KR20240100730A - 홈이 형성된 셀 프레임을 포함하는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본원발명은 복수의 전지셀들, 상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하면서 상기 복수의 전지셀들을 고정하는 셀 프레임, 및 상기 셀 프레임의 상면에 고정되고 상기 복수의 전지셀들과 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 프레임은 상기 버스바가 삽입되어 배치되는 수용부를 포함하며, 상기 수용부 각각에 홈이 형성되어 있는 전지팩에 대한 것으로, 상기 버스바를 상기 셀 프레임에 고정하기 위해 도포되는 접착물질이 과도포되더라도 상기 수용부 각각에 형성된 홈에 상기 접착물질의 잉여분이 수용될 수 있으므로, 상기 접착물질의 잉여분으로 인해 버스바 등이 오염되거나 부착 불량이 생기는 것을 방지할 수 있다.

Description

홈이 형성된 셀 프레임을 포함하는 전지팩 {Battery Pack Comprising Cell Frame Having Grooves}

본원발명은 홈이 형성된 셀 프레임을 포함하는 전지팩에 대한 것이다. 구체적으로, 복수의 전지셀들이 연결된 버스바를 셀 프레임에 부착할 때, 과도포된 접착물질이 흘러서 버스바 등의 외관을 오염시키거나 버스바의 부착 불량이 생기는 것을 방지할 수 있도록 홈이 형성된 셀 프레임을 포함하는 전지팩에 대한 것이다.

재충전이 가능하며 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않기 때문에 친환경 특성을 갖는 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.

리튬 이차전지는 웨어러블(wearable) 디바이스 또는 포터블(portable) 디바이스뿐만 아니라, 전기자동차와 같은 고출력 및 고에너지 밀도를 갖는 디바이스의 에너지원으로도 각광받고 있다.

이와 같은 고출력 및 고에너지 밀도를 갖는 에너지원으로 사용하기 위하여, 복수의 리튬 이차전지를 하우징에 수용하여 전지모듈 및 전지팩 형태로 구성하고 있다.

전지팩 내부에 수용된 복수의 전지셀들은 와이어 용접 등을 통해 버스바에 전기적으로 연결된다. 상기 버스바에 접착물질을 도포한 후 상기 복수의 전지셀들 상부에 배치되는 셀 프레임에 상기 접착물질이 도포된 버스바를 부착할 수 있다.

이 때, 버스바와 셀 프레임의 결합 과정에서 발생하는 공차 및 접착물질을 도포하는 공정에서 발생하는 도포 편차로 인해 접착물질이 과도포될 가능성이 있다.

이와 관련하여, 도 1은 종래의 셀 프레임에 버스바가 장착될 때 접착물질의 위치 이동을 보여주는 수직 단면도이다.

도 1을 참조하면, 전지팩은 내부에 수용되는 복수의 전지셀들의 상부에 배치되는 셀 프레임(100), 및 상기 복수의 전지셀들의 전기적인 연결을 위한 버스바(200), 버스바(200)의 하면에 부가되어 버스바(200)를 셀 프레임(100)에 접착시키기 위한 접착물질(300)을 포함한다.

버스바(200)는 접착물질(300)이 하면에 도포된 상태에서 셀 프레임(100)의 수용부에 배치되며, 버스바(200)를 셀 프레임(100)에 안정적으로 결합하기 위하여 가압할 수 있는데, 이 때, 접착물질(300)이 과도하게 도포되는 경우에는, 도 1의 A 부분과 같이 접착물질(300)이 버스바(200)의 결합면 이외의 부분으로 흘러 넘칠 수 있고, 이로 인해 버스바(200)의 외관이 오염되거나 버스바(200)의 부착 불량이 생길 수 있다.

특허문헌 1은 복수의 통형 전지를 기립 지지하는 전지 홀더, 상기 통형 전지 및 상기 전지 홀더의 아래쪽에 배치되어 일부가 위쪽으로 돌출되어 상기 통형 전지의 단자에 접촉하는 하측 버스바판, 및 상기 통형 전지가 삽통되는 삽통공의 내주면과 상기 통형 전지의 외주면 사이에 도포되어 상기 통형 전지를 상기 삽통공 내에 고정하는 열가소성 접착제를 구비하는 전지모듈을 개시한다.

특허문헌 1은 통형 전지를 삽통공 내에 고정하기 위하여 열가소성 접착제를 사용하고, 상기 통형 전지의 하부에 있는 음극 버스바판과 상기 통형 전지 사이에 체류 공간이 형성되는 바, 상기 통형 전지의 이상 발열에 의해 용융한 접착제는 상기 체류 공간에 체류하게 된다.

즉, 특허문헌 1은 통형 전지의 이상 발열로 용융된 접착제가 흘러서 유출되는 것을 방지하기 위한 체류 공간을 통형 전지의 하부에 구비하고 있으나, 전지셀들의 상부에서 결합되는 버스바의 고정을 위해 도포되는 접착물질이 과량으로 도포되는 경우의 문제에 대한 해결 방안을 제시하지는 못하고 있다.

특허문헌 2는 복수의 전지셀들을 수용하는 수용 공간을 가지고 상기 복수의 전지셀들 각각의 하부가 내면에 접착된 팩 하우징을 포함하는 배터리 팩에 대한 것으로, 복수의 전지셀들 각각의 하부가 상기 팩 하우징의 하벽의 상면에서 접착제를 통해 접착될 수 있다.

특허문헌 2는 별도의 모듈 케이스 없이 직접 복수의 전지셀들의 하부를 팩 하우징에 고정시킬 수 있는 바, 제조 공정을 간소화하고, 부품의 수를 줄일 수 있는 특징이 있다.

특허문헌 2는 복수의 전지셀을 팩 하우징의 수용 공간에 접착하기 위해 접착제를 사용하는 기술을 개시하고 있으나, 상기 수용 공간에 수용된 복수의 전지셀들의 상부에서 상기 복수의 전지셀들과 전기적으로 연결되는 버스바를 셀 프레임에 부착할 때, 상기 버스바에 접착물질이 과도포되는 경우의 문제를 해결하지는 못하고 있다.

따라서, 셀 프레임에 버스바를 결합할 때 과도포되는 접착물질이 상기 셀 프레임에서 흘러넘치는 문제를 방지하기 위한 기술이 필요한 실정이다.

일본 등록특허공보 제6680128호 (2020.03.24) ('특허문헌 1') 한국 공개특허공보 제2021-0155786호 (2021.12.23) ('특허문헌 2')

본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 접착물질이 도포된 버스바를 셀 프레임에 부착할 때 상기 접착물질이 과도포되어 부품들의 외관 불량 및 부착 불량이 생기는 것을 방지하기 위하여 홈이 형성된 셀 플레임을 포함하는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀들, 상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하면서 상기 복수의 전지셀들을 고정하는 셀 프레임, 및 상기 셀 프레임의 상면에 고정되고 상기 복수의 전지셀들과 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 프레임은 상기 버스바가 삽입되어 배치되는 수용부를 포함하며, 상기 수용부 각각에 홈이 형성되어 있을 수 있다.

상기 버스바는 접착물질을 통해 상기 셀 프레임에 부착될 수 있다.

상기 수용부는 상기 접착물질을 통해 상기 버스바가 안착되는 결합부, 및 상기 접착물질의 잉여분을 수용하는 홈을 포함할 수 있다.

상기 홈은 상기 수용부의 폭 방향 양끝단을 따라 형성될 수 있다.

상기 홈은 상기 수용부의 폭 방향의 중심부를 따라 형성될 수 있다.

상기 홈은 상기 수용부의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되도록 형성될 수 있다.

상기 홈은 상기 수용부의 길이 방향을 따라 연속적인 형태로 형성될 수 있다.

상기 버스바의 제1면에 상기 접착물질이 부가되고, 상기 접착물질이 부가된 상기 제1면이 상기 셀 프레임의 수용부에 안착될 수 있다.

상기 접착물질은 용제접착제, 압감접착제, 열감접착제 및 반응접착제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 버스바가 상기 셀 프레임에 부착되고 상기 접착물질은 고화된 상태에서, 상기 접착물질의 적어도 일부는 상기 수용부의 홈에 수용되어 있을 수 있다.

상기 접착물질은 상기 버스바와 상기 수용부 사이에 배치되고, 상기 버스바의 측면과 상기 수용부의 내측면 사이에 개재된 접착물질은 상기 수용부의 측면의 높이 보다 낮은 높이로 고화될 수 있다.

상기 전지팩의 제조방법으로서, 팩 하우징에 수용된 복수의 전지셀들의 상부에 셀 프레임을 배치하는 단계, 버스바에 접착물질을 부가하는 단계, 상기 셀 프레임의 수용부 각각에 상기 버스바를 안착시키는 단계, 및 상기 버스바에 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고, 상기 수용부 각각에 홈이 형성될 수 있다.

상기 버스바를 상기 수용부에 부착하기 위해 가압하는 단계를 더 포함하고, 상기 버스바를 가압하는 단계에서 상기 접착물질의 잉여분은 상기 수용부 각각에 형성된 홈으로 이동하여 수용될 수 있다.

상기 접착물질을 부가하는 단계는 디스펜서 분사 또는 스프레이 분사에 의해 이루어질 수 있다.

본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 전지팩은 원통형 전지셀들과 전기적으로 연결되는 버스바의 부착면에 접착물질을 부가하고, 상기 접착물질에 의해 버스바가 셀 프레임에 고정될 수 있는 바, 용접이나 별도의 부품이 없더라도 버스바의 고정이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 접착물질이 과도포 되더라도 셀 프레임에 형성된 홈으로 접착물질의 잉여분이 이동하여 수용될 수 있으므로, 접착물질의 잉여분이 불필요하게 버스바를 오염시키거나 부착 불량이 생기는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 셀 프레임에 버스바가 장착될 때 접착물질의 위치 이동을 보여주는 수직 단면도이다.
도 2는 본원발명에 따른 전지팩의 평면도이다.
도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 수직 단면도이다.
도 4는 본원발명에 따른 셀 프레임에 접착물질이 도포된 버스바가 부착되기 전 상태의 수직 단면도이다.
도 5는 본원발명의 전지팩 일부의 사시도이다.
도 6은 도 4의 접착물질이 도포된 버스바가 셀 프레임에 부착된 상태의 수직 단면도이다.

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 2는 본원발명에 따른 전지팩의 평면도이고, 도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 수직 단면도이며, 도 4는 본원발명에 따른 셀 프레임에 접착물질이 도포된 버스바가 부착되기 전 상태의 수직 단면도이고, 도 5는 본원발명의 전지팩 일부의 사시도이다. 도 4 및 도 5는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시하고 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본원발명에 따른 전지팩(1000)은 복수의 전지셀들(10), 복수의 전지셀들(10)의 상부에 위치하면서 복수의 전지셀들(10)을 고정하는 셀 프레임(100), 및 셀 프레임(100)의 상면에 고정되고 복수의 전지셀들(10)과 연결되는 버스바(200)를 포함하고, 추가적으로, 복수의 전지셀들(10), 셀 프레임(100) 및 버스바(200)를 수용하는 팩 하우징(1100)을 포함한다.

전지셀(10)은 금속 소재로 이루어진 원통형 전지케이스에 전극조립체가 수용되어 밀봉된 형태의 원통형 전지셀을 사용할 수 있다.

상기 원통형 전지셀은, 팩 하우징의 바닥에 대해 상기 원통형 전지셀의 바닥이 대면하도록 수직인 상태로 밀착 배열되고, 상기 원통형 전지셀들 사이 공간에 삽입되는 셀 프레임(100)에 의해 위치가 고정될 수 있다.

버스바(200)는 접착물질(300)을 통해 셀 프레임(100)에 부착될 수 있다.

수용부(110)는 접착물질(300)을 통해 버스바가(200)가 안착되는 결합부(112) 및 접착물질(300)의 잉여분을 수용하는 홈(111)을 포함한다.

즉, 버스바(200)를 셀 프레임(100)에 부착하기 위하여 버스바(100)의 제1면에 접착물질(300)이 부가되고, 접착물질(300)이 부가된 버스바(200)의 제1면이 셀 프레임(100)의 수용부(110)의 결합부(112)에 안착된다.

도 6은 도 4의 접착물질이 도포된 버스바가 셀 프레임에 부착된 상태의 수직 단면도이다.

버스바(200)를 셀 프레임(100)에 부착하기 위하여, 결합부(112)의 외면에 대해 버스바(200)를 가압하여 밀착시킬 수 있는데, 접착물질(300)이 과도포 되더라도 접착물질(300)이 고화된 상태에서, 접착물질(300)의 적어도 일부는 수용부(110)의 홈(111)으로 이동하여 홈(111) 내부에 수용될 수 있다.

접착물질(300)은 용제접착제, 압감접착제, 열감접착제 및 반응접착제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

구체적으로, 접착물질은 페놀수지, 레조르시놀수지, 푸란수지, 요소수지, 멜라민수지, 폴리에스테르수지, 에폭시수지 및 실리콘수지를 포함하는 열경화성수지접착제; 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 폴리비닐부티랄, 폴리아크릴산에스테르 및 니트로셀룰로오스를 포함하는 열가소성수지접착제; 및 부타디엔아크릴로니트릴고무 및 네오프렌을 포함하는 일래스토머접착제일 수 있다.

접착물질(300)은 버스바(200)와 수용부(110) 사이에 배치되고, 버스바(200)의 측면과 수용부(110)의 내측면 사이에 개재된 접착물질은 수용부(110)의 측면의 높이 보다 낮은 높이로 고화될 수 있다.

따라서, 접착물질(300)의 잉여분은 수용부(110)의 외부로 흘러넘치지 않고, 수용부(110)의 내부에 잔존한 상태로 고화될 수 있다.

셀 프레임(100)은 버스바(200)가 삽입되어 배치되는 수용부(110)를 포함하며, 수용부(110) 각각에 홈(112)이 형성되어 있다.

홈(112)은 수용부(110)의 폭 방향(w) 양끝단을 따라 형성될 수 있고, 또는 홈(112)은 수용부(110)의 폭 방향 중심부를 따라 형성될 수 있다.

하나의 구체적인 실시예에서, 홈(112)은 수용부(110)의 길이 방향(L)을 따라 일정한 간격으로 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 수용부(110)에서 홈(112)이 형성되는 부분을 최소화하되 접착물질이 수용될 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있다.

또는, 홈(112)은 수용부(110)의 길이 방향(L)을 따라 연속적인 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 접착물질의 잉여분의 양이 많은 경우에도 접착물질이 수용부(110) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

본원발명에 따른 전지팩의 제조방법은, 팩 하우징에 수용된 복수의 전지셀들의 상부에 셀 프레임을 배치하는 단계, 버스바에 접착물질을 부가하는 단계, 상기 셀 프레임의 수용부 각각에 상기 버스바를 안착시키는 단계, 및 상기 버스바에 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고, 상기 수용부 각각에 홈이 형성되어 있을 수 있다.

또한, 본원발명에 따른 전지팩 제조방법은 상기 버스바를 상기 수용부에 부착하기 위해 가압하는 단계를 더 포함하고, 상기 버스바를 가압하는 단계에서 상기 접착물질의 잉여분은 상기 수용부 각각에 형성된 홈으로 이동하여 수용될 수 있다.

상기 접착물질을 부가하는 단계는 디스펜서 분사 또는 스프레이 분사의해 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본원발명은 버스바가 수용되어 접착되는 셀 프레임의 수용부에 접착물질의 잉여분을 수용하기 위한 홈을 포함하고 있는 바, 접착물질의 잉여분이 셀 프레임 외부로 유출되는 것을 방지하여, 버스바가 오염되거나 버스바의 부착 불량이 생기는 것을 방지할 수 있다.

본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

10: 전지셀
100: 셀 프레임
110: 수용부
111: 홈
112: 결합부
200: 버스바
300: 접착물질
1000: 전지팩
1100: 팩 하우징

Claims (14)

1. 복수의 전지셀들;
   상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하면서 상기 복수의 전지셀들을 고정하는 셀 프레임; 및
   상기 셀 프레임의 상면에 고정되고 상기 복수의 전지셀들과 연결되는 버스바;
   를 포함하고,
   상기 셀 프레임은 상기 버스바가 삽입되어 배치되는 수용부를 포함하며,
   상기 수용부 각각에 홈이 형성되어 있는 전지팩.
2. 제1항에 있어서, 상기 버스바는 접착물질을 통해 상기 셀 프레임에 부착되어 있는 전지팩.
3. 제2항에 있어서, 상기 수용부는 상기 접착물질을 통해 상기 버스바가 안착되는 결합부, 및 상기 접착물질의 잉여분을 수용하는 홈을 포함하는 전지팩.
4. 제1항에 있어서, 상기 홈은 상기 수용부의 폭 방향 양끝단을 따라 형성되는 전지팩.
5. 제1항에 있어서, 상기 홈은 상기 수용부의 폭 방향의 중심부를 따라 형성되는 전지팩.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 홈은 상기 수용부의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되도록 형성되는 전지팩.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 홈은 상기 수용부의 길이 방향을 따라 연속적인 형태로 형성되는 전지팩.
8. 제1항에 있어서, 상기 버스바의 제1면에 상기 접착물질이 부가되고,
   상기 접착물질이 부가된 상기 제1면이 상기 셀 프레임의 수용부에 안착되어 있는 전지팩.
9. 제1항에 있어서, 상기 접착물질은 용제접착제, 압감접착제, 열감접착제 및 반응접착제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 전지팩.
10. 제2항에 있어서, 상기 버스바가 상기 셀 프레임에 부착되고 상기 접착물질은 고화된 상태에서, 상기 접착물질의 적어도 일부는 상기 수용부의 홈에 수용되어 있는 전지팩.
11. 제10항에 있어서, 상기 접착물질은 상기 버스바와 상기 수용부 사이에 배치되고,
    상기 버스바의 측면과 상기 수용부의 내측면 사이에 개재된 접착물질은 상기 수용부의 측면의 높이 보다 낮은 높이로 고화되는 전지팩.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전지팩의 제조방법으로서,
    팩 하우징에 수용된 복수의 전지셀들의 상부에 셀 프레임을 배치하는 단계;
    버스바에 접착물질을 부가하는 단계;
    상기 셀 프레임의 수용부 각각에 상기 버스바를 안착시키는 단계; 및
    상기 버스바에 상기 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 수용부 각각에 홈이 형성되어 있는 전지팩의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 버스바를 상기 수용부에 부착하기 위해 가압하는 단계를 더 포함하고,
    상기 버스바를 가압하는 단계에서 상기 접착물질의 잉여분은 상기 수용부 각각에 형성된 홈으로 이동하여 수용되는 전지팩의 제조방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 접착물질을 부가하는 단계는 디스펜서 분사 또는 스프레이 분사에 의해 이루어지는 전지팩의 제조방법.