WO2023063633A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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WO2023063633A1
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battery pack
battery
battery cells
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오광근
양진오
정인혁
최해원
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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 and a vehicle including the battery pack.
  • Secondary batteries which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving energy efficiency and eco-friendliness in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to a charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series/parallel
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module.
  • a method of configuring a battery pack or battery rack is common.
  • a conventional battery pack generally includes a plurality of battery cells and a cell frame accommodating the plurality of battery cells.
  • a conventional cell frame is generally composed of an assembly of a plurality of plates such as a front plate, a rear plate, a side plate, a lower plate, and an upper plate to accommodate the plurality of battery cells and secure rigidity.
  • the size of the entire battery pack is increased according to the cell frame structure composed of the assembly of the plurality of plates, which is disadvantageous in terms of energy density.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack capable of securing rigidity while increasing energy density, and a vehicle including the same.
  • another object of the present invention is to provide a battery pack capable of improving cost competitiveness and manufacturing efficiency, and a vehicle including the battery pack.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of improving cooling performance and a vehicle including the battery pack.
  • the present invention is a battery pack, a plurality of battery cells;
  • a bus bar assembly having a first side and a second side, wherein the second side of the bus bar assembly is provided on the first side of the plurality of battery cells, and the bus bar is electrically connected to the plurality of battery cells assembly;
  • a cooling unit disposed on a second side of the bus bar assembly and disposed between the plurality of battery cells along the longitudinal direction of the battery pack; and a side structure unit configured to accommodate the cooling unit and the plurality of battery cells, wherein the positive and negative electrodes of the plurality of battery cells are the positive electrodes of the single-layer sub-bus bar provided in the bus bar assembly. It provides a battery pack characterized in that each electrically connected to the connection portion and the negative electrode connection portion.
  • the bus bar assembly may include a main bus bar unit electrically connected to battery cells disposed at the outermost part in the longitudinal direction of the battery pack; and a connection bus bar unit disposed between the main bus bar units in the longitudinal direction of the battery pack and electrically connected to the plurality of battery cells.
  • connection bus bar unit includes a bus bar cover covering upper sides of the plurality of battery cells; and the single layer sub bus bar inserted into the bus bar cover and electrically connected to the positive and negative electrodes of the plurality of battery cells.
  • the bus bar cover may be provided with an insulating material.
  • the bus bar cover may be provided with a polyimide film.
  • the bus bar covers are provided as a pair, and the pair of bus bar covers are configured to have shapes and sizes corresponding to each other in the height direction of the battery pack and can be coupled to each other.
  • the bus bar cover includes a positive bus bar hole having an opening space of a predetermined size; a cathode bus bar hole disposed to face the anode bus bar hole and having an opening space having a predetermined size like the anode bus bar hole; and a fastening hole configured to couple the side structure unit to the bus bar cover.
  • the side structure unit may include a stub aligned and coupled to the fastening hole.
  • the sub bus bar may include a bus bar bridge inserted into the bus bar cover and formed to a predetermined length along the width direction of the battery pack; an anode connecting portion integrally extending and protruding from the bus bar bridge and disposed in the anode bus bar hole; and a cathode connection portion integrally extending from the bus bar bridge, protruding in an opposite direction of the anode connection portion, and disposed in the cathode bus bar hole.
  • the bus bar bridge may be arranged in a zigzag shape in the width direction of the battery pack.
  • a plurality of bus bar bridges are provided, and the plurality of bus bar bridges may be spaced apart from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction of the battery pack.
  • the positive electrode connection portion and the positive electrode of the battery cell may be connected in an open space of the positive bus bar hole.
  • the negative electrode connection part and the negative electrode of the battery cell may be connected in an open space of the negative bus bar hole.
  • the positive electrode connection portion and the negative electrode connection portion may be aligned parallel to each other in a longitudinal direction of the battery pack.
  • the present invention provides a battery pack case structure, characterized in that it includes at least one battery pack according to the above-described embodiments.
  • the present invention as a vehicle, includes the battery pack case structure according to the above-described embodiment, and the longitudinal direction of the at least one battery pack protects the plurality of battery cells in the event of a front or rear collision of the vehicle. It provides a vehicle characterized in that it is disposed perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the plurality of battery cells may be compressed in a height direction of each battery can of the plurality of battery cells.
  • the present invention as a battery pack, a plurality of battery cells disposed in the battery pack; a side structure unit forming a support structure capable of disposing the plurality of battery cells in the battery pack and including a first main plate and a second main plate supporting the plurality of battery cells from both sides; a cooling unit disposed between the plurality of battery cells at an intermediate point between the first main plate and the second main plate; and a bus bar assembly electrically connecting the plurality of battery cells, wherein the bus bar assembly directly contacts the plurality of battery cells and extends along a longitudinal direction of the battery pack.
  • connection bus bar units and the plurality of main bus bar units, It provides a battery pack characterized in that located on only one side of the plurality of battery cells.
  • the battery pack is electrically connected to the bus bar assembly and further includes a connection terminal formed on a first side of the battery pack, and the cooling unit is formed on a second side of the battery pack.
  • Side surfaces of the first side and the second side facing each other in the longitudinal direction of the battery pack may include a first side and a second side of the cooling fluid inlet and outlet.
  • the plurality of battery cells, the side structure unit, the cooling unit, and the bus bar assembly may form a modular unit.
  • the battery pack includes a plurality of modular units, each modular unit including the plurality of battery cells, the side structure unit, the cooling unit, and the bus bar assembly; and a filling member surrounding the plurality of modular units.
  • the modular units are provided in plurality, and the plurality of modular units may be arranged in a width direction of the battery pack to protect the plurality of battery cells from impact.
  • a battery pack capable of securing rigidity while increasing energy density and a vehicle including the battery pack may be provided.
  • a battery pack capable of improving cost competitiveness and manufacturing efficiency and a vehicle including the battery pack may be provided.
  • a battery pack capable of improving cooling performance and a vehicle including the battery pack may be provided.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a diagram for explaining battery cells of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the internal structure of the battery cell of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an upper structure of the battery cell of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a lower structure of the battery cell of FIG. 3 .
  • FIG. 7 is a bottom view of the battery cell of FIG. 3 .
  • FIG. 8 is a view for explaining a bus bar assembly of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 9 is a view for explaining a connection bus bar unit of the bus bar assembly of FIG. 8 .
  • connection bus bar unit of FIG. 9 is an exploded perspective view of the connection bus bar unit of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is an enlarged view for explaining main parts of the connection bus bar unit of FIG. 9 .
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a cooling unit of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the cooling unit of FIG. 12 .
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the cooling unit of FIG. 12 .
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a side structure unit of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 16 is a view for explaining the main plate of the side structure unit of FIG. 15 .
  • 17 and 18 are diagrams for explaining a coupling structure of battery cells and cooling units through the side structure unit of FIG. 15 .
  • 19 and 20 are diagrams for explaining arrangement relationships of battery cells and cooling units through the side structure unit of FIG. 15 .
  • 21 to 23 are diagrams for explaining a contact structure of the battery cells of FIG. 20 with a cooling unit.
  • FIG. 24 is a view showing a bottom surface of the side structure unit of FIG. 15 when battery cells are coupled thereto.
  • Fig. 25 is an enlarged bottom view of a main part of the side structure unit of Fig. 24;
  • Fig. 26 is a side view of a main part of the side structure unit of Fig. 24;
  • 27 to 29 are diagrams for explaining the formation of a pack case structure through injection of a filling member into the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 30 is a diagram for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 30;
  • FIG. 32 is a view for explaining a bus bar assembly of the battery pack of FIG. 30 .
  • FIG. 33 is a view for explaining a high voltage bus bar unit of the bus bar assembly of FIG. 32;
  • FIG. 34 is a diagram for explaining a side structure unit of the battery pack of FIG. 30 .
  • FIG. 35 is a diagram for explaining the main plate of the side structure unit of FIG. 33 .
  • FIG. 36 is a diagram for explaining a disposition relationship of battery cells and cooling units through the side structure unit of FIG. 34 .
  • 37 to 40 are views for explaining mounting structures of the side structure unit and the high voltage bus bar unit of FIG. 34 .
  • 41 and 42 are views for explaining the injection of a filling member into the battery pack of FIG. 30 .
  • 43 is a diagram for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 .
  • the battery pack 1 may be provided as an energy source in an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the battery pack 1 provided for the electric vehicle or the like will be described in more detail in the related drawings below.
  • the battery pack 1 may include a plurality of battery cells 100 , a bus bar assembly 200 , a cooling unit 300 , a side structure unit 400 and a filling member 500 .
  • the plurality of battery cells 100 may be provided as cylindrical secondary batteries, pouch-type secondary batteries, or prismatic secondary batteries.
  • the plurality of battery cells 100 will be described as being limited to cylindrical secondary batteries.
  • FIG. 3 is a view for explaining a battery cell of the battery pack of FIG. 2
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the internal structure of the battery cell of FIG. 3
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the upper structure of the battery cell of FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a lower structure of the battery cell of FIG. 3
  • FIG. 7 is a bottom view of the battery cell of FIG.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 10, a battery can 20, a cap plate 30, and a first electrode terminal 40.
  • the battery cell 100 additionally includes an insulating gasket 50 and/or an upper current collecting plate 60 and/or an insulating plate 70 and/or a lower current collecting plate 80 and/or A sealing gasket 90 may be further included.
  • the electrode assembly 10 includes a first electrode plate having a first polarity, a second electrode plate having a second polarity, and a separator interposed between the first electrode plate and the second electrode plate.
  • the first electrode plate is a positive electrode plate or a negative electrode plate
  • the second electrode plate corresponds to an electrode plate having a polarity opposite to that of the first electrode plate.
  • the electrode assembly 10 may have, for example, a jelly-roll shape. That is, the electrode assembly 10 may be manufactured by winding a laminate formed by sequentially stacking the first electrode plate, the separator, and the second electrode plate at least once around the winding center C. In this case, a separator may be provided on the outer circumferential surface of the electrode assembly 10 to insulate it from the battery can 20 .
  • the first electrode plate includes a first electrode current collector and a first electrode active material coated on one or both surfaces of the first electrode current collector.
  • An uncoated portion to which the first electrode active material is not coated is present at one end of the first electrode current collector in the width direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the uncoated portion functions as a first electrode tab.
  • the first electrode tab 11 is provided above the electrode assembly 10 accommodated in the battery can 20 in the height direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the second electrode plate includes a second electrode current collector and a second electrode active material coated on one or both surfaces of the second electrode current collector.
  • An uncoated portion to which the second electrode active material is not coated exists at the other end of the second electrode current collector in the width direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the uncoated portion functions as the second electrode tab 12 .
  • the second electrode tab 12 is provided below the electrode assembly 10 accommodated in the battery can 20 in the height direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the battery can 20 is a cylindrical container having an opening formed thereon, and is made of a conductive metal material. A side surface and an upper surface of the battery can 20 are integrally formed. The upper surface of the battery can 20 has a substantially flat shape. The battery can 20 accommodates the electrode assembly 10 through an opening formed at the bottom and also accommodates the electrolyte.
  • the battery can 20 is electrically connected to the second electrode tab 12 of the electrode assembly 10 . Accordingly, the battery can 20 has the same polarity as the second electrode tab 12 .
  • the battery can 20 may include a beading portion 21 and a crimping portion 22 formed at a lower end thereof.
  • the beading part 21 is formed below the electrode assembly 10 .
  • the beading part 21 is formed by press fitting around the outer circumferential surface of the battery can 20 .
  • the beading part 21 prevents the electrode assembly 10 having a size corresponding to the width of the battery can 20 from escaping through the opening formed at the lower end of the battery can 20, and the cap plate 30 It can function as a support to be seated.
  • the crimping part 22 is formed below the beading part 21 .
  • the crimping part 22 has a shape extended and bent to cover the outer circumferential surface of the cap plate 30 disposed below the beading part 21 and a part of the lower surface of the cap plate 30 .
  • the cap plate 30 is a component made of a conductive metal material and covers an opening formed at a lower end of the battery can 20 . That is, the cap plate 30 forms the lower surface of the battery cell 100 .
  • the cap plate 30 is seated on a beading part 21 formed in the battery can 20 and fixed by a crimping part 22 .
  • An airtight gasket 90 may be interposed between the cap plate 30 and the crimping portion 22 of the battery can 20 to ensure airtightness of the battery can 20 .
  • the cap plate 30 may further include a venting portion 31 formed to prevent an increase in internal pressure due to gas generated inside the battery can 20 .
  • the bent portion 31 corresponds to an area of the cap plate 30 having a smaller thickness than the surrounding area.
  • the venting part 31 is structurally weak compared to the surrounding area. Therefore, when an abnormality occurs in the battery cell 100 and the internal pressure increases above a certain level, the venting part 31 is broken and the gas generated inside the battery can 20 is discharged.
  • a hole may be formed in advance on the upper surface of the battery can 20 before disposing the first electrode terminal 40 and the insulating gasket 50 . Formation of the hole may be possible in other ways, but is not limited thereto. For example, a hole is formed while the first electrode terminal 40 is inserted, a hole having a different diameter is pre-formed, the upper surface is notched, or the first electrode terminal 40 is inserted in advance. It can be done. That is, the hole can be expanded to a desired size, or a small hole can be made by making a notch and then expanded to a desired size. In addition, it goes without saying that other methods of forming holes may also be used.
  • the battery cell 100 has a structure in which both a positive electrode terminal and a negative terminal are present on the upper portion, and therefore, the upper structure is more complicated than the lower structure. Accordingly, the venting part 31 may be formed in the cap plate 30 forming the lower surface of the battery cell 100 to smoothly discharge the gas generated inside the battery can 20 .
  • the venting portion 31 may be continuously formed on the cap plate 30 in a circular motion.
  • the present invention is not limited thereto, and the venting portion 31 may be discontinuously formed on the cap plate 30 in a circular shape, or may be formed in a straight line shape or other shapes.
  • the first electrode terminal 40 is made of a conductive metal material, passes through the upper surface of the battery can 20, and is electrically connected to the first electrode tab 11 of the electrode assembly 10. Accordingly, the first electrode terminal 40 has a first polarity.
  • the first electrode terminal 40 is electrically insulated from the battery can 20 having the second polarity.
  • the first electrode terminal 40 includes an exposed terminal portion 41 and an insertion terminal portion 42 .
  • the exposed terminal portion 41 is exposed to the outside of the battery can 20 .
  • the exposed terminal part 41 is located in the center of the upper surface of the battery can 20 .
  • the insertion terminal portion 42 is electrically connected to the first electrode tab 11 through the central portion of the upper surface of the battery can 20 .
  • the insertion terminal portion 42 may be rivet-coupled on the inner surface of the battery can 20 .
  • the upper surface of the battery can 20 and the first electrode terminal 40 have polarities opposite to each other and face the same direction.
  • a step may be formed between the first electrode terminal 40 and the upper surface of the battery can 20 .
  • the exposed terminal portion 41 of the first electrode terminal 40 is the battery can 20 It may protrude more upward than the upper surface of.
  • the upper surface of the battery can 20 has a shape concavely recessed downward from the center, that is, in a direction toward the electrode assembly 10, the upper surface of the battery can 20 is the first electrode terminal. It may protrude more upward than the exposed terminal portion 41 of (40).
  • the insulating gasket 50 is interposed between the battery can 20 and the first electrode terminal 40 to prevent the battery can 20 and the first electrode terminal 40 having opposite polarities from contacting each other. . Accordingly, the upper surface of the battery can 20 having a substantially flat shape can function as the second electrode terminal of the battery cell 100 .
  • the insulating gasket 50 includes an exposed portion 51 and an inserted portion 52 .
  • the exposed portion 51 is interposed between the exposed terminal portion 41 of the first electrode terminal 40 and the battery can 20 .
  • the insertion part 52 is interposed between the insertion terminal part 42 of the first electrode terminal 40 and the battery can 20 .
  • the insulating gasket 50 may be made of, for example, an insulating resin material.
  • the insulating gasket 50 may be coupled to the battery can 20 and the first electrode terminal 40 by thermal fusion, for example. In this case, airtightness at the bonding interface between the insulating gasket 50 and the first electrode terminal 40 and at the bonding interface between the insulating gasket 50 and the battery can 20 may be enhanced.
  • (20a) corresponds to (20a).
  • the battery cell 100 has a first electrode terminal 40 having a first polarity on one side of its longitudinal direction (direction parallel to the Z-axis) and the first electrode terminal 40 electrically , and a second electrode terminal 20a having a second polarity is provided together. That is, in the battery cell 100 according to an embodiment of the present invention, since the pair of electrode terminals 40 and 20a are located in the same direction, in the case of electrically connecting a plurality of battery cells 100, It is possible to dispose electrical connection components such as the following bus bar assembly 200 on only one side of the battery cells 100 . This can simplify the structure of the battery pack 1 and improve energy density.
  • bus bar assembly 200 for electrical connection with the plurality of battery cells 100 will be described in more detail.
  • the bus bar assembly 200 is provided on one side of the battery cells 100, specifically, on the upper side (+Z axis direction) of the battery cells 100, and the plurality of batteries It may be electrically connected to the cells 100 .
  • the electrical connection of the bus bar assembly 200 may be a parallel and/or series connection.
  • the bus bar assembly 200 includes the first electrode terminal 40 having a first polarity of the plurality of battery cells 100 (see FIG. 3) and a battery can 20 having a second polarity (see FIG. 3). ) is electrically connected to the second electrode terminal 20a (see FIG. 3), and may be electrically connected through an external charge/discharge line or the like through a connector terminal 290 or the like.
  • the first polarity may be an anode
  • the second polarity may be a cathode.
  • bus bar assembly 200 components of the bus bar assembly 200 will be described in more detail.
  • FIG. 8 is a view for explaining a bus bar assembly of the battery pack of FIG. 2
  • FIG. 9 is a view for explaining a connection bus bar unit of the bus bar assembly of FIG. 8
  • FIG. 10 is a view for explaining a connection bus bar unit of FIG. It is an exploded perspective view of
  • FIG. 11 is an enlarged view for explaining the main parts of the connection bus bar unit of FIG. 9 .
  • the bus bar assembly 200 includes a main bus bar unit 210, a connection bus bar unit 230, an interconnection board 260 and a connector terminal 290 can include
  • the main bus bar unit 210 is provided in plurality and may be electrically connected to the battery cells 100 disposed at the outermost part in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the main bus bar unit 210 may be electrically connected to a connector terminal 290 to be described later.
  • connection bus bar unit 230 is disposed between the main bus bar units 210 in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 and is electrically connected to the plurality of battery cells 100. and may cover the plurality of battery cells 100 .
  • connection bus bar unit 230 may be provided in a singular or plural number having a size capable of covering all of the plurality of battery cells 100 to cover the plurality of battery cells 100 .
  • connection bus bar unit 230 will be described as being provided with a plurality of pieces.
  • Each of the plurality of connection bus bar units 230 may include a bus bar cover 240 and a sub bus bar 250 .
  • the bus bar cover 240 covers upper sides of the plurality of battery cells 100 and may be provided in a substantially flat plate shape.
  • the shape and size of the bus bar cover 240 may vary according to the number or capacity of the battery cells 100 required in the battery pack 1 .
  • the bus bar cover 240 may be made of an insulating material.
  • the bus bar cover 240 may be made of a polyimide film. It is not limited thereto, and the bus bar cover 240 may also be provided with other insulating members made of an insulating material.
  • the bus bar covers 240 may be provided as a pair to have a shape and size corresponding to each other in the vertical direction (Z-axis direction) of the battery pack 1 and be coupled to each other.
  • the sub bus bar 250 to be described below is a single layer and may be provided by being inserted between the pair of bus bar covers 240.
  • the bus bar cover 240 may include a positive bus bar hole 242 , a negative bus bar hole 244 and a guide hole 246 .
  • the anode bus bar hole 242 has an opening space of a predetermined size and may be provided in plurality. An anode connection portion 254 to be described later may be exposed through the anode bus bar hole 242 .
  • the anode bus bar hole 242 may be formed to have an opening space larger than the size of the anode connection portion 254 to be described later in order to improve process workability and injection efficiency of the filling member 500 described later.
  • the positive bus bar hole 242 can more efficiently guide the electrical connection between the positive electrode connection portion 254 described later and the first electrode terminal 40 (refer to FIG. 3 ), which is the positive electrode of the battery cells 100 .
  • the injection efficiency of the filling member 500 can be remarkably increased when the filling member 500 described later is injected through the opening space of the anode bus bar hole 242 .
  • the filling member 500 provided with the potting resin 500 to be described later through the opening space of the positive bus bar hole 242 is in a vertical direction (Z-axis direction) from the upper side to the lower side of the battery pack 1 ), the injection efficiency between the battery cells 100 can be remarkably improved.
  • the negative bus bar hole 244 is disposed to face the positive bus bar hole 242, has an opening space of a predetermined size like the positive bus bar hole 242, and may be provided in plurality.
  • the cathode bus bar hole 244 may be formed to have an opening space larger than the size of the cathode connection portion 256 to be described later in order to improve process workability and injection efficiency of the filling member 500 to be described later.
  • the negative bus bar hole 244 is electrically connected to a negative electrode connection portion 256 to be described later and a battery can 20 (see FIG. 3), which is a negative electrode of the battery cells 100, specifically, the second electrode terminal 20a. can be guided more efficiently.
  • the injection efficiency of the filling member 500 can be remarkably increased when the filling member 500 described later is injected through the opening space of the cathode bus bar hole 244 .
  • the filling member 500 provided with the potting resin 500 to be described later through the opening space of the negative bus bar hole 244 is in a vertical direction (Z-axis direction) from the upper side to the lower side of the battery pack 1 ), the injection efficiency between the battery cells 100 can be remarkably improved.
  • the guide hole 246 may guide an assembly position of the bus bar assembly 200 . Specifically, the guide hole 246 may fix the connection bus bar unit 230 to the side structure unit 400 to guide the arrangement of the connection bus bar unit 230 in place.
  • the guide hole 246 may be provided in plurality. Bus bar guide protrusions 416 of the side structure unit 400 to be described later may be inserted into the plurality of guide holes 246 .
  • the sub bus bar 250 is for electrical connection with the first electrode terminal 40 as the positive electrode and the second electrode terminal 20a as the negative electrode of the plurality of battery cells 100, and the bus bar cover 240 ) It may be provided on the upper side or inserted into a pair of bus bar covers 240. Hereinafter, in this embodiment, it will be described as being inserted into or coupled to the bus bar cover 240.
  • the sub bus bar 250 may include a bus bar bridge 252, an anode connection part 254, and a cathode connection part 256.
  • the bus bar bridge 252 is inserted into the bus bar cover 240 and may be formed to a predetermined length along the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the bus bar bridge 252 has a layout structure of the battery cells 100 in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 so as to increase electrical connection efficiency with the battery cells 100. It may be provided in a corresponding shape. Accordingly, in the present embodiment, the bus bar bridge 252 may be arranged in a zigzag shape in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 .
  • a plurality of the bus bar bridges 252 may be provided.
  • the plurality of bus bar bridges 252 may be inserted into the bus bar cover 240 and spaced apart from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the bus bar bridge 252 may be made of a conductive material.
  • the bus bar bridge 252 may be made of aluminum or copper as a metal material. It is not limited thereto, and the bus bar bridge 252 may be made of other materials for the electrical connection.
  • the anode connecting portion 254 integrally extends and protrudes from the bus bar bridge 252 and may be disposed within the anode bus bar hole 242 .
  • the positive electrode connection portion 254 may be electrically connected to the first electrode terminal 40 (refer to FIG. 3 ), which is the positive electrode of the battery cell 100 .
  • the electrical connection may be performed through a welding process for electrical connection such as laser welding or ultrasonic welding.
  • connection between the positive electrode connection part 254 and the positive electrode 40 (first electrode terminal) of the battery cell 100 is performed in the open space of the positive bus bar hole 242, during the connection, for the connection A welding process or the like can be performed directly in the opening space without a separate additional process.
  • the cathode connection part 256 integrally extends from the bus bar bridge 252, protrudes in an opposite direction to the cathode connection part 254, and may be disposed in the cathode bus bar hole 244.
  • the negative electrode connection portion 256 may be electrically connected to the second electrode terminal 20a (see FIG. 3 ), which is the negative electrode of the battery cell 100 .
  • the electrical connection may be performed through a welding process for electrical connection such as laser welding or ultrasonic welding.
  • connection between the negative electrode connection part 256 and the negative electrode 20a (second electrode terminal) of the battery cell 100 is performed in the opening space of the negative bus bar hole 244, during the connection, for the connection A welding process or the like can be performed directly in the opening space without a separate additional process.
  • the interconnection board 260 is connected to the external sensing line and may be provided at one end (-Y axis direction) of the battery pack 1 .
  • the location of the interconnection board 260 may be changed according to design, etc., and may be provided at other locations enabling connection with the external sensing line.
  • the interconnection board 260 may be provided in plurality according to the number or capacity of the battery cells 100 of the battery pack 1 .
  • the interconnection board 260 may be exposed to the outside of the battery pack 1 for connection with the external sensing line.
  • the external sensing line may connect the interconnection board 260 and a battery management system (not shown).
  • the battery management system may determine the state of charge of the battery cells connected in parallel based on the voltages of the battery cells connected in parallel.
  • the interconnection board 260 may include a thermistor for checking temperature states of the battery cells 100 .
  • the thermistor may be built into the interconnection board 260 or separately mounted outside the interconnection board 260 .
  • the connector terminals 290 may be provided as a pair.
  • the pair of connector terminals 290 are for connection with an external charge/discharge line, and may be provided as high voltage connector terminals.
  • the cooling unit 300 is for cooling the battery cells 100, and is disposed on the lower side (-Z axis direction) of the bus bar assembly 200, and the battery pack ( 1) may be disposed between the plurality of battery cells 100 along the length direction (Y-axis direction).
  • the cooling unit 300 may be provided in plurality.
  • the plurality of cooling units 300 may be disposed to face the plurality of battery cells 100 in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the plurality of cooling units 300 may be disposed in contact with the battery cells 100 facing each other so as to increase cooling performance.
  • cooling unit 300 will be described in more detail.
  • FIG. 12 is a view for explaining a cooling unit of the battery pack of FIG. 2
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the cooling unit of FIG. 12
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the cooling unit of FIG. 12 .
  • the cooling unit 300 includes a cooling tube 310, a cooling passage 350, and a cooling fluid inlet/outlet 370. can do.
  • the cooling tube 310 is formed to a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1, is disposed between the plurality of battery cells 100, and circulates a cooling fluid to be described later therein.
  • a cooling passage 350 for this may be provided.
  • the cooling fluid may be provided with water, and may include one or more fluids capable of exchanging heat with the surrounding environment as well as water.
  • the cooling tube 310 may be formed in a shape corresponding to outer surfaces of the plurality of battery cells 100 facing each other in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the cooling tube 310 includes a plurality of convex and concave convex portions 312 and concave portions 316 in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1. It may be formed to be alternately disposed along the longitudinal direction (Y-axis direction) of.
  • the cooling tube 310 may be disposed to be in contact with outer surfaces of the plurality of battery cells 100 so as to further increase the cooling performance of the battery cells 100 .
  • the cooling tube 310 may be adhesively fixed to the plurality of battery cells 100 through a filling member 500 or a separate adhesive member, which will be described later.
  • a cooling fluid guide 318 may be provided at one end (in the -Y axis direction) of the cooling tube 310 to guide the cooling fluid into the cooling passage 350 to be described later.
  • the cooling fluid guide part 318 is formed at one end ( ⁇ Y axis direction) of the cooling tube 310 in the longitudinal direction (Y axis direction), and may be provided as a pair.
  • One of the pair of cooling fluid guides 318 is in communication with the upper passage 352 of the cooling passage 350 to be described later, and the other of the pair of cooling fluid guides 318 is It may be in communication with the lower flow passage 354 of the cooling passage 350 to be.
  • any one of the pair of cooling fluid guides 318 communicates with an upper passage 352 to be described later in the height direction (Z-axis direction) of the cooling tube 310 to the upper side (+Z-axis direction).
  • the other one of the pair of cooling fluid guides 318 communicates with a lower flow passage 354 to be described later in the height direction (Z-axis direction) of the cooling tube 310 to the lower side (-Z-axis direction).
  • the cooling passage 350 circulates a cooling fluid for cooling the battery cells 100, is provided in the cooling tube 310, and can be connected in communication with a cooling fluid inlet/outlet 370 to be described later.
  • the cooling passage 350 may include an upper passage 352 , a lower passage 354 , and a connection passage 356 .
  • the upper flow path 352 is disposed on the upper side of the cooling tube 310 so as to be provided near the bus bar assembly 200, and has a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the cooling tube 310. can be formed as The upper passage 352 may be connected in communication with the cooling fluid supply port 374 of the cooling fluid inlet/outlet 370 .
  • the upper passage 352 may be provided in at least one or a plurality of numbers. Hereinafter, in the present embodiment, a description will be made on the provision of a plurality of upper passages 352 in order to secure cooling performance.
  • the lower flow passage 354 is disposed on the lower side (-Z axis direction) of the cooling tube 310 to be spaced apart from the at least one upper flow passage 352, and is disposed in the longitudinal direction (Y axis direction) of the cooling tube 310. direction) may be formed to a predetermined length.
  • the lower passage 354 may be connected in communication with the cooling fluid outlet port 376 of the cooling fluid inlet/outlet 370 .
  • the lower flow path 354 may be provided in at least one or a plurality of numbers.
  • a description will be made of a case in which a plurality of lower flow passages 354 are provided in order to secure cooling performance.
  • connection passage 356 includes the at least one upper passage, in the case of the present embodiment, a plurality of upper passages 352 and the at least one lower passage, in the case of the present embodiment, a plurality of lower passages 354 can connect
  • connection passage 356 may be provided at the other end (+Y axis direction) of the cooling tube 310 opposite to the cooling fluid inlet/outlet 370 so as to secure the cooling passage 350 as much as possible. there is.
  • the cooling fluid supplied from the cooling fluid supply port 374 is preferentially directed to the upper passage 352 disposed near the bus bar assembly 200. After being supplied to the cooling fluid, it may flow toward the cooling fluid discharge port 376 via the connection passage 356 and the lower passage 354 .
  • the cold cooling fluid is preferentially supplied to the area near the bus bar assembly 200 having a relatively higher temperature distribution in the battery pack 1, the battery cells 100 The cooling performance of can be significantly improved.
  • the cooling fluid inflow and outflow part 370 may be connected to the cooling tube 310 to communicate with the cooling passage 350 of the cooling tube 310 .
  • the cooling fluid inflow and outflow part 370 may be exposed to the outside of the side structure unit 400 to be described later and connected in communication with an external cooling line.
  • the cooling fluid inflow and outflow part 370 may be provided on one side ( ⁇ Y axis direction) of the side of the battery pack 1 along the longitudinal direction (Y axis direction).
  • the cooling tube 310 connected to the cooling fluid inlet/outlet 370 extends from the cooling fluid inlet/outlet 370 to the battery pack 1 in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1. It may be formed to a predetermined length toward the other side (+Y axis direction).
  • the cooling fluid inlet/outlet 370 may include inlet/outlet bodies 371 and 372 , a cooling fluid supply port 374 and a cooling fluid discharge port 376 .
  • the inlet/outlet bodies 371 and 372 may be connected to one end (-Y axis direction) of the cooling tube 310 .
  • the inlet/outlet bodies 371 and 372 may include a supply port body 371 and a discharge port body 372 .
  • the supply port body 371 covers one end (-Y axis direction) of the cooling tube 310 and may be combined with a discharge port body 372 described later.
  • a supply port through-hole 371a through which a cooling fluid supply port 374 to be described later may be formed in the supply port body 371 .
  • a cooling fluid supply port 374 to be described below may communicate with an upper passage 352 to be described later through the cooling fluid guide part 318 through the supply port through-hole 371a.
  • the cooling fluid supply port 374 which will be described later, is provided through the cooling fluid guide part 318 located on the upper side (+Z-axis direction) of the cooling fluid guide part 318 of the cooling tube 310. It may communicate with the upper flow path 352 .
  • the discharge port body 372 is coupled to the supply port body 371 on the opposite side of the supply port body 371 with one end (-Y axis direction) of the cooling tube 310 interposed therebetween to cool the discharge port body 372.
  • One end (-Y axis direction) of the tube 310 may be covered.
  • the discharge port body 372 and the supply port body 371 may be mutually assembled through press hemming.
  • a discharge port through-hole 372a through which a cooling fluid discharge port 376 to be described later may be formed in the discharge port body 372 .
  • a cooling fluid discharge port 376 to be described below may communicate with a lower passage 354 to be described later through the cooling fluid guide part 318 through the discharge port through-hole 372a.
  • the cooling fluid discharge port 376 which will be described below, is provided through the cooling fluid guide part 318 located on the lower side (-Z-axis direction) of the cooling fluid guide part 318 of the cooling tube 310 to lower It may be in communication with the flow path 354 .
  • the cooling fluid supply port 374 is provided on the supply port body 371 of the inlet and inlet bodies 371 and 372 and may be connected to the upper passage 352 in communication.
  • the cooling fluid supply port 374 may be coupled to the supply port body 371 by cauking.
  • the cooling fluid supply port 374 may be connected in communication with the external cooling line.
  • the cooling fluid discharge port 376 is provided on the discharge port body 372 of the inlet and inlet bodies 371 and 372 and may be connected to the lower passage 374 in communication. Here, the cooling fluid discharge port 376 may be caulked to the discharge port body 372 .
  • the cooling fluid discharge port 376 is spaced apart from the cooling fluid supply port 374 by a predetermined distance and may be connected in communication with the external cooling line.
  • the side structure unit 400 is made of a plastic resin material, supports the battery cells 100, secures the rigidity of the battery cells 100, and the battery pack ( 1) can form the side appearance.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a side structure unit of the battery pack of FIG. 2
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a main plate of the side structure unit of FIG. 15 .
  • the side structure unit 400 supports the battery cells 100 and secures the rigidity of the battery cells 100, while the battery pack 1 (see FIG. 2) It can function as a pack case forming the exterior of the battery pack (1, see FIG. 2) by forming the outer side of the side.
  • the side structure unit unit 400 is formed to a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1, and can accommodate and support the battery cells 100.
  • the side structure unit 400 may include a main plate 410 and an end plate 450 .
  • the main plate 410 is formed to a predetermined length along the length direction (Y-axis direction) of the battery pack 1, and the battery cells 100 are formed in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1. ) can be accommodated to be arranged in two rows.
  • the main plate 410 may be provided in plurality and may be spaced apart from each other by a predetermined distance along the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the plurality of main plates 410 secure the rigidity of the battery cells 100 and the cooling unit 300 and occupy a predetermined space within the battery pack 1 (see FIG. 2) to be described later.
  • the injection amount of the filling member 500 can be reduced.
  • the filling member 500 provided with silicon resin which will be described later, it has a relatively high cost. Manufacturing of the battery pack 1 by reducing the injection amount of silicon resin through the plurality of main plates 410 You can secure more cost competitiveness in the city.
  • Each of the plurality of main plates 410 includes a first cell accommodating portion 411, a second cell accommodating portion 412, an inter wing 413, a bottom rib 415, a bus bar guide protrusion 416, A cooling unit insertion groove 417 and a guide jaw 418 may be included.
  • the first cell accommodating portion 411 may be provided in the front (+X-axis direction) of the main plate 410 along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the main plate 410 .
  • the first cell accommodating portion 411 may accommodate the plurality of battery cells 100 disposed in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the first cell accommodating portion 411 may be provided in plurality in front (+X-axis direction) of the main plate 410 .
  • Each of the plurality of first cell accommodating portions 411 has a concave shape corresponding to the outer surface of the battery cell 100 and may at least partially cover the outer surface of the battery cell 100 .
  • the second cell accommodating portion 412 may be provided at the rear (-X-axis direction) of the main plate 410 along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the main plate 410 .
  • the second cell accommodating portion 412 may accommodate the plurality of battery cells 100 disposed in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 .
  • the second cell accommodating portion 412 may be provided in plurality at the rear (-X axis direction) of the main plate 410 .
  • Each of the plurality of second cell accommodating portions 412 has a concave shape corresponding to the outer surface of the battery cell 100 and may at least partially cover the outer surface of the battery cell 100 .
  • the plurality of second cell accommodating portions 412 may accommodate the plurality of battery cells 100 provided as the cylindrical secondary battery in the front-back direction (X-axis direction) of the main plate 410 to the maximum extent possible.
  • the first accommodating part 411 and may be arranged in a staggered manner.
  • the inter wing 413 is provided in plural, and along the width direction (X-axis direction) of the main plate 410 to partition between the plurality of first and second accommodating portions 411 and 412 may protrude. Specifically, the plurality of inter wings 413 may be formed at both the front (+X-axis direction) and the rear (-X-axis direction) along the width direction (X-axis direction) of the main plate 410. .
  • the inter wings 413 protruding forward (+axis direction) of the main plate 410 partition the plurality of first cell accommodating portions 411
  • the inter wings 413 protruding rearward (in the -axial direction) of the main plate 410 may partition the plurality of second cell accommodating portions 412.
  • the bottom rib 415 is provided on the bottom of the main plate 410 and may support the bottom of the battery cells 100 when the main plate 410 of the battery cells 100 is accommodated.
  • the bottom rib 415 may be formed to protrude downward (in the -Z-axis direction) from the bottom of the battery cells 100 .
  • the bus bar guide protrusion 416 is for fixing the connection bus bar unit 230 when assembling the bus bar assembly 200, and is provided on the upper surface of the main plate 410, and at least one or It may be provided with a plurality of more than that.
  • the bus bar fixing hole 416 will be described as being provided in plurality.
  • the plurality of bus bar guide protrusions 416 are inserted into the guide holes 246 of the bus bar cover 240 when assembling the bus bar assembly 200, so that the connection bus bar unit 230 We can guide you in position placement. Since the connection bus bar unit 230 is inserted into or coupled to the plurality of bus bar guide protrusions 416 and fixed, a welding process for electrical connection of the bus bar assembly 200 can be performed more stably. And, the welding quality during the welding process can be further improved.
  • the cooling unit insertion groove 417 is for accommodating an end of the cooling unit 300 and may be provided at an end of the main plate 410 in the longitudinal direction (Y-axis direction). When the main plates 410 are coupled, the end of the cooling unit 300 is disposed in the cooling unit insertion groove 417 and can be more stably fixed.
  • the guide jaws 418 may be provided to protrude to a predetermined height from both upper ends of the main plate 410 in the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • the guide jaw 418 is an end guide of the end plate 450 to be described later.
  • An edge of the side structure unit 400 may be formed together with the jaw 458 .
  • the end plates 450 are provided as a pair and may be provided on both sides of the outermost side along the width direction (X-axis direction) of the side structure unit 400 .
  • the pair of end plates 450 may receive and support the battery cells 100 together with the main plate 410 disposed opposite to each other.
  • a terminal hole 456 and an end guide jaw 458 may be provided on the pair of end plates 450 .
  • the terminal hole 456 is for accommodating the connector terminal 290 and may be provided at one side of an end of the end plate 450 .
  • the end guide protrusion 458 is formed along an upper edge of the end plate 450 and may protrude at the same height as the guide protrusion 418 .
  • the end guide jaws 458 may form an edge of the side structure unit 400 together with the guide jaws 418 of the main plates 410. there is.
  • 17 and 18 are diagrams for explaining a coupling structure of battery cells and cooling units through the side structure unit of FIG. 15 .
  • the cooling tube 310 of the cooling unit 300 may be fitted thereto.
  • the side structure unit 400 may accommodate the battery cells 100 facing each other in the front-back direction (X-axis direction) of the battery cells 100 into which the cooling tubes 310 are inserted.
  • both ends of the cooling unit 300 are inserted into the cooling unit insertion groove 417 when the main plates 410 are coupled and the main plate 410 and the end plate 450 are coupled.
  • the cooling unit 300 may be more stably fixed while preventing interference with the cooling unit 300 .
  • cooling fluid inflow and outflow portions 370 provided at one end of the cooling units 300 may be disposed to protrude outside the side structure unit 400 for connection to an external cooling line.
  • the side structure unit 400 through coupling between the main plates 410 and the end plates 450, the battery cells 100 and the cooling units 300 While accommodating the lateral surface of the battery pack (1, see FIG. 2) may be formed. That is, the side structure unit 400 may function as a pack case forming an external appearance of the battery pack 1 .
  • a separate additional pack case or pack housing structure can be omitted through the side structure unit 400, thereby reducing manufacturing cost and Energy density can be further increased while reducing the overall size of the battery pack 1 .
  • 19 and 20 are diagrams for explaining arrangement relationships of battery cells and cooling units through the side structure unit of FIG. 15 .
  • the distance A between the centers of the battery cells 100 provided between the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 of the main plate 410 (A). ) is a distance set for close contact with the main plate 410, and may be changed according to the thickness of the main plate 410.
  • the distance B between the center of the adjacent battery cells 100 in contact with one surface of the cooling tube 310 is the contact angle between the battery cells 100 and the cooling tube 310 at a predetermined angle, for example, As a distance set to make it 60 degrees, it can be changed in conjunction with the distance (C) described later.
  • the distance (C) between the centers of the battery cells 100 disposed opposite to each other with the cooling tube 310 interposed therebetween is a distance reflecting the thickness of the cooling tube 310, and is a distance between one surface of the cooling tube 310 and It may be determined in association with the distance B between the centers of adjacent battery cells 100 in contact.
  • These distances A to C may be set as optimal distances for closer contact between the battery cells 100 and the cooling tube 310 and the side structure unit 400 .
  • the optimal distance may be determined by considering the diameters of the battery cells 100, the thickness of the cooling tube 310, and the contact angle ⁇ between the battery cells 100 and the cooling tube 310.
  • the battery cells 100 may have a diameter of 46 mm
  • the cooling tube 310 may have a thickness of 2.5 mm.
  • the optimal distance may mean when the contact angle ⁇ between the battery cell 100 and the cooling tube 310 is 60 degrees or an angle close thereto.
  • the pitch P1 between the contact portions of the cooling tube 310 may be interlocked with the spacing of the battery cells 100, and in the present embodiment, the pitch P1 may be 49 mm. there is.
  • the distance d1 between the battery cells 100 disposed oppositely in the oblique direction with the cooling tube 310 interposed therebetween is the assemblability between the battery cells 100 and the cooling tube 310, the cooling tube 310 ) and the coating agent or glue thickness for adhesion between the cooling tube 310 and the battery cells 100.
  • the distance d1 may be prepared in consideration of both the thickness of the cooling tube 310, the coating agent coated on both sides of the cooling tube 310, and the thickness of the glue.
  • the thickness of the cooling tube 310 is 2.5 mm
  • the thickness of the coating agent eg, epoxy coating
  • the thickness of the glue is 0.25 mm at most
  • the thickness of the glue is 0.1 mm
  • the distance d1 is the cooling tube ( 310) may be provided with a thickness of 3.2 mm in consideration of both the thickness of the coating agent applied to both sides of the cooling tube 310 (2*0.25 mm) and the thickness of the glue (2*0.1 mm) (2.5 mm).
  • the end of the inter wing 413 provided between the first cell accommodating part 411 and the second accommodating part 412 of the main plates 410 interferes with the cooling tube 310 facing each other. To prevent this, it may be formed shorter than one side of the battery cells 100 in contact with the cooling tube 310 .
  • the distance P2 between the end of the inter wing 413 of the main plate 410 and the center of the battery cell 100 is the diameter of the battery cells 100 or the thickness of the cooling tube 310 It may be provided at a distance that can avoid interference with the cooling tube 310 in consideration of the like.
  • the distance P2 between the end of the inter wing 413 and the center of the battery cell 100 may be 15 mm.
  • the thickness of the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412 of the main plate 410 may be prepared in consideration of assembly with the battery cells 100 .
  • the thickness of the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412 of the main plate 410 may be prepared in consideration of the distance d2 between the battery cells 100.
  • the minimum thickness t of the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 may be provided to be approximately half of the distance d2 between the battery cells 100.
  • the distance d2 between the battery cells 100 may be provided as 1.5 mm
  • the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 may be The minimum thickness t may be approximately 0.75 mm, specifically, 0.7 mm.
  • the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412 of the main plate 410 when the battery cells 100 are accommodated in the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412 of the main plate 410, the first cell accommodating portion 411 And a predetermined gap space g may be formed in the second cell accommodating part 412 .
  • the gap space g is a concave area between the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412. It may be formed in the remaining area except for the innermost part area of the shape.
  • the innermost region of the concave shape of the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 is the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 It may refer to an area disposed on the opposite side of the protruding part of the inter wing 413 on the concave inner surface of the .
  • the battery cells 100 when the battery cells 100 are accommodated in the first cell accommodating part 411 and the second cell accommodating part 412 of the main plate 410, the battery cells 100, Only the innermost portion of the concave shape is in contact with the inner surfaces of the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion 412, and the first cell accommodating portion 411 and the second cell accommodating portion ( 412) may be spaced apart from each other by the gap space g. Meanwhile, an adhesive bonded to the battery cells 100 may be applied to an innermost region of the concave shape that contacts the battery cells 100 .
  • the inter wing 413 also fills the gap It may be spaced apart from the battery cells 100 by a space (g).
  • the first cell accommodating portion of the battery cells 100 411) and the second cell accommodating part 412, the battery cells 100, the first cell accommodating part 411, the second cell accommodating part 412, the inter wing 413, etc. It is possible to remarkably improve the assemblability by preventing interference or collision.
  • a filling member 500 to be described later may be filled in the gap space g.
  • the filling amount of the filling member 500 between the battery cells 100 can be more secured.
  • the battery cells 100 are connected to the first cell accommodating portion 411 of the main plate 410 and the filling member 500 filled in the gap space g. It can be more stably supported in the second cell accommodating portion 412 .
  • 21 to 23 are diagrams for explaining a contact structure of the battery cells of FIG. 20 with a cooling unit.
  • outer surfaces of the battery cells 100 may contact the cooling tube 310 of the cooling unit 300 in a height direction (Z-axis direction).
  • the contact area A2 between the battery cells 100 and the cooling tube 310 is the contact angle between the battery cells 100 and the cooling tube 310 in consideration of assemblability and optimal cooling performance. ( ⁇ ) and the height h2 of the cooling tube 310.
  • the contact area A2 of the cooling tube 310 of the battery cell 100 may be in the range of about 14% to 15% of the total area A1 of the outer surface of the battery cell 100. there is.
  • the radius R of the battery cell 100 may be 23 mm
  • the height h1 may be 80 mm
  • the height h2 of the cooling tube 310 may be 70 mm
  • a contact angle ⁇ between the battery cell 100 and the cooling tube 310 may be 60 degrees.
  • the total area A1 of the outer surface of the battery cell 100 may be determined by multiplying the circumferential length 2 ⁇ R, that is, the base length 2 ⁇ R and the height h1 of the outer side of the battery cell 100. there is. Accordingly, the total area A1 of the outer surfaces of the battery cells 100 may be 0.368 ⁇ m2, and if ⁇ is replaced by 3.14, it may be approximately 1.16m2.
  • the contact area A2 of the cooling tube 310 of the battery cell 100 is determined by multiplying the arc length l according to the contact angle ⁇ and the height h2 of the cooling tube 310.
  • the arc length l may be derived by the following equation.
  • the arc length l may be approximately 0.077 ⁇ m, and may be approximately 0.242 m when ⁇ is replaced by 3.14. Accordingly, the contact area A2 of the cooling tube 310 of the battery cell 100 may be approximately 0.169 m 2 by multiplying the arc length l by 70 mm, which is the height h2 of the cooling tube 310. .
  • the contact area A2 of the cooling tube 310 of the battery cell 100 can ensure optimal cooling performance and assembly with the cooling tube 310. 14.5% of the total area A1 of the outer surface of the battery cell 100 may be provided.
  • the height (h1) of the battery cell 100, the cooling tube 310 and the cooling tube 310 to block the possibility of a short circuit between the connection bus bar unit 230 It may be formed larger than the height h2 of the cooling tube 310 to avoid contact with the connection bus bar unit 230.
  • FIG. 24 is a view showing the bottom of the side structure unit when battery cells are coupled to the side structure unit of FIG. 15, FIG. 25 is an enlarged bottom view of the main part of the side structure unit of FIG. 24, and FIG. 26 is the side structure of FIG. 24 It is a side view of the main part of the unit.
  • the bottom rib 415 of the side structure unit 400 protrudes more downward (in the -Z axis direction) than the bottom of the battery cells 100, and the battery cells 100 ) may be provided so as not to interfere with the venting portion 31. Accordingly, when gas is discharged through the venting part 31 due to overheating of the battery cells 100 , the gas may be discharged more rapidly without interference of the bottom rib 415 .
  • the bottom rib 415 is provided to cover one side of the bottom of the battery cells 100, and when the side structure unit 400 of the battery cells 100 is accommodated, the side structure unit 400 ) can be more firmly fixed within.
  • the height h3 of the side structure unit 400 is higher than the height of the battery cells 100 so as to cover both the upper and lower sides of the battery cells 100 in the vertical direction (Z-axis direction). It may be provided with a height.
  • the height h3 of the side structure unit 400 since the height of the battery cells 100 is 80 mm, the height h3 of the side structure unit 400 is ) may be formed longer than the height h3.
  • the height h3 of the side structure unit 400 is provided to cover the thickness of the bus bar assembly 200 and the filling member 500 seated on the battery cells 100. It can be. Specifically, the height h3 of the side structure unit 400 may be provided in a range of approximately 85 mm to 95 mm, considering all of these. More specifically, the height h3 of the side structure unit 400 may be 90.3 mm, approximately 90 mm.
  • the filling member 500 fills the space between the cooling unit 300 and the plurality of battery cells 100 in the height direction (Z-axis direction) of the battery pack 1.
  • the filling member 500 is indicated by dotted lines in the shape of a hexahedron is for convenience of understanding, and the filling member 500 includes the cooling unit 300 and the plurality of battery cells 100 All spaces in between can be filled.
  • the filling member 500 may form a pack case structure of the battery pack 1 together with the side structure unit 400 by covering the upper and lower sides of the battery pack 1 (see FIG. 2 ). .
  • the filling member 500 more stably fixes the plurality of battery cells 100 and increases the heat dissipation efficiency of the plurality of battery cells 100 to increase the cooling performance of the battery cells 100 . can be further increased.
  • the filling member 500 may be provided with potting resin.
  • the potting resin may be formed by injecting a resin material in a thin state into the plurality of battery cells 100 and hardening the resin material.
  • the injection of the resin material may be performed at a room temperature of about 15 to 25 degrees Celsius to prevent thermal damage to the plurality of battery cells 100 .
  • the filling member 500 may be made of silicone resin. It is not limited thereto, and the filling member 500 may be made of other resin materials capable of improving the fixing and heat dissipation efficiency of the battery cells 100 in addition to the silicon resin.
  • the filling member 500 covers the portion of the battery cells 100 that is not in contact with the cooling tube 310, it guides the thermal equilibrium of the battery cells 100, and the battery cells 100 Local deterioration of the battery cells 100 may be prevented by preventing a cooling deviation of the battery cells 100 .
  • the safety of the battery cells 100 can be remarkably improved by preventing local deterioration of the battery cells 100 .
  • the filling member 500 is an insulation that prevents current flow to adjacent battery cells 100 when damage or the like occurs due to an abnormal situation in at least one specific battery cell 100 among the plurality of battery cells 100. role can be fulfilled.
  • the filling member 500 may include a material having high specific heat performance. Accordingly, the filling member 500 increases the thermal mass and delays the temperature rise of the battery cells 100 even in situations such as rapid charging and discharging of the battery cells 100, thereby increasing the battery cells 100. sudden temperature rise can be prevented.
  • the filling member 500 may include a glass bubble.
  • the glass bubbles can lower the specific gravity of the filling member 500 to increase the energy density per weight.
  • the filling member 500 may include a material having high heat resistance. Accordingly, when a thermal event due to overheating occurs in at least one specific battery cell 100 among the plurality of battery cells 100, the filling member 500 can effectively prevent thermal runaway toward adjacent battery cells. there is.
  • the filling member 500 may include a material having high flame retardancy. Accordingly, the filling member 500 can minimize the risk of fire when a thermal event such as overheating occurs in at least one specific battery cell 100 among the plurality of battery cells 100 .
  • the filling member 500 may be filled in the bus bar assembly 200 as well as the battery cells 100 . Specifically, the filling member 500 may be filled in the bus bar assembly 200 so as to cover the upper side of the bus bar assembly 200 .
  • the filling member 500, in the vertical direction (Z-axis direction) of the battery cells 100, the bus bar assembly 200 and the battery cells 100 without a disconnection space or separation space between the bus bar assembly 200 Between the bar assembly 200 and the battery cells 100 may be continuously filled.
  • the filling member 500 according to the present embodiment is continuously filled in the battery cells 100 and the bus bar assembly 200 without interruption, the battery cells 100 and the bus bar assembly ( 200), it is possible to significantly improve the cooling performance of the battery pack 1 by implementing even heat dispersion without occurrence of heat dispersion deviation.
  • the filling member 500 may be filled in a portion other than the outer side of the side structure unit 400 .
  • the filling member 500 may continuously fill the battery cells 100, the bus bar assembly 200, and the side structure unit 400 without interruption. Accordingly, the cooling performance of the battery pack 1 can be further improved.
  • 27 to 29 are diagrams for explaining the formation of a pack case structure through injection of a filling member into the battery pack of FIG. 2 .
  • the manufacturer or the like injects and applies the filling member 500 made of the silicone resin through the resin injection device I, and the filling member 500 made of the resin material Through this, it is possible to form a pack case structure of upper and lower portions of the battery pack (1, see FIG. 2).
  • the filling member 500 covers the upper side of the bus bar assembly 200 on the upper side (+Z axis direction) of the battery pack 1, and the lower side (-Z direction) of the battery pack 1 axial direction), the battery cells 100 may be filled up to the protruding height h4 of the bottom rib 415 .
  • the protruding height h4 of the bottom rib 415 may be designed to a predetermined height considering the injection amount of the filling member 500 .
  • the bottom of the side structure unit 400 is filled with resin downward (-Z axis direction) when the filling member 500 is injected.
  • An injection guider (S) may be provided to prevent spillage.
  • the injection guider (S) may be provided with a Teflon material or the like for easy detachment after the filling member 500 is cured.
  • the side structure unit 400 supports the battery cells 100 and the cooling unit 300 together with the injection guider S to prevent the outflow of the resin. It can act as a formwork to prevent
  • an additional injection guider jig structure in the side direction is not required, thereby reducing manufacturing costs. Work efficiency can be significantly improved while reducing.
  • connection bus bar unit 230 since the side structure unit 400 guides the positional arrangement of the connection bus bar unit 230 through the bus bar guide protrusion 416 inserted into the connection bus bar unit 230, the filling It is possible to effectively prevent distortion or displacement of the connection bus bar unit 230 that may occur when the member 500 is injected.
  • the injection accuracy of the filling member 500 is improved through the guide jaw 418 and the end guide jaw 458 formed on the upper edge of the side structure unit 400. It is easy to inject the filling member 500 so that the bus bar assembly 200 can be more reliably covered at a height, and overflow of the filling member 500 can also be effectively prevented.
  • the side structure unit 400 exposes parts connected to external devices such as the interconnection board 260, the connector terminal 290, and the cooling fluid inlet/outlet 370 to the outside, and the filling member Problems such as interference with these components may not occur during injection or application of the 500.
  • the pack case structure of the battery pack (1, see FIG. 1) is formed through the side structure unit 400 and the filling member 500, and a plurality of plates are formed as in the prior art. It is possible to simplify the assembly process of the battery pack 1 compared to forming a pack case structure as a complex assembly of components, and to secure cost competitiveness by significantly lowering manufacturing costs.
  • the pack case structure provided with the side structure unit 400 and the filling member 500 contrast with the conventional pack case structure provided with a cell frame structure composed of an assembly of a plurality of plates.
  • the size of the entire battery pack 1 can be reduced, and energy density can also be remarkably increased.
  • FIG. 30 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 31 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 30 .
  • the battery pack 2 according to this embodiment is similar to the battery pack 1 of the previous embodiment, redundant descriptions of components substantially the same as or similar to those of the previous embodiment will be omitted, and the following will be described in the previous embodiment. and explain the differences.
  • the battery pack 2 includes a plurality of battery cells 100, a bus bar assembly 205, a cooling unit 300, a side structure unit 405, and a filling member 500.
  • bus bar assembly 205 will be described in more detail with reference to the following related drawings.
  • FIG. 32 is a view for explaining the bus bar assembly of the battery pack of FIG. 30
  • FIG. 33 is a view for explaining the high voltage bus bar unit of the bus bar assembly of FIG. 32 .
  • the bus bar assembly 205 includes a main bus bar unit 210, a connection bus bar unit 230, an interconnection board 260, and a high voltage bus bar unit ( 270 and 280) and a connector terminal 290.
  • connection bus bar unit 230 Since the main bus bar unit 210, the connection bus bar unit 230, and the interconnection board 260 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, a redundant description thereof will be omitted.
  • the high voltage bus bar units 270 and 280 are to ensure electrical safety of the bus bar assembly 200, and may be formed to have a thickness greater than that of the main bus bar unit 210.
  • the thickness of the main bus bar unit 210 may be provided as 0.4 mm, and the thickness of the high voltage bus bar units 270 and 280 may be provided as 4 mm to have a thicker thickness than this.
  • the high voltage bus bar units 270 and 280 may include a high voltage line member 270 and a connector mounting member 280 .
  • the high voltage line member 270 is disposed at the bottom of the main bus bar 210 and may be provided with a predetermined length for stable current flow.
  • the high voltage line member 270 may be mounted on both ends of a main plate 410 of a side structure unit 405 to be described later along the width direction (X-axis direction) of the battery pack 2 .
  • the high voltage line member 270 may be provided in multiple numbers according to the number or capacity of the battery cells 100 of the battery pack 2 . That is, the number of high voltage line members 270 may vary depending on the number or capacity of the battery cells 100 .
  • the high voltage line member 270 may include a first high voltage line part 271 , a second high voltage line part 273 and a connection line part 275 .
  • the first high voltage line part 271 is formed to the predetermined length and may be seated on the main plate 410 to be disposed at the bottom of the main bus bar 210 .
  • the first high voltage line part 271 may be formed to have a thickness greater than that of the main bus bar 210 in consideration of current capacity.
  • the first high voltage line part 271 may be seated on the first line accommodating part 419a of the main plate 410 to be described later.
  • the second high voltage line part 273 is spaced apart from the first high voltage line part 271 in the height direction (Z-axis direction) of the battery pack 2 and is seated on the bottom of the main plate 410. can
  • the second high voltage line part 271 is formed to have the same thickness as the first high voltage line part 271 and can form a current path together with the first high voltage line part 271 .
  • connection line part 275 connects the first high voltage line part 271 and the second high voltage line part 273, and is connected to the main plate 410 in the height direction (Z-axis direction) of the main plate 410. It can be arranged on both sides of (410).
  • the connection line part 275 may be integrally formed with the first high voltage line part 271 and the second high voltage line part 273, and may be integrally formed with the first high voltage line part 271 and the second high voltage line part 271.
  • the current path may be formed together with the high voltage line part 273 .
  • one of the first high voltage line part 271 and the second high voltage line part 273 is connected from the first high voltage line part 271 to the second high voltage line part 273 or the Conversely, a disconnection portion may be included to allow current to flow through the connection line portion 275 .
  • connection line portion 275 may be provided in plurality.
  • the plurality of connection line parts 275 may be spaced apart from each other by a predetermined distance in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 2 .
  • the connection line part 275 is disposed between the cooling units 300 to prevent interference with the cooling units 300 in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 2. It can be.
  • the connector mounting members 280 may be provided as a pair.
  • the pair of connector mounting members 280 are disposed between the high voltage line members 270 and may be mounted on a pair of end plates 450 (see FIG. 34 ) of a side structure unit 405 to be described later. .
  • the pair of connector mounting members 280 may include a high voltage line part 281 and a connector connection part 285 .
  • the high voltage line part 281 is formed to a predetermined length and may be seated on the end plate 450 to be disposed at the bottom of the main bus bar 210 .
  • the high voltage line part 281 may be seated on a connector mounting member accommodating part 459 of an end plate 450 to be described later.
  • An upper portion of the high voltage line portion 281 may be disposed on the same line as the first high voltage line portion 271 in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 2 .
  • the connector connection part 285 extends from the high voltage line part 281 and may be disposed on a side surface of the end plate 450 in a height direction (Z-axis direction).
  • a connector terminal 290 to be described below may be mounted on the connector connecting portion 285 .
  • the connector terminals 290 are provided as a pair and may be connected to the connector mounting member 280 . Specifically, the pair of connector terminals 290 may be mounted to the connector connecting portion 285 of each connector mounting member 280 . The pair of connector terminals 290 may be mounted on a pair of end plates 450 to be described later while being connected to the connector mounting member 280 .
  • the stable current flow in the battery pack 2 is guided through the high voltage bus bar units 270 and 280 to increase the electrical safety of the battery pack 2 and improve efficiency during charging and discharging. can be raised even higher.
  • FIG. 34 is a view for explaining a side structure unit of the battery pack of FIG. 30,
  • FIG. 35 is a view for explaining a main plate of the side structure unit of FIG. 33, and
  • FIG. 36 is a battery through the side structure unit of FIG. 37 to 40 are views for explaining the mounting structure of the side structure unit and the high voltage bus bar unit of FIG. 34 .
  • the side structure unit 405 may include a plurality of main plates 410 and a pair of end plates 450 .
  • Each of the plurality of main plates 410 includes a first cell accommodating portion 411, a second cell accommodating portion 412, an inter wing 413, a bottom rib 415, a bus bar guide protrusion 416, A cooling unit insertion groove 417 and high voltage line member accommodating portions 419a and 419b may be included.
  • the first cell accommodating part 411, the second cell accommodating part 412, the inter wing 413, the bottom rib 415, the bus bar guide protrusion 416, and the cooling unit insertion groove 417 ) is substantially the same as or similar to the previous embodiment, and therefore, redundant description will be omitted.
  • the high voltage line member accommodating portions 419a and 419b may be formed at both ends of the main plate 410 along the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • the first high voltage line part 271 and the second high voltage line part 273 of the high voltage line member 270 may be seated in the high voltage line member accommodating portions 419a and 419b.
  • the high voltage line member accommodating portions 419a and 419b may include a first line accommodating portion 419a and a second line accommodating portion 419b.
  • the first line accommodating part 419a accommodates the first high voltage line part 271, and the upper edge (+Z axis direction) of both ends along the length direction (Y axis direction) of the main plate 410 can be formed in
  • the first line accommodating part 419a has a predetermined depth to prevent the battery pack 2 from protruding upward (+Z-axis direction). It can be formed stepwise.
  • the predetermined depth may be at least equal to the thickness of the first high voltage line part 271 .
  • the second line accommodating part 419b accommodates the second high voltage line part 273, and the lower end ( ⁇ Z axis direction) edges of both ends along the length direction (Y axis direction) of the main plate 410 can be formed in
  • the second line accommodating part 419b has a predetermined depth to prevent the battery pack 2 from protruding downward (in the -Z axis direction). It can be formed stepwise.
  • the predetermined depth may be at least equal to the thickness of the second high voltage line part 273 .
  • the pair of end plates 450 may include a terminal hole 456 , an end guide jaw 458 and a connector mounting member accommodating portion 459 .
  • terminal hole 456 and the end guide ledge 458 are similar to those of the previous embodiment, a redundant description thereof will be omitted.
  • the connector mounting member accommodating portion 459 accommodates the high voltage line portion 281 and is formed at the upper edge (+Z axis direction) of both ends along the length direction (Y axis direction) of the end plate 450. It can be.
  • the connector mounting member accommodating portion 459 is stepped to a predetermined depth to prevent the battery pack 2 from protruding upward (+Z-axis direction).
  • the predetermined depth may be at least equal to the thickness of the high voltage line part 281 .
  • the connector mounting member accommodating portion 459 is seated in the first line accommodating portion 419a of the main plate 410 adjacent to the end plate 450 at the opposite side where the connector terminal 290 is disposed. A portion of the first high voltage line unit 271 may be accommodated. To this end, the connector mounting member accommodating portion 459 may be disposed on the same line as the first line accommodating portion 419a in the width direction (X-axis direction) of the battery pack 2 .
  • 41 and 42 are views for explaining the injection of a filling member into the battery pack of FIG. 28 .
  • the manufacturer and the like inject and apply the filling member 500 made of the silicone resin through the resin injection device (I) and the injection guider (S), so that the battery pack 2 , see FIG. 30) may form a pack case structure of upper and lower portions.
  • the filling member 500 is connected to the main bus bar 210 and the connection bus bar of the bus bar assembly 200 at the upper side (+Z axis direction) of the battery pack 2 ( 230) may be filled to cover a part.
  • the filling member 500 is the upper side (+Z-axis direction) of the main bus bar 210 and the connection bus bar 230 seated on the upper side (+Z-axis direction) of the side structure unit 400. , it may be filled so as to cover only electrode connection portions of the battery cells 100 electrically connected to the main bus bar 210 and the connection bus bar 230 . That is, the filling member 500 can cover only the electrode connection portion bent downward (-Z axis direction) for the electrical connection in the main bus bar 210 and the connection bus bar 230. height can be filled.
  • the filling member 500 may be filled so as to cover only the positive bus bar hole 242 and the negative bus bar hole 244 of the connection bus bar 230 . More specifically, the filling member 500 may be filled until the horizontal portion of the main bus bar 210 and the horizontal portion of the bus bar cover 240 are on the same line. Accordingly, after the filling of the filling member 500 is completed, the horizontal portion of the main bus bar 210 and the connection bus bar 230 on the upper side (+Z-axis direction) of the battery pack 2 The bus bar cover 240 may be partially exposed.
  • the filling member 500 is connected to the main bus bar 210 of the bus bar assembly 200 on the upper side (+Z-axis direction) of the battery pack P and Covering only the electrode connection portion of the battery cells 100 electrically connected to the connection bus bar 230, the safety of the electrical connection while optimizing the application amount of the filling member 500 made of the silicone resin, can be obtained effectively.
  • 43 is a diagram for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle V may be an electric vehicle or a hybrid vehicle, and may include at least one battery pack 1 and 2 of the previous embodiment as an energy source.
  • the at least one battery pack (1) (2) can be provided with a battery pack case structure that is easy to implement a modular structure and has a high degree of freedom in mounting.
  • the longitudinal direction of the at least one battery pack 1 or 2 is the vehicle. It may be arranged perpendicular to the length direction of.
  • the battery packs 1 and 2 capable of securing rigidity while increasing energy density, and a vehicle V including the same.
  • the battery packs 1 and 2 capable of improving cooling performance and a vehicle V including the battery packs 1 and 2 may be provided.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀들, 제1 측과 제2 측을 가지는 버스바 어셈블리로서, 버스바 어셈블리의 제2 측이 배터리 셀들의 제1 측에 구비되며, 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리, 버스바 어셈블리의 제2 측에 배치되며, 배터리 팩의 길이 방향을 따라 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛 및 쿨링 유닛과 배터리 셀들을 수용할 수 있게 구성되는 사이드 스트럭처 유닛을 포함하며, 배터리 셀들의 양극과 음극은, 버스바 어셈블리에 구비되는 단일층의 서브 버스바의 양극 연결부 및 음극 연결부에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 10월 12일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0135356호 및 2022년 08월 12일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0101130호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 셀 프레임을 포함하여 구성된다. 종래 셀 프레임은, 일반적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며 강성 등의 확보를 위해 전방 플레이트, 후방 플레이트, 사이드 플레이트, 로어 플레이트 및 어퍼 플레이트 등의 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성된다.
그러나, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조의 특성 상, 제조 비용이 증가하며 조립 공정이 복잡하여, 원가 경쟁력 및 제조 효율 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조에 따라, 전체 배터리 팩의 사이즈가 증가되어 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 복수 개의 배터리 셀들; 제1 측과 제2 측을 가지는 버스바 어셈블리로서, 상기 버스바 어셈블리의 상기 제2 측이 상기 복수 개의 배터리 셀들의 제1 측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 상기 버스바 어셈블리; 상기 버스바 어셈블리의 제2 측에 배치되며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및 상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용할 수 있게 구성되는 사이드 스트럭처 유닛을 포함하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극과 음극은, 상기 버스바 어셈블리에 구비되는 단일층의 서브 버스바의 양극 연결부 및 음극 연결부에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
바람직하게, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 최외곽에 배치되는 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 메인 버스바 유닛; 및 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 상기 메인 버스바 유닛 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 연결 버스바 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 연결 버스바 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측을 커버하는 버스바 커버; 및 상기 버스바 커버에 삽입되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극과의 전기적 연결을 위한 상기 단일층의 서브 버스바를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 커버는, 절연 재질로 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 커버는, 폴리 이미드 필름으로 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 커버는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 버스바 커버는, 상기 배터리 팩의 높이 방향에서 상호 대응되는 형상 및 크기를 갖도록 구성되어 상호 결합될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 커버는, 소정 크기의 개구 공간을 가지는 양극 버스바 홀; 상기 양극 버스바 홀을 마주 하게 배치되고, 상기 양극 버스바 홀과 같이 소정 크기의 개구 공간을 가지는 음극 버스바 홀; 및 상기 사이드 스트럭처 유닛을 상기 버스바 커버에 결합하도록 구성된 체결홀을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 사이드 스트럭처 유닛은, 상기 체결홀에 정렬되어 결합되는 스터브를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 서브 버스바는, 상기 버스바 커버에 삽입되며, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 버스바 브릿지; 상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 돌출되며, 상기 양극 버스바 홀 내에 배치되는 양극 연결부; 및 상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 상기 양극 연결부의 반대 방향으로 돌출되며, 상기 음극 버스바 홀 내에 배치되는 음극 연결부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 브릿지는, 상기 배터리 팩의 폭 방향에서 지그 재그 형태로 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스바 브릿지는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 버스바 브릿지는, 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 양극 연결부와 상기 배터리 셀의 양극은, 상기 양극 버스바 홀의 개구 공간에서 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 음극 연결부와 상기 배터리 셀의 음극은, 상기 음극 버스바 홀의 개구 공간에서 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 양극 연결부와 상기 음극 연결부는, 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 서로 평행하게 정렬될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩 케이스 구조체로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 배터리 팩 케이스 구조체를 포함하며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 길이 방향은, 상기 자동차의 전방 또는 후방 충돌 시 상기 복수 개의 배터리 셀들을 보호할 수 있게 상기 자동차의 길이 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
바람직하게, 상기 복수 개의 배터리 셀들은, 상기 복수 개의 배터리 셀들 각각의 전지 캔의 높이 방향에서 압축되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 상기 배터리 팩 내에 배치되는 복수 개의 배터리 셀들; 상기 배터리 팩 내에 상기 복수 개의 배터리 셀들을 배치할 수 있는 지지 구조를 형성하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 양측에서 지지하는 제1 메인 플레이트와 제2 메인 플레이트를 포함하는 사이드 스트럭처 유닛; 상기 제1 메인 플레이트와 상기 제2 메인 플레이트 사이의 중간 지점에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및 상기 복수 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바 어셈블리를 포함하며, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 직접적으로 접촉하며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 연장하는 복수 개의 연결 버스바 유닛; 및 인접하는 연결 버스바 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 연장하는 복수 개의 메인 버스바 유닛을 포함하며, 상기 복수 개의 연결 버스바 유닛과 상기 복수 개의 메인 버스바 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 일측에만 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 버스바 어셈블리와 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 팩의 제1 측에 형성되는 연결 단자를 더 포함하며, 상기 쿨링 유닛은, 상기 배터리 팩의 제2 측에 형성되며, 상기 제1 측과 상기 제2 측이 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 대향하는 양측면이 제1 측과 제2 측인 냉각 유체 유출입부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 복수 개의 배터리 셀들, 상기 사이드 스트럭처 유닛, 상기 쿨링 유닛 및 상기 버스바 어셈블리는, 모듈러 유닛을 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 배터리 팩은, 복수 개의 모듈러 유닛으로서, 각 모듈러 유닛이 상기 복수 개의 배터리 셀들, 상기 사이드 스트럭처 유닛, 상기 쿨링 유닛 및 상기 버스바 어셈블리를 포함하는 상기 복수 개의 모듈러 유닛; 및 상기 복수 개의 모듈러 유닛을 감싸는 충진부재를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 모듈러 유닛은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 모듈러 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 충격으로부터 보호할 수 있게 상기 배터리 팩의 폭 방향으로 배열될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 도 3의 배터리 셀의 상부 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 도 3의 배터리 셀의 하부 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 도 3의 배터리 셀의 저면도이다.
도 8은 도 2의 배터리 팩의 버스바 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 버스바 어셈블리의 연결 버스바 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 연결 버스바 유닛의 분해 사시도이다.
도 11은 도 9의 연결 버스바 유닛의 주요부를 설명하기 위한 확대도이다.
도 12은 도 2의 배터리 팩의 쿨링 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 쿨링 유닛의 분해 사시도이다.
도 14는 도 12의 쿨링 유닛의 단면도이다.
도 15은 도 2의 배터리 팩의 사이드 스트럭처 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 15의 사이드 스트럭처 유닛의 메인 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 및 도 20는 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 21 내지 도 23은, 도 20의 배터리 셀들의 쿨링 유닛과의 접촉 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 배터리 셀들의 결합 시 사이드 스트럭처 유닛의 저면을 나타내는 도면이다.
도 25는 도 24의 사이드 스트럭처 유닛의 주요부의 확대 저면도이다.
도 26은 도 24의 사이드 스트럭처 유닛의 주요부의 측면도이다.
도 27 내지 도 29는 도 2의 배터리 팩의 충진부재 주입을 통한 팩 케이스 구조 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 31는 도 30의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 32는 도 30의 배터리 팩의 버스바 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 도 32의 버스바 어셈블리의 고전압 버스바 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 34는 도 30의 배터리 팩의 사이드 스트럭처 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 도 33의 사이드 스트럭처 유닛의 메인 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 도 34의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 37 내지 도 40은 도 34의 사이드 스트럭처 유닛과 고전압 버스바 유닛의 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 41 및 도 42는 도 30의 배터리 팩의 충진부재 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 에너지원으로서, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비될 수 있다. 이하, 이러한 상기 전기 자동차 등에 대해 구비되는 상기 배터리 팩(1)에 대해서는 하기 관련 도면에서 보다 상세히 설명한다.
상기 배터리 팩(1)은, 복수 개의 배터리 셀들(100), 버스바 어셈블리(200), 쿨링 유닛(300), 사이드 스트럭처 유닛(400) 및 충진부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은, 이차 전지로서, 원통형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)이 원통형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
이하, 각 배터리 셀(100)에 대해 하기 관련 도면들을 참조하여 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 부분 단면도이며, 도 5는 도 3의 배터리 셀의 상부 구조를 나타내는 부분 단면도이며, 도 6은 도 3의 배터리 셀의 하부 구조를 나타내는 부분 단면도이며, 도 7은 도 3의 배터리 셀의 저면도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체(10), 전지 캔(20), 캡 플레이트(30) 및 제1 전극 단자(40)를 포함한다. 상기 배터리 셀(100)은, 상술한 구성요소들 이 외에도 추가적으로 절연 가스켓(50) 및/또는 상부 집전 플레이트(60) 및/또는 절연 플레이트(70) 및/또는 하부 집전 플레이트(80) 및/또는 실링 가스켓(90)을 더 포함할 수도 있다.
상기 전극 조립체(10)는, 제1 극성을 갖는 제1 전극판, 제2 극성을 갖는 제2 전극판 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 제1 전극판은 양극판 또는 음극판이고, 제2 전극판은 제1 전극판과 반대되는 극성을 갖는 전극판에 해당한다.
상기 전극 조립체(10)는, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 제1 전극판, 분리막, 제2 전극판을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심(C)을 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 전지 캔(20)과의 절연을 위해 분리막이 구비될 수 있다.
상기 제1 전극판은, 제1 전극 집전체 및 제1 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1 전극 활물질을 포함한다. 상기 제1 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제1 전극 탭으로서 기능한다. 상기 제1 전극 탭(11)은, 전지 캔(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다.
상기 제2 전극판은, 제2 전극 집전체 및 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2 전극 활물질을 포함한다. 상기 제2 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제2 전극 탭(12)으로서 기능한다. 상기 제2 전극 탭(12)은, 전지 캔(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다.
상기 전지 캔(20)은, 하방에 개구부가 형성된 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 상기 전지 캔(20)의 측면과 상면은 일체로 형성된다. 상기 전지 캔(20)의 상면은 대략 플랫(flat)한 형태를 갖는다. 상기 전지 캔(20)은, 하방에 형성된 개구부를 통해 전극 조립체(10)를 수용하며, 전해질도 함께 수용한다.
상기 전지 캔(20)은, 전극 조립체(10)의 제2 전극 탭(12)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 전지 캔(20)은, 제2 전극 탭(12)과 동일한 극성을 갖는다.
상기 전지 캔(20)은, 그 하단에 형성된 비딩부(21) 및 크림핑부(22)를 구비할 수 있다. 상기 비딩부(21)는, 전극 조립체(10)의 하부에 형성된다. 상기 비딩부(21)는, 전지 캔(20)의 외주면 둘레를 압입하여 형성된다. 상기 비딩부(21)는, 전지 캔(20)의 폭과 대응되는 사이즈를 갖는 전극 조립체(10)가 전지 캔(20)의 하단에 형성된 개구부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 캡 플레이트(30)가 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.
상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하부에 형성된다. 상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하방에 배치되는 캡 플레이트(30)의 외주면, 그리고 캡 플레이트(30)의 하면의 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다.
상기 캡 플레이트(30)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지는 부품이며, 전지 캔(20)의 하단에 형성된 개구부를 커버한다. 즉, 상기 캡 플레이트(30)는, 배터리 셀(100)의 하면을 이룬다. 상기 캡 플레이트(30)는, 전지 캔(20)에 형성된 비딩부(21) 상에 안착되며, 크림핑부(22)에 의해 고정된다. 상기 캡 플레이트(30)와 전지 캔(20)의 크림핑부(22) 사이에는 전지 캔(20)의 기밀성을 확보하기 위해 기밀 가스켓(90)이 개재될 수 있다.
상기 캡 플레이트(30)는, 전지 캔(20) 내부에 발생된 가스로 인한 내압 증가를 방지하기 위해 형성되는 벤팅부(31)를 더 구비할 수 있다. 상기 벤팅부(31)는, 캡 플레이트(30) 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역에 해당한다. 상기 벤팅부(31)는, 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약하다. 따라서, 상기 배터리 셀(100)에 이상이 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(31)가 파단되어 전지 캔(20)의 내부에 생성된 가스가 배출된다.
상기 전지 캔(20)의 상면에는, 상기 제1 전극 단자(40) 및 상기 절연 가스켓(50)을 배치하기 전에 홀을 미리 형성할 수 있다. 이에 한정되는 것 은 아니며 상기 홀의 형성은 다른 방식으로도 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극단자(40)가 삽입되면서 홀이 형성되거나, 직경이 다른 홀이 미리 형성되거나, 상면이 노치되거나 또는 사전에 미리 노치되어 상기 제1 전극단자(40)의 삽입이 이루어질 수 있다. 즉, 홀을 원하는 크기로 확장하거나 또는 노치를 뚫어 작은 홀을 만든 다음 원하는 크기로 확장할 수도 있다. 아울러, 홀을 형성하는 기타 다른 방식이 사용되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은, 상부에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 존재하는 구조를 가지며, 이로 인해 상부의 구조가 하부의 구조보다 더 복잡하다. 따라서, 상기 전지 캔(20)의 내부 발생된 가스의 원활한 배출을 위해 배터리 셀(100)의 하면을 이루는 캡 플레이트(30)에 벤팅부(31)가 형성될 수 있다.
상기 벤팅부(31)는 캡 플레이트(30) 상에 원을 그리며 연속적으로 형성될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 벤팅부(31)는 캡 플레이트(30) 상에 원을 그리며 불연속적으로 형성될 수도 있고, 직선 형태 또는 그 밖의 다른 형태로 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극 단자(40)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 전지 캔(20)의 상면을 통과하여 전극 조립체(10)의 제1 전극 탭(11)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제1 전극 단자(40)는 제1 극성을 갖는다. 상기 제1 전극 단자(40)는, 제2 극성을 갖는 전지 캔(20)과는 전기적으로 절연된다.
상기 제1 전극 단자(40)는, 노출 단자부(41) 및 삽입 단자부(42)를 포함한다. 상기 노출 단자부(41)는, 전지 캔(20)의 외측으로 노출된다. 상기 노출 단자부(41)는, 전지 캔(20)의 상면의 중심부에 위치한다. 상기 삽입 단자부(42)는, 전지 캔(20)의 상면의 중심부를 관통하여 제1 전극 탭(11)과 전기적으로 연결된다. 상기 삽입 단자부(42)는, 전지 캔(20)의 내측 면 상에 리벳(rivet) 결합될 수 있다.
상기 전지 캔(20)의 상면과 상기 제1 전극 단자(40)는 서로 반대의 극성을 가지고 서로 동일한 방향을 향한다. 또한, 상기 제1 전극 단자(40)와 전지 캔(20)의 상면 사이에는 단차가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지 캔(20)의 상면 전체가 플랫한 형상을 갖거나 그 중심부에서 상방으로 돌출된 형상을 갖는 경우에는 제1 전극 단자(40)의 노출 단자부(41)가 전지 캔(20)의 상면보다 상부로 더 돌출될 수 있다. 이와는 반대로, 상기 전지 캔(20)의 상면이 그 중심부에서 하방으로, 즉 전극 조립체(10)를 향하는 방향으로 오목하게 만입된 형상을 갖는 경우에는, 전지 캔(20)의 상면이 제1 전극 단자(40)의 노출 단자부(41)보다 상부로 더 돌출될 수 있다.
상기 절연 가스켓(50)은, 전지 캔(20)과 제1 전극 단자(40) 사이에 개재되어 서로 반대 극성을 갖는 전지 캔(20) 과 제1 전극 단자(40)가 서로 접촉되는 것을 방지한다. 이로써 대략 플랫한 형상을 갖는 전지 캔(20)의 상면이 배터리 셀(100)의 제2 전극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 절연 가스켓(50)은, 노출부(51) 및 삽입부(52)를 포함한다. 상기 노출부(51)는 제1 전극 단자(40)의 노출 단자부(41)와 전지 캔(20) 사이에 개재된다. 상기 삽입부(52)는 제1 전극 단자(40)의 삽입 단자부(42)와 전지 캔(20) 사이에 개재된다. 상기 절연 가스켓(50)은, 예를 들어 절연성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 절연 가스켓(50)이 수지 재질로 이루어지는 경우에 있어서, 절연 가스켓(50)은, 예로써, 열 융착에 의해 상기 전지 캔(20) 및 제1 전극 단자(40)와 결합될 수 있다. 이 경우, 절연 가스켓(50)과 제1 전극 단자(40)의 결합 계면 및 절연 가스켓(50)과 전지 캔(20)의 결합 계면에서의 기밀성이 강화될 수 있다.
상기 전지 캔(20)의 상면 중에서 상기 제1 전극 단자(40) 및 상기 절연 가스켓(50)이 차지하는 영역을 제외한 나머지 영역 전체가 상기 제1 전극 단자(40)와 반대 극성을 갖는 제2 전극 단자(20a)에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은, 그 길이 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측에 제1 극성을 갖는 제1 전극 단자(40) 및 제1 전극 단자(40)와 전기적으로 절연되며 제2 극성을 갖는 제2 전극 단자(20a)가 함께 구비된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은, 한 쌍의 전극 단자(40, 20a)가 동일 방향에 위치하므로, 복수 개의 배터리 셀들(100)을 전기적으로 연결시키는 경우에 있어서, 하기 버스바 어셈블리(200) 등의 전기적 연결 부품을 배터리 셀들(100)의 일 측에만 배치시키는 것이 가능하다. 이는, 배터리 팩(1) 구조의 단순화 및 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과의 전기적 연결을 위한 상기 버스바 어셈블리(200)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 배터리 셀들(100)의 일측, 구체적으로, 상기 배터리 셀들(100)의 상측(+Z축 방향)에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결은, 병렬 및/또는 직렬 연결일 수 있다.
이러한 상기 버스바 어셈블리(200)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 제1 극성을 갖는 상기 제1 전극 단자(40, 도 3 참조) 및 제2 극성을 갖는 전지 캔(20, 도 3 참조)의 제2 전극 단자(20a, 도 3 참조)와 전기적으로 연결되며, 외부 충/방전 라인 등과 커넥터 터미널(290) 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 극성은 양극일 수 있으며, 제2 극성은 음극일 수 있다.
이하, 상기 버스바 어셈블리(200)의 구성들에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 8은 도 2의 배터리 팩의 버스바 어셈블리를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 8의 버스바 어셈블리의 연결 버스바 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 도 9의 연결 버스바 유닛의 분해 사시도이며, 도 11은 도 9의 연결 버스바 유닛의 주요부를 설명하기 위한 확대도이다.
도 8 내지 도 11 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 메인 버스바 유닛(210), 연결 버스바 유닛(230), 인터커넥션 보드(260) 및 커넥터 터미널(290)을 포함할 수 있다.
상기 메인 버스바 유닛(210)은, 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에서 최외곽에 배치되는 배터리 셀들(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 메인 버스바 유닛(210)은, 후술하는 커넥터 터미널(290)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 연결 버스바 유닛(230)은, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 메인 버스바 유닛(210) 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 커버할 수 있다.
상기 연결 버스바 유닛(230)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 모두 커버할 수 있는 크기의 단수 개로 구비되거나 또는 복수 개로 구비되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 커버할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 연결 버스바 유닛(230)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
이러한 상기 복수 개의 연결 버스바 유닛(230)은, 각각, 버스바 커버(240) 및 서브 버스바(250)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 커버(240)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측을 커버하며, 대략적으로 평편한 플레이트 형상으로 구비될 수 있다. 상기 버스바 커버(240)의 형상 및 크기는 상기 배터리 팩(1)에서 요구되는 배터리 셀들(100)의 개수나 용량 등에 따라 가변될 수 있다.
상기 버스바 커버(240)는, 절연 재질로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 버스바 커버(240)는, 폴리 이미드 필름으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 버스바 커버(240)는, 절연 재질로 구비되는 기타 다른 절연 부재로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이러한 상기 버스바 커버(240)는, 상기 배터리 팩(1)의 상하 방향(Z축 방향)에서 상호 대응되는 형상 및 크기를 갖게 한 쌍으로 구비되어 상호 결합될 수 있다. 여기서, 후술하는 서브 버스바(250)는 단일층으로서, 상기 한 쌍의 버스바 커버(240) 사이에 삽입되어 구비될 수 있다.
이러한 상기 버스바 커버(240)는, 양극 버스바 홀(242), 음극 버스바 홀(244) 및 가이드 홀(246)을 포함할 수 있다.
상기 양극 버스바 홀(242)은, 소정 크기의 개구 공간을 가지며, 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 양극 버스바 홀(242)에는, 후술하는 양극 연결부(254)가 노출될 수 있다. 여기서, 상기 양극 버스바 홀(242)은, 공정 작업성 향상 및 후술하는 충진부재(500) 주입 효율 향상을 위해 후술하는 양극 연결부(254)의 크기보다 큰 개구 공간을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 양극 버스바 홀(242)은, 후술하는 양극 연결부(254)와 배터리 셀들(100)의 양극인 제1 전극 단자(40, 도 3 참조)와의 전기적 연결을 보다 더 효율적으로 가이드 할 수 있다.
아울러, 상기 양극 버스바 홀(242)의 개구 공간을 통해, 후술하는 충진부재(500)의 주입 시 상기 충진부재(500)의 주입 효율을 현저히 높일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 버스바 홀(242)의 개구 공간을 통해 후술하는 포팅 레진(500)으로 구비되는 충진부재(500)가 상기 배터리 팩(1)의 상측에서 하측 방향인 연직 방향(Z축 방향)으로 보다 직접적으로 주입될 수 있어 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이에서의 주입 효율이 현저히 향상될 수 있다.
상기 음극 버스바 홀(244)은, 상기 양극 버스바 홀(242)을 마주 하게 배치되고, 상기 양극 버스바 홀(242)과 같이 소정 크기의 개구 공간을 가지며, 복수 개로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 음극 버스바 홀(244)은, 공정 작업성 향상 및 후술하는 충진부재(500) 주입 효율 향상을 위해 후술하는 음극 연결부(256)의 크기보다 큰 개구 공간을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 음극 버스바 홀(244)은, 후술하는 음극 연결부(256)와 배터리 셀들(100)의 음극인 전지 캔(20, 도 3 참조), 구체적으로, 상기 제2 전극 단자(20a)와의 전기적 연결을 보다 더 효율적으로 가이드 할 수 있다.
아울러, 상기 음극 버스바 홀(244)의 개구 공간을 통해, 후술하는 충진부재(500)의 주입 시 상기 충진부재(500)의 주입 효율을 현저히 높일 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 버스바 홀(244)의 개구 공간을 통해 후술하는 포팅 레진(500)으로 구비되는 충진부재(500)가 상기 배터리 팩(1)의 상측에서 하측 방향인 연직 방향(Z축 방향)으로 보다 직접적으로 주입될 수 있어 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이에서의 주입 효율이 현저히 향상될 수 있다.
상기 가이드 홀(246)은, 상기 버스바 어셈블리(200)의 조립 위치를 가이드 할 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 홀(246)은, 상기 연결 버스바 유닛(230)을 상기 사이드 스트럭쳐 유닛(400)에 고정하여 상기 연결 버스바 유닛(230)의 정위치 배열을 가이드 할 수 있다.
상기 가이드 홀(246)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 가이드 홀(246)에는 후술하는 사이드 스트럭쳐 유닛(400)의 버스바 가이드 돌기들(416)이 삽입될 수 있다.
상기 서브 버스바(250)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극인 제1 전극 단자(40) 및 음극인 제2 전극 단자(20a)와의 전기적 연결을 위한 것으로서, 상기 버스바 커버(240) 상측에 구비되거나 또는 한 쌍의 버스바 커버(240) 내에 삽입되어 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 버스바 커버(240) 내에 삽입되거나 또는 결합되는 것으로 한정하여 설명한다.
이러한 상기 서브 버스바(250)는, 버스바 브릿지(252), 양극 연결부(254) 및 음극 연결부(256)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 브릿지(252)는, 상기 버스바 커버(240)에 삽입되며, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 버스바 브릿지(252)는, 상기 배터리 셀들(100)과의 전기적 연결 효율을 높일 수 있게 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)에서 상기 배터리 셀들(100)의 배치 구조에 대응되는 형상으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서, 상기 버스바 브릿지(252)는, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)에서 지그 재그 형태로 배치될 수 있다.
이러한 상기 버스바 브릿지(252)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 버스바 브릿지(252)는, 상기 버스바 커버(240)에 삽입되어 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에서 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 버스바 브릿지(252)는, 도전성 재질로 구비될 수 있다. 예로써, 버스바 브릿지(252)는, 금속 재질로서, 알루미늄 또는 구리 재질로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 버스바 브릿지(252)는, 상기 전기적 연결을 위한 기타 다른 재질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 양극 연결부(254)는, 상기 버스바 브릿지(252)로부터 일체로 연장되어 돌출되며, 상기 양극 버스바 홀(242) 내에 배치될 수 있다. 이러한 상기 양극 연결부(254)는, 상기 배터리 셀(100)의 양극인 제1 전극 단자(40, 도 3 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 양극 연결부(254)와 상기 배터리 셀(100)의 양극(40, 제1 전극 단자)의 연결은, 상기 양극 버스바 홀(242)의 개구 공간에서 수행되므로, 상기 연결 시, 상기 연결을 위한 용접 공정 등이 상기 개구 공간에서 별도의 추가 공정 없이 곧바로 수행될 수 있다.
상기 음극 연결부(256)는, 상기 버스바 브릿지(252)로부터 일체로 연장되어 상기 양극 연결부(254)의 반대 방향으로 돌출되며, 상기 음극 버스바 홀(244) 내에 배치될 수 있다. 이러한 상기 음극 연결부(256)는, 상기 배터리 셀(100)의 음극인 제2 전극 단자(20a, 도 3 참조)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기적 연결은, 레이저 용접이나 초음파 용접과 같은 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
상기 음극 연결부(256)와 상기 배터리 셀(100)의 음극(20a, 제2 전극 단자)의 연결은, 상기 음극 버스바 홀(244)의 개구 공간에서 수행되므로, 상기 연결 시, 상기 연결을 위한 용접 공정 등이 상기 개구 공간에서 별도의 추가 공정 없이 곧바로 수행될 수 있다.
상기 인터커넥션 보드(260)는, 상기 외부 센싱 라인과 연결되며, 상기 상기 배터리 팩(1)의 일단부(-Y축 방향)에 구비될 수 있다. 상기 인터커넥션 보드(260)의 구비 위치는, 설계 등에 따라 변경될 수 있으며, 상기 외부 센싱 라인과 연결을 가능하게 할 수 있는 기타 다른 위치에 구비될 수도 있다. 아울러, 상기 인터커넥션 보드(260)는, 상기 배터리 팩(1)의 배터리 셀들(100)의 개수나 용량 등에 따라 복수 개로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
이러한 상기 인터커넥션 보드(260)는 상기 외부 센싱 라인과의 연결을 위해, 상기 배터리 팩(1) 외부에 노출되게 구비될 수 있다. 상기 외부 센싱 라인은 상기 인터커넥션 보드(260)와 배터리 관리 시스템(미도시)을 연결할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 병렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 기초로 병렬 연결된 배터리 셀들의 충전 상태를 결정할 수 있다.
상기 인터커넥션 보드(260)에는, 상기 배터리 셀들(100)의 온도 상태를 확인하기 위한 써미스터가 구비될 수 있다. 이러한 상기 써미스터는 상기 인터커넥션 보드(260)에 내장되거나 또는 상기 인터커넥션 보드(260) 외부에 별도에 장착될 수 있다. 상기 커넥터 터미널(290)은, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 커넥터 터미널(290)은, 외부 충방전 라인과의 연결을 위한 것으로서, 고전압 커넥터 터미널로 구비될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 버스바 어셈블리(200)의 하측(-Z축 방향)에 배치되며, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 상기 쿨링 유닛(300)은, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 마주 하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 냉각 성능을 높일 수 있게 마주 하는 배터리 셀들(100)과 접촉되게 배치될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 쿨링 유닛(300)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 12은 도 2의 배터리 팩의 쿨링 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 도 12의 쿨링 유닛의 분해 사시도이며, 도 14는 도 12의 쿨링 유닛의 단면도이다.
도 12 내지 도 14 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 쿨링 유닛(300)은, 냉각 튜브(310), 냉각 유로(350) 및 냉각 유체 유출입부(370)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이에 배치되며, 내부에 후술하는 냉각 유체 순환을 위한 냉각 유로(350)가 마련될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 냉각 유체는, 물로 마련될 수 있으며, 물 뿐만 아니라 주변 환경과 열을 교환할 수 있는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)에서, 마주 하는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 외면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)으로 볼록하고 오목하게 형성되는 복수 개의 볼록부(312)와 오목부(316)가 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 교대로 배치되게 형성될 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)는, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 외면에 접촉되게 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 튜브(310)는, 후술하는 충진부재(500) 또는 별도의 접착부재 등을 통해 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)에 접착 고정될 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)의 일측 단부(-Y축 방향)에는, 후술하는 냉각 유로(350) 내부로 냉각 유체를 안내하기 위한 냉각 유체 안내부(318)가 마련될 수 있다. 상기 냉각 유체 안내부(318)는, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)의 일단(-Y축 방향)에 형성되며, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 냉각 유체 안내부(318) 중 어느 하나는, 후술하는 냉각 유로(350)의 어퍼 유로(352)와 연통되며, 상기 한 쌍의 냉각 유체 안내부(318) 중 다른 하나는, 후술하는 냉각 유로(350)의 로어 유로(354)와 연통될 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 냉각 유체 안내부(318) 중 어느 하나는 후술하는 어퍼 유로(352)와 연통되게 상기 냉각 튜브(310)의 높이 방향(Z축 방향)에서 상측(+Z축 방향)에 구비되며, 상기 한 쌍의 냉각 유체 안내부(318) 중 다른 하나는 후술하는 로어 유로(354)와 연통되게 상기 냉각 튜브(310)의 높이 방향(Z축 방향)에서 하측(-Z축 방향)에 구비될 수 있다.
상기 냉각 유로(350)는, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 냉각 유체를 순환시키며, 상기 냉각 튜브(310) 내에 구비되며, 후술하는 냉각 유체 유출입부(370)와 연통되게 연결될 수 있다.
이러한 상기 냉각 유로(350)는, 어퍼 유로(352), 로어 유로(354) 및 연결 유로(356)를 포함할 수 있다.
상기 어퍼 유로(352)는, 상기 버스바 어셈블리(200) 가까이에 구비되게끔 상기 냉각 튜브(310)의 상측에 배치되며, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 어퍼 유로(352)는, 상기 냉각 유체 유출입부(370)의 상기 냉각 유체 공급 포트(374)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 어퍼 유로(352)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 냉각 성능 확보를 위해 상기 어퍼 유로(352)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 로어 유로(354)는, 상기 적어도 하나의 어퍼 유로(352)와 이격되게 상기 냉각 튜브(310)의 하측(-Z축 방향)에 배치되며, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 로어 유로(354)는, 상기 냉각 유체 유출입부(370)의 상기 냉각 유체 배출 포트(376)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 로어 유로(354)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 냉각 성능 확보를 위해 상기 로어 유로(354)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 연결 유로(356)는, 상기 적어도 하나의 어퍼 유로, 본 실시예의 경우, 복수 개의 어퍼 유로들(352)과 상기 적어도 하나의 로어 유로, 본 실시예의 경우, 복수 개의 로어 유로들(354)을 연결할 수 있다.
상기 연결 유로(356)는, 상기 냉각 유로(350)를 최대한 확보할 수 있게 상기 냉각 유체 유출입부(370)의 반대편인 상기 냉각 튜브(310)의 타단부(+Y축 방향)에 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 냉각 유로(350)의 냉각 유체 순환 시, 상기 냉각 유체 공급 포트(374)로부터 공급된 냉각 유체가 상기 버스바 어셈블리(200) 가까이에 배치되는 상기 어퍼 유로(352)로 우선적으로 공급된 후 상기 연결 유로(356), 상기 로어 유로(354)를 거쳐 상기 냉각 유체 배출 포트(376) 측으로 유동할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(1) 내에서 상대적으로 더 높은 온도 분포를 갖는 상기 버스바 어셈블리(200) 근처 영역에 차가운 냉각 유체가 우선적으로 공급되기에, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능이 현저히 향상될 수 있다.
상기 냉각 유체 유출입부(370)는, 상기 냉각 튜브(310)의 상기 냉각 유로(350)와 연통되게 상기 냉각 튜브(310)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유체 유출입부(370)는, 후술하는 사이드 스트럭처 유닛(400) 외부에 노출되어 외부 냉각 라인과 연통되게 연결될 수 있다.
상기 냉각 유체 유출입부(370)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에 따른 측면 일측(-Y축 방향)에 구비될 수 있다. 상기 냉각 유체 유출입부(370)와 연결되는 상기 냉각 튜브(310)는, 상기 냉각 유체 유출입부(370)로부터 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에서 상기 배터리 팩(1)의 측면 타측(+Y축 방향)을 향해 소정 길이로 형성될 수 있다.
상기 냉각 유체 유출입부(370)는, 유출입부 바디(371, 372), 냉각 유체 공급 포트(374) 및 냉각 유체 배출 포트(376)를 포함할 수 있다.
상기 유출입부 바디(371, 372)는, 상기 냉각 튜브(310)의 일단부(-Y축 방향)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 유출입부 바디(371, 372)는, 공급 포트 바디(371) 및 배출 포트 바디(372)를 포함할 수 있다.
상기 공급 포트 바디(371)는, 상기 냉각 튜브(310)의 일측 단부(-Y축 방향)를 커버하며, 후술하는 배출 포트 바디(372)와 결합될 수 있다. 이러한 상기 공급 포트 바디(371)에는, 후술하는 냉각 유체 공급 포트(374)가 관통되는 공급 포트 관통홀(371a)이 형성될 수 있다. 후술하는 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 공급 포트 관통홀(371a)을 관통하여 상기 냉각 유체 안내부(318)를 통해 후술하는 어퍼 유로(352)와 연통될 수 있다. 구체적으로, 후술하는 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 냉각 튜브(310)의 상기 냉각 유체 안내부(318) 중 상측(+Z축 방향)에 위치한 냉각 유체 안내부(318)를 통해 후술하는 어퍼 유로(352)와 연통될 수 있다.
상기 배출 포트 바디(372)는, 상기 냉각 튜브(310)의 일측 단부(-Y축 방향)을 사이에 두고 상기 공급 포트 바디(371)의 반대편에서 상기 공급 포트 바디(371)와 결합되어 상기 냉각 튜브(310)의 일측 단부(-Y축 방향)를 커버할 수 있다. 여기서, 상기 배출 포트 바디(372)와 상기 공급 포트 바디(371)는, 프레스 헤밍(Press Hemming)을 통해 상호 조립될 수 있다.
이러한 상기 배출 포트 바디(372)에는, 후술하는 냉각 유체 배출 포트(376)가 관통되는 배출 포트 관통홀(372a)이 형성될 수 있다. 후술하는 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 배출 포트 관통홀(372a)을 관통하여 상기 냉각 유체 안내부(318)를 통해 후술하는 로어 유로(354)와 연통될 수 있다. 구체적으로, 후술하는 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 냉각 튜브(310)의 냉각 유체 안내부(318) 중 하측(-Z축 방향)에 위치한 냉각 유체 안내부(318)를 통해 후술하는 로어 유로(354)와 연통될 수 있다.
상기 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 유출입부 바디(371, 372)의 상기 공급 포트 바디(371)에 구비되며, 상기 어퍼 유로(352)와 연통되게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 공급 포트 바디(371)에 코킹(cauking) 결합될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유체 공급 포트(374)는 상기 외부 냉각 라인과 연통되게 연결될 수 있다.
상기 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 유출입부 바디(371, 372)의 상기 배출 포트 바디(372)에 구비되며, 상기 로어 유로(374)와 연통되게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 배출 포트 바디(372)에 코킹 결합될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 냉각 유체 공급 포트(374)와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 외부 냉각 라인과 연통되게 연결될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 플라스틱 레진 재질로 구비되고, 상기 배터리 셀들(100)을 지지하며, 상기 배터리 셀들(100)의 강성을 확보함과 아울러 상기 배터리 팩(1)의 측면 외관을 형성할 수 있다.
이하, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)에 대해 하기 관련 도면들을 통해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 15은 도 2의 배터리 팩의 사이드 스트럭처 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 16은 도 15의 사이드 스트럭처 유닛의 메인 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 상기 배터리 셀들(100)의 지지하고, 상기 배터리 셀들(100)의 강성을 확보하면서, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 측면 외측을 형성하여 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 외관을 형성하는 팩 케이스로서 기능할 수 있다.
이러한 상기 사이드 스트럭처 유닛 유닛(400)은, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 배터리 셀들(100)을 수용하여 지지할 수 있다.
상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 메인 플레이트(410) 및 엔드 플레이트(450)를 포함할 수 있다.
상기 메인 플레이트(410)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 배터리 셀들(100)을 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)에서 2열로 배치되게끔 수용할 수 있다. 이러한 상기 메인 플레이트(410)는, 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 메인 플레이트(410)는, 상기 배터리 셀들(100) 및 상기 쿨링 유닛(300)의 강성을 확보함과 아울러 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조) 내에서 소정 공간을 차지하여 후술하는 충진부재(500)의 주입량을 줄일 수 있다. 후술하는 실리콘 레진으로 구비되는 충진부재(500)의 경우, 상대적으로 높은 원가를 가지는데, 상기 복수 개의 메인 플레이트들(410)를 통해 실리콘 레진의 주입양을 저감하여 상기 배터리 팩(1)의 제조 시 원가 경쟁력을 보다 더 확보할 수 있다.
상기 복수 개의 메인 플레이트(410)는, 각각, 제1 셀 수용부(411), 제2 셀 수용부(412), 인터 윙(413), 바텀 리브(415), 버스바 가이드 돌기(416), 쿨링 유닛 삽입홈(417) 및 가이드 턱(418)을 포함할 수 있다.
상기 제1 셀 수용부(411)는, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상기 메인 플레이트(410)의 전방(+X축 방향)에 마련될 수 있다. 이러한 상기 제1 셀 수용부(411)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에 배치되는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 셀 수용부(411)는, 상기 메인 플레이트(410)의 전방(+X축 방향)에 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 셀 수용부(411)는, 각각, 상기 배터리 셀(100)의 외면에 대응되는 오목한 형상으로 구비되며, 상기 배터리 셀(100)의 외측면을 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다.
상기 제2 셀 수용부(412)는, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 상기 메인 플레이트(410)의 후방(-X축 방향)에 마련될 수 있다. 이러한 상기 제2 셀 수용부(412)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)에 배치되는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 셀 수용부(412)는, 상기 메인 플레이트(410)의 후방(-X축 방향)에 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 제2 셀 수용부(412)는, 각각, 상기 배터리 셀(100)의 외면에 대응되는 오목한 형상으로 구비되며, 상기 배터리 셀(100)의 외측면을 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 제2 셀 수용부(412)는, 상기 원통형 이차 전지로 구비되는 배터리 셀들(100)을 최대한 수용할 수 있게 상기 메인 플레이트(410)의 전후 방향(X축 방향)에서 상기 복수 개의 제1 수용부(411)와 엇갈리게 배치될 수 있다.
상기 인터 윙(413)은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제1 및 제2 수용부들(411, 412) 사이를 구획할 수 있게 상기 메인 플레이트(410)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 돌출 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 인터 윙들(413)은, 상기 메인 플레이트(410)의 폭 방향(X축 방향)을 따른 전방(+X축 방향) 및 후방(-X축 방향) 모두에 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 복수 개의 인터 윙들(413) 중 상기 메인 플레이트(410)의 전방(+축 방향)으로 돌출된 인터 윙들(413)은, 상기 복수 개의 제1 셀 수용부들(411)을 구획하며, 상기 복수 개의 인터 윙들(413) 중 상기 메인 플레이트(410)의 후방(-축 방향)으로 돌출된 인터 윙들(413)은, 상기 복수 개의 제2 셀 수용부들(412)을 구획할 수 있다.
상기 바텀 리브(415)는, 상기 메인 플레이트(410)의 저부에 구비되며, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 메인 플레이트(410) 수용 시, 상기 배터리 셀들(100)의 저부를 지지할 수 있다.
이러한 상기 바텀 리브(415)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 메인 플레이트(410) 수용 시, 상기 배터리 셀들(100)의 저부보다 더 하방(-Z축 방향)으로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 버스바 가이드 돌기(416)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 조립 시, 상기 연결 버스바 유닛(230)의 고정을 위한 것으로서, 상기 메인 플레이트(410)의 상면에 구비되며, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 버스바 고정홀(416)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 버스바 가이드 돌기(416)는, 상기 버스바 어셈블리(200)의 조립 시, 상기 버스바 커버(240)의 상기 가이드 홀(246)에 삽입되어, 상기 연결 버스바 유닛(230)의 정위치 배치를 가이드 할 수 있다. 상기 연결 버스바 유닛(230)은 상기 복수 개의 버스바 가이드 돌기(416)에 삽입되거나 또는 결합되어 고정되므로, 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결을 위한 용접 공정 등을 보다 더 안정적으로 진행할 수 있으며, 상기 용접 공정 시의 용접 품질을 보다 더 높일 수 있다.
상기 쿨링 유닛 삽입홈(417)은, 상기 쿨링 유닛(300)의 단부를 수용하기 위한 것으로서, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방향(Y축 방향) 단부에 마련될 수 있다. 상기 쿨링 유닛(300)의 단부는, 상기 메인 플레이트들(410)의 결합 시, 상기 쿨링 유닛 삽입홈(417) 내에 배치되어 보다 더 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 가이드 턱(418)은, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방향(Y축 방향)에 따른 양측 상단부에 소정 높이로 돌출되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 가이드 턱(418)은, 상기 메인 플레이트들(410) 및 후술하는 엔드 플레이트(450)의 결합에 따른 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 조립 완료 시, 후술하는 엔드 플레이트(450)의 엔드 가이드 턱(458)과 함께 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 테두리를 형성할 수 있다.
상기 엔드 플레이트(450)는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 폭 방향(X축 방향)에 따른 최외곽 양측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(450)는, 맞은 편에 배치되는 메인 플레이트(410)와 함께 상기 배터리 셀들(100)을 수용하여 지지할 수 있다.
상기 한 쌍의 엔드 플레이트(450)에는, 터미널 홀(456) 및 엔드 가이드 턱(458)이 구비될 수 있다.
상기 터미널 홀(456)은, 상기 커넥터 터미널(290)을 수용하기 위한 것으로서, 상기 엔드 플레이트(450)의 단부 일측에 마련될 수 있다.
상기 엔드 가이드 턱(458)은, 상기 엔드 플레이트(450)의 상단 테두리를 따라 형성되며, 상기 가이드 턱(418)과 동일한 높이로 돌출되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 엔드 가이드 턱(458)은, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 조립 완료 시, 상기 메인 플레이트들(410)의 가이드 턱(418)과 함께 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 테두리를 형성할 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)을 통한 상기 배터리 셀들(100)과 상기 쿨링 유닛들(300)의 결합 구조에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 17 및 도 18은 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 먼저, 상기 배터리 셀들(100) 중, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 전후 2열로 배치된 배터리 셀들(100) 사이에 상기 쿨링 유닛(300)의 냉각 튜브(310)가 끼워질 수 있다. 이러한 냉각 튜브(310)가 끼워진 배터리 셀들(100)의 전후 방향(X축 방향)에서 사이드 스트럭처 유닛(400)이 마주 하는 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 폭 방향(X축 방향)에서, 최외곽에 배치되는 엔드 플레이트(450), 배터리 셀들(100), 냉각 튜브(310), 배터리 셀들(100), 메인 플레이트(410)가 배치되며, 다시, 배터리 셀들(100), 냉각 튜브(310), 배터리 셀들(100), 메인 플레이트(410) 순서로 배치되면서 결합될 수 있다. 이후, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 폭 방향(X축 방향)에서, 반대편측 최외곽에 배치되는 엔드 플레이트(450)가 최종적으로 배치되면서 결합되어 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 결합을 완성하면서 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 내에 상기 배터리 셀들(100) 및 상기 쿨링 유닛들(300)이 수용될 수 있다.
여기서, 상기 쿨링 유닛(300)의 양 단부는, 상기 메인 플레이트들(410)의 결합 및 상기 메인 플레이트(410)와 상기 엔드 플레이트(450)의 결합 시 상기 쿨링 유닛 삽입홈(417) 내에 삽입되어 상기 쿨링 유닛(300)과의 간섭을 방지하면서 상기 쿨링 유닛(300)을 보다 더 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 상기 쿨링 유닛들(300)의 일단부에 구비되는 냉각 유체 유출입부(370)는 외부 냉각 라인 등과의 연결을 위해 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 밖으로 돌출되게 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 이러한 상기 메인 플레이트들(410) 및 상기 엔드 플레이트들(450) 상호 간의 결합을 통해, 상기 배터리 셀들(100) 및 상기 쿨링 유닛들(300)을 수용하면서 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 측면 외곽 구조를 형성할 수 있다. 즉, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 상기 배터리 팩(1)의 외관을 형성하는 팩 케이스로 기능할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1, 도 1 참조)은, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)을 통해 별도의 추가적인 팩 케이스나 팩 하우징 구조물을 생략할 수 있어, 제조 비용을 낮춤과 아울러 상기 배터리 팩(1)의 전체 사이즈를 줄이면서 에너지 밀도를 보다 더 높일 수 있다.
도 19 및 도 20는 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 메인 플레이트(410)의 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412) 사이에 구비되는 배터리 셀들(100)의 중심 사이의 거리(A)는, 상기 메인 플레이트(410)와의 밀착을 위해 설정된 거리로서, 상기 메인 플레이트(410)의 두께에 따라 변경될 수 있다.
그리고, 상기 냉각 튜브(310)의 일면과 접촉하는 인접한 배터리 셀들(100)의 중심 사이의 거리(B)는, 배터리 셀들(100)과 냉각 튜브(310)의 접촉 각도를 소정 각도, 예로써, 60도로 만들기 위해 설정된 거리로서, 후술하는 거리(C)에 연동되어 변경될 수 있다. 상기 냉각 튜브(310)를 사이에 두고 대향 배치되는 배터리 셀들(100)의 중심 사이의 거리(C)는, 상기 냉각 튜브(310)의 두께를 반영한 거리로서, 상기 냉각 튜브(310)의 일면과 접촉하는 인접한 배터리 셀들(100)의 중심 사이의 거리(B)와 연동되어 결정될 수 있다.
이러한 A 거리 내지 C 거리는, 상기 배터리 셀들(100)과 냉각 튜브(310) 및 사이드 스트럭처 유닛(400) 사이의 보다 더 긴밀한 밀착을 위한 최적 거리로 설정될 수 있다. 구체적으로, 상기 최적 거리는, 상기 배터리 셀들(100)의 직경, 상기 냉각 튜브(310)의 두께 및 상기 배터리 셀(100)과 냉각 튜브(310)의 접촉 각도(θ) 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예로써, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀들(100)의 직경은, 46mm로 마련되며, 상기 냉각 튜브(310)의 두께는 2.5mm로 마련될 수 있다.
한편, 상기 최적 거리는, 상기 배터리 셀(100)과 냉각 튜브(310)의 접촉 각도(θ)가 60도 또는 그 부근의 각도일 때를 의미할 수 있다. 여기서, 상기 쿨링 튜브(310)의 접촉 부분들 사이의 피치(P1)는, 배터리 셀들(100)의 간격과 연동될 수 있으며, 본 실시예의 경우, 상기 피치(P1)는, 49mm로 마련될 수 있다.
상기 냉각 튜브(310)를 사이에 두고 사선 방향에서 대향 배치되는 배터리 셀들(100) 사이의 거리(d1)는, 배터리 셀들(100)과 냉각 튜브(310) 사이의 조립성, 상기 냉각 튜브(310)의 두께 및 상기 냉각 튜브(310)와 상기 배터리 셀들(100) 사이의 접착을 위한 코팅제나 글루 두께 등과 연동하여 결정될 수 있다. 예로써, 상기 거리(d1)는, 냉각 튜브(310)의 두께에 냉각 튜브(310) 양측에 코팅되는 코팅제 및 글루 두께 등을 모두 고려하여 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각 튜브(310)의 두께가 2.5mm이며, 코팅제(예로써, 에폭시 코팅)의 두께가 최대 0.25mm, 글루의 두께가 0.1mm일 때, 상기 거리(d1)는, 냉각 튜브(310)의 두께(2.5mm)에 상기 냉각 튜브(310) 양측에 도포되는 코팅제 두께(2*0.25mm) 및 글루 두께(2*0.1mm)를 모두 고려하여 3.2mm로 마련될 수 있다.
한편, 상기 메인 플레이트들(410)의 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 수용부(412) 사이에 구비되는 상기 인터 윙(413)의 단부는 마주 하는 냉각 튜브(310)와의 간섭 방지를 위해 냉각 튜브(310)와 접촉하는 배터리 셀들(100)의 일면보다 짧게 형성될 수 있다.
예로써, 상기 메인 플레이트(410)의 인터 윙(413)의 단부와 상기 배터리 셀(100)의 중심 사이의 거리(P2)는, 상기 배터리 셀들(100)의 직경이나 냉각 튜브(310)의 두께 등을 고려하여 상기 냉각 튜브(310)와의 간섭을 회피할 수 있는 거리로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 인터 윙(413)의 단부와 상기 배터리 셀(100)의 중심 사이의 거리(P2)는, 15mm로 마련될 수 있다.
한편, 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 두께는, 상기 배터리 셀들(100)과의 조립성을 고려하여 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 두께는, 상기 배터리 셀들(100) 사이의 거리(d2)를 고려하여 마련될 수 있으며, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 최소 두께(t)는, 상기 배터리 셀들(100) 사이의 거리(d2)의 대략 절반으로 마련될 수 있다. 예로써, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀들(100) 사이의 거리(d2)는, 1.5mm로 마련될 수 있으며, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 최소 두께(t)는, 대략 0.75mm, 구체적으로, 0.7mm로 마련될 수 있다.
이에 따라, 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412) 내에 상기 배터리 셀들(100)이 수용될 때, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)에는 소정의 갭 공간(g)이 형성될 수 있다.
상기 갭 공간(g)은, 상기 배터리 셀들(100)이 각 셀 수용부들(411, 412) 내에 수용될 때, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 오목한 형상의 가장 안쪽 부분 영역을 제외한 나머지 영역에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 오목한 형상의 가장 안쪽 부분 영역은, 상기 제1 셀 수용부(411)와 상기 제2 셀 수용부(412)의 오목한 형상의 내면 상에서 상기 인터 윙(413)의 돌출 부분과 반대편에 배치되는 영역을 의미할 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리 셀들(100)이 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412)에 수용될 때, 상기 배터리 셀들(100)은, 상기 오목한 형상의 가장 안쪽 부분 영역에서만 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412)의 내면에 접촉되며, 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412)의 그 이외의 내면에서는, 상기 갭 공간(g)만큼 이격 배치될 수 있다. 한편, 상기 배터리 셀들(100)과 접촉되는 상기 오목한 형상의 가장 안쪽 부분 영역에는, 상기 배터리 셀들(100)과 접착되는 접착제 등이 도포될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀들(100)이 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412)에 수용될 때, 상기 인터 윙(413) 또한, 상기 갭 공간(g)만큼 상기 배터리 셀들(100)과 이격 배치될 수 있다.
본 실시예에서는, 이와 같은 상기 갭 공간(g)을 통해, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 메인 플레이트(410)의 조립 시, 구체적으로, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412) 내의 수용 시, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 제1 셀 수용부(411), 상기 제2 셀 수용부(412) 및 상기 인터 윙(413) 등과의 간섭이나 충돌 등을 방지하여 조립성을 현저히 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 갭 공간(g)을 통해, 부재들의 조립 공차도 상당 부분 흡수할 수 있어, 조립 공차 등에 따른 오조립이나 조립 불량 등의 문제 또한 현저히 줄일 수 있다.
아울러, 상기 갭 공간(g)에는, 후술하는 충진부재(500)가 충진될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 상기 갭 공간(g) 내에 상기 충진부재(500)가 충진되므로, 상기 배터리 셀들(100) 사이의 충진부재(500)의 충진량을 보다 더 확보할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 갭 공간(g) 내에 충진되는 상기 충진부재(500)를 통해, 상기 배터리 셀들(100)을 상기 메인 플레이트(410)의 상기 제1 셀 수용부(411) 및 상기 제2 셀 수용부(412) 내에 보다 더 안정적으로 지지할 수 있다.
아울러, 상기 갭 공간(g) 내에 충진되는 상기 충진부재(500)를 통해, 배터리 셀들(100)의 열 폭주와 같은 이벤트 발생 시, 인접한 배터리 셀들(100) 측으로의 통전이나 열 폭주 등을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다.
도 21 내지 도 23은, 도 20의 배터리 셀들의 쿨링 유닛과의 접촉 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 21 내지 도 23을 참조하면, 상기 배터리 셀들(100)의 외측면은, 높이 방향(Z축 방향)에서 상기 쿨링 유닛(300)의 상기 냉각 튜브(310)에 접촉될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 냉각 튜브(310)의 접촉 면적(A2)는, 조립성 및 최적의 냉각 성능 등을 고려하여, 상기 배터리 셀(100)과 냉각 튜브(310)의 접촉 각도(θ) 및 상기 냉각 튜브(310)의 높이(h2) 등에 따라 결정될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)의 냉각 튜브(310)의 접촉 면적(A2)은, 상기 배터리 셀(100)의 외측면의 전체 면적(A1)의 대략 14% 내지 15% 범위일 수 있다.
예로써, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)의 반경(R)은 23mm이며, 높이(h1)는 80mm일 수 있으며, 상기 냉각 튜브(310)의 높이(h2)는 70mm일 수 있으며, 상기 배터리 셀(100)과 냉각 튜브(310)의 접촉 각도(θ)는 60도일 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀(100)의 외측면의 전체 면적(A1)은, 원주 길이(2πR), 즉, 밑변 길이(2πR)와 배터리 셀(100)의 외측변 높이(h1)의 곱으로 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 셀들(100)의 외측면의 전체 면적(A1)은, 0.368π㎡일 수 있으며, π를 3.14로 치환하면, 대략 1.16㎡일 수 있다. 그리고, 상기 배터리 셀(100)의 냉각 튜브(310)의 접촉 면적(A2)은, 상기 접촉 각도(θ)에 따른 원호 길이(l)와 냉각 튜브(310)의 높이(h2)의 곱으로 결정될 수 있다. 여기서, 상기 원호 길이(l)는, 하기 수학식으로 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2022014701-appb-img-000001
이에 따라, 상기 원호 길이(l)는, 대략 0.077 πm일 수 있으며, π를 3.14로 치환하면, 대략 0.242m일 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 셀(100)의 냉각 튜브(310)의 접촉 면적(A2)은, 상기 원호 길이(l)에 냉각 튜브(310)의 높이(h2)인 70mm를 곱하여 대략 0.169㎡일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)의 냉각 튜브(310)의 접촉 면적(A2)은, 최적의 냉각 성능을 확보함과 아울러 상기 냉각 튜브(310)와의 조립성 또한 확보할 수 있도록 상기 배터리 셀(100)의 외측면의 전체 면적(A1)의 대략 14.5% 범위로 마련될 수 있다.
아울러, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)의 높이(h1)는, 상기 냉각 튜브(310)와 상기 연결 버스바 유닛(230) 사이의 단락 가능성을 차단하도록 상기 냉각 튜브(310)와 상기 연결 버스바 유닛(230)의 접촉을 피할 수 있게 상기 냉각 튜브(310)의 높이(h2)보다 크게 형성될 수 있다.
도 24은 도 15의 사이드 스트럭처 유닛을 배터리 셀들의 결합 시 사이드 스트럭처 유닛의 저면을 나타내는 도면이며, 도 25는 도 24의 사이드 스트럭처 유닛의 주요부의 확대 저면도이며, 도 26은 도 24의 사이드 스트럭처 유닛의 주요부의 측면도이다.
도 24 내지 도 26을 참조하면, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 바텀 리브(415)는, 상기 배터리 셀들(100)의 저부보다 하방(-Z축 방향)으로 더 돌출되며, 상기 배터리 셀들(100)의 벤팅부(31)를 간섭하지 않게 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 셀들(100)의 과열 등에 따른 벤팅부(31)를 통한 가스 배출 시, 상기 바텀 리브(415)의 간섭 없이 보다 더 신속하게 가스 배출이 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 바텀 리브(415)는, 상기 배터리 셀들(100)의 저부 일측을 커버할 수 있게 구비되어, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 수용 시, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 내의 고정을 보다 더 견고히 할 수 있다.
결국, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 높이(h3)는, 상하 방향(Z축 방향)에서 상기 배터리 셀들(100)의 상하측을 모두 커버할 수 있게 상기 배터리 셀들(100)의 높이보다 더 높은 높이를 갖게 구비될 수 있다. 예로써, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀들(100)의 높이가 80mm이기에, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 높이(h3)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상하측 모두에서 상기 배터리 셀들(100)의 높이(h3)보다 길게 형성될 수 있다.
아울러, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 높이(h3)는, 상기 배터리 셀들(100) 상에 안착되는 상기 버스바 어셈블리(200) 및 상기 충진부재(500)의 두께까지 커버할 수 있는 높이로 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 높이(h3)는, 이들 모두를 고려하여, 대략 85mm 내지 95mm 사이 범위로 마련될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 높이(h3)는, 90.3mm, 대략 90mm로 마련될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 팩(1)의 높이 방향(Z축 방향)에서, 상기 쿨링 유닛(300)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 채워질 수 있다. 한편, 도 2에서, 상기 충진부재(500)가 육면체 형상의 점선으로 표시된 것은 이해의 편의를 위한 것으로서, 상기 충진부재(500)는, 상기 쿨링 유닛(300)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 공간에 모두 채워질 수 있다.
이러한 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 상측 및 하측을 커버하여 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)과 함께 상기 배터리 팩(1)의 팩 케이스 구조를 형성할 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 고정함과 아울러 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 열분산 효율을 높여 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있다.
상기 충진부재(500)는, 포팅 레진으로 구비될 수 있다. 상기 포팅 레진은, 묽은 상태의 레진 물질을 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 측으로 주입하여 경화됨으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 레진 물질의 주입은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 열 손상을 방지하기 위한 대략 섭씨 15도 내지 25도 정도의 상온 상태에서 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 충진부재(500)은, 실리콘 레진으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 충진부재(500)은, 상기 실리콘 레진 이외에도 상기 배터리 셀들(100)의 고정 및 열분산 효율을 향상시킬 수 있는 기타 다른 레진 물질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
더 구체적으로, 상기 충진부재(500)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 냉각 튜브(310)과 접촉되지 않는 부분을 커버함에 따라, 상기 배터리 셀들(100)의 열 평형을 가이드 하여, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 편차를 막아 상기 배터리 셀들(100)의 국부적인 퇴화를 막을 수 있다. 또한, 배터리 셀들(100)의 국부적인 퇴화 방지를 통해 상기 배터리 셀들(100)의 안전성 또한 현저히 향상될 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 특정 배터리 셀(100)에서 이상 상황에 따른 파손 등의 발생 시, 인접한 배터리 셀들(100) 측으로의 통전을 막는 절연 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는, 높은 비열 성능을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 충진부재(500)는 열용량(Thermal mass)을 증가시켜 상기 배터리 셀들(100)의 급속 충방전 등과 같은 상황에서도 상기 배터리 셀들(100)의 온도 상승을 지연하여 상기 배터리 셀들(100)의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는 글라스 버블(Glass bubble)을 포함할 수 있다. 상기 글라스 버블은 상기 충진부재(500)의 비중을 낮춰 무게에 대한 에너지 밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는 높은 내열 성능을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 충진부재(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 특정 배터리 셀(100)에서 과열 등에 따른 열적 이벤트 발생 시, 인접한 배터리 셀들 측으로의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 충진부재(500)는 높은 난연 성능을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 충진부재(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 특정 배터리 셀(100)에서 과열 등에 따른 열적 이벤트 발생 시, 화재 발생 위험을 최소화할 수 있다.
상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 셀들(100) 이외에도 상기 버스바 어셈블리(200)에도 채워질 수 있다. 구체적으로, 상기 충진부재(500)은, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상측을 덮을 수 있게 상기 버스바 어셈블리(200)에 채워질 수 있다.
여기서, 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상하 방향(Z축 방향)에서, 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀들(100) 사이에 단절 공간이나 이격 공간 없이 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀들(100) 사이에 연속적으로 채워질 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200)에 단절 없이 연속적으로 채워지므로, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200) 사이 영역에서 열분산 편차 발생 없이 고른 열분산을 구현하여, 상기 배터리 팩(1)의 냉각 성능을 현저히 높일 수 있다.
아울러, 상기 충진부재(500)는, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 측면 외측을 제외한 부분에도 채워질 수 있다. 여기서, 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200) 및 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)에 단절 없이 연속적으로 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 팩(1)의 냉각 성능이 보다 더 향상될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 충진부재(500)의 주입을 통한 팩 케이스 구조 형성에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 27 내지 도 29는 도 2의 배터리 팩의 충진부재 주입을 통한 팩 케이스 구조 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 27 내지 도 29을 참조하면, 상기 제조자 등은, 레진 주입 장치(I)를 통해 상기 실리콘 레진으로 구비되는 충진부재(500)를 주입 및 도포하여 상기 레진 물질로 구비되는 상기 충진부재(500)를 통해, 상기 배터리 팩(1, 도 2 참조)의 상측 및 하측 부분의 팩 케이스 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 충진부재(500)는, 상기 배터리 팩(1)의 상측(+Z축 방향)에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 상측을 커버하며, 상기 배터리 팩(1)의 하측(-Z축 방향)에서 상기 배터리 셀들(100)의 저부를 커버하면서 상기 바텀 리브(415)의 돌출 높이(h4)까지 채워질 수 있다. 여기서, 상기 바텀 리브(415)의 돌출 높이(h4)는, 상기 충진부재(500)의 주입량을 고려한 소정 높이로 설계될 수 있다.
상기 레진 주입 장치(I)을 통한 상기 충진부재(500)의 주입 및 도포 공정 시, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 저부에는, 상기 충진부재(500) 주입 시 하측(-Z축 방향)으로의 레진 유출을 방지할 수 있게 주입 가이더(S)가 구비될 수 있다. 상기 주입 가이더(S)는, 상기 충진부재(500) 경화 이후 용이한 탈착을 위해 테프론 재질 등으로 구비될 수 있다.
상기 충진부재(500)의 주입 및 도포 공정 시, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 상기 주입 가이더(S)와 함께 상기 배터리 셀들(100) 및 상기 쿨링 유닛(300)을 지지하면서 상기 레진 유출을 방지하는 거푸집 역할을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)을 통해, 상기 상기 충진부재(500)의 주입 및 도포 공정 시, 상기 측면 방향에서의 추가적인 주입 가이더 지그 구조가 요구되지 않아, 제조 비용을 저감하면서 작업 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 상기 연결 버스바 유닛(230)에 삽입되는 상기 버스바 가이드 돌기(416)를 통해 상기 연결 버스바 유닛(230)의 정위치 배치를 가이드하므로, 상기 충진부재(500) 주입 시 야기될 수 있는 상기 연결 버스바 유닛(230)의 틀어짐이나 위치 어긋남 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)의 상면 테두리에 형성되는 가이드 턱(418) 및 엔드 가이드 턱(458)을 통해, 상기 충진부재(500)의 주입 시, 상기 충진부재(500)의 주입 정확도를 높여 상기 버스바 어셈블리(200)를 보다 확실히 커버할 수 있게 상기 충진부재(500)를 주입하기 용이하며, 상기 충진부재(500) 넘침 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 인터커넥션 보드(260), 커넥터 터미널(290) 및 냉각 유체 유출입부(370)와 같은 외부 장치 등과 연결되는 부품 등을 외부로 노출시키는 바, 상기 충진부재(500)의 주입이나 도포 시 이들 구성 부품 등과의 간섭 등의 문제도 발생하지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 및 상기 충진부재(500)를 통해, 상기 배터리 팩(1, 도 1 참조)의 팩 케이스 구조를 형성하는 바, 종래와 같이 복수 개의 플레이트들의 복잡한 조립체로서 팩 케이스 구조를 형성할 때보다, 상기 배터리 팩(1)의 조립 공정을 간편화할 수 있으며, 제조 비용을 현저히 낮춰 원가 경쟁력 또한 확보할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 및 상기 충진부재(500)로 마련되는 팩 케이스 구조를 통해, 종래 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조로 마련되는 팩 케이스 구조와 대비하여, 전체 배터리 팩(1)의 사이즈를 줄일 수 있어 에너지 밀도 또한 현저히 높일 수 있다.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 31는 도 30의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(1)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와 차이점을 중심으로 설명한다.
도 30 및 도 31을 참조하면, 상기 배터리 팩(2)은, 복수 개의 배터리 셀들(100), 버스바 어셈블리(205), 쿨링 유닛(300), 사이드 스트럭처 유닛(405) 및 충진부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100), 상기 쿨링 유닛(300) 및 상기 충진부재(500)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 버스바 어셈블리(205)에 대해서는, 이하, 하기 관련 도면들을 참조하여 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 32는 도 30의 배터리 팩의 버스바 어셈블리를 설명하기 위한 도면이며, 도 33은 도 32의 버스바 어셈블리의 고전압 버스바 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 32, 도 33 및 앞선 도 31을 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(205)는, 메인 버스바 유닛(210), 연결 버스바 유닛(230), 인터커넥션 보드(260), 고전압 버스바 유닛(270, 280) 및 커넥터 터미널(290)를 포함할 수 있다.
상기 메인 버스바 유닛(210), 상기 연결 버스바 유닛(230) 및 상기 인터커넥션 보드(260)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 고전압 버스바 유닛(270, 280)은, 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 안전성을 확보하기 위한 것으로서, 상기 메인 버스바 유닛(210)의 두께보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 예로써, 본 실시예에서, 상기 메인 버스바 유닛(210)의 두께는 0.4mm로 마련될 수 있으며, 상기 고전압 버스바 유닛(270, 280)의 두께는 이보다 더 두꺼운 두께를 갖도록 4mm로 마련될 수 있다.
이러한 상기 고전압 버스바 유닛(270, 280)은, 고전압 라인부재(270) 및 커넥터 장착부재(280)를 포함할 수 있다.
상기 고전압 라인부재(270)는, 상기 메인 버스바(210)의 저부에 배치되며, 안정적인 전류 흐름을 위해 소정 길이로 마련될 수 있다. 이러한 상기 고전압 라인부재(270)는, 상기 배터리 팩(2)의 폭 방향(X축 방향)에 따른 후술하는 사이드 스트럭쳐 유닛(405)의 메인 플레이트(410)의 양단부에 장착될 수 있다. 상기 고전압 라인부재(270)는, 상기 배터리 팩(2)의 배터리 셀들(100)의 개수나 용량 등에 따라 다수 개로 구비될 수 있다. 즉, 상기 고전압 라인부재(270)의 개수는 상기 배터리 셀들(100)의 개수나 용량 등에 따라 가변적일 수 있다.
이하, 이러한 상기 고전압 라인부재(270)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
상기 고전압 라인부재(270)는, 제1 고전압 라인부(271), 제2 고전압 라인부(273) 및 연결 라인부(275)를 포함할 수 있다.
상기 제1 고전압 라인부(271)는, 상기 소정 길이로 형성되며, 상기 메인 버스바(210)의 저부에 배치되게 상기 메인 플레이트(410)에 안착될 수 있다. 여기서, 상기 제1 고전압 라인부(271)는, 전류 용량을 고려하여 상기 메인 버스바(210)보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한, 상기 제1 고전압 라인부(271)는, 후술하는 메인 플레이트(410)의 제1 라인 수용부(419a) 상에 안착될 수 있다.
상기 제2 고전압 라인부(273)는, 상기 배터리 팩(2)의 높이 방향(Z축 방향)에서 상기 제1 고전압 라인부(271)와 이격되며, 상기 메인 플레이트(410)의 저부에 안착될 수 있다. 이러한 상기 제2 고전압 라인부(271)는, 상기 제1 고전압 라인부(271)와 동일한 두께로 형성되며, 상기 제1 고전압 라인부(271)와 함께 전류 패스를 형성할 수 있다.
상기 연결 라인부(275)는, 상기 제1 고전압 라인부(271)와 상기 제2 고전압 라인부(273)를 연결하며, 상기 메인 플레이트(410)의 높이 방향(Z축 방향)에서 상기 메인 플레이트(410)의 양측면에 배치될 수 있다. 이러한 상기 연결 라인부(275)는, 상기 제1 고전압 라인부(271) 및 상기 제2 고전압 라인부(273)와 일체로 형성될 수 있으며, 상기 제1 고전압 라인부(271) 및 상기 제2 고전압 라인부(273)와 함께 상기 전류 패스를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 고전압 라인부(271) 및 상기 제2 고전압 라인부(273) 중 하나는, 상기 제1 고전압 라인부(271)에서 상기 제2 고전압 라인부(273)로 또는 상기 연결 라인부(275)를 통해 그 반대로 전류가 흐를 수 있도록 하는 단선부를 포함할 수 있다.
이러한 상기 연결 라인부(275)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 연결 라인부(275)는, 상기 배터리 팩(2)의 폭 방향(X축 방향)에서 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 아울러, 상기 연결 라인부(275)는, 상기 배터리 팩(2)의 폭 방향(X축 방향)에서 상기 쿨링 유닛(300)과의 간섭을 방지할 수 있게 상기 쿨링 유닛(300) 사이 사이에 배치될 수 있다.
상기 커넥터 장착부재(280)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 커넥터 장착부재(280)는, 상기 고전압 라인부재(270) 사이에 배치되며, 후술하는 사이드 스트럭처 유닛(405)의 한 쌍의 엔드 플레이트(450, 도 34 참조)에 장착될 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 커넥터 장착부재(280)는, 고전압 라인부(281) 및 커넥터 연결부(285)를 포함할 수 있다.
상기 고전압 라인부(281)는, 소정 길이로 형성되며, 상기 메인 버스바(210)의 저부에 배치되게 상기 엔드 플레이트(450)에 안착될 수 있다. 상기 고전압 라인부(281)은, 후술하는 엔드 플레이트(450)의 커넥터 장착부재 수용부(459) 상에 안착될 수 있다. 상기 고전압 라인부(281)의 상측부는, 상기 배터리 팩(2)의 폭 방향(X축 방향)에서 상기 제1 고전압 라인부(271)와 동일 선상에 배치될 수 있다.
상기 커넥터 연결부(285)는, 상기 고전압 라인부(281)로부터 연장되며, 상기 엔드 플레이트(450)의 높이 방향(Z축 방향)에 따른 측면부 상에 배치될 수 있다. 이러한 상기 커넥터 연결부(285)에는 후술하는 커넥터 터미널(290)이 장착될 수 있다.
상기 커넥터 터미널(290)은, 한 쌍으로 구비되며, 상기 커넥터 장착부재(280)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 커넥터 터미널(290)은, 각각, 각각의 커넥터 장착부재(280)의 커넥터 연결부(285)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 커넥터 터미널(290)은, 상기 커넥터 장착부재(280)에 연결된 상태에서 후술하는 한 쌍의 엔드 플레이트(450)에 장착될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 고전압 버스바 유닛(270, 280)을 통해, 상기 배터리 팩(2)에서의 안정적인 전류 흐름을 가이드하여 상기 배터리 팩(2)의 전기적 안전성을 높이며, 충방전 시 효율 등을 보다 더 높일 수 있다.
도 34는 도 30의 배터리 팩의 사이드 스트럭처 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 35는 도 33의 사이드 스트럭처 유닛의 메인 플레이트를 설명하기 위한 도면이며, 도 36은 도 34의 사이드 스트럭처 유닛을 통한 배터리 셀들과 쿨링 유닛들의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 37 내지 도 40은 도 34의 사이드 스트럭처 유닛과 고전압 버스바 유닛의 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 34 내지 도 40 및 앞선 도 31을 참조하면, 사이드 스트럭쳐 유닛(405)은, 복수 개의 메인 플레이트(410) 및 한 쌍의 엔드 플레이트(450)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 메인 플레이트(410)는, 각각, 제1 셀 수용부(411), 제2 셀 수용부(412), 인터 윙(413), 바텀 리브(415), 버스바 가이드 돌기(416), 쿨링 유닛 삽입홈(417) 및 고전압 라인부재 수용부(419a, 419b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 셀 수용부(411), 상기 제2 셀 수용부(412), 상기 인터 윙(413), 상기 바텀 리브(415), 상기 버스바 가이드 돌기(416) 및 상기 쿨링 유닛 삽입홈(417)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 고전압 라인부재 수용부(419a, 419b)는, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방향(Y축 방향)에 따른 양단부에 형성될 수 있다. 이러한 상기 고전압 라인부재 수용부(419a, 419b)에는, 상기 고전압 라인부재(270)의 상기 제1 고전압 라인부(271) 및 상기 제2 고전압 라인부(273)가 안착될 수 있다.
상기 고전압 라인부재 수용부(419a, 419b)는, 제1 라인 수용부(419a) 및 제2 라인 수용부(419b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 라인 수용부(419a)는, 상기 제1 고전압 라인부(271)를 수용하며, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방항(Y축 방향)에 따른 양단부의 상단(+Z축 방향) 테두리에 형성될 수 있다. 이러한 상기 제1 라인 수용부(419a)는, 상기 제1 고전압 라인부(271)의 수용 시, 상기 배터리 팩(2)의 상측(+Z축 방향)으로의 돌출을 방지할 수 있게 소정 깊이로 단차지게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 소정 깊이는, 적어도 상기 제1 고전압 라인부(271)의 두께와 같을 수 있다.
상기 제2 라인 수용부(419b)는, 상기 제2 고전압 라인부(273)를 수용하며, 상기 메인 플레이트(410)의 길이 방항(Y축 방향)에 따른 양단부의 하단(-Z축 방향) 테두리에 형성될 수 있다. 이러한 상기 제2 라인 수용부(419b)는, 상기 제2 고전압 라인부(273)의 수용 시, 상기 배터리 팩(2)의 하측(-Z축 방향)으로의 돌출을 방지할 수 있게 소정 깊이로 단차지게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 소정 깊이는, 적어도 상기 제2 고전압 라인부(273)의 두께와 같을 수 있다.
상기 한 쌍의 엔드 플레이트(450)는, 터미널 홀(456), 엔드 가이드 턱(458) 및 커넥터 장착부재 수용부(459)를 포함할 수 있다.
상기 터미널 홀(456) 및 상기 엔드 가이드 턱(458)은, 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 커넥터 장착부재 수용부(459)는, 상기 고전압 라인부(281)를 수용하며, 상기 엔드 플레이트(450)의 길이 방항(Y축 방향)에 따른 양단부의 상단(+Z축 방향) 테두리에 형성될 수 있다. 이러한 상기 커넥터 장착부재 수용부(459)는, 상기 고전압 라인부(281)의 수용 시, 상기 배터리 팩(2)의 상측(+Z축 방향)으로의 돌출을 방지할 수 있게 소정 깊이로 단차지게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 소정 깊이는, 적어도 상기 고전압 라인부(281)의 두께와 같을 수 있다.
아울러, 상기 커넥터 장착부재 수용부(459)는, 상기 커넥터 터미널(290)이 배치되는 반대편에서 상기 엔드 플레이트(450)와 인접한 메인 플레이트(410)의 상기 제1 라인 수용부(419a)에 안착되는 제1 고전압 라인부(271)의 일부를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 커넥터 장착부재 수용부(459)는, 상기 배터리 팩(2)의 폭 방향(X축 방향)에서 상기 제1 라인 수용부(419a)와 동일 선상에 배치될 수 있다.
도 41 및 도 42는 도 28의 배터리 팩의 충진부재 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 41 및 도 42를 참조하면, 상기 제조자 등은, 레진 주입 장치(I) 및 주입 가이더(S)를 통해 상기 실리콘 레진으로 구비되는 충진부재(500)를 주입 및 도포함으로써, 상기 배터리 팩(2, 도 30 참조)의 상측 및 하측 부분의 팩 케이스 구조를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 충진부재(500)가, 상기 배터리 팩(2)의 상측(+Z축 방향)에서, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 메인 버스바(210) 및 상기 연결 버스바(230)의 일부를 커버할 수 있게 충진될 수 있다.
여기서, 상기 충진부재(500)는, 상기 사이드 스트럭처 유닛(400) 상측(+Z축 방향)에 안착된 상기 메인 버스바(210) 및 상기 연결 버스바(230)의 상측(+Z축 방향)에서, 상기 메인 버스바(210) 및 상기 연결 버스바(230)와 전기적으로 연결되는 상기 배터리 셀들(100)의 전극 연결 부분 만을 커버할 수 있게 충진될 수 있다. 즉, 상기 충진부재(500)는, 상기 메인 버스바(210) 및 상기 연결 버스바(230)에서, 상기 전기적 연결을 위해 하방(-Z축 방향)으로 절곡된 전극 연결 부분 만을 커버할 수 있는 높이로 채워질 수 있다.
구체적으로, 상기 충진부재(500)는, 상기 연결 버스바(230)의 상기 양극 버스바 홀(242) 및 상기 음극 버스바 홀(244) 만을 덮을 정도로 채워질 수 있다. 더 구체적으로, 상기 충진부재(500)는, 상기 메인 버스바(210)의 수평 부분 및 상기 버스바 커버(240)의 수평 부분과 동일 선상이 될 때까지 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 충진부재(500)의 충진 완료 후, 상기 배터리 팩(2)의 상측면(+Z축 방향) 상에서, 상기 메인 버스바(210)의 수평 부분 및 상기 연결 버스바(230)의 상기 버스바 커버(240)가 부분적으로 노출될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 상기 충진부재(500)가, 상기 배터리 팩(P)의 상측면(+Z축 방향)에서, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 메인 버스바(210) 및 상기 연결 버스바(230)와 전기적으로 연결되는 상기 배터리 셀들(100)의 전극 연결 부분 만을 덮는 바, 상기 실리콘 레진으로 마련되는 충진부재(500)의 도포량을 최적화하면서 상기 전기적 연결의 안전성, 또한, 효과적으로 확보할 수 있다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 43을 참조하면, 자동차(V)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비될 수 있으며, 에너지원으로서, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(1)(2)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우, 전술한 상기 배터리 팩(1)(2)이 높은 에너지 밀도를 갖는 컴팩트한 구조로 구비되는 바, 상기 자동차(V)에 장착 시, 복수 개의 배터리 팩(1)(2)들의 모듈화 구조 구현이 용이하며, 상기 자동차(V)의 다양한 내부 공간 형상에서도 상대적으로 높은 장착 자유도를 확보할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(1)(2)은, 모듈화 구조 구현이 용이하며 높은 장착 자유도를 갖는 배터리 팩 케이스 구조체로 마련될 수 있다.
또한, 상기 자동차의 전방이나 후방 충돌 시 상기 사이드 스트럭처 유닛(400)이 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 보호할 수 있게, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(1)(2)의 길이 방향은 상기 자동차의 길이 방향에 수직으로 배열될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩(1)(2) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(1)(2) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(1)(2) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (22)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들;
    제1 측과 제2 측을 가지는 버스바 어셈블리로서, 상기 버스바 어셈블리의 상기 제2 측이 상기 복수 개의 배터리 셀들의 제1 측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 상기 버스바 어셈블리;
    상기 버스바 어셈블리의 제2 측에 배치되며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및
    상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용할 수 있게 구성되는 사이드 스트럭처 유닛
    을 포함하며,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극과 음극은,
    상기 버스바 어셈블리에 구비되는 단일층의 서브 버스바의 양극 연결부 및 음극 연결부에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 배터리 팩의 길이 방향에서 최외곽에 배치되는 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 메인 버스바 유닛; 및
    상기 배터리 팩의 길이 방향에서 상기 메인 버스바 유닛 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 연결 버스바 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 버스바 유닛은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 상측을 커버하는 버스바 커버; 및
    상기 버스바 커버에 삽입되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극과의 전기적 연결을 위한 상기 단일층의 서브 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    절연 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    폴리 이미드 필름으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    한 쌍으로 구비되며,
    상기 한 쌍의 버스바 커버는,
    상기 배터리 팩의 높이 방향에서 상호 대응되는 형상 및 크기를 갖도록 구성되어 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    소정 크기의 개구 공간을 가지는 양극 버스바 홀;
    상기 양극 버스바 홀을 마주 하게 배치되고, 상기 양극 버스바 홀과 같이 소정 크기의 개구 공간을 가지는 음극 버스바 홀; 및
    상기 사이드 스트럭처 유닛을 상기 버스바 커버에 결합하도록 구성된 체결홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사이드 스트럭처 유닛은,
    상기 체결홀에 정렬되어 결합되는 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 서브 버스바는,
    상기 버스바 커버에 삽입되며, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 버스바 브릿지;
    상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 돌출되며, 상기 양극 버스바 홀 내에 배치되는 양극 연결부; 및
    상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 상기 양극 연결부의 반대 방향으로 돌출되며, 상기 음극 버스바 홀 내에 배치되는 음극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버스바 브릿지는,
    상기 배터리 팩의 폭 방향에서 지그 재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 버스바 브릿지는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 버스바 브릿지는,
    상기 배터리 팩의 길이 방향에서 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 양극 연결부와 상기 배터리 셀의 양극은,
    상기 양극 버스바 홀의 개구 공간에서 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 음극 연결부와 상기 배터리 셀의 음극은,
    상기 음극 버스바 홀의 개구 공간에서 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 양극 연결부와 상기 음극 연결부는,
    상기 배터리 팩의 길이 방향에서 서로 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스 구조체.
  16. 자동차에 있어서,
    제15항에 따른 배터리 팩 케이스 구조체를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩의 길이 방향은, 상기 자동차의 전방 또는 후방 충돌 시 상기 복수 개의 배터리 셀들을 보호할 수 있게 상기 자동차의 길이 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들은, 상기 복수 개의 배터리 셀들 각각의 전지 캔의 높이 방향에서 압축되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 배치되는 복수 개의 배터리 셀들;
    상기 배터리 팩 내에 상기 복수 개의 배터리 셀들을 배치할 수 있는 지지 구조를 형성하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 양측에서 지지하는 제1 메인 플레이트와 제2 메인 플레이트를 포함하는 사이드 스트럭처 유닛;
    상기 제1 메인 플레이트와 상기 제2 메인 플레이트 사이의 중간 지점에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 쿨링 유닛; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바 어셈블리
    를 포함하며,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들과 직접적으로 접촉하며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 연장하는 복수 개의 연결 버스바 유닛; 및
    인접하는 연결 버스바 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 연장하는 복수 개의 메인 버스바 유닛을 포함하며,
    상기 복수 개의 연결 버스바 유닛과 상기 복수 개의 메인 버스바 유닛은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 일측에만 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리와 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 팩의 제1 측에 형성되는 연결 단자를 더 포함하며,
    상기 쿨링 유닛은,
    상기 배터리 팩의 제2 측에 형성되며, 상기 제1 측과 상기 제2 측이 상기 배터리 팩의 길이 방향에서 대향하는 양측면이 제1 측과 제2 측인 냉각 유체 유출입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들, 상기 사이드 스트럭처 유닛, 상기 쿨링 유닛 및 상기 버스바 어셈블리는, 모듈러 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제20항에 있어서,
    복수 개의 모듈러 유닛으로서, 각 모듈러 유닛이 상기 복수 개의 배터리 셀들, 상기 사이드 스트럭처 유닛, 상기 쿨링 유닛 및 상기 버스바 어셈블리를 포함하는 상기 복수 개의 모듈러 유닛; 및
    상기 복수 개의 모듈러 유닛을 감싸는 충진부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 모듈러 유닛은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 모듈러 유닛은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 충격으로부터 보호할 수 있게 상기 배터리 팩의 폭 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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