WO2023113360A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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WO2023113360A1
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battery pack
battery
battery cells
cooling
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양진오
오광근
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 same, and more particularly, to a battery pack having improved cooling performance and a vehicle including the same.
  • 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 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.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack capable of improving cooling performance and a vehicle including the battery pack.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing energy density and improving manufacturing efficiency, and a vehicle including the same.
  • the present invention is a battery pack, a plurality of battery cells; a bus bar assembly provided on one side of the plurality of battery cells and electrically connected to the plurality of battery cells; and a cooling unit disposed between the plurality of battery cells and fixing the bus bar assembly.
  • the cooling unit may be provided to be in contact with both side surfaces of battery cells other than battery cells disposed on outermost sides among the plurality of battery cells in the width direction of the battery pack.
  • the cooling unit may include a cooling tube formed to a predetermined length along the longitudinal direction of the battery pack and disposed between the plurality of battery cells; a cooling passage provided within the cooling tube and configured to circulate a cooling fluid for cooling the battery cells; and a cooling fluid inlet/output connected to the cooling tube to communicate with the cooling passage, and the bus bar assembly may be connected to and fixed to the cooling tube.
  • the cooling unit may include a fixing holder provided on the cooling tube and connected to the bus bar assembly.
  • the fixing holder is provided on the upper side of the cooling tube and can be inserted into the bus bar assembly.
  • the fixing holder is formed to a predetermined length along the length direction of the cooling tube, and may be disposed at the bottom of the bus bar assembly.
  • the bus bar assembly may include 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, and the bus bar cover may be connected to and fixed to the cooling tube. .
  • 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 a cathode connection portion integrally extending from the bus bar bridge and protruding in an opposite direction of the anode connection portion.
  • the bus bar cover may include a main cover covering the bus bar bridge; and a center cover that is connected to the main cover and has a predetermined length along the longitudinal direction of the battery pack to support the main cover.
  • the bus bar cover may be made of an insulating material.
  • the bus bar cover may be provided with a polyimide film.
  • the battery pack may include a filling member filling a space between the cooling unit and the plurality of battery cells.
  • the filling member may be provided with a potting resin.
  • the filling member may be made of silicone resin.
  • the present invention as a vehicle, provides a vehicle characterized in that it includes at least one battery pack according to the above-described embodiments.
  • a battery pack capable of improving cooling performance and a vehicle including the battery pack may be provided.
  • a battery pack capable of increasing energy density and improving manufacturing efficiency 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 a diagram for explaining sub busbars of the connection busbar unit of FIG. 10 .
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a cooling unit of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the cooling unit of FIG. 12 .
  • FIG. 14 to 17 are views for explaining fixing holders of the cooling unit of FIG. 12 .
  • FIG. 18 is a view for explaining the injection of a filling member into the battery pack of FIG. 1 .
  • 19 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 and a cooling unit 300 .
  • 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.
  • the bus bar assembly 200 is provided on one side of the plurality of battery cells 100 and may be electrically connected to the plurality of battery cells 100 . Specifically, the bus bar assembly 200 may be provided on the upper side (+Z axis direction) of the plurality of battery cells 100 .
  • the cooling unit 300 may be disposed between the plurality of battery cells 100 . Specifically, the cooling unit 300 may be provided in plurality and disposed between the plurality of battery cells 100 . The plurality of cooling units 300 may fix the bus bar assembly 200 .
  • the cooling unit 300 is disposed between the battery cells 100, thereby increasing the cooling performance of the battery cells 100.
  • the cooling unit 300 fixes the bus bar assembly 200 disposed on one side of the battery cells 100 more stably, so that the bus bar assembly 200 connected to the battery cells 100 While supporting more stably, the stability of the electrical connection between the bus bar assembly 200 and the battery cells 100 may also be increased.
  • the cooling unit 300 includes battery cells other than the battery cells 100 disposed on both outermost sides of the plurality of battery cells 100 in the width direction (+X-axis direction) of the battery pack 10. It may be provided to be in contact with both sides of (100).
  • the contact area between the cooling unit 300 and the battery cells 100 can be significantly increased, so that the cooling performance of the battery cells 100 through the cooling unit 300 can be maximized. there is.
  • 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. is an exploded perspective view of
  • FIG. 11 is a view for explaining sub busbars of the connection busbar unit of FIG. 10 .
  • the bus bar assembly 200 may be connected to and fixed to a cooling tube 310 of a cooling unit 300 to be described later. Accordingly, the bus bar assembly 200 can be more stably disposed on the upper side (+Z-axis direction) of the battery cells 100, so that the electrical connection can be more accurately performed.
  • the bus bar assembly 200 may include a main bus bar unit 210, a connection bus bar unit 230, an interconnection board 260, and a connector terminal 290.
  • 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 include a bus bar cover 240 and a sub bus bar 250.
  • the bus bar cover 240 may cover the upper side (+Z axis direction) of the plurality of battery cells 100 .
  • the bus bar cover 240 is connected to and fixed to a cooling tube 310 to be described later of the cooling unit 300 for more stable arrangement on the upper side (+Z-axis direction) of the battery cells 100. It can be.
  • 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 main cover 242 and a center cover 246 .
  • the main cover 242 may cover the bus bar bridge 252 of the sub bus bar 250 to be described later.
  • the main cover 242 has a shape corresponding to the shape of the bus bar bridge 252, and may cover upper and lower sides of the bus bar bridge 252.
  • the center cover 246 is connected to the main cover 242 and is formed to a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 to support the main cover 242. .
  • the center cover 246 is formed at the center of the bus bar cover 240 to prevent the bus bar cover 240 from being bent or twisted.
  • the bus bar cover 240 may include an edge cover 248 .
  • the edge covers 248 are provided as a pair and may be provided at both ends of the bus bar cover 240 in the width direction (X-axis direction) with the center cover 246 interposed therebetween.
  • the pair of edge covers 248 are formed to a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery pack 1 to prevent bending or bending of the bus bar cover 240 together with the center cover 246. Distortion can be prevented.
  • the main cover 242 may be provided between the pair of edge covers 248 and the center cover 246 .
  • the main cover 242 may be disposed while forming a predetermined opening space between the pair of edge covers 248 and the center cover 246 .
  • the opening space may guide electrical connection between the anode connection part 254 and the cathode connection part 256 of the sub bus bar 250, which will be described later, and smoother injection of the filling member 500 described later.
  • 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, the sub bus bar 250 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 provided in plurality, is inserted into the main cover 242 of the bus bar cover 240, and has a predetermined length along the width direction (X-axis direction) of the battery pack 1 can be formed as
  • 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 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 .
  • the positive electrode connection part 254 may integrally extend from the bus bar bridge 252 and protrude out of the bus bar cover 240 .
  • 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 outside the bus bar cover 240, welding for the connection is performed. A 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 and protrudes in an opposite direction to the cathode connection part 254 and may protrude out of the bus bar cover 240 .
  • 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 open space outside the bus bar cover 240, welding for the connection is performed. A 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 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.
  • cooling unit 300 according to the present embodiment 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 a cross-sectional view of the cooling unit of FIG. 12 .
  • the cooling unit 300 may be provided in plurality.
  • Each of the plurality of cooling units 300 may include a cooling tube 310 , a cooling passage 350 and a cooling fluid inlet/outlet 370 .
  • 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 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 has 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.
  • 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 passage 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 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 an inlet/outlet body 372 , a cooling fluid supply port 374 and a cooling fluid discharge port 376 .
  • the cooling fluid discharge port 376 is provided in the inlet/outlet body 372 and may be connected to the lower passage 374 in communication. Here, the cooling fluid discharge port 376 may be caulked to the inlet/outlet 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.
  • FIG. 14 to 17 are views for explaining fixing holders of the cooling unit of FIG. 12 .
  • the cooling unit 300 may include a fixing holder 380 .
  • the fixing holder 380 is for fixing and supporting the bus bar assembly 200, is provided on the cooling tube 310, and may be connected to the bus bar assembly 200.
  • the fixing holder 380 may be provided in at least one or a plurality of pieces.
  • the fixing holder 380 may be provided in at least one cooling tube 310 of the plurality of cooling units 300 or in the plurality of cooling tubes 310 .
  • the fixing holder 380 may include a first fixing holder 380 .
  • the first fixing holder 380 is provided on the upper side of the cooling tube 310 and can be inserted into the bus bar assembly 200 . Specifically, the first fixing holder 380 is provided near the cooling fluid inlet/outlet 370 of the cooling tube 310 and is attached to the connection bus bar unit 230 of the bus bar assembly 200. can be plugged in To this end, the first fixing holder 380 may be provided with a fitting protrusion 285 inserted into the connection bus bar unit 230 .
  • the cooling unit 300 may include a fixing holder 390 .
  • the fixing holder 390 may include a second fixing holder 390 .
  • the second fixing holder 390 may be provided in at least one or a plurality of pieces.
  • the second fixing holder 390 is formed to a predetermined length along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the cooling tube 310 and may be disposed at the bottom of the bus bar assembly 200. Specifically, it has a length corresponding to the length of the cooling tube 310 of the second fixing holder 390, and can support the bottom of the bus bar assembly 200 on the upper side of the cooling tube 310. .
  • the second fixing holder 390 has a predetermined length corresponding to the cooling tube 310, on the upper side of the cooling tube 310, the bottom of the bus bar assembly 200, specifically, the connection bus The bottom of the bar unit 230 can be more stably supported.
  • the connection bus bar unit 230 of the bus bar assembly 200 disposed above the cooling unit 300 may be more stably fixedly supported.
  • the battery pack 1 may include a side structure unit 400 .
  • the side structure unit 400 may be provided as a pair.
  • the pair of side structure units 400 may cover both sides of the battery cells 100 in the width direction (X-axis direction).
  • the pair of side structure units 400 are made of plastic resin, support the battery cells 100, secure the rigidity of the battery cells 100, and in the width direction (X-axis direction). ), it is possible to form the side appearance of the battery pack (1).
  • the connector terminal 290 may be accommodated in each of the pair of side structure units 400 .
  • the battery pack 1 may include a filling member 500 .
  • the filling member 500 may fill a 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 . Meanwhile, in FIG. 2 , the fact that 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 cooling unit 300 without interruption. Accordingly, the cooling performance of the battery pack 1 can be further improved.
  • FIG. 18 is a view for explaining the injection of a filling member into the battery pack of FIG. 1 .
  • the manufacturer and the like inject and apply the filling member 500 made of the silicone resin through the resin injection device I, and through the filling member 500 made of the resin material, A pack case structure of upper and lower portions of the battery pack 1 (see FIG. 2 ) may be formed.
  • 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 until they cover the bottoms.
  • An injection guider (S) may be provided to prevent resin leakage to the lower side (-Z-axis direction) and side surface (Y-axis direction) during injection.
  • 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
  • the fixing holders 380 and 390 of the cooling unit 300 support the bus bar assembly 200 and place the connection bus bar unit 230 of the bus bar assembly 200 in place. Since it guides, it is possible to effectively prevent distortion or displacement of the connection bus bar unit 230 that may occur when the filling member 500 is injected.
  • 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 cost.
  • 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.
  • 19 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 of the previous embodiment as an energy source.
  • the at least one battery pack 1 may be provided with a battery pack case structure having high cooling performance, easy implementation of a modular structure, and high mounting freedom.
  • the longitudinal direction of the at least one battery pack 1 is such that the pair of side structure units 400 can protect the plurality of battery cells 100 in the event of a front or rear collision of the vehicle. It may be arranged perpendicular to the length direction of.
  • a battery pack 1 capable of improving cooling performance and a vehicle V including the battery pack 1 may be provided.
  • a battery pack 1 capable of increasing energy density and improving manufacturing efficiency, and a vehicle V including the battery pack 1 .

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀들, 복수 개의 배터리 셀들의 일측에 구비되며, 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리 및 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 버스바 어셈블리를 고정하는 쿨링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 성능이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 17일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0182199호에 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 팩을 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, 제조 효율 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조의 특성 상 냉각을 위한 쿨링 유닛의 배치도 어려운 문제가 있으며, 쿨링 유닛의 적절한 배치가 어려워 냉각 성능 또한 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 에너지 밀도를 높이며, 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 및 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 상기 버스바 어셈블리를 고정하는 쿨링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 바람직하게, 상기 쿨링 유닛은, 상기 배터리 팩의 폭 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 최외곽 양측에 배치되는 배터리 셀들을 제외한 나머지 배터리 셀들의 양측면 모두에 접촉되게 구비될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 쿨링 유닛은, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 냉각 튜브; 상기 냉각 튜브 내에 구비되며, 상기 배터리 셀들의 냉각을 위한 냉각 유체를 순환시키도록 구성된 냉각 유로; 및 상기 냉각 유로와 연통되게 상기 냉각 튜브와 연결되는 냉각 유체 유출입부를 포함하며, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 냉각 튜브와 연결되어 고정될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 쿨링 유닛은, 상기 냉각 튜브에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리에 연결되는 고정 홀더를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 고정 홀더는, 상기 냉각 튜브의 상측에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리에 끼워질 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 고정 홀더는, 상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 버스바 어셈블리의 저부에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 버스바 어셈블리는, 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 포함하며, 상기 버스바 커버는, 상기 냉각 튜브에 연결되어 고정될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 서브 버스바는, 상기 버스바 커버에 삽입되며, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 버스바 브릿지; 상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 돌출되는 양극 연결부; 및 상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 상기 양극 연결부의 반대 방향으로 돌출되는 음극 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 버스바 커버는, 상기 버스바 브릿지를 커버하는 메인 커버; 및 상기 메인 커버와 연결되며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되어 상기 메인 커버를 지지하는 센터 커버를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 버스바 커버는, 절연 재질로 구비될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 버스바 커버는, 폴리 이미드 필름으로 구비될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 채워지는 충진부재를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 충진부재는, 포팅 레진으로 구비될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 충진부재는, 실리콘 레진으로 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이며, 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
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 10의 연결 버스바 유닛의 서브 버스바를 설명하기 위한 도면이다.
도 12은 도 2의 배터리 팩의 쿨링 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 쿨링 유닛의 단면도이다.
도 14 내지 도 17은 도 12의 쿨링 유닛의 고정 홀더들을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 1의 배터리 팩의 충진부재 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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) 및 쿨링 유닛(300)을 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.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측(+Z축 방향)에 구비될 수 있다.
상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 쿨링 유닛(300)은, 복수 개로 구비되어, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 상기 버스바 어셈블리(200)를 고정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 셀들(100) 사이 사이에 배치됨으로써, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 높일 수 있다. 또한, 상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 셀들(100) 일측에 배치되는 상기 버스바 어셈블리(200)를 보다 안정적으로 고정시킴으로써, 상기 배터리 셀들(100)과 연결되는 상기 버스바 어셈블리(200)를 보다 안정적으로 지지하면서 상기 버스바 어셈블리(200)와 상기 배터리 셀들(100)의 전기적 연결의 안정성 또한 높일 수 있다.
상기 쿨링 유닛(300)은, 상기 배터리 팩(10)의 폭 방향(+X축 방향)에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 중 최외곽 양측에 배치되는 배터리 셀들(100)을 제외한 나머지 배터리 셀들(100)의 양측면 모두에 접촉되게 구비될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 쿨링 유닛(300)과 상기 배터리 셀들(100)의 접촉 면적을 현저히 높일 수 있어, 상기 쿨링 유닛(300)을 통한 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
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 10의 연결 버스바 유닛의 서브 버스바를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 11 및 앞선 도 2를 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 후술하는 쿨링 유닛(300)의 냉각 튜브(310)에 연결되어 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상측(+Z축 방향)에서 보다 안정적으로 배치될 수 있어 상기 전기적 연결을 정확성을 보다 더 높일 수 있다.
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.
이러한 상기 연결 버스바 유닛(230)은, 버스바 커버(240) 및 서브 버스바(250)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 커버(240)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상측(+Z축 방향)을 커버할 수 있다. 이러한 상기 버스바 커버(240)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상측(+Z축 방향)에서의 보다 안정적인 배치를 위해, 상기 쿨링 유닛(300)의 후술하는 냉각 튜브(310)에 연결되어 고정될 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.
상기 버스바 커버(240)는, 메인 커버(242) 및 센터 커버(246)를 포함할 수 있다.
상기 메인 커버(242)는, 후술하는 서브 버스바(250)의 버스바 브릿지(252)를 커버할 수 있다. 이러한 상기 메인 커버(242)는, 상기 버스바 브릿지(252)의 형상에 대응되는 형상으로 가지며, 상기 버스바 브릿지(252)의 상하측을 커버할 수 있다.
상기 센터 커버(246)는, 상기 메인 커버(242)와 연결되며, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되어 상기 메인 커버(242)를 지지할 수 있다. 이러한 상기 센터 커버(246)는, 상기 버스바 커버(240)의 정중앙에 형성되어 상기 버스바 커버(240)의 휨이나 뒤틀림 등을 방지할 수 있다.
상기 버스바 커버(240)는, 엣지 커버(248)를 포함할 수 있다.
상기 엣지 커버(248)는, 한 쌍으로 구비되어 상기 센터 커버(246)를 사이에 두고 상기 폭 방향(X축 방향)에서, 상기 버스바 커버(240)의 양단부에 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 엣지 커버(248)는, 상기 배터리 팩(1)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되어 상기 센터 커버(246)와 함께 상기 버스바 커버(240)의 휨이나 뒤틀림 등을 방지할 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 엣지 커버(248)와 상기 센터 커버(246) 사이에는 상기 메인 커버(242)가 구비될 수 있다. 상기 메인 커버(242)는, 상기 한 쌍의 엣지 커버(248)와 상기 센터 커버(246) 사이에서 소정의 개구 공간을 형성하며 배치될 수 있다. 이러한 상기 개구 공간은, 후술하는 서브 버스바(250)의 양극 연결부(254)과 음극 연결부(256)의 전기적 연결 및 후술하는 충진부재(500)의 보다 더 원활한 주입을 가이드 할 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 서브 버스바(250)가 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, 복수 개로 구비되며, 상기 버스바 커버(240)의 상기 메인 커버(242)에 삽입되며, 상기 배터리 팩(1)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다.
이러한 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.
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.
상기 양극 연결부(254)는, 상기 버스바 브릿지(252)로부터 일체로 연장되어 상기 버스바 커버(240) 밖으로 돌출될 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 버스바 커버(240) 밖의 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 버스바 커버(240) 밖으로 돌출될 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 버스바 커버(240) 밖의 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 일단부에 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.
이하에서는, 본 실시예에 따른 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 단면도이다.
도 12 및 도 13 앞선 도 2를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 복수 개로 구비될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300)은, 각각, 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 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, 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(372), 냉각 유체 공급 포트(374) 및 냉각 유체 배출 포트(376)를 포함할 수 있다.
상기 유출입부 바디(372)는, 상기 냉각 튜브(310)의 일단부(-Y축 방향)와 연결될 수 있다.
상기 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 유출입부 바디(372)에 구비되며, 상기 어퍼 유로(352)와 연통되게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 유체 공급 포트(374)는, 상기 유출입부 바디(372)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(372)에 구비되며, 상기 로어 유로(374)와 연통되게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 유체 배출 포트(376)는, 상기 유출입부 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.
도 14 내지 도 17은 도 12의 쿨링 유닛의 고정 홀더들을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 고정 홀더(380)를 포함할 수 있다.
상기 고정 홀더(380)는, 상기 버스바 어셈블리(200)를 고정하여 지지하기 위한 것으로서, 상기 냉각 튜브(310)에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리(200)에 연결될 수 있다.
상기 고정 홀더(380)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 고정 홀더(380)는, 상기 복수 개의 쿨링 유닛(300) 중 적어도 하나의 냉각 튜브(310)에 구비되거나 또는 복수 개의 냉각 튜브(310)에 구비될 수 있다.
이러한 상기 고정 홀더(380)는, 제1 고정 홀더(380)를 포함할 수 있다.
상기 제1 고정 홀더(380)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 제1 고정 홀더(380)는, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)에서, 하나의 배터리 셀(100)의 측면 길이 내지 두 개의 배터리 셀들(100)의 측면 길이 사이 범위의 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
이는 상기 제1 고정 홀더(380)가 차지하는 부피를 최소화하면서 상기 버스바 어셈블리(200)를 고정함과 아울러 제조 원가를 줄여 가격 경쟁력을 확보하기 위함이다.
상기 제1 고정 홀더(380)는, 상기 냉각 튜브(310)의 상측에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리(200)에 끼워질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 고정 홀더(380)는, 상기 냉각 튜브(310)의 상기 냉각 유체 유출입부(370) 가까이에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 연결 버스바 유닛(230)에 끼워질 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 고정 홀더(380)에는, 상기 연결 버스바 유닛(230)에 끼워지는 끼움 돌기(285)가 구비될 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 쿨링 유닛(300)은, 고정 홀더(390)를 포함할 수 있다.
상기 고정 홀더(390)는, 앞선 상기 제1 고정 홀더(380)와 함께 구비되거나 또는 상기 제1 고정 홀더(380) 대신에 마련될 수 있다.
이러한 상기 고정 홀더(390)는, 제2 고정 홀더(390)를 포함할 수 있다.
상기 제2 고정 홀더(390)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 제2 고정 홀더(390)는, 상기 냉각 튜브(310)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 버스바 어셈블리(200)의 저부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 고정 홀더(390)의 상기 냉각 튜브(310)의 길이에 대응되는 길이를 가지며, 상기 냉각 튜브(310)의 상측에서 상기 버스바 어셈블리(200)의 저부를 지지할 수 있다.
상기 제2 고정 홀더(390)는, 상기 냉각 튜브(310)에 대응하는 소정 길이를 갖는 바, 상기 냉각 튜브(310) 상측에서, 상기 버스바 어셈블리(200)의 저부, 구체적으로, 상기 연결 버스바 유닛(230)의 저부를 보다 더 안정적으로 지지할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 제1 고정 홀더(380), 또는, 상기 제2 고정 홀더(390), 또는, 상기 제1 고정 홀더(380)와 상기 제2 고정 홀더(390)를 모두 포함하는 상기 고정 홀더 구조를 통해, 상기 쿨링 유닛(300) 상측에 배치되는 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 연결 버스바 유닛(230)을 보다 더 안정적으로 고정 지지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은, 사이드 스트럭처 유닛(400)을 포함할 수 있다.
상기 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 상기 폭 방향(X축 방향)에서 상기 배터리 셀들(100)의 양측을 커버할 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 사이드 스트럭처 유닛(400)은, 플라스틱 레진 재질로 구비되고, 상기 배터리 셀들(100)을 지지하며, 상기 배터리 셀들(100)의 강성을 확보함과 아울러 상기 폭 방향(X축 방향)에서, 상기 배터리 팩(1)의 측면 외관을 형성할 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 사이드 스트럭처 유닛(400)에는, 각각, 상기 커넥터 터미널(290)이 수용될 수 있다.
상기 배터리 팩(1)은, 충진부재(500)를 포함할 수 있다.
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 쿨링 유닛(300)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 18은 도 1의 배터리 팩의 충진부재 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 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 커버할 때까지 채워질 수 있다.
상기 레진 주입 장치(I)을 통한 상기 충진부재(500)의 주입 및 도포 공정 시, 사이드 스트러처 유닛(400)의 저부 및 사이드 스트럭처 유닛(400) 사이의 적어도 일측면에는, 상기 충진부재(500) 주입 시 하측(-Z축 방향) 및 측면(Y축 방향)으로의 레진 유출을 방지할 수 있게 주입 가이더(S)가 구비될 수 있다. 상기 주입 가이더(S)는, 상기 충진부재(500)의 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.
아울러, 상기 쿨링 유닛(300)의 상기 고정 홀더(380, 390)는, 상기 버스바 어셈블리(200)를 지지함과 아울러 상기 버스바 어셈블리(200)의 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.
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 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 자동차(V)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비될 수 있으며, 에너지원으로서, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(1)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우, 전술한 상기 배터리 팩(1)이 향상된 냉각 성능 및 높은 에너지 밀도를 갖는 컴팩트한 구조로 구비되는 바, 상기 자동차(V)에 장착 시, 높은 냉각 성능을 가지면서 복수 개의 배터리 팩(1)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)은, 높은 냉각 성능을 가지면서 모듈화 구조 구현이 용이하며 높은 장착 자유도를 갖는 배터리 팩 케이스 구조체로 마련될 수 있다.
또한, 상기 자동차의 전방이나 후방 충돌 시 상기 한 쌍의 사이드 스트럭처 유닛(400)이 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 보호할 수 있게, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(1)의 길이 방향은 상기 자동차의 길이 방향에 수직으로 배열될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(1) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이며, 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(1) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 상기 버스바 어셈블리를 고정하는 쿨링 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛은,
    상기 배터리 팩의 폭 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 최외곽 양측에 배치되는 배터리 셀들을 제외한 나머지 배터리 셀들의 양측면 모두에 접촉되게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛은,
    상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 냉각 튜브;
    상기 냉각 튜브 내에 구비되며, 상기 배터리 셀들의 냉각을 위한 냉각 유체를 순환시키도록 구성된 냉각 유로; 및
    상기 냉각 유로와 연통되게 상기 냉각 튜브와 연결되는 냉각 유체 유출입부를 포함하며,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 냉각 튜브와 연결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛은,
    상기 냉각 튜브에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리에 연결되는 고정 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정 홀더는,
    상기 냉각 튜브의 상측에 구비되며, 상기 버스바 어셈블리에 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고정 홀더는,
    상기 냉각 튜브의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 버스바 어셈블리의 저부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    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 포함하며,
    상기 버스바 커버는,
    상기 냉각 튜브에 연결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 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 돌출되는 양극 연결부; 및
    상기 버스바 브릿지로부터 일체로 연장되어 상기 양극 연결부의 반대 방향으로 돌출되는 음극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    상기 버스바 브릿지를 커버하는 메인 커버; 및
    상기 메인 커버와 연결되며, 상기 배터리 팩의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되어 상기 메인 커버를 지지하는 센터 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    절연 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버스바 커버는,
    폴리 이미드 필름으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛과 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이 공간에 채워지는 충진부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충진부재는,
    포팅 레진으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충진부재는,
    실리콘 레진으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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