 일반적으로 센싱 와이어를 통해 연결된다. 상기 ICB와 버스바 연결은 ICB의 버스바와 연결되기 위한 금속패드간의 와이어 본딩으로 통해 연결된다. 이때 버스바와 연결되는 ICB 어셈블리(500)의 형태는 상기 전지팩에만 구속되기 때문에 상대적으로 자유롭게 형성될 수 있다.
즉, 와이어 본딩이 적용된 전지팩은 각 전지셀 뱅크의 센싱 라인과 ICB간의 와이어 본딩을 통한 연결 후에 ICB 데이터 커텍터를 BMS에 체결하도록 구성되는 것이 일반적이다. 이렇게 ICB 보드를 별도로 적용할 경우, 센싱을 위한 라인배선이 보드 폭 선정에서 어느정도 여유가 있다. 그러나, 별개의 BMS구성으로 실질적은 전지팩의 에너지 밀도는 낮을 수밖에 없다.
따라서, ICB를 일체형으로 BMS를 구성하면 전지팩내에 결합되어 컴팩트한 전지팩을 구성할 수 있으나, 전지팩의 사이즈내에서 ICB와 버스바와 연결이 되어야 한다는 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 다수의 배터리 셀과, 다수의 배터리 셀을 가로질러 연장되면서 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 것으로, 다수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역과, 배터리 셀의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역을 포함하는 리지드 PCB를 포함하는 배터리팩을 개시한다.
특허문헌 1은 조립 공정이 단순화될 수 있는 배터리 팩에 관련된 기술로서 버스 영역과 BMS 영역이 공통의 동일 평면 상에 각각의 영역에서 존재하는 점에서 본원 발명과 유사하나, BMS와 버스바를 연결하는 ICB의 센싱 와이어에 대하여 개시하지 못하고 있고, 상기 버스바 영역 탭과 BMS 탭이 일직선 상에 있지 못한 점에서 차이가 있다.
특허문헌 2는 이차전지 셀을 수납하는 적어도 2개 또는 그 이상의 카트리지들이 적층 결합된 카트리지 조립체; 및 대응되는 셀의 전극에 전기적으로 연결되는 2개 또는 그 이상의 버스바들이 미리 결정된 패턴으로 배치되고, 각각의 버스 바에 연결될 수 있는 BMS 회로 기판이 일체로 마련되며, 카트리지 조립체의 측면에 결합 또는 분리될 수 있는 센싱 하우징을 포함하며, 상기 BMS 회로 기판은, 상기 각각의 버스 바에 리셉터클 타입으로 끼움 결합되도록 마련된 다수의 리셉터클 단자들을 구비를 개시한다.
특허문헌 2는 컴팩트 이차전지 모듈에 관련된 기술로서, 각각의 버스 바에 연결될 수 있는 BMS 회로 기판이 일체로 마련되는 점, BMS 회로기판과 버스 바가 리셉터클 형식으로 전기적 연결되며 리셉터클 단자의 위치 및 구조에 대하여 개시하고 있는 점에서 본원 발명과 유사하나, BMS와 버스바를 연결하는 ICB의 센싱 와이어에 대하여 개시하지 못하고 있고, 버스바의 전극 탭의 위치에 대하여 개시하지 못하고 있는 점에서 본원 발명과 차이가 있다.
따라서, 상기 BMS에 일체로 결합된 ICB와 버스바의 결합을 통해 BMS의 전지 제어 및 전지팩의 에너지 밀도를 높일 수 있는 버스바와 ICB 센싱과의 결합 기술이 요구된다.
한국 공개특허공보 제2020-0029918호 (2020.03.19) 한국 등록특허공보 제2115481호 (2020.05.20)
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, ICB(Inter Connected Board)가 BMS(Battery Management System)에 일체형으로 형성된 전지팩에서, 복수 전지셀의 버스바에 연결되는 ICB의 센싱 와이어 본딩시에 ICB 일체형 BMS와 결합된 전지팩의 공간내에서 상기 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 전지팩은, 복수개의 전지 셀(100); 상기 전지 셀을 수납하는 셀 프레임(200); 상기 셀 프레임의 제1면에 결합되는 셀 프레임 커버(210); 상기 셀 프레임의 제2면에 결합되는 BMS(Battery Management System) 어셈블리(400); 상기 셀 프레임 커버의 제1측면에 요철형태로 형성된 버스바지지부(220); 상기 BMS 어셈블리의 제1측면에 요철형태로 형성된 금속패드지지부(440); 상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부는 동일 선상에 교차로 끼움 결합으로 형성되는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 버스바지지부에 위치하는 버스바(300);와 상기 금속패드지지부에 위치하는 금속패드(450);는 센싱와이어(460);로 연결될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 상기 버스바지지부의 버스바볼록부(221);에 위치하고, 상기 금속패드는 상기 금속패드지지부의 금속패드볼록부(441);에 위치하여, 상기 버스바는 상기 금속패드지지부의 금속패드오목부(442);에 끼움결합되고, 상기 금속패드는 상기 버스바지지부의 버스바오목부(222);에 끼움결합할 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리는 금속패드를 포함하는 ICB(Inter Connected Board)와 BMS(420);가 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 상기 셀 프레임 커버의 제1면에서 상기 전지 셀의 단자와 결합할 수 있다.
또한, 상기 전지 셀의 단자와 연결된 상기 버스바의 끝단이 상기 버스바지지부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리를 덮는 BMS 커버(410);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 BMS 커버는 상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부를 외부로 노출시키며 상기 BMS 어셈블리와 결합할 수 있다.
또한, 상기 센싱와이어는 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 원통형, 각형 및 파우치형 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 버스바지지부의 양측 끝단에는 상기 셀 프레임과 결합하기 위한 가이드바(211);가 형성될 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리의 제2측면 길이에 따라 상기 셀 프레임의 제2측면의 길이가 결정될 수 있다.
본원 발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 전지팩은, ICB일체형 BMS 어셈블리의 금속패드지지부와 전지팩의 셀 프레임 커버에 형성된 버스바지지부가 끼움 결합됨으로써 전지팩을 컴팩트하게 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, BMS 회로 기판에 ICB가 일체형을 형성됨으로써 별도의 데이터 커텍터를 통한 연결이 필요하지 않고, 버스바와 센싱부의 와이어 결합이 용이해질 수 있다.
또한, BMS 어셈블리가 전지팩에 일체로 고정될 수 있어 안정적으로 이차전지 셀들의 전압 센싱이 가능해질 수 있다.
도 1은 종래의 별도의 ICB로 BMS가 체결되는 전지팩의 ICB어셈블리와 버스바의 연결부 사시도이다.
도 2는 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납되기 전의 셀프레임의 사시도이다.
도 3은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납된 후의 셀프레임의 사시도이다.
도 4는 본원발명의 일실시예에 따른 버스바 및 버스바 지지부를 포함하는 셀프레임 커버의 사시도이다.
도 5는 본원발명의 일실시예에 따른 ICB와 BMS가 일체형을 형성된 BMS 어셈블리의 사시도이다.
도 6은 본원발명의 일실시예에 따른 BMS 어셈블리를 커버하여 전지팩과 결합되는 BMS 커버의 사시도이다.
도 7은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납된 셀프레임과 결합된 셀 프레임커버와 전지셀에 접촉된 버스바를 나타낸 평면 및 단면도이다.
도 8은 본원발명의 일실시예에 따른 셀프레임의 상부에 BMS커버와 결합된 BMS 어셈블리를 나타낸 셀프레임 상부 평면도이다.
도 9는 본원발명의 일실시예에 따른 셀프레임 커버의 버스바지지부의 버스바와 BMS 어셈블리의 금속패드지지부의 금속패드 사이에 용접으로 형성된 센싱와이어를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀, 셀프레임, 셀프레임커버, BMS 어셈블리, BMS 커버가 결합된 전지팩의 사시도이다.
도 11은 종래의 버스바와 금속패드의 센싱와이어 연결 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납되기 전의 셀프레임의 사시도이다.
본 발명의 전지셀의 수납되는 전지팩의 셀프레임은 전지모듈이 없는 소프트 전지팩의 개념으로 설계된 셀프레임이다. 따라서, 복수의 전지셀, 바람직하게는 원통형 전지셀은 상기 셀프레임에 병렬로 포개지는 형태로 세워진 상태로 수납된다.
또한, 상기 셀프레임의 상기 전지셀이 수납되는 수납부의 측면에는 ICB 일체형 BMS가 형성될 수 있다. 상기 셀프레임의 ICB 일체형 BMS가 형성되는 측면은 제1측면일 수 있다.
도 3은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납된 후의 셀프레임의 사시도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 컴팩트 소프트 전지팩은 각각의 전지셀을 수납할 수 있고 상기 전지셀을 병렬로 적층시키는 전지셀 수용부, 전지셀 수용부의 측면에 예를 들어, 원터치 형태 또는 스냅-핏(snap-fit), 후크, 나사결합 형태로 결합되는 셀프레임커버 및 셀프레임커버에 설치된 다수의 버스 바들 및 ICB 일체형 BMS 어셈블리와 결합되기 위한 측면 구조를 포함할 수 있다.
상기 셀프레임커버와 상기 BMS 어셈블리는 상기 셀프레임의 연속된 측면에 형성되어 상기 셀프레임커버와 상기 BMS 어셈블리의 일측이 끼움 결합형태로 결합될 수 있다.
상기 셀프레임의 일측면에 형성된 상기 BMS 어셈블리을 보호하기 위한 BMS 커버를 포함한다.
상기 셀프레임은 플라스틱으로 사출 성형되고 전지셀을 수납할 수 있는 수납부가 형성될 수 있으며 상기 수납부에 전시셀이 적층될 수 있다.
상기 셀프레임은 서로 스냅-핏 또는 후크에 의해 결합될 수 있다. 각각의 셀프레임은 이웃하는 셀프레임과 결합하기 위해 측면에 다수의 프레임 후크들과 프레임 슬롯들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각의 프레임의 테두리의 하부에는 프레임 후크가 돌출되고, 프레임의 테두리 상부에는 이웃하는 프레임의 프레임 후크가 삽입 결합될 수 있는 프레임 슬롯이 마련될 수 있다.
상기 셀프레임은 일단에 상기 전지셀의 수납부를 덮을 수 있는 부재가 형성될 수 있다. 예를 들어, 후크 결합, 끼움 결합 또는 나사 결합되는 셀프레임커버를 구비할 수 있다.
상기 셀프레임커버는 셀프레임과 유사한 형상을 가지도록 사출 성형될 수 있다.
상기 셀프레임 커버는 바로 아래에 위치한 셀프레임에 수납된 전지셀의 단자부에 버스바가 접촉결합 할 수 있도록 셀프레임 슬롯에 결합될 수 있다.
상기 셀프레임 슬롯에 결합될 수 있는 셀프레임 후크를 구비할 수 있다. 상기 셀프레임의 개구된 수용부를 상기 셀프레임 커버가 덮는 형태로 결합될 수 있다. 상기 셀프레임의 수용부에 상기 전지셀의 수납되고 상기 셀프레임의 개구 방향으로 상기 전지셀의 단자가 위치하도록 수용될 수 있다.
상기 전지셀의 단자들은 상기 셀프레임 커버에 형성된 버스바와 상기 셀프레임 커버와 상기 셀프레임이 결합되면서 단자 접촉될 수 있다.
상기 셀프레임 커버는 수납된 전지셀을 보호하는 기능을 가지며, 소프트 전지팩의 외형을 마무리하여 둘러싸는 기능과 구조를 가지는 것은 당업자가 충분히 이해할 것이다.
도 4는 본원발명의 일실시예에 따른 버스바 및 버스바 지지부를 포함하는 셀프레임 커버의 사시도이다.
본 발명의 일 측면에 따른 소프트 전지팩은, 이차전지 셀을 수납하는 적어도 1개 이상의 전지셀들이 적층 결합되어 수용하는 전지셀 수용구; 및 대응되는 셀의 전극에 전기적으로 연결되는 1개 또는 그 이상의 버스바들이 미리 결정된 패턴으로 배치되고, 각각의 버스 바에 연결될 수 있는 BMS 회로 기판이 일체로 마련될 수 있다.
셀프레임 커버에는 상기 전지셀의 단자와 상기 버스바가 접촉 연결되며, 상기 버스바의 끝 단 중 어느 한 곳 이상은 상기 BMS에 전지셀 정보를 전달하기 위한 ICB 센싱부와 연결될 수 있다.
상기 셀프레임 커버는 상기 셀프레임의 일면에 결합 또는 분리될 수 있으며, 상기 ICB 일체형 BMS 회로 기판, 바람직하게는 BMS 어셈블리는 상기 각각의 버스 바의 끝단이 위치하는 버스바지지부와 상기 금속패드지지부와 끼움 결합되도록 마련된 다수의 센싱 단자들을 구비할 수 있다.
본원 발명의 소프트 전지팩은 복수개의 전지 셀; 상기 전지 셀을 수납하는 셀 프레임; 상기 셀 프레임의 제1면에 결합되는 셀 프레임 커버; 상기 셀 프레임의 제2면에 결합되는 BMS(Battery Management System) 어셈블리; 상기 셀 프레임 커버의 제1측면에 요철형태로 형성된 버스바지지부; 상기 BMS 어셈블리의 제1측면에 요철형태로 형성된 금속패드지지부; 상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부는 동일 선상에 교차로 끼움 결합으로 형성되는 전지팩을 제공할 수 있다.
상기 버스바지지부의 요철형태는 상기 금속패트지지부와 끼움 결합할 수 있다면 그 형태에 제한되지 않는다.
상기 요철의 형태는 삼각, 사각, 정사각, 직사각, 마름모, 반구형 중 어느 하나 이상의 형태를 가질 수 있으며, 무정형형태로 오목부와 볼록부가 형성될 수 있다면 그 형태에 제한되지 않는다.
도 5는 본원발명의 일실시예에 따른 ICB와 BMS가 일체형을 형성된 BMS 어셈블리의 사시도이다.
상기 금속패드가 형성되는 금속패드지지부는 직사각형의 요철형태에 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 금속패드지지부는 상기 요철형태 중 볼록한 부분에 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 금속패드지지부는 상기 금속패드볼록부에 형성될 수 있다.
상기 셀프레임커버의 제1측면에 형성된 상기 버스바지지부는 상기 요철형태 중 오목한 부분에 위치하여 상기 금속패드지지부와 끼움 결합할 수 있다. 바람직하게는 상기 버스바지지부는 상기 금속패드오목부에 위치할 수 있다.
상기 ICB 일체형 BMS 어셈블리에는 BMS가 상기 BMS 어셈블리의 소정의 위치에 형성됨으로써 기존의 ICB와의 데이터 전송을 위한 별도의 데이터 케이블이 요구되지 않는다. 따라서 상기 금속패드와 상기 버스바가 센싱와이어를 통해 연결되면 상기 버스바를 통한 상기 전지셀의 물리적 데이터를 직접 BMS로 전송할 수 있다. 상기 ICB 일체형 BMS 어셈블리는 PCB형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버스바지지부에 위치하는 버스바와 상기 금속패드지지부에 위치하는 금속패드는 센싱와이어로 연결될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 상기 버스바지지부의 버스바볼록부에 위치하고, 상기 금속패드는 상기 금속패드지지부의 금속패드볼록부에 위치하여, 상기 버스바는 상기 금속패드지지부의 금속패드오목부에 끼움결합되고, 상기 금속패드는 상기 버스바지지부의 버스바오목부에 끼움결합할 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리는 금속패드를 포함하는 ICB(Inter Connected Board)와 BMS가 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버스바는 상기 셀 프레임 커버의 제1면에서 상기 전지 셀의 단자와 결합할 수 있다.
도 6은 본원발명의 일실시예에 따른 BMS 어셈블리를 커버하여 전지팩과 결합되는 BMS 커버의 사시도이다.
상기 셀 프레임 커버에 형성된 버스바들은 접속부가 BMS 어셈블리회로 기판의 측면의 테두리를 향하도록 상기 셀 프레임 커버에 복수 열로 배열될 수 있으며, BMS 어셈블리는 금속패드 형태의 리셉터클 단자들을 상기 버스바들의 접속부분에 맞추어 끼움 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
이때 금속패드에는 상기 버스바와의 센싱 와이어 연결을 위한 솔더링(Soldering)이 형성될 수 이다. 전지셀의 센싱을 위한 상기 금속패드의 폭은 상기 버스바의 폭보다 같거나 작을 수 있다. 상기 금속패드의 폭은 상기 버스바와의 센싱 와이어의 형성이 용이할 수 있다면 그 폭은 변경가능하다.
그리고 BMS 어셈블리, 바람직하게는 ICB 일체형 BMS 회로 기판은 전술한 바와 같이, BMS 커버에 의해 고정될 수 있다. 상기 BMS 커버에는 고정 후크를 통해 상기 BMS 어셈블리를 셀 프레임에 추가적으로 고정될 수 있다.
도 7은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀이 수납된 셀프레임과 결합된 셀 프레임커버와 전지셀에 접촉된 버스바를 나타낸 평면 및 단면도이다.
또한, 상기 전지 셀의 단자와 연결된 상기 버스바의 끝단이 상기 버스바지지부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리를 덮는 BMS 커버를 포함할 수 있다.
도 8은 본원발명의 일실시예에 따른 셀프레임의 상부에 BMS커버와 결합된 BMS 어셈블리를 나타낸 셀프레임 상부 평면도이다.
또한, 상기 BMS 커버는 상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부를 외부로 노출시키며 상기 BMS 어셈블리와 결합할 수 있다.
또한, 상기 센싱와이어는 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 버스바의 끝단 중 어느 한곳 이상은 센싱 접속을 위한 접속부를 형성할 수 있다. 버스 바의 일단을 구부린 단순 벤딩 구조 또는 상기 벤딩된 부분이 적어도 1회 이상 180도로 접혀져 포개진 형태의 헤밍(hemming) 구조를 갖는다. 여기서 헤밍 구조의 경우, 접속부의 두께가 버스 바 두께의 2배 이상이 된다.
따라서 비교적 얇은 버스 바를 사용할 경우, 버스바의 접속부가 헤밍 구조를 갖도록 버스바를 제작하는 것이 바람직할 수 있다. 이를테면, 이와 같이 접속부를 두텁게 함으로써 접속부와 상기 금속패드 사이에 끼움 결합시 유격이 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본원발명의 일실시예에 따른 셀프레임 커버의 버스바지지부의 버스바와 BMS 어셈블리의 금속패드지지부의 금속패드 사이에 용접으로 형성된 센싱와이어를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 10은 본원발명의 일실시예에 따른 전지셀, 셀프레임, 셀프레임커버, BMS 어셈블리, BMS 커버가 결합된 전지팩의 사시도이다.
또한, 상기 전지셀은 원통형, 각형 및 파우치형 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 버스바지지부의 양측 끝단에는 상기 셀 프레임과 결합하기 위한 가이드바가 형성될 수 있다.
또한, 상기 BMS 어셈블리의 제2측면 길이에 따라 상기 셀 프레임의 제2측면의 길이가 결정될 수 있다.
상기 전지셀은 바람직하게는 원통형 전지셀일 수 있다. 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전지셀은 양극단자 및 음극단자가 일방향으로 형성되며, 상기 셀프레임의 수납부의 개방된 방향으로 수납될 수 있다. 따라서 상기 셀프레임의 수납부를 덮는 형태로 결합되는 상기 셀프레임커버에 형성된 복수의 버스바와 전기적 접촉을 형성할 수 있다.
상기 전지셀은 상기 셀프레임의 수납부에 상기 전지셀의 고정될 수 있는 형태로 수납부가 형성될 수 있다. 상기 전지셀 사이에 쿠션 부재, 쿨링 플레이트 등을 더 부가할 수 있다. 상기 셀프레임 커버는 상기 전지셀의 상기 전극 단자의 적어도 일부분이 외부로 돌출되도록 형성될 수 있으며, 상기 전지셀의 음극과 양극을 상기 버스바와 전기적을 연결화기 위한 용접이 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 컴팩트 전지팩은 용량이나 출력을 위해 다수의 상기 전지셀을 수평 또는 수직방향으로 나란하게 적층한 형태로 사용할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전지셀
200: 셀 프레임
210: 셀 프레임 커버
211: 가이드바
220: 버스바지지부
221: 버스바볼록부
222: 버스바오목부
300: 버스바
400: BMS 어셈블리
410: BMS 커버
420: BMS
430: BMS ICB 보드
440: 금속패드지지부
441: 금속패드볼록부
442: 금속패드오목부
450: 금속패드
460: 센싱와이어
500: ICB 어셈블리
510: ICB 데이터 커넥터

Claims (12)

  1. 복수개의 전지 셀;
    상기 전지 셀을 수납하는 셀 프레임;
    상기 셀 프레임의 제1면에 결합되는 셀 프레임 커버;
    상기 셀 프레임의 제2면에 결합되는 BMS(Battery Management System) 어셈블리;
    상기 셀 프레임 커버의 제1측면에 요철형태로 형성된 버스바지지부;
    상기 BMS 어셈블리의 제1측면에 요철형태로 형성된 금속패드지지부;
    상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부는 동일 선상에 교차로 끼움 결합으로 형성되는 전지팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바지지부에 위치하는 버스바와 상기 금속패드지지부에 위치하는 금속패드는 센싱와이어로 연결되는 전지팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 버스바지지부의 버스바볼록부에 위치하고,
    상기 금속패드는 상기 금속패드지지부의 금속패드볼록부에 위치하여,
    상기 버스바는 상기 금속패드지지부의 금속패드오목부에 끼움결합되고,
    상기 금속패드는 상기 버스바지지부의 버스바오목부에 끼움결합하는 전지팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 BMS 어셈블리는 금속패드를 포함하는 ICB(Inter Connected Board)와 BMS가 일체로 형성된 전지팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 셀 프레임 커버의 제1면에서 상기 전지 셀의 단자와 결합하는 전지팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지 셀의 단자와 연결된 상기 버스바의 끝단이 상기 버스바지지부에 위치하는 전지팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 BMS 어셈블리를 덮는 BMS 커버를 포함하는 전지팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 BMS 커버는 상기 버스바지지부와 상기 금속패드지지부를 외부로 노출시키며 상기 BMS 어셈블리와 결합하는 전지팩.
  9. 제2항에 있어서,

    상기 센싱와이어는 하나 이상 형성되는 전지팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀은 원통형, 각형 및 파우치형 중 어느 하나 이상인 전지팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 버스바지지부의 양측 끝단에는 상기 셀 프레임과 결합하기 위한 가이드바가 형성된 전지팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 BMS 어셈블리의 제2측면 길이에 따라 상기 셀 프레임의 제2측면의 길이가 결정되는 전지팩.
KR1020220122810A 2022-09-27 2022-09-27 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩 KR20240043561A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220122810A KR20240043561A (ko) 2022-09-27 2022-09-27 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩
PCT/KR2023/013968 WO2024071778A1 (ko) 2022-09-27 2023-09-15 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220122810A KR20240043561A (ko) 2022-09-27 2022-09-27 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240043561A true KR20240043561A (ko) 2024-04-03

Family

ID=90478402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220122810A KR20240043561A (ko) 2022-09-27 2022-09-27 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240043561A (ko)
WO (1) WO2024071778A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200029918A (ko) 2018-09-11 2020-03-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR102115481B1 (ko) 2015-12-07 2020-05-26 주식회사 엘지화학 Bms 통합형 컴팩트 이차전지 모듈

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101973616B1 (ko) * 2017-03-02 2019-04-29 세방전지(주) 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩
EP3506383B1 (en) * 2017-12-28 2020-02-12 Samsung SDI Co., Ltd. Battery module
KR102321513B1 (ko) * 2018-08-21 2021-11-02 주식회사 엘지에너지솔루션 버스바 플레이트를 포함하는 배터리 모듈
KR20220041429A (ko) * 2020-09-25 2022-04-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102517856B1 (ko) * 2020-10-29 2023-04-04 주식회사 유라코퍼레이션 배터리 센싱 구조

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102115481B1 (ko) 2015-12-07 2020-05-26 주식회사 엘지화학 Bms 통합형 컴팩트 이차전지 모듈
KR20200029918A (ko) 2018-09-11 2020-03-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024071778A1 (ko) 2024-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5259599B2 (ja) バッテリーモジュールインタフェース
JP7045602B2 (ja) 組立性が向上したバスバーフレームを備えたバッテリーモジュール
EP3828983B1 (en) Battery module with icb assembly in a space-saving structure
US11923562B2 (en) Battery module, battery pack including same battery module, and automobile including same battery pack
KR102317639B1 (ko) 인서트 사출된 버스바 조립체를 포함하는 전지 모듈
KR102115481B1 (ko) Bms 통합형 컴팩트 이차전지 모듈
US20210296738A1 (en) Battery Module and Battery Pack Including the Same
KR20210037454A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
JP2024028359A (ja) バッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置
JP7055483B2 (ja) 両方向締結構造を有するコネクタを含む電池モジュール
KR20210098705A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20170095077A (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20240043561A (ko) 버스바의 센싱 와이어 본딩 개선을 통해 에너지 밀도를 향상시킨 전지팩
CN110140232B (zh) 蓄电装置
CN211629204U (zh) 电池组及装置
CN214957173U (zh) 电池包与用电装置
KR20070075711A (ko) 전지모듈 제조용 스페이서
JP7367021B2 (ja) コネクター、バッテリー管理ユニット及びバッテリーパック
CN220065999U (zh) 电池包和储能设备
EP4283766A1 (en) Battery module and battery pack comprising same
CN217848195U (zh) 电池包和动力装置
US20230018358A1 (en) Power storage device
KR200448647Y1 (ko) 범용직렬버스 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩이 장착된 디바이스
KR20230097897A (ko) 로지컬 셀, 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 이차전지 팩
KR20230126592A (ko) 전지 팩