KR20240082988A - Battery pack and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 상기 복수의 배터리 셀들을 수용할 수 있는 내부 공간을 포함하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스 상에 제공된 배선 구조물을 포함하고, 상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들; 상기 제 2 방향으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들과 함께 상기 팩 케이스의 내부 공간을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들; 및 상기 한 쌍의 제 1 외벽들 사이에서 상기 제 1 외벽들과 평행하게 연장되는 종방향 빔을 포함하고, 상기 배선 구조물은 배선 기판 및 상기 배선 기판 상에서 상기 제 1 방향으로 연장되는 복수의 버스바들을 포함하고, 상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩이 제공된다.A plurality of battery cells stacked in the first direction in a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction that are perpendicular to each other; a pack case including an internal space capable of accommodating the plurality of battery cells; and a wiring structure provided on the pack case, wherein each of at least two neighboring battery cells among the battery cells includes an electrode assembly, a cover surrounding the electrode assembly, and protruding from one side of the cover in the second direction. and a cell lead, wherein the cell lead includes a first part relatively close to the cover and a second part relatively spaced further away from the cover, and the pack case is a pair extending in the first direction. first exterior walls of; a pair of second outer walls extending in the second direction and defining an internal space of the pack case together with the pair of first outer walls; and a longitudinal beam extending parallel to the first outer walls between the pair of first outer walls, wherein the wiring structure includes a wiring board and a plurality of bus bars extending in the first direction on the wiring board. A battery pack is provided, wherein each of the bus bars is configured to electrically connect the neighboring second parts to each other by extending in the first direction.
Description
본 발명은 배터리 팩 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 배터리 팩 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a battery pack and a method of manufacturing the same that can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, have excellent productivity, and have low risk of product failure.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.As technology development and demand for various mobile devices, electric vehicles, energy storage systems (ESS), etc. increase significantly, interest in and demand for secondary batteries as an energy source are rapidly increasing. Conventionally, nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries were widely used as secondary batteries, but recently, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, allowing for free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density. Batteries are widely used.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.These lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(battery management system)를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다.Recently, battery packs have been widely used for driving or energy storage in medium to large-sized devices such as electric vehicles or energy storage systems. A conventional battery pack includes one or more battery modules inside the pack case and a control unit that controls charging and discharging of the battery pack, such as a battery management system (BMS). Here, the battery module is configured to include a plurality of battery cells inside a module case. That is, in the case of a conventional battery pack, a plurality of battery cells (secondary batteries) are stored inside a module case to form each battery module, and one or more of these battery modules are stored inside the pack case to form a battery pack.
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 등의 취약점이 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다. 대표적인 예로서, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 파우치형 배터리 셀을 먼저 모듈 케이스 내부에 수납하여 배터리 모듈을 구성한 후, 이러한 배터리 모듈을 하나 이상 팩 케이스의 내부에 수납하는 형태로 구성된다.In particular, pouch-type batteries have advantages in many aspects, such as being light in weight and requiring less dead space when stacked, but have weaknesses such as being vulnerable to external shocks and having somewhat poor assembly properties. . Therefore, it is common for battery packs to be manufactured by first modularizing a number of cells and then storing them inside a pack case. As a representative example, in the case of a conventional battery pack, a plurality of pouch-type battery cells are first stored inside a module case to form a battery module, and then one or more of these battery modules are stored inside the pack case.
하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 배터리 셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는 데 한계가 생길 수 있다.However, such conventional battery packs may be disadvantageous in terms of energy density. Typically, in the process of modularizing a large number of battery cells by storing them inside a module case, the volume of the battery pack may increase unnecessarily or the space occupied by the battery cells may decrease due to various components such as the module case or stacking frame. Furthermore, the space occupied by the components themselves, such as the module case or the stacking frame, as well as the storage space of the battery cells may be reduced to ensure assembly tolerances for these components. Therefore, in the case of conventional battery packs, there may be limitations in increasing energy density.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 조립성 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 배터리 셀을 모듈화시켜 배터리 모듈을 구성한 후, 배터리 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 상기 선행문헌에 개시된 바와 같이, 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.Additionally, conventional battery packs may be disadvantageous in terms of assembly. In particular, in order to manufacture a battery pack, first, a plurality of battery cells are modularized to form a battery module, and then the battery module is stored in a pack case. Therefore, there is a problem in that the battery pack manufacturing process becomes complicated. Moreover, as disclosed in the prior literature, the process and structure of forming a cell stack using stacking frames, bolts, plates, etc. can be very complicated.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 배터리 팩을 제공하는 것이다.The first technical task to be achieved by the present invention is to provide a battery pack that can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, has excellent productivity, and has low risk of product failure.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 배터리 팩의 제조 방법을 제공하는 것이다.The first technical task to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing a battery pack that can be manufactured inexpensively with a simple number of parts, has excellent productivity, and has low risk of product failure.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 상기 복수의 배터리 셀들을 수용할 수 있는 내부 공간을 포함하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스 상에 제공된 배선 구조물을 포함하고, 상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들; 상기 제 2 방향으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들과 함께 상기 팩 케이스의 내부 공간을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들; 및 상기 한 쌍의 제 1 외벽들 사이에서 상기 제 1 외벽들과 평행하게 연장되는 종방향 빔(longitudinal beam)을 포함하고, 상기 배선 구조물은 배선 기판 및 상기 배선 기판 상에서 상기 제 1 방향으로 연장되는 복수의 버스바들을 포함하고, 상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩을 제공한다.In order to achieve the first technical problem, the present invention includes a plurality of battery cells stacked in the first direction in a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction that are perpendicular to each other; a pack case including an internal space capable of accommodating the plurality of battery cells; and a wiring structure provided on the pack case, wherein each of at least two neighboring battery cells among the battery cells includes an electrode assembly, a cover surrounding the electrode assembly, and protruding from one side of the cover in the second direction. and a cell lead, wherein the cell lead includes a first part relatively close to the cover and a second part relatively spaced further away from the cover, and the pack case is a pair extending in the first direction. first exterior walls of; a pair of second outer walls extending in the second direction and defining an internal space of the pack case together with the pair of first outer walls; and a longitudinal beam extending parallel to the first outer walls between the pair of first outer walls, wherein the wiring structure extends in the first direction on the wiring board and the wiring board. It provides a battery pack comprising a plurality of bus bars, each of the bus bars being configured to electrically connect the neighboring second parts to each other by extending in the first direction.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배선 구조물은 상기 종방향 빔의 상부면 위에 제공될 수 있다.In some embodiments, the wiring structure may be provided on an upper surface of the longitudinal beam.
일부 실시예들에 있어서, 상기 셀 리드는 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크도록 구성되고, 상기 셀 리드의 상기 제 2 부분은 상기 버스바와 상기 제 3 방향으로 결합되어 있을 수 있다.In some embodiments, the cell lead is configured such that a maximum dimension of the second portion in the first direction is greater than a maximum dimension of the first portion, and the second portion of the cell lead is connected to the bus. It may be coupled to the bar in the third direction.
일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 제 2 부분과 전기적으로 연결될 수 있다.In some embodiments, the bus bar may be electrically connected to the second part by welding in the third direction.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배선 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 포함하고, 상기 버스바는 후크 구조 또는 열융착에 의하여 상기 PCB에 고정될 수 있다.In some embodiments, the wiring board includes a printed circuit board (PCB), and the bus bar may be fixed to the PCB by a hook structure or heat fusion.
일부 실시예들에 있어서, 상기 PCB는 상기 PCB의 표면을 따라 연장되는 도전 라인을 포함하고, 상기 도전 라인은 복수의 버스바들과 전기적으로 연결될 수 있다.In some embodiments, the PCB includes a conductive line extending along a surface of the PCB, and the conductive line may be electrically connected to a plurality of bus bars.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀은 상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드를 포함하고, 상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드의 제 2 부분은 상기 종방향 빔의 상부까지 연장될 수 있다.In some embodiments, the battery cell includes a cell lead that protrudes toward the longitudinal beam, and a second portion of the cell lead that protrudes toward the longitudinal beam may extend to the top of the longitudinal beam. there is.
일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드의 상기 제 2 부분은 상기 제 3 방향에 있어서 상기 버스바와 중첩되도록 배치될 수 있다.In some embodiments, the second portion of the cell lead protruding toward the longitudinal beam may be arranged to overlap the bus bar in the third direction.
일부 실시예들에 있어서, 상기 한 쌍의 제 1 외벽들의 각각은 상기 제 1 방향으로 연장되는 외벽 본체; 및 이웃하는 배터리 셀들을 향하여 상기 외벽 본체로부터 돌출된 메사(mesa)부를 포함하고, 상기 메사부의 상부에 추가적인 배선 구조물을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, each of the pair of first outer walls includes an outer wall body extending in the first direction; and a mesa portion protruding from the outer wall body toward neighboring battery cells, and may further include an additional wiring structure on top of the mesa portion.
일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부의 상부 표면은 상기 외벽 본체의 상부 표면보다 낮고, 상기 종방향 빔의 상부 표면과 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.In some embodiments, the upper surface of the mesa portion is lower than the upper surface of the outer wall body and may have substantially the same height as the upper surface of the longitudinal beam.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 복수의 배터리 셀들을 직접 팩 케이스의 수납 공간 내에 배치하는 단계; 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드들을 버스바(bus bar)를 이용하여 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법을 제공한다. 이때, 상기 팩 케이스는 상기 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들; 상기 제 2 방향으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들과 함께 상기 팩 케이스의 상기 내부 공간을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들; 및 상기 한 쌍의 제 1 외벽들 사이에서 상기 제 1 외벽들과 평행하게 연장되는 종방향 빔(longitudinal beam)을 포함하고, 상기 셀 리드들을 버스바를 이용하여 전기적으로 연결하는 단계는 상기 셀 리드들의 각각을 상기 버스바와 상기 제 3 방향으로 용접하여 연결하는 단계를 포함하고, 상기 종방향 빔의 상부에는 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 배선 구조물이 제공될 수 있다.In order to achieve the second technical problem, the present invention includes the steps of arranging a plurality of battery cells directly in the storage space of the pack case in a vertical coordinate system defined by a first, second, and third direction that are perpendicular to each other; and electrically connecting cell leads protruding in the second direction of at least two neighboring battery cells among the plurality of battery cells using a bus bar. . At this time, the pack case includes a pair of first outer walls extending in the first direction; a pair of second outer walls extending in the second direction and defining the interior space of the pack case together with the pair of first outer walls; and a longitudinal beam extending parallel to the first outer walls between the pair of first outer walls, wherein the step of electrically connecting the cell leads using a bus bar includes: and connecting each of the bus bars to the bus bar in the third direction by welding, and a wiring structure electrically connected to the plurality of battery cells may be provided on an upper part of the longitudinal beam.
일부 실시예들에 있어서, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크고, 상기 제 2 부분은 상기 제 3 방향에 수직인 평면으로 구성될 수 있다.In some embodiments, the cell lid includes a first portion relatively close to the cover and a second portion relatively spaced further from the cover, and a maximum dimension of the second portion in the first direction. is greater than the maximum dimension of the first part, and the second part may be configured as a plane perpendicular to the third direction.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배선 구조물은 상기 종방향 빔의 상면을 따라 상기 제 1 방향으로 연장되는 배선 기판; 및 상기 배선 기판 상에 결합된 상기 버스바를 포함할 수 있다.In some embodiments, the wiring structure includes: a wiring board extending in the first direction along a top surface of the longitudinal beam; And it may include the bus bar coupled on the wiring board.
일부 실시예들에 있어서, 상기 한 쌍의 제 1 외벽들의 각각은 상기 제 1 방향으로 연장되는 외벽 본체; 및 이웃하는 배터리 셀들을 향하여 상기 외벽 본체로부터 돌출된 메사(mesa)부를 포함하고, 상기 메사부의 상부에는 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 추가적인 배선 구조물이 제공될 수 있다.In some embodiments, each of the pair of first outer walls includes an outer wall body extending in the first direction; and a mesa portion protruding from the outer wall body toward neighboring battery cells, and an additional wiring structure electrically connected to the plurality of battery cells may be provided on an upper portion of the mesa portion.
일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들을 직접 팩 케이스의 수납 공간 내에 배치하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들을 접착 수지로 상기 하부 케이스에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.In some embodiments, the step of directly arranging the plurality of battery cells in the storage space of the pack case may include attaching the plurality of battery cells to the lower case with an adhesive resin.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩 및 그의 제조 방법은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 효과가 있다.The battery pack and its manufacturing method according to embodiments of the present invention can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, has excellent productivity, and has the effect of reducing the risk of product failure.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.The effects that can be obtained from the exemplary embodiments of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned are known to those skilled in the art to which the exemplary embodiments of the present disclosure belong from the following description. It can be clearly derived and understood by those who have it. That is, unintended effects resulting from implementing exemplary embodiments of the present disclosure may also be derived by those skilled in the art from the exemplary embodiments of the present disclosure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 요부를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스의 하부 케이스의 요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩을 III-III' 선을 따라 절개한 단면의 요부를 나타낸 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 요부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 도시한 부분 확대도이다.
도 6은 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 x 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 7은 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 y 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 8은 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 z 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 9는 버스바에 의하여 전기적으로 연결된 이웃하는 한 쌍의 배터리 셀들을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 제 2 부분들 및 버스바를 X-X' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도들이다.
도 12는 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 나타낸 사시도들이다.1 is an exploded perspective view showing main parts of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing the main portion of the lower case of the pack case according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the main portion of the battery pack of FIG. 1 cut along line III-III'.
Figure 4 is a perspective view showing main parts of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a partial enlarged view showing a portion of the battery cell centered on the cell lead portion of the battery cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed in the x-direction centered on the cell lead portion of the battery cell.
Figure 7 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed from the y direction, centered on the cell lead portion of the battery cell.
Figure 8 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed in the z-direction centered on the cell lead portion of the battery cell.
Figure 9 is a perspective view showing a pair of neighboring battery cells electrically connected by a bus bar.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the second portions and the bus bar of FIG. 9 cut along line XX'.
11A to 11C are plan views showing the connection relationship of battery cells according to embodiments of the present invention.
Figure 12 is a plan view showing the connection relationship of battery cells according to additional embodiments of the present invention.
Figure 13 is a plan view showing the connection relationship of battery cells according to additional embodiments of the present invention.
Figure 14 is a flowchart showing a method of manufacturing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
Figures 15a and 15b are perspective views showing a method of manufacturing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention concept may be modified into various other forms, and the scope of the present invention concept should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. It is preferable that the embodiments of the present invention be interpreted as being provided in order to more completely explain the present invention to a person with average knowledge in the art. Identical symbols refer to identical elements throughout. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the inventive concept is not limited by the relative sizes or spacing depicted in the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and conversely, a second component may be named a first component without departing from the scope of the inventive concept.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the inventive concept. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, expressions such as “comprises” or “has” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not preclude the presence or addition of numbers, operations, components, parts, or combinations thereof.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical terms and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which the concept of the present invention pertains. Additionally, commonly used terms, as defined in dictionaries, should be interpreted to have meanings consistent with what they mean in the context of the relevant technology, and should not be used in an overly formal sense unless explicitly defined herein. It will be understood that this is not to be interpreted.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.If an embodiment can be implemented differently, a specific process sequence may be performed differently from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially at the same time, or may be performed in an order opposite to the order in which they are described.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다. In the accompanying drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape that occur during the manufacturing process. As used herein, any term “and/or” includes each and every combination of one or more of the mentioned elements. Additionally, the term “substrate” used in this specification may refer to the substrate itself or a laminated structure including the substrate and a predetermined layer or film formed on the surface. Additionally, in this specification, the term “surface of the substrate” may mean the exposed surface of the substrate itself, or the outer surface of a predetermined layer or film formed on the substrate.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 요부를 나타낸 분리 사시도이다. 도 1에서는 상기 배터리 팩(10)이 서로 수직하면서 x축을 따르는 제 1 방향, y축을 따르는 제 2 방향, 및 z축을 따르는 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서 정의되는 것으로 도시되었지만, 상기 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향은 서로 상대적으로 수직이면 되고 특별히 한정되지 않는다.Figure 1 is an exploded perspective view showing main parts of the
도 1을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 적층된 복수의 배터리 셀들(100) 및 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 수납하는 팩 케이스(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
상기 팩 케이스(300)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 수납할 수 있는 내부 공간(330)을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 팩 케이스(300)는 상기 내부 공간(330)을 정의하는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다. The
도 1에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 상기 팩 케이스(300)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 외부의 전기 부하와 전기적으로 연결하는 도선이 배설되어 있을 수 있다.Although not explicitly shown in FIG. 1 , the
일부 실시예들에 있어서, 상기 하부 케이스(320)는 상단이 개방된 박스 형태를 포함할 수 있으며 상기 내부 공간(330)에 다수의 배터리 셀을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(310)는 하부 케이스(320)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(310)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다. In some embodiments, the
상기 팩 케이스(300)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 포함할 수 있다. 그 밖에도, 상기 팩 케이스(300)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 다양한 외장재 재질을 채용할 수 있다.The
상기 배터리 팩(10)은 배터리 관리 시스템을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)은, 팩 케이스(300)의 내부 공간에 장착되며, 배터리 셀(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 배터리 관리 시스템은, 팩 전압 및 팩 전류를 통해 배터리 셀(100)의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태 등을 제어하도록 구성될 수 있다.The
상기 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 차단 유닛(battery disconnect unit, BDU)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛은, 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛 역시 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
이 밖에도, 상기 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(manual service disconnector)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스(300)의 하부 케이스(320)의 요부를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 배터리 팩(10)을 III-III' 선을 따라 절개한 단면의 요부를 나타낸 측단면도이다.Figure 2 is a perspective view showing the main portion of the
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 하부 케이스(320)는 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들(321)을 포함한다. 또, 상기 하부 케이스(320)는, 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들(321)과 함께 상기 팩 케이스(300)의 내부 공간(330)을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들(322)을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 외벽들(321)과 상기 제 2 외벽들(322)은 일체로 이루어질 수 있다.1 to 3, the
상기 하부 케이스(320)는 상기 한 쌍의 제 1 외벽들(321) 사이에서 상기 제 1 외벽들(321)과 평행하게 연장되는 종방향 빔(longitudinal beam)(323)을 더 포함한다. 상기 종방향 빔(323)은 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되어 상기 한 쌍의 제 2 외벽들(322)과 만날 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)은 상기 제 2 외벽들(322)과 일체로 이루어질 수 있다.The
일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)은 메사(mesa) 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)의 상부 표면은 상기 제 2 외벽들(322)의 상부 표면보다 낮을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)의 측벽은 자신의 상부 표면에 대하여 하방으로 비스듬하게 연장될 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)의 측벽은 자신의 상부 표면에 대하여 수직으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 종방향 빔(323)의 측벽은 이웃하는 배터리 셀(100)의 엣지 모양에 대응되도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the
상기 종방향 빔(323)은 상기 제 1 외벽들(321) 중 이웃하는 제 1 외벽(321)과 함께 배터리 셀들(100)이 수용될 수 있는 내부 공간(330)을 정의할 수 있다.The
일부 실시예들에 있어서, 상기 하부 케이스(320)는 둘 이상의 종방향 빔들(323)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 팩 케이스(300)는 둘 이상의 종방향 빔들(323)을 포함할 수 있다. 상기 하부 케이스(320)가 둘 이상의 종방향 빔들(323)을 포함하는 경우, 이웃하는 두 종방향 빔들(323)은 배터리 셀들(100)이 수용될 수 있는 추가적인 내부 공간을 정의할 수 있다.In some embodiments, the
상기 한 쌍의 제 1 외벽들(321)의 각각은 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 외벽 본체(3211) 및 상기 외벽 본체(3211)로부터 상기 외벽 본체(3211)에 이웃하는 배터리 셀들(100)을 향하여 돌출된 메사(mesa)부(3212)를 포함할 수 있다.Each of the pair of first
상기 메사부(3212)는 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되어 상기 한 쌍의 제 2 외벽들(322)과 만날 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)는 상기 외벽 본체(3211) 및/또는 상기 제 2 외벽들(322)과 일체로 이루어질 수 있다.The
상기 메사부(3212)의 상부 표면은 상기 제 2 외벽들(322)의 상부 표면보다 낮을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)의 상부 표면은 상기 종방향 빔(323)의 상부 표면과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)의 상부 표면의 폭은 상기 종방향 빔(323)의 상부 표면의 폭보다 좁을 수 있다.The upper surface of the
일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)의 측벽은 자신의 상부 표면에 대하여 하방으로 비스듬하게 연장될 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)의 측벽은 자신의 상부 표면에 대하여 수직으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 메사부(3212)의 측벽은 이웃하는 배터리 셀(100)의 엣지 모양에 대응되도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the sidewall of the
상기 종방향 빔(323)의 상부 표면 위에는 배선 구조물(350)이 제공될 수 있다. 상기 배선 구조물(350)은 상기 배터리 셀들(100)을 전기적으로 연결하는 임의의 구조물일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 배선 구조물(350)은 상기 종방향 빔(323)을 따라 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 배선 기판(352)을 포함할 수 있다. 상기 배선 기판(352)은 절연층 및 상기 절연층 위에 형성된 임의의 도전 라인들을 포함할 수 있다.A
일부 실시예들에 있어서, 상기 배선 구조물(350)은 상기 배선 기판(352) 상에 버스바들(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 버스바(200)는 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 이웃하는 두 배터리 셀들(100)을 전기적으로 연결하는 임의의 도전체일 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.In some embodiments, the
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드들(110) 중 상기 종방향 빔(323)을 향하여 돌출된 셀 리드(110)는 상기 종방향 빔(323)의 상부까지 연장될 수 있다. 구체적으로, 상기 종방향 빔(323)을 향하여 돌출된 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)은 상기 종방향 빔(323)의 상부까지 연장될 수 있다. 나아가, 상기 종방향 빔(323)을 향하여 돌출된 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)은 상기 종방향 빔(323)의 상부에서 상기 버스바(200)와 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 결합될 수 있다.In some embodiments, among the cell leads 110 of the
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 외벽들(321)의 메사부(3212)의 상부 표면 상에도 추가적인 배선 구조물(350)이 제공될 수 있다. 상기 메사부(3212) 상의 배선 구조물(350)도 배선 기판(352) 및 버스바들(200)을 포함할 수 있다.In some embodiments, an
상기 하부 케이스(320)는 바닥부(326)를 더 포함한다. 상기 바닥부(326)는 상기 한 쌍의 제 1 외벽들(321), 상기 한 쌍의 제 2 외벽들(322), 및 상기 종방향 빔(323)의 하부에 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 바닥부(326)는 상기 한 쌍의 제 1 외벽들(321), 상기 한 쌍의 제 2 외벽들(322), 및 상기 종방향 빔(323) 중의 하나 이상과 일체로 구성될 수 있다.The
상기 배터리 셀들(100)은 접착 수지(328)에 의하여 상기 하부 케이스(320)와 결합될 수 있다. 상기 접착 수지(328)로는 열전도성을 가지면서 접착성을 갖는 임의의 물질이 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 접착 수지(328)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The
상기 접착 수지(328)의 두께는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm일 수 있다. 상기 접착 수지(328)의 두께가 너무 얇으면 충분한 방열 효과와 고정력을 기대하기 어렵다. 상기 접착 수지(328)의 두께가 너무 두꺼우면 증가하는 비용에 대비하여 효과가 포화되기 때문에 경제적으로 불리하다.The thickness of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 요부를 도시한 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing main parts of the
도 4를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은 전극 조립체(101), 상기 전극 조립체(101)를 둘러싸는 커버(105), 및 상기 커버(105)의 일측으로부터 상기 제 2 방향(예를 들면, y 방향)으로 돌출된 셀 리드(110)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 배터리 셀일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 각형 배터리 셀일 수도 있다.In some embodiments, the
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치 셀의 구조로 이루어질 수 있다. 상기 파우치 셀은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되어 상기 전극 조립체(101)를 구성하고 적어도 일측으로 전극탭이 인출되어 상기 셀 리드(110)와 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 상기 양극 및 음극은 집전체의 적어도 한면에 전극 활물질, 바인더 수지, 도전제 및 기타 첨가제 등의 슬러리를 도포함으로써 제조될 수 있다. 상기 전극 활물질은, 양극의 경우, 리튬 함유 전이금속 산화물과 같은 통상의 양극 활물질이 사용될 수 있고, 음극의 경우에는 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물 또는 이들의 혼합물과 같은 통상의 음극 활물질이 사용될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터로는 리튬 이차전지에 사용되는 통상의 다공성 고분자 필름이 채용 가능하다.In some embodiments, the
상기 전극 조립체(101)와 함께 상기 커버(105) 내에 수용되는 전해액으로는 통상의 리튬 이차전지용 전해액이 채용될 수 있다. 상기 커버(105)는 시트 소재로 형성되는 것으로서, 전극 조립체(101)를 수용하기 위한 수납부를 구비한다. 바람직하게, 커버(105)는 시트 소재가 소정 형상으로 가공되어 형성된 제1 케이스와 제2 케이스가 결합되어 형성된다. 커버(105)를 이루는 시트 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(polyolefin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다.The electrolyte solution contained in the
상기 커버(105)를 이루는 시트 소재는 필요에 따라 상기 내부 수지층과 금속층, 상기 외부 수지층과 금속층 사이에는 소정의 접착 수지층이 개재될 수 있다. 상기 접착 수지층은 이종 재료 간의 원활한 부착을 위한 것으로서 단층 또는 다층으로 형성되고, 그 재료는 통상적으로 폴리올레핀계 수지가 사용되거나 원활한 가공을 위해 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물도 채용 가능하다.The sheet material forming the
상기 배터리 셀(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 방향(예를 들면, x 방향)에 수직인 두 주표면들(S1, S2)을 갖는다. 즉, 상기 배터리 셀(100)은 도 4의 yz 평면을 따라 연장되고 서로 평행한 제 1 주표면(S1) 및 제 2 주표면(S2)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 4 , the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 도시한 부분 확대도이다.FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the
도 5를 참조하면, 상기 셀 리드(110)는 커버(105)의 일측으로부터 상기 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 돌출되며, 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)을 포함한다. 상기 제 1 부분(111)은 상기 제 2 부분(112)에 비하여 상대적으로 상기 커버(105)에 가깝게 위치할 수 있다. 또, 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 2 방향에 있어서 상기 셀 리드(110)의 최선단일 수 있다. Referring to FIG. 5, the
상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 서로 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 서로 직접 접촉할 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 일체로 형성되어(integrated) 있을 수 있다.The
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)은 대체로 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 수직인 평면을 주평면으로 갖는 평판 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향에 수직인 평면으로 구성된다는 것은 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면이 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함하지 않음을 의미한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면은 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면은 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함할 수 있다.In some embodiments, the
도 6은 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 x 방향에서 바라본 부분 확대도이다.FIG. 6 is an enlarged view of a portion of the
도 6을 참조하면, 상기 셀 리드(110)의 상기 제 1 부분(111)은 제 1 상면(111a)과 제 1 하면(111b)을 갖는다. 또, 셀 리드(110)의 상기 제 2 부분(112)은 제 2 상면(112a)과 제 2 하면(112b)을 갖는다. 여기서 '상면'과 '하면'은 상대적인 개념으로서 상대적으로 윗쪽에 위치한 것을 '상면'으로, 상대적으로 아래쪽에 위치한 것을 '하면'으로 정의할 수도 있고, 둘 중 하나를 '상면'으로 나머지 하나를 '하면'으로 정의할 수도 있다. Referring to FIG. 6, the
상기 제 1 부분(111)에 대하여 중심선(CL)이 정의될 수 있다. 상기 중심선(CL)은 상기 제 1 부분(111)을 제 3 방향(예를 들면, z축 방향)으로 2등분하는 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)의 직선이다.A center line CL may be defined for the
상기 제 3 방향에 있어서, 상기 중심선(CL)은 상기 제 2 부분(112)의 제 2 상면(112a)과 상기 제 2 하면(112b) 사이에 위치할 수 있다.In the third direction, the center line CL may be located between the second
상기 제 3 방향에 있어서, 상기 제 1 부분(111)은 제 1 치수(H1)을 갖고 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 1 치수(H1)보다 작은 제 2 치수(H2)를 갖는다. 상기 제 2 치수(H2)는, 예를 들면 상기 제 1 치수(H1)의 약 0.5% 내지 약 50%일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 치수(H2)는 상기 제 1 치수(H1)의 약 0.5% 내지 약 50%, 약 1% 내지 약 48%, 약 1.5% 내지 약 45%, 약 2% 내지 약 43%, 약 2.5% 내지 약 40%, 약 3% 내지 약 38%, 약 3.5% 내지 약 35%, 약 4% 내지 약 33%, 약 4.5% 내지 약 30%, 약 5% 내지 약 28%, 약 5.5% 내지 약 25%, 약 6% 내지 약 23%, 약 6.5% 내지 약 20%, 약 7% 내지 약 18%, 약 7.5% 내지 약 15%, 약 8% 내지 약 13%, 약 8.5% 내지 약 10%, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.In the third direction, the
상기 제 1 치수(H1)에 비하여 상기 제 2 치수(H2)가 너무 작으면 상기 제 2 부분(112)의 기계적 강도가 미흡하여 쉽게 손상될 수 있다. 상기 제 1 치수(H1)에 비하여 상기 제 2 치수(H2)가 너무 크면 배터리 셀(100)의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.If the second dimension H2 is too small compared to the first dimension H1, the mechanical strength of the
도 7은 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 y 방향에서 바라본 부분 확대도이다.FIG. 7 is an enlarged view of a portion of the
도 7을 참조하면, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 셀 리드(110)의 상기 제 1 부분(111)은 제 1 최대 치수(d1)를 갖고, 상기 셀 리드(110)의 상기 제 2 부분(112)은 제 2 최대 치수(d2)를 갖는다. 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)보다 더 크다. 예를 들면, 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)의 약 2배 내지 약 20배일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)의 약 2배 내지 약 20배, 약 2.5배 내지 약 19.5배, 약 3배 내지 약 19배, 약 3.5배 내지 약 18.5배, 약 4배 내지 약 18배, 약 4.5배 내지 약 17.5배, 약 5배 내지 약 17배, 약 5.5배 내지 약 16.5배, 약 6배 내지 약 16배, 약 6.5배 내지 약 15.5배, 약 7배 내지 약 15배, 약 7.5배 내지 약 14.5배, 약 8배 내지 약 14배, 약 8.5배 내지 약 13.5배, 약 9배 내지 약 13배, 약 9.5배 내지 약 12.5배, 약 10배 내지 약 12배, 약 10.5배 내지 약 11.5배, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.Referring to FIG. 7, the
만일 상기 제 1 최대 치수(d1)에 비하여 상기 제 2 최대 치수(d2)가 너무 작으면, 추후 설명할 버스바(bus bar)와 상기 제 2 부분(112)의 용접이 용이하지 않을 수 있다. 만일 상기 제 1 최대 치수(d1)에 비하여 상기 제 2 최대 치수(d2)가 너무 크면, 상기 배터리 셀(100)의 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)의 두께가 과도하게 증가하여 에너지 밀도가 저하될 수 있다.If the second maximum dimension d2 is too small compared to the first maximum dimension d1, it may not be easy to weld the
일부 실시예들에 있어서, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 제 2 부분(112)이 갖는 제 2 최대 치수(d2)는 상기 배터리 셀(100)의 제 1 주표면(S1)과 제 2 주표면(S2) 사이에서 정의되는 셀 두께(d3)보다 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 제 2 부분(112)이 갖는 제 2 최대 치수(d2)는 상기 배터리 셀(100)의 제 1 주표면(S1)과 제 2 주표면(S2) 사이에서 정의되는 셀 두께(d3)보다 더 작을 수 있다.In some embodiments, the second maximum dimension d2 of the
도 8은 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 z 방향에서 바라본 부분 확대도이다.FIG. 8 is an enlarged view of a portion of the
도 8을 참조하면, 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면(예를 들면 xy 평면)에 내린 상기 제 2 부분(112)의 사영(projection)은 원형의 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 xy 평면에 내린 상기 제 2 부분(112)의 사영은 원형 이외에 타원, 다각형(예를 들면, 사각형, 오각형, 육각형 등), 기타 임의의 형태를 가질 수 있다. 다만, 상기 사영은 추후 버스바와의 용접에 이용될 수 있는 용접 방법의 다양성, 구조적 안정성, 취급의 용이성 등의 측면에서 원형의 형태를 갖는 것이 유리할 수 있다.Referring to FIG. 8, the projection of the
일부 실시예들에 있어서, 상기 사영이 원형인 경우 상기 제 2 부분(112)은 원기둥 또는 원뿔대의 형태를 가질 수 있다. 상기 사영이 다각형인 경우 상기 제 2 부분(112)은 다각기둥 또는 다각뿔대의 형태를 가질 수 있다.In some embodiments, when the projection is circular, the
상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적은 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적의 약 2 배 내지 약 20배일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적은 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적의 약 2 배 내지 약 20배, 약 2.5 배 내지 약 19배, 약 3 배 내지 약 18배, 약 3.5 배 내지 약 17배, 약 4 배 내지 약 16배, 약 4.5 배 내지 약 15배, 약 5 배 내지 약 14배, 약 5.5 배 내지 약 13배, 약 6 배 내지 약 12배, 약 6.5 배 내지 약 11배, 약 7 배 내지 약 10배, 약 7.5 배 내지 약 9배, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.The projected area of the
만일 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적이 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적에 비하여 너무 작으면 추후 설명할 버스바와 상기 제 2 부분(112)의 용접이 용이하지 않을 수 있다. 만일 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적이 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적에 비하여 너무 크면 배터리 셀(100)의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.If the projected area of the
상기 배터리 셀들(100)은 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면 형상을 갖기 때문에 팩 케이스(300)에 배터리 셀들(100)을 결합한 이후에 전기적으로 상호 연결을 하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.The
도 9는 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결된 이웃하는 한 쌍의 배터리 셀들(100_1, 100_2)을 나타낸 사시도이다.FIG. 9 is a perspective view showing a pair of neighboring battery cells 100_1 and 100_2 electrically connected by the
도 9를 참조하면, 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)는 제 1 부분(111_1)과 제 2 부분(112_1)을 포함하고, 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 제 1 부분(111_2)과 제 2 부분(112_2)을 포함한다.Referring to FIG. 9, the cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 includes a first part 111_1 and a second part 112_1, and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2 includes a first part (111_2) and a second part (112_2).
상기 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)은 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.The cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2 may be electrically connected by a
상기 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결되는 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 서로 동일한 극성을 가질 수도 있고, 서로 다른 극성을 가질 수도 있다.The cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2, which are electrically connected by the
상기 버스바(200)는 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되도록 배치될 수 있으며, 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)의 각각의 하면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 제 1 방향으로 연장되는 스트립 형태를 가질 수 있다. 이 때, 상기 버스바(200)의 평탄면은 상기 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)과 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 마주할 수 있다.The
상기 버스바(200)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 종방향 빔(323)의 상부에 배치된 배선 기판(352) 상에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 메사부(3212)의 상부에 배치된 배선 기판(352) 상에 제공될 수 있다.The
제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 상기 종방향 빔(323)의 상부까지 연장될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 상기 종방향 빔(323)의 상부에서 상기 버스바(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.The cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2 may extend to the top of the
도 10은 도 9의 제 2 부분들(112_1, 112_2) 및 버스바(200)를 X-X' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view showing the second portions 112_1 and 112_2 and the
도 10을 참조하면, 상기 버스바(200)는 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)과 오버랩되는 부분에서 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 오목한 리세스(R)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 리세스(R)는 상기 버스바(200)와 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)을 제 3 방향으로 용접한 결과로서 생성된 것일 수 있다. 다만, 상기 리세스(R)는 용접에 의해 상기 버스바(200)와 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)의 접촉 부위가 부분적으로 용융되었다가 응고된 결과물이기 때문에, 경우에 따라 용융 및 응고의 흔적으로서 나타날 수 있다.Referring to FIG. 10, the
도 10에서는 상기 리세스(R)가 상기 버스바(200)의 평탄면과 연속하여 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라 상기 리세스(R) 주위에 약간의 융기부가 형성되어 있을 수 있다.In FIG. 10, the recess (R) is shown to be formed continuously with the flat surface of the
일부 실시예들에 있어서, 용접 방법에 따라 상기 리세스(R)는 명확한 계면으로 확인되지 않을 수 있다.In some embodiments, depending on the welding method, the recess R may not be identified as a clear interface.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도들이다.FIGS. 11A to 11C are plan views showing the connection relationship of
도 11a를 참조하면, 복수의 배터리 셀들(100)이 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 적층되어 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100) 사이에는 배터리 셀들(100) 사이의 열전달들 저감시키는 방열 패드가 더 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100) 사이에는 배터리 셀(100)을 개별적으로 수납하는 카트리지의 일부가 삽입될 수 있다.Referring to FIG. 11A, a plurality of
상기 복수의 배터리 셀들(100)은 버스바(200)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 직렬적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 배터리 셀(100)의 캐소드는 이웃하는 배터리 셀의 애노드와 버스바(200)를 통해 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 하나씩 버스바(200)에 의하여 지그재그(zigzag)로 연결될 수 있다.The plurality of
도 11a에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)의 셀 리드(110)는 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 돌출되고, 상기 셀 레드(110)는 상기 제 2 부분(112)이 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 버스바(200)와 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 중첩되도록 배치된다. 상기 셀 리드(110)와 상기 버스바(200)는 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로의 용접에 의하여 상호 결합될 수 있다. 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 상기 버스바(200)는 이웃하는 다른 배터리 셀(100)의 셀 리드(110)와 동일한 방식으로 결합될 수 있다.As shown in FIG. 11A, the
도 12는 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도이다. 도 12에 도시된 실시예는 상기 버스바들(200)이 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(352) 상에 제공된 점을 제외하면 도 11a에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서 이하에서는 이러한 차이점을 중심으로 설명하고 중복되는 설명은 생략한다.Figure 12 is a plan view showing the connection relationship of
도 12를 참조하면, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352)의 일 표면 상에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352)에 의하여 지지될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352) 상에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352) 상에 후크(hook) 구조 또는 열 융착에 의하여 고정될 수 있다. 그러나 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 12, the bus bars 200 may be provided on one surface of the
상기 PCB(352) 상에 제공된 버스바들(200)은 상기 PCB(352)의 표면을 따라 연장되는 도전 라인(355)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 도전 라인(355)은 전기저항이 낮은 임의의 금속 물질일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.Bus bars 200 provided on the
도 12에 도시된 도전 라인(355)의 형상은 상기 PCB(352)의 표면을 따라 연장되는 것을 나타낼 뿐이며, 본 발명이 반드시 도 12에 도시된 연결 관계에 한정되는 것은 아니다.The shape of the
상기 도전 라인(355)은 상기 배터리 셀들(100)을 외부의 부하와 전기적으로 연결하는 커넥터(357)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 커넥터(357)는 상기 PCB(352)의 직접 위에 제공될 수도 있고 상기 PCB(352)로부터 이격되어 제공될 수도 있다.The
본 발명의 다른 실시예인 도 11b를 참조하면, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100), 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100), 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100), . . . , 및 제 n 그룹(Gn)의 배터리 셀들(100)을 포함할 수 있다. 동일 그룹 내의 배터리 셀들(100)은 애노드와 캐소드의 방향이 서로 동일할 수 있다.Referring to FIG. 11B, which is another embodiment of the present invention, the plurality of
도 11b에 도시된 바와 같이, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 또, 상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)은 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 11B, the
또, 상기 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 3 그룹(G3의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)은 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.In addition, the
상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100), 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100), 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100), . . . , 및 제 n 그룹(Gn)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 배열될 수 있다.The
도 11c에 도시된 실시예에서는 하나의 그룹 내에 세 개의 배터리 셀들이 포함되는 점을 제외하면 도 11b에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하다. The embodiment shown in FIG. 11C is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 11B except that three battery cells are included in one group.
도 11c를 참조하면, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 또, 상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)은 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 11C, the
도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 배터리 셀들(100)이 하나의 그룹으로서 병렬 연결되는 경우에도 셀 리드들(110)이 절곡될 필요가 없어 부품들의 신뢰성이 크게 향상될 수 있다. 또한, PCB와 같은 기판 상에 배치된 버스바와의 단순 결합에 의해 배터리들이 연결될 수 있기 때문에 부품수가 감소한다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.As shown in FIGS. 11B and 11C, even when two or
도 13은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도이다. Figure 13 is a plan view showing the connection relationship of
도 13을 참조하면, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 각각 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 적층 배열된 제 1 셀 스택(ST1)과 제 2 셀 스택(ST2)을 포함한다. 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 연장되며 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로의 양단에 각각 셀 리드(110)를 포함한다. 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 연장되며 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로의 양단에 각각 셀 리드(110)를 포함한다.Referring to FIG. 13, the plurality of
상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)은 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들의 일측의 셀 리드들(110)은 상기 제 2 셀 스택(ST2)과 마주할 수 있으며, 제 1 버스바들(200a)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들의 일측의 셀 리드들(110)은 상기 제 1 셀 스택(ST1)과 마주할 수 있으며, 제 2 버스바들(200b)에 의하여 연결될 수 있다. The first cell stack ST1 and the second cell stack ST2 may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval in a second direction (eg, y-axis direction). Cell leads 110 on one side of the battery cells of the first cell stack ST1 may face the second cell stack ST2 and may be connected by
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들(100)의 전기적 연결과 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위하여, 상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)은 하나의 PCB(352)를 공유할 수 있다.In some embodiments, for electrical connection of the
상기 제 1 버스바들(200a)과 상기 제 2 버스바들(200b)은 하나의 PCB(352) 상에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 버스바들(200a)은 상기 PCB(352)의 일측 엣지를 따라 한 줄로 배열될 수 있고, 상기 제 2 버스바들(200b)은 상기 PCB(352)의 타측 엣지를 따라 한 줄로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 버스바들(200a)과 상기 제 2 버스바들(200b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다.The
상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)은 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면 형상을 갖기 때문에 팩 케이스(300)에 배터리 셀들(100)을 결합한 이후에 전기적으로 상호 연결을 하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.The
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 제조 방법을 나타낸 사시도들이다.Figure 14 is a flowchart showing a manufacturing method of the
도 14및 도 15a를 참조하면, 복수의 배터리 셀들(100)을 직접 팩 케이스(300) 내에 배치할 수 있다(S10). 여기서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 직접 팩 케이스(300) 내에 배치한다는 것은 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 모듈로 구성함이 없이 상기 팩 케이스(300) 내에 배치함을 의미한다.Referring to FIGS. 14 and 15A , a plurality of
일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 하나씩 개별적으로 상기 팩 케이스(300) 내에 배치될 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 둘 이상 적층한 후 상기 팩 케이스(300) 내에 배치될 수 있다.In some embodiments, the plurality of
상기 복수의 배터리 셀들(100)을 상기 팩 케이스(300) 내에 배치하기 전에, 상기 팩 케이스(300)의 하부 케이스(320)의 바닥에는 접착 수지(328)의 층이 형성될 수 있다. 상기 접착 수지(328)는, 예를 들면, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 접착 수지(328)의 층의 두께는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm일 수 있다. 상기 접착 수지(328)의 층은 상기 복수의 배터리 셀들(100)이 배치되는 위치에 형성될 수 있다.Before placing the plurality of
이후, 상기 배터리 셀들(100)의, 상기 하부 케이스(320)의 바닥을 향하는 엣지가 상기 접착 수지(328)의 층과 접촉하도록 상기 배터리 셀들(100)을 직접 상기 하부 케이스(320) 내에 배치할 수 있다.Thereafter, the
상기 배터리 셀들(100)을 상기 팩 케이스(300) 내에 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 알려진 임의의 방법에 의하여 팩 케이스(300) 내에 배치할 수 있다. 상기 하부 케이스(320)의 구성에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 또, 각 배터리 셀들(100)의 구체적인 구성은 도 4 내지 도 10를 참조하여 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.The method of placing the
도 14 및 도 15b를 참조하면, 이웃하는 두 배터리 셀들(100)의 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 돌출된 셀 리드들(110_1, 110_2)을 버스바(200)와 전기적으로 연결할 수 있다(S20). 상기 셀 리드들(110_1, 110_2)은 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로의 용접에 의해 버스바(200)와 연결될 수 있다.14 and 15B, the cell leads 110_1 and 110_2 protruding in the second direction (e.g., y-axis direction) of the two neighboring
일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)이 상기 팩 케이스(300) 내에 배치되기 전에 이미 상기 팩 케이스(300) 내에 배치되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)이 상기 팩 케이스(300) 내에 배치된 후에 상기 셀 리드들(110_1, 110_2) 상에 배치될 수 있다. 이후 상기 버스바(200)는 상기 셀 리드들(110_1, 110_2)과 용접될 수 있다. 용접 방법은 알려진 임의의 방법을 채용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.In some embodiments, the
상기 배터리 셀들(100)은 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면 형상을 갖기 때문에 팩 케이스(300)에 배터리 셀들(100)을 결합한 이후에 전기적으로 상호 연결을 하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.The
이후 상기 배터리 셀들(100)을 덮도록 상부 케이스(310)를 상기 하부 케이스(320)와 결합할 수 있다.Thereafter, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 셀(100)의 셀 리드(110)를 팩 케이스(300), 특히 하부 케이스(320) 상에 배치된 버스바(200)와 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 중첩되도록 배치하고 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 단순 용접하여 전기적 연결을 완성하기 때문에 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.As described above, the
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.As discussed above, the embodiments of the present invention have been described in detail, but those skilled in the art will understand that without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims, The present invention may be implemented with various modifications. Therefore, changes in future embodiments of the present invention will not depart from the scope of the present invention.
10: 배터리 팩
100: 배터리 셀
101: 전극 조립체
105: 커버
110: 셀 리드
111: 제 1 부분
111a: 제 1 상면
111b: 제 1 하면
112: 제 2 부분
112a: 제 2 상면
112b: 제 2 하면
200, 200a, 200b: 버스바
300: 팩 케이스
310: 상부 케이스
320: 하부 케이스
330: 내부 공간
352: 인쇄회로기판
355: 도전 라인
357: 커넥터
CL: 중심선
G1: 제 1 그룹
G2: 제 2 그룹
G3: 제 3 그룹
S1, S2: 주 표면
ST1: 제 1 셀 스택
ST2: 제 2 셀 스택10: battery pack 100: battery cell
101: electrode assembly 105: cover
110: cell lead 111: first part
111a: first
112:
112b: Second
300: pack case 310: upper case
320: lower case 330: internal space
352: printed circuit board 355: conductive line
357: Connector CL: Centerline
G1: 1st group G2: 2nd group
G3: Third group S1, S2: Main surface
ST1: first cell stack ST2: second cell stack
Claims (15)
상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들;
상기 복수의 배터리 셀들을 수용할 수 있는 내부 공간을 포함하는 팩 케이스; 및
상기 팩 케이스 상에 제공된 배선 구조물;
을 포함하고,
상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고,
상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고,
상기 팩 케이스는:
상기 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들;
상기 제 2 방향으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들과 함께 상기 팩 케이스의 내부 공간을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들; 및
상기 한 쌍의 제 1 외벽들 사이에서 상기 제 1 외벽들과 평행하게 연장되는 종방향 빔(longitudinal beam);
을 포함하고,
상기 배선 구조물은 배선 기판 및 상기 배선 기판 상에서 상기 제 1 방향으로 연장되는 복수의 버스바들을 포함하고,
상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩.In a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction perpendicular to each other,
a plurality of battery cells stacked in the first direction;
a pack case including an internal space capable of accommodating the plurality of battery cells; and
a wiring structure provided on the pack case;
Including,
Each of at least two neighboring battery cells among the battery cells includes an electrode assembly, a cover surrounding the electrode assembly, and a cell lead protruding from one side of the cover in the second direction,
The cell lid includes a first portion relatively close to the cover and a second portion relatively spaced further away from the cover,
The pack case includes:
a pair of first outer walls extending in the first direction;
a pair of second outer walls extending in the second direction and defining an internal space of the pack case together with the pair of first outer walls; and
a longitudinal beam extending between the pair of first outer walls and parallel to the first outer walls;
Including,
The wiring structure includes a wiring board and a plurality of bus bars extending in the first direction on the wiring board,
Each of the bus bars is configured to electrically connect the neighboring second parts to each other by extending in the first direction.
상기 배선 구조물은 상기 종방향 빔의 상부면 위에 제공된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 1,
The battery pack, wherein the wiring structure is provided on an upper surface of the longitudinal beam.
상기 셀 리드는 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크도록 구성되고,
상기 셀 리드의 상기 제 2 부분은 상기 버스바와 상기 제 3 방향으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 1,
The cell lead is configured such that the maximum dimension of the second portion is larger than the maximum dimension of the first portion in the first direction,
The battery pack, characterized in that the second portion of the cell lead is coupled to the bus bar in the third direction.
상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 제 2 부분과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 3,
The battery pack, wherein the bus bar is electrically connected to the second part by welding in the third direction.
상기 배선 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 포함하고,
상기 버스바는 후크 구조 또는 열융착에 의하여 상기 PCB에 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 1,
The wiring board includes a printed circuit board (PCB),
A battery pack, wherein the bus bar is fixed to the PCB by a hook structure or heat fusion.
상기 PCB는 상기 PCB의 표면을 따라 연장되는 도전 라인을 포함하고,
상기 도전 라인은 복수의 버스바들과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 5,
The PCB includes a conductive line extending along the surface of the PCB,
A battery pack, wherein the conductive line is electrically connected to a plurality of bus bars.
상기 배터리 셀은 상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드를 포함하고,
상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드의 제 2 부분은 상기 종방향 빔의 상부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 1,
The battery cell includes a cell lead protruding toward the longitudinal beam,
A second portion of the cell lead protruding toward the longitudinal beam extends to the top of the longitudinal beam.
상기 종방향 빔을 향하여 돌출되는 셀 리드의 상기 제 2 부분은 상기 제 3 방향에 있어서 상기 버스바와 중첩되도록 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 7,
The battery pack, wherein the second portion of the cell lead protruding toward the longitudinal beam is arranged to overlap the bus bar in the third direction.
상기 한 쌍의 제 1 외벽들의 각각은:
상기 제 1 방향으로 연장되는 외벽 본체; 및
이웃하는 배터리 셀들을 향하여 상기 외벽 본체로부터 돌출된 메사(mesa)부;
를 포함하고,
상기 메사부의 상부에 추가적인 배선 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to claim 1,
Each of the pair of first outer walls:
an outer wall body extending in the first direction; and
a mesa portion protruding from the outer wall body toward neighboring battery cells;
Including,
A battery pack further comprising an additional wiring structure on the upper part of the mesa portion.
상기 메사부의 상부 표면은 상기 외벽 본체의 상부 표면보다 낮고, 상기 종방향 빔의 상부 표면과 실질적으로 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.According to clause 9,
The battery pack, wherein the upper surface of the mesa portion is lower than the upper surface of the outer wall body and has substantially the same height as the upper surface of the longitudinal beam.
복수의 배터리 셀들을 직접 팩 케이스의 수납 공간 내에 배치하는 단계; 및
상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드들을 버스바(bus bar)를 이용하여 전기적으로 연결하는 단계;
를 포함하고,
상기 팩 케이스는:
상기 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 외벽들;
상기 제 2 방향으로 연장되며 상기 한 쌍의 제 1 외벽들과 함께 상기 팩 케이스의 상기 내부 공간을 정의하는 한 쌍의 제 2 외벽들; 및
상기 한 쌍의 제 1 외벽들 사이에서 상기 제 1 외벽들과 평행하게 연장되는 종방향 빔(longitudinal beam);
을 포함하고,
상기 셀 리드들을 버스바를 이용하여 전기적으로 연결하는 단계는 상기 셀 리드들의 각각을 상기 버스바와 상기 제 3 방향으로 용접하여 연결하는 단계를 포함하고,
상기 종방향 빔의 상부에는 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 배선 구조물이 제공되는 배터리 팩의 제조 방법.In a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction perpendicular to each other,
Placing a plurality of battery cells directly in the storage space of the pack case; and
electrically connecting cell leads protruding in the second direction of at least two neighboring battery cells among the plurality of battery cells using a bus bar;
Including,
The pack case includes:
a pair of first outer walls extending in the first direction;
a pair of second outer walls extending in the second direction and defining the interior space of the pack case together with the pair of first outer walls; and
a longitudinal beam extending between the pair of first outer walls and parallel to the first outer walls;
Including,
The step of electrically connecting the cell leads using a bus bar includes connecting each of the cell leads to the bus bar by welding in the third direction,
A method of manufacturing a battery pack in which a wiring structure electrically connected to the plurality of battery cells is provided on an upper portion of the longitudinal beam.
상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고,
상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크고, 상기 제 2 부분은 상기 제 3 방향에 수직인 평면으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.According to claim 1,
The cell lid includes a first portion relatively close to the cover and a second portion relatively spaced further away from the cover,
A method of manufacturing a battery pack, wherein the maximum dimension of the second part in the first direction is larger than the maximum dimension of the first part, and the second part is configured as a plane perpendicular to the third direction.
상기 배선 구조물은:
상기 종방향 빔의 상면을 따라 상기 제 1 방향으로 연장되는 배선 기판; 및
상기 배선 기판 상에 결합된 상기 버스바;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.According to claim 12,
The wiring structure is:
a wiring board extending in the first direction along an upper surface of the longitudinal beam; and
the bus bar coupled to the wiring board;
A method of manufacturing a battery pack comprising:
상기 한 쌍의 제 1 외벽들의 각각은:
상기 제 1 방향으로 연장되는 외벽 본체; 및
이웃하는 배터리 셀들을 향하여 상기 외벽 본체로부터 돌출된 메사(mesa)부;
를 포함하고,
상기 메사부의 상부에는 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 추가적인 배선 구조물이 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.According to claim 12,
Each of the pair of first outer walls:
an outer wall body extending in the first direction; and
a mesa portion protruding from the outer wall body toward neighboring battery cells;
Including,
A method of manufacturing a battery pack, characterized in that an additional wiring structure electrically connected to the plurality of battery cells is provided on an upper part of the mesa portion.
상기 복수의 배터리 셀들을 직접 팩 케이스의 수납 공간 내에 배치하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들을 접착 수지로 상기 하부 케이스에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
According to claim 12,
The step of arranging the plurality of battery cells directly in the storage space of the pack case includes attaching the plurality of battery cells to the lower case with an adhesive resin.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/KR2023/019483 WO2024117788A1 (en) | 2022-12-02 | 2023-11-29 | Battery pack and method for manufacturing same |
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---|---|---|---|
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KR1020220167139 | 2022-12-02 |
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---|---|
KR20240082988A true KR20240082988A (en) | 2024-06-11 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020230039689A KR20240082988A (en) | 2022-12-02 | 2023-03-27 | Battery pack and method of manufacturing the same |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20180092412A (en) | 2017-02-09 | 2018-08-20 | 에이치엘그린파워 주식회사 | Battery module having a transformable serial-parallel connection structure and Method for assembling the same |
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2023
- 2023-03-27 KR KR1020230039689A patent/KR20240082988A/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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