WO2024019412A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2024019412A1
WO2024019412A1 PCT/KR2023/009955 KR2023009955W WO2024019412A1 WO 2024019412 A1 WO2024019412 A1 WO 2024019412A1 KR 2023009955 W KR2023009955 W KR 2023009955W WO 2024019412 A1 WO2024019412 A1 WO 2024019412A1
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WO
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cover
cell
battery
support plate
fastening hole
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/009955
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English (en)
French (fr)
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박진용
권우용
윤현모
지호준
김승준
정세윤
이명우
김인수
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
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    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more specifically, to a battery pack manufactured using a cell-to-pack method and a device including the same.
  • secondary batteries are attracting a lot of attention not only as an energy source for mobile devices such as mobile phones, digital cameras, and laptops, but also as power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, the demand for secondary batteries is rapidly increasing. .
  • a conventional battery pack includes one or more battery modules inside the pack case and a control unit that controls charging and discharging of the battery pack, such as a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the battery module is configured to include a plurality of battery cells inside a module case. That is, in the case of a conventional battery pack, a plurality of battery cells (secondary batteries) are stored inside a module case to form each battery module, and one or more of these battery modules are stored inside the pack case to form a battery pack.
  • the present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery pack and device in which the overall weight and volume of the battery pack is reduced and the energy density of the battery pack is improved.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to facilitate the handling and installation of battery cells, prevent damage to the battery cells, and reduce the stress required for battery cell installation during the manufacturing process of a battery pack containing a plurality of battery cells.
  • the aim is to provide a battery pack and a device containing the same that reduce manufacturing costs by simplifying and lightweighting the structures and strengthening the fixing force of the battery cells.
  • a battery pack includes a battery assembly including a plurality of cell units arranged side by side in one direction and a pack case for storing the battery assembly in an internal space, wherein the cell unit includes at least one It includes a battery cell and a cell cover that covers a portion of the battery cell, and the battery assembly includes a fixing unit that penetrates the cell cover to limit relative movement of the plurality of cell units.
  • a cell cover fastening hole is formed in the cell cover, and the fixing unit can fix the plurality of cell units by penetrating the cell cover fastening hole.
  • the battery cell is arranged vertically so that one edge corresponds to the bottom surface of the pack case, and the cell cover covers the upper edge of the vertically arranged battery cell, and the lower edge of the battery cell can be open. .
  • the cell cover includes a second surface and a third surface disposed parallel to one surface of the battery cell, and a first surface extending between the second surface and the third surface, and the cross section of the cell cover is It may have an n-shape.
  • Cell unit coupling holes into which the fixing unit is inserted may be formed on the second and third surfaces.
  • the cell unit further includes a bus bar frame coupled to an end in the longitudinal direction of the cell cover, and electrode leads of the battery cell accommodated in the cell cover may be electrically connected to a bus bar mounted on the bus bar frame.
  • a bus bar frame groove is formed on one surface of the bus bar frame, and the shape of the bus bar frame groove may correspond to the shape of the outer peripheral surface of the fixing unit.
  • the battery assembly includes a support plate in contact with a side of an outermost cell unit among the plurality of cell units, and the fixing unit penetrates the support plate to limit relative movement of the plurality of cell units and the support plate. can do.
  • a plate fastening hole is formed in the support plate, a cell cover fastening hole is formed in the cell cover, and the fixing unit penetrates the plate fastening hole and the cell cover fastening hole, thereby forming a plurality of the cell units and the support plate. can be combined.
  • the battery assembly further includes an end cover located at an end of the plurality of cell units in the longitudinal direction, and the end cover may be coupled to the support plate.
  • the end cover includes a body portion that covers ends of the plurality of cell units in the longitudinal direction, and a cover extension portion extending from one edge of the body portion toward the support plate, and the cover extension portion is an end portion of the support plate. It can correspond to .
  • the fixing unit may couple the end cover and the support plate by penetrating the cover extension part.
  • a cell cover fastening hole is formed in the cell cover, a plate fastening hole is formed in the support plate, a cover fastening hole is formed in the cover extension, and the fixing unit includes the cell cover fastening hole, the plate fastening hole, and By passing through the cover fastening hole, the plurality of cell units, the support plate, and the end cover can be coupled.
  • the battery assembly may further include a second fixing unit, and the cover extension portion and an end of the support plate may be fixed by the second fixing unit.
  • a second plate fastening hole is formed in the support plate, a cover fastening hole is formed in the cover extension part, and the second fixing unit penetrates the second plate fastening hole and the cover fastening hole to form the end cover and the cover.
  • the support plates can be coupled.
  • a cover coupling portion may be formed on the support plate at a position corresponding to the cover extension portion, and may be arranged so that an outer surface of the cover coupling portion and an inner surface of the cover extension portion contact each other.
  • the outer surface of the cover coupling part has a shape that is recessed toward the inner surface, and the inner surface of the cover extension part may be located on the recessed outer surface of the cover coupling part.
  • the end cover may include a cover support portion extending from one edge of the body portion toward a lower surface of the cell unit.
  • the cell cover may be formed by bending a single plate.
  • a device includes at least one battery pack described above.
  • a plurality of battery cells are not accommodated in a separate module case and mounted on the pack case of the battery pack, but are partially covered by a cell cover of a simplified structure and are directly mounted on the pack case. You can. This reduces the weight and volume of the entire battery pack and improves the energy density of the battery pack, while preventing damage to battery cells that occurs during the process of directly mounting and using multiple battery cells in the case, and preventing swelling of battery cells. (swelling) control and design of the gas venting path can be easily formed.
  • the cell units each including at least one battery cell, are block and fixed to a pair of support plates and a fixing unit penetrating the cell units, thereby facilitating handling and installation of the battery cells mounted on the battery pack.
  • the structures required for mounting battery cells are simplified and lightweight, thereby reducing manufacturing costs and strengthening the fixation of battery cells.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the battery assembly according to Figure 2.
  • Figure 4 is a diagram illustrating a cell unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an exploded perspective view of the cell unit according to Figure 4.
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion P1 of FIG. 2.
  • 7 and 8 are modified examples of a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is another modified example of a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram illustrating a battery pack installed in a car according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 of this embodiment may include at least one battery assembly 100 and a pack case 1100 that accommodates the battery assembly 100 and protects the battery assembly from the external environment. there is.
  • the pack case 1100 has a space for seating each battery assembly 100, and each battery assembly 100 can be accommodated in the seating space of the pack case 1100.
  • the pack case 1100 may be used to protect the battery cell 111 from the external environment.
  • the pack case 1100 may include a bottom surface 1110 and a side surface 1120 extending vertically from one edge of the bottom surface 1110, and accommodate a plurality of battery cells 111 in the internal space formed thereby. can do.
  • the pack case 1100 may further include an upper surface that is parallel to the bottom surface 1110 and is coupled to the side surface 1120.
  • the structure of the pack case 1100 is not limited by the above description, and the pack case 1100 may be designed to have various structures to achieve the purpose of protecting the battery cell 111.
  • the pack case 1100 may include a cross beam 1200 that partitions the seating space described above.
  • the cross beam 1200 can prevent the battery assembly 100 mounted in the seating space from being spaced apart or spaced apart. By minimizing movement of the battery assembly 100 back and forth and left and right by the cross beam 1200, damage to the battery assembly 100 due to external vibration and impact can be prevented.
  • the cross beam 1200 may include a first beam 1210 and a second beam 1220 installed perpendicular to each other.
  • the first beam 1210 and the second beam 1220 may be arranged to be spaced apart from each other or arranged to cross each other to form the plurality of seating spaces.
  • the battery assembly 100 may be arranged in two rows inside the pack case 1100, and the first beam 1210 may be positioned in the pack case 1100 to space the battery assemblies 100 arranged in two rows. It can be placed across the central part of .
  • the second beam 1220 may be arranged perpendicular to the first beam 1210 to space the battery assemblies 100 arranged in each row, and may be arranged in plural numbers at regular intervals.
  • this is an example of the internal structure of the battery pack 1000, and the structure of the battery pack 1000 of this embodiment should not be limited to the above-described example.
  • the battery assembly 100 of this embodiment may be provided without a separate case that protects the outer surface of the battery assembly 100.
  • the battery assembly 100 of this embodiment may have a module-less structure.
  • the module-less structure may refer to a cell to pack structure in which the cell structure is directly coupled to the pack structure without a module case.
  • conventional battery packs 1000 have a dual assembly structure in which a plurality of battery cells and various components connected thereto are assembled to form a battery module, and the plurality of battery modules are again accommodated in the battery pack 1000.
  • the battery module includes a module frame forming the outer surface, conventional battery cells are doubly protected by the module frame of the battery module and the pack case 1100 of the battery pack 1000.
  • this dual assembly structure not only increases the manufacturing cost and manufacturing process of the battery pack 1000, but also has the disadvantage of reducing reassembly when defects occur in some battery cells.
  • a cooling member or the like exists outside the battery module, there is a problem in that the heat transfer path between the battery cell and the cooling member becomes somewhat complicated.
  • the unit module mounted on the battery pack 1000 may be provided in the form of a ‘battery assembly’ with the module frame omitted.
  • the structure of the battery pack 1000 can be simplified, advantages in terms of manufacturing cost and manufacturing process can be obtained, and the weight of the battery pack 1000 can be achieved.
  • Figure 2 is a diagram showing a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the battery assembly according to Figure 2.
  • Figure 4 is a diagram illustrating a cell unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an exploded perspective view of the cell unit according to Figure 4.
  • the battery assembly 100 of this embodiment includes a plurality of cell units 110 and a support plate supporting one surface of the cell unit 110 located at the outermost position among the plurality of cell units 110. (120), it may include an end cover 130 that covers the front and back sides of the plurality of cell units 110, and a fixing unit 140 that couples the plurality of cell units 110 to each other. Additionally, the battery assembly 100 of this embodiment may further include a handle unit 150.
  • the cell unit 110 may be the smallest unit that protects the battery cell 111 (see FIG. 4).
  • the cell unit 110 may include at least one battery cell 111 and a cell cover 113 (see FIG. 4) that covers a portion of the battery cell 111.
  • the plurality of battery cells 111 are not accommodated in a separate module case and mounted on the pack case 1100 of the battery pack 1000, but are instead used in a simplified structure of the cell cover 113. It can be directly mounted on the pack case 1100 in a partially covered state, and through this structure of the cell unit 110, the weight and volume of the entire battery pack 1000 are reduced and the energy density of the battery pack 1000 is reduced. can be improved. In addition, damage to the battery cells 111 that occurs during the process of directly mounting and using multiple battery cells 111 in the case is prevented, and swelling control of battery cells and design of the gas venting path are facilitated. It can be done.
  • the cell unit 110 may have the shape of a hexahedron having horizontal (length), vertical (width), and thickness, where the longitudinal direction is the X-axis, the width direction is the Z-axis, and the thickness direction is the It may be the Y axis.
  • a plurality of cell units 110 may be arranged sequentially along the thickness direction (Y-axis direction), and the thickness direction (Y-axis direction) may be referred to as the stacking direction of the cell units 110.
  • the two faces facing each other in the longitudinal direction (X-axis direction) of the cell unit 110 are the front and back, and the two faces facing each other in the thickness direction (Y-axis direction) of the cell unit 110 are the sides,
  • the two surfaces facing each other in the width direction (Z-axis direction) of (110) may be referred to as an upper surface and a lower surface.
  • the cell units 110 may be arranged side by side in one direction.
  • the cell units 110 may be stacked in one direction and stored in the pack case 1100.
  • the cell units 110 may be arranged in succession so that the side surfaces of the cell units 110 and the side surfaces of the adjacent cell units 110 are parallel.
  • the cell unit 110 may be arranged upright along the Z-axis direction so that its side surface is perpendicular to the pack case 1100.
  • the cell unit 110 may be arranged so that its lower surface corresponds to the bottom surface 1110 of the pack case 1100.
  • the support plate 120 may be used to maintain the overall shape of the stacked cell units 110.
  • the support plate 120 may be used to support the stacked cell unit 110.
  • the cell unit 110 In the battery pack 1000, the cell unit 110 may be arranged so that one side of the cell unit 110 is perpendicular to the bottom surface 1110 of the battery pack 1000, and the support plate 120 may be positioned so that one side of the cell unit 110 is in an upright position. It may be to support one aspect of it so that it can be maintained.
  • the support plate 120 can prevent the plurality of cell units 110 from being separated from each other, and thereby fix the relative positions between the cell units 110.
  • the support plate 120 may be a plate-shaped member and may supplement the rigidity of the battery assembly 100 instead of the module frame.
  • the support plate 120 may be disposed on one side of the outermost cell unit 110 among the stacked cell units 110.
  • the support plate 120 may be disposed on the side of the outermost cell unit 110 among the stacked cell units 110.
  • the support plate 120 may include a first support plate 120a and a second support plate 120b.
  • a pair of support plates 120 may be provided at both ends of the stacked cell units 110 in the stacking direction.
  • the first support plate 120a contacts the outermost cell unit 110 on one side among the stacked cell units 110
  • the second support plate 120b contacts the outermost cell on the other side among the stacked cell units 110. May be in contact with unit 110.
  • the cell cover 113 included in the cell unit 110 has a second side (113b, see FIG. 5), a third side (113c, see FIG. 5), and a second side (113b) that are parallel to each other. It may have a first surface (113a, see FIG. 5) extending between and the third surface (113c). At this time, the inner surface of the first support plate 120a may contact the outer surface of the second surface 113b of one outermost cell unit 110. The inner surface of the second support plate 120b may contact the outer surface of the third surface 113c of the other outermost cell unit 110.
  • the support plate 120 may be manufactured from various materials and may be provided through various manufacturing methods.
  • the support plate 120 may be made of a metal material, and an example of the metal material may be aluminum.
  • the support plate 120 may be manufactured from a material that combines aluminum and polymer synthetic resin through insert molding.
  • the material and manufacturing method of the support plate 120 should not be limited by the above description, and may include various materials not mentioned or be manufactured using other manufacturing methods.
  • the support plate 120 includes a support portion 122 for supporting the cell unit 110, a cover coupling portion 124 for coupling with the end cover 130, and a handle coupling portion 126 for coupling with the handle unit 150. ) may include.
  • the support portion 122 corresponds to most of the area of the support plate 120 and may have a plate shape to support the cell unit 110.
  • the support portion 122 may have a shape similar to the side shape of the cell unit 110.
  • the plate-shaped support portion 122 may include edges on both sides in the longitudinal direction (X-axis direction) and in the width direction (Z-axis direction).
  • a plate fastening hole 123 into which the fixing unit 140 is inserted may be formed in the support portion 122.
  • the plate fastening hole 123 may be formed at a position corresponding to the cell unit fastening hole 115 (see FIG. 4) of the cell cover 113 included in the cell unit 110.
  • the plate fastening hole 123 may be located close to an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction). This may be to prevent the fixing unit 140 penetrating the support plate 120 and the cell cover 113 included in the cell unit 110 from damaging the battery cell 111.
  • the plate fastening hole 123 may correspond to each other.
  • the cover coupling portion 124 may provide a coupling surface between the support plate 120 and the end cover 130.
  • the cover coupling portion 124 may have a shape extending from one edge of the support portion 122.
  • the cover coupling portion 124 may be formed on one edge of the support portion 122 that corresponds to the end cover 130.
  • the end cover 130 may be disposed close to the end in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support plate 120, and the cover coupling portion 124 is located at the edge of the support portion 122 in the longitudinal direction (X-axis direction). It can be formed to provide a coupling surface with the end cover 130.
  • the cover coupling portion 124 may have a shape extending from an edge in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support portion 122 toward the end cover 130.
  • the cover coupling portion 124 may have a shape extending parallel to one surface of the support portion 122.
  • the end cover 130 may be arranged such that an end in the longitudinal direction (Y-axis direction) corresponds to an end in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support plate 120.
  • the cover coupling portion 124 may be located at two opposite edges of the support portion 122, respectively.
  • there may be two end covers 130 and the two end covers 130 may be arranged to correspond to ends in the longitudinal direction (X-axis direction) of one support plate 120.
  • the cover coupling portions 124 are formed at both edges in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support portion 122, and the two cover coupling portions 124 may correspond to the two end covers 130, respectively.
  • the cover coupling portion 124 located at one end in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support plate 120 corresponds to one end cover 130, and the cover coupling portion 124 located at the other end corresponds to the other end cover. It may correspond to the end cover 130.
  • a plurality of cover coupling portions 124 may be formed on the support portion 122, and each cover coupling portion 124 may be coupled to a cover extension portion 134 formed on each end cover 130. .
  • the cover coupling portion 124 formed on the first support plate 120a corresponds to one end in the longitudinal direction (Y-axis direction) of one end cover 130
  • the second support plate 120b corresponds to the other end.
  • the cover coupling portion 124 formed in may correspond.
  • a second plate fastening hole 125 may be formed in the cover coupling portion 124 for coupling to the end cover 130.
  • the coupling stability of the end cover 130 can be supplemented depending on the shape of the end cover 130 or the shape of another member. Specifically, the end cover 130 may be rotated around the second plate fastening hole 125, but this phenomenon can be prevented by the cover support portion 136 of the end cover 130 and other components. .
  • manufacturing costs can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
  • there may be two second plate fastening holes 125 when there is only one second plate fastening hole 125, manufacturing costs can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
  • there may be two second plate fastening holes 125 In this case, the reliability of coupling of the end cover 130 can be improved.
  • the handle coupling portion 126 may provide a coupling surface between the support plate 120 and the handle unit 150.
  • the handle coupling portion 126 may be coupled to at least one handle unit 150.
  • the handle unit 150 may be used to stably seat the battery assembly 100 inside the pack case 1100 and may include a handle that can be held by a user. One end of the handle unit 150 may be detachably coupled to the support plate 120 and may be removed from the support plate 120 after installation of the battery assembly 100 is completed.
  • the handle coupling portion 126 may be formed to extend from one edge of the support portion 122.
  • the handle coupling portion 126 may be located at one end of the support portion 122 in the width direction (Z-axis direction). More specifically, it may be located at the upper side (+Z) based on the state in which the battery assembly 100 is mounted. This may be to make it easy to remove the handle unit 150 after installation of the battery assembly 100 is completed.
  • the end cover 130 may be used to protect the front or back of the plurality of cell units 110.
  • the end cover 130 may cover the front or back of the plurality of cell units 110.
  • the end cover 130 may be located at ends of the stacked cell units 110 in the longitudinal direction. There may be two end covers 130, and two end covers 130 may be provided at both ends of the stacked cell units 110 in the longitudinal direction.
  • the end cover 130 may integrally cover terminal portions of battery cells included in the plurality of cell units 110 .
  • the end cover 130 extends vertically from the body portion 132 and one edge of the body portion 132 corresponding to the electrode lead portions of the battery cells included in the plurality of cell units 110, and supports the support plate 120. It may include a cover extension part 134 coupled with a cover support part 136 that extends vertically from the other edge of the body part 132 and supports a portion of the cell unit 110.
  • the body portion 132 may cover the front or back of the plurality of cell units 110.
  • the body portion 132 may be located at an end portion of the plurality of cell units 110 in the longitudinal direction.
  • the body portion 132 may cover ends of the plurality of cell units 110 in the longitudinal direction.
  • the body portion 132 may cover terminal portions of battery cells included in the plurality of cell units 110 .
  • the body portion 132 may also be referred to as a ‘terminal cover portion’.
  • the body portion 132 may have a planar shape.
  • the plate-shaped body portion 132 may include both edges in the longitudinal direction (Y-axis direction) and both edges in the width direction (Z-axis direction).
  • a cover venting hole 133 may be formed in the body portion 132. There may be a plurality of cover venting holes 133, and the plurality of cover venting holes 133 may correspond to each cell unit 110. However, each cover venting hole 133 does not necessarily correspond to one cell unit 110, and a plurality of cover venting holes 133 correspond to one cell unit 110 or one cover venting hole. It is also possible that a plurality of cell units 110 correspond to 133. Through the cover venting hole 133, the end cover 130 can protect the cell unit 110 from the external environment and discharge gases generated from the battery cell 111 to the outside. Through this, a chain thermal runaway phenomenon of the battery assembly 100 can be prevented.
  • the cover extension 134 may be intended to provide a coupling surface for coupling the end cover 130 and the support plate 120.
  • the cover extension 134 may be formed on one edge of the body portion 132 that corresponds to the support plate 120 .
  • the support plate 120 may be disposed close to an end in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the end cover 130, and the cover extension 134 may be located at an edge of the body portion 132 in the longitudinal direction (Y-axis direction). It may be formed to provide a coupling surface with the support plate 120.
  • the cover extension 134 may have a shape extending from one edge of the body 132 toward the support plate 120 .
  • the cover extension 134 may have a shape extending perpendicular to one surface of the body 132 from one edge of the body 132 toward the support plate 120 .
  • the end cover 130 may be located at an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the end cover 130 may be arranged such that an end in the longitudinal direction (Y-axis direction) corresponds to an end in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support plate 120.
  • the cover extension portion 134 may correspond to an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the cover extension 134 may overlap an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the cover extension 134 may be located outside an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the cover extension 134 may be coupled to an end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the two cover extensions 134 may include a first cover extension 134a and a second cover extension 134b formed at two opposite edges of the body 132, respectively.
  • the first cover extension 134a and the second cover extension 134b may be formed at both edges of the body portion 132 in the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • first support plate 120a and the second support plate 120b may be positioned to correspond to both ends of the end cover 130 in the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • the first cover extension 134a located at one end in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the end cover 130 corresponds to the first support plate 120a
  • the second cover extension 134b located at the other end. may correspond to the second support plate 120b.
  • the first cover extension 134a and the second cover extension 134b have a shape extending perpendicular to one surface of the body 132 toward the first support plate 120a and the second support plate 120b. You can have it.
  • the first cover extension 134a and the second cover extension 134b may correspond to ends of the first support plate 120a and the second support plate 120b, respectively.
  • the first cover extension 134a and the second cover extension 134b may overlap and be coupled to ends of the first support plate 120a and the second support plate 120b, respectively.
  • the first cover extension 134a may be located outside the first support plate 120a
  • the second cover extension 134b may be located outside the second support plate 120b.
  • the outside of a specific member may be explained based on the center of the battery assembly 100.
  • the first cover extension portion 134a and the second cover extension portion 134b are respectively connected to the cover coupling portion 124 formed on the first support plate 120a and the second support plate 120b. can be responded to.
  • the cover extension portion 134 may correspond to the cover coupling portion 124 of the support plate 120.
  • the cover extension part 134 may overlap the cover coupling part 124.
  • the cover extension portion 134 may be coupled to the cover coupling portion 124 of the support plate 120. More specifically, the cover extension 134 may be located outside the cover coupling part 124, and the inner surface of the cover extension 134 may be in contact with the outer surface of the cover coupling part 124.
  • the outer surface of the cover coupling portion 124 may have a concave shape toward the inner surface, and a cover extension portion ( 134) can be settled.
  • each corner of the cover extension 134 may have a round shape, so that when the end cover 130 is mounted on the combination of the cell unit 110 and the support plate 120, the support plate 120 Interference between and end cover 130 can be minimized.
  • a module frame that covers the top, bottom, left, and right sides of the stacked battery cells and an end plate that covers the front and back sides were provided. Additionally, on the outside of the battery cells, the module frame and end plate were mainly joined by welding.
  • the end cover 130 and the support plate 120 are coupled, and the end cover 130 and the support plate 120 are coupled by a fastening member, so that no welding process is added. You can. Accordingly, the manufacturing process can be completed more easily and quickly.
  • a cover extension portion 134 is formed on the end cover 130, and a corresponding cover coupling portion 124 is formed on the support plate 120, so that the end cover 130 and the support plate 120 are connected through this. The combination between them can be performed stably and easily.
  • a cover fastening hole 135 for coupling to the support plate 120 may be formed in the cover extension 134.
  • the cover fastening hole 135 may correspond to the second plate fastening hole 125 formed in the cover coupling portion 124.
  • the end cover 130 may be arranged to be located on the same axis of the cover fastening hole 135 and the second plate fastening hole 125, and the cover fastening hole 135 ) and the second fixing unit 142 can be inserted into the plate fastening hole 125, through which the end cover 130 and the support plate 120 can be coupled.
  • the second fixing unit 142 may be a fastening member such as a bolt or rivet.
  • the number of cover fastening holes 135 may be one, but may be two or more. For this, refer to the description of the second plate fastening hole 125.
  • the cell unit 110 of this embodiment may be coupled by the fixing unit 140, and the relative movement of the cell unit 110 may be restricted by the fixing unit 140.
  • the fixing unit 140 may couple the support plate 120 and the cell unit 110. After passing through the plate fastening hole 123 formed in the first support plate 120a, the fixing unit 140 passes through the cell unit fastening hole 115 formed in the cell cover 113 included in the plurality of cell units 110. and can pass through the plate fastening hole 123 formed in the second support plate 120b. Through this, the relative movement of the support plate 120 and the cell unit 110 is limited, and the battery assembly 100 can be block.
  • the plurality of cell units 110 can be blocked by the fixing unit 140, and the relative positions of the cell units 110 are fixed, thereby making it easier to handle the battery assembly 100. That is, the battery cells 111 can be easily mounted using the fixing unit 140, and as the structure required for mounting the battery cells 111 is simplified, effects such as weight reduction and manufacturing cost reduction can be achieved.
  • the fixing unit 140 may be provided in a long bolt shape.
  • the fixing unit 140 may be provided as a long bolt long enough to penetrate all of the plurality of cell units 110 included in the battery assembly 100.
  • the fixing unit 140 is shown as penetrating the lower part of the battery assembly 100, but this is not necessarily the case, and if it does not damage the battery cell 111 and the electrode lead 112, it is provided at another location. It is also possible to become for example, the fixing unit 140 may be provided to penetrate the upper part of the battery assembly 100, and thus the plate fastening hole 123 and the cell unit fastening hole 115 through which the fixing unit 140 passes. The position of can be adjusted.
  • the cell unit 110 of this embodiment includes a battery cell 111 accommodated with the electrode assembly impregnated in an electrolyte solution, and a cell cover 113 that covers at least a portion of the battery cell 111.
  • It may include a bus bar frame 116 to guide the connection between the battery cell 111 and the conductive member, and an insulating cover 118 to protect the battery cell 111 and the conductive members connected thereto.
  • the battery cell 111 of this embodiment is a basic unit of charging and discharging, and may be provided in a pouch type that can maximize the number of stacks per unit area.
  • the battery cell 111 provided in a pouch type can be manufactured by storing an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator in a cell case, then injecting an electrolyte material, and heat-sealing the sealing portion of the cell case.
  • the battery cell 111 does not necessarily have to be provided in a pouch shape, and may be provided in a prismatic shape, a cylindrical shape, or various other shapes, provided that the storage capacity required by future devices is achieved.
  • the battery cell 111 may include a receiving portion for storing the electrode assembly and a sealing portion formed at an edge of the battery cell 111 to seal the electrode assembly.
  • the battery cell can be manufactured by storing the electrode assembly in the cell case and then sealing the edge of the cell case located outside the electrode assembly.
  • the sealing portion may be formed on three of the four edges of the cell case, At this time, the remaining edge may be referred to as an unsealed portion.
  • the battery cell 111 may have the shape of a hexahedron with horizontal (length), vertical (width), and thickness, where the longitudinal direction is the X-axis and the width direction is the Z-axis and the thickness. The direction may be the Y axis. Based on the hexahedral shape, the battery cell 111 will be described as including two surfaces (faces on the XZ plane) corresponding to the housing where the electrode assembly is located and four surfaces located on the edges of the housing. You can. However, in the case of the pouch-type battery cell 111, it is provided in an overall flat shape, and the thickness value of the sealing portion formed by heat fusion is also small. Therefore, for convenience of explanation, hereinafter, the battery cell 111 is divided into two parts corresponding to the storage portion. It will be described as having four edges located on the outside of the surface and the receiving part.
  • the battery cell 111 may include an electrode lead 112 for electrical connection with a conductive member.
  • the electrode lead 112 may be positioned to protrude in one direction from one edge of the cell case.
  • One end of the electrode lead 112 is electrically connected to the positive or negative electrode of the electrode assembly by being located inside the battery cell 111, and the other end of the electrode lead 112 is exposed to the outside of the battery cell 111 to provide a separate It may be electrically connected to a member, for example, a bus bar.
  • One of the two electrode leads 112 may be a positive electrode lead and the other may be a negative lead.
  • a plurality of battery cells 111 may be stacked in one direction to form a cell stack.
  • the side of the cell stack may refer to one side of the outermost battery cell 111 among the plurality of battery cells 111.
  • the upper and lower surfaces of the cell stack may be surfaces where the edges of the battery cells 111 are arranged side by side, and the front and rear surfaces of the cell stack may be surfaces where the electrode leads 112 of the battery cells 111 are located. there is.
  • Each side of the cell stack may correspond to each side of the cell unit 110.
  • the cell cover 113 may be used to cover at least a portion of the outer surface of the battery cell 111.
  • the cell cover 113 improves the cooling efficiency of the battery pack 1000 by covering part of the battery cell 111 and exposing the other part toward the pack case 1100, and removes the gas generated from the battery cell 111. can be guided in a predetermined direction.
  • the cell cover 113 may cover two surfaces of the cell stack facing each other and one surface that shares an edge with the two surfaces.
  • the cell cover 113 may cover two sides and a top surface of the cell stack.
  • the cell cover 113 may cover the side of the outermost battery cell 111 and one edge of the battery cells 111 .
  • the cell cover 113 has a second side (113b) and a third side (113c) that are parallel to each other and positioned at a distance from each other, and a first side (113b) extending between the second side (113b) and the third side (113c). 113a) may be included.
  • the second surface 113b and the third surface 113c may correspond to the side surface of the cell unit 110.
  • the first surface 113a may correspond to the top surface of the cell unit 110.
  • first side 113a may be connected to one edge of the second side 113b, and the other edge of the first side 113a may be connected to one edge of the third side 113c.
  • second surface 113b is described as extending in the first direction from one edge of the first surface 113a
  • third surface 113c is described as extending in the first direction from the other edge of the first surface 113a. It could be.
  • the first direction is a direction substantially perpendicular to the first surface 113a, and is indicated as the -Z-axis direction in the drawing.
  • the cross-section of the cell cover 113 may be n-shaped, and here, the cross-section may refer to a cross-section in the longitudinal direction (X-axis direction) of the cell cover 113.
  • the second surface 113b and the third surface 113c of the cell cover 113 may be formed to be flat.
  • the first surface 113a of the cell cover 113 may be formed to be flat.
  • the n-shaped cell cover 113 may be formed by bending one plate in the same direction. Methods such as press or roll forming may be applied to this bending process.
  • the cell cover 113 does not necessarily have to be provided as an integrated piece, and it is also possible for the cell cover 113 to be formed by connecting multiple plates.
  • the cell cover 113 may cover one side of the battery cell 111.
  • the second side 113b and the third side 113c of the cell cover 113 may be positioned parallel to one side of the battery cell 111. More specifically, as shown in FIG. 5, the second surface 113b covers one surface of the battery cell 111 located at the outermost position on the left side (+Y axis) of the plurality of battery cells 111 from the left. You can. The third surface 113c may cover one surface of the battery cell 111 located at the outermost position on the right side (-Y axis) of the plurality of battery cells 111 from the right side.
  • the cell cover 113 may cover one edge of the battery cell 111.
  • the first surface 113a of the cell cover 113 may cover at least a portion of one edge of the battery cell 111.
  • the cell cover 113 may cover the upper edge of the battery cell 111 vertically arranged so that one edge corresponds to the bottom surface 1110 of the pack case 1100.
  • the first surface 113a of the cell cover 113 may correspond to the upper edge of the battery cell 111 in an upright state.
  • One edge of the battery cell 111 corresponding to the bottom surface 1110 of the pack case 1100 may be a portion where an unsealed portion is formed.
  • the cell cover 113 may separate the battery cell 111 accommodated therein from the adjacent battery cell 111, thereby preventing gas generated from the battery cell 111 from moving to the adjacent battery cell 111. You can.
  • heat generated in the battery cell 111 can be transferred to the cell cover 113, thereby dissipating heat from the battery cell 111. This can be promoted.
  • the lower edge of the cell cover 113 is placed in contact with the pack case 1100, a heat transfer path moving to the battery cell 111, the cell cover 113, and the pack case 1100 may be formed, The overall cooling efficiency of the battery pack 1000 can be improved.
  • the lower edge of the cell cover 113 may refer to an edge located on the -Z axis on the second surface 113b and the third surface 113c.
  • the cell cover 113 may not cover the lower edge corresponding to the bottom surface 1110 of the pack case 1100 in the vertically disposed battery cell 111, and the lower edge of the battery cell 111 is the bottom surface. It can be exposed towards (1110). Through this, the battery cell 111 is in contact with or positioned close to the bottom surface 1110 of the pack case 1100, so that the heat generated from the battery cell 111 can be quickly discharged to the bottom surface 1110 of the pack case 1100. You can. At this time, when a cooling member is located on the bottom surface 1110 of the pack case 1100, the heat dissipation effect can be further improved.
  • an adhesive may be provided between the battery cell 111 and the pack case 1100 so that the battery cell 111 can be stably positioned in the pack case 1100. More specifically, an adhesive may be interposed between one edge of the battery cell 111 and the bottom surface 1110 of the pack case 1100. At this time, one edge of the battery cell 111 provided with the adhesive may be an unsealed portion. Examples of adhesives include heat conductive resin, TIM, etc., and any known material that has heat conductivity or adhesiveness can be applied. Additionally, this adhesive may be provided between the cell cover 113 and the pack case 1100 or between the battery cell 111 and the cell cover 113 to strengthen the structure of the battery pack 1000.
  • a cell cover 113 is provided for each of the battery cells 111, so that the module case that protects the modularized battery cells 111 can be omitted, and the battery cells 111 It can be directly seated and stored inside the pack case 1100 without a module case.
  • the cell case is made of a soft material, so it is vulnerable to external shock and tends to have low hardness. Therefore, it may not be easy to store the battery cell itself inside the pack case 1100 instead of storing it in the module case.
  • the cell cover 113 supplements the rigidity of the battery cell 111, the battery cell 111 can be directly stored inside the pack case 1100 and the stacked state can be maintained.
  • the cell cover 113 can omit fastening members such as conventional module cases, stacking frames, and bolts, the manufacturing process can be simplified, the internal structure can be simplified, and energy density can be improved accordingly. .
  • the rigidity of the battery cell 111 is supplemented by the cell cover 113, handling of the battery cell 111 during the assembly process of the battery pack 1000 can also be made easier. More specifically, in the process of storing the battery cell 111 in the pack case 1100, the assembly process can be performed more easily by holding the cell cover 113 coupled to the battery cell 111.
  • the cell cover 113 may be made of a material with a high melting point so that it does not melt even during thermal runaway inside the battery pack 1000.
  • the cell cover 113 may be made of a material with a mechanical strength exceeding a predetermined range to stably support the battery cell 111, and thereby protect the battery cell 111 from external shocks, etc. there is. Examples of materials used for the cell cover 113 include steel and stainless steel (SUS).
  • the cell cover 113 can not only delay the thermal runaway phenomenon, but also supplement the rigidity of the battery cell 111 to maintain the battery cell 111 in an upright state.
  • the cell cover 113 may support the battery cells 111 by covering at least a portion of the battery cells 111, and may stably maintain the stacked state of the battery cells 111 arranged upright in one direction. there is. More specifically, the second side 113b and the third side 113c of the cell cover 113 support the side surfaces of the cell stack, so that the battery cell 111 can be maintained in an upright state.
  • the lower edge of the cell cover 113 may be seated on the bottom surface 1110 of the pack case 1100, thereby allowing the cell cover 113 to stand on its own, and the battery cells 111 inside the cell cover 113. ) can be maintained in an upright position.
  • a coupling groove may be formed in the bottom surface 1110 of the pack case 1100.
  • the lower edge of the cell cover 113 may be inserted into the coupling groove and fixed to the bottom surface 1110.
  • the cell cover 113 and the bottom surface 1110 of the pack case 1100 are coupled through the coupling groove, so that the cell cover 113 can be more stably seated on the pack case 1100, and the battery cell ( 111) can be maintained in an upright position.
  • the coupling groove may be formed to extend along the longitudinal direction (X-axis) of the pack case 1100, and the length of the coupling groove may be similar to or longer than the length of the cell cover 113.
  • the cell cover 113 may be coupled to cover the battery cell 111 from the upper side of the battery cell 111 .
  • a heat conductive resin having adhesive properties may be provided between the cell cover 113 and the battery cell 111, but this is not necessarily the case, and other materials may be used between the cell cover 113 and the battery cell 111. It is also possible not to intervene. This maximizes the number of battery cells 111 accommodated inside the pack case 1100 by minimizing the volume of the cell cover 113 and the battery cell 111, thereby maximizing the energy density of the battery pack 1000. It may be for this purpose.
  • the cell cover 113 is shown as covering three battery cells 111, but this is not necessarily the case. Depending on the designer's intention, the cell cover 113 can cover four or more batteries or two or fewer batteries. It would also be possible to design it to cover the cell 111.
  • the cell cover 113 is provided on all battery cells 111, but this is not necessarily the case, and it is also possible that the cell cover 113 is provided on only some of the plurality of battery cells 111.
  • the cell cover 113 of this embodiment has been described as having an n-shape, but it can be configured in other shapes as long as it achieves the purpose of preventing gases from transferring to the electrode lead 112 and other electrical components.
  • the cell cover may be formed in a ' ⁇ ' shape, an 'U' shape, an 'O' shape, an 'L' shape, etc.
  • a clamping member may be provided on the cell cover 113 of this embodiment.
  • the clamping member can prevent the different ends of the cell cover 113 from being opened or deformed by fixing them between different ends.
  • the clamping member may be provided at the bottom of the cell cover 113 where the lower edge of the battery cell 111 is located, and may prevent the second side 113b and the third side 113c from opening up to prevent the battery cell 111 from opening.
  • the storage state of (111) can be maintained.
  • the clamping member may be a tape.
  • the clamping member may be an elastic metal material.
  • a venting hole 114 may be formed in the cell cover 113.
  • the venting hole 114 may be used to discharge gas generated from the battery cell 111 accommodated inside the cell cover 113 to the outside of the cell cover 113.
  • the venting hole 114 may be formed on one side of the cell cover 113 that does not correspond to the electrode lead 112 of the battery cell 111.
  • the venting hole 114 may be formed on the first surface 113a of the cell cover 113.
  • venting holes 114 There may be a plurality of venting holes 114, and the plurality of venting holes 114 may be arranged to be spaced apart from each other.
  • venting hole 114 is formed in the cell cover 113, so that movement of gas and sparks in the direction where the electrode lead 112 is located can be minimized.
  • the venting hole 114 can separate the gas discharge path from the electrode lead 112, and prevent the electrode lead 112 and the electrical components connected therefrom from being damaged by gas, sparks, or flames.
  • the cell cover 113 may be provided with a cell unit fastening hole 115 into which the fixing unit 140 is inserted. As the plurality of cell units 110 are coupled through the cell unit fastening hole 115 and the fixing unit 140, relative movement is limited and they can be stably positioned inside the pack case 1100.
  • the cell unit fastening hole 115 may be formed on one side of the cell cover 113 facing the one side of the battery cell 111.
  • the cell unit fastening hole 115 may be formed on the second side 113b and the third side 113c, respectively, and the cell unit fastening hole 115 and the third side 113c may be formed on the second side 113b.
  • the cell unit fastening hole 115 formed in may be located on the same axis. Meanwhile, since the fixing unit 140 must not damage the battery cell 111, the position of the cell unit fastening hole 115 into which the fixing unit 140 is inserted is the portion corresponding to the battery cell 111 on the cell cover 113. can be separated from For a specific example, the cell unit fastening hole 115 may be located at an upper end of the cell cover 113 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the bus bar frame 116 may be used to electrically connect the battery cell 111 covered by the cell cover 113 to an external conductive member or an adjacent battery cell 111.
  • the bus bar frame 116 supports the electrode lead 112 of at least one battery cell 111, and connects the electrode lead 112 of the above-described battery cell 111 to the electrode lead 112 of the adjacent battery cell 111. ) can be configured to be electrically connected to.
  • the busbar frame 116 may include a busbar made of an electrically conductive material such as copper and a busbar housing made of a plastic material such as PC.
  • a bus bar terminal may be located on one side of the bus bar housing, and the other side of the bus bar housing may face the battery cells 111.
  • the electrode leads 112 of the battery cells 111 may contact the bus bar by passing through the slot provided in the bus bar housing, and a welding process is applied to one surface where the electrode lead 112 and the bus bar overlap, thereby forming the electrode lead ( 112) and a bus bar can be combined. Through this, an electrical connection can be formed between the electrode lead 112 and the bus bar.
  • the busbar frame 116 may be combined with the cell cover 113.
  • the bus bar frame 116 may be coupled to an end of the cell cover 113 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • An upper end of the cell cover 113 in the longitudinal direction (X-axis direction) may be open, and the open end may be covered by the bus bar frame 116.
  • One side of the bus bar frame 116 may face the battery cell 111 and may be accommodated inside the cell cover 113.
  • a portion including one side of the bus bar frame 116 may be located between the second side 113b and the third side 113c of the cell cover 113, and thus a portion of the bus bar frame 116 may correspond to at least a portion of the cell unit fastening hole 115 formed on the second surface 113b and the third surface 113c. Therefore, in order to prevent a part of the bus bar frame 116 from interfering with the movement of the fixing unit 140 penetrating the cell cover 113, a bus bar frame groove 117 will be formed in the bus bar frame 116. You can.
  • the bus bar frame groove 117 may guide the position of the fixing unit 140 between the second surface 113b and the third surface 113c.
  • the bus bar frame groove 117 may be formed to correspond to the fixing unit 140.
  • the inner peripheral surface of the bus bar frame groove 117 may have a shape corresponding to the outer peripheral surface of the fixing unit 140.
  • the shape of the bus bar frame groove 117 may be unlimited as long as it can correspond to the outer peripheral surface of the fixing unit 140.
  • the bus bar frame groove 117 may be in the shape of a hole, but may also be formed in a shape where one surface facing the battery cell 111 is depressed toward the other surface.
  • the bus bar frame groove 117 may be formed to have a semicircular cross section, or may be formed to have a circular shape whose circumferential angle is larger or smaller than that of a semicircle.
  • a circular groove 116a may be formed on the lower surface (surface on the -Z axis) of the bus bar frame 116.
  • the circular groove 116a of the bus bar frame 116 may correspond to a jig used in the charging and discharging process of the battery cell 111.
  • the pin of the jig can be electrically connected to the bus bar or electrode lead 112 through the circular groove 116a, and through this, voltage can be applied to the battery cell 111 during the charging and discharging process.
  • a relief portion 136a may be formed at one corner of the cover support portion 136 of the end cover 130 so as not to cover the circular groove 116a formed on the lower surface of the bus bar frame 116.
  • the shape of the escape portion 136a may include a semicircular shape. When looking at what is shown in FIG. 3, the shape of the escape portion 136a may be a shape in which a plurality of semicircles are arranged one after another. Each semicircle of the escape portion 136a may correspond to a circular groove 116a of the bus bar frame 116, respectively.
  • the insulating cover 118 may be used to prevent the electrode lead 112 of the battery cell 111 accommodated in the cell cover 113 from short-circuiting. To this end, the insulating cover 118 may be made of polymer synthetic resin having insulating properties.
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion P1 of FIG. 2.
  • the fixing unit 140 of this embodiment can be inserted into the plate fastening hole 123 of the support plate 120, through which the support plate 120 and the cell unit 110, or the cell unit 110 and the adjacent cell unit 110 can be stably coupled.
  • the second fixing unit 142 may be inserted into the cover fastening hole 135 of the end cover 130 and the second plate fastening hole 125 of the support plate 120, through which the support plate 120 and the end cover 130 can be stably coupled.
  • the second plate fastening hole 125 may be located closer to the end of the support plate 120 in the longitudinal direction (X-axis direction) than the plate fastening hole 123. This may be to prevent the cover extension portion 134 of the end cover 130 corresponding to a portion of the support plate 120 from being formed unnecessarily long.
  • the end cover 130 may include a cover support portion 136 that extends vertically from the other edge of the body portion 132 and supports a portion of the cell unit 110. Due to the cover support portion 136, the cross-sectional shape of the end cover 130 in the longitudinal direction (Y-axis direction) may be L-shaped.
  • the cover support portion 136 may be formed on one edge of the body portion 132 that corresponds to the bottom surface 1110 of the pack case 1100.
  • the cover support portion 136 may be formed at the lower edge of the body portion 132.
  • the cover support portion 136 may have a shape extending perpendicularly to one surface of the body portion 132 from the lower edge of the body portion 132 . Through this, at least a portion of the lower surfaces of the cell units 110 located on the floor surface 1110 can be covered and protected by the cover support part 136.
  • the end cover 130 covers the front or back of the plurality of cell units 110, that is, the end of the lower surface of the plurality of cell units 110 in addition to the portion where the bus bar terminal is located. You can. Since the cell cover 113 included in the cell unit 110 has its lower surface corresponding to the bottom surface 1110 of the pack case 1100 omitted, the lower edge of the cell cover 113 may be exposed to the outside. . Accordingly, the lower surface of the battery assembly 100 has ends of the plurality of second surfaces 113b and third surfaces 113c exposed, and accordingly, after the battery assembly 100 is assembled, it is placed in the pack case 1100. During the mounting process, the ends of the second surface 113b and the third surface 113c may interfere with other members.
  • the end cover 130 partially protecting the ends of the second surface 113b and the third surface 113c through the cover support portion 136.
  • the cover support portion 136 may supplement the rigidity of the battery assembly 100 by supporting the plurality of cell units 110 positioned in an upright position.
  • 7 and 8 are modified examples of a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the end cover 130 of the battery assembly 100 may be coupled to the support plate 120 by the fixing unit 140.
  • the second fixing unit 142 can be omitted, and thus the end cover 130, the support plate 120, and the plurality of cell units 110 are coupled together by the fixing unit 140. You can.
  • the cover fastening hole 135 of the cover extension 134 may correspond to the plate fastening hole 123 of the support plate 120.
  • the fixing unit 140 can penetrate the above-described coupling holes, Accordingly, a plurality of members can be combined together. In this way, not only the cell unit 110 and the support plate 120 but also the end cover 130 are coupled by the fixing unit 140, so that the manufacturing process can be completed quickly and easily. Additionally, the manufacturing process is simplified and costs can be reduced as members such as the second fixing unit 142 are omitted.
  • the cover extension portion 134 of the end cover 130 may have a longer shape to correspond to the plate fastening hole 123 of the support plate 120.
  • the plate fastening hole 123 on the support plate 120 and the cell unit fastening hole 115 of the cell cover 113 are connected in the longitudinal direction (X axis). It would also be possible to move it closer to the distal end.
  • the end cover 130 and the support plate 120 are provided with a second fixation in addition to the fixing unit 140. It may also be further combined by unit 142.
  • the end cover 130 is primarily fixed by the fixing unit 140, and the end cover 130 is doubly fixed by the second fixing unit 142 in the future, so that the end cover 130 is fixed to the support plate 120. ) can be minimized.
  • the end cover 130 is fixed only by the second fixing unit 142 as shown in FIG. 6, the end cover 130 is separated from the support plate 120 during the insertion of the second fixing unit 142. Since this is easy, it may be difficult for the coupling holes to be placed on the same axis. However, when the end cover 130 is first fixed to the support plate 120 by the fixing unit 140 as shown in FIG. 8, insertion of the second fixing unit 142 may be easier.
  • one second fixing unit 142 is shown, but, unlike this, two or more second fixing units 142 may be provided.
  • the effect of preventing separation of the end cover 130 is improved, but since the complexity of the process increases, it cannot be said that increasing the number of second fixing units 142 is simply advantageous. There won't be.
  • two or more cover fastening holes 135 may be formed in the cover extension 134, one of the two cover fastening holes 135 corresponds to the fixing unit 140, and the other is a second fixing unit ( 142). At this time, one of the two cover fastening holes 135 may correspond to the plate fastening hole 123, and the other may correspond to the second plate fastening hole 125.
  • the handle coupling portion 126 of this embodiment may be provided in a form different from that described above.
  • FIG. 9 is another modified example of a battery assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the handle coupling portion 126 may extend perpendicularly to one surface of the support portion 122 from one edge of the support portion 122.
  • the handle coupling portion 126 may extend perpendicular to one surface of the support portion 122 toward the outside of the support portion 122.
  • One surface of the handle coupling portion 126 may be seated on the cross beam 1200, and through this, the battery assembly 100 may be stably positioned.
  • the handle unit 150 may be coupled to the other surface of the handle coupling portion 126.
  • the handle coupling portion 126 shown in FIG. 9 may have a larger coupling surface with the handle unit 150 than the shape of the handle coupling portion 126 shown in FIGS. 2 and 3. Accordingly, when the handle coupling portion 126 of FIG. 9 is provided, attachment to and detachment from the handle unit 150 may be easier.
  • Figure 10 is a diagram illustrating a battery pack installed in a car according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 described above can be installed in a vehicle.
  • the battery pack of this embodiment can be applied to transportation means such as electric bicycles, electric cars, and hybrid cars, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use battery modules and battery packs containing them. there is.
  • the battery assembly 100 is described with the case removed, but it is also possible for the battery assembly 100 to be provided in a battery pack with a separate case. Additionally, the battery assembly 100 of this embodiment can also be applied to a battery module stored in a rack of an ESS (Energy Storage System).
  • ESS Electronicgy Storage System

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛을 포함하는 배터리 어셈블리 및 내부 공간에 상기 배터리 어셈블리를 수납하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고, 상기 배터리 어셈블리는 상기 셀 커버를 관통함으로써 상기 복수의 셀 유닛의 상대적인 이동을 제한하는 고정 유닛을 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 07월 20일자 한국 특허 출원 제10-2022-0089943호 및 2023년 07월 11일자 한국 특허 출원 제10-2023-0090047호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은, 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 셀투팩(Cell To Pack) 방식으로 제조되는 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 등에 관한 것이다.
이차 전지가 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으면서, 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다.
하지만 선행문헌(한국 등록특허공보 제10-2379227호)등에 개시된 바와 같이, 이러한 배터리의 조립 방식은 전체 배터리 팩의 무게와 부피를 증가시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 배터리 팩의 에너지 밀도를 높이기 위해, 다수의 배터리 셀들을 배터리 팩의 팩 케이스에 바로 장착하는 기존의 셀투팩(Cell To Pack) 방식이 연질 케이스를 가진 파우치형 배터리 셀에 적용되는 경우, 다수의 배터리 셀을 동시에 취급하거나 적층하기 어렵고, 배터리 셀들을 팩 케이스에 장착되는 과정에서 배터리 셀들의 손상이 발생할 위험이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩의 전체 무게와 부피가 경감되고, 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상된 배터리 팩 및 디바이스 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 제조 과정에서, 배터리 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하고, 배터리 셀들의 손상을 방지하면서도, 배터리 셀 장착에 요구되는 구조체들을 간소화 및 경량화하여 제조 비용을 절감하고, 배터리 셀들의 고정력을 강화하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛을 포함하는 배터리 어셈블리 및 내부 공간에 상기 배터리 어셈블리를 수납하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고, 상기 배터리 어셈블리는 상기 셀 커버를 관통함으로써 상기 복수의 셀 유닛의 상대적인 이동을 제한하는 고정 유닛을 포함한다.
상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되며, 상기 고정 유닛은 상기 셀 커버 체결홀을 관통함으로써 상기 복수의 셀 유닛을 고정할 수 있다.
상기 배터리 셀은 일 가장자리가 상기 팩 케이스의 바닥면과 대응되도록 수직으로 배치되고, 상기 셀 커버는 수직으로 배치된 상기 배터리 셀의 상측 가장자리는 커버하고, 상기 배터리 셀의 하측 가장자리는 개방할 수 있다.
상기 셀 커버는 상기 배터리 셀의 일면과 평행하게 배치되는 제2 면과 제3 면, 및 상기 제2 면과 상기 제3 면의 사이에서 연장되는 제1 면을 포함하고, 상기 셀 커버의 횡단면은 n자 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 면 및 상기 제3 면에는 상기 고정 유닛이 삽입되는 셀 유닛 결합홀이 형성될 수 있다.
상기 셀 유닛은 상기 셀 커버의 길이 방향상 단부와 결합하는 버스바 프레임을 더 포함하고, 상기 셀 커버에 수용된 상기 배터리 셀의 전극 리드는 상기 버스바 프레임에 장착된 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 버스바 프레임의 일면에는 버스바 프레임 홈이 형성되고, 상기 버스바 프레임 홈의 형상은 상기 고정 유닛의 외주면의 형상과 대응될 수 있다.
상기 배터리 어셈블리는 복수의 상기 셀 유닛 중 최외각 셀 유닛의 측면과 접촉하는 지지 플레이트를 포함하고, 상기 고정 유닛은 상기 지지 플레이트를 관통함으로써, 상기 복수의 셀 유닛과 상기 지지 플레이트의 상대적인 이동을 제한할 수 있다.
상기 지지 플레이트에는 플레이트 체결홀이 형성되고, 상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되며, 상기 고정 유닛은 상기 플레이트 체결홀과 상기 셀 커버 체결홀을 관통함으로써, 복수의 상기 셀 유닛과 상기 지지 플레이트를 결합할 수 있다.
상기 배터리 어셈블리는 복수의 상기 셀 유닛의 길이 방향상 단부에 위치하는 엔드 커버를 더 포함하고, 상기 엔드 커버는 상기 지지 플레이트와 결합할 수 있다.
상기 엔드 커버는 상기 복수의 상기 셀 유닛의 길이 방향상 단부를 커버하는 바디부, 및 상기 바디부의 일 가장자리로부터 상기 지지 플레이트를 향하여 연장되는 커버 연장부를 포함하고, 상기 커버 연장부는 상기 지지 플레이트의 단부와 대응될 수 있다.
상기 고정 유닛은 상기 커버 연장부를 관통함으로써, 상기 엔드 커버와 상기 지지 플레이트를 결합할 수 있다.
상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되고, 상기 지지 플레이트에는 플레이트 체결홀이 형성되고, 상기 커버 연장부에는 커버 체결홀이 형성되며, 상기 고정 유닛은 상기 셀 커버 체결홀, 상기 플레이트 체결홀 및 상기 커버 체결홀을 관통함으로써, 상기 복수의 셀 유닛, 상기 지지 플레이트 및 상기 엔드 커버를 결합할 수 있다.
상기 배터리 어셈블리는 제2 고정 유닛을 더 포함하고, 상기 제2 고정 유닛에 의해 상기 커버 연장부와 상기 지지 플레이트의 단부가 고정될 수 있다.
상기 지지 플레이트에는 제2 플레이트 체결홀이 형성되고, 상기 커버 연장부에는 커버 체결홀이 형성되며, 상기 제2 고정 유닛은 상기 제2 플레이트 체결홀과 상기 커버 체결홀을 관통함으로써, 상기 엔드 커버와 상기 지지 플레이트가 결합할 수 있다.
상기 지지 플레이트에는 상기 커버 연장부와 대응되는 위치에 커버 결합부가 형성되고, 상기 커버 결합부의 외측면과 상기 커버 연장부의 내측면이 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 커버 결합부의 외측면은 내측면을 향해 함몰된 형상을 가지고, 상기 함몰된 상기 커버 결합부의 외측면에 상기 커버 연장부의 내측면이 위치할 수 있다.
상기 엔드 커버는 상기 바디부의 일 가장자리로부터 상기 셀 유닛의 하면을 향하여 연장되는 커버 지지부를 포함할 수 있다.
상기 셀 커버는, 하나의 판재가 절곡되어 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스는 상술한 배터리 팩을 적어도 하나 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 다수의 배터리 셀들이 별도의 모듈 케이스에 수용되어 배터리 팩의 팩 케이스에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 셀 커버에 의해 부분적으로 커버되며 상기 팩 케이스에 직접 장착될 수 있다. 이를 통해 전체 배터리 팩의 무게 및 부피가 감소되고 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상되면서도, 다수의 배터리 셀들을 케이스에 직접 장착하고 사용하는 과정에서 발생하는 배터리 셀들의 손상이 방지되고, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 제어와 가스 벤팅 경로의 설계가 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 셀 유닛들이, 한 쌍의 지지 플레이트와 상기 셀 유닛들을 관통하는 고정 유닛에 블록화되어 고정됨으로써, 배터리 팩에 장착되는 배터리 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하면서도, 배터리 셀 장착에 요구되는 구조체들이 간소화 및 경량화되어 제조 비용이 절감되고, 배터리 셀들의 고정력이 강화될 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 배터리 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 6는 도 2의 P1 부분을 확대한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 변형 예이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 다른 변형 예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 자동차에 장착된 것을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 배터리 팩(1000)은 적어도 하나의 배터리 어셈블리(100) 및 배터리 어셈블리(100)를 수용하고, 외부 환경으로부터 배터리 어셈블리를 보호하는 팩 케이스(1100)를 포함할 수 있다.
팩 케이스(1100)는 각 배터리 어셈블리(100)를 안착시키기 위한 공간을 구비하며, 각각의 배터리 어셈블리(100)는 팩 케이스(1100)의 안착 공간에 수용될 수 있다.
팩 케이스(1100)는 외부 환경으로부터 배터리 셀(111)을 보호하기 위한 것일 수 있다. 팩 케이스(1100)는 바닥면(1110) 및 바닥면(1110)의 일 모서리로부터 수직으로 연장되는 측면(1120)을 포함할 수 있고, 이로 인해 형성된 내부 공간에 복수의 배터리 셀(111)을 수납할 수 있다. 또, 팩 케이스(1100)는 바닥면(1110)과 평행하고, 측면(1120)과 결합되는 상면을 더 포함할 수도 있다. 그러나 팩 케이스(1100) 구조가 상술한 설명에 의해 제한되는 것은 아니며, 팩 케이스(1100)는 배터리 셀(111)을 보호하기 위한 목적을 달성하기 위한 다양한 구조를 가지도록 설계될 수 있다.
팩 케이스(1100)는 상술한 안착 공간을 구획하는 크로스 빔(1200)을 포함할 수 있다. 크로스 빔(1200)에 의해 안착 공간에 장착된 배터리 어셈블리(100)가 이격되거나, 유격되는 것이 방지될 수 있다. 크로스 빔(1200)에 의해 배터리 어셈블리(100)의 전후 좌우로의 이동이 최소화됨으로써, 외부 진동 및 충격에 따른 배터리 어셈블리(100)의 손상이 방지될 수 있다.
크로스 빔(1200)은 상호 수직하게 설치되는 제1 빔(1210) 및 제2 빔(1220)을 포함할 수 있다. 제1 빔(1210) 및 제2 빔(1220)은 상호 이격되도록 배치되거나 교차되도록 배치되어 상기 복수의 안착 공간을 형성할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 배터리 어셈블리(100)는 팩 케이스(1100) 내부에 2열로 배치될 수 있고, 제1 빔(1210)은 2열로 배치되는 배터리 어셈블리(100)를 이격시키도록 팩 케이스(1100)의 중앙 부분을 가로질러 배치될 수 있다. 제2 빔(1220)은 각 열에 배치된 배터리 어셈블리(100)들을 이격시키도록 제1 빔(1210)과 수직하게 배치되고, 일정 간격을 두어 복수개로 배치될 수 있다. 그러나 이는 배터리 팩(1000)의 내부 구조를 예시한 것으로써, 본 실시예의 배터리 팩(1000)의 구조가 상술한 예시에 한정되어서는 안될 것이다.
한편, 상술한 바와 같이 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 배터리 어셈블리(100)의 외면을 보호하는 별도의 케이스를 구비하지 않은 상태로 제공될 수 있다.
즉, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 모듈-리스(Module-less)구조를 가질 수 있다. 여기서, 모듈-리스 구조란, 모듈 케이스 없이 셀 구조가 팩 구조에 바로 결합되는 셀투팩(cell to pack) 구조를 지칭하는 것일 수 있다.
통상적으로, 종래의 배터리 팩(1000)들은, 복수의 배터리 셀 및 이와 연결된 여러 부품들을 조립하여 배터리 모듈을 형성하고, 복수의 배터리 모듈이 다시 배터리 팩(1000)에 수용되는 이중 조립 구조를 가지고 있다. 이 때, 배터리 모듈은 그 외면을 형성하는 모듈 프레임등을 포함하므로, 종래의 배터리 셀들은 배터리 모듈의 모듈 프레임 및 배터리 팩(1000)의 팩 케이스(1100)에 의해 이중으로 보호되게 된다. 그러나, 이러한 이중 조립 구조는 배터리 팩(1000)의 제조 단가 및 제조 공정을 증가시킬 뿐 아니라, 일부 배터리 셀에서 불량이 발생하는 경우 재조립성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 냉각 부재 등이 배터리 모듈의 외부에 존재하는 경우, 배터리 셀과 냉각 부재 사이의 열전달 경로가 다소 복잡해지는 문제가 있다.
이에, 본 실시예에서 배터리 팩(1000)에 장착되는 단위 모듈은 모듈 프레임이 생략된 ‘배터리 어셈블리’의 형태로 제공될 수 있다. 이를 통해, 배터리 팩(1000)의 구조가 보다 단순해질 수 있으며, 제조 단가 및 제조 공정을 상의 이점을 획득할 수 있고, 배터리 팩(1000)의 경량화가 달성되는 효과를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2에 따른 배터리 어셈블리의 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛을 도시한 도면이다. 도 5는 도 4에 따른 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 복수의 셀 유닛(110), 복수의 셀 유닛(110) 중 최외각에 위치한 셀 유닛(110)의 일면을 지지하는 지지 플레이트(120), 복수의 셀 유닛(110)의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 커버(130) 및 복수의 셀 유닛(110)을 상호 결합하는 고정 유닛(140)을 포함할 수 있다. 또, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 핸들 유닛(150)을 더 포함할 수도 있다.
셀 유닛(110)은 배터리 셀(111, 도 4 참고)을 보호하는 최소 단위체일 수 있다. 셀 유닛(110)은 적어도 하나의 배터리 셀(111) 및 배터리 셀(111)의 일부를 커버하는 셀 커버(113, 도 4 참고)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 복수의 배터리 셀(111)들이 별도의 모듈 케이스에 수용되어 배터리 팩(1000)의 팩 케이스(1100)에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 셀 커버(113)에 의해 부분적으로 커버된 상태로 팩 케이스(1100)에 직접 장착될 수 있으며, 이러한 셀 유닛(110) 구조를 통해 전체 배터리 팩(1000)의 무게와 부피가 감소되고 배터리 팩(1000)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 다수의 배터리 셀(111)들을 케이스에 직접 장착하고 사용하는 과정에서 발생하는 배터리 셀(111)들의 손상이 방지되고, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 제어와 가스 벤팅 경로의 설계가 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 설명에 앞서, 셀 유닛(110)은 가로(길이), 세로(폭), 두께를 가지는 6면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 길이 방향은 X축, 폭 방향은 Z축, 두께 방향은 Y축일 수 있다. 복수의 셀 유닛(110)들은 두께 방향(Y축 방향)을 따라 연이어 배치될 수 있으며, 두께 방향(Y축 방향)은 셀 유닛(110)의 적층 방향으로 지칭될 수 있다.
여기서, 셀 유닛(110)의 길이 방향(X축 방향)상 마주보는 두 면은 전면 및 후면으로, 셀 유닛(110)의 두께 방향(Y축 방향)상 마주보는 두 면은 측면으로, 셀 유닛(110)의 폭 방향(Z축 방향)상 마주보는 두 면은 상면 및 하면으로 지칭될 수 있다.
셀 유닛(110)은 복수일 수 있고, 복수의 셀 유닛(110)은 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 셀 유닛(110)은 일 방향으로 적층되어 팩 케이스(1100)에 수납될 수 있다. 셀 유닛(110)은 그 측면과 인접한 셀 유닛(110)의 측면이 평행하도록 연이어 배치될 수 있다.
셀 유닛(110)은 측면이 팩 케이스(1100)와 수직하도록 Z축 방향을 따라 직립하여 배치될 수 있다. 셀 유닛(110)은 하면이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 대응되도록 배치될 수 있다.
셀 유닛(110)에 관한 사항은 도 4 및 도 5를 통해 보다 자세하게 후술한다.
지지 플레이트(120)는 적층된 셀 유닛(110)들의 전체적인 형상을 유지하기 위한 것일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 적층된 셀 유닛(110)을 지지하기 위한 것일 수 있다. 배터리 팩(1000)에서 셀 유닛(110)은 그 일면이 배터리 팩(1000)의 바닥면(1110)과 수직하도록 배치될 수 있고, 지지 플레이트(120)는 셀 유닛(110)의 일면이 직립상태를 유지할 수 있도록 그 일면을 지지하는 것일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 복수의 셀 유닛(110)들이 상호 이격되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 셀 유닛(110)들 사이의 상대적인 위치를 고정할 수 있다. 지지 플레이트(120)는 판상형 부재일 수 있고, 모듈 프레임을 대신하여 배터리 어셈블리(100)의 강성을 보완할 수 있다.
지지 플레이트(120)는 적층된 셀 유닛(110)들 중 최외각 셀 유닛(110)의 일면상에 배치될 수 있다. 지지 플레이트(120)는 적층된 셀 유닛(110)들 중 최외각 셀 유닛(110)의 측면상에 배치될 수 있다.
여기서, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)에 제공되는 지지 플레이트(120)는 2개일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 지지 플레이트(120)는 적층된 셀 유닛(110)들의 적층 방향상 양단에 각각 제공될 수 있다. 제1 지지 플레이트(120a)는 적층된 셀 유닛(110)들 중 일측 최외각 셀 유닛(110)과 접촉하고, 제2 지지 플레이트(120b)는 적층된 셀 유닛(110)들 중 타측 최외각 셀 유닛(110)과 접촉할 수 있다.
한편, 후술하겠지만, 셀 유닛(110)에 포함된 셀 커버(113)는 서로 평행하는 제2 면(113b, 도 5 참고), 제3 면(113c, 도 5 참고) 및 제2 면(113b)과 제3 면(113c) 사이에서 연장되는 제1 면(113a, 도 5 참고)을 가질 수 있다. 이 때, 제1 지지 플레이트(120a)의 내측면은 일측 최외각 셀 유닛(110)의 제2 면(113b)의 외측면과 접촉할 수 있다. 제2 지지 플레이트(120b)의 내측면은 타측 최외각 셀 유닛(110)의 제3 면(113c)의 외측면과 접촉할 수 있다.
지지 플레이트(120)는 다양한 소재로 제조될 수 있고, 다양한 제조 방법을 통해 제공될 수 있다. 일 예로, 지지 플레이트(120)는 금속 소재로 제조될 수 있으며, 금속 소재의 예로는 알루미늄을 들 수 있다. 다른 예로, 지지 플레이트(120)는 인서트 몰딩(insert molding)을 통해 알루미늄과 고분자 합성 수지를 조합한 소재로 제조될 수도 있다. 그러나 지지 플레이트(120)의 소재 및 제조 방식이 상술한 설명에 의해 한정되어서는 아니되며, 언급하지 않은 다양한 소재를 포함하거나, 다른 제조 방식으로 제조되는 것도 가능하다.
지지 플레이트(120)는 셀 유닛(110)을 지지하는 지지부(122), 엔드 커버(130)와의 결합을 위한 커버 결합부(124) 및 핸들 유닛(150)과의 결합을 위한 핸들 결합부(126)을 포함할 수 있다.
지지부(122)는 지지 플레이트(120)의 대부분의 면적에 해당하는 것으로써, 셀 유닛(110)을 지지할 수 있도록 판상 형상을 가질 수 있다. 지지부(122)는 셀 유닛(110)의 측면 형상과 유사한 형상을 가질 수 있다. 판상 형상의 지지부(122)는 길이 방향(X축 방향)상 및 폭 방향(Z축 방향)상 양측 가장자리를 포함할 수 있다.
한편, 지지 플레이트(120)와 복수의 셀 유닛(110)들은 고정 유닛(140)에 의해 결합되고, 이에 따라 상대적인 위치 이동이 제한될 수 있다. 이를 위해, 지지부(122)에는 고정 유닛(140)이 삽입되는 플레이트 체결홀(123)이 형성될 수 있다. 후술하겠지만, 플레이트 체결홀(123)은 셀 유닛(110)에 포함된 셀 커버(113)의 셀 유닛 체결홀(115, 도 4 참고)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 플레이트 체결홀(123)은 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 가깝게 위치할 수 있다. 이는 지지 플레이트(120) 및 셀 유닛(110)에 포함된 셀 커버(113)를 관통하는 고정 유닛(140)이 배터리 셀(111)을 손상시키는 것을 방지하기 위함일 수 있다.
지지 플레이트(120)에 형성된 플레이트 체결홀(123)은 하나일 수 있다. 그러나, 복수의 셀 유닛(110) 및 지지 플레이트(120)가 안정적으로 결합하기 위해서는 고정 유닛(140)이 복수인 것이 바람직할 수 있고, 이에 따라 지지 플레이트(120)에 플레이트 체결홀(123)이 복수로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 배터리 어셈블리(100)에 제공되는 고정 유닛(140)은 2개일 수 있고, 플레이트 체결홀(123)은 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 양단과 가까운 부분에 각각 형성될 수 있다. 플레이트 체결홀(123)이 복수인 경우에는 각 셀 커버(113)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115) 또한 복수일 수 있으며, 이 때, 복수의 플레이트 체결홀(123)과 각 셀 커버(113)에 형성된 복수의 셀 유닛 체결홀(115)은 각각 대응될 수 있다.
커버 결합부(124)는 지지 플레이트(120)와 엔드 커버(130)의 결합면을 제공하는 것일 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 일 가장자리로부터 연장되는 형태를 가질 수 있다.
커버 결합부(124)는 지지부(122)의 가장자리 중 엔드 커버(130)와 대응되는일 가장자리에 형성될 수 있다. 엔드 커버(130)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 가깝게 배치될 수 있고, 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 가장자리에 형성되어 엔드 커버(130)와의 결합면을 제공할 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 가장자리에서 엔드 커버(130)를 향하여 연장되는 형태를 가질 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 일면과 평행하게 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이 때, 엔드 커버(130)는 그 길이 방향(Y축 방향)상 단부가 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응되도록 배치될 수 있다.
하나의 지지 플레이트(120)에 형성된 커버 결합부(124)는 2개일 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 서로 마주보는 두 가장자리에 각각 위치할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 엔드 커버(130)는 2개일 수 있고, 2개의 엔드 커버(130)는 하나의 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 양 가장자리에 각각 형성되고, 2개의 커버 결합부(124)는 2개의 엔드 커버(130)와 각각 대응될 수 있다. 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향) 상 일단부에 위치한 커버 결합부(124)는 하나의 엔드 커버(130)와 대응되고, 타단부에 위치한 커버 결합부(124)는 다른 하나의 엔드 커버(130)와 대응될 수 있다. 이처럼, 커버 결합부(124)는 지지부(122)에 복수로 형성될 수 있고, 각각의 커버 결합부(124)는 각각의 엔드 커버(130)에 형성된 커버 연장부(134)와 결합될 수 있다.
한편, 배터리 어셈블리(100)에 제공되는 지지 플레이트(120)는 2개일 수 있고, 한 쌍의 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 일단부 및 타단부는 한 쌍의 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 일단부 및 타단부와 각각 대응될 수 있다. 이에 따라 하나의 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향) 상 일단부에는 제1 지지 플레이트(120a)에 형성된 커버 결합부(124)가 대응되고, 타단부에는 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 커버 결합부(124)가 대응될 수 있다.
커버 결합부(124)에는 엔드 커버(130)와의 결합을 위한 제2 플레이트 체결홀(125)이 형성될 수 있다. 제2 플레이트 체결홀(125)은 하나일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있다. 일 예로, 제2 플레이트 체결홀(125)은 하나일 수 있다. 이러한 경우 엔드 커버(130)의 결합 안정성은 엔드 커버(130)의 형상 또는 다른 부재의 형상에 따라 보완될 수 있다. 구체적으로, 엔드 커버(130)가 제2 플레이트 체결홀(125)을 중심축으로 하여 회전될 수 있으나, 이러한 현상은 엔드 커버(130)의 커버 지지부(136) 및 다른 구성에 의해 저지될 수 있다. 또한, 제2 플레이트 체결홀(125)이 하나인 경우에는, 제조 비용이 절감되고 제조 공정이 단순화되는 효과가 있을 수 있다. 또한, 다른 예로, 제2 플레이트 체결홀(125)은 두 개일 수 있다. 이러한 경우 엔드 커버(130)의 결합의 신뢰성은 향상될 수 있다.
핸들 결합부(126)는 지지 플레이트(120)와 핸들 유닛(150)의 결합면을 제공하는 것일 수 있다. 핸들 결합부(126)는 적어도 하나의 핸들 유닛(150)과 결합할 수 있다.
여기서, 핸들 유닛(150)은 배터리 어셈블리(100)를 팩 케이스(1100) 내부에 안정적으로 안착시키기 위한 것일 수 있으며, 사용자에 의해 파지 가능한 핸들을 포함할 수 있다. 핸들 유닛(150)은 그 일단부가 지지 플레이트(120)와 분리가능하게 결합될 수 있고, 배터리 어셈블리(100)의 장착이 완료된 후에는 지지 플레이트(120)로부터 제거될 수 있다.
핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 일 가장자리로부터 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 폭 방향(Z축 방향)상 일단부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로 배터리 어셈블리(100)가 장착된 상태를 기준으로 상측(+Z)에 위치할 수 있다. 이는 배터리 어셈블리(100)의 장착이 완료된 후에 핸들 유닛(150)의 제거가 쉽도록 하기 위함일 수 있다.
엔드 커버(130)는 복수의 셀 유닛(110)의 전면 또는 후면을 보호하기 위한 것일 수 있다. 엔드 커버(130)는 복수의 셀 유닛(110)의 전면 또는 후면을 커버할 수 있다. 엔드 커버(130)는 적층된 셀 유닛(110)들의 길이 방향상 단부에 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)는 2개일 수 있고, 2개의 엔드 커버(130)는 적층된 셀 유닛(110)들의 길이 방향상 양단부에 각각 제공될 수 있다.
엔드 커버(130)는 복수의 셀 유닛(110)에 포함된 배터리 셀들의 단자 부분들을 일체로 커버할 수 있다. 엔드 커버(130)는 복수의 셀 유닛(110)에 포함된 배터리 셀들의 전극 리드 부분과 대응되는 바디부(132), 바디부(132)의 일 가장자리로부터 수직으로 연장되고, 지지 플레이트(120)와 결합되는 커버 연장부(134) 및 바디부(132)의 다른 가장자리로부터 수직으로 연장되어 셀 유닛(110)의 일부를 지지하는 커버 지지부(136)를 포함할 수 있다.
바디부(132)는 복수의 셀 유닛(110)의 전면 또는 후면을 커버할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 셀 유닛(110)의 길이 방향상 단부에 위치할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 셀 유닛(110)의 길이 방향상 단부를 커버할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 셀 유닛(110)에 포함된 배터리 셀들의 단자 부분을 커버할 수 있다. 여기서, 바디부(132)는 ‘단자 커버부’로 지칭될 수도 있다.
바디부(132)는 그 개략적인 형상이 판상형일 수 있다. 판상 형상의 바디부(132)는 길이 방향(Y축 방향)상 양측 가장자리 및 폭 방향(Z축 방향)상 양측 가장자리를 포함할 수 있다.
바디부(132)에는 커버 벤팅 홀(133)이 형성될 수 있다. 커버 벤팅 홀(133)은 복수일 수 있고, 복수의 커버 벤팅 홀(133)은 각각의 셀 유닛(110)과 대응될 수 있다. 그러나 각각의 커버 벤팅 홀(133)이 반드시 하나의 셀 유닛(110)과 대응되어야 하는 것은 아니며, 복수의 커버 벤팅 홀(133)이 하나의 셀 유닛(110)과 대응되거나, 하나의 커버 벤팅 홀(133)에 복수의 셀 유닛(110)이 대응되는 것도 가능하다. 커버 벤팅 홀(133)에 의해 엔드 커버(130)는 셀 유닛(110)을 외부 환경으로부터 보호하면서도, 배터리 셀(111)로부터 발생되는 가스등을 외부로 배출할 수 있다. 이를 통해, 배터리 어셈블리(100)의 연쇄적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
커버 연장부(134)는 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)의 결합을 위한 결합면을 제공하기 위한 것일 수 있다.
커버 연장부(134)는 바디부(132)의 가장자리 중 지지 플레이트(120)와 대응되는 일 가장자리에 형성될 수 있다. 지지 플레이트(120)는 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 단부와 가깝게 배치될 수 있고, 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 길이 방향(Y축 방향)상 가장자리에 형성되어 지지 플레이트(120)와의 결합면을 제공할 수 있다. 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 일 가장자리로부터 지지 플레이트(120)를 향하여 연장되는 형태를 가질 수 있다. 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 일 가장자리로부터 지지 플레이트(120)를 향하여 바디부(132)의 일면과 수직으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이 때, 엔드 커버(130)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)는 그 길이 방향(Y축 방향)상 단부가 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응되도록 배치될 수 있다.
커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 중첩될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부의 외측에 위치할 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 결합될 수 있다.
하나의 엔드 커버(130)에 형성된 커버 연장부(134)는 2개일 수 있다. 2개의커버 연장부(134)는 바디부(132)의 서로 마주보는 두 가장자리에 각각 형성되는 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)를 포함할 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 바디부(132)의 길이 방향(Y축 방향)상 양 가장자리에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)는 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 양단부와 대응되도록 각각 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 일단부에 위치한 제1 커버 연장부(134a)는 제1 지지 플레이트(120a)와 대응되고, 타단부에 위치한 제2 커버 연장부(134b)는 제2 지지 플레이트(120b)와 대응될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)를 향하여, 바디부(132)의 일면과 수직하게 연장되는 형태를 가질 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)의 단부와 각각 대응될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)의 단부와 각각 중첩될 수 있고, 결합될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a)는 제1 지지 플레이트(120a)의 외측에 위치하고, 제2 커버 연장부(134b)는 제2 지지 플레이트(120b)의 외측에 위치할 수 있다. 여기서, 특정 부재의 외측이란, 배터리 어셈블리(100)의 중심을 기준으로 설명될 수 있다. 또한, 후술하는 것과 같이, 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 커버 결합부(124)와 각각 대응될 수 있다.
커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 커버 결합부(124)와 대응될 수 있다. 커버 연장부(134)는 커버 결합부(124)와 중첩될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 커버 결합부(124)와 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 커버 연장부(134)는 커버 결합부(124)의 외측에 위치할 수 있고, 커버 연장부(134)의 내측면은 커버 결합부(124)의 외측면과 접촉할 수 있다.
커버 연장부(134)와 커버 결합부(124)가 용이하게 중첩되도록, 커버 결합부(124)의 외측면은 내측면을 향하여 움푹 들어간 형상을 가질 수 있고, 함몰된 외측면에 커버 연장부(134)가 안착될 수 있다. 또한, 커버 연장부(134)의 각 모서리는 둥근 형상을 가질 수 있고, 이를 통해 엔드 커버(130)가 셀 유닛(110)과 지지 플레이트(120)의 결합체에 장착될 때, 지지 플레이트(120)와 엔드 커버(130) 사이의 간섭이 최소화될 수 있다.
한편, 종래에는 배터리 셀들을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 적층된 배터리 셀들의 상하 좌우면을 커버하는 모듈 프레임과 전후면을 커버하는 엔드 플레이트가 제공되었다. 또한, 배터리 셀들의 외부에서 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 주로 용접에 의해 결합되었다. 그러나 본 실시예에서는 모듈 프레임이 생략됨에 따라 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 결합되며, 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 체결 부재에 의해 결합됨으로써 용접 공정을 추가하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 보다 쉽고 빠르게 완료될 수 있다. 또한, 엔드 커버(130)에는 커버 연장부(134)가 형성되며, 지지 플레이트(120)에는 이와 대응되는 커버 결합부(124)가 형성되므로, 이를 통해 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120) 사이의 결합이 안정적이고 용이하게 수행될 수 있다.
커버 연장부(134)에는 지지 플레이트(120)와의 결합을 위한 커버 체결홀(135)이 형성될 수 있다. 커버 체결홀(135)은 커버 결합부(124)에 형성된 제2 플레이트 체결홀(125)과 대응될 수 있다. 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)의 제조 공정에서, 엔드 커버(130)는 커버 체결홀(135)과 제2 플레이트 체결홀(125)의 동일 축상에 위치하도록 배치될 수 있고, 커버 체결홀(135)과 제2 플레이트 체결홀(125)에는 제2 고정 유닛(142)이 삽입될 수 있으며, 이를 통해 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 결합될 수 있다. 여기서, 제2 고정 유닛(142)는 볼트 또는 리벳과 같은 체결 부재일 수 있다.
커버 체결홀(135)의 수는 하나일 수도 있으나, 두 개 이상일 수도 있다. 이에 관하여는 제2 플레이트 체결홀(125)에 관한 설명을 참조한다. 커버 체결홀(135)이 복수인 경우에는 제2 플레이트 체결홀(125)도 복수일 수 있으며, 복수의 커버 체결홀(135) 및 제2 플레이트 체결홀(125)은 각각 대응될 수 있다.
한편, 본 실시예의 셀 유닛(110)은 고정 유닛(140)에 의해 결합될 수 있으며, 고정 유닛(140)에 의해 셀 유닛(110)의 상대적인 이동이 제한될 수 있다. 고정 유닛(140)은 지지 플레이트(120) 및 셀 유닛(110)을 결합할 수 있다. 고정 유닛(140)은 제1 지지 플레이트(120a)에 형성된 플레이트 체결홀(123)을 통과한 후, 복수의 셀 유닛(110)에 포함된 셀 커버(113)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115)을 통과할 수 있으며, 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 플레이트 체결홀(123)을 통과할 수 있다. 이를 통해, 지지 플레이트(120) 및 셀 유닛(110)의 상대적인 이동이 제한되고, 배터리 어셈블리(100)는 블록화될 수 있다.
이처럼, 고정 유닛(140)에 의해 복수의 셀 유닛(110)이 블록화될 수 있고, 셀 유닛(110)들의 상대적인 위치가 고정됨으로써 배터리 어셈블리(100)의 취급이 보다 용이할 수 있다. 즉, 고정 유닛(140)에 의해 배터리 셀(111)들의 장착이 용이할 수 있고, 배터리 셀(111)의 장착에 필요한 구조가 간소화됨에 따라 경량화 및 제조 비용 절감과 같은 효과가 달성될 수 있다.
고정 유닛(140)은 롱 볼트 형상으로 제공될 수 있다. 고정 유닛(140)은 배터리 어셈블리(100)에 포함된 복수의 셀 유닛(110)을 모두 관통하기에 충분한 길이의 롱 볼트로 제공될 수 있다.
한편, 도면에서는 고정 유닛(140)이 배터리 어셈블리(100)의 하측 부분을 관통하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 배터리 셀(111) 및 전극 리드(112)를 손상시키지 않는 다면 다른 위치에 제공되는 것도 가능하다. 예를 들어, 고정 유닛(140)은 배터리 어셈블리(100)의 상측 부분을 관통하도록 제공될 수 있고, 이에 따라 고정 유닛(140)이 통과하는 플레이트 체결홀(123) 및 셀 유닛 체결홀(115)의 위치는 조정될 수 있다.
이하에서는 본 실시예의 셀 유닛에 관하여 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 셀 유닛(110)은 전극 조립체가 전해액에 함침된 상태로 수용된 배터리 셀(111), 배터리 셀(111)의 적어도 일부를 커버하는 셀 커버(113), 배터리 셀(111)과 도전성 부재와의 연결을 안내하기 위한 버스바 프레임(116) 및 배터리 셀(111)과 이와 연결된 도전성 부재들을 보호하기 위한 절연 커버(118)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 배터리 셀(111)은 충방전의 기본 단위로써, 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있는 파우치형으로 제공될 수 있다. 파우치형으로 제공되는 배터리 셀(111)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 셀 케이스에 수납한 뒤 전해질 물질을 주입하고 셀 케이스의 실링부를 열융착함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 배터리 셀(111)이 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 향후 장착될 디바이스가 요구하는 저장 용량이 달성되는 수준 하에서 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있음은 자명하다.
배터리 셀(111)은 전극 조립체를 수납하는 수납부 및 전극 조립체를 밀봉하기 위해 배터리 셀(111)의 가장자리에 형성된 실링부를 포함할 수 있다. 파우치형 배터리 셀의 경우, 셀 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤 전극 조립체의 외측에 위치한 셀 케이스의 가장자리를 밀봉함으로써 배터리 셀을 제조할 수 있다. 셀 케이스를 접어 형성된 내측 공간에 전극 조립체를 수납하고, 개방된 3면의 가장자리를 밀봉하여 배터리 셀(111)을 형성하는 경우, 실링부는 셀 케이스의 4개의 가장자리 중 3개에 형성될 수 있고, 이 때, 나머지 하나의 가장자리는 미실링부로 지칭될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 달리, 배터리 셀(111)을 제조하기 위해 셀 케이스의 4개의 가장자리를 모두 열융착하는 것도 가능하며, 이러한 경우 배터리 셀(111)의 4개의 가장자리에는 모두 실링부가 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(111)은 가로(길이), 세로(폭), 두께를 가지는 6면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 길이 방향은 X축, 폭 방향은 Z축, 두께 방향은 Y축일 수 있다. 6면체 형상을 기준으로, 배터리 셀(111)은 전극 조립체가 위치하는 수납부와 대응되는 두 개의 면(XZ평면 상의 면)과 수납부의 가장자리 상에 위치하는 네 개의 면을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 파우치형 배터리 셀(111)의 경우 전체적으로 납작한 형상으로 제공되며, 열융착으로 형성된 실링부의 두께 값 또한 작으므로, 설명의 편의를 위하여 이하에서는 배터리 셀(111)이 수납부와 대응되는 2개의 면과 수납부의 외측에 위치한 4개의 가장자리를 가지는 것으로 설명하기로 한다.
배터리 셀(111)은 도전성 부재와의 전기적 연결을 위한 전극 리드(112)를 포함할 수 있다. 전극 리드(112)는 셀 케이스의 일 가장자리로부터 일 방향을 향해 돌출되어 위치할 수 있다. 전극 리드(112)의 일단은 배터리 셀(111)의 내부에 위치함으로써 전극 조립체의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되고, 전극 리드(112)의 타단은 배터리 셀(111)의 외부로 노출됨으로써 별도의 부재, 예를 들어, 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 리드(112)는 두개일 수 있으며, 두 개의 전극 리드(112)는 배터리 셀(111)의 길이 방향(X축 방향)상 양단에 각각 위치할 수 있다. 두 개의 전극 리드(112) 중 하나는 양극 리드, 다른 하나는 음극 리드일 수 있다.
한편, 셀 커버(113)에 수용되는 배터리 셀(111)은 복수일 수 있다. 복수의 배터리 셀(111)은 일 방향으로 적층되어 셀 적층체를 형성할 수 있다. 여기서 셀 적층체의 측면은 복수의 배터리 셀(111) 중 최외각 배터리 셀(111)의 일면을 지칭하는 것일 수 있다. 또한, 셀 적층체의 상면 및 하면은 배터리 셀(111)의 가장자리들이 나란하게 배치된 면일 수 있고, 셀 적층체의 전면 및 후면은 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)가 위치하는 면일 수 있다. 셀 적층체의 각 면은 셀 유닛(110)의 각 면과 대응될 수 있다.
셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 외면 중 적어도 일부를 커버하기 위한 것일 수 있다. 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일부는 커버하고, 다른 일부는 팩 케이스(1100)를 향해 노출시킴으로써 배터리 팩(1000)의 냉각 효율을 향상시키고, 배터리 셀(111)에서 발생되는 가스를 소정의 방향으로 유도할 수 있다.
셀 커버(113)는 셀 적층체의 서로 마주보는 두 면 및 두 면과 모서리를 공유하는 하나의 면을 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 셀 적층체의 두 측면 및 상면을 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 최외각에 배치된 배터리 셀(111)의 측면 및 배터리 셀(111)들의 일 가장자리를 커버할 수 있다.
셀 커버(113)는 상호 평행하고 거리를 두어 위치하는 제2 면(113b) 및 제3 면(113c), 그리고 제2 면(113b)과 제3 면(113c) 사이에서 연장되는 제1 면(113a)을 포함할 수 있다. 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 셀 유닛(110)의 측면과 대응될 수 있다. 제1 면(113a)은 셀 유닛(110)의 상면과 대응될 수 있다.
제1 면(113a)의 일 가장자리는 제2 면(113b)의 일 가장자리와 연결되고, 제1 면(113a)의 다른 가장자리는 제3 면(113c)의 일 가장자리와 연결될 수 있다. 또는 제2 면(113b)은 제1 면(113a)의 일 가장자리로부터 제1 방향으로 연장되고, 제3 면(113c)은 제1 면(113a)의 다른 가장자리로부터 제1 방향으로 연장되는 것으로 설명될 수도 있다. 이 때, 제1 방향은 제1 면(113a)과 실질적으로 수직한 방향으로써, 도면에서는 -Z축 방향으로 표시되었다. 이처럼, 셀 커버(113)의 횡단면은 n자 형상일 수 있고, 여기서 횡단면이란 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향) 상 단면을 지칭하는 것일 수 있다.
셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 편평하게 형성될 수 있다. 셀 커버(113)의 제1 면(113a)은 편평하게 형성될 수 있다. n자 형상의 셀 커버(113)는 하나의 판재를 동일한 방향으로 벤딩하여 형성된 것일 수 있다. 이러한 벤딩 공정에는 프레스 또는 롤 포밍과 같은 방식이 적용될 수 있다. 그러나 반드시 셀 커버(113)가 일체형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 셀 커버(113)가 다수의 판재를 연결하여 형성되는 것도 가능하다.
셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일면을 커버할 수 있다. 여기서, 본 실시예와 같이 셀 커버(113)에 수용된 배터리 셀(111)은 복수일 수 있고, 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 복수의 배터리 셀(111) 중 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 커버할 수 있다.
셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 배터리 셀(111)의 일면과 평행하게 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5에 도시된 것과 같이, 제2 면(113b)은 복수의 배터리 셀(111)의 좌측(+Y축) 상 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 좌측에서 커버할 수 있다. 제3 면(113c)은 복수의 배터리 셀(111)의 우측(-Y축) 상 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 우측에서 커버할 수 있다.
셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일 가장자리를 커버할 수 있다. 셀 커버(113)의 제1 면(113a)은 배터리 셀(111)의 일 가장자리의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 일 가장자리가 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 대응되도록 수직으로 배치된 배터리 셀(111)에서, 상측 가장자리를 커버할 수 있다. 셀 커버(113)의 제1 면(113a)은 직립 상태의 배터리 셀(111)의 상측 가장자리와 대응될 수 있다. 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 대응되는 배터리 셀(111)의 일 가장자리는 미실링부가 형성된 부분일 수 있다.
셀 커버(113)는 내부에 수용된 배터리 셀(111)을 인접한 배터리 셀(111)로부터 분리시킬 수 있고, 이에 따라 배터리 셀(111)에서 발생한 가스가 인접한 배터리 셀(111)로 이동하는 것이 차단될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)가 배터리 셀(111)의 일면과 접촉하거나 가까이 배치됨으로써, 배터리 셀(111)에서 발생한 열이 셀 커버(113)로 전달될 수 있는 바, 배터리 셀(111)의 방열이 촉진될 수 있다. 더욱이 셀 커버(113)의 하측 가장자리가 팩 케이스(1100)와 접촉하도록 배치된 경우에는 배터리 셀(111), 셀 커버(113), 팩 케이스(1100)로 이동되는 열전달 경로가 형성될 수 있으므로, 배터리 팩(1000)의 전체적인 냉각 효율이 향상될 수 있다. 여기서, 셀 커버(113)의 하측 가장자리란, 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)에서 -Z축 상에 위치한 가장자리를 지칭하는 것일 수 있다.
셀 커버(113)는 수직으로 배치된 배터리 셀(111)에서 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 대응되는 하측 가장자리를 커버하지 않을 수 있고, 배터리 셀(111)의 하측 가장자리는 바닥면(1110)를 향해 노출될 수 있다. 이를 통해 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 접촉하거나, 가까이 위치됨으로써 배터리 셀(111)에서 발생한 열이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)로 빠르게 배출될 수 있다. 이 때, 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)에 냉각 부재가 위치하는 경우에는, 이러한 방열 효과가 더욱 향상될 수 있다.
한편, 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100)에 안정적으로 위치할 수 있도록, 배터리 셀(111)과 팩 케이스(1100) 사이에는 접착제가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 셀(111)의 일 가장자리와 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110) 사이에는 접착제가 개재될 수 있다. 이 때, 접착제가 제공되는 배터리 셀(111)의 일 가장자리는 미실링부일 수 있다. 접착제의 예로는 열전도성 레진, TIM등이 사용될 수 있으며, 열전도성 또는 접착성을 가지는 물질이라면 공지된 어떤 것도 적용 가능하다. 또한, 이러한 접착제는 배터리 팩(1000)의 구조를 견고히 하기 위해 셀 커버(113)와 팩 케이스(1100)사이 또는 배터리 셀(111)과 셀 커버(113) 사이에도 제공될 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예의 배터리 팩(1000)에서는 배터리 셀(111) 각각에 셀 커버(113)가 제공됨으로써, 모듈화된 배터리 셀(111)을 보호하는 모듈 케이스가 생략될 수 있고, 배터리 셀(111)은 모듈 케이스 없이 팩 케이스(1100)의 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 파우치형 배터리 셀의 경우, 셀 케이스가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 경도가 낮은 경향이 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 배터리 셀 자체만으로 팩 케이스(1100)의 내부에 수납하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 셀 커버(113)가 배터리 셀(111)의 강성을 보완하므로, 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100) 내부에 직접 수납될 수 있으며, 적층 상태가 유지될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)에 의해 종래의 모듈 케이스, 적층용 프레임, 볼트 등의 체결 부재가 생략 가능하므로 제조 공정이 단순해질 수 있고, 내부 구조가 간소화되며, 이에 따라 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
이처럼, 배터리 셀(111)의 강성이 셀 커버(113)에 의해 보완됨으로써 배터리 팩(1000)의 조립 공정에서 배터리 셀(111)의 핸들링 또한 더욱 용이할 수 있다. 보다 구체적으로, 팩 케이스(1100)에 배터리 셀(111)을 수납하는 과정에서, 배터리 셀(111)과 결합된 셀 커버(113)를 파지함으로써 조립 공정이 보다 쉽게 수행될 수 있다.
셀 커버(113)는 배터리 팩(1000) 내부의 열폭주 현상에서도 용융되지 않도록 높은 용융점을 가지는 소재로 제조될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)을 안정적으로 지지할 수 있도록 기계적 강도가 소정의 범위 이상인 물질로 제조될 수 있으며, 이를 통해 외부의 충격 등으로부터 배터리 셀(111)을 보호할 수 있다. 셀 커버(113)에 사용되는 재료의 예로는 스틸, 스테인리스 스틸(SUS) 등을 들 수 있다.
한편, 셀 커버(113)는 열폭주 현상을 지연할 수 있을 뿐 아니라, 배터리 셀(111)의 강성을 보완함으로써, 배터리 셀(111)이 직립 상태를 유지하도록 할 수 있다. 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 적어도 일부를 커버함으로써 배터리 셀(111)을 지지할 수 있고, 일 방향으로 직립되어 배치된 배터리 셀(111)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)이 셀 적층체의 측면을 지지함으로써 배터리 셀(111)의 직립 상태가 유지될 수 있다. 또한 셀 커버(113)의 하측 가장자리가 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110) 상에 안착될 수 있고, 이를 통해 셀 커버(113)가 자립하고, 셀 커버(113) 내부의 배터리 셀(111)의 기립 상태가 유지될 수 있다.
또 한편, 실시예에 따라, 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)에는 결합홈이 형성될 수 있다. 셀 커버(113)의 하측 가장자리는 결합홈에 삽입되어 바닥면(1110)에 고정될 수 있다. 이처럼, 결합홈을 통해 셀 커버(113)와 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)이 결합됨으로써, 셀 커버(113)가 보다 안정적으로 팩 케이스(1100)에 안착될 수 있고, 배터리 셀(111)의 직립 상태가 유지될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)의 위치가 가이드됨으로써 셀 커버(113)가 보다 쉽게 조립될 수 있고, 셀 커버(113)가 이동하는 것이 방지되며, 셀 커버(113)의 제2 면(113b)과 제3 면(113c) 사이가 벌어지는 것이 방지될 수 있다. 여기서, 결합홈은 팩 케이스(1100)의 길이 방향(X축)을 따라 연장되어 형성될 수 있고, 결합홈의 길이는 셀 커버(113)의 길이와 유사하거나, 그보다 클 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 상측에서 배터리 셀(111)을 덮도록 결합될 수 있다. 여기서, 셀 커버(113)와 배터리 셀(111) 사이에는 접착성을 가지는 열전도성 레진 등이 제공될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 셀 커버(113)와 배터리 셀(111) 사이에 다른 물질이 개재되지 않는 것도 가능하다. 이는 셀 커버(113)와 배터리 셀(111)의 부피를 최소화함으로써 팩 케이스(1100)의 내부에 수용되는 배터리 셀(111)의 개수를 최대화하고, 이에 따라 배터리 팩(1000)의 에너지 밀도를 최대화하기 위한 것일 수 있다.
본 실시예에서는 셀 커버(113)가 3개의 배터리 셀(111)을 커버하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 설계자의 의도에 따라 셀 커버(113)가 4개 이상, 또는 2개 이하의 배터리 셀(111)을 커버하도록 설계되는 것도 가능할 것이다.
본 실시예에서는 셀 커버(113)가 모든 배터리 셀(111)에 제공되는 것으로 설명되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 셀 커버(113)가 복수의 배터리 셀(111) 중 일부에만 제공되는 것도 가능하다.
본 실시예의 셀 커버(113)는 n자 형태로 설명되었으나, 전극 리드(112) 및기타 전장 부재들로 가스 등이 전이되지 않기 위한 목적을 달성하는 것이라면, 다른 형태로 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 셀 커버는 'ㅁ'자 형태, 'U'자 형태, 'O'자 형태, ‘L’자 형태 등으로 형성될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시되지 않았으나, 본 실시예의 셀 커버(113)에는 클램핑 부재가 제공될 수 있다. 클램핑 부재는 셀 커버(113)의 서로 다른 단부 사이를 고정함으로써 이들이 벌어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 클램핑 부재는 배터리 셀(111)의 하측 가장자리가 위치한 셀 커버(113)의 하단에 제공될 수 있고, 제2 면(113b)과 제3 면(113c)이 벌어지는 것을 방지함으로써 배터리 셀(111)의 수납 상태가 유지되도록 할 수 있다. 구체적인 일 예로, 클램핑 부재는 테이프일 수 있다. 구체적인 다른 예로, 클램핑 부재는 탄성을 가진 금속 소재일 수 있다.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 셀 커버(113)에는 벤팅 홀(114)이 형성될 수 있다. 벤팅 홀(114)은 셀 커버(113)의 내부에 수용된 배터리 셀(111)에서 발생된 가스를 셀 커버(113) 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다.
여기서, 벤팅 홀(114)은 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)와 대응되지 않는 셀 커버(113)의 일면에 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 벤팅 홀(114)은 셀 커버(113)의 제1 면(113a)에 형성될 수 있다.
벤팅 홀(114)은 복수일 수 있고, 복수의 벤팅 홀(114)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
종래에는 배터리 셀(111)에 발화가 발생하는 경우, 가스 및 스파크 등이 전극 리드(112) 방향으로 이동함으로써 추가적인 열폭주 현상을 발생시키는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 셀 커버(113)에 벤팅 홀(114)이 형성됨으로써 전극 리드(112)가 위치한 방향으로의 가스 및 스파크의 이동이 최소화될 수 있다. 벤팅 홀(114)에 의해 가스 배출 경로가 전극 리드(112)와 이격될 수 있고, 전극 리드(112) 및 이와 연결되는 전장 부재들이 가스, 스파크 또는 화염등에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.
셀 커버(113)에는 고정 유닛(140)이 삽입되는 셀 유닛 체결홀(115)이 구비될 수 있다. 복수의 셀 유닛(110)들이 셀 유닛 체결홀(115) 및 고정 유닛(140)을 통해 결합됨으로써, 상대적인 이동이 제한되고, 팩 케이스(1100) 내부에서 안정적으로 위치할 수 있다.
셀 유닛 체결홀(115)은 배터리 셀(111)의 일면과 마주보는 셀 커버(113)에 일면에 형성될 수 있다. 셀 유닛 체결홀(115)은 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)에 각각 형성될 수 있으며, 제2 면(113b)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115)과 제3 면(113c)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115)은 동일 축상에 위치할 수 있다. 한편 고정 유닛(140)은 배터리 셀(111)을 손상시켜서는 안되므로, 고정 유닛(140)이 삽입되는 셀 유닛 체결홀(115)의 위치는 셀 커버(113)에서 배터리 셀(111)과 대응되는 부분과 이격될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 셀 유닛 체결홀(115)은 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향) 상 단부에 위치할 수 있다.
버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)에 의해 커버되는 배터리 셀(111)이 외부 도전성 부재 또는 인접한 배터리 셀(111)과 전기적으로 연결되도록 하기 위한 것일 수 있다. 버스바 프레임(116)은 적어도 하나의 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)를 지지하며, 상술한 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)를 인접한 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)와 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
버스바 프레임(116)은, 구리 등 전기 전도성 소재의 버스바와 PC 등 플라스틱 소재의 버스바 하우징을 구비할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 버스바 하우징의 일면에는 버스바 단자가 위치하고, 버스바 하우징의 타면은 배터리 셀(111)들과 마주할 수 있다. 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)는 버스바 하우징에 구비된 슬롯을 통과하여 버스바와 접촉할 수 있고, 전극 리드(112)와 버스바가 중첩된 일면에 용접 공정등이 적용됨으로써 전극 리드(112)와 버스바가 결합할 수 있다. 이를 통해 전극 리드(112)와 버스바 사이의 전기적 연결이 형성될 수 있다.
버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)와 결합될 수 있다. 버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 결합될 수 있다. 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향) 상 단부는 개방된 상태일 수 있고, 개방된 단부는 버스바 프레임(116)에 의해 커버될 수 있다. 버스바 프레임(116)은 2개일 수 있고, 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 각각 배치될 수 있다.
버스바 프레임(116)은 일면은 배터리 셀(111)과 마주할 수 있고, 셀 커버(113)의 내부에 수용될 수 있다. 버스바 프레임(116)의 일면이 포함된 그 일부는 셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c) 사이에 위치할 수 있고, 이에 따라 버스바 프레임(116)의 일부는 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115)의 적어도 일부와 대응될 수 있다. 따라서, 버스바 프레임(116)의 일부가 셀 커버(113)를 관통하는 고정 유닛(140)의 이동을 방해하지 않도록 하기 위해, 버스바 프레임(116)에는 버스바 프레임 홈(117)이 형성될 수 있다.
버스바 프레임 홈(117)은 제2 면(113b) 및 제3 면(113c) 사이에서 고정 유닛(140)의 위치를 안내하는 것일 수 있다. 버스바 프레임 홈(117)은 고정 유닛(140)과 대응되도록 형성될 수 있다. 버스바 프레임 홈(117)의 내주면은 고정 유닛(140)의 외주면과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 버스바 프레임 홈(117)은 고정 유닛(140)의 외주면과 대응될 수 있다면 그 형상에 제한이 없을 수 있다. 버스바 프레임 홈(117)은 홀의 형태일 수도 있으나, 배터리 셀(111)과 마주하는 일면이 타면을 향해 함몰되는 형태로 형성될 수도 있다. 구체적인 예를 들어, 버스바 프레임 홈(117)은 그 단면이 반원 형상을 가지도록 형성될 수 있고, 또는, 반원 보다 그 원주각이 크거나 작은 원 형상으로 형성될 수도 있다.
한편, 버스바 프레임(116)의 하면(-Z축 상의 면)에는 원형 홈(116a)이 형성될 수 있다. 버스바 프레임(116)의 원형 홈(116a)은 배터리 셀(111)의 충방전 공정에서 이용되는 지그와 대응될 수 있다. 원형 홈(116a)을 통해 지그의 핀이 버스바 또는 전극 리드(112)와 전기적으로 연결될 수 있고, 이를 통해 충방전 공정에서 배터리 셀(111)에 전압이 인가될 수 있다.
또한, 버스바 프레임(116)의 하면에 형성된 원형 홈(116a)을 가리지 않도록, 엔드 커버(130)의 커버 지지부(136)의 일 모서리에는 도피부(136a)가 형성될 수 있다. 도피부(136a)의 형상은 반원 형상을 포함할 수 있다. 도 3에서 도시된 것을 볼 때, 도피부(136a)의 형상은 복수의 반원이 연이어 배치되는 형상일 수 있다. 도피부(136a)의 각각의 반원은 버스바 프레임(116)의 원형 홈(116a)과 각각 대응될 수 있다.
절연 커버(118)는 셀 커버(113)에 수용되는 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)가 단락되는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해, 절연 커버(118)는 절연성을 가지는 고분자 합성 수지로 제조될 수 있다.
도 6는 도 2의 P1 부분을 확대한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 고정 유닛(140)은 지지 플레이트(120)의 플레이트 체결홀(123)에 삽입될 수 있고, 이를 통해 지지 플레이트(120)와 셀 유닛(110), 또는 셀 유닛(110)과 인접한 셀 유닛(110)이 안정적으로 결합될 수 있다. 또한, 제2 고정 유닛(142)은 엔드 커버(130)의 커버 체결홀(135) 및 지지 플레이트(120)의 제2 플레이트 체결홀(125)에 삽입될 수 있고, 이를 통해 지지 플레이트(120)와 엔드 커버(130)가 안정적으로 결합될 수 있다. 제2 플레이트 체결홀(125)은 플레이트 체결홀(123)보다 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향) 상 말단에 더욱 가깝게 위치할 수 있다. 이는 지지 플레이트(120)의 일부와 대응되는 엔드 커버(130)의 커버 연장부(134)가 불필요하게 길게 형성되는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다.
한편, 엔드 커버(130)는 바디부(132)의 다른 가장자리로부터 수직으로 연장되어 셀 유닛(110)의 일부를 지지하는 커버 지지부(136)를 포함할 수 있다. 커버 지지부(136)에 의해, 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향) 상 단면 형상은 L자 형상일 수 있다.
커버 지지부(136)는 바디부(132)의 가장자리들 중 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 대응되는 일 가장자리에 형성될 수 있다. 커버 지지부(136)는 바디부(132)의 하측 가장자리에 형성될 수 있다. 커버 지지부(136)는 바디부(132)의 하측 가장자리로부터 바디부(132)의 일면과 수직으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이를 통해, 바닥면(1110)에 위치한 셀 유닛(110)들의 하면의 적어도 일부가 커버 지지부(136)에 의해 커버되고, 보호될 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 엔드 커버(130)는 복수의 셀 유닛(110)의 전면 또는 후면, 즉, 버스바 단자가 위치한 부분 외에도, 복수의 셀 유닛(110)의 하면의 단부를 커버할 수 있다. 셀 유닛(110)에 포함된 셀 커버(113)는 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 대응되는 하면이 생략된 상태이므로, 셀 커버(113)의 하측 모서리는 외부로 노출될 수 있다. 따라서, 배터리 어셈블리(100)에서 하면은 다수의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)의 단부가 노출된 상태이고, 이에 따라 배터리 어셈블리(100)가 조립된 후 팩 케이스(1100)에 장착되는 과정에서 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)의 단부가 다른 부재와 간섭을 일으킬 수 있다. 그러나 엔드 커버(130)가 커버 지지부(136)를 통해 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)의 단부를 부분적으로 보호함으로써, 이러한 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 커버 지지부(136)는 직립 상태로 위치하는 복수의 셀 유닛(110)들을 지지함으로써, 배터리 어셈블리(100)의 강성을 보완할 수도 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 변형 예이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 변형 예에 따른 배터리 어셈블리(100)의 엔드 커버(130)는 고정 유닛(140)에 의해 지지 플레이트(120)와 결합될 수 있다. 본 변형 예에 따르면 제2 고정 유닛(142)은 생략될 수 있으며, 이에 따라 고정 유닛(140)에 의해 엔드 커버(130), 지지 플레이트(120) 및 복수의 셀 유닛(110)이 함께 결합될 수 있다.
본 변형 예에서, 커버 연장부(134)의 커버 체결홀(135)은 지지 플레이트(120)의 플레이트 체결홀(123)과 대응될 수 있다. 고정 유닛(140)은 커버 체결홀(135), 플레이트 체결홀(123) 및 셀 유닛(110)의 셀 유닛 체결홀(115)이 동일 축상에 배치되면, 상술한 결합홀들을 관통할 수 있으며, 이에 따라 복수의 부재들이 함께 결합될 수 있다. 이처럼, 셀 유닛(110) 및 지지 플레이트(120) 뿐 아니라, 엔드 커버(130)까지 고정 유닛(140)에 의해 결합됨으로써, 제조 공정이 신속하고 용이하게 완료될 수 있다. 또한, 제조 과정이 단순해지고, 제2 고정 유닛(142)과 같은 부재가 생략됨에 따라 비용이 절감될 수 있다.
한편, 도시된 바와 같이, 엔드 커버(130)의 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 플레이트 체결홀(123)과 대응되도록 보다 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 그러나, 커버 연장부(134)가 불필요하게 연장되는 것을 방지하기 위해, 지지 플레이트(120)상의 플레이트 체결홀(123) 및 셀 커버(113)의 셀 유닛 체결홀(115)들이 길이 방향(X축 방향)상 말단부과 가깝게 이동되는 것도 가능할 것이다.
또 한편, 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)의 보다 안정적인 결합을 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)는 고정 유닛(140) 외에 제2 고정 유닛(142)에 의해 추가로 결합될 수도 있다. 고정 유닛(140)에 의해 엔드 커버(130)가 1차적으로 고정되고, 향후 제2 고정 유닛(142)에 의해 엔드 커버(130)가 이중으로 고정됨으로써, 엔드 커버(130)가 지지 플레이트(120)로부터 이탈되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 도 6과 같이 엔드 커버(130)가 제2 고정 유닛(142)에 의해서만 고정되는 경우에는 제2 고정 유닛(142)이 삽입되는 과정에서 엔드 커버(130)가 지지 플레이트(120)로부터 이격되기 쉬우므로, 결합홀들이 동일 축상에 배치되기 어려울 수 있다. 그러나, 도 8과 같이 엔드 커버(130)가 고정 유닛(140)에 의하여 지지 플레이트(120)와 먼저 고정되는 경우에는, 제2 고정 유닛(142)의 삽입이 보다 용이할 수 있다.
한편, 도 8에서는 제2 고정 유닛(142)이 1개 제공되는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 제2 고정 유닛(142)은 2개 이상으로 제공될 수 있다. 제2 고정 유닛(142)이 복수개로 제공되면 엔드 커버(130)의 이탈 방지 효과는 향상되나, 공정의 복잡도가 증가되므로 제2 고정 유닛(142)의 개수가 증가하는 것이 단순히 이롭다고 할 수는 없을 것이다.
이처럼, 커버 연장부(134)에는 커버 체결홀(135)이 두개 이상 형성될 수 있고, 두개의 커버 체결홀(135) 중 하나는 고정 유닛(140)과 대응되고, 나머지는 제2 고정 유닛(142)과 대응될 수 있다. 이 때, 두개의 커버 체결홀(135) 중 하나는 플레이트 체결홀(123)과 대응되고, 나머지는 제2 플레이트 체결홀(125)과 대응될 수 있다.
한편, 본 실시예의 핸들 결합부(126)는 상술한 것과 다른 형태로 제공될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 다른 변형 예이다.
도 9를 참조하면, 핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 일 가장자리로부터 지지부(122)의 일면과 수직하게 연장될 수 있다. 핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 외측을 향하여 지지부(122)의 일면과 수직으로 연장될 수 있다. 핸들 결합부(126)의 일면은 크로스 빔(1200)에 안착될 수 있으며, 이를 통해 배터리 어셈블리(100)가 안정적으로 위치할 수 있다. 이 때, 핸들 결합부(126)의 타면에는 핸들 유닛(150)이 결합될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 핸들 결합부(126)의 형상보다 도 9에 도시된 핸들 결합부(126)는 핸들 유닛(150)과의 결합면을 크게 형성할 수 있다. 이에 따라 도 9의 핸들 결합부(126)가 제공된 경우, 핸들 유닛(150)과의 탈착이 보다 용이할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 자동차에 장착된 것을 예시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 상술한 배터리 팩(1000)은 자동차에 장착될 수 있다. 이처럼, 본 실시예의 전지 팩은 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용가능할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 배터리 어셈블리(100)는 케이스가 제거된 상태로 설명되었으나, 배터리 어셈블리(100)가 별도의 케이스가 구비된 상태로 배터리 팩에 제공되는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 ESS(Energy Storage System)의 랙(rack)에 수납되는 배터리 모듈(battery module)에도 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000: 배터리 팩
1100: 팩 케이스
1200: 크로스 빔
100: 배터리 어셈블리
110: 셀 유닛
111: 배터리 셀
113: 셀 커버
116: 버스바 프레임
118: 절연 커버
120: 지지 플레이트
130: 엔드 커버
140: 고정 유닛
142: 제2 고정 유닛
150: 핸들 유닛

Claims (20)

  1. 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛을 포함하는 배터리 어셈블리 및
    내부 공간에 상기 배터리 어셈블리를 수납하는 팩 케이스를 포함하고,
    상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고,
    상기 배터리 어셈블리는 상기 셀 커버를 관통함으로써 상기 복수의 셀 유닛의 상대적인 이동을 제한하는 고정 유닛을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되며,
    상기 고정 유닛은 상기 셀 커버 체결홀을 관통함으로써 상기 복수의 셀 유닛을 고정하는 배터리 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 배터리 셀은 일 가장자리가 상기 팩 케이스의 바닥면과 대응되도록 수직으로 배치되고,
    상기 셀 커버는 수직으로 배치된 상기 배터리 셀의 상측 가장자리는 커버하고, 상기 배터리 셀의 하측 가장자리는 개방하는 배터리 팩.
  4. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 상기 배터리 셀의 일면과 평행하게 배치되는 제2 면과 제3 면, 및 상기 제2 면과 상기 제3 면의 사이에서 연장되는 제1 면을 포함하고,
    상기 셀 커버의 횡단면은 n자 형상을 가지는 배터리 팩.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 면 및 상기 제3 면에는 상기 고정 유닛이 삽입되는 셀 유닛 결합홀이 형성되는 배터리 팩.
  6. 제1항에서,
    상기 셀 유닛은 상기 셀 커버의 길이 방향상 단부와 결합하는 버스바 프레임을 더 포함하고,
    상기 셀 커버에 수용된 상기 배터리 셀의 전극 리드는 상기 버스바 프레임에 장착된 버스바와 전기적으로 연결되는 배터리 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 버스바 프레임의 일면에는 버스바 프레임 홈이 형성되고,
    상기 버스바 프레임 홈의 형상은 상기 고정 유닛의 외주면이 형상과 대응되는 배터리 팩.
  8. 제1항에서,
    상기 배터리 어셈블리는 복수의 상기 셀 유닛 중 최외각 셀 유닛의 일면과 접촉하는 지지 플레이트를 포함하고,
    상기 고정 유닛은 상기 지지 플레이트를 관통함으로써, 상기 복수의 셀 유닛과 상기 지지 플레이트의 상대적인 이동을 제한하는 배터리 팩.
  9. 제8항에서,
    상기 지지 플레이트에는 플레이트 체결홀이 형성되고,
    상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되며,
    상기 고정 유닛은 상기 플레이트 체결홀과 상기 셀 커버 체결홀을 관통함으로써, 복수의 상기 셀 유닛과 상기 지지 플레이트를 결합하는 배터리 팩.
  10. 제8항에서,
    상기 배터리 어셈블리는 복수의 상기 셀 유닛의 길이 방향상 단부에 위치하는 엔드 커버를 더 포함하고,
    상기 엔드 커버는 상기 지지 플레이트와 결합하는 배터리 팩.
  11. 제9항에서,
    상기 엔드 커버는 상기 복수의 상기 셀 유닛의 길이 방향상 단부를 커버하는 바디부, 및 상기 바디부의 일 가장자리로부터 상기 지지 플레이트를 향하여 연장되는 커버 연장부를 포함하고,
    상기 커버 연장부는 상기 지지 플레이트의 길이 방향상 단부와 대응되는 배터리 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 고정 유닛은 상기 커버 연장부를 관통함으로써, 상기 엔드 커버와 상기 지지 플레이트를 결합하는 배터리 팩.
  13. 제12항에서,
    상기 셀 커버에는 셀 커버 체결홀이 형성되고,
    상기 지지 플레이트에는 플레이트 체결홀이 형성되고,
    상기 커버 연장부에는 커버 체결홀이 형성되며,
    상기 고정 유닛은 상기 셀 커버 체결홀, 상기 플레이트 체결홀 및 상기 커버 체결홀을 관통함으로써, 상기 복수의 셀 유닛, 상기 지지 플레이트 및 상기 엔드 커버를 결합하는 배터리 팩.
  14. 제11항에서,
    상기 배터리 어셈블리는 제2 고정 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 고정 유닛에 의해 상기 커버 연장부와 상기 지지 플레이트의 단부가 고정되는 배터리 팩.
  15. 제14항에서,
    상기 지지 플레이트에는 제2 플레이트 체결홀이 형성되고,
    상기 커버 연장부에는 커버 체결홀이 형성되며,
    상기 제2 고정 유닛은 상기 제2 플레이트 체결홀과 상기 커버 체결홀을 관통함으로써, 상기 엔드 커버와 상기 지지 플레이트가 결합하는 배터리 팩.
  16. 제11항에서,
    상기 지지 플레이트에는 상기 커버 연장부와 대응되는 위치에 커버 결합부가 형성되고,
    상기 커버 결합부의 외측면과 상기 커버 연장부의 내측면이 접촉하도록 배치되는 배터리 팩.
  17. 제16항에서,
    상기 커버 결합부의 외측면은 내측면을 향해 함몰된 형상을 가지고,
    상기 함몰된 상기 커버 결합부의 외측면에 상기 커버 연장부의 내측면이 위치하는 배터리 팩.
  18. 제11항에서,
    상기 엔드 커버는 상기 바디부의 일 가장자리로부터 상기 셀 유닛의 하면을 향하여 연장되는 커버 지지부를 포함하는 배터리 팩.
  19. 제1항에서,
    상기 셀 커버는, 하나의 판재가 절곡되어 형성되는 배터리 팩.
  20. 제1항에 따른 배터리 팩을 포함하는 디바이스.
PCT/KR2023/009955 2022-07-20 2023-07-12 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 WO2024019412A1 (ko)

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JP2021018880A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 本田技研工業株式会社 セル固定部品及びバッテリパック
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KR102379227B1 (ko) 2018-12-26 2022-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

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