WO2024117787A1 - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
WO2024117787A1
WO2024117787A1 PCT/KR2023/019481 KR2023019481W WO2024117787A1 WO 2024117787 A1 WO2024117787 A1 WO 2024117787A1 KR 2023019481 W KR2023019481 W KR 2023019481W WO 2024117787 A1 WO2024117787 A1 WO 2024117787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery cells
battery
cell
battery pack
cover
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/019481
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신주환
이형석
전종필
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020230038229A external-priority patent/KR20240082987A/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024117787A1 publication Critical patent/WO2024117787A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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 more specifically, to a battery pack that can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, has excellent productivity and reliability, and has low risk of product failure.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • 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.
  • pouch-type batteries have advantages in many aspects, such as being light in weight and requiring less dead space when stacked, but have weaknesses such as being vulnerable to external shocks and having somewhat poor assembly properties. . Therefore, it is common for battery packs to be manufactured by first modularizing a number of cells and then storing them inside a pack case. As a representative example, in the case of a conventional battery pack, a plurality of pouch-type battery cells are first stored inside a module case to form a battery module, and then one or more of these battery modules are stored inside the pack case.
  • conventional battery packs may be disadvantageous in terms of assembly.
  • a plurality of battery cells are modularized to form a battery module, and then the battery module is stored in a pack case. Therefore, there is a problem in that the battery pack manufacturing process becomes complicated.
  • the process and structure of forming a cell stack using stacking frames, bolts, plates, etc. can be very complex.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a battery pack that can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, has excellent productivity and reliability, and has low risk of product failure.
  • the present invention includes a plurality of battery cells stacked in the first direction and extending in the first direction in a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction perpendicular to each other. It includes bus bars that electrically connect at least two neighboring battery cells among the plurality of battery cells, each of the at least two neighboring battery cells among the battery cells includes an electrode assembly, and a cover surrounding the electrode assembly.
  • the cell lead includes a first part relatively close to the cover and a second part relatively spaced further away from the cover, In the first direction, the maximum dimension of the second part is larger than that of the first part, and each of the bus bars electrically connects the neighboring second parts to each other by extending in the first direction.
  • a battery pack configured to connect to.
  • the bus bar may be electrically connected to the second part by welding in the third direction.
  • the bus bar may be arranged to overlap the second portion in the third direction.
  • the bus bar may be supported by a printed circuit board (PCB).
  • the bus bar may be fixed to the PCB by a hook structure or heat fusion.
  • the PCB includes a conductive line extending along a surface of the PCB, and the conductive line may be electrically connected to a plurality of bus bars.
  • the cathodes of the neighboring first group of battery cells and the anodes of the neighboring second group of battery cells are arranged in a straight line, and the cathodes of the first group of battery cells and the Anodes of the second group of battery cells may be electrically connected by one bus bar.
  • the maximum dimension of the second portion in the first direction may be about 2 to about 20 times the maximum dimension of the first portion.
  • Another aspect of the present invention is a vertical coordinate system defined by a first direction, a second direction, and a third direction perpendicular to each other, a plurality of battery cells stacked in the first direction and extending in the first direction, the plurality of battery cells bus bars electrically connecting at least two neighboring battery cells among the battery cells, each of the at least two neighboring battery cells among the battery cells having an electrode assembly, a cover surrounding the electrode assembly, and the cover. and a cell lead protruding from one side in the second direction, wherein the bus bar is coupled to at least a portion of the cell lead by welding in the third direction.
  • the cell lid includes a first portion relatively close to the cover and a second portion relatively spaced further from the cover, and a maximum dimension of the second portion in the first direction. may be larger than the maximum dimension of the first portion.
  • the plurality of battery cells include a first cell stack and a second cell stack, the first cell stack and the second cell stack are arranged to be spaced apart in the second direction, and the first cell stack is The cell stack and the second cell stack may share a printed circuit board (PCB) disposed between them.
  • PCB printed circuit board
  • a plurality of bus bars for the first cell stack are arranged in a row in the first direction on the PCB, and the second cell is parallel to the plurality of bus bars for the first cell stack.
  • a plurality of bus bars for the stack may be arranged in one row in the first direction.
  • Battery packs according to embodiments of the present invention can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, have excellent productivity and reliability, and have low risk of product failure.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing main parts of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing main parts of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a partial enlarged view showing a portion of the battery cell centered on the cell lead portion of the battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed in the x-direction centered on the cell lead portion of the battery cell.
  • Figure 5 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed from the y direction, centered on the cell lead portion of the battery cell.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion of the battery cell viewed in the z-direction centered on a cell lead portion of the battery cell.
  • Figure 7 is a perspective view showing a pair of neighboring battery cells electrically connected by a bus bar.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the second portions and the bus bar of FIG. 7 taken along line VIII-VIII'.
  • 9A to 9C are plan views showing the connection relationships of battery cells according to embodiments of the present invention.
  • Figure 10 is a plan view showing the connection relationship of battery cells according to additional embodiments of the present invention.
  • Figure 11 is a plan view showing the connection relationship of battery cells according to additional embodiments of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and conversely, a second component may be named a first component without departing from the scope of the present invention concept.
  • a specific process sequence may be performed differently from the described sequence.
  • two processes described in succession may be performed substantially at the same time, or may be performed in an order opposite to the order in which they are described.
  • any term “and/or” includes each and every combination of one or more of the mentioned elements.
  • substrate used in this specification may refer to the substrate itself or a laminated structure including the substrate and a predetermined layer or film formed on the surface.
  • surface of the substrate may mean the exposed surface of the substrate itself, or the outer surface of a predetermined layer or film formed on the substrate.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing main parts of the battery pack 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 is shown as being defined in a vertical coordinate system defined by a first direction along the x-axis, a second direction along the y-axis, and a third direction along the z-axis while being perpendicular to each other, the first direction , the second direction, and the third direction are not particularly limited as long as they are relatively perpendicular to each other.
  • the battery pack 10 includes a plurality of battery cells 100 stacked in a first direction (e.g., x direction) and a pack case 300 that accommodates the plurality of battery cells 100. Includes.
  • the pack case 300 has an internal space 330 that can accommodate the plurality of battery cells 100.
  • the pack case 300 may include an upper case 310 and a lower case 320 that define the internal space 330.
  • the pack case 300 may be provided with a conductive wire that electrically connects the plurality of battery cells 100 to an external electric load.
  • the lower case 320 may have a box shape with an open top and may accommodate a plurality of battery cells in the internal space 330.
  • the upper case 310 may be configured in the form of a cover that covers the upper opening of the lower case 320. At this time, the upper case 310 may be configured in the form of a box with an open bottom.
  • the pack case 300 may include plastic or metal material.
  • the pack case 300 may employ various exterior materials of battery packs known at the time of filing the present invention.
  • the battery pack 10 may further include a battery management system.
  • a battery management system (BMS) is mounted in the internal space of the pack case 300 and may be configured to generally control charging and discharging operations and data transmission and reception operations of the battery cell 100.
  • the battery management system may be provided on a pack basis rather than a module basis. More specifically, the battery management system may be configured to control the charge/discharge state, power state, and performance state of the battery cell 100 through pack voltage and pack current.
  • the battery pack 10 may further include a battery cut-off unit.
  • the battery disconnect unit (BDU) may be configured to control the electrical connection of battery cells to manage the power capacity and function of the battery pack 10.
  • the battery blocking unit may include a power relay, a current sensor, and a fuse.
  • the battery blocking unit is also provided in a pack unit rather than a module unit, and various blocking units known at the time of filing the application of the present invention may be employed.
  • the battery pack 10 may further include various battery pack components known at the time of filing the present invention.
  • the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention may further include a manual service disconnector (MSD) that allows an operator to cut off power by manually disconnecting the service plug.
  • MSD manual service disconnector
  • Figure 2 is a perspective view showing main parts of the battery cell 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 101, a cover 105 surrounding the electrode assembly 101, and a battery cell 100 extending from one side of the cover 105 in the second direction (e.g. , y direction) and includes a cell lead 110 protruding.
  • the battery cell 100 may be a pouch-type battery cell, but the present invention is not limited thereto. In some embodiments, the battery cell 100 may be a prismatic battery cell.
  • the battery cell 100 has a thin plate-shaped body and may preferably have a pouch cell structure.
  • the pouch cell may have a structure in which an anode, a separator, and a cathode are alternately stacked to form the electrode assembly 101, and an electrode tab is drawn out at least on one side and connected to the cell lead 110.
  • the positive and negative electrodes can be manufactured by applying a slurry of electrode active material, binder resin, conductive agent, and other additives to at least one side of the current collector.
  • a typical positive electrode active material such as a lithium-containing transition metal oxide may be used, and in the case of the negative electrode, lithium metal, carbon material, and a metal compound that can occlude and release lithium ions, or a mixture thereof.
  • Common anode active materials such as can be used.
  • a typical porous polymer film used in lithium secondary batteries can be used as the separator.
  • the electrolyte solution contained in the cover 105 together with the electrode assembly 101 may be a typical electrolyte solution for lithium secondary batteries.
  • the cover 105 is made of a sheet material and has a receiving portion for accommodating the electrode assembly 101.
  • the cover 105 is formed by combining a first case and a second case, which are formed by processing a sheet material into a predetermined shape.
  • the sheet material that makes up the cover 105 includes an outermost outer resin layer made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) or nylon, and a material that maintains mechanical strength and prevents moisture and oxygen from penetrating. It consists of a multi-layer structure in which a metal layer made of aluminum and an internal resin layer made of a polyolefin-based material that has heat adhesive properties and serves as a sealing material are laminated.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the sheet material forming the cover 105 may have a predetermined adhesive resin layer interposed between the inner resin layer and the metal layer, and the outer resin layer and the metal layer, as needed.
  • the adhesive resin layer is for smooth adhesion between different materials and is formed as a single layer or multilayer.
  • the material is usually polyolefin resin, or polyurethane resin can be used for smooth processing, and mixtures of these can also be employed. .
  • the battery cell 100 has two main surfaces S1 and S2 perpendicular to the first direction (eg, x direction). That is, the battery cell 100 may have a first main surface S1 and a second main surface S2 that extend along the yz plane of FIG. 2 and are parallel to each other.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the battery cell 100 centered on the cell lead 110 of the battery cell 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the cell lead 110 protrudes from one side of the cover 105 in the second direction (e.g., y-axis direction) and includes a first part 111 and a second part 112. Includes.
  • the first part 111 may be located relatively closer to the cover 105 than the second part 112.
  • the second portion 112 may be the leading edge of the cell lead 110 in the second direction.
  • the first part 111 and the second part 112 may be electrically connected to each other. In some embodiments, the first part 111 and the second part 112 may be in direct contact with each other, but the present invention is not limited thereto. In some embodiments, the first part 111 and the second part 112 may be integrated.
  • the first part 111 may have a flat plate shape with a main plane being a plane perpendicular to the first direction (eg, x-axis direction).
  • the second part 112 may be configured as a plane perpendicular to the third direction (eg, z-axis direction).
  • the fact that the second part 112 is composed of a plane perpendicular to the third direction means that the upper and lower surfaces of the second part 112 are perpendicular to the third direction and are within the upper and lower surfaces. This means that it does not include through holes.
  • the upper and lower surfaces of the second portion 112 may be perpendicular to the third direction and may not include through holes in the upper and lower surfaces.
  • the upper and lower surfaces of the second portion 112 may be perpendicular to the third direction and may include through holes in the upper and lower surfaces.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion of the battery cell 100 viewed in the x direction, centered on the cell lead 110 of the battery cell 100.
  • the first part 111 of the cell lead 110 has a first upper surface 111a and a first lower surface 111b. Additionally, the second portion 112 of the cell lead 110 has a second upper surface 112a and a second lower surface 112b.
  • 'top' and 'bottom' are relative concepts, and the thing located relatively above can be defined as 'top', and the thing located relatively below can be defined as 'bottom', and one of them is called 'top' and the other is 'bottom'. It can also be defined as ‘if you do it’.
  • a center line CL may be defined for the first portion 111.
  • the center line CL is a straight line in the second direction (eg, y-axis direction) that divides the first portion 111 into two in the third direction (eg, z-axis direction).
  • the center line CL may be located between the second upper surface 112a and the second lower surface 112b of the second portion 112.
  • the first part 111 has a first dimension H1 and the second part 112 has a second dimension H2 that is smaller than the first dimension H1.
  • the second dimension H2 may be, for example, about 0.5% to about 50% of the first dimension H1.
  • the second dimension (H2) is about 0.5% to about 50%, about 1% to about 48%, about 1.5% to about 45%, about 2% of the first dimension (H1).
  • the mechanical strength of the second part 112 may be insufficient and may be easily damaged. If the second dimension H2 is too large compared to the first dimension H1, the weight of the battery cell 100 may unnecessarily increase.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the battery cell 100 viewed from the y direction, centered on the cell lead 110 of the battery cell 100.
  • the first portion 111 of the cell lead 110 in a first direction has a first maximum dimension d1
  • the second portion 112 of has a second maximum dimension d2.
  • the second maximum dimension d2 is larger than the first maximum dimension d1.
  • the second maximum dimension d2 may be about 2 to about 20 times the first maximum dimension d1.
  • the second maximum dimension d2 is about 2 times to about 20 times, about 2.5 times to about 19.5 times, about 3 times to about 19 times, about 3.5 times to about 18.5 times, about 4 times to about 18 times, about 4.5 times to about 17.5 times, about 5 times to about 17 times, about 5.5 times to about 16.5 times, about 6 times to about 16 times, about 6.5 times to about 15.5 times, about 7 times to about 15 times, about 7.5 times to about 14.5 times, about 8 times to about 14 times, about 8.5 times to about 13.5 times, about 9 times to about 13 times, about 9.5 times to about 12.5 times, about 10 times to about 12 times, about 10.5 times to about 11.5 times, or between any two of these values.
  • the second maximum dimension d2 is too small compared to the first maximum dimension d1, it may not be easy to weld the second portion 112 with a bus bar, which will be described later. If the second maximum dimension (d2) is too large compared to the first maximum dimension (d1), the thickness of the battery cell 100 in the first direction (for example, x-axis direction) increases excessively, thereby reducing the energy density. may deteriorate.
  • the second maximum dimension d2 of the second portion 112 in the first direction is greater than or equal to the first main surface S1 of the battery cell 100.
  • the second main surface (S2) may be larger than the cell thickness (d3) defined between.
  • the second maximum dimension d2 of the second portion 112 in the first direction is the first main surface of the battery cell 100 ( It may be smaller than the cell thickness d3 defined between S1) and the second main surface S2.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion of the battery cell 100 viewed in the z direction, centered on the cell lead 110 of the battery cell 100.
  • the projection of the second portion 112 on a plane (e.g., xy plane) perpendicular to the third direction (e.g., z-axis direction) may have a circular shape.
  • the projection of the second portion 112 on the xy plane may have an oval, a polygon (eg, a square, a pentagon, a hexagon, etc.), or any other shape other than a circle.
  • the second portion 112 when the projection is circular, may have the shape of a cylinder or truncated cone. When the projection is a polygon, the second portion 112 may have the shape of a polygonal prism or polygonal pyramid.
  • the projected area of the second part 112 may be about 2 to about 20 times the projected area of the first part 111. In some embodiments, the projected area of the second portion 112 is about 2 to about 20 times, about 2.5 to about 19 times, or about 3 times the projection area of the first portion 111. to about 18 times, about 3.5 times to about 17 times, about 4 times to about 16 times, about 4.5 times to about 15 times, about 5 times to about 14 times, about 5.5 times to about 13 times, about 6 times to about 12 times, about 6.5 times to about 11 times, about 7 times to about 10 times, about 7.5 times to about 9 times, or between any two of these values.
  • the projected area of the second part 112 is too small compared to the projected area of the first part 111, welding the bus bar and the second part 112, which will be described later, may not be easy. If the projected area of the second part 112 is too large compared to the projected area of the first part 111, the weight of the battery cell 100 may unnecessarily increase.
  • the battery cells 100 are stored in the pack case 300 because the second portion 112 of the cell lead 110 has a planar shape perpendicular to the third direction (for example, z-axis direction). ), it is possible to electrically interconnect them. Therefore, battery packs according to embodiments of the present invention can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, have excellent productivity, and have low risk of product failure.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a pair of neighboring battery cells 100_1 and 100_2 electrically connected by the bus bar 200.
  • the cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 includes a first part 111_1 and a second part 112_1, and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2 includes a first part (111_2) and a second part (112_2).
  • the cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2 may be electrically connected by a bus bar 200.
  • the second part 112_1 of the first battery cell 100_1 and the second part 112_2 of the second battery cell 100_2 may be electrically connected to the bus bar 200.
  • the cell lead 110_1 of the first battery cell 100_1 and the cell lead 110_2 of the second battery cell 100_2, which are electrically connected by the bus bar 200, may have the same polarity or may have different polarities. It may have polarity.
  • the bus bar 200 may be arranged to extend in a first direction (for example, the It may be configured to contact the lower surfaces of each of the two parts (112_2).
  • the bus bar 200 may have a strip shape extending in a first direction.
  • the flat surface of the bus bar 200 is aligned with the second part 112_1 of the first battery cell 100_1 and the second part 112_2 of the second battery cell 100_2 in a third direction (for example For example, it can be faced in the z-axis direction.
  • the bus bar 200 is configured to electrically connect the neighboring second parts 112_1 and 112_2 to each other by extending in the first direction (eg, x-axis direction). In some embodiments, the bus bar 200 extends in the first direction (e.g., x-axis direction) without extending in the third direction (e.g., z-axis direction). It may be configured to electrically connect the parts 112_1 and 112_2 to each other.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the second portions 112_1 and 112_2 and the bus bar 200 of FIG. 7 taken along line VIII-VIII'.
  • the bus bar 200 may have a recess R concave in a third direction (e.g., z-axis direction) at a portion overlapping the second portions 112_1 and 112_2. .
  • the recess R may be created as a result of welding the bus bar 200 and the second parts 112_1 and 112_2 in a third direction.
  • the recess R is a result of the contact area between the bus bar 200 and the second parts 112_1 and 112_2 being partially melted and solidified by welding, in some cases, melting and solidification may occur. It may appear as a trace of .
  • the recess (R) is shown to be formed continuously with the flat surface of the bus bar 200, but in some cases, a slight ridge may be formed around the recess (R).
  • the recess R may not be identified as a clear interface.
  • FIGS. 9A to 9C are plan views showing the connection relationship of battery cells 100 according to embodiments of the present invention.
  • a plurality of battery cells 100 may be stacked and arranged in the first direction (eg, x-axis direction).
  • a heat dissipation pad may be further provided between the plurality of battery cells 100 to reduce heat transfer between the battery cells 100.
  • a portion of a cartridge that individually accommodates the battery cells 100 may be inserted between the plurality of battery cells 100 .
  • the plurality of battery cells 100 may be electrically connected to each other by a bus bar 200.
  • the plurality of battery cells 100 may be connected in series. That is, the cathode of one battery cell 100 may be connected to the anode of a neighboring battery cell through the bus bar 200.
  • the plurality of battery cells 100 may be connected one by one in a zigzag manner by the bus bar 200.
  • the cell lead 110 of the battery cell 100 protrudes in the second direction (e.g., y-axis direction) and extends in the first direction (e.g., x-axis direction). It is arranged to overlap the bar 200 in a third direction (eg, z-axis direction).
  • the cell lead 110 and the bus bar 200 may be coupled to each other by welding in a third direction (eg, z-axis direction).
  • the bus bar 200 extending in the first direction (eg, x-axis direction) may be coupled to the cell lead 110 of another neighboring battery cell 100 in the same manner.
  • FIG. 10 is a plan view showing the connection relationship of battery cells 100 according to additional embodiments of the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 10 is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 9A except that the bus bars 200 are provided on a printed circuit board (PCB) 352. Therefore, the following description will focus on these differences and overlapping descriptions will be omitted.
  • PCB printed circuit board
  • the bus bars 200 may be provided on one surface of the PCB 352. In some embodiments, the bus bars 200 may be supported by the PCB 352. In some embodiments, the bus bars 200 may be fixed on the PCB 352. In some embodiments, the bus bars 200 may be fixed on the PCB 352 using a hook structure or heat fusion. However, the present invention is not limited to this.
  • Bus bars 200 provided on the PCB 352 may be electrically connected to a conductive line 355 extending along the surface of the PCB 352.
  • the conductive line 355 may be any metal material with low electrical resistance, and is not particularly limited.
  • the shape of the conductive line 355 shown in FIG. 10 merely indicates that it extends along the surface of the PCB 352, and the present invention is not necessarily limited to the connection relationship shown in FIG. 10.
  • the conductive line 355 may be electrically connected to a connector 357 that electrically connects the battery cells 100 to an external load.
  • the connector 357 may be provided directly on the PCB 352 or may be provided spaced apart from the PCB 352.
  • the plurality of battery cells 100 include battery cells 100 of a first group (G1), battery cells 100 of a second group (G2), and battery cells of a third group (G3). (100), . . . , may include an nth group (Gn) of battery cells 100. Battery cells 100 within the same group may have the same anode and cathode directions.
  • the anodes 110a and cathodes 110c of the battery cells 100 of the first group G1 may be arranged in a straight line.
  • the anodes 110a and cathodes 110c of the battery cells 100 of the second group (G2) adjacent to the battery cells 100 of the first group (G1) may each be arranged in a straight line.
  • the cathodes 110c of the battery cells 100 of the first group (G1) are disposed in a straight line with the anodes 110a of the battery cells 100 of the second group (G2). and they can be electrically connected to each other by one bus bar 200.
  • anodes 110a and cathodes 110c of the battery cells 100 of the third group (G3) adjacent to the battery cells 100 of the second group (G2) may be arranged in a straight line.
  • the cathodes 110c of the battery cells 100 of the second group G2 are arranged in a straight line with the anodes 110a of the battery cells 100 of the third group G3. may be, and they may be electrically connected to each other by one bus bar 200.
  • the battery cells 100 of the first group (G1), the battery cells 100 of the second group (G2), the battery cells 100 of the third group (G3), . . . , the nth group (Gn) of battery cells 100 may be arranged in the first direction (eg, x-axis direction).
  • FIG. 9C is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 9B except that three battery cells are included in one group.
  • the anodes 110a and cathodes 110c of the battery cells 100 of the first group G1 may be arranged in a straight line.
  • the anodes 110a and cathodes 110c of the battery cells 100 of the second group (G2) adjacent to the battery cells 100 of the first group (G1) may each be arranged in a straight line.
  • the anodes 110a of the battery cells 100 of the first group (G1) are disposed in a straight line with the cathodes 110c of the battery cells 100 of the second group (G2). and they can be electrically connected to each other by one bus bar 200.
  • the cell leads 110 do not need to be bent, so the reliability of the components can be greatly improved. Additionally, the number of components is reduced because batteries can be connected by simple coupling with bus bars placed on a substrate such as a PCB. Therefore, battery packs according to embodiments of the present invention can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, have excellent productivity, and have low risk of product failure.
  • Figure 11 is a plan view showing the connection relationship of battery cells 100 according to additional embodiments of the present invention.
  • the plurality of battery cells 100 each include a first cell stack (ST1) and a second cell stack (ST2) arranged in a first direction (eg, x-axis direction).
  • the battery cells 100 of the first cell stack ST1 extend in the second direction (for example, the y-axis direction) and have cell leads (cell leads) at both ends in the second direction (for example, the y-axis direction). 110).
  • the battery cells 100 of the second cell stack ST2 extend in the second direction (for example, the y-axis direction) and have cell leads (cell leads) at both ends in the second direction (for example, the y-axis direction). 110).
  • the first cell stack ST1 and the second cell stack ST2 may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval in a second direction (eg, y-axis direction).
  • Cell leads 110 on one side of the battery cells of the first cell stack ST1 may face the second cell stack ST2 and may be connected by first bus bars 200a.
  • Cell leads 110 on one side of the battery cells of the second cell stack ST2 may face the first cell stack ST1 and may be connected by second bus bars 200b.
  • the first cell The stack ST1 and the second cell stack ST2 may share one PCB 352.
  • the first bus bars 200a and the second bus bars 200b may be arranged on one PCB 352.
  • the first bus bars 200a may be arranged in one line along one edge of the PCB 352
  • the second bus bars 200b may be arranged in a line along the other edge of the PCB 352. It can be arranged in one line along .
  • the first bus bars 200a and the second bus bars 200b may be arranged parallel to each other.
  • the battery cells 100 of the first cell stack (ST1) and the second cell stack (ST2) have a second portion 112 of the cell lead 110 positioned in the third direction (for example, z-axis direction). Because it has a vertical planar shape, it is possible to electrically interconnect the battery cells 100 after combining them with the pack case 300. Therefore, battery packs according to embodiments of the present invention can be manufactured inexpensively due to a simple number of parts, have excellent productivity, and have low risk of product failure.

Landscapes

  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들 및 상기 제 1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바들을 포함하고, 상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크고, 상기 상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성 및 신뢰성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2022.12.2 자 한국 특허 출원 제10-2022-0167137호 및 2023.3.23 자 한국 특허 출원 제10-2023-0038229호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌들에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
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.
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 등의 취약점이 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다. 대표적인 예로서, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 파우치형 배터리 셀을 먼저 모듈 케이스 내부에 수납하여 배터리 모듈을 구성한 후, 이러한 배터리 모듈을 하나 이상 팩 케이스의 내부에 수납하는 형태로 구성된다.
하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 배터리 셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는 데 한계가 생길 수 있다.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 조립성 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 배터리 셀을 모듈화시켜 배터리 모듈을 구성한 후, 배터리 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 상기 선행문헌에 개시된 바와 같이, 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성 및 신뢰성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적은 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들 및 상기 제 1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바들을 포함하고, 상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크고, 상기 상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩을 제공한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 제2 부분과 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바는 상기 제 3 방향에 있어서 상기 제 2 부분과 중첩되도록 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)에 의하여 지지될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바는 후크 구조 또는 열융착에 의하여 상기 PCB에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 PCB는 상기 PCB의 표면을 따라 연장되는 도전 라인을 포함하고, 상기 도전 라인은 복수의 버스바들과 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 서로 이웃하는 제 1 그룹의 배터리 셀들의 캐소드들과 서로 이웃하는 제 2 그룹의 배터리 셀들의 애노드들이 일직선 상에 배치되고, 상기 제 1 그룹의 배터리 셀들의 캐소드들과 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들의 애노드들이 하나의 버스바에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수는 상기 제 1 부분의 최대 치수의 약 2배 내지 약 20배일 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서, 상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들 및 상기 제 1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바들을 포함하고, 상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고, 상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 셀 리드의 적어도 일부분과 결합된 배터리 팩을 제공한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 클 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들은 제 1 셀 스택과 제 2 셀 스택을 포함하고, 상기 제 1 셀 스택과 상기 제 2 셀 스택은 상기 제 2 방향으로 이격 배치되고, 상기 제 1 셀 스택과 상기 제 2 셀 스택은 이들의 사이에 배치된 하나의 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 공유할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 PCB 상에는 상기 제 1 셀 스택을 위한 복수의 버스바들이 상기 제 1 방향으로 1열 배치되고, 상기 제 1 셀 스택을 위한 복수의 버스바들과 평행하게 상기 제 2 셀 스택을 위한 복수의 버스바들이 상기 제 1 방향으로 1열 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성 및 신뢰성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 요부를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 도시한 부분 확대도이다.
도 4는 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 x 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 5는 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 y 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 6은 상기 배터리 셀의 셀 리드 부분을 중심으로 상기 배터리 셀의 일부를 z 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 7은 버스바에 의하여 전기적으로 연결된 이웃하는 한 쌍의 배터리 셀들을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 제 2 부분들 및 버스바를 VIII-VIII' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도들이다.
도 10은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 요부를 나타낸 분리 사시도이다. 도 1에서는 상기 배터리 팩(10)이 서로 수직하면서 x축을 따르는 제 1 방향, y축을 따르는 제 2 방향, 및 z축을 따르는 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서 정의되는 것으로 도시되었지만, 상기 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향은 서로 상대적으로 수직이면 되고 특별히 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은 제 1 방향(예를 들면 x 방향)으로 적층된 복수의 배터리 셀들(100) 및 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 수납하는 팩 케이스(300)를 포함한다.
상기 팩 케이스(300)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 수납할 수 있는 내부 공간(330)을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 팩 케이스(300)는 상기 내부 공간(330)을 정의하는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다.
도 1에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 상기 팩 케이스(300)는 상기 복수의 배터리 셀들(100)을 외부의 전기 부하와 전기적으로 연결하는 도선이 배설되어 있을 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 하부 케이스(320)는 상단이 개방된 박스 형태를 포함할 수 있으며 상기 내부 공간(330)에 다수의 배터리 셀을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(310)는 하부 케이스(320)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(310)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다.
상기 팩 케이스(300)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 포함할 수 있다. 그 밖에도, 상기 팩 케이스(300)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 다양한 외장재 재질을 채용할 수 있다.
상기 배터리 팩(10)은 배터리 관리 시스템을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)은, 팩 케이스(300)의 내부 공간에 장착되며, 배터리 셀(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 배터리 관리 시스템은, 팩 전압 및 팩 전류를 통해 배터리 셀(100)의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태 등을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 차단 유닛(battery disconnect unit, BDU)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛은, 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛 역시 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.
이 밖에도, 상기 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(manual service disconnector)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 요부를 도시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은 전극 조립체(101), 상기 전극 조립체(101)를 둘러싸는 커버(105), 및 상기 커버(105)의 일측으로부터 상기 제 2 방향(예를 들면, y 방향)으로 돌출된 셀 리드(110)를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 배터리 셀일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 각형 배터리 셀일 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 배터리 셀(100)은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치 셀의 구조로 이루어질 수 있다. 상기 파우치 셀은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되어 상기 전극 조립체(101)를 구성하고 적어도 일측으로 전극탭이 인출되어 상기 셀 리드(110)와 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 상기 양극 및 음극은 집전체의 적어도 한면에 전극 활물질, 바인더 수지, 도전제 및 기타 첨가제 등의 슬러리를 도포함으로써 제조될 수 있다. 상기 전극 활물질은, 양극의 경우, 리튬 함유 전이금속 산화물과 같은 통상의 양극 활물질이 사용될 수 있고, 음극의 경우에는 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물 또는 이들의 혼합물과 같은 통상의 음극 활물질이 사용될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터로는 리튬 이차전지에 사용되는 통상의 다공성 고분자 필름이 채용 가능하다.
상기 전극 조립체(101)와 함께 상기 커버(105) 내에 수용되는 전해액으로는 통상의 리튬 이차전지용 전해액이 채용될 수 있다. 상기 커버(105)는 시트 소재로 형성되는 것으로서, 전극 조립체(101)를 수용하기 위한 수납부를 구비한다. 바람직하게, 커버(105)는 시트 소재가 소정 형상으로 가공되어 형성된 제1 케이스와 제2 케이스가 결합되어 형성된다. 커버(105)를 이루는 시트 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(polyolefin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다.
상기 커버(105)를 이루는 시트 소재는 필요에 따라 상기 내부 수지층과 금속층, 상기 외부 수지층과 금속층 사이에는 소정의 접착 수지층이 개재될 수 있다. 상기 접착 수지층은 이종 재료 간의 원활한 부착을 위한 것으로서 단층 또는 다층으로 형성되고, 그 재료는 통상적으로 폴리올레핀계 수지가 사용되거나 원활한 가공을 위해 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물도 채용 가능하다.
상기 배터리 셀(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1 방향(예를 들면, x 방향)에 수직인 두 주표면들(S1, S2)을 갖는다. 즉, 상기 배터리 셀(100)은 도 2의 yz 평면을 따라 연장되고 서로 평행한 제 1 주표면(S1) 및 제 2 주표면(S2)을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 도시한 부분 확대도이다.
도 3을 참조하면, 상기 셀 리드(110)는 커버(105)의 일측으로부터 상기 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 돌출되며, 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)을 포함한다. 상기 제 1 부분(111)은 상기 제 2 부분(112)에 비하여 상대적으로 상기 커버(105)에 가깝게 위치할 수 있다. 또, 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 2 방향에 있어서 상기 셀 리드(110)의 최선단일 수 있다.
상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 서로 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 서로 직접 접촉할 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)과 상기 제 2 부분(112)은 일체로 형성되어(integrated) 있을 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 부분(111)은 대체로 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 수직인 평면을 주평면으로 갖는 평판 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향에 수직인 평면으로 구성된다는 것은 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면이 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함하지 않음을 의미한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면은 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 상부면 및 하부면은 상기 제 3 방향에 수직이면서 상기 상부면 및 하부면 내에 관통공을 포함할 수 있다.
도 4는 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 x 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 4를 참조하면, 상기 셀 리드(110)의 상기 제 1 부분(111)은 제 1 상면(111a)과 제 1 하면(111b)을 갖는다. 또, 셀 리드(110)의 상기 제 2 부분(112)은 제 2 상면(112a)과 제 2 하면(112b)을 갖는다. 여기서 '상면'과 '하면'은 상대적인 개념으로서 상대적으로 윗쪽에 위치한 것을 '상면'으로, 상대적으로 아래쪽에 위치한 것을 '하면'으로 정의할 수도 있고, 둘 중 하나를 '상면'으로 나머지 하나를 '하면'으로 정의할 수도 있다.
상기 제 1 부분(111)에 대하여 중심선(CL)이 정의될 수 있다. 상기 중심선(CL)은 상기 제 1 부분(111)을 제 3 방향(예를 들면, z축 방향)으로 2등분하는 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)의 직선이다.
상기 제 3 방향에 있어서, 상기 중심선(CL)은 상기 제 2 부분(112)의 제 2 상면(112a)과 상기 제 2 하면(112b) 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 3 방향에 있어서, 상기 제 1 부분(111)은 제 1 치수(H1)을 갖고 상기 제 2 부분(112)은 상기 제 1 치수(H1)보다 작은 제 2 치수(H2)를 갖는다. 상기 제 2 치수(H2)는, 예를 들면 상기 제 1 치수(H1)의 약 0.5% 내지 약 50%일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 치수(H2)는 상기 제 1 치수(H1)의 약 0.5% 내지 약 50%, 약 1% 내지 약 48%, 약 1.5% 내지 약 45%, 약 2% 내지 약 43%, 약 2.5% 내지 약 40%, 약 3% 내지 약 38%, 약 3.5% 내지 약 35%, 약 4% 내지 약 33%, 약 4.5% 내지 약 30%, 약 5% 내지 약 28%, 약 5.5% 내지 약 25%, 약 6% 내지 약 23%, 약 6.5% 내지 약 20%, 약 7% 내지 약 18%, 약 7.5% 내지 약 15%, 약 8% 내지 약 13%, 약 8.5% 내지 약 10%, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.
상기 제 1 치수(H1)에 비하여 상기 제 2 치수(H2)가 너무 작으면 상기 제 2 부분(112)의 기계적 강도가 미흡하여 쉽게 손상될 수 있다. 상기 제 1 치수(H1)에 비하여 상기 제 2 치수(H2)가 너무 크면 배터리 셀(100)의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.
도 5는 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 y 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 셀 리드(110)의 상기 제 1 부분(111)은 제 1 최대 치수(d1)를 갖고, 상기 셀 리드(110)의 상기 제 2 부분(112)은 제 2 최대 치수(d2)를 갖는다. 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)보다 더 크다. 예를 들면, 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)의 약 2배 내지 약 20배일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 최대 치수(d2)는 상기 제 1 최대 치수(d1)의 약 2배 내지 약 20배, 약 2.5배 내지 약 19.5배, 약 3배 내지 약 19배, 약 3.5배 내지 약 18.5배, 약 4배 내지 약 18배, 약 4.5배 내지 약 17.5배, 약 5배 내지 약 17배, 약 5.5배 내지 약 16.5배, 약 6배 내지 약 16배, 약 6.5배 내지 약 15.5배, 약 7배 내지 약 15배, 약 7.5배 내지 약 14.5배, 약 8배 내지 약 14배, 약 8.5배 내지 약 13.5배, 약 9배 내지 약 13배, 약 9.5배 내지 약 12.5배, 약 10배 내지 약 12배, 약 10.5배 내지 약 11.5배, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.
만일 상기 제 1 최대 치수(d1)에 비하여 상기 제 2 최대 치수(d2)가 너무 작으면, 추후 설명할 버스바(bus bar)와 상기 제 2 부분(112)의 용접이 용이하지 않을 수 있다. 만일 상기 제 1 최대 치수(d1)에 비하여 상기 제 2 최대 치수(d2)가 너무 크면, 상기 배터리 셀(100)의 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)의 두께가 과도하게 증가하여 에너지 밀도가 저하될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 제 2 부분(112)이 갖는 제 2 최대 치수(d2)는 상기 배터리 셀(100)의 제 1 주표면(S1)과 제 2 주표면(S2) 사이에서 정의되는 셀 두께(d3)보다 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)에 있어서 상기 제 2 부분(112)이 갖는 제 2 최대 치수(d2)는 상기 배터리 셀(100)의 제 1 주표면(S1)과 제 2 주표면(S2) 사이에서 정의되는 셀 두께(d3)보다 더 작을 수 있다.
도 6은 상기 배터리 셀(100)의 셀 리드(110) 부분을 중심으로 상기 배터리 셀(100)의 일부를 z 방향에서 바라본 부분 확대도이다.
도 6을 참조하면, 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면(예를 들면 xy 평면)에 내린 상기 제 2 부분(112)의 사영(projection)은 원형의 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 xy 평면에 내린 상기 제 2 부분(112)의 사영은 원형 이외에 타원, 다각형(예를 들면, 사각형, 오각형, 육각형 등), 기타 임의의 형태를 가질 수 있다. 다만, 상기 사영은 추후 버스바와의 용접에 이용될 수 있는 용접 방법의 다양성, 구조적 안정성, 취급의 용이성 등의 측면에서 원형의 형태를 갖는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 사영이 원형인 경우 상기 제 2 부분(112)은 원기둥 또는 원뿔대의 형태를 가질 수 있다. 상기 사영이 다각형인 경우 상기 제 2 부분(112)은 다각기둥 또는 다각뿔대의 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적은 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적의 약 2 배 내지 약 20배일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적은 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적의 약 2 배 내지 약 20배, 약 2.5 배 내지 약 19배, 약 3 배 내지 약 18배, 약 3.5 배 내지 약 17배, 약 4 배 내지 약 16배, 약 4.5 배 내지 약 15배, 약 5 배 내지 약 14배, 약 5.5 배 내지 약 13배, 약 6 배 내지 약 12배, 약 6.5 배 내지 약 11배, 약 7 배 내지 약 10배, 약 7.5 배 내지 약 9배, 또는 이 수치들 중 임의의 두 수치들 사이의 범위를 가질 수 있다.
만일 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적이 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적에 비하여 너무 작으면 추후 설명할 버스바와 상기 제 2 부분(112)의 용접이 용이하지 않을 수 있다. 만일 상기 제 2 부분(112)의 사영의 면적이 상기 제 1 부분(111)의 사영의 면적에 비하여 너무 크면 배터리 셀(100)의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.
상기 배터리 셀들(100)은 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면 형상을 갖기 때문에 팩 케이스(300)에 배터리 셀들(100)을 결합한 이후에 전기적으로 상호 연결을 하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.
도 7은 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결된 이웃하는 한 쌍의 배터리 셀들(100_1, 100_2)을 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)는 제 1 부분(111_1)과 제 2 부분(112_1)을 포함하고, 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 제 1 부분(111_2)과 제 2 부분(112_2)을 포함한다.
상기 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)은 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 버스바(200)에 의하여 전기적으로 연결되는 제 1 배터리 셀(100_1)의 셀 리드(110_1)와 제 2 배터리 셀(100_2)의 셀 리드(110_2)는 서로 동일한 극성을 가질 수도 있고, 서로 다른 극성을 가질 수도 있다.
상기 버스바(200)는 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되도록 배치될 수 있으며, 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)의 각각의 하면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 제 1 방향으로 연장되는 스트립 형태를 가질 수 있다. 이 때, 상기 버스바(200)의 평탄면은 상기 제 1 배터리 셀(100_1)의 제 2 부분(112_1)과 제 2 배터리 셀(100_2)의 제 2 부분(112_2)과 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 마주할 수 있다.
상기 버스바(200)는 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바(200)는 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로의 연장 없이 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로의 연장에 의하여 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
도 8은 도 7의 제 2 부분들(112_1, 112_2) 및 버스바(200)를 VIII-VIII' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 버스바(200)는 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)과 오버랩되는 부분에서 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 오목한 리세스(R)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 리세스(R)는 상기 버스바(200)와 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)을 제 3 방향으로 용접한 결과로서 생성된 것일 수 있다. 다만, 상기 리세스(R)는 용접에 의해 상기 버스바(200)와 상기 제 2 부분들(112_1, 112_2)의 접촉 부위가 부분적으로 용융되었다가 응고된 결과물이기 때문에, 경우에 따라 용융 및 응고의 흔적으로서 나타날 수 있다.
도 8에서는 상기 리세스(R)가 상기 버스바(200)의 평탄면과 연속하여 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라 상기 리세스(R) 주위에 약간의 융기부가 형성되어 있을 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 용접 방법에 따라 상기 리세스(R)는 명확한 계면으로 확인되지 않을 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도들이다.
도 9a를 참조하면, 복수의 배터리 셀들(100)이 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 적층되어 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100) 사이에는 배터리 셀들(100) 사이의 열전달들 저감시키는 방열 패드가 더 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100) 사이에는 배터리 셀(100)을 개별적으로 수납하는 카트리지의 일부가 삽입될 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀들(100)은 버스바(200)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 직렬적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 배터리 셀(100)의 캐소드는 이웃하는 배터리 셀의 애노드와 버스바(200)로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 하나씩 버스바(200)에 의하여 지그재그(zigzag)로 연결될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)의 셀 리드(110)는 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 돌출되고, 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 버스바(200)와 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로 중첩되도록 배치된다. 상기 셀 리드(110)와 상기 버스바(200)는 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)으로의 용접에 의하여 상호 결합될 수 있다. 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 연장되는 상기 버스바(200)는 이웃하는 다른 배터리 셀(100)의 셀 리드(110)와 동일한 방식으로 결합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도이다. 도 10에 도시된 실시예는 상기 버스바들(200)이 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(352) 상에 제공된 점을 제외하면 도 9a에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서 이하에서는 이러한 차이점을 중심으로 설명하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352)의 일 표면 상에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352)에 의하여 지지될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352) 상에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 버스바들(200)은 상기 PCB(352) 상에 후크(hook) 구조 또는 열 융착에 의하여 고정될 수 있다. 그러나 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 PCB(352) 상에 제공된 버스바들(200)은 상기 PCB(352)의 표면을 따라 연장되는 도전 라인(355)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 도전 라인(355)은 전기저항이 낮은 임의의 금속 물질일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
도 10에 도시된 도전 라인(355)의 형상은 상기 PCB(352)의 표면을 따라 연장되는 것을 나타낼 뿐이며, 반드시 도 10에 도시된 연결 관계에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 도전 라인(355)은 상기 배터리 셀들(100)을 외부의 부하와 전기적으로 연결하는 커넥터(357)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 커넥터(357)는 상기 PCB(352)의 직접 위에 제공될 수도 있고 상기 PCB(352)로부터 이격되어 제공될 수도 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100), 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100), 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100), . . . , 제 n 그룹(Gn)의 배터리 셀들(100)을 포함할 수 있다. 동일 그룹 내의 배터리 셀들(100)은 애노드와 캐소드의 방향이 서로 동일할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 또, 상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)은 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또, 상기 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 3 그룹(G3의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)은 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100), 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100), 제 3 그룹(G3)의 배터리 셀들(100), . . . , 제 n 그룹(Gn)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 배열될 수 있다.
도 9c에 도시된 실시예에서는 하나의 그룹 내에 세 개의 배터리 셀들이 포함되는 점을 제외하면 도 9b에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 9c를 참조하면, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 또, 상기 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)에 이웃하는 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)과 캐소드들(110c)이 각각 일직선 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 그룹(G1)의 배터리 셀들(100)의 애노드들(110a)은 제 2 그룹(G2)의 배터리 셀들(100)의 캐소드들(110c)과 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이들은 하나의 버스바(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 배터리 셀들(100)이 하나의 그룹으로서 병렬 연결되는 경우에도 셀 리드들(110)이 절곡될 필요가 없어 부품들의 신뢰성이 크게 향상될 수 있다. 또한, PCB와 같은 기판 상에 배치된 버스바와의 단순 결합에 의해 배터리들이 연결될 수 있기 때문에 부품수가 감소한다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.
도 11은 본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 배터리 셀들(100)의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 복수의 배터리 셀들(100)은 각각 제 1 방향(예를 들면 x축 방향)으로 적층 배열된 제 1 셀 스택(ST1)과 제 2 셀 스택(ST2)을 포함한다. 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 연장되며 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로의 양단에 각각 셀 리드(110)를 포함한다. 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)은 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 연장되며 상기 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로의 양단에 각각 셀 리드(110)를 포함한다.
상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)은 제 2 방향(예를 들면 y축 방향)으로 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들의 일측의 셀 리드들(110)은 상기 제 2 셀 스택(ST2)과 마주할 수 있으며, 제 1 버스바들(200a)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들의 일측의 셀 리드들(110)은 상기 제 1 셀 스택(ST1)과 마주할 수 있으며, 제 2 버스바들(200b)에 의하여 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 셀 스택(ST1)의 배터리 셀들(100)의 전기적 연결과 상기 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위하여, 상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)은 하나의 PCB(352)를 공유할 수 있다.
상기 제 1 버스바들(200a)과 상기 제 2 버스바들(200b)은 하나의 PCB(352) 상에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 버스바들(200a)은 상기 PCB(352)의 일측 엣지를 따라 한 줄로 배열될 수 있고, 상기 제 2 버스바들(200b)은 상기 PCB(352)의 타측 엣지를 따라 한 줄로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 버스바들(200a)과 상기 제 2 버스바들(200b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제 1 셀 스택(ST1)과 상기 제 2 셀 스택(ST2)의 배터리 셀들(100)은 셀 리드(110)의 제 2 부분(112)이 상기 제 3 방향(예를 들면 z축 방향)에 수직인 평면 형상을 갖기 때문에 팩 케이스(300)에 배터리 셀들(100)을 결합한 이후에 전기적으로 상호 연결을 하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩은 부품 수가 간단하여 저렴하게 제조 가능하고, 생산성이 우수하며, 제품 고장의 우려가 적다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (12)

  1. 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서,
    상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 및
    상기 제 1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바들;
    을 포함하고,
    상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고,
    상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고,
    상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 크고, 상기 상기 버스바들의 각각은 상기 제 1 방향으로의 연장에 의하여 이웃하는 상기 제 2 부분들을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 제2 부분과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 제 3 방향에 있어서 상기 제 2 부분과 중첩되도록 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 버스바는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)에 의하여 지지된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 버스바는 후크 구조 또는 열융착에 의하여 상기 PCB에 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 PCB는 상기 PCB의 표면을 따라 연장되는 도전 라인을 포함하고,
    상기 도전 라인은 복수의 버스바들과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    서로 이웃하는 제 1 그룹의 배터리 셀들의 캐소드들과 서로 이웃하는 제 2 그룹의 배터리 셀들의 애노드들이 일직선 상에 배치되고,
    상기 제 1 그룹의 배터리 셀들의 캐소드들과 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들의 애노드들이 하나의 버스바에 의하여 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수는 상기 제 1 부분의 최대 치수의 약 2배 내지 약 20배인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 서로 수직하는 제 1 방향, 제 2 방향, 및 제 3 방향으로 정의되는 수직 좌표계에서,
    상기 제 1 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 및
    상기 제 1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바들;
    을 포함하고,
    상기 배터리 셀들 중 이웃하는 적어도 두 개의 배터리 셀들의 각각은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 일측으로부터 상기 제 2 방향으로 돌출된 셀 리드를 포함하고,
    상기 버스바는 상기 제 3 방향으로의 용접에 의하여 상기 셀 리드의 적어도 일부분과 결합된 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 셀 리드는 상대적으로 상기 커버에 가까운 제 1 부분 및 상대적으로 상기 커버로부터 더 멀리 이격된 제 2 부분을 포함하고,
    상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 부분의 최대 치수가 상기 제 1 부분의 최대 치수보다 더 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들은 제 1 셀 스택과 제 2 셀 스택을 포함하고,
    상기 제 1 셀 스택과 상기 제 2 셀 스택은 상기 제 2 방향으로 이격 배치되고,
    상기 제 1 셀 스택과 상기 제 2 셀 스택은 이들의 사이에 배치된 하나의 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 공유하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 PCB 상에는 상기 제 1 셀 스택을 위한 복수의 버스바들이 상기 제 1 방향으로 1열 배치되고,
    상기 제 1 셀 스택을 위한 복수의 버스바들과 평행하게 상기 제 2 셀 스택을 위한 복수의 버스바들이 상기 제 1 방향으로 1열 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
PCT/KR2023/019481 2022-12-02 2023-11-29 배터리 팩 WO2024117787A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0167137 2022-12-02
KR20220167137 2022-12-02
KR10-2023-0038229 2023-03-23
KR1020230038229A KR20240082987A (ko) 2022-12-02 2023-03-23 배터리 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024117787A1 true WO2024117787A1 (ko) 2024-06-06

Family

ID=91324657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/019481 WO2024117787A1 (ko) 2022-12-02 2023-11-29 배터리 팩

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024117787A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100846074B1 (ko) * 2005-05-09 2008-07-14 주식회사 엘지화학 파우치형 전지의 입체형 전극단자
KR101565115B1 (ko) * 2014-03-31 2015-11-02 (주)탑전지 배터리 팩 및 그 제조 방법
KR20160026469A (ko) * 2014-09-01 2016-03-09 에스케이이노베이션 주식회사 저전압 센싱모듈 일체형 버스바를 구비한 배터리모듈
KR20190085343A (ko) * 2018-01-10 2019-07-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR20200141918A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 엘지화학 안전성 개선용 터미널 버스바, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100846074B1 (ko) * 2005-05-09 2008-07-14 주식회사 엘지화학 파우치형 전지의 입체형 전극단자
KR101565115B1 (ko) * 2014-03-31 2015-11-02 (주)탑전지 배터리 팩 및 그 제조 방법
KR20160026469A (ko) * 2014-09-01 2016-03-09 에스케이이노베이션 주식회사 저전압 센싱모듈 일체형 버스바를 구비한 배터리모듈
KR20190085343A (ko) * 2018-01-10 2019-07-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR20200141918A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 엘지화학 안전성 개선용 터미널 버스바, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017078437A1 (ko) 이차 전지용 파우치 외장재
WO2017217641A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
WO2014104728A1 (ko) 내구성 향상을 위해 실링 마진을 가진 파우치형 이차 전지
WO2019245214A1 (ko) 이차 전지 및 버스바를 포함한 배터리 모듈
WO2018225920A1 (ko) 배터리 모듈
WO2015005652A1 (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 전지 및 디바이스
WO2013151233A1 (ko) 배터리셀
WO2021182779A1 (ko) 버스바를 구비한 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 자동차
WO2019031723A1 (ko) 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 제조 방법
WO2021071056A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021080126A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2018030835A1 (ko) 이차 전지
WO2024117787A1 (ko) 배터리 팩
WO2022164119A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2024117786A1 (ko) 배터리 팩 및 그의 제조 방법
WO2022203232A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022075584A1 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2024117788A1 (ko) 배터리 팩 및 그의 제조 방법
WO2024117793A1 (ko) 배터리 팩 및 그의 제조 방법
WO2020246716A1 (ko) 이차전지
WO2024117795A1 (ko) 배터리 팩 및 그의 제조 방법
KR20240082987A (ko) 배터리 팩
WO2023136496A1 (ko) 안전성이 향상된 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2024010425A1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2019045365A1 (ko) 열전달 부재를 포함하는 파우치형 이차전지