WO2022139430A1 - 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법 - Google Patents

자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법 Download PDF

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battery
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pack housing
fixing device
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강가희
김형권
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having a fixing device using magnetic force, a manufacturing method thereof, and a battery cell replacement method of the battery pack, and more particularly, to a plurality of battery cells that can be easily fixed in a battery pack housing using magnetic force. , to a battery pack having a fixing device using magnetic force, a manufacturing method thereof, and a battery cell replacement method of the battery pack.
  • a medium-to-large device such as an electric vehicle, requires a high-output and large-capacity power source. Accordingly, the medium or large device mainly uses a medium or large battery pack in which a plurality of battery cells are electrically connected as a power source.
  • a plurality of battery cells In order for a medium or large battery pack to satisfy the high output and large capacity required by medium or large devices, a plurality of battery cells must be connected in series, parallel, or a mixture of series and parallel, and maintain a stable structure against external shock while connected. should be able
  • a plurality of battery cells are welded to a bus bar assembly to electrically connect the plurality of battery cells while structurally fixing them.
  • a welding operation is a very complicated and sophisticated operation and requires a lot of time.
  • it is very difficult to separate it again. That is, when some of the battery cells are damaged, it is difficult to separate and replace only the damaged battery cells.
  • the welding method causes a deformation of the battery cell according to the welding strength, and thus tends to adversely affect the performance and stability of the battery cell.
  • Patent Document 1 KR10-2008-0027505 A
  • Patent Document 2 KR10-2009-0011601 A
  • Patent Document 3 KR10-2018-0129115 A
  • the present invention provides a battery pack capable of easily fixing a plurality of battery cells in a battery pack housing using magnetic force.
  • the present invention provides a method of manufacturing a battery pack capable of easily fixing a plurality of battery cells in a battery pack housing using magnetic force.
  • the present invention provides a battery cell replacement method of a battery pack that can easily replace a desired battery cell using magnetic force.
  • a battery pack includes a battery pack housing; a plurality of battery cells disposed inside the battery pack housing; and a fixing device disposed inside the battery pack housing to fix the positions of the plurality of battery cells by using magnetic force.
  • the fixing device may include: a plurality of first members attached to and coupled to an upper surface of each of the plurality of battery cells by magnetic force; and a second member having a size corresponding to the size of the lower surface of the upper cover of the battery pack housing and being magnetically attached to and coupled to the plurality of first members.
  • the fixing device may include: a plurality of first members attached to and coupled to a lower surface of each of the plurality of battery cells by magnetic force; and a second member having a size corresponding to the size of the bottom surface of the lower case of the battery pack housing and being magnetically attached to and coupled to the plurality of first members.
  • the fixing device may include: a plurality of first members that are magnetically attached to and coupled to the upper and lower surfaces of the plurality of battery cells, respectively, on the upper and lower surfaces of the battery cells; and a plurality of second members respectively disposed above and below the plurality of battery cells and magnetically attached to and coupled to the plurality of first members, and among the plurality of second members, the plurality of batteries
  • the size of the second member located above the cells corresponds to the size of the lower surface of the upper cover of the battery pack housing, and the size of the second member located below the plurality of battery cells is the size of the bottom surface of the lower case of the battery pack housing. It can match the size.
  • the first member may have a size corresponding to the upper surface or lower surface of the battery cell and may be coupled one-to-one with each battery cell, or may have a size larger than an area of the upper or lower surface of the battery cell and may be combined with a plurality of battery cells.
  • the first member may be a magnet
  • the second member may be a magnetic material
  • the first member and the second member are each a magnet, and the polarities of the first member and the second member are arranged so that an attractive force can be applied between the upper surface of the first member and the lower surface of the second member.
  • At least a portion of the second member may be internally coupled to a lower surface of the upper cover of the battery pack housing.
  • At least a portion of the second member may be internally coupled to the bottom surface of the lower case of the battery pack housing.
  • At least a portion of the surface of the first member may be coated with an anti-slip film, and the anti-slip film may have a predetermined thickness to allow magnetic force to pass therethrough.
  • An empty space may exist between the plurality of battery cells, or at least one of a spacer and a charging material may be disposed.
  • a hole may be formed in the first member and the second member so that the bus bar assembly may pass therethrough and contact the battery cell electrode.
  • It is formed on the opposite side of the plurality of battery cells with respect to the second member, is disposed to pass through the hole formed in the first member and the hole formed in the second member, and is connected in contact with the electrodes of the plurality of battery cells It may be configured to include a bus bar assembly that becomes
  • bus bar assembly patterned on the surface of the first member and the surface of the second member, the bus bar assembly being in contact with and connected to the electrodes of the plurality of battery cells.
  • a battery pack manufacturing method includes disposing a plurality of battery cells in a lower case of a battery pack housing; contacting the plurality of battery cells with a fixing device, and attaching and coupling the plurality of battery cells with the fixing device using a magnetic force of the fixing device; and sealing the lower case of the battery pack housing with the upper cover of the battery pack housing.
  • a method of replacing a battery cell of a battery pack is a method of replacing a battery cell of a battery pack having a plurality of battery cells, the method comprising: separating a lower case and an upper cover of a battery pack housing; separating a fixing device magnetically attached to and coupled to a plurality of battery cells in a lower case of the battery pack housing from the plurality of battery cells; replacing a replacement target battery cell among the plurality of battery cells with a new battery cell; attaching and coupling the fixing device to a plurality of battery cells in which replacement target battery cells are replaced with new battery cells by using the magnetic force of the fixing device; and completing the repair of the battery pack by coupling the lower case and the upper cover of the battery pack housing.
  • a plurality of battery cells can be easily fixed in the battery pack housing using magnetic force. Accordingly, it is possible to simplify the internal structure of the battery pack while ensuring the performance and stability of the battery pack.
  • the battery pack can be used semi-permanently.
  • FIG. 1 is an exploded view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery cell is fixed inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view illustrating a structure for electrically connecting battery cells in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view illustrating a structure for electrically connecting battery cells in a battery pack according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded view of a battery pack according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery cell is fixed inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a partially enlarged view showing a structure for electrically connecting battery cells in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery pack housing 10 and 20, a plurality of battery cells 30 disposed inside the battery pack housing 10 and 20, and a plurality of batteries using magnetic force. In order to fix the position of the cell 30, it is configured to include fixing devices 40 and 50 disposed inside the battery pack housings 10 and 20.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention further includes bus bar assemblies 60 and 61 disposed inside the battery pack housings 10 and 20 to electrically connect the plurality of battery cells 30 to each other. can be configured.
  • the battery pack housings 10 and 20 may include a battery pack housing lower case 10 and a battery pack housing upper cover 20 .
  • the battery pack housing lower case 10 may include a bottom plate having a predetermined area and a sidewall plate extending upward from an edge of the bottom plate by a predetermined height.
  • the battery pack housing lower case 10 may be in the shape of a square cylinder having an open top.
  • the shape of the battery pack housing lower case 10 may vary.
  • the battery pack housing upper cover 20 may be a plate having a predetermined area.
  • the battery pack housing upper cover 20 may be fitted and coupled to the upper opening of the battery pack housing lower case 10 .
  • the coupling structure of the battery pack housing upper cover 20 may vary.
  • the shape of the battery pack housing upper cover 20 may be the shape of a square plate.
  • the shape of the battery pack housing upper cover 20 may vary.
  • An inner space in which the plurality of battery cells 30 can be accommodated may be provided between the battery pack housing lower case 10 and the battery pack housing upper cover 20 .
  • the plurality of battery cells 30 may be, for example, a plurality of cylindrical can-type secondary batteries.
  • the plurality of battery cells 30 may be accommodated in the inner space of the battery pack housings 10 and 20 .
  • the plurality of battery cells 30 may have a positive terminal provided at an upper portion and a negative terminal provided at a lower portion.
  • each of the plurality of battery cells 30 includes a cylindrical battery can having an open top, an electrode assembly in the form of a jelly roll accommodated in the battery can, an upper cap mounted to the upper opening of the battery can, and an upper part of the battery can. It may include a positive terminal supported by the cap and connected to the electrode assembly. In this case, the negative terminal may be formed on the lower surface of the battery can.
  • the upper cap may include a magnetic material.
  • the upper cap may be magnetized by a magnet, and may be magnetically attached to and coupled to the magnet.
  • the material of the upper cap may be various, for example, a steel material, an aluminum material, and a stainless steel material.
  • an empty space S may exist between the plurality of battery cells 30 .
  • the plurality of first members 40 in contact with each of the plurality of battery cells 30 may be sufficiently spaced apart from each other due to the existence of the empty space.
  • at least one of a spacer (not shown) and a charging material (not shown) may be disposed between the plurality of battery cells 30 .
  • the fixing devices 40 and 50 have a size corresponding to the size of the top surface of the battery cell 30 , and a plurality of first members 40 that are magnetically attached to and coupled to the top surface of each of the plurality of battery cells 30 , and , having a size corresponding to the size of the lower surface of the battery pack housing upper cover 20 , and may include a plurality of first members 40 and a second member 50 magnetically attached and coupled thereto. That is, the fixing devices 40 and 50 may be disposed on the upper side of the plurality of battery cells 30 to be magnetically coupled to the plurality of battery cells 30 . Accordingly, the plurality of battery cells 30 can be easily and quickly attached to and detached from the fixing devices 40 and 50 . In addition, the plurality of battery cells 30 may be firmly restrained to the fixing devices 40 and 50 .
  • the aforementioned corresponding size means that the size of the first member 40 is not larger than the area of the upper surface or the area of the lower surface of the battery cell 30 .
  • the aforementioned corresponding size means that even if the size of the first member 40 is larger than the area of the upper surface or the area of the lower surface of the battery cell 30 , the first member 40 invades the area of the neighboring battery cell. It means the size that does not.
  • the fixing devices 40 and 50 may be electrically insulated from the battery pack housings 10 and 20 and the plurality of battery cells 30 , respectively.
  • the first member 40 may have a disk shape, for example. Of course, the shape of the first member 40 may vary.
  • the size of the first member 40 may be smaller than the area of the upper surface of the battery cell 30 or may be the same as the area of the upper surface of the battery cell 30 within a predetermined range. In this case, the predetermined range may be a range of systematic error.
  • the size of the first member 40 is within a range that does not invade the area of a neighboring battery cell while in contact with the battery cell 30 in a sufficient area, by a predetermined difference from the area of the upper surface of the battery cell 30 . may be large Accordingly, the first members 40 adjacent to each other may not come into contact with each other.
  • the first member 40 may be a magnet. More specifically, the first member 40 may be a permanent magnet. The first member 40 may have a magnetic force of a predetermined magnitude to strongly attach the battery cell 30 .
  • the number of first members 40 may be the same as the number of battery cells 30 .
  • the first member 40 may be attached to and coupled to the battery cell 30 in a one-to-one manner.
  • the lower surface of the first member 40 and the upper surface of the battery cell 30 may be magnetically attached and coupled. That is, an attractive force F may be formed between the lower surface of the first member 40 and the upper surface of the battery cell 30 .
  • the second member 50 may be a predetermined plate.
  • the shape of the second member 50 may correspond to the shape of the battery pack housing upper cover 20 .
  • the size of the second member 50 may correspond to the size of the lower surface of the battery pack housing upper cover 20 .
  • the second member 50 may have the same shape as that of the battery pack housing upper cover 20 , and may have the same size as the lower surface of the battery pack housing upper cover 20 . Accordingly, the edge of the second member 50 may be supported in contact with the inner side surfaces of the battery pack housing lower case 10 inside the battery pack housings 10 and 20 . Accordingly, the flow of the second member 50 in the horizontal direction inside the battery pack housings 10 and 20 may be prevented.
  • the upper surface of the second member 50 may be in contact with the lower surface of the battery pack housing upper cover 20 , and the lower surface may be magnetically attached to and coupled to the upper surface of the first member 40 . Accordingly, the second member 50 may not flow in the vertical direction inside the battery pack housings 10 and 20 . Accordingly, the first member 40 may not flow in the horizontal and vertical directions inside the battery pack housings 10 and 20 , and the plurality of battery cells 30 are formed inside the battery pack housings 10 and 20 . It can be firmly fixed.
  • the second member 50 may be a magnet or a magnetic material.
  • the first member 40 and the second member ( 50) can be arranged.
  • different poles may be formed on the surfaces of the second member 50 and the first member 40 facing each other.
  • the upper surface of the first member 40 may be an S pole.
  • the upper surface of the second member 50 may be an S pole
  • the lower surface of the first member 40 may be an N pole.
  • the upper surface of the first member 40 may be the N pole.
  • the upper surface of the second member 50 may be an N pole
  • the lower surface of the first member 40 may be an S pole.
  • the second member 50 When the second member 50 is a magnetic material, the second member 50 may be magnetized by a magnet, and may be a predetermined material that can be attached to and coupled to the magnet by a magnetic force.
  • the material of the second member 50 may be various including, for example, a steel material, an aluminum material, and a stainless steel material.
  • Busbar Assemblies (60, 61)
  • the bus bar assemblies 60 and 61 are formed on opposite sides of the plurality of battery cells 30 with the second member 50 as a center, and are formed in the hole formed in the first member 40 and the second member 50 . It is disposed to pass through the hole, and may be connected to and contact positive terminals of the plurality of battery cells.
  • the bus bar assemblies 60 and 61 are formed to extend in a predetermined pattern, and are disposed between the battery pack housing upper cover 20 and the second member 50 , the base bus bar 60 and the base bus bar 60 . It is formed to protrude downward from the plurality of battery cells 40, and may be configured to include an electrode contact terminal 61 that is electrically connected to the positive terminal of each of the plurality of battery cells 40 in elastic contact.
  • the base bus bar 60 may have a predetermined pattern shape and may be made of a plate-shaped metal material. Meanwhile, an insulating film (not shown) may be disposed between the base bus bar 60 , the battery pack housing upper cover 20 , and the second member 50 .
  • the base bus bar 60 may be connected to an external input/output terminal (not shown) of the battery pack.
  • the plurality of electrode contact ends 61 may be made of a metallic material that is electrically conductive and has elasticity.
  • the plurality of electrode contact terminals 61 may be electrically connected to each other in contact with the positive terminal of each of the plurality of battery cells 30 . That is, each of the plurality of electrode contact terminals 61 may act like a leaf spring to make elastic contact with each positive electrode terminal stably.
  • a first hole H1 may be formed through the first member 40 so that the bus bar may penetrate and contact the electrode of the battery cell 30 .
  • the region in which the first hole H1 is formed may be a region corresponding to the positive electrode of the battery cell 30 .
  • the positive terminal of the battery cell 30 may be exposed upward through the first hole H1 .
  • a plurality of second holes H2 may be formed through the second member 50 so that the bus bar may pass therethrough and contact the electrode of the battery cell 30 .
  • the region in which the plurality of second holes H2 are formed may be a region corresponding to the positive electrode of the battery cell 30 .
  • the positive terminals of the plurality of battery cells 30 may be exposed upward through the plurality of second holes H2 .
  • the electrode contact terminal 61 may pass through the first hole H1 and the second hole H2 to be in contact with the positive terminal of the battery cell 30 to be electrically connected.
  • the base bus bar 60 connected to the electrode contact terminal 61 may extend to other battery cells, that is, to the area of the neighboring battery cells to connect the electrode contact terminals 61 to the area of the neighboring battery cells. have.
  • the above-described bus bar assemblies 60 and 61 may be referred to as a bus bar or a positive bus bar.
  • the battery pack according to the first embodiment of the present invention may include a negative bus bar (not shown).
  • the negative bus bar may be disposed below the plurality of battery cells 30 and may be connected to a negative terminal of each of the plurality of battery cells 30 .
  • the structure of such a negative bus bar may vary.
  • Bus bar assemblies 60 and 61 according to a modified example of the present invention
  • busbar assembly according to the modified example of the present invention may have a different structure from the above-described busbar assemblies 60 and 61 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view illustrating a structure for electrically connecting battery cells in a battery pack according to a modified example of the present invention.
  • a bus bar assembly includes a base bus bar 70 formed by patterning a surface of a first member 40 and a surface of a second member 50 in a predetermined shape, and a plurality of first members. It is patterned on the lower surface of the 40 , is connected to the positive terminal of the plurality of battery cells 30 , and may include a plurality of electrode contact terminals 71 connected to the base bus bar 70 . have. Accordingly, compared to the bus bar assemblies 60 and 61 according to the first embodiment of the present invention, it can be more stably connected to the positive terminals of the plurality of battery cells 30 .
  • the first member 40 may be configured such that only the second member 50 is electrically insulated without being electrically insulated.
  • the first member 40 has both magnetism and electrical conductivity, and its size is comparable to that of the electrode of each battery cell, and may be in contact with the electrode of each battery cell.
  • the bus bar assembly has only the base bus bar 60 without a separate electrode contact terminal 61 in the bus bar assembly of FIG. 4 , and is disposed between the first member 40 and the second member 50 to each battery The first members 40 connected to the electrode of the cell are electrically connected.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to the second embodiment of the present invention may have a different structure from the battery pack according to the first embodiment of the present invention and the fixing device.
  • the battery pack fixing devices 40 and 50 according to the second embodiment of the present invention have a size corresponding to the size of the lower surface of the battery cell, and are magnetically attached to and coupled to the lower surface of each of the plurality of battery cells.
  • One member 40 and a second member 50 having a size corresponding to the size of the bottom surface of the battery pack housing lower case 10 and magnetically attached to and coupled to the plurality of first members 40 can be
  • the fixing devices 40 and 50 may be magnetically coupled to the lower portion of the battery cell to be fixed.
  • the weight of the lower portion of the battery pack is biased, so that the structure of the battery pack may be more stable.
  • heat dissipation to the upper portion of the battery pack may be smoother.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to the third embodiment of the present invention may have a different structure from the battery pack according to the first embodiment of the present invention and the battery pack according to the second embodiment of the present invention and the fixing device.
  • the battery pack fixing devices 40 and 50 according to the third embodiment of the present invention have sizes corresponding to the top and bottom sizes of the battery cells, respectively, and have upper and lower surfaces of the plurality of battery cells, respectively. and a plurality of first members 40 attached and coupled to the lower surface by magnetic force, and a plurality of second members respectively disposed on upper and lower sides of the plurality of battery cells and magnetically attached to and coupled to the plurality of first members 40 .
  • the member 50 may be included.
  • the fixing devices 40 and 50 may be magnetically coupled to both the upper and lower portions of the battery cells to be fixed. Accordingly, the plurality of battery cells 30 may be more stably fixed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the position of the second member may be different from that of the battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • the second member 50 may be built in the lower surface side of the battery pack housing upper cover 20 . Accordingly, when the battery pack is manufactured, the second member 50 and the first member 40 may be magnetically coupled while the battery pack housing upper cover 20 is coupled to the battery pack housing lower case 10 . Accordingly, it is possible to reduce the steps in manufacturing the battery pack.
  • FIG. 9 is an exploded view of a battery pack according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to the fifth embodiment of the present invention may have a different shape from the battery pack according to the first embodiment of the present invention and the first member.
  • the width of the first member 40 may correspond to the size of the top surface of the battery cell, but the length may be longer than the width.
  • the first member 40 and the plurality of battery cells may be coupled one-to-many. Accordingly, time consumed for coupling the plurality of first members 40 and the plurality of battery cells 30 may be reduced.
  • the position of the second member may be different from that of the battery pack according to the second embodiment of the present invention.
  • At least a part of the second member 50 may be built in the bottom surface of the lower case 10 of the battery pack housing. Accordingly, when the battery pack is manufactured, a plurality of battery cells 30 to which the first member 40 is attached are disposed on the bottom surface of the lower case 10 of the battery pack housing while the second member 50 and the first member 40) can be quickly combined.
  • the device for fixing the battery pack according to the seventh embodiment of the present invention may further include an anti-skid film.
  • An anti-skid film (not shown) may be coated on at least a portion of the surface of the first member 40 .
  • the anti-slip film may have a predetermined thickness to allow magnetic force to pass therethrough.
  • the anti-slip film may increase friction between the first member 40 and the battery cell 30 .
  • the anti-slip film may be made of a predetermined resin material. Of course, the material of the anti-slip film may vary.
  • the method for manufacturing a battery pack includes disposing a plurality of battery cells 30 in a lower case 10 of a battery pack housing, and including a plurality of battery cells 30 and fixing devices 40 and 50 .
  • the disposing of the plurality of battery cells in the lower case of the battery pack housing includes lowering the plurality of battery cells 30 through the upper opening of the lower case of the battery pack housing 10 into the lower case of the battery pack housing 10 .
  • ) is a step of seating the plurality of battery cells 30 on the bottom surface.
  • a plurality of battery cells 30 may be disposed thereon.
  • the first member 40 is brought into contact with the upper portions of the plurality of battery cells 30 , and the first member 40 and the second member 50 are brought into contact with each other. make it In this process, the plurality of battery cells 30 and the first member 40 are coupled by using the magnetic force of the first member 40 or the magnetic force of the first member 40 and the second member 50, The first member 40 and the second member 50 are coupled.
  • the lower portions of the plurality of battery cells 30 may be in contact with the first member 40 that is in contact with the second member 50 .
  • the first member 40 is placed on the upper portions of the plurality of battery cells 30 . and the first member 40 and the second member 50 may be brought into contact with each other.
  • the plurality of battery cells 30 may be stably fixed in the lower case 10 of the battery pack housing.
  • the bus bar assemblies 60 and 61 assembled at predetermined positions of the first member 40 and the second member 50 and the plurality of battery cells 30 may be electrically connected.
  • the patterned bus bar assemblies 70 and 71 at predetermined positions of the first member 40 and the second member 50 and the plurality of battery cells 30 may be electrically connected.
  • the step of disposing the plurality of battery cells 30 in the lower case 10 of the battery pack housing, or contacting the plurality of battery cells 30 with the fixing devices 40 and 50, and the fixing devices 40 and 50 While performing the step of attaching and coupling the plurality of battery cells 30 and the fixing devices 40 and 50 using the magnetic force of can be connected
  • the step of sealing the lower case of the battery pack housing with the upper cover of the battery pack housing is a step of fitting the battery pack housing upper cover 20 into the upper opening of the battery pack housing lower case 10 .
  • the lower surface of the battery pack housing upper cover 20 may press the second member 50 and the plurality of battery cells 30 downward with a predetermined pressure.
  • the battery cell replacement method of a battery pack is a method of replacing a battery cell of a battery pack including a plurality of battery cells 30 , and includes the battery pack housing lower case 10 and the upper cover 20 . Separating the fixing devices 40 and 50 magnetically attached to and coupled to the plurality of battery cells 30 in the battery pack housing lower case 10 from the plurality of battery cells 30; , replacing a replacement target battery cell with a new battery cell among the plurality of battery cells 30, and using the magnetic force of the fixing devices 40 and 50, a plurality of battery cells in which the replacement target battery cell is replaced with a new battery cell; It is configured including the steps of attaching and coupling the fixing devices 40 and 50, and completing the repair of the battery pack by coupling the lower case 10 and the upper cover 20 of the battery pack housing.
  • the damaged battery cells may be replaced with new battery cells by performing the above process.
  • the battery pack housing lower case 10 and the upper cover 20 are separated, and the second member 50 and the first member 40 are connected to the plurality of battery cells 30 .
  • the fixing devices 40 and 50 magnetically attached to and coupled to the plurality of battery cells are separated from the plurality of battery cells 30 .
  • the replacement target battery cell among the plurality of battery cells 30 is replaced with a new battery cell, and the replacement target battery cell is fixed with the plurality of battery cells replaced with the new battery cell by using the magnetic force of the fixing devices 40 and 50 .
  • the devices 40 and 50 are attached and coupled.
  • the battery pack may be repaired by coupling the lower case 10 and the upper cover 20 of the battery pack housing.

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Abstract

본 발명은, 배터리 팩 하우징, 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치를 포함하여 구성되는 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 이에 적용되는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 그 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법이 제시된다. (대표도) 도 3

Description

자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법
본 발명은 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는, 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 및 그 제조 방법과, 그 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법에 관한 것이다.
전기자동차와 같은 중대형 디바이스는 고출력 및 대용량의 동력원을 필요로 한다. 따라서, 중대형 디바이스는 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 팩을 동력원으로 주로 사용한다.
중대형 배터리 팩이 중대형 디바이스가 요구하는 고출력 및 대용량을 만족하기 위해서는, 복수개의 배터리 셀이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어야 하고, 연결된 상태에서 외부의 충격에 대하여 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 종래의 중대형 배터리 팩은 버스 바 어셈블리에 복수개의 배터리 셀을 용접하여 복수개의 배터리 셀을 구조적으로 고정시키면서 전기적으로 연결시켰다. 이때, 이러한 용접 작업은 매우 복잡하고 정교한 작업으로서 많은 시간을 필요로 한다. 또한, 한번 용접을 하고나면 다시 분리시키기가 매우 어렵다. 즉, 배터리 셀 중 일부가 파손이 될 때, 파손된 배터리 셀만 따로 분리 교체하기가 어렵다. 그리고 용접 방식은 용접 강도에 따라 배터리 셀의 변형을 야기하여, 배터리 셀의 성능 및 안정성에 악영향을 주기 쉽다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
(특허문헌 1) KR10-2008-0027505 A
(특허문헌 2) KR10-2009-0011601 A
(특허문헌 3) KR10-2018-0129115 A
본 발명은 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있는 배터리 팩 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 자력을 이용하여 원하는 배터리 셀을 쉽게 교체할 수 있는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 하우징; 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀; 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치;를 포함하여 구성된다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정장치는, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재; 상기 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재;를 포함하여 구성되고, 상기 복수개의 제2부재 중, 상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하고, 상기 복수개의 배터리 셀의 하측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응할 수 있다.
상기 제1부재는 배터리 셀의 상면 또는 하면에 대응하는 크기를 가져 각각의 배터리 셀과 일대일 결합되거나, 배터리 셀의 상면 또는 하면의 면적보다 큰 크기를 가져 다수의 배터리 셀과 결합될 수 있다.
상기 제1부재는 자석이고, 상기 제2부재는 자성체일 수 있다.
상기 제1부재 및 상기 제2부재는 각각 자석이고, 상기 제1부재의 상면과 상기 제2부재의 하면 사이에 인력이 인가될 수 있도록, 상기 제1부재 및 상기 제2부재의 극성이 배치될 수 있다.
상기 제2부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면측에 내장 결합될 수 있다.
상기 제2 부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면측에 내장 결합될 수 있다.
상기 제1부재는 표면의 적어도 일부에 미끄럼방지필름이 피복되어 있고, 상기 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가질 수 있다.
상기 복수개의 배터리 셀 사이에는 빈 공간이 존재하거나, 스페이서 및 충전물질 중 적어도 어느 하나가 배치될 수 있다.
상기 제1부재 및 상기 제2부재에는 버스바 어셈블리가 관통하여 배터리 셀 전극에 접촉할 수 있도록 홀이 형성될 수 있다.
상기 제2부재를 중심으로 상기 복수개의 배터리 셀의 반대측에 형성되고, 상기 제1부재에 형성된 홀 및 상기 제2부재에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉하여 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1부재의 표면 및 상기 제2부재의 표면에 패터닝되어 형성되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉되어 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 팩 하우징의 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계; 상기 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 접촉시키고, 상기 고정장치의 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계; 배터리 팩 하우징의 상부 커버로 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법은, 복수개의 배터리 셀을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 분리시키는 단계; 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스 내에서 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치를 상기 복수개의 배터리 셀로부터 분리시키는 단계; 상기 복수개의 배터리 셀 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계; 상기 고정장치의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계; 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀을 배터리 팩 하우징 내에 쉽게 고정시킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 성능 및 안정성을 보장하면서, 배터리 팩의 내부 구조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 배터리 팩 제조 시 와이어본딩, 저항용접 및 레이저용접 등의 용접 작업 일체를 생략할 수 있다. 따라서, 배터리 팩 제조에 소모되는 시간을 줄일 수 있고, 제조 원가를 줄일 수 있다.
또한, 배터리 팩의 사용 중 문제가 생긴 배터리 셀만 쉽게 교체할 수 있으므로, 배터리 팩을 반영구적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부에서 배터리 셀을 고정시키는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
1. 본 발명의 실시 예(제1실시 예)에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부에서 배터리 셀을 고정시키는 모습을 보여주는 모식도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 하우징(10, 20)과, 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀(30), 및 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)의 위치를 고정시키도록, 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 고정장치(40, 50)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 셀(30)을 전기적으로 연결시키도록 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에 배치되는 버스 바 어셈블리(60, 61)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
1.1. 배터리 팩 하우징(10, 20)
배터리 팩 하우징(10, 20)은 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 및 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)는, 소정 면적의 바닥 플레이트와 바닥 플레이트의 가장자리로부터 상방으로 소정 높이 연장형성되는 측벽 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)는 상부가 개구되어 있는 사각통의 형상일 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 형상은 다양할 수 있다.
배터리 팩 하우징 상부 커버(20)는 소정 면적의 플레이트일 수 있다. 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)는 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구에 끼워맞춤되어 결합될 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 결합구조는 다양할 수 있다. 여기서, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상은 사각판의 형상일 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상은 다양할 수 있다.
배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 및 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 사이에 복수개의 배터리 셀(30)이 수용될 수 있는 내부 공간이 마련될 수 있다.
1.2. 복수개의 배터리 셀(30)
복수개의 배터리 셀(30)은 예컨대 복수개의 원통형의 캔형 이차전지일 수 있다. 복수개의 배터리 셀(30)은 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(30)은 상부에 양극 단자가 구비될 수 있고, 하부에 음극 단자가 구비될 수 있다.
예컨대 복수개의 배터리 셀(30) 각각은, 상부가 개구된 원통형의 전지캔, 전지캔 내부에 수용되어 있는 젤리 롤(jelly roll) 형태의 전극 조립체, 전지캔의 상부 개구에 장착되는 상부캡, 상부캡에 지지되며 전극 조립체와 연결되는 양극 단자를 포함할 수 있다. 이때, 음극 단자는 전지캔의 하부면에 형성될 수 있다.
상부캡은 자성체를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대 상부캡은 자석에 의해 자화될 수 있고, 자석에 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 이러한 상부캡의 재질은 예컨대 강 재질, 알루미늄 재질 및 스테인리스강 재질 등 다양할 수 있다.
한편, 복수개의 배터리 셀(30) 사이에는 빈 공간(S)이 존재할 수 있다. 이때, 빈 공간이 존재함에 의하여 복수개의 배터리 셀(30) 각각과 접촉하고 있는 복수개의 제1부재(40)가 서로 간에 충분히 이격이 될 수 있다. 한편, 복수개의 배터리 셀(30) 사이에는 스페이서(미도시) 및 충전물질(미도시) 중 적어도 어느 하나가 배치될 수도 있다.
1.3. 고정장치(40, 50)
고정장치(40, 50)는, 배터리 셀(30)의 상면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40)와, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 고정장치(40, 50)는 복수개의 배터리 셀(30)의 상측에 배치되어, 복수개의 배터리 셀(30)과 자력으로 결합될 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀(30)을 고정장치(40, 50)에 쉽고 빠르게 탈부착시킬 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀(30)을 고정장치(40, 50)에 견고하게 구속시킬 수 있다.
이때, 상술한 대응하는 크기라 함은 제1부재(40)의 크기가 배터리 셀(30)의 상면의 면적 또는 하면의 면적보다 크지 않은 것을 의미한다.
또한, 상술한 대응하는 크기라 함은 제1부재(40)의 크기가 배터리 셀(30)의 상면의 면적 또는 하면의 면적보다 크더라도 제1부재(40)가 이웃하는 배터리 셀의 영역을 침범하지 않는 정도의 크기를 의미한다.
한편, 고정장치(40, 50)는 배터리 팩 하우징(10, 20) 및 복수개의 배터리 셀(30)과 각각 전기적으로 절연될 수 있다.
1.4. 제1부재(40)
제1부재(40)는 예컨대 원판 형상일 수 있다. 물론, 제1부재(40)의 형상은 다양할 수 있다. 제1부재(40)의 크기는 배터리 셀(30)의 상면의 면적보다 작거나, 배터리 셀(30)의 상면의 면적과 소정 범위 내에서 동일할 수 있다. 이때, 소정 범위는 계통적 오차의 범위일 수 있다.
물론, 제1부재(40)의 크기는 배터리 셀(30)과 충분한 면적으로 접촉 되면서 이웃하는 배터리 셀의 영역을 침범하지 않는 범위 내에서, 배터리 셀(30)의 상면의 면적보다 소정의 차이만큼 클 수도 있다. 이에, 서로 이웃하는 제1부재(40) 간에는 접촉되지 않을 수 있다.
제1부재(40)는 자석일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제1부재(40)는 영구자석일 수 있다. 제1부재(40)는 배터리 셀(30)을 강하게 부착시킬 수 있는 소정 크기의 자력을 가질 수 있다.
제1부재(40)의 개수는 배터리 셀(30)의 개수와 같을 수 있다. 제1부재(40)는 배터리 셀(30)과 일대일로 부착되어 결합될 수 있다. 이때, 제1부재(40)의 하면과 배터리 셀(30)의 상면이 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 즉, 제1부재(40)의 하면과 배터리 셀(30)의 상면 사이에는 인력(F)이 형성될 수 있다.
1.5. 제2부재(50)
제2부재(50)는 소정의 플레이트일 수 있다. 제2부재(50)의 형상은 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상과 대응할 수 있다. 또한, 제2부재(50)의 크기는 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 대응할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제2부재(50)는 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 형상과 동일한 형상이고, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면 크기와 동일한 크기일 수 있다. 이에, 제2부재(50)의 가장자리는 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 내부 측면들에 접촉되어 지지될 수 있다. 이에, 제2부재(50)가 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 수평방향으로의 유동이 방지될 수 있다.
제2부재(50)는 상면이 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면과 접촉되고, 하면이 제1부재(40)의 상면과 자력으로 부착되어 결합될 수 있다. 이에 따라, 제2부재(50)가 배터리 팩 하우징(10, 20) 내부에서 상하방향으로 유동되지 않을 수 있다. 이에, 제1부재(40)가 배터리 팩 하우징(10, 20) 내부에서 수평방향과 상하방향으로 유동되지 않을 수 있고, 복수개의 배터리 셀(30)이 배터리 팩 하우징(10, 20)의 내부에서 견고하게 고정될 수 있다.
제2부재(50)는 자석 또는 자성체일 수 있다. 제2부재(50)가 자석일 경우, 제1부재(40)의 상면과 제2부재(50)의 하면 사이에 인력(F)이 인가될 수 있도록 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 극성이 배치될 수 있다. 구체적으로 제2부재(50)와 제1부재(40)의 서로 마주보는 면에는 서로 다른 극이 형성될 수 있다.
예컨대 제2부재(50)의 하면이 N극이면 제1부재(40)의 상면은 S극일 수 있다. 이때, 제2부재(50)의 상면은 S극이고 제1부재(40)의 하면은 N극일 수 있다.
그리고 제2부재(50)의 하면이 S극이면 제1부재(40)의 상면은 N극일 수 있다. 이때, 제2부재(50)의 상면은 N극이고 제1부재(40)의 하면은 S극일 수 있다.
제2부재(50)가 자성체일 경우, 제2부재(50)는 자석에 의해 자화될 수 있고, 자석에 자력으로 부착되어 결합될 수 있는 소정의 재질일 수 있다. 이러한 제2부재(50)의 재질은 예컨대 강 재질, 알루미늄 재질 및 스테인리스강 재질을 포함하여 다양할 수 있다.
1.6. 버스바 어셈블리(60, 61)
버스바 어셈블리(60, 61)는, 제2부재(50)를 중심으로 복수개의 배터리 셀(30)의 반대측에 형성되고, 제1부재(40)에 형성된 홀 및 제2부재(50)에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 복수개의 배터리 셀의 양극 단자에 접촉하여 연결될 수 있다.
버스바 어셈블리(60, 61)는, 소정의 패턴으로 연장형성되고, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)와 제2부재(50) 사이에 배치되는 베이스 버스바(60) 및 베이스 버스바(60)로부터 하방으로 돌출형성되고, 복수개의 배터리 셀(40) 각각의 양극 단자와 탄성 접촉하며 전기적으로 연결된 전극 접촉단(61)을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 버스바(60)는 소정의 패턴 형상일 수 있고, 판상의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 베이스 버스바(60)와 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)와 제2부재(50) 사이에는 절연막(미도시)이 배치될 수 있다. 베이스 버스바(60)는 배터리 팩의 외부 입출력 단자(미도시)와 연결될 수 있다.
복수개의 전극 접촉단(61)은 전기 전도성이면서 탄성을 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 복수개의 전극 접촉단(61)은 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 양극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수개의 전극 접촉단(61) 각각은 판 스프링처럼 거동하여 각각의 양극 단자에 안정적으로 탄성 접촉할 수 있다.
이때, 제1부재(40)에는 버스바가 관통하여 배터리 셀(30)의 전극에 접촉할 수 있도록 제1홀(H1)이 관통형성될 수 있다. 제1홀(H1)이 형성되는 영역은 배터리 셀(30)의 양극 전극에 대응하는 영역일 수 있다. 제1홀(H1)을 통하여 배터리 셀(30)의 양극 단자가 상방으로 노출될 수 있다.
또한, 제2부재(50)에는 버스바가 관통하여 배터리 셀(30)의 전극에 접촉할 수 있도록 복수개의 제2홀(H2)이 관통형성될 수 있다. 복수개의 제2홀(H2)이 형성되는 영역은 배터리 셀(30)의 양극 전극에 대응하는 영역일 수 있다. 복수개의 제2홀(H2)을 통하여 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자가 상방으로 노출될 수 있다.
전극 접촉단(61)은 제1홀(H1)과 제2홀(H2)을 지나서 배터리 셀(30)의 양극 단자와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 전극 접촉단(61)과 연결되는 베이스 버스바(60)는 다른 배터리 셀들 즉, 이웃하는 배터리 셀들의 영역까지 확장되어, 이웃하는 배터리 셀들의 영역의 전극 접촉단(61)들을 연결시킬 수 있다. 상술한 버스바 어셈블리(60, 61)를 버스바 또는 양극 버스바라고 지칭할 수 있다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩은 음극 버스바(미도시)를 포함할 수 있다. 음극 버스바는 복수개의 배터리 셀(30)의 하측에 배치되고, 복수개의 배터리 셀(30) 각각의 음극 단자와 연결될 수 있다. 이러한 음극 버스바의 구조는 다양할 수 있다.
1.7. 본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리(60, 61)
한편, 본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리는 본 발명의 제1실시 예에 따른 상술한 버스바 어셈블리(60, 61)와 구조가 다를 수 있다.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 구조를 보여주는 부분 확대도이다.
본 발명의 변형 예에 따른 버스바 어셈블리는, 제1부재(40)의 표면과 제2부재(50)의 표면에 소정의 형상으로 패터닝되어 형성되는 베이스 버스바(70), 복수개의 제1부재(40)의 하면에 패터닝되어 형성되고, 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자에 접촉되어 연결되며, 베이스 버스바(70)와 연결되는 복수개의 전극 접촉단(71)을 포함하여 구성될 수 있다. 이에, 본 발명의 제1실시 예에 따른 버스바 어셈블리(60, 61)에 비하여 더욱 안정적으로 복수개의 배터리 셀(30)의 양극 단자와 연결될 수 있다.
1.8. 버스바 어셈블리의 또 다른 변형 예
한편, 본 발명의 또 다른 변형 예에 따르면, 제1부재(40)는 전기적으로 절연되지 않은 채, 제2부재(50)만 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 제1부재(40)는 자성과 전기전도성을 동시에 띄게 되며, 그 크기는 각 배터리 셀의 전극에 대응되는 정도의 크기이며, 각 배터리 셀의 전극과 접촉할 수 있다.
이에, 버스바 어셈블리는 도 4의 버스바 어셈블리에서 별도의 전극 접촉단(61) 없이 베이스 버스바(60)만을 가지며, 제1부재(40)와 제2부재(50) 사이에 배치되어 각 배터리 셀의 전극과 연결된 제1부재(40)들을 전기적으로 연결한다.
이처럼 본 발명의 또 다른 변형 예에서는 제1부재(40)가 전기적으로 절연되지 않은 채 제2부재(50)만 전기적으로 절연됨에 의하여, 버스바 어셈블리의 구조를 단순화시킬 수 있다.
2. 본 발명의 제2실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 고정장치의 구조가 상이할 수 있다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치(40, 50)는, 배터리 셀의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40), 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩에서는 고정장치(40, 50)가 배터리 셀의 하부와 자력으로 결합하여 고정시킬 수 있다.
이러한 구조에서는 배터리 팩의 하부에 무게가 편중되므로 배터리 팩의 구조가 보다 안정적일 수 있다. 또한, 배터리 팩의 상부로의 방열이 더욱 원활할 수 있다.
3. 본 발명의 제3실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩 및 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩과 고정장치의 구조가 상이할 수 있다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치(40, 50)는, 배터리 셀의 상면 크기 및 하면 크기와 각각 대응하는 크기를 가지고, 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재(40)와, 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 복수개의 제1부재(40)와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 제3실시 예에 따른 배터리 팩에서는 고정장치(40, 50)가 배터리 셀의 상부 및 하부 모두와 자력으로 결합하여 고정시킬 수 있다. 이에, 복수개의 배터리 셀(30)을 더욱 안정적으로 고정시킬 수 있다.
4. 본 발명의 제4실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 제2부재의 위치가 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 제4실시 예에서는 제2부재(50)의 적어도 일부가 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면측에 내장되어 있을 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시에 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 결합시키면서 제2부재(50)와 제1부재(40)를 자력으로 결합시킬 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시 그 단계를 줄일 수 있다.
5. 본 발명의 제5실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
도 9는 본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
본 발명의 제5실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리 팩과 제1부재의 형상이 상이할 수 있다.
본 발명의 제5실시 예에 따르면, 제1부재(40)는 폭이 배터리 셀의 상면 크기와 대응하되, 길이는 폭에 비하여 길게 형성될 수 있다. 이러한 구조에서는 제1부재(40)와 복수개의 배터리 셀이 일대다 결합될 수 있다. 이에, 복수개의 제1부재(40)와 복수개의 배터리 셀(30)을 결합시키는 것에 소모되는 시간을 줄여줄 수 있다.
6. 본 발명의 제6실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
본 발명의 제6실시 예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 팩과 제2부재의 위치가 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 제6실시 예에서는 제2부재(50)의 적어도 일부가 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10)의 바닥면측에 내장되어 있을 수 있다. 이에, 배터리 팩 제조 시에 제1부재(40)가 부착된 복수개의 배터리 셀(30)을 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10)의 바닥면상에 배치하면서 제2부재(50)와 제1부재(40)를 신속하게 결합시킬 수 있다.
7. 본 발명의 제7실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩
본 발명의 제7실시 예에 따른 배터리 팩의 고정장치는 미끄럼방지필름을 더 포함하여 구성될 수 있다.
미끄럼방지필름(미도시)는 제1부재(40)는 표면의 적어도 일부에 피복될 수 있다. 또한, 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가질 수 있다. 미끄럼방지필름은 제1부재(40)와 배터리 셀(30) 사이에 마찰력을 증가시켜줄 수 있다. 미끄럼방지필름은 소정의 수지 재질일 수 있다. 물론, 미끄럼방지필름의 재질은 다양할 수 있다.
8. 본 발명의 실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 제조 방법
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 복수개의 배터리 셀(30)을 배치하는 단계, 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 접촉시키고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)로 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)를 밀봉하는 단계를 포함하여 구성된다.
8.1. 배터리 팩 하우징 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계
배터리 팩 하우징 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계는, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구를 통하여 그 내부로 복수개의 배터리 셀(30)를 하강시키고, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면에 복수개의 배터리 셀(30)을 안착시키는 단계이다.
이때, 고정장치(40, 50)가 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 바닥면상에 먼저 배치된 후, 그 위에 복수개의 배터리 셀(30)이 배치될 수도 있다.
8.2. 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계
복수개의 배터리 셀과 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계는, 복수개의 배터리 셀(30)의 상부에 제1부재(40)를 접촉시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 접촉시킨다. 이 과정에서, 제1부재(40)의 자력 또는 제1부재(40)와 제2부재(50)의 자력을 이용하여, 복수개의 배터리 셀(30)과 제1부재(40)를 결합시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 결합시킨다.
물론, 제2부재(50)와 접촉하고 있는 제1부재(40)에 복수개의 배터리 셀(30)의 하부를 접촉시킬 수 있다.
또한, 제2부재(50)와 접촉하고 있는 제1부재(40)에 복수개의 배터리 셀(30)의 하부를 접촉시키고 나서, 복수개의 배터리 셀(30)의 상부에 제1부재(40)를 접촉시키고, 제1부재(40)와 제2부재(50)를 접촉시킬 수도 있다.
이러한 과정들에 의하여, 복수개의 배터리 셀(30)이 배터리 팩 하우징의 하부 케이스(10) 내에서 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 이 과정에서 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 소정 위치에 조립된 버스바 어셈블리(60, 61)와 복수개의 배터리 셀(30)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 또는, 제1부재(40) 및 제2부재(50)의 소정의 위치에 패터닝된 버스바 어셈블리(70, 71)와 복수개의 배터리 셀(30)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
또한, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)에 복수개의 배터리 셀(30)을 배치하는 단계, 또는 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 접촉시키고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여 복수개의 배터리 셀(30)과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계를 수행하는 중에, 음극 버스바(미도시)를 복수개의 배터리 셀(30)의 음극 단자와 연결시킬 수 있다.
8.3. 배터리 팩 하우징 상부 커버로 배터리 팩 하우징 하부 케이스를 밀봉하는 단계
배터리 팩 하우징 상부 커버로 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계는, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)의 상부 개구에 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)를 끼움결합시키는 단계이다. 이때, 배터리 팩 하우징 상부 커버(20)의 하면이 제2부재(50) 및 복수개의 배터리 셀(30)을 소정의 압력으로 하방으로 가압할 수 있다.
9. 본 발명의 실시 예에 따른 자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법은, 복수개의 배터리 셀(30)을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 분리시키는 단계와, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10) 내에서 복수개의 배터리 셀(30)과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치(40, 50)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시키는 단계와, 복수개의 배터리 셀(30) 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계와, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시키는 단계, 그리고 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계를 포함하여 구성된다.
즉, 배터리 팩을 사용하는 중에 일부 배터리 셀이 손상되는 경우, 상기와 같은 과정을 수행하여 손상된 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체할 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀의 손상이 감지되면, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 분리시키고, 제2부재(50) 및 제1부재(40)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시킨다.
또는, 복수개의 배터리 셀(30)이 제2부재(50) 및 제1부재(40)가 결합된 상태 그대로 이들의 결합체를 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)로부터 인출한다.
이후, 문제가 되는 배터리 셀과 제2부재(50) 및 제1부재(40)의 접촉을 해제하여, 이들간의 자력 결합을 해소시킨다. 이러한 방식으로, 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치(40, 50)를 복수개의 배터리 셀(30)로부터 분리시킨다. 이후, 복수개의 배터리 셀(30) 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하고, 고정장치(40, 50)의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 고정장치(40, 50)를 부착시켜 결합시킨다. 이후, 배터리 팩 하우징 하부 케이스(10)와 상부 커버(20)를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
(부호의 설명)
10: 배터리 팩 하우징 하부 케이스, 20: 배터리 팩 하우징 상부 커버, 30: 배터리 셀, 40: 제1부재, 50: 제2부재, 60, 70: 베이스 버스바, 61, 71: 전극 접촉단

Claims (16)

  1. 배터리 팩 하우징;
    상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀;
    자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀의 위치를 고정시키도록 상기 배터리 팩 하우징의 내부에 배치되는 고정장치;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 크기를 가지고, 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 제2부재;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 복수개의 배터리 셀 각각의 상면 및 하면에서, 각각 상면 및 하면과 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제1부재;
    상기 복수개의 배터리 셀의 상측 및 하측에 각각 배치되며 상기 복수개의 제1부재와 자력으로 부착되어 결합되는 복수개의 제2부재;를 포함하여 구성되고,
    상기 복수개의 제2부재 중,
    상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면 크기와 대응하고, 상기 복수개의 배터리 셀의 하측에 위치하는 제2부재의 크기는 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면 크기와 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 배터리 셀의 상면 또는 하면에 대응하는 크기를 가져 각각의 배터리 셀과 일대일 결합되거나, 배터리 셀의 상면 또는 하면의 면적보다 큰 크기를 가져 다수의 배터리 셀과 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 자석이고, 상기 제2부재는 자성체인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재 및 상기 제2부재는 각각 자석이고,
    상기 제1부재의 상면과 상기 제2부재의 하면 사이에 인력이 인가될 수 있도록, 상기 제1부재 및 상기 제2부재의 극성이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제2부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 상부 커버의 하면측에 내장 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 부재는 적어도 일부가 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스의 바닥면측에 내장 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재는 표면의 적어도 일부에 미끄럼방지필름이 피복되어 있고,
    상기 미끄럼방지필름은 자력이 투과될 수 있도록 하는 소정의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀 사이에는 빈 공간이 존재하거나, 스페이서 및 충전물질 중 적어도 어느 하나가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재 및 상기 제2부재에는 버스바 어셈블리가 관통하여 배터리 셀 전극에 접촉할 수 있도록 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2부재를 중심으로 상기 복수개의 배터리 셀의 반대측에 형성되고, 상기 제1부재에 형성된 홀 및 상기 제2부재에 형성된 홀을 관통하도록 배치되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉하여 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  14. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재의 표면 및 상기 제2부재의 표면에 패터닝되어 형성되고, 상기 복수개의 배터리 셀의 전극에 접촉되어 연결되는 버스바 어셈블리;를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  15. 배터리 팩 하우징의 하부 케이스에 복수개의 배터리 셀을 배치하는 단계;
    상기 복수개의 배터리 셀과 고정장치를 접촉시키고, 상기 고정장치의 자력을 이용하여 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계;
    배터리 팩 하우징의 상부 커버로 상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함하여 구성되는,
    자력을 이용한 고정장치를 가진 배터리 팩 제조 방법.
  16. 복수개의 배터리 셀을 구비하는 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법으로서,
    배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 분리시키는 단계;
    상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스 내에서 복수개의 배터리 셀과 자력으로 부착되어 결합되어 있는 고정장치를 상기 복수개의 배터리 셀로부터 분리시키는 단계;
    상기 복수개의 배터리 셀 중 교체 대상 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체하는 단계;
    상기 고정장치의 자력을 이용하여, 교체 대상 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체된 복수개의 배터리 셀과 상기 고정장치를 부착시켜 결합시키는 단계;
    상기 배터리 팩 하우징의 하부 케이스와 상부 커버를 결합시켜 배터리 팩의 수리를 완료하는 단계;를 포함하여 구성되는, 배터리 팩의 배터리 셀 교체 방법.
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