WO2024117835A1 - Ctp 타입의 고에너지 밀도 전지팩 - Google Patents

Ctp 타입의 고에너지 밀도 전지팩 Download PDF

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박준희
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a CTP type high energy density battery pack. Specifically, it relates to a CTP (cell to pack) type high energy density battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series and the plurality of battery cells are manufactured directly into a pack without a separate module.
  • CTP cell to pack
  • a typical battery pack consists of a plurality of battery cells to create a battery module, and the battery modules are connected to manufacture the battery pack.
  • Battery cells are manufactured, battery modules are manufactured at a separate manufacturing company or on a separate assembly line, and these are then assembled into battery packs.
  • the battery module also has an individual case for its own insulation and safety, which takes up space and increases weight.
  • Conventional battery modules or battery packs containing them use bus bars to electrically connect battery cells. The bus bar requires space for separate electrical connections within the battery module or battery pack, as well as parts and space for insulation.
  • Battery packs according to the prior art are manufactured in the following steps: 1) battery cells, battery modules, and battery packs, but the steps are complicated and manufacturing efficiency is low. 2) A separate battery module in the form of an intermediate part is used, which wastes space and increases weight. 3) A separate bus bar is required to connect the battery cells, so space for this and additional parts and space to insulate the bus bars are required.
  • the battery pack according to the prior art has many areas that need to be improved not only in terms of energy density but also in manufacturing.
  • Patent Document 1 discloses a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a pack case for accommodating the battery cell stack, an ICB housing (Inter-connected Board Housing) for extracting and arranging electrode terminals of the plurality of battery cells, and the It relates to a battery pack including an ICB block (Inter-connected Board Block) mounted on an ICB housing and in direct contact with the electrode terminal.
  • ICB housing Inter-connected Board Housing
  • Patent Document 1 does not construct a battery module but constructs a battery pack directly from the battery cells.
  • a bus bar is required to connect the battery cells, and a separate ICB housing must be provided to mount the bus bar and the sensing wire. Additionally, there is the inconvenience of having to connect the bus bar and electrode lead separately.
  • Patent Document 2 also constructs a battery pack directly from battery cells without constructing a battery module. Patent Document 2 also requires that the bus bar and electrode lead be connected respectively, and a separate housing must be provided to configure the bus bar, etc.
  • Patent Document 3 discloses a battery module in which electrode leads of adjacent battery cells are connected to each other through welding, and these battery cells are bent in a zigzag structure to form a battery cell stack. Since the electrode leads are welded and the battery cells are stacked by bending in a zigzag manner, it is most important to maintain the bond between the electrode leads. Patent Document 3 does not seem to recognize this problem, and therefore does not suggest a solution to it.
  • Patent Document 3 constructs a battery module and manufactures it into a battery pack, and appears to utilize a conventional bus bar and bus bar frame in the process of constructing the battery module.
  • Patent Document 4 discloses a cell stack having battery cells stacked in one direction, one or more lead overlaps formed by overlapping the electrode leads of the battery cells, and one or more sensing parts directly connected to the one or more lead overlaps. It includes a voltage sensing member including a, wherein each lead overlapping portion and each sensing part are fixedly coupled to each other using a rivet member.
  • Patent Document 4 uses a rivet member to not only couple the electrode leads to each other, but also to couple the sensing member together.
  • Patent Document 4 states that each battery cell must first be mounted in a certain case of a battery module or battery pack, and a support frame that supports them and can be combined with a rivet member is required, so there is a problem of needing a separate space. there is.
  • the prior art is a high energy density battery pack that 1) increases manufacturing efficiency, 2) not only uses space efficiently but also reduces weight, and 3) improves high energy density battery packs without using separate components such as bus bars.
  • Technology for high-density battery packs has not been presented.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 2021-0107313 (2021.09.01)
  • Patent Document 2 China Utility Model Gazette No. 214477692 (2021.10.22)
  • Patent Document 3 Republic of Korea Patent Publication No. 2022-0017643 (2022.02.14)
  • Patent Document 4 Republic of Korea Patent Publication No. 2022-0012033 (2022.02.03)
  • the present invention is intended to solve the above problems, and in the high energy density battery pack, 1) increases manufacturing efficiency, 2) not only uses space efficiently, but also reduces weight, and 3) separate parts such as bus bars are used.
  • the purpose is to provide an improved high energy density battery pack that does not use.
  • the present invention provides a battery cell laminate formed by stacking a plurality of pouch-type battery cells with electrode leads protruding on both sides in one direction, and both ends of the battery cell laminate where the electrode leads protrude.
  • the battery pack including an internal connecting member coupled to, the battery cell stack, and a pack frame accommodating the internal connecting member,
  • first and second electrode leads protruding from neighboring first and second battery cells are bent in different directions to form welds at overlapping portions, and the battery
  • the cell stack includes all the battery cells that make it up connected in series in a zigzag pattern, and the internal connecting member provides a battery pack that includes an insulating cover that blocks the electrode lead from the outside and a sensing member that is electrically connected to the welded portion. do.
  • One of the first electrode lead and the second electrode lead may be a positive electrode lead, and the other may be a negative electrode lead.
  • the battery cell stack is stacked with the pouch-type battery cells arranged vertically, and may include a power relay essay inside the pack frame.
  • the power relay essay connects the terminal anode and terminal cathode of the battery cell stack, and may include a connection port, a relay, and a fuse for electrical connection to the outside.
  • a BMS is disposed on at least one of the four side ends of the battery cell stack, excluding the two ends coupled to the internal connection member, and the BMS may be connected to the sensing member.
  • the sensing member may include a PCB or FPCB disposed along the inside of the insulating cover, a connecting portion extending from the PCB or FPCB, or electrically connected to the PCB or FPCB, and each connected in parallel with the welded portion.
  • connection portion, the first electrode lead, and the second electrode lead may be coupled by at least one of bolting, welding, and clamping.
  • the welding unit places a front welding jig having a cut first guide groove on the front of the bent and overlapping portion, and a rear welding jig having a second guide groove indented at a position corresponding to the first guide groove. After being placed on the back of the bent and overlapped portion, the front welding jig and the rear welding jig are pressed against each other to press the bent and overlapped portion, and a laser is irradiated to the first guide groove to proceed with welding. It can be.
  • the present invention also includes the steps of 1) forming a battery cell stack by stacking a plurality of pouch-type battery cells with electrode leads protruding on both sides in one direction; 2) both ends of the battery cell stack with the electrode leads protruding; combining the internal connection member, 3) connecting the sensing member of the internal connection member and each battery cell of the battery cell stack, 4) storing the battery cell stack and the internal connection member in a pack frame.
  • a battery pack including the step of:
  • Step 1) is a step of arranging the first battery cell and the second battery cell in the horizontal direction and overlapping the first electrode lead protruding from the first battery cell and the second electrode lead protruding from the second battery cell. , welding a first overlapping portion of the first electrode lead and the second electrode lead, bending the first electrode lead and the second electrode lead based on the first overlapping portion to form the first battery cell and the second electrode lead.
  • a method of manufacturing a battery pack is provided including the step of vertically arranging two battery cells, and bonding the first battery cell and the second battery cell to each other by an adhesive member.
  • all battery cells constituting the battery cell stack may be connected in series in a zigzag shape.
  • step 3) and step 4) or after step 4 the step of connecting the terminal anode and terminal cathode of the battery cell stack to the power relay essay and storing the power relay essay in the pack frame. can be added.
  • the present invention can also be provided in various combinations of means for solving the above problems.
  • the present invention manufactures a battery cell stack in advance by connecting a plurality of pouch-type battery cells in series in a zigzag manner, places it inside the pack frame of a battery pack, combines the internal connection members, and then connects the sensing member and the sensing member. Assembly of the battery pack is completed by connecting the terminal anode and terminal cathode of the battery cell stack to the power relay essay and then assembling the pack frame.
  • the battery pack according to the present invention is assembled directly from the battery cell to the battery pack, and the assembly step is also simple, so manufacturing efficiency is high.
  • the battery pack according to the present invention does not have a separate bus bar, so there is no need for a bus bar frame for the bus bar, and only a sensing member is needed to connect only the sensing terminals for each battery cell in the battery cell stack.
  • the sensing member also uses a single PCB or FPCB disposed inside the internal connection member, so the connection process is simple and can be connected close to the PCB or FPBC.
  • connection ports for electrical connection to the outside are also included inside the pack frame, so not only does it occupy less space due to the small number and type of parts, but it also uses the space itself efficiently, compared to conventional battery packs. In comparison, the energy storage capacity is very high compared to the autonomous space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery pack according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view of the battery pack according to the present invention with the upper plate removed.
  • Figure 4 is a top view of the battery pack according to Figure 3.
  • Figure 5 is a perspective view of a battery cell stack used in a battery pack according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a partially assembled battery cell stack used in a battery pack according to the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the process of assembling the battery cell stack used in the battery pack according to the present invention.
  • Figure 8 is a schematic diagram of a jig combined to form a weld.
  • Figure 9 is a perspective view of a jig used to form a weld.
  • Figure 10 is a top view showing a state in which two pouch-type battery cells are combined.
  • Figure 11 is a top view showing a state in which a plurality of pouch-type battery cells are combined in a zigzag manner.
  • Figure 12 is an exploded perspective view of the battery cell stack and the internal connection member.
  • Figure 13 is a perspective view and partially enlarged view of the battery cell stack and internal connection member combined.
  • FIG. 14 is a vertical cross-sectional view taken along AA′ of FIG. 3.
  • Figure 15 is a projection view showing the part where the sensing member and the electrode lead are joined.
  • Figure 16 is a front view with the internal connecting member in Figure 15 removed.
  • Figure 1 is a perspective view of a battery pack according to the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery pack according to the present invention
  • Figure 3 is a perspective view of the battery pack according to the present invention with the upper plate removed
  • Figure 4 is a perspective view of the battery pack according to the present invention.
  • Figure 3 is a top view of the battery pack
  • Figure 5 is a perspective view of the battery cell stack used in the battery pack according to the present invention
  • Figure 6 is a partially assembled battery cell stack used in the battery pack according to the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the process of assembling the battery cell stack used in the battery pack according to the present invention
  • Figure 8 is a schematic diagram of the jig in a state combined to form a weld
  • Figure 9 is a schematic diagram of the process of assembling the battery cell stack used in the battery pack according to the present invention.
  • Figure 10 is a top view showing a state in which two pouch-type battery cells are combined
  • Figure 11 is a top view showing a state in which multiple pouch-type battery cells are combined in a zigzag manner.
  • Figure 12 is an exploded perspective view of the battery cell stack and the internal connection member
  • Figure 13 is a perspective view and partially enlarged view of the battery cell stack and the internal connection member in a combined state
  • Figure 14 is a view according to AA' in Figure 3. It is a vertical cross-sectional view
  • Figure 15 is a projection view showing the part where the sensing member and the electrode lead are joined
  • Figure 16 is a front view with the internal connection member removed from Figure 15.
  • the battery pack 100 is a battery cell stack formed by stacking a plurality of pouch-type battery cells 22 with electrode leads 24 protruding on both sides in one direction. 20), an internal connecting member coupled to both ends of the battery cell stack 20 on which the electrode lead 24 protrudes, a pack frame storing the battery cell stack 20 and the internal connecting member, and a battery
  • the cell stack 20 has first electrode leads 24A and second electrode leads 24B protruding from neighboring first battery cells 22A and 22B, respectively, in different directions.
  • a welded portion 28 is formed at the bent and overlapped portion, and the entire battery cell 22 constituting the battery cell stack 20 is connected in series in a zigzag shape, and the internal connecting member is the electrode lead ( It includes insulating covers (42A, 42B) that block 24) from the outside and a sensing member electrically connected to the welding portion (28).
  • the internal connecting member which is not given a reference number, includes insulating covers (42A, 42B) that block the electrode lead (24) from the outside and a sensing member that is electrically connected to the welded portion (28).
  • the sensing member without a reference number is a PCB (46) or FPCB disposed along the inside of the insulating cover (42A, 42B), the PCB (46) or FPCB extends, or is electrically connected to the PCB (46) or FPCB. It is configured to include connection parts 48 connected in parallel with the welding parts 28, respectively.
  • the pack frame without reference numerals includes a side fixing part 62, an upper plate 66, and a lower plate 64.
  • a spare space is formed between the welded portion 28 and the battery cell stack 20.
  • first electrode lead 24A and the second electrode lead 24B is a positive electrode lead, and the other is a negative electrode lead.
  • the overlapping portion 26A of the first electrode lead 24A and the second electrode lead 24B, where the weld portion 28 is formed, directly faces the battery cell stack 20.
  • a thermally conductive resin layer (not shown) is added between the battery cell stack 20 and the lower plate 64 to transfer heat while fixing the battery cell stack 20 to the lower plate 64.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the process of assembling the battery cell stack used in the battery pack according to the present invention.
  • the first battery cell 22A and the second battery cell 22B are arranged in the horizontal direction, and the first electrode lead 24A and the second battery cell protrude from the first battery cell 22A.
  • Second electrode lead (24B) Overlapping the second electrode lead (24B) protruding from (22B), welding the first electrode lead (24A) and the first overlapping portion (26A) of the second electrode lead (24B), first overlapping portion Vertically arranging the first battery cell (22A) and the second battery cell (22B) by bending the first electrode lead (24A) and the second electrode lead (24B) based on (26A), and the first battery cell It may include the step of coupling the second battery cell 22A and the second battery cell 22B to each other by an adhesive member (not shown).
  • the next step is to arrange the second battery cell 22B and the third battery cell 22C in the horizontal direction, and the third electrode lead 24C and the third battery cell 22C protruding from the second battery cell 22B. ), overlapping the fourth electrode lead (24D) protruding from, welding the third electrode lead (24C) and the second overlapping portion (26B) of the fourth electrode lead (24D), and the second overlapping portion ( Vertically arranging the second battery cell (22B) and the third battery cell (22C) by bending the third electrode lead (24C) and the fourth electrode lead (24D) based on (26B), and the second battery cell (22B) 22B) and the third battery cell (22C) are coupled to each other by an adhesive member (not shown), and the direction of bending the first electrode lead (24A) and the second electrode lead (24B) The bending directions of the third electrode lead 24C and the fourth electrode lead 24D based on the two overlapping portions 26B form a zigzag structure. Afterwards, stacking of battery cells
  • the second electrode lead (24B) and the third electrode lead (24C) have different polarities, and the second electrode lead (24B) and the third electrode lead (24C) are based on the longitudinal direction of the second battery cell (22B). are located at different ends.
  • the battery cell stack 20 is a stack of pouch-type battery cells 22 arranged vertically, and includes a power relay essay 80 inside the pack frame.
  • the power relay essay 80 has the terminal anode 82 and the terminal cathode 82 of the battery cell stack 20 connected in series as a whole, a connection port 84 for electrical connection to the outside, and a relay (drawing). number not shown) and a fuse (not shown).
  • the pack frame includes a side fixing part 62, an upper plate 66, and a lower plate 64, and the upper plate 66 has a power relay 80 for a connection port 84 for electrical connection to the outside.
  • the disposed portion includes an open opening 67 .
  • a BMS 30 is disposed on at least one of the four side ends of the battery cell stack 20, excluding the two ends coupled to the internal connection member.
  • the drawing shows that the BMS is disposed at only one of the two ends.
  • the BMS 30 is connected to the sensing member.
  • connection portion 48, the first electrode lead 24A, and the second electrode lead 24B are coupled by at least one of bolting, welding, and clamping.
  • the drawing shows a clamping coupling 49 (see FIGS. 15 and 16). Since the form in which the pouch-type battery cells 22 of the battery cell stack 20 are stacked is repeated, the configuration of the connection portion is also repeated.
  • FIGS 8 to 11 illustrate the configuration for connecting pouch-type battery cells in a zigzag manner.
  • the welding portion 28 is formed by placing a front welding jig 52 with cut first guide grooves 54 and 54A on the front of the bent and overlapping portion, and positioned at a position corresponding to the first guide grooves 54 and 54A.
  • the front welding jig 52 and the rear welding jig 56 are pressed against each other.
  • the bent and overlapped portion is pressed, and a laser is irradiated to the first guide groove 54 to proceed with welding.
  • the first guide groove (54A) simply forms a hole, which is for the clamping coupling (49).
  • the front welding jig 52 and the rear welding jig 56 are made of a material with a higher melting point than copper and aluminum.
  • the manufacturing method of the battery pack 100 is 1) stacking a plurality of pouch-type battery cells 22 with electrode leads 24 protruding on both sides in one direction to form a battery cell stack 20. Step, 2) coupling the internal connection member to both ends of the battery cell stack 20 where the electrode lead 24 protrudes, 3) connecting the sensing member of the internal connection member and each battery of the battery cell stack 20 It includes the steps of connecting the cells 22, and 4) storing the battery cell stack 20 and the internal connecting member in the pack frame.
  • step 1) the first battery cell (22A) and the second battery cell (22B) are arranged in the horizontal direction, and the first electrode lead (24A) and the second battery cell (24A) protrude from the first battery cell (22A).
  • step 2) overlapping the second electrode lead (24B) protruding from 22B, welding the first overlap portion (26A) of the first electrode lead (24A) and the second electrode lead (24B), first overlap portion ( Vertically arranging the first battery cell (22A) and the second battery cell (22B) by bending the first electrode lead (24A) and the second electrode lead (24B) based on 26A), and the first battery cell ( 22A) and the second battery cell 22B are coupled to each other by an adhesive member (not shown).
  • the pouch-type battery cells 22 are continued to be stacked in the same manner, and the battery cell stack 20 is formed with all battery cells 22 constituting it connected in series in a zigzag shape.
  • step 3) and step 4) or after step 4 the terminal positive electrode 82 and terminal negative electrode 82 of the battery cell stack 20 are connected to the power relay essay 80, and the power relay A step of storing the essay 80 in the pack frame is added.
  • Figure 12 is an exploded perspective view of the battery cell stack and the internal connection member
  • Figure 13 is a perspective view and partially enlarged view of the battery cell stack and the internal connection member in a combined state
  • Figure 14 is a vertical cross-sectional view taken along AA' of Figure 3.
  • FIG. 15 is a projection view showing the part where the sensing member and the electrode lead are joined
  • FIG. 16 is a front view with the internal connection member removed from FIG. 15.
  • two insulating covers 42A and 42B are joined to both ends of the battery cell stack 20 where the electrode leads 24 protrude. At this time, a portion of the insulating covers 42A and 42B is inserted into the free space between the welded portion 28 and the battery cell stack 20 (see FIG. 11) to support the electrode lead 24.
  • the PCB (46) is located inside the insulating cover (42B) through the PCB groove (43B) before or after the insulating covers (42A, 42B) are combined. If the connection part 48 connected to the PCB 46 is also located in the free space between the welding part 28 and the battery cell stack 20, the PCB 46 is located in the PCB groove 43B before the insulating covers 42A and 42B are combined. ) must be located inside the insulating cover (42B).
  • the insulating cover 42B is provided with a work groove 43A so that each position corresponding to the welded portion 28 can be accessed.
  • the electrode lead 42 and the connection portion 48 can be clamped (49) through the work groove (43A).

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Abstract

본원발명은 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부 연결부재, 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 전지팩을 제공한다. 본원발명에 따른 전지팩은 1)제조의 휴율성이 높고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화 되었고, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 점에서 차별성이 있다.

Description

CTP 타입의 고에너지 밀도 전지팩
본 출원은 2022년 12월 2일자 한국 특허 출원 제2022-0166712호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 CTP 타입의 고에너지 밀도 전지팩에 관한 것이다. 구체적으로 다수의 전지셀이 직렬로 연결되며, 별도의 모듈이 없이 상기 다수의 전지셀을 바로 팩으로 제조한 CTP(cell to pack) 타입 고에너지 밀도 전지팩에 관한 것이다.
통상적인 전지팩은 다수의 전지셀을 구성하여 전지모듈을 만들고, 상기 전지모듈을 다수 연결하여 전지팩을 제조한다. 전지셀을 제조하고, 별도의 제조회사 또는 별도의 조립 라인에서 전지모듈을 제작한 후 이를 다시 전지팩으로 구성한다. 전지모듈은 또한 자체의 절연과 안전성을 위해서 개별 케이스를 구비하고 있는바, 이에 따른 공간을 차지하고 무게가 증가한다. 종래의 전지모듈 또는 이를 포함하는 전지팩은 전지셀의 전기적 연결을 위해서 버스바를 사용한다. 버스바는 전지모듈 또는 전지팩 내에서 별도의 전기적 연결을 위한 공간, 절연을 위한 부속 및 공간 등이 필요하다.
고에너지 밀도의 전지팩을 제공하기 위해서는 공간을 효율적으로 사용하는 것이 최우선 과제이다. 종래기술에 따른 전지팩은 1) 전지셀, 전지모듈, 전지팩이라는 단계로 제조되는바, 단계가 복잡하고 제조의 효율성이 낮다. 2) 중간 부품 형태인 별도의 전지모듈을 사용하는바, 공간이 낭비되고 무게 또한 증가한다. 3) 전지셀을 연결하기 위한 별도의 버스바가 필요한바, 이를 위한 공간 및 버스바끼리의 절연을 위한 추가 부속 및 공간이 필요하다.
이와 같이 종래기술에 따른 전지팩은 에너지 밀도는 물론 제조에 있어서도 개선되어야 할 부분이 많다.
특허문헌 1은 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 스택, 상기 전지셀 스택을 수용하는 팩케이스, 상기 복수의 전지셀들의 전극단자를 인출하여 배치하는 ICB 하우징(Inter-connected Board Housing), 및 상기 ICB 하우징에 장착되고 상기 전극단자와 직접 접촉하는 ICB 블록(Inter-connected Board Block)을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
특허문헌 1은 전지모듈을 구성하지 않고 전지셀로부터 바로 전지팩을 구성하고 있으나, 전지셀들을 연결하기 위한 버스바가 필요하고, 상기 버스바와 센싱와이어를 장착하기 위한 별도의 ICB 하우징이 구비되어야 한다. 또한, 버스바와 전극리드를 각각 연결해야 하는 번거로움이 있다.
특허문헌 2 또한 전지모듈을 구성하지 않고 전지셀로부터 바로 전지팩을 구성하고 있다. 특허문헌 2도 버스바와 전극리드를 각각 연결해야 하며, 버스바 등의 구성을 위한 별도의 하우징이 구비되어야 한다.
특허문헌 3은 인접한 전지셀의 전극리드끼리 용접을 통해 연결되고, 이러한 전지셀을 지그재그 구조로 벤딩하여 전지셀 적층체를 형성하는 전지모듈을 개시하고 있다. 전극리드를 용접하고 전지셀을 지그재그로 벤딩하여 적층하는바, 전극리드끼리 결착을 유지하는 것이 무엇보다 중요하다. 특허문헌 3은 이러한 문제점을 인식하지 못한 것으로 보이며, 따라서 이에 대한 해결책도 제시하지 못하고 있다.
한편, 특허문헌 3은 전지모듈을 구성하고 이를 전지팩으로 제조하고 있으며, 전지모듈을 구성하는 과정에서 종래의 버스바 및 버스바 프레임을 활용하는 것으로 보인다.
특허문헌 4는 일 방향으로 적층된 전지셀들과, 상기 전지셀들의 전극리드들이 상호 포개져서 형성된 리드 중첩부를 하나 이상 구비하는 셀 적층체 및 하나 이상의 상기 리드 중첩부에 직접 연결되는 하나 이상의 센싱파트를 구비하는 전압 센싱부재를 포함하고, 각 상기 리드 중첩부와 각 상기 센싱파트는 리벳부재로 고정 결합되어 있다.
특허문헌 4는 리벳부재를 사용하여 전극리드끼리 결합할뿐만 아니라, 센싱부재도 같이 결합하고 있다. 특허문헌 4는 각각의 전지셀을 전지모듈 또는 전지팩의 일정한 케이스에 장착을 먼저 해야 하며, 이들을 지지하고 리벳부재와 같이 결합할 수 있는 지지프레임이 필요하다는 점에서 별도의 공간이 필요하다는 문제가 있다.
이와 같이 종래기술은 고에너지 밀도 전지팩에 있어서, 1) 제조의 효율성을 높이고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화 하며, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 개선된 고에너지 밀도 전지팩에 대한 기술을 제시하지 못하고 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)대한민국 공개특허공보 제2021-0107313호 (2021.09.01)
(특허문헌 2)중국 실용신안공보 제214477692호 (2021.10.22)
(특허문헌 3)대한민국 공개특허공보 제2022-0017643호 (2022.02.14)
(특허문헌 4)대한민국 공개특허공보 제2022-0012033호 (2022.02.03)
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 고에너지 밀도 전지팩에 있어서, 1) 제조의 효율성을 높이고, 2) 공간을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 경량화하며, 3) 버스바 등의 별도의 부품을 사용하지 않는 개선된 고에너지 밀도 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본원발명은 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재, 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하는 전지팩에 있어서,
상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드일 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 상기 파우치형 전지셀이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고, 상기 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이를 포함할 수 있다.
상기 파워릴레이 에세이는 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트, 릴레이, 및 퓨즈를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 4개의 측면 단부 중 상기 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS가 배치되며, 상기 BMS는 상기 센싱부재와 연결될 수 있다.
상기 센싱부재는 상기 절연커버의 내부를 따라서 배치되는 PCB 또는 FPCB, 상기 PCB 또는 FPCB가 연장되거나 PCB 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부와 각각 병렬로 연결된 연결부를 포함할 수 있다.
상기 연결부와 상기 제1전극리드, 및 상기 제2전극리드는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합될 수 있다.
상기 용접부는 절개된 제1가이드홈이 형성된 전면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고, 상기 제1가이드홈과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈이 형성된 후면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후, 상기 전면 용접지그와 상기 후면 용접지그를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고, 상기 제1가이드홈에 레이저를 조사하여 용접은 진행하여 형성될 수 있다.
본원발명은 또한 1) 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계, 2) 상기 전지셀 적층체 중 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계, 3) 상기 내부연결부재의 센싱부재와 상기 전지셀 적층체 각각의 전지셀을 연결하는 단계, 4) 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법에 있어서,
상기 단계 1)은 제1전지셀과 제2전지셀을 수평 방향으로 배열하고, 상기 제1전지셀로부터 돌출되는 제1전극리드와 상기 제2전지셀로부터 돌출되는 제2전극리드를 중첩시키는 단계, 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 제1중첩부를 용접하는 단계, 상기 제1중첩부를 기준으로 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드를 벤딩하여 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 수직 배열하는 단계, 및 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀이 접착부재에 의해 서로 결합되는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법을 제공한다.
상기 전지팩의 제조방법에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결될 수 있다.
상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에, 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이를 상기 팩프레임에 수납하는 단계가 부가될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명은 다수의 파우치형 전지셀을 지그재그로 직렬로 연결한 전지셀 적층체를 미리 제조하고 이를 전지팩의 팩프레임 내부에 배치하고, 내부연결부재를 결합한 후 센싱부재와 상기 전지셀 적층체의 말단 양극 및 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결한후 팩프레임을 조립하면 전지팩의 조립이 완료된다. 이와 같이 본원발명에 따른 전지팩은 전지셀에서 전지팩으로 바로 조립하며, 또한 조립하는 단계 또한 간단한바 제조의 효율성이 높다.
본원발명에 따른 전지팩은 별도의 버스바가 없는바, 버스바를 위한 버스바 프레임이 필요 없고, 전지셀 적층체내 각각의 전지셀에 대한 센싱 단자만을 연결하기 위한 센싱부재만이 필요하다. 센싱부재 또한 내부연결부재 내부에 배치되는 하나의 PCB 또는 FPCB를 사용하여 연결하는 과정이 단순할 뿐만 아니라 상기 PCB 또는 FPBC에서 근접하여 연결이 가능하다. 본원발명은 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트 또한 팩프레임 내부에 모두 포함되어 있는바, 부품의 종류 및 갯수가 적어 차지하는 공간이 적을 뿐만 아니라 공간 자체를 효율적으로 사용하고 있는바, 종래의 전지팩에 대비하여 자치하는 공간 대비 에너지 저장량이 매우 높다.
도 1은 본원발명에 따른 전지팩의 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 전지팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본원발명에 따른 전지팩에서 상부플레이트를 제거한 전지팩의 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 전지팩의 상면도이다.
도 5는 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체의 사시도이다.
도 6은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체가 일부 조립된 형태의 사시도이다.
도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이다.
도 8은 용접부를 형성하기 위해서 지그가 결합된 상태의 모식도이다.
도 9는 용접부를 형성하기 위해서 사용되는 지그에 대한 사시도이다.
도 10은 2개의 파우치형 전지셀이 결합된 상태를 나타내는 상면도이다.
도 11은 다수의 파우치형 전지셀이 지그재그로 결합된 상태를 나타내는 상면도이다.
도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이다.
도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이다.
도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이다.
도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 본원발명의 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원발명에 따른 전지팩의 사시도이며, 도 2는 본원발명에 따른 전지팩의 분해 사시도이고, 도 3은 본원발명에 따른 전지팩에서 상부플레이트를 제거한 전지팩의 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 전지팩의 상면도이고, 도 5는 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체의 사시도이며, 도 6은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체가 일부 조립된 형태의 사시도이고, 도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이며, 도 8은 용접부를 형성하기 위해서 지그가 결합된 상태의 모식도이고, 도 9는 용접부를 형성하기 위해서 사용되는 지그에 대한 사시도이며, 도 10은 2개의 파우치형 전지셀이 결합된 상태를 나타내는 상면도이고, 도 11은 다수의 파우치형 전지셀이 지그재그로 결합된 상태를 나타내는 상면도이며, 도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이고, 도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이며, 도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이고, 도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이며, 도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
도 1 내지 도 16를 참조하면, 본원발명에 따른 전지팩(100)은 양측에 전극리드(24)가 돌출된 파우치형 전지셀(22) 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체(20), 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재, 전지셀 적층체(20) 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임을 포함하고, 전지셀 적층체(20)는 서로 이웃하는 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)에서 각각 돌출된 제1전극리드(24A) 및 제2전극리드(24B)가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부(28)를 형성하고, 상기 전지셀 적층체(20)는 이를 구성하는 전체 전지셀(22)이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며, 상기 내부연결부재는 상기 전극리드(24)를 외부와 차단하는 절연커버(42A, 42B) 및 상기 용접부(28)와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함한다.
도면 부호가 부기되지 않은 내부연결부재는 상기 전극리드(24)를 외부와 차단하는 절연커버(42A, 42B) 및 상기 용접부(28)와 전기적으로 연결된 센싱부재를 포함하는 구성이다.
도면 부호가 부기되지 않은 센싱부재는 상기 절연커버(42A, 42B)의 내부를 따라서 배치되는 PCB(46) 또는 FPCB, 상기 PCB(46) 또는 FPCB가 연장되거나 PCB(46) 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부(28)와 각각 병렬로 연결된 연결부(48)를 포함하는 구성이다.
도면 부호가 부기되지 않은 팩프레임은 측면 고정부(62), 상부플레이트(66), 하부플레이트(64)를 포함하는 구성이다.
용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이에는 여유 공간이 형성되어 있다.
제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B) 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드이다. 용접부(28)가 형성되는 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 중첩부(26A)는 전지셀 적층체(20)와 직접 마주보고 있다. 전지셀 적층체(20)와 하부플레이트(64) 사이에는 열전도성 수지층(도면 미도시)이 부가되어 전지셀 적층체(20)를 하부플레이트(64)에 고정하면서도 열을 전달할 수 있다.
도 7은 본원발명에 따른 전지팩에 사용되는 전지셀 적층체를 조립하는 과정에 대한 모식도이다. 도 7을 참고하면, 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수평 방향으로 배열하고, 제1전지셀(22A)로부터 돌출되는 제1전극리드(24A)와 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제2전극리드(24B)를 중첩시키는 단계, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 제1중첩부(26A)를 용접하는 단계, 제1중첩부(26A)를 기준으로 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하여 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수직 배열하는 단계, 및 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)이 접착부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 포함할 수 있다.
그 다음 단계는 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)을 수평 방향으로 배열하고, 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제3전극리드(24C)와 제3전지셀(22C)로부터 돌출되는 제4전극리드(24D)를 중첩시키는 단계, 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)의 제2중첩부(26B)를 용접하는 단계, 및 제2중첩부(26B)를 기준으로 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)를 벤딩하여 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)을 수직 배열하는 단계, 및 제2전지셀(22B)과 제3전지셀(22C)이 접착 부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 더 포함하고, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하는 방향과 제2중첩부(26B)를 기준으로 제3전극리드(24C)와 제4전극리드(24D)를 벤딩하는 방향은, 서로 지그재그 구조를 형성한다. 이후 동일한 과정에 의해서 전지셀의 적층이 계속된다.
제2전극리드(24B)와 제3전극리드(24C)는 서로 다른 극성을 가지고, 제2전극리드(24B)와 제3전극리드(24C)는 제2전지셀(22B)의 길이 방향을 기준으로 서로 다른 단부에 위치한다.
전지셀 적층체(20)는 파우치형 전지셀(22)이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고, 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이(80)를 포함한다. 파워릴레이 에세이(80)는 전체가 직렬로 연결된 전지셀 적층체(20)의 말단 양극(82)과 말단 음극(82)이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트(84), 릴레이(도면 번호 미도시), 퓨즈(도면 미도시)를 포함한다.
현재 도면에 나타낸 실시예는 전지셀 적층체(220)는 팩프레임 내부에 2개가 배치되고 이들 사이는 직렬로 연결된 것이다. 팩프레임은 측면 고정부(62), 상부플레이트(66), 하부플레이트(64)를 포함하며, 상부플레이트(66)는 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트(84)를 위해서 파워릴레이(80)가 배치된 부분은 개방된 개방부(67)를 포함한다.
전지셀 적층체(20)의 4개의 측면 단부 중 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS(30)가 배치된다. 도면에서는 2개의 단부 중 하나에만 BMS가 배치되는 것으로 나타나 있다. BMS(30)는 센싱부재와 연결되어 있다.
연결부(48)와 제1전극리드(24A), 및 제2전극리드(24B)는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합된다. 도면에서는 클램핑 결합(49)을 나타내고 있다(도 15, 16 참조). 전지셀 적층체(20)의 파우치형 전지셀(22)이 적층되는 형태가 반복되므로, 연결부의 구성도 반복된다.
도 8 내지 11은 파우치형 전지셀을 지그재그로 연결하기 위한 구성을 설명한 것이다. 용접부(28)는 절개된 제1가이드홈(54, 54A)이 형성된 전면 용접지그(52)를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고, 제1가이드홈(54, 54A)과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈(58)이 형성된 후면 용접지그(56)를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후, 전면 용접지그(52)와 후면 용접지그(56)를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고, 제1가이드홈(54)에 레이저를 조사하여 용접을 진행한다. 제1가이드홈(54A)는 단순히 구멍을 형성하고 있으며, 이는 클램핑 결합(49)을 위한 것이다. 전면 용접지그(52)와 후면 용접지그(56)는 구리 및 알루미늄보다 녹는점이 높은 재질로 이루어진다.
본원발명에 따른 전지팩(100)의 제조방법은 1) 양측에 전극리드(24)가 돌출된 파우치형 전지셀(22) 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체(20)를 형성하는 단계, 2) 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계, 3) 내부연결부재의 센싱부재와 전지셀 적층체(20) 각각의 전지셀(22)을 연결하는 단계, 4) 전지셀 적층체(20) 및 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계를 포함한다.
상기 단계 1)은 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수평 방향으로 배열하고, 제1전지셀(22A)로부터 돌출되는 제1전극리드(24A)와 제2전지셀(22B)로부터 돌출되는 제2전극리드(24B)를 중첩시키는 단계, 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)의 제1중첩부(26A)를 용접하는 단계, 제1중첩부(26A)를 기준으로 제1전극리드(24A)와 제2전극리드(24B)를 벤딩하여 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)을 수직 배열하는 단계, 및 제1전지셀(22A)과 제2전지셀(22B)이 접착부재(도면 미도시)에 의해 서로 결합되는 단계를 포함한다. 이후 파우치형 전지셀(22)을 동일한 방법으로 계속 적층하고 전지셀 적층체(20)는 이를 구성하는 전체 전지셀(22)이 직렬로 지그재그 형태로 연결된다.
상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에, 전지셀 적층체(20)의 말단 양극(82)과 말단 음극(82)을 파워릴레이 에세이(80) 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이(80)를 팩프레임에 수납하는 단계가 부가된다.
도 12는 전지셀 적층체와 내부연결부재의 분해사시도이고, 도 13은 전지셀 적층와 내부연결부재가 결합된 상태의 사시도 및 일부 확대도이며, 도 14는 도 3의 AA'에 따른 수직 단면도이고, 도 15는 센싱부재와 전극리드가 결합하는 부분을 보여주기 위한 투영도이며, 도 16은 도 15에서 내부연결부재를 제거한 상태의 정면도이다.
전지셀 적층체(20)가 조립된 후 전지셀 적층체(20) 중 전극리드(24)가 돌출된 양 단부에 2개로 나뉘어진 절연커버(42A, 42B)를 결합한다. 이 때 절연커버(42A, 42B)의 일부가 용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이의 여유 공간(도 11 참조)으로 삽입되어 전극리드(24)를 지지하게 된다. PCB(46)는 절연커버(42A, 42B)가 결합하기 전 또는 결합한 후 PCB홈(43B)를 통해서 절연커버(42B)의 내부에 위치한다. PCB(46)에 연결된 연결부(48) 또한 용접부(28)와 전지셀 적층체(20) 사이의 여유 공간으로 위치한다면 PCB(46)는 절연커버(42A, 42B)가 결합하기 전 PCB홈(43B)를 통해서 절연커버(42B)의 내부에 위치해야 한다.
절연커버(42B)는 용접부(28)에 해당하는 위치마다 접근할 수 있도록 작업홈(43A)를 구비하고 있다. 작업홈(43A)를 통해서 전극리드(42)와 연결부(48)을 클램핑 결합(49)할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 전지팩
20: 전지셀 적층체
22: 파우치형 전지셀
22A: 제1전지셀
22B: 제2전지셀
22C: 제3전지셀
24: 전극리드
24A: 제1전극리드
24B: 제2전극리드
24C: 제3전극리드
24D: 제4전극리드
26A: 제1중첩부
26B: 제2중첩부
28: 용접부
30: BMS
42A, 42B: 절연커버
43A: 작업홈
43B: PCB홈
46: PCB
48: 연결부
49: 클램핑 결합
52: 전면 용접지그
54, 54A: 제1가이드홈
56: 후면 용접지그
58: 제2가이드홈
62: 측면 고정부
64: 하부플레이트
66: 상부플레이트
67: 개방부
80: 파워릴레이 에세이
82: 말단 전극
84: 연결포트

Claims (11)

  1. 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개가 하나의 방향으로 적층되어 형성된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 결합하는 내부연결부재;
    상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 수납하는 팩프레임;
    을 포함하는 전지팩에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 서로 이웃하는 제1전지셀과 제2전지셀에서 각각 돌출된 제1전극리드 및 제2전극리드가 서로 다른 방향으로 각각 벤딩되어 중첩된 부분에 용접부를 형성하고,
    상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되며,
    상기 내부연결부재는 상기 전극리드를 외부와 차단하는 절연커버 및 상기 용접부와 전기적으로 연결된 센싱부재;를 포함하는 전지팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 중 하나는 양극리드이고, 다른 하나는 음극리드인 전지팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 상기 파우치형 전지셀이 수직으로 배치된 상태에서 적층된 것이고,
    상기 팩프레임 내부에 파워릴레이 에세이를 포함하는 전지팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파워릴레이 에세이는 상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극이 연결되고, 외부와 전기적 연결을 위한 연결포트, 릴레이, 및 퓨즈를 포함하는 전지팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체의 4개의 측면 단부 중 상기 내부연결부재와 결합하는 2개의 단부를 제외한 나머지 2개의 단부 중 적어도 하나에는 BMS가 배치되며,
    상기 BMS는 상기 센싱부재와 연결된 전지팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부재는,
    상기 절연커버의 내부를 따라서 배치되는 PCB 또는 FPCB;
    상기 PCB 또는 FPCB가 연장되거나 PCB 또는 FPCB와 전기적으로 연결되며 상기 용접부와 각각 병렬로 연결된 연결부;
    를 포함하는 전지팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부와 상기 제1전극리드, 및 상기 제2전극리드는 볼트 결합, 용접, 및 클램핑 중 적어도 하나 이상에 의해서 결합되는 전지팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는,
    절개된 제1가이드홈이 형성된 전면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 전면에 배치하고,
    상기 제1가이드홈과 대응되는 위치에 만입된 제2가이드홈이 형성된 후면 용접지그를 상기 벤딩되어 중첩된 부분의 후면에 배치한 후,
    상기 전면 용접지그와 상기 후면 용접지그를 서로 가압하여 상기 벤딩되어 중첩된 부분을 가압하고,
    상기 제1가이드홈에 레이저를 조사하여 용접을 진행하여 형성되는 전지팩.
  9. 1) 양측에 전극리드가 돌출된 파우치형 전지셀 복수개를 하나의 방향으로 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계;
    2) 상기 전지셀 적층체 중 상기 전극리드가 돌출된 양 단부에 내부연결부재를 결합하는 단계;
    3) 상기 내부연결부재의 센싱부재와 상기 전지셀 적층체 각각의 전지셀을 연결하는 단계;
    4) 상기 전지셀 적층체 및 상기 내부연결부재를 팩프레임에 수납하는 단계;
    를 포함하는 전지팩의 제조방법에 있어서,
    상기 단계 1)은,
    제1전지셀과 제2전지셀을 수평 방향으로 배열하고, 상기 제1전지셀로부터 돌출되는 제1전극리드와 상기 제2전지셀로부터 돌출되는 제2전극리드를 중첩시키는 단계,
    상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 제1중첩부를 용접하는 단계,
    상기 제1중첩부를 기준으로 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드를 벤딩하여 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 수직 배열하는 단계, 및
    상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀이 접착부재에 의해 서로 결합되는 단계를 포함하는 전지팩의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전지셀 적층체는 이를 구성하는 전체 전지셀이 직렬로 지그재그 형태로 연결되는 전지팩의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단계 3)과 상기 단계 4) 사이 또는 상기 단계 4) 이후에,
    상기 전지셀 적층체의 말단 양극과 말단 음극을 파워릴레이 에세이에 연결하고, 상기 파워릴레이 에세이를 상기 팩프레임에 수납하는 단계;
    가 부가되는 전지팩의 제조방법.
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