KR20240082759A - Ctp 타입의 고에너지 밀도 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체 중 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재, 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 전지팩을 제공한다. 본원발명에 따른 전지팩은 1) 제조의 효율성이 높고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화 되었고, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 점에서 차별성이 있다.

Description

CTP 타입의 고에너지 밀도 전지팩{CTP type high energy density battery pack}
본원발명은 CTP 타입의 고에너지 밀도 전지팩에 관한 것이다. 구체적으로 다수의 전지셀이 직렬로 연결되며, 별도의 모듈이 없이 상기 다수의 전지셀을 바로 팩으로 제조한 CTP(cell to pack) 타입 고에너지 밀도 전지팩에 관한 것이다.
통상적인 전지팩은 다수의 전지셀을 구성하여 전지모듈을 만들고, 상기 전지모듈을 다수 연결하여 전지팩을 제조한다. 전지셀을 제조하고, 별도의 제조회사 또는 별도의 조립 라인에서 전지모듈을 제작한 후 이를 다시 전지팩으로 구성한다. 전지모듈은 또한 자체의 절연과 안전성을 위해서 개별 케이스를 구비하고 있는바, 이에 따른 공간을 차지하고 무게가 증가한다. 종래의 전지모듈 또는 이를 포함하는 전지팩은 전지셀의 전기적 연결을 위해서 버스바를 사용한다. 버스바는 전지모듈 또는 전지팩 내에서 별도의 전기적 연결을 위한 공간, 절연을 위한 부속 및 공간 등이 필요하다.
고에너지 밀도의 전지팩을 제공하기 위해서는 공간을 효율적으로 사용하는 것이 최우선 과제이다. 종래기술에 따른 전지팩은 1) 전지셀, 전지모듈, 전지팩이라는 단계로 제조되는바, 단계가 복잡하고 제조의 효율성이 낮다. 2) 중간 부품 형태인 별도의 전지모듈을 사용하는바, 공간이 낭비되고 무게 또한 증가한다. 3) 전지셀을 연결하기 위한 별도의 버스바가 필요한바, 이를 위한 공간 및 버스바끼리의 절연을 위한 추가 부속 및 공간이 필요하다.
이와 같이 종래기술에 따른 전지팩은 에너지 밀도는 물론 제조에 있어서도 개선되어야 할 부분이 많다.
특허문헌 1은 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 스택, 상기 전지셀 스택을 수용하는 팩케이스, 상기 복수의 전지셀들의 전극단자를 인출하여 배치하는 ICB 하우징(Inter-connected Board Housing), 및 상기 ICB 하우징에 장착되고 상기 전극단자와 직접 접촉하는 ICB 블록(Inter-connected Board Block)을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
특허문헌 1은 전지모듈을 구성하지 않고 전지셀로부터 바로 전지팩을 구성하고 있으나, 전지셀들을 연결하기 위한 버스바가 필요하고, 상기 버스바와 센싱와이어를 장착하기 위한 별도의 ICB 하우징이 구비되어야 한다. 또한, 버스바와 전극리드를 각각 연결해야 하는 번거로움이 있다.
특허문헌 2 또한 전지모듈을 구성하지 않고 전지셀로부터 바로 전지팩을 구성하고 있다. 특허문헌 2도 버스바와 전극리드를 각각 연결해야 하며, 버스바 등의 구성을 위한 별도의 하우징이 구비되어야 한다.
특허문헌 3은 인접한 전지셀의 전극리드끼리 용접을 통해 연결되고, 이러한 전지셀을 지그재그 구조로 벤딩하여 전지셀 적층체를 형성하는 전지모듈을 개시하고 있다. 전극리드를 용접하고 전지셀을 지그재그로 벤딩하여 적층하는바, 전극리드끼리 결착을 유지하는 것이 무엇보다 중요하다. 특허문헌 3은 이러한 문제점을 인식하지 못한 것으로 보이며, 따라서 이에 대한 해결책도 제시하지 못하고 있다.
한편, 특허문헌 3은 전지모듈을 구성하고 이를 전지팩으로 제조하고 있으며, 전지모듈을 구성하는 과정에서 종래의 버스바 및 버스바 프레임을 활용하는 것으로 보인다.
특허문헌 4는 일 방향으로 적층된 전지셀들과, 상기 전지셀들의 전극리드들이 상호 포개져서 형성된 리드 중첩부를 하나 이상 구비하는 셀 적층체 및 하나 이상의 상기 리드 중첩부에 직접 연결되는 하나 이상의 센싱파트를 구비하는 전압 센싱부재를 포함하고, 각 상기 리드 중첩부와 각 상기 센싱파트는 리벳부재로 고정 결합되어 있다.
특허문헌 4는 리벳부재를 사용하여 전극리드끼리 결합할뿐만 아니라, 센싱부재도 같이 결합하고 있다. 특허문헌 4는 각각의 전지셀을 전지모듈 또는 전지팩의 일정한 케이스에 장착을 먼저 해야 하며, 이들을 지지하고 리벳부재와 같이 결합할 수 있는 지지프레임이 필요하다는 점에서 별도의 공간이 필요하다는 문제가 있다.
이와 같이 종래기술은 고에너지 밀도 전지팩에 있어서, 1) 제조의 효율성을 높이고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화하며, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 개선된 고에너지 밀도 전지팩에 대한 기술을 제시하지 못하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2021-0107313호 (2021.09.01) ('특허문헌 1') 중국 실용신안공보 제214477692호 (2021.10.22) ('특허문헌 2') 대한민국 공개특허공보 제2022-0017643호 (2022.02.14) ('특허문헌 3') 대한민국 공개특허공보 제2022-0012033호 (2022.02.03) ('특허문헌 4')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 고에너지 밀도 전지팩에 있어서, 1) 제조의 효율성을 높이고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화 하며, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 개선된 고에너지 밀도 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본원발명은 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재, 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하는 전지팩에 있어서,
상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드일 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 상기 파우치형 전지셀이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고, 상기 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이를 포함할 수 있다.
상기 파워릴레이 에세이는 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트, 릴레이, 및 퓨즈를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 4개의 측면 단부 중 상기 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS가 배치되며, 상기 BMS는 상기 센싱부재와 연결될 수 있다.
상기 센싱부재는 상기 절연커버의 내부를 따라서 배치되는 PCB 또는 FPCB, 상기 PCB 또는 FPCB가 연장되거나 PCB 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부와 각각 병렬로 연결된 연결부를 포함할 수 있다.
상기 연결부와 상기 제1전극리드, 및 상기 제2전극리드는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합될 수 있다.
상기 용접부는 절개된 제1가이드홈이 형성된 전면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고, 상기 제1가이드홈과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈이 형성된 후면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후, 상기 전면 용접지그와 상기 후면 용접지그를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고, 상기 제1가이드홈에 레이저를 조사하여 용접은 진행하여 형성될 수 있다.
본원발명은 또한 1) 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계, 2) 상기 전지셀 적층체 중 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계, 3) 상기 내부연결부재의 센싱부재와 상기 전지셀 적층체 각각의 전지셀을 연결하는 단계, 4) 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법에 있어서,
상기 단계 1)은 제1전지셀과 제2전지셀을 수평 방향으로 배열하고, 상기 제1전지셀로부터 돌출되는 제1전극리드와 상기 제2전지셀로부터 돌출되는 제2전극리드를 중첩시키는 단계, 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 제1중첩부를 용접하는 단계, 상기 제1중첩부를 기준으로 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드를 벤딩하여 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 수직 배열하는 단계, 및 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀이 접착부재에 의해 서로 결합되는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법을 제공한다.
상기 전지팩의 제조방법에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결될 수 있다.
상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에, 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이를 상기 팩프레임에 수납하는 단계가 부가될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명은 다수의 파우치형 전지셀을 지그재그로 직렬로 연결한 전지셀 적층체를 미리 제조하고 이를 전지팩의 팩프레임 내부에 배치하고, 내부연결부재를 결합한 후 센싱부재와 상기 전지셀 적층체의 말단 양극 및 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결한후 팩프레임을 조립하면 전지팩의 조립이 완료된다. 이와 같이 본원발명에 따른 전지팩은 전지셀에서 전지팩으로 바로 조립하며, 또한 조립하는 단계 또한 간단한바 제조의 효율성이 높다.
본원발명에 따른 전지팩은 별도의 버스바가 없는바, 버스바를 위한 버스바 프레임이 필요 없고, 전지셀 적층체내 각각의 전지셀에 대한 센싱 단자만을 연결하기 위한 센싱부재만이 필요하다. 센싱부재 또한 내부연결부재 내부에 배치되는 하나의 PCB 또는 FPCB를 사용하여 연결하는 과정이 단순할 뿐만 아니라 상기 PCB 또는 FPBC에서 근접하여 연결이 가능하다. 본원발명은 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트 또한 팩프레임 내부에 모두 포함되어 있는바, 부품의 종류 및 갯수가 적어 차지하는 공간이 적을 뿐만 아니라 공간 자체를 효율적으로 사용하고 있는바, 종래의 전지팩에 대비하여 자치하는 공간 대비 에너지 저장량이 매우 높다.
도 1은 본원발명에 따른 전지팩의 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 전지팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본원발명에 따른 전지팩에서 상부플레이트를 제거한 전지팩의 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 전지팩의 상면도이다.
도 5는 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체의 사시도이다.
도 6은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체가 일부 조립된 형태의 사시도이다.
도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이다.
도 8은 용접부를 형성하기 위해서 지그가 결합된 상태의 모식도이다.
도 9는 용접부를 형성하기 위해서 사용되는 지그에 대한 사시도이다.
도 10은 2개의 파우치형 전지셀이 결합된 상태를 나타내는 상면도이다.
도 11은 다수의 파우치형 전지셀이 지그재그로 결합된 상태를 나타내는 상면도이다.
도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이다.
도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이다.
도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이다.
도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 본원발명의 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.
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.
구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
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 1은 본원발명에 따른 전지팩의 사시도이며, 도 2는 본원발명에 따른 전지팩의 분해 사시도이고, 도 3은 본원발명에 따른 전지팩에서 상부플레이트를 제거한 전지팩의 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 전지팩의 상면도이고, 도 5는 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체의 사시도이며, 도 6은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체가 일부 조립된 형태의 사시도이고, 도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이며, 도 8은 용접부를 형성하기 위해서 지그가 결합된 상태의 모식도이고, 도 9는 용접부를 형성하기 위해서 사용되는 지그에 대한 사시도이며, 도 10은 2개의 파우치형 전지셀이 결합된 상태를 나타내는 상면도이고, 도 11은 다수의 파우치형 전지셀이 지그재그로 결합된 상태를 나타내는 상면도이며, 도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이고, 도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이며, 도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이고, 도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이며, 도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
도 1 내지 도 16를 참조하면, 본원발명에 따른 전지팩(100)은 양측에 전극리드(24)가 돌출된 파우치형 전지셀(22) 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체(20), 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재, 전지셀 적층체(20) 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하고, 전지셀 적층체(20)는 서로 이웃하는 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)에서 각각 돌출된 제1전극리드(24A) 및 제2전극리드(24B)가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부(28)를 형성하고, 상기 전지셀 적층체(20)는 이를 구성하는 전체 전지셀(22)이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드(24)를 외부와 차단하는 절연커버(42A, 42B) 및 상기 용접부(28)와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함한다.
도면 부호가 부기되지 않은 내부연결부재는 상기 전극리드(24)를 외부와 차단하는 절연커버(42A, 42B) 및 상기 용접부(28)와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 구성이다.
도면 부호가 부기되지 않은 센싱부재는 상기 절연커버(42A, 42B)의 내부를 따라서 배치되는 PCB(46) 또는 FPCB, 상기 PCB(46) 또는 FPCB가 연장되거나 PCB(46) 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부(28)와 각각 병렬로 연결된 연결부(48)를 포함하는 구성이다.
도면 부호가 부기되지 않은 팩프레임은 측면 고정부(62), 상부플레이트(66), 하부플레이트(64)를 포함하는 구성이다.
용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이에는 여유 공간이 형성되어 있다.
제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B) 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드이다. 용접부(28)가 형성되는 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 중첩부(26A)는 전지셀 적층체(20)와 직접 마주보고 있다. 전지셀 적층체(20)와 하부플레이트(64) 사이에는 열전도성 수지층(도면 미도시)이 부가되어 전지셀 적층체(20)를 하부플레이트(64)에 고정하면서도 열을 전달할 수 있다.
도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이다. 도 7을 참고하면, 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수평 방향으로 배열하고, 제1전지셀(22A)로부터 돌출되는 제1전극리드(24A)와 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제2전극리드(24B)를 중첩시키는 단계, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 제1중첩부(26A)를 용접하는 단계, 제1중첩부(26A)를 기준으로 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하여 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수직 배열하는 단계, 및 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)이 접착부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 포함할 수 있다.
그 다음 단계는 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)을 수평 방향으로 배열하고, 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제3전극리드(24C)와 제3전지셀(22C)로부터 돌출되는 제4전극리드(24D)를 중첩시키는 단계, 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)의 제2중첩부(26B)를 용접하는 단계, 및 제2중첩부(26B)를 기준으로 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)를 벤딩하여 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)을 수직 배열하는 단계, 및 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)이 접착 부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 더 포함하고, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하는 방향과 제2중첩부(26B)를 기준으로 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)를 벤딩하는 방향은, 서로 지그재그 구조를 형성한다. 이후 동일한 과정에 의해서 전지셀의 적층이 계속된다.
제2전극리드(24B)와 제3전극리드(24C)는 서로 다른 극성을 가지고, 제2전극리드(24B)와 제3전극리드(24C)는 제2전지셀(22B)의 길이 방향을 기준으로 서로 다른 단부에 위치한다.
전지셀 적층체(20)는 파우치형 전지셀(22)이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고, 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이(80)를 포함한다. 파워릴레이 에세이(80)는 전체가 직렬로 연결된 전지셀 적층체(20)의 말단 양극(82)과 말단 음극(82)이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트(84), 릴레이(도면 번호 미도시), 퓨즈(도면 미도시)를 포함한다.
현재 도면에 나타낸 실시예는 전지셀 적층체(220)는 팩프레임 내부에 2개가 배치되고 이들 사이는 직렬로 연결된 것이다. 팩프레임은 측면 고정부(62), 상부플레이트(66), 하부플레이트(64)를 포함하며, 상부플레이트(66)는 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트(84)를 위해서 파워릴레이(80)가 배치된 부분은 개방된 개방부(67)를 포함한다.
전지셀 적층체(20)의 4개의 측면 단부 중 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS(30)가 배치된다. 도면에서는 2개의 단부 중 하나에만 BMS가 배치되는 것으로 나타나 있다. BMS(30)는 센싱부재와 연결되어 있다.
연결부(48)와 제1전극리드(24A), 및 제2전극리드(24B)는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합된다. 도면에서는 클램핑 결합(49)을 나타내고 있다(도 15, 16 참조). 전지셀 적층체(20)의 파우치형 전지셀(22)이 적층되는 형태가 반복되므로, 연결부의 구성도 반복된다.
도 8 내지 11은 파우치형 전지셀을 지그재그로 연결하기 위한 구성을 설명한 것이다. 용접부(28)는 절개된 제1가이드홈(54, 54A)이 형성된 전면 용접지그(52)를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고, 제1가이드홈(54, 54A)과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈(58)이 형성된 후면 용접지그(56)를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후, 전면 용접지그(52)와 후면 용접지그(56)를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고, 제1가이드홈(54)에 레이저를 조사하여 용접을 진행한다. 제1가이드홈(54A)는 단순히 구멍을 형성하고 있으며, 이는 클램핑 결합(49)을 위한 것이다. 전면 용접지그(52)와 후면 용접지그(56)는 구리 및 알루미늄보다 녹는점이 높은 재질로 이루어진다.
본원발명에 따른 전지팩(100)의 제조방법은 1) 양측에 전극리드(24)가 돌출된 파우치형 전지셀(22) 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체(20)를 형성하는 단계, 2) 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계, 3) 내부연결부재의 센싱부재와 전지셀 적층체(20) 각각의 전지셀(22)을 연결하는 단계, 4) 전지셀 적층체(20) 및 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계를 포함한다.
상기 단계 1)은 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수평 방향으로 배열하고, 제1전지셀(22A)로부터 돌출되는 제1전극리드(24A)와 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제2전극리드(24B)를 중첩시키는 단계, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 제1중첩부(26A)를 용접하는 단계, 제1중첩부(26A)를 기준으로 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하여 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수직 배열하는 단계, 및 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)이 접착부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 포함한다. 이후 파우치형 전지셀(22)을 동일한 방법으로 계속 적층하고 전지셀 적층체(20)는 이를 구성하는 전체 전지셀(22)이 직렬로 지그재그 형태로 연결된다.
상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에, 전지셀 적층체(20)의 말단 양극(82)과 말단 음극(82)을 파워릴레이 에세이(80) 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이(80)를 팩프레임에 수납하는 단계가 부가된다.
도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이고, 도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이며, 도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이고, 도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이며, 도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
전지셀 적층체(20)가 조립된 후 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 2개로 나뉘어진 절연커버(42A, 42B)를 결합한다. 이 때 절연커버(42A, 42B)의 일부가 용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이의 여유 공간(도 11 참조)으로 삽입되어 전극리드(24)를 지지하게 된다. PCB(46)는 절연커버(42A, 42B)가 결합하기 전 또는 결합한 후 PCB홈(43B)를 통해서 절연커버(42B)의 내부에 위치한다. PCB(46)에 연결된 연결부(48) 또한 용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이의 여유 공간으로 위치한다면 PCB(46)는 절연커버(42A, 42B)가 결합하기 전 PCB홈(43B)를 통해서 절연커버(42B)의 내부에 위치해야 한다.
절연커버(42B)는 용접부(28)에 해당하는 위치마다 접근할 수 있도록 작업홈(43A)를 구비하고 있다. 작업홈(43A)를 통해서 전극리드(42)와 연결부(48)을 클램핑 결합(49)할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전지팩
20: 전지셀 적층체
22: 파우치형 전지셀
22A: 제1전지셀
22B: 제2전지셀
22C: 제3전지셀
24: 전극리드
24A: 제1전극리드
24B: 제2전극리드
24C: 제3전극리드
24D: 제4전극리드
26A: 제1중첩부
26B: 제2중첩부
28: 용접부
30: BMS
42A, 42B: 절연커버
43A: 작업홈
43B: PCB홈
46: PCB
48: 연결부
49: 클램핑 결합
52: 전면 용접지그
54, 54A: 제1가이드홈
56: 후면 용접지그
58: 제2가이드홈
62: 측면 고정부
64: 하부플레이트
66: 상부플레이트
67: 개방부
80: 파워릴레이 에세이
82: 말단 전극
84: 연결포트

Claims (11)

  1. 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재;
    상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임;
    을 포함하는 전지팩에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고,
    상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며,
    상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재;를 포함하는 전지팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드인 전지팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 상기 파우치형 전지셀이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고,
    상기 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이를 포함하는 전지팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파워릴레이 에세이는 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트, 릴레이, 및 퓨즈를 포함하는 전지팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체의 4개의 측면 단부 중 상기 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS가 배치되며,
    상기 BMS는 상기 센싱부재와 연결된 전지팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부재는,
    상기 절연커버의 내부를 따라서 배치되는 PCB 또는 FPCB;
    상기 PCB 또는 FPCB가 연장되거나 PCB 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부와 각각 병렬로 연결된 연결부;
    를 포함하는 전지팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부와 상기 제1전극리드, 및 상기 제2전극리드는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합되는 전지팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는,
    절개된 제1가이드홈이 형성된 전면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고,
    상기 제1가이드홈과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈이 형성된 후면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후,
    상기 전면 용접지그와 상기 후면 용접지그를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고,
    상기 제1가이드홈에 레이저를 조사하여 용접을 진행하여 형성되는 전지팩.
  9. 1) 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계;
    2) 상기 전지셀 적층체 중 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계;
    3) 상기 내부연결부재의 센싱부재와 상기 전지셀 적층체 각각의 전지셀을 연결하는 단계;
    4) 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계;
    를 포함하는 전지팩의 제조방법에 있어서,
    상기 단계 1)은,
    제1전지셀과 제2전지셀을 수평 방향으로 배열하고, 상기 제1전지셀로부터 돌출되는 제1전극리드와 상기 제2전지셀로부터 돌출되는 제2전극리드를 중첩시키는 단계,
    상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 제1중첩부를 용접하는 단계,
    상기 제1중첩부를 기준으로 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드를 벤딩하여 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 수직 배열하는 단계, 및
    상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀이 접착부재에 의해 서로 결합되는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되는 전지팩의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에,
    상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이를 상기 팩프레임에 수납하는 단계;
    가 부가되는 전지팩의 제조방법.
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