KR20240063530A - 배터리 장치 - Google Patents

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KR20240063530A
KR20240063530A KR1020220145252A KR20220145252A KR20240063530A KR 20240063530 A KR20240063530 A KR 20240063530A KR 1020220145252 A KR1020220145252 A KR 1020220145252A KR 20220145252 A KR20220145252 A KR 20220145252A KR 20240063530 A KR20240063530 A KR 20240063530A
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bus bar
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유탁경
이승훈
최양규
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는, 다수의 배터리 셀들이 두께 방향으로 적층된 다수의 셀 유닛, 상기 셀 유닛들 중 적어도 2개와 결합되는 버스바, 및 상기 버스바를 덮으며 상기 셀 유닛에 결합되는 다수의 절연 커버를 포함하며, 상기 다수의 절연 커버 중 적어도 하나의 절연 커버는, 외부로 돌출되어 다른 하나의 절연 커버에 겹치도록 배치되는 확장부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 장치{BATTERY DEVICE}
본 발명은 다수의 배터리 셀을 갖는 배터리 장치에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 파우치형(pouched type)이나 각형의 배터리 셀로 제조되고 있으며, 이러한 배터리 셀들을 다수 개 연결하여 모듈 형태로 배터리 장치를 구성하여 사용하고 있다.
모듈 형태의 배터리 장치는 일반적으로 배터리 셀들을 적층하여 셀 적층체를 마련한 후, 버스바가 구비되는 버스바 조립체를 셀 적층체에 결합하는 공정을 거쳐 제조된다. 그런데 버스바 조립체는 적층된 배터리 셀들의 간격을 기반으로 제조되므로, 제조 과정에서 배터리 셀 사이의 간격을 변경시키는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 제조 과정에서 배터리 셀들 사이의 간격이 변경되더라도 용이하게 적용될 수 있는 배터리 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는, 다수의 배터리 셀들이 두께 방향으로 적층된 다수의 셀 유닛, 상기 다수의 셀 유닛 중 적어도 2개와 결합되는 버스바, 및 상기 버스바를 덮으며 상기 셀 유닛에 결합되는 다수의 절연 커버를 포함하며, 상기 다수의 절연 커버 중 적어도 하나의 절연 커버는, 외부로 돌출되어 다른 하나의 절연 커버에 겹치도록 배치되는 확장부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 셀 유닛들 사이에 배치되어 상기 셀 유닛들 간의 화염 전파를 차단하는 다수의 방염 부재를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 버스바는 상기 배터리 셀의 적층 방향을 따라 다수 개가 이격 배치되고, 각각의 상기 방염 부재는 일부가 상기 버스바들 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 셀 유닛은, 상기 배터리 셀들의 전극 리드가 관통 배치되는 적어도 하나의 절연 프레임을 포함하고, 상기 버스바는 상기 절연 프레임의 일면에 결합되어 상기 전극 리드에 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 셀 유닛들은 상호 간에 직렬로 연결되고, 하나의 상기 셀 유닛을 구성하는 상기 다수의 배터리 셀은 상호 간에 병렬로 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 다수의 절연 커버는 상기 확장부를 갖는 제1 커버와 상기 확장부가 없는 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 하나의 상기 버스바를 부분적으로 내부에 수용하며 각각 서로 다른 상기 절연 프레임에 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 절연 프레임은, 일면에 다수의 결합 돌기가 후크 형태로 돌출 형성되며, 상기 버스바는 상기 결합 돌기 사이에 끼워지며 탈착 가능하도록 상기 절연 프레임에 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 절연 커버는, 상기 버스바와 대면하도록 배치되는 전면부와, 상기 전면부에서 연장되어 일부가 상기 절연 프레임과 겹치도록 배치되는 측면부를 포함하고, 상기 확장부는 상기 전면부의 면적을 확장하는 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 커버는 상기 확장부가 삽입 배치되는 수용 홈을 포함하며, 상기 수용 홈은 상기 전면부와 상기 측면부가 만나는 모서리를 따라 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 절연 커버는, 상기 배터리 셀에서 발생된 가스가 외부로 배출되는 벤팅 구멍이 형성되고, 상기 벤팅 구멍에는 가스를 통과시키고 화염의 흐름은 차단하는 차단 부재가 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 방염 부재는, 운모 시트의 양면 중 적어도 한 면에 절연층이 적층되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 다수의 절연 커버는, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치되어 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 결합되는 적어도 하나의 제3 커버를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는, 다수의 배터리 셀들이 두께 방향으로 적층되고 상기 배터리 셀들의 전극 리드가 관통 배치되는 적어도 하나의 절연 프레임을 구비하는 다수의 셀 유닛 및 상기 다수의 셀 유닛 중 적어도 2개와 결합되는 버스바를 포함하며, 상기 버스바는 상기 절연 프레임의 일면에 탈착 가능하도록 결합되어 상기 전극 리드에 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 절연 프레임은, 일면에 다수의 결합 돌기가 후크 형태로 돌출 형성되며, 상기 버스바는 상기 결합 돌기 사이에 끼워지며 상기 절연 프레임에 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 셀 유닛들 사이에 배치되어 상기 셀 유닛들 간의 화염 전파를 차단하는 다수의 방염 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는 배터리 셀 사이에 배치되는 방염 부재의 두께를 변경이 매우 용이하며, 방염 부재를 교체하더라도 기존의 절연 프레임과 절연 커버를 그대로 이용할 수 있으므로 배터리 장치 제조 과정에서 방염 부재의 교체로 인해 추가적으로 소요되는 제조 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 장치의 부분 평면도.
도 3 및 도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도.
도 5 및 도 6은 도 2의 B 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 7은 도 3에 도시된 절연 커버의 분해 사시도.
도 8은 도 7의 제1 커버와 제2 커버가 일정 간격 이격된 상태를 도시한 사시도.
도 9는 도 3에 도시된 제1 방염 부재를 전체적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 도 5에서 제1 방염 부재가 교체된 상태를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 부분 평면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 부분 평면도.
도 13은 도 12에 도시된 절연 커버의 분해 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 장치의 부분 평면도이며, 도 3 및 도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도이다. 여기서 도 4는 이해의 편의를 위해 셀 유닛 일부를 생략하고 도시하였다.
또한 도 5 및 도 6은 도 2의 B 부분을 확대하여 도시한 도면으로, 도 6은 이해의 편의를 위해 절연 커버와 버스바 조립체를 생략하고 도시하였다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 배터리 장치(1)는 셀 적층체(10), 버스바 조립체(70), 및 절연 커버(80)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(10)는 배터리 셀(5)의 두께 방향으로 다수의 배터리 셀(5)이 적층되어 형성될 수 있으며, 별도의 케이스에 내에 수용되거나 브래킷 등에 의해 적층된 상태가 고정될 수 있다.
각각의 배터리 셀들(5)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(5)은 파우치(pouch) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있으며, 전극 조립체는 파우치 내에 수납되어 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 배터리 셀(5)은 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 수용부(204)와, 수용부(204)를 밀봉하는 실링부(202)로 구분될 수 있다.
수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공할 수 있다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용될 수 있다.
실링부(202)는 파우치의 일부가 접합되어 수용부(204)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 배치될 수 있다.
본 실시예의 각 배터리 셀들(5)은 2개의 전극 리드(15)가 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(5)은 충전 및 방전이 가능한 이차 전지일 수 있고, 구체적으로는 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지일 수 있다.
버스바 조립체(70)는 배터리 셀들(5)의 전극 리드들(15)이 배치된 측면에 배치되어 셀 적층체(10)에 결합될 수 있으며, 적어도 하나의 버스바(50)와 절연 프레임(40)을 포함할 수 있다.
절연 프레임(40)은 절연성 재질로 형성되며, 버스바(50)는 적어도 일부가 절연 프레임(40)의 내부에 매립되거나 절연 프레임(40)에 고정 결합될 수 있다.
절연 프레임(40)은 배터리 셀(5)의 전극 리드(15)에 결합될 수 있다. 본 실시예에서 배터리 셀(5)은 2개의 전극 리드(15)가 배터리 셀(5)의 양 단에 각각 배치되므로, 절연 프레임(40)도 2개가 배터리 셀(5)의 양 단에서 각각 배터리 셀(5)에 결합될 수 있다. 또한 절연 프레임(40)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(41)이 구비될 수 있다.
본 실시예에서 절연 프레임(40)은 다수 개가 나란하게 배치될 수 있으며, 각각의 절연 프레임(40)에는 다수의 배터리 셀(5)이 결합될 수 있다. 따라서 각 절연 프레임(40)은 적어도 2개의 관통 홀(41)을 구비할 수 있으며, 각 관통 홀(41)에는 배터리 셀(5)의 전극 리드(15)가 삽입 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 절연 프레임(40)에 2개의 배터리 셀(5)이 결합된다. 따라서 관통 홀(41)은 2개가 나란하게 이격 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 절연 프레임(40)에 3개의 배터리 셀(5)이 결합되는 경우, 관통 홀(41)은 3개가 나란하게 이격 배치될 수 있다.
버스바(50)가 절연 프레임(40)에 결합되는 위치를 규정하기 위해, 절연 프레임(40)에는 적어도 하나의 고정 돌기(42)가 구비될 수 있다.
고정 돌기(42)는 절연 프레임(40)의 외부면에서 외부로 돌출되어 형성될 수 있으며, 버스바(50)에 마련된 고정 구멍(52)에 삽입될 수 있다. 따라서 고정 돌기(42)는 고정 구멍(52)과 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 고정 돌기(42)가 버스바(50)의 고정 구멍(52)에 삽입되면, 버스바(50)의 면 방향 움직임이 억제될 수 있다. 또한 버스바(50)의 관통 슬릿(51)은 절연 프레임(40)의 관통 홀들(41)과 각각 대면하도록 배치될 수 있다.
또한 절연 프레임(40)은 다수의 결합 돌기(44, 45)를 포함할 수 있다.
결합 돌기는 버스바(50)가 결합되는 제1 결합 돌기(44), 그리고 절연 커버(80)가 결합되는 제2 결합 돌기(45)를 포함할 수 있다.
제1 결합 돌기(44)는 버스바(50)가 결합되는 절연 프레임(40)의 일면에서 제1 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 방향은 버스바(50)가 절연 프레임(40)에 결합되는 방향을 의미할 수 있다.
제1 결합 돌기(44)는 다수 개가 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 2개의 제1 결합 돌기(44)가 일정 거리 이격 배치된다. 2개의 제1 결합 돌기(44) 사이에는 버스바(50)가 배치될 수 있다. 버스바(50)는 2개의 제1 결합 돌기(44)에 사이에 끼워져 절연 프레임(40)에 고정 결합될 수 있다. 이를 위해 각 제1 결합 돌기(44)는 후크(hook) 형태로 단부가 버스바(50) 측으로 돌출되어 버스바(50)의 외부면을 지지할 수 있다.
제2 결합 돌기(45)는 절연 프레임(40)에서 제2 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2 방향은 제1 방향과 직교하는 방향일 수 있으며, 버스바(50)의 면 방향을 의미할 수 있다. 제2 결합 돌기(45)는 다수 개가 이격 배치될 수 있으며, 후술되는 절연 커버(80)의 결합 구멍(85)에 삽입될 수 있다. 따라서 제2 결합 돌기(45)는 결합 구멍(85)과 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
또한 절연 프레임(40)은 적어도 하나의 체결 구멍(47)을 포함할 수 있다.
체결 구멍(47)은 배터리 장치(1)의 케이스(미도시)를 셀 적층체(10)에 결합할 때 볼트나 나사와 같은 체결 수단이 결합되는 구멍으로 이용될 수 있다. 따라서 체결 구멍(47)은 내부에 너트(Nut)가 구비되거나 내주면에 나사산이 형성될 수 있다. 여기서 케이스는 셀 적층체(10) 전체 또는 일부를 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 금속 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 체결 구멍(47)은 절연 프레임(40)의 상면과 전면 하부에 각각 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 체결 구멍(47)의 위치는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
버스바(50)는 금속판의 형태로 형성되어 절연 프레임(40)의 외부면에 결합될 수 있다. 배터리 셀들(5)은 버스바(50)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 위해, 버스바(50)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 슬릿(51)이 구비될 수 있으며, 전극 리드들(15)은 버스바(50)의 관통 슬릿(51)에 삽입된 후 용접 등의 방식을 통해 버스바(50)에 접합될 수 있다. 이에 전극 리드(15)의 끝단은 적어도 일부가 버스바(50)를 완전히 관통하여 버스바(50)의 외부로 노출될 수 있다.
버스바(50)는 배터리 셀(5)의 적층 방향을 따라 다수 개가 나란하게 이격 배치될 수 있으며, 하나의 버스바(50)는 적어도 2개의 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다.
본 실시예에서 배터리 셀(5)은 양 단에 각각 절연 프레임(40)이 결합된다. 따라서 한 쌍의 절연 프레임(40)에는 2개의 배터리 셀(5)이 결합되며, 하나의 버스바(50)에는 2개의 절연 프레임(40)에 결합된다. 이에 따라 하나의 버스바(50)에는 4개의 배터리 셀(5)이 결합되므로, 각각의 버스바(50)는 4개의 관통 슬릿(51)을 구비할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 관통 슬릿(51)의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
이하에서는 한 쌍의 절연 프레임(40)에 다수의 배터리 셀(5)이 결합된 단위를 셀 유닛(6)으로 지칭하여 설명한다. 예를 들어 셀 유닛(6)은 다수의 배터리 셀(5)이 병렬로 연결되는 최소 단위를 의미할 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 배터리 장치는 다수의 셀 유닛들(6)이 직렬로 연결될 수 있다. 따라서 어느 하나의 셀 유닛(6a, 제1 셀 유닛)은 일단이 어느 하나의 버스바(50a)에 의해 다른 셀 유닛(6b, 제2 셀 유닛)과 연결되고, 타단이 다른 하나의 버스바(50b)에 의해 또 다른 셀 유닛(6c, 제2 셀 유닛)과 연결될 수 있다. 그리고 셀 적층체(10)는 이러한 구조가 반복적으로 배치된 조립체일 수 있다.
절연 커버(80)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 버스바(50)를 내부에 수용하는 형태로 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다. 따라서 절연 커버(80)는 버스바(50)를 수용하는 공간을 구비할 수 있으며, 버스바(50)를 감싸는 형태로 형성되어 버스바(50)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
도 7은 도 3에 도시된 절연 커버의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 제1 커버와 제2 커버가 일정 간격 이격된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 절연 커버(80)는 다수 개가 구비될 수 있으며, 각각의 절연 커버(80)는 각각의 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다. 따라서 절연 커버(80)는 절연 프레임(40)과 동일한 개수로 마련될 수 있다.
절연 커버(80)는 절연 프레임(40)과 대면하도록 배치되는 전면부(81)와, 전면부(81)의 가장자리에서 연장되는 측면부(82)를 포함할 수 있다.
전면부(81)는 절연 프레임(40)과 일정 거리 이격 배치되며, 전면부(81)와 절연 프레임(40) 사이의 공간에는 버스바(50)가 배치될 수 있다.
전면부(81)에는 적어도 하나의 벤팅 구멍(83)이 마련된 수 있다. 벤팅 구멍(83)은 전면부(81)를 관통하는 구멍의 형태로 형성될 수 있으며, 셀 적층체(10)에서 발생되는 가스가 절연 커버(80)의 외부로 배출되는 통로로 이용될 수 있다.
벤팅 구멍(83)에는 배터리 셀(5)에서 발생한 화염이 벤팅 구멍(83)을 통해 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해, 차단 부재(84)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서 차단 부재(84)는 벤팅 구멍(83) 전체를 막도록 전면부(81)에 결합될 수 있다. 차단 부재(84)는 세라믹 울이나 금속 재질의 메쉬(mesh)망으로 형성될 수 있다. 세라믹 울이나 메쉬망은 매우 촘촘한 필터 형태로 형성되어 화염의 흐름은 차단하고 가스나 연기만 통과시키도록 구성될 수 있다. 이에 배터리 셀(5)에서 확산된 화염은 차단 부재(84)에 의해 배터리 장치(1) 외부로의 확산이 차단될 수 있다.
측면부(82)는 전면부(81)에서 절연 프레임(40) 측으로 연장되며, 적어도 일부가 절연 프레임(40)과 겹치도록 배치될 수 있다. 측면부(82) 중 절연 프레임(40)과 겹치는 부분에는 전술한 결합 구멍(85)이 마련될 수 있다. 따라서 절연 커버(80)를 절연 프레임(40)에 결합하는 과정에서, 절연 커버(80)가 절연 프레임(40) 측으로 최대한 이동하면 절연 프레임(40)의 제2 결합 돌기(45)는 절연 커버(80)의 결합 구멍(85)에 삽입될 수 있으며, 이에 절연 커버(80)는 절연 프레임(40)에 고정 결합될 수 있다.
측면부(82) 중 일부는 버스바(50)가 배치되는 수용 홈(82a)이 형성될 수 있다. 수용 홈(82a)은 측면부(82) 중 버스바(50)와 간섭이 발생하는 부분에 형성되어 버스바(50)를 내부에 수용할 수 있다. 따라서 수용 홈(82a)의 크기는 버스바(50)의 크기에 대응하여 규정될 수 있다.
본 실시예의 절연 커버(80)는 셀 유닛(6)에 각각 결합되는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)를 포함할 수 있다.
제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)는 상호 결합될 수 있으며, 하나의 버스바(50)에 결합되는 2개의 셀 유닛(6)에 각각 결합될 수 있다.
제1 커버(80a)는 전면부(81)에서 외부로 돌출되어 제2 커버(80b)와 겹치도록 배치되는 확장부(81a)를 포함할 수 있다.
확장부(81a)는 전면부(81)를 확장하는 형태로 형성되어 전면부(81)와 동일한 평면 상에 배치될 수 있으며, 제2 커버(80b) 측으로 일정 거리 돌출될 수 있다. 따라서 제1 커버(80a)는 확장부(81a)의 크기만큼 전면의 면적이 제2 커버(80b)의 전면 면적보다 크게 형성될 수 있다.
제2 커버(80b)는 확장부(81a)를 포함하지 않고, 제1 커버(80a)의 확장부(81a)가 배치되는 결합홈(81b)을 포함할 수 있다.
결합홈(81b)은 전면부(81)의 모서리를 따라 형성된 홈으로, 제2 커버(80b)의 확장부(81a)가 삽입될 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 구체적으로 결합홈(81b)은 제2 커버(80b)에서 제1 커버(80a)와 대면하는 측면부(82)와 전면부(81)가 만나는 모서리를 따라 형성될 수 있다. 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)가 최대한 밀착되면, 확장부(81a)는 전체가 결합홈(81b) 내에 배치될 수 있다. 또한 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)가 확장부(81a)의 돌출 거리 미만의 간격으로 이격되는 경우, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이 확장부(81a)는 일부가 결합홈(81b) 내에 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 절연 커버(80)는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)가 한 쌍을 이루도록 구성되며, 한 쌍의 절연 커버(80)는 하나의 버스바(50)를 전체를 커버하도록 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)는 각각 하나의 버스바(50)를 부분적으로 내부에 수용하며 각각 서로 다른 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다.
배터리 셀들(5) 사이 중 적어도 한 곳에는 방염 부재(90)가 배치될 수 있다.
도 9는 도 3에 도시된 제1 방염 부재를 전체적으로 도시한 사시도이다.
도 9를 함께 참조하면, 방염 부재(90)는 배터리 셀(5) 사이 또는 셀 유닛(6)들 사이에 배치되어 열 폭주 시 화염이나 고온의 가스가 다른 배터리 셀(5)로 전파되는 것을 차단할 수 있다.
이를 위해 방염 부재(90)는 방염(防炎, flame　retardancy) 또는 난연(難燃, flame　resisting) 성능을 갖는 부재로 형성될 수 있다. 여기서 방염 성능이란 연소의 확대를 방지하는 성능을 의미하며, 난연 성능이란 불이 붙어도 연소가 잘 되지 않는 성능을 의미한다. 따라서 방염 부재(90)는 자신이 연소 확대의 요인이 되지 않는 정도의　연소성을 가지거나 불에 타지 않는 성질을 가질 수 있다.
본 실시예의 방염 부재(90)는 운모(mica)나 실리콘(silicone)을 포함할 수 있으며, 한 장의 박판(sheet)으로 구성되거나, 서 다른 재질의 박판을 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 방염 부재(90)는 운모 시트(91)의 양면 중 적어도 한 면에 고무나 폴리우레탄 등의 절연층(92)을 적층하여 형성할 수 있다. 이 경우, 절연층이 탄성 압축될 수 있으므로 배터리 셀(5)이 스웰링하는 경우, 배터리 셀(5)이 팽창하는 부피를 일부 흡수할 수 있다.
방염 부재(90)는 배터리 셀(5)의 수용부(204) 전체와 대면하는 크기로 형성될 수 있으며, 배치되는 위치에 따라 제1 방염 부재(90a)와 제2 방염 부재(90b)로 구분될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 방염 부재(90a)는 하나의 버스바(50)에 결합되는 2개의 셀 유닛(6) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 제1 방염 부재(90a)는 일단이 2개의 버스바(50) 사이에 배치되고, 타단이 버스바(50)의 내부면과 마주보도록 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 방염 부재(90a)의 일단은 적어도 일부가 절연 커버(80)의 외부로 돌출될 수 있다.
제2 방염 부재(90b)는 셀 유닛(6)에 마련된 2개의 배터리 셀(5) 사이에 배치될 수 있다. 따라서 제2 방염 부재(90b)는 양 단이 각 절연 프레임(40)의 내부면에 인접하게 배치되거나, 절연 프레임(40)의 내부면에 결합될 수 있다. 제2 방염 부재(90b)는 제1 방염 부재(90a)와 유사하게 구성될 수 있으며, 셀 유닛(6)들 사이가 아닌, 셀 유닛(6)의 내부에 위치한다는 점에서만 차이를 갖는다.
한편, 배터리 장치의 종류나 크기에 따라, 배터리 장치의 제조 과정에서 두께가 다른 방염 부재(90)가 이용될 수 있다. 이 경우 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 사이의 간격이 벌어져 버스바(50)가 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 사이로 노출될 수 있다.
도 10은 도 5에서 제1 방염 부재가 교체된 상태를 도시한 도면으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 실시예보다 두께가 두꺼운 제1 방염 부재(90a)를 이용하는 경우, 하나의 버스바(50)에 결합된 2개의 셀 유닛(6)은 제1 방염 부재(90a)의 두께 차이만큼 상호 간의 간격이 커질 수 있다. 이 경우, 2개의 셀 유닛(6)에 각각 결합된 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)도 상호 간의 간격이 커지게 되므로, 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)의 사이로 버스바(50)가 노출될 수 있다.
그러나 본 실시예의 절연 커버(80)는 전술한 바와 같이 제1 커버(80a)에서 돌출 형성되는 확장부(81a)를 구비한다. 따라서 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)가 이격되더라도 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이 확장부(81a)는 적어도 일부가 제2 커버(80b)의 결합홈(81b) 내에 배치될 수 있다. 따라서 확장부(81a)는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 사이의 틈을 막는 형태로 배치될 수 있다. 이를 위해, 2개의 셀 유닛들(6)이 추가적으로 이격되는 간격은 확장부(81a)의 돌출 길이보다 작을 수 있다. 즉, 확장부(81a)의 돌출 길이는 다양한 형태의 제1 방염 부재(90a) 중 가장 두꺼운 제1 방염 부재(90a)가 이용되는 경우를 고려하여 규정될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 본 실시예의 버스바(50)는, 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b)가 이격되더라도 확장부(81a)에 의해 절연 커버(80)의 외부로 노출되지 않는다. 따라서 본 실시예의 배터리 장치(1)는 제1 방염 부재(90a)의 두께를 변경하더라도 절연 커버(80)의 교체 없이 버스바(50)의 절연을 확보할 수 있다.
한편, 제1 방염 부재(90a)의 두께가 변경되면 셀 유닛(6)과 결합 유닛의 간격이 변경되므로, 버스바(50)에 형성된 관통 슬릿(51)들 중 2개의 셀 유닛(6)이 결합되는 관통 슬릿(51)들 사이의 간격도 변경되어야 한다. 따라서, 버스바(50)는 변경된 제1 방염 부재(90a)의 두께에 대응하여 관통 슬릿들(51)이 형성된 버스바(50)로 교체될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 장치(1)는 각 셀 유닛(6)에 절연 프레임(40)이 결합되므로, 제1 방염 부재(90a)의 두께를 변경하더라도 절연 프레임(40)을 교체할 필요가 없다. 또한 셀 유닛들(6) 사이의 이격 거리가 증가하더라도 확장부(81a)에 의해 버스바(50)가 외부로 노출되지 않으므로 절연 커버(80)를 교체할 필요가 없다. 따라서 제1 방염 부재(90a)의 교체가 매우 용이하다. 또한 제1 방염 부재(90a)를 교체하더라도 기존의 절연 프레임(40)과 절연 커버(80)를 그대로 이용할 수 있으므로 배터리 장치 제조 과정에서 제1 방염 부재(90a)의 교체로 인해 추가적으로 소요되는 제조 비용을 최소화할 수 있다.
한편 전술한 실시예에서는 배터리 셀들(5) 사이에 방염 부재(90)가 배치되는 경우를 예로 들었으나, 필요에 따라 냉각 부재나 가열 부재, 완충 시트 중 적어도 하나를 배치하는 것도 가능하다. 예를 들어, 배터리 셀들(5) 사이 중 적어도 일부에는 시트 또는 플레이트 형태의 냉각 부재를 배치할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 부분 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 배터리 장치는, 하나의 셀 유닛(6)에 3개의 배터리 셀(5)이 결합되고 하나의 버스바(50)에는 2개의 셀 유닛(6)이 결합될 수 있다. 따라서 본 실시예의 배터리 장치는 한 쌍의 절연 프레임(40)에 3개의 배터리 셀(5)이 병렬로 연결된 셀 유닛들(6a, 6b)이 직렬로 연결된다. 따라서 본 실시예의 절연 프레임(40)은 전술한 실시예에 비해 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
절연 프레임(40)의 크기가 확장됨에 따라, 절연 커버(80)도 절연 프레임(40)에 대응하는 크기로 확장될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 배터리 장치는 셀 유닛(6)에 포함되는 배터리 셀(5)의 개수를 다양하게 변경할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 부분 평면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 절연 커버의 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예의 배터리 장치는, 하나의 셀 유닛(6)에 2개의 배터리 셀(5)이 결합되고 하나의 버스바(50)에는 4개의 셀 유닛(6)이 결합될 수 있다. 따라서 본 실시예의 배터리 장치는 셀 유닛들(6)이 2개씩 쌍을 이루어 병렬로 연결되고, 각각의 쌍들은 직렬로 연결될 수 있다.
이 경우, 하나의 버스바(50)에 대응하는 절연 커버(80)는 전술한 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 외에, 적어도 하나의 제3 커버(80c)를 더 포함할 수 있다.
제3 커버(80c)는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 사이에 배치될 수 있으며, 제1 커버(80a)의 확장부(81a)와 제2 커버(80b)의 결합홈(81b)을 모두 포함할 수 있다. 이에 제1 커버(80a)의 확장부(81a)는 첫번째 제3 커버(80c)의 결합홈(81b)에 삽입되고, 첫번째 제3 커버(80c)의 확장부(81a)는 두 번째 제3 커버(80c)의 결합홈(81b)에 삽입되며, 두번째 제3 커버(80c)의 확장부(81a)는 제2 커버(80b)의 결합홈(81b)에 삽입되어 제1 내지 제3 커버들(80a, 80b, 80c)이 상호 간에 결합될 수 있다.
제3 커버(80c)의 개수는 하나의 버스바(50)에 결합되는 셀 유닛(6)의 개수에 대응하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 하나의 버스바(50)에 6개의 셀 유닛(6)이 결합되는 경우, 하나의 버스바(50)에 대응하는 절연 커버(80)는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 외에, 4개의 제3 커버(80c)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 하나의 버스바(50)에 8개의 셀 유닛(6)이 결합되는 경우, 하나의 버스바(50)에 대응하는 절연 커버(80)는 제1 커버(80a)와 제2 커버(80b) 외에, 6개의 제3 커버(80c)를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리 장치는 배터리 셀(5)의 연결 구조를 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 2개의 배터리 셀(5)을 갖는 본 실시예의 셀 유닛(도 3의 6)과, 3개의 배터리 셀(5)을 갖는 전술한 실시예의 셀 유닛(도 12의 6)을 한 쌍으로 하여 하나의 버스바(50)에 결합하여 상호 병렬로 연결하고, 이를 반복 배치하여 직렬로 연결하는 것도 가능하다. 이 경우, 5개의 배터리 셀(5)이 병렬로 연결되고, 각각의 쌍들은 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 2개의 제3 커버(80c)를 포함한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 2개의 제3 커버(80c)를 결합한 크기로 하나의 제3 커버(80c)를 형성하여 이용하는 것도 가능하다. 이 경우 하나의 제3 커버(80c)는 2개의 절연 프레임(40)에 결합될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
1: 배터리 장치
5: 배터리 셀
10: 셀 적층체
40: 절연 프레임
50: 버스바
70: 버스바 조립체
80: 절연 커버

Claims (15)

  1. 다수의 배터리 셀들이 두께 방향으로 적층된 다수의 셀 유닛;
    상기 다수의 셀 유닛 중 적어도 2개와 결합되는 버스바; 및
    상기 버스바를 덮으며 상기 셀 유닛에 결합되는 다수의 절연 커버;
    를 포함하며,
    상기 다수의 절연 커버 중 적어도 하나의 절연 커버는, 외부로 돌출되어 다른 하나의 절연 커버에 겹치도록 배치되는 확장부를 포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 유닛들 사이에 배치되어 상기 셀 유닛들 간의 화염 전파를 차단하는 다수의 방염 부재를 더 포함하는 배터리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 배터리 셀의 적층 방향을 따라 다수 개가 이격 배치되고,
    각각의 상기 방염 부재는 일부가 상기 버스바들 사이에 배치되는 배터리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 각각의 상기 셀 유닛은,
    상기 배터리 셀들의 전극 리드가 관통 배치되는 적어도 하나의 절연 프레임을 포함하고,
    상기 버스바는 상기 절연 프레임의 일면에 결합되어 상기 전극 리드에 연결되는 배터리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 유닛들은 상호 간에 직렬로 연결되고, 하나의 상기 셀 유닛을 구성하는 상기 다수의 배터리 셀은 상호 간에 병렬로 연결되는 배터리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 다수의 절연 커버는
    상기 확장부를 갖는 제1 커버와 상기 확장부가 없는 제2 커버를 포함하고,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버는, 하나의 상기 버스바를 부분적으로 내부에 수용하며 각각 서로 다른 상기 절연 프레임에 결합되는 배터리 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 절연 프레임은,
    일면에 다수의 결합 돌기가 후크 형태로 돌출 형성되며, 상기 버스바는 상기 결합 돌기 사이에 끼워지며 탈착 가능하도록 상기 절연 프레임에 결합되는 배터리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 각각의 상기 절연 커버는,
    상기 버스바와 대면하도록 배치되는 전면부와, 상기 전면부에서 연장되어 일부가 상기 절연 프레임과 겹치도록 배치되는 측면부를 포함하고,
    상기 확장부는 상기 전면부의 면적을 확장하는 형태로 형성되는 배터리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 커버는 상기 확장부가 삽입 배치되는 수용 홈을 포함하며,
    상기 수용 홈은 상기 전면부와 상기 측면부가 만나는 모서리를 따라 형성되는 배터리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 상기 절연 커버는,
    상기 배터리 셀에서 발생된 가스가 외부로 배출되는 벤팅 구멍이 형성되고, 상기 벤팅 구멍에는 가스를 통과시키고 화염의 흐름은 차단하는 차단 부재가 배치되는 배터리 장치.
  11. 제2항에 있어서, 각각의 상기 방염 부재는,
    운모 시트의 양면 중 적어도 한 면에 절연층이 적층되어 형성되는 배터리 장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 다수의 절연 커버는
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치되어 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 결합되는 적어도 하나의 제3 커버를 더 포함하는 배터리 장치.
  13. 다수의 배터리 셀들이 두께 방향으로 적층되고, 상기 배터리 셀들의 전극 리드가 관통 배치되는 적어도 하나의 절연 프레임을 구비하는 다수의 셀 유닛; 및
    상기 다수의 셀 유닛 중 적어도 2개와 결합되는 버스바;
    를 포함하며,
    상기 버스바는 상기 절연 프레임의 일면에 탈착 가능하도록 결합되어 상기 전극 리드에 연결되는 배터리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 절연 프레임은,
    일면에 다수의 결합 돌기가 후크 형태로 돌출 형성되며, 상기 버스바는 상기 결합 돌기 사이에 끼워지며 상기 절연 프레임에 결합되는 배터리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 셀 유닛들 사이에 배치되어 상기 셀 유닛들 간의 화염 전파를 차단하는 다수의 방염 부재를 더 포함하는 배터리 장치.
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