WO2024117848A1 - 배터리 어셈블리 - Google Patents

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WO2024117848A1
WO2024117848A1 PCT/KR2023/019652 KR2023019652W WO2024117848A1 WO 2024117848 A1 WO2024117848 A1 WO 2024117848A1 KR 2023019652 W KR2023019652 W KR 2023019652W WO 2024117848 A1 WO2024117848 A1 WO 2024117848A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lead
bus bar
leads
pouch
battery assembly
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/019652
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김민범
전종필
신주환
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 KR1020230029853A external-priority patent/KR20240082973A/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024117848A1 publication Critical patent/WO2024117848A1/ko

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Definitions

  • the present invention relates to battery assemblies.
  • This application claims the benefit of Korean Application No. 10-2022-0166622, filed on December 2, 2022, and Korean Application No. 10-2023-0029853, filed on March 7, 2023, which are incorporated herein by reference. It is referenced in its entirety.
  • Secondary batteries can be charged and discharged multiple times.
  • Secondary batteries are widely used as an energy source for various wireless devices such as handsets, laptops, and cordless vacuum cleaners.
  • the manufacturing cost per unit capacity of secondary batteries has dramatically decreased due to improvements in energy density and economies of scale, and as the range of battery electric vehicles (BEVs) has increased to the same level as fuel vehicles, the main uses of secondary batteries are is moving from mobile devices to mobility.
  • BEVs battery electric vehicles
  • the trend in technology development of secondary batteries for mobility is improvement in energy density and safety.
  • the energy density of the secondary battery is the maximum electrical energy that the secondary battery can store divided by the mass of the secondary battery.
  • the high energy density of secondary batteries is directly related to the driving efficiency and range of mobility, and various studies are being conducted to improve the energy density of secondary batteries.
  • the problem to be solved by the technical idea of the present invention is to provide an assembly with improved energy density.
  • the battery assembly includes a cell stack including first to third pouch-type battery cells and a first bus bar assembly.
  • the first pouch-type battery cell includes a first positive electrode lead and a first negative electrode lead
  • the second pouch-type battery cell includes a second positive electrode lead and a second negative electrode lead
  • the third pouch-type battery cell includes a third anode lead and a third cathode lead; and a first bus bar assembly coupled to the cell stack.
  • the first bus bar assembly includes a first bus bar frame; first and second bus bars coupled to the first bus bar frame, the first and second bus bars configured to output a voltage of the cell stack; and a first integrated circuit coupled on the first bus bar frame and including a first sensing bar configured to measure potentials of the second cathode lead and the third anode lead.
  • the thickness of the first sensing bar is smaller than the thickness of the first bus bar.
  • each of the first and second bus bars is in the range of 5 to 20 times the thickness of the first sensing bar.
  • the thickness of the first sensing bar is in the range of 0.2mm to 0.4mm.
  • the first sensing bar includes the same material as the first and second bus bars.
  • the first sensing bar includes a different material from the first and second bus bars.
  • the first sensing bar is spaced apart from the third anode lead with the second cathode lead interposed therebetween.
  • the first bus bar assembly further includes a first lead cover coupled to the bus bar frame and covering the first anode lead, the second cathode lead, and the third anode lead.
  • the first lid cover includes an insulating material.
  • the first bus bar frame includes an integrated circuit receptacle defining a groove.
  • the first integrated circuit is inserted into the groove.
  • the integrated circuit accommodating portion of the first bus bar frame protrudes further than the first lid cover.
  • the first bus bar frame includes a plurality of jig insertion slots.
  • the plurality of jig insertion slots expose the second negative lead and the third positive electrode lead.
  • the plurality of jig insertion slots are spaced apart from the integrated circuit accommodating portion with the first lid cover interposed therebetween.
  • One of the plurality of jig insertion slots exposes the first sensing bar.
  • Each of the plurality of jig insertion slots is spaced apart from the first and second bus bars.
  • a bus bar for measuring potentials of a plurality of nodes within the battery assembly is replaced with a sensing bar having a relatively small thickness. Accordingly, the energy density of the battery assembly can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery assembly according to example embodiments.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery assembly according to example embodiments.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of providing a battery assembly according to example embodiments.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of providing a battery assembly according to example embodiments.
  • 4 to 8 are diagrams for explaining the combination of a first bus bar frame, a first bus bar, a second bus bar, and a first integrated circuit.
  • Figure 9 is a perspective view for explaining the welding process.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line 9I-9I' of FIG. 9.
  • 11 to 13 are diagrams for explaining the combination of the first bus bar frame and the first lid cover.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery assembly according to example embodiments.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery assembly according to example embodiments.
  • the battery assembly 100 includes a cell block 110, a first bus bar assembly 110, a second bus bar assembly 130, and a flat flexible cable (FFC) assembly 140. It may further include.
  • FFC flat flexible cable
  • the cell block 110 includes first to sixteenth battery banks (BKN1, BKN2, BKN3, BKN4, BKN5, BKN6, BKN7, BKN8, BKN9, BKN10, BKN11, BKN12, BKN13, BKN14, BKN15, BKN16, hereinafter BKN1 ⁇ BKN16) may be included.
  • Each of the first to sixteenth battery banks BKN1 to BKN16 may include a plurality (eg, three) of pouch-type battery cells 111 .
  • Each of the pouch-type battery cells 111 may be a bidirectional cell.
  • each pouch-type battery cell 111 is disposed at one end of the pouch-type battery cell 111, and the negative lead of each pouch-type battery cell 111 is disposed at the other end of the pouch-type battery cell 111. It can be.
  • the battery assembly 100 including 16 battery banks (i.e., 48 pouch-type battery cells 111) is described, and the number of battery banks can be changed depending on the design of the battery assembly. .
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the first battery bank BKN1 may be referred to as a first pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the second battery bank BKN2 may be referred to as a second pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the third battery bank BKN3 may be referred to as a third pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the fourth battery bank BKN4 may be referred to as a fourth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the fifth battery bank BKN5 may be referred to as a fifth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the sixth battery bank BKN6 may be referred to as a sixth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the seventh battery bank BKN7 may be referred to as a seventh pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the eighth battery bank BKN8 may be referred to as an eighth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the ninth battery bank BKN9 may be referred to as a ninth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the tenth battery bank BKN10 may be referred to as a tenth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 11th battery bank BKN11 may be referred to as an 11th pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the twelfth battery bank BKN12 may be referred to as a twelfth pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 13th battery bank BKN13 may be referred to as a 13th pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 14th battery bank BKN14 may be referred to as a 14th pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 15th battery bank BKN15 may be referred to as a 15th pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 16th battery bank BKN16 may be referred to as a 16th pouch-type battery cell.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the first battery bank (BKN1) may include a first positive lead (P1) and a first negative lead (not shown), and the pouch of the second pouch-type battery cell (BKN2) may include a first positive electrode lead (P1) and a first negative lead (not shown).
  • Each of the pouch-type battery cells 111 may include a second positive electrode lead (not shown) and a second negative electrode lead N2, and each of the pouch-type battery cells 111 of the third battery bank BKN3 may include a third positive electrode.
  • each of the pouch-type battery cells 111 of the fourth pouch-type battery cell (BKN4) has a fourth positive lead (not shown) and a fourth negative electrode. It may include a lead N4, and each of the pouch-type battery cells 111 of the fifth battery bank BKN5 may include a fifth positive lead P5 and a fifth negative lead (not shown).
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 6 pouch-type battery cell (BKN6) may include a sixth positive electrode lead (not shown) and a sixth negative lead (N6), and the pouch-type battery cells of the seventh battery bank (BKN7) may include a sixth positive lead (not shown) and a sixth negative lead (N6).
  • Each of the battery cells 111 may include a seventh positive electrode lead (P7) and a seventh negative lead (not shown), and each of the pouch-type battery cells 111 of the eighth pouch-type battery cell (BKN8) may include an eighth positive electrode lead (P7) and a seventh negative lead (not shown).
  • each of the pouch-type battery cells 111 of the ninth battery bank (BKN9) has a ninth positive lead (P9) and a ninth negative lead ( (not shown), and each of the pouch-type battery cells 111 of the tenth pouch-type battery cell (BKN10) may include a tenth anode lead (not shown) and a tenth cathode lead (N10),
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 11th battery bank (BKN11) may include an 11th positive electrode lead (P11) and an 11th negative electrode lead (not shown), and the pouch of the 12th pouch-type battery cell (BKN12)
  • Each of the pouch-type battery cells 111 may include a 12th positive electrode lead (not shown) and a 12th negative electrode lead N12, and each of the pouch-type battery cells 111 of the 13th battery bank BKN13 may include a 13th positive electrode lead.
  • each of the pouch-type battery cells 111 of the 14th pouch-type battery cell (BKN14) has a 14th positive electrode lead (not shown) and a 14th negative electrode. It may include a lead N14, and each of the pouch-type battery cells 111 of the 15th battery bank BKN15 may include a 15th positive electrode lead P15 and a 15th negative lead (not shown).
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the 16-pouch-type battery cell BKN16 may include a 16th positive electrode lead (not shown) and a 16th negative electrode lead N16.
  • Each of the plurality of pouch-type battery cells 111 is a basic unit of a lithium ion battery, that is, a secondary battery.
  • Each of the plurality of pouch-type battery cells 111 may include a pouch case of an aluminum laminate sheet and an electrode assembly built into the pouch case.
  • the electrode assembly built into the pouch case includes an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode.
  • Electrode assemblies are classified into jelly-roll type and stack type depending on the assembly type.
  • the jelly roll type is made by winding an anode, a cathode, and a separator sandwiched between them.
  • the stack type includes a plurality of sequentially stacked anodes, a plurality of cathodes, and a plurality of separators interposed between them.
  • Each of the pouch-type battery cells 111 of the first battery banks BKN1 may be connected to each other in parallel. This also applies to the second to sixteenth battery banks (BKN2 to BKN16).
  • the first to sixteenth battery banks (BKN1 to BKN16) may be connected to each other in series. Accordingly, the first to sixteenth battery cells may also be connected in series.
  • first negative electrode leads may be connected to the second positive electrode leads (not shown), the second negative electrode leads (N2) may be connected to the third positive electrode leads (P3), The third negative electrode leads (not shown) may be connected to the fourth positive electrode leads (not shown), and the fourth negative electrode leads (N4) may be connected to the fifth positive electrode leads (P5), and the fifth negative electrode lead (N4) may be connected to the fifth positive electrode leads (P5).
  • (not shown) may be connected to sixth anode leads (not shown), the sixth cathode leads (N6) may be connected to the seventh anode leads (P7), and the seventh cathode leads (not shown) may be connected to the seventh anode leads (not shown).
  • the 8th positive electrode leads (not shown) may be connected to the 8th positive electrode leads (not shown), the 8th negative electrode leads (N8) may be connected to the 9th positive electrode leads (P9), and the 9th negative electrode leads (not shown) may be connected to the 10th positive electrode leads (N8).
  • Can be connected to the positive electrode leads (not shown) the tenth negative electrode leads (N10) can be connected to the eleventh positive electrode leads (P11), and the eleventh negative electrode leads (not shown) are the twelfth positive electrode leads ( (not shown), the 12th negative electrode leads (N12) can be connected to the 13th positive electrode leads (P13), and the 13th negative electrode leads (not shown) can be connected to the 14th positive electrode leads (not shown).
  • the fourteenth negative electrode leads N14 may be connected to the fifteenth positive electrode leads P15, and the fifteenth negative electrode leads (not shown) may be connected to sixteenth positive electrode leads (not shown).
  • the above-described connection refers to a physical connection that can be configured to be electrically connected, and includes an indirect connection that includes additional elements in the middle.
  • the 12th negative electrode leads (N12), the 13th positive electrode leads (P13), the 14th negative electrode leads (N14), the 15th positive electrode leads (P15), and the 16th negative electrode leads (N16) are connected to the first bus bar assembly ( 120).
  • the cathode leads, the 10th anode leads, the 11th anode leads, the 12th anode leads, the 13th anode leads, the 14th anode leads, the 15th anode leads and the 16th anode leads are connected to the second bus bar assembly. It can be covered by (130).
  • the first bus bar assembly 120 and the second bus bar assembly 130 may be coupled to the cell stack 110 .
  • the first bus bar assembly 110 and the second bus bar assembly 130 may be spaced apart from each other with the cell stack 110 therebetween.
  • the first bus bar assembly 120 includes a first bus bar frame 121, a first bus bar 123, a second bus bar 124, a first integrated circuit 125, and a first lid cover 127. It can be included.
  • the first bus bar frame 121 may include an insulating material such as plastic.
  • the first bus bar frame 121 may support and fix the first bus bar 123, the second bus bar 124, the first integrated circuit 125, and the first lid cover 127.
  • the first bus bar 123 and the second bus bar 124 may be coupled to the first bus bar frame 121.
  • the first bus bar 123 and the second bus bar 124 may be output terminals for outputting the voltage of the cell stack 110.
  • the first bus bar 123 may be a positive terminal, and the second bus bar 124 may be a negative terminal.
  • the first bus bar 123 may be connected to the first anode leads (P1).
  • the second bus bar 124 may be connected to the sixteenth cathode leads N16. Accordingly, the potential difference between the first bus bar 123 and the second bus bar 124 may be substantially equal to the sum of the output voltages of each of the first to sixteenth battery banks (BKN1 to BKN16).
  • the first integrated circuit 125 may be coupled to the first bus bar frame 121.
  • the first integrated circuit 125 may be configured to measure voltages of certain nodes of the cell stack 110 .
  • the first integrated circuit 125 may be configured to transmit the measured voltage of each predetermined node of the cell stack 110 to a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the predetermined nodes include the node of the first positive electrode leads (P1), the node of the second negative electrode leads (N2) and the third positive electrode leads (P3), the fourth negative electrode leads (N4), and the fifth positive electrode leads ( P5), the node of the sixth cathode leads N6 and the seventh anode leads P7, the nodes of the eighth cathode leads N8 and the ninth anode leads P9, the tenth cathode leads (N10) and the node of the 11th positive electrode leads (P11), the node of the 12th negative electrode leads (N12) and the 13th positive electrode leads (P13), the 14th negative electrode leads (N14) and the 15th positive electrode leads ( P15) and the nodes of the sixteenth negative electrode leads (N16).
  • the first lid cover 127 may be coupled to the first bus bar frame 121.
  • the first lead cover 127 includes first anode leads (P1), second cathode leads (N2), third anode leads (P3), fourth cathode leads (N4), and fifth anode leads ( P5), 6th negative electrode leads (N6), 7th positive electrode leads (P7), 8th negative electrode leads (N8), 9th positive electrode leads (P9), 10th negative electrode leads (N10), 11th negative electrode leads Positive electrode leads (P11), 12th negative electrode leads (N12), 13th positive electrode leads (P13), 14th negative electrode leads (N14), 15th positive electrode leads (P15), and 16th negative electrode leads (N16) ), it is possible to prevent unintentional short circuits between them and external elements.
  • the first lid cover 127 may include an insulating material.
  • the second bus bar assembly 130 may include a second bus bar frame 131, a second integrated circuit 135, and a second lid cover 137.
  • the second bus bar frame 131 may include an insulating material such as plastic.
  • the second bus bar frame 131 may support and secure the second integrated circuit 135 and the second lid cover 137.
  • the second integrated circuit 135 may be coupled to the second bus bar frame 131.
  • the second integrated circuit 135 may be configured to measure voltages of certain nodes of the cell stack 110 . Measurements of the voltage of each predetermined node of the cell stack 110 by the second integrated circuit 135 may be transmitted to the first integrated circuit 135 by the FFC assembly 140 .
  • the predetermined nodes include a node of first cathode leads and second anode leads, a node of third cathode leads and fourth anode leads, a node of fifth cathode leads and sixth anode leads, a node of seventh cathode leads, and A node of the 8th anode leads, a node of the 9th and 10th anode leads, a node of the 11th and 12th anode leads, a node of the 13th and 14th anode leads, and a 15th cathode. It includes a node of leads and sixteenth anode leads.
  • the battery cell assembly 100 may be mounted on a battery pack, and the battery pack may include a BMS.
  • the BMS performs monitoring and balancing of the battery assembly 100 based on the measured voltage of each node of the cell stack 110 measured by the first and second integrated circuits 125 and 135. It can be configured. Balancing the battery assembly 100 is an operation to reduce the deviation between the plurality of battery banks 130.
  • the second lid cover 137 may be coupled to the second bus bar frame 131.
  • the second lead cover 137 includes first cathode leads, second anode leads, third cathode leads, fourth anode leads, fifth cathode leads, sixth anode leads, seventh cathode leads, 8th anode leads, 9th anode leads, 10th anode leads, 11th anode leads, 12th anode leads, 13th anode leads, 14th anode leads, 15th anode leads and 16th anode leads.
  • the second lid cover 137 may include an insulating material.
  • the first bus bar assembly 110 and the second bus bar assembly 130 may be connected by the FFC assembly 140.
  • FFC assembly 140 may be placed on cell stack 110 .
  • the FFC assembly 140 may be a passage for transmitting the measured voltage of each node of the cell stack 110 sensed by the second bus bar assembly 130.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of providing a battery assembly according to example embodiments.
  • Figure 4 to 8 are diagrams for explaining the combination of the first bus bar frame 121, the first bus bar 123, the second bus bar 124, and the first integrated circuit 125. More specifically, Figure 4 is an exploded perspective view of the elements described above, Figures 5 and 6 are perspective views of the elements described above, Figure 7 is a rear view of the elements described above and Figure 8 is a front view of the elements described above.
  • the first bus bar 123, the second bus bar 124, and the first integrated circuit 125 can be coupled to the first bus bar frame 121 at P110.
  • the first bus bar frame 121 may include first grooves 121G1 and second grooves 121G2.
  • the first and second bus bars 123 and 124 may be inserted into the first grooves 121G1.
  • the first integrated circuit 125 may be inserted into the second groove 121G2.
  • the second groove 121G2 may be interposed between the first grooves 121G1.
  • the second groove 121G2 may be defined by the integrated circuit accommodating portion 121I.
  • the first bus bar frame 121 may include first slits 121S1 connected to first grooves 121G1.
  • the first slits 121S1 may expose the external connection part 123EC of the first bus bar 123 or the external connection part 124EC of the second bus bar 124.
  • the integrated circuit accommodating portion 121I of the first bus bar frame 121 may include a second slit 121S2.
  • the second slit 121S2 may expose the first integrated circuit 125.
  • the first integrated circuit 125 may be connected to the FFC assembly 140 through the second slit 121S2.
  • the first bus bar frame 121 is a plurality of devices used for welding the first to seventh sensing bars (125S1, 125S2, 125S3, 125S4, 125S5, 125S6, 125S7, hereinafter referred to as 125S1 to 125S7) of the first integrated circuit 125. It may further include jig insertion slots (121S).
  • the plurality of jig insertion slots 121S may expose the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7. Each of the plurality of jig insertion slots 121S may be spaced apart from each of the first and second bus bars 123 and 124. Each of the plurality of jig insertion slots 121S may be interposed between the first grooves G1. Each of the plurality of jig insertion slots 121S may be interposed between the first and second bus bars 123 and 124. The plurality of jig insertion slots 121S will be described later with reference to FIGS. 12 and 13.
  • the thickness of each of the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 may be different from the thickness of each of the first and second bus bars 123 and 124.
  • the thickness of each of the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 may be smaller than the thickness of each of the first and second bus bars 123 and 124.
  • the thickness of each of the first and second bus bars 123 and 124 may be in the range of 5 to 20 times the thickness of each of the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7.
  • the thickness of each of the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 may be in the range of 0.2 mm to 0.4 mm.
  • the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 may include the same material as the first and second bus bars 123 and 124.
  • the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 and the first and second bus bars 123 and 124 may include any one of copper, aluminum, and alloys thereof.
  • the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 may include a different material from the first and second bus bars 123 and 124.
  • the first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 include any one of copper, aluminum, and alloys thereof, and the first and second bus bars 123 and 124 include copper, aluminum, and alloys thereof. It may include one of the others.
  • bus bars for measuring potentials of nodes inside the cell stack 110 are replaced with first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7 having a relatively small thickness. . Accordingly, the mass of the battery cell assembly 100 (see FIG. 1) can be reduced and the mass-energy density can be improved.
  • the second bus bar assembly 130 (see FIG. 2) is substantially the same as the first bus bar assembly 120 except that it does not include the first and second bus bars 123 and 124. Accordingly, the description of the first bus bar assembly 120 described with reference to FIGS. 4 to 8 includes the second bus bar assembly 130 except for the first and second bus bars 123 and 124. , see FIG. 2) can be similarly applied.
  • Figure 9 is a perspective view for explaining the welding process. More specifically, the workpiece WP shown in FIG. 12 is a first bus bar frame 121 in which the first bus bar 123, the second bus bar 124, and the first integrated circuit 125 are combined. The cell stack 110 is combined with.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line 9I-9I' of FIG. 9.
  • the welding process can be performed at P120.
  • the welding process includes welding the first bus bar 123 and the first anode leads (P1), welding the first sensing bar (125S1), the second cathode leads (N2), and the third anode leads (P3). , welding of the second sensing bar (125S2), the fourth negative electrode leads (N4) and the fifth positive electrode leads (P5), the third sensing bar (125S3), the sixth negative electrode leads (N6), and the seventh positive electrode leads.
  • a welding process may utilize ultrasonic waves.
  • a plurality of welding jigs may be inserted through the plurality of jig insertion slots (121S) of the bus bar frame 121.
  • a plurality of welding jigs (WZ) support the first sensing bar (125S1), the second negative electrode leads (N2), and the third positive electrode leads (P3) while the welding process is performed, and the second sensing bar ( 125S2), supporting the fourth negative electrode leads (N4) and the fifth positive electrode leads (P5), and supporting the third sensing bar (125S3), the sixth negative electrode leads (N6), and the seventh positive electrode leads (P7).
  • the first and second bus bars 123 and 124 have sufficient rigidity, and the welding of the first positive electrode leads P1 and the first bus bar 123 and the sixteenth negative electrode leads N16 and the second bus Welding of the bar 124 does not require support by welding jigs (WZ).
  • the number of process steps required to provide the battery assembly 100 can be reduced by combining the sensing bars, negative electrode leads, and positive electrode leads through a single welding process, Accordingly, the productivity of the battery assembly 100 (see FIG. 1) can be improved.
  • Figure 11 to 13 are diagrams for explaining the combination of the first bus bar frame 121 and the first lid cover 127. More specifically, Figure 11 is a perspective view, and Figures 12 and 13 are side views.
  • the first lid cover 127 can be coupled to the first bus bar frame 121.
  • the first bus bar frame 121 may further include a third groove 121G3 and protrusions 121P.
  • the first lid cover 127 may be inserted into the third groove 121G3.
  • the first lid cover 127 may include fixing parts 127F.
  • the fixing parts 127F may include holes configured to insert the protrusions 121P. By inserting the protrusions 121P into the holes of the fixing parts 127F, the first lid cover 127 and the first bus bar frame 121 can be fixed to each other.
  • the area of the first lid cover 127 may be smaller than the area of the first bus bar frame 121.
  • the integrated circuit accommodating portion 121I may protrude further outward (that is, toward the opposite side from which it is coupled to the cell stack 110) than the first lid cover 127 inserted into the third groove 121G3.
  • the first lead cover 127 includes first to seventh sensing bars 125S1 to 125S7, first anode leads (P1), second cathode leads (N2), and a third anode.
  • the third groove 121G3 may be interposed between the plurality of jig insertion slots 121S (see FIG. 5) and the second groove 121G2 (see FIG. 5).
  • the plurality of jig insertion slots 121S may be spaced apart from the second groove 121G2 (see FIG. 5) with the third groove 121G3 therebetween. Accordingly, the plurality of jig insertion slots 121S (see FIG. 5) may be spaced apart from the integrated circuit accommodating portion 121I with the first lid cover 127 interposed therebetween.
  • first bus bar assembly 120 described with reference to FIGS. 11 to 13 may also be applied to the second bus bar assembly 130 (see FIG. 2).

Landscapes

  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 어셈블리가 제공된다. 상기 배터리 어셈블리는, 제1 내지 제3 파우치 형 배터리 셀들을 포함하는 셀 스택; 및 제1 버스바 어셈블리를 포함한다. 상기 제1 버스 바 어셈블리는, 제1 버스 바, 제2 버스 바 및 제2 파우치형 배터리 셀의 제2 음극 리드 및 제3 파우치형 배터리 셀의 제3 양극 리드의 전위를 측정하도록 구성된 제1 센싱 바를 포함하는 제1 집적 회로를 포함한다. 상기 제1 센싱 바의 두께는 상기 제1 버스 바의 두께보다 더 작다.

Description

배터리 어셈블리
본 발명은 배터리 어셈블리에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 12월 2일에 출원된, 한국 출원 번호 10-2022-0166622 및 2023년 3월 7일에 출원된, 한국 출원 번호 10-2023-0029853의 이익을 주장하며, 해당 출원들은 여기에 전체로서 참조된다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속거리가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
모빌리티용 이차 전지의 기술 개발의 트렌드는 에너지 밀도 및 안전성의 개선이다. 여기서, 이차 전지의 에너지 밀도는 이차 전지가 저장 가능한 최대의 전기 에너지를 이차 전지의 질량으로 나눈 값이다. 이차 전지의 높은 에너지 밀도는 모빌리티의 주행 효율 및 항속거리와 직결되는 바, 이차 전지의 에너지 밀도를 개선하기 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 에너지 밀도가 제고된 어셈블리를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 어셈블리가 제공된다. 상기 배터리 어셈블리는, 제1 내지 제3 파우치 형 배터리 셀들을 포함하는 셀 스택으로서 및 제1 버스바 어셈블리를 포함한다.
상기 제1 파우치 형 배터리 셀은 제1 양극 리드 및 제1 음극 리드를 포함하고, 상기 제2 파우치 형 배터리 셀은 제2 양극 리드 및 제2 음극 리드를 포함하며, 및 상기 제3 파우치 형 배터리 셀은 제3 양극 리드 및 제3 음극 리드를 포함하고; 및 상기 셀 스택과 결합된 제1 버스 바 어셈블리를 포함한다.
상기 제1 버스 바 어셈블리는, 제1 버스 바 프레임; 상기 제1 버스 바 프레임에 결합된 제1 및 제2 버스 바들로서, 상기 제1 및 제2 버스 바들은 상기 셀 스택의 전압을 출력하도록 구성되고; 및 상기 제1 버스 바 프레임 상에 결합되고, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드의 전위를 측정하도록 구성된 제1 센싱 바를 포함하는 제1 집적 회로를 포함한다.
상기 제1 센싱 바의 두께는 상기 제1 버스 바의 두께보다 더 작다.
상기 제1 및 제2 버스 바들 각각의 두께는 상기 제1 센싱 바의 두께의 5배 내지 20배의 범위에 있다.
상기 제1 센싱 바의 두께는 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 있다.
상기 제1 센싱 바는 상기 제1 및 제2 버스 바들과 동일한 물질을 포함한다.
상기 제1 센싱 바는 상기 제1 및 제2 버스 바들과 다른 물질을 포함한다.
상기 제1 센싱 바는 상기 제2 음극 리드를 사이에 두고 상기 제3 양극 리드와 이격된다.
상기 제1 버스 바 어셈블리는, 상기 버스 바 프레임에 결합되고, 및 상기 제1 양극 리드, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드를 커버하는 제1 리드 커버를 더 포함한다.
상기 제1 리드 커버는 절연성 물질을 포함한다.
상기 제1 버스 바 프레임은 그루브를 정의하는 집적 회로 수용부를 포함한다.
상기 제1 집적 회로는 상기 그루브 내에 삽입된다.
상기 제1 버스 바 프레임의 상기 집적 회로 수용부는 상기 제1 리드 커버보다 더 돌출된다.
상기 제1 버스 바 프레임은 복수의 지그 삽입 슬롯들을 포함한다.
상기 복수의 지그 삽입 슬롯들은, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드를 노출시킨다.
상기 복수의 지그 삽입 슬롯들은 상기 제1 리드 커버를 사이에 두고 상기 집적 회로 수용부와 이격된다.
상기 복수의 지그 삽입 슬롯들 중 하나는 상기 제1 센싱 바를 노출시킨다.
상기 복수의 지그 삽입 슬롯들 각각은 상기 제1 및 제2 버스 바들로부터 이격된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리는, 모듈 프레임을 포함하지 않는 것에 더해, 배터리 어셈블리 내부의 복수의 노드들의 전위를 측정하기 위한 버스 바가, 상대적으로 작은 두께를 갖는 센싱 바로 대체된다. 이에 따라, 배터리 어셈블리의 에너지 밀도가 제고될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리를 제공하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리를 제공하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 8은, 제1 버스 바 프레임, 제1 버스 바, 제2 버스 바 및 제1 집적 회로의 결합을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 용접 공정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 9의 절단선 9I-9I'를 따라 취한 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 제1 버스 바 프레임과 제1 리드 커버의 결합을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 어셈블리(100)는 셀 블록(110), 제1 버스 바 어셈블리(110), 제2 버스 바 어셈블리(130), 및 FFC(Flat Flexible Cable) 어셈블리(140)를 더 포함할 수 있다.
셀 블록(110)은 제1 내지 제16 배터리 뱅크들(BKN1, BKN2, BKN3, BKN4, BKN5, BKN6, BKN7, BKN8, BKN9, BKN10, BKN11, BKN12, BKN13, BKN14, BKN15, BKN16, 이하 BKN1~BKN16)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제16 배터리 뱅크들(BKN1~BKN16) 각각은 복수 개(예컨대, 3개)의 파우치 형 배터리 셀들(111)을 포함할 수 있다. 상기 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 양방향 셀일 수 있다. 즉, 파우치형 배터리 셀(111) 각각의 양극 리드는 파우치형 배터리 셀(111)의 일단에 배치되고, 파우치형 배터리 셀(111) 각각의 음극 리드는 파우치형 배터리 셀(111)의 타단에 배치될 수 있다. 이하에서, 16개의 배터리 뱅크들(즉, 48개의 파우치형 배터리 셀(111))을 포함하는 배터리 어셈블리(100)의 실시예가 설명되며, 배터리 뱅크들의 개수는 배터리 어셈블리의 설계에 따라 변경될 수 있다.
제1 배터리 뱅크(BKN1)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제1 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제2 배터리 뱅크(BKN2)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제2 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제3 배터리 뱅크(BKN3)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제3 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제4 배터리 뱅크(BKN4)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제4 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제5 배터리 뱅크(BKN5)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제5 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제6 배터리 뱅크(BKN6)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제6 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제7 배터리 뱅크(BKN7)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제7 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제8 배터리 뱅크(BKN8)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제8 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제9 배터리 뱅크(BKN9)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제9 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제10 배터리 뱅크(BKN10)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제10 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제11 배터리 뱅크(BKN11)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제11 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제12 배터리 뱅크(BKN12)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제12 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제13 배터리 뱅크(BKN13)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제13 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제14 배터리 뱅크(BKN14)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제14 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제15 배터리 뱅크(BKN15)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제15 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다. 제16 배터리 뱅크(BKN16)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제16 파우치 형 배터리 셀이라고 지칭될 수 있다.
제1 배터리 뱅크(BKN1)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제1 양극 리드(P1) 및 제1 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제2 파우치형 배터리 셀(BKN2)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제2 양극 리드(미도시) 및 제2 음극 리드(N2)를 포함할 수 있으며, 제3 배터리 뱅크(BKN3)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제3 양극 리드(P3) 및 제3 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제4 파우치형 배터리 셀(BKN4)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제4 양극 리드(미도시) 및 제4 음극 리드(N4)를 포함할 수 있으며, 제5 배터리 뱅크(BKN5)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제5 양극 리드(P5) 및 제5 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제6 파우치형 배터리 셀(BKN6)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제6 양극 리드(미도시) 및 제6 음극 리드(N6)를 포함할 수 있으며, 제7 배터리 뱅크(BKN7)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제7 양극 리드(P7) 및 제7 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제8 파우치형 배터리 셀(BKN8)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제8 양극 리드(미도시) 및 제8 음극 리드(N8)를 포함할 수 있으며, 제9 배터리 뱅크(BKN9)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제9 양극 리드(P9) 및 제9 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제10 파우치형 배터리 셀(BKN10)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제10 양극 리드(미도시) 및 제10 음극 리드(N10)를 포함할 수 있으며, 제11 배터리 뱅크(BKN11)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제11 양극 리드(P11) 및 제11 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제12 파우치형 배터리 셀(BKN12)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제12 양극 리드(미도시) 및 제12 음극 리드(N12)를 포함할 수 있으며, 제13 배터리 뱅크(BKN13)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제13 양극 리드(P13) 및 제13 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제14 파우치형 배터리 셀(BKN14)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제14 양극 리드(미도시) 및 제14 음극 리드(N14)를 포함할 수 있으며, 제15 배터리 뱅크(BKN15)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제15 양극 리드(P15) 및 제15 음극 리드(미도시)를 포함할 수 있고, 제16 파우치형 배터리 셀(BKN16)의 파우치 형 배터리 셀들(111) 각각은 제16 양극 리드(미도시) 및 제16 음극 리드(N16)를 포함할 수 있다.
복수의 파우치형 배터리 셀들(111) 각각은 리튬 이온 배터리, 즉 이차 전지의 기본 단위이다. 복수의 파우치형 배터리 셀들(111) 각각은 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치 케이스 및 파우치 케이스에 내장된 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 파우치 케이스에 내장되는 전극 어셈블리는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다. 전극 어셈블리는 조립 형태에 따라 젤리-롤 타입 및 스택 타입으로 분류된다. 젤리 롤 타입은 양극, 음극 및 그들 사이에 개재된 분리막을 권취한 것이다. 스택 타입은 순차로 적층된 복수의 양극들, 복수의 음극들 및 그들 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함한다.
제1 배터리 뱅크들(BKN1)의 파우치형 배터리 셀들(111) 각각은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이는 제2 내지 제16 배터리 뱅크들(BKN2~BKN16)에 대해서도 마찬가지다. 제1 내지 제16 배터리 뱅크들(BKN1~BKN16)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 배터리 셀들도 직렬로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 음극 리드들(미도시)은 제2 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제2 음극 리드들(N2)은 제3 양극 리드들(P3)에 연결될 수 있으며, 제3 음극 리드들(미도시)은 제4 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제4 음극 리드들(N4)은 제5 양극 리드들(P5)에 연결될 수 있으며, 제5 음극 리드들(미도시)은 제6 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제6 음극 리드들(N6)은 제7 양극 리드들(P7)에 연결될 수 있으며, 제7 음극 리드들(미도시)은 제8 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제8 음극 리드들(N8)은 제9 양극 리드들(P9)에 연결될 수 있으며, 제9 음극 리드들(미도시)은 제10 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제10 음극 리드들(N10)은 제11 양극 리드들(P11)에 연결될 수 있으며, 제11 음극 리드들(미도시)은 제12 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제12 음극 리드들(N12)은 제13 양극 리드들(P13)에 연결될 수 있으며, 제13 음극 리드들(미도시)은 제14 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있고, 제14 음극 리드들(N14)은 제15 양극 리드들(P15)에 연결될 수 있으며, 제15 음극 리드들(미도시)은 제16 양극 리드들(미도시)에 연결될 수 있다. 상술된 연결은, 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있음을 포함하는 물리적 연결을 의미하며, 중간에 추가적인 요소를 포함하는 간접 연결을 포함하는 의미이다.
제1 양극 리드들(P1), 제2 음극 리드들(N2), 제3 양극 리드들(P3), 제4 음극 리드들(N4), 제5 양극 리드들(P5), 제6 음극 리드들(N6), 제7 양극 리드들(P7), 제8 음극 리드들(N8), 제9 양극 리드들(P9), 제10 음극 리드들(N10), 제11 양극 리드들(P11), 제12 음극 리드들(N12), 제13 양극 리드들(P13), 제14 음극 리드들(N14), 제15 양극 리드들(P15) 및 제16 음극 리드들(N16)은 제1 버스 바 어셈블리(120)에 의해 커버될 수 있다.
제1 음극 리드들, 제2 양극 리드들, 제3 음극 리드들, 제4 양극 리드들, 제5 음극 리드들, 제6 양극 리드들, 제7 음극 리드들, 제8 양극 리드들, 제9 음극 리드들, 제10 양극 리드들, 제11 음극 리드들, 제12 양극 리드들, 제13 음극 리드들, 제14 양극 리드들, 제15 음극 리드들 및 제16 양극 리드들은 제2 버스 바 어셈블리(130)에 의해 커버될 수 있다.
제1 버스 바 어셈블리(120) 및 제2 버스 바 어셈블리(130)는 셀 스택(110)에 결합될 수 있다. 제1 버스 바 어셈블리(110) 및 제2 버스 바 어셈블리(130)는 셀 스택(110)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
제1 버스 바 어셈블리(120)는 제1 버스 바 프레임(121), 제1 버스 바(123), 제2 버스 바(124), 제1 집적 회로(125) 및 제1 리드 커버(127)를 포함할 수 있다. 제1 버스 바 프레임(121)은 플라스틱과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 제1 버스 바 프레임(121)은 제1 버스 바(123), 제2 버스 바(124), 제1 집적 회로(125) 및 제1 리드 커버(127)를 지지하고 고정할 수 있다.
제1 버스 바(123) 및 제2 버스 바(124)는 제1 버스 바 프레임(121)에 결합될 수 있다. 제1 버스 바(123) 및 제2 버스 바(124)는 셀 스택(110)의 전압을 출력하기 위한 출력 단자들일 수 있다. 제1 버스 바(123)는 양극 단자일 수 있고, 제2 버스 바(124)는 음극 단자일 수 있다. 제1 버스 바(123)는 제1 양극 리드들(P1)과 연결될 수 있다. 제2 버스 바(124)는 제16 음극 리드들(N16)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 버스 바(123) 및 제2 버스 바(124) 사이의 전위차는 제1 내지 제16 배터리 뱅크들(BKN1~BKN16) 각각의 출력 전압의 합과 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 집적 회로(125)는 제1 버스 바 프레임(121)에 결합될 수 있다. 제1 집적 회로(125)는 셀 스택(110)의 소정의 노드들의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 제1 집적 회로(125)는 셀 스택(110)의 소정의 노드들 각각의 전압의 측정치를 BMS(Battery Management System)에 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 소정의 노드들은 제1 양극 리드들(P1)의 노드 제2 음극 리드들(N2) 및 제3 양극 리드들(P3)의 노드, 제4 음극 리드들(N4) 및 제5 양극 리드들(P5)의 노드, 제6 음극 리드들(N6) 및 제7 양극 리드들(P7)의 노드, 제8 음극 리드들(N8) 및 제9 양극 리드들(P9)의 노드, 제10 음극 리드들(N10) 및 제11 양극 리드들(P11)의 노드, 제12 음극 리드들(N12) 및 제13 양극 리드들(P13)의 노드, 제14 음극 리드들(N14) 및 제15 양극 리드들(P15)의 노드 및 제16 음극 리드들(N16)의 노드를 포함한다.
제1 리드 커버(127)는 제1 버스 바 프레임(121)에 결합될 수 있다. 제1 리드 커버(127)는 제1 양극 리드들(P1), 제2 음극 리드들(N2), 제3 양극 리드들(P3), 제4 음극 리드들(N4), 제5 양극 리드들(P5), 제6 음극 리드들(N6), 제7 양극 리드들(P7), 제8 음극 리드들(N8), 제9 양극 리드들(P9), 제10 음극 리드들(N10), 제11 양극 리드들(P11), 제12 음극 리드들(N12), 제13 양극 리드들(P13), 제14 음극 리드들(N14), 제15 양극 리드들(P15) 및 제16 음극 리드들(N16)을 커버함으로써, 이들과 외부 요소 사이의 의도치 않은 단락을 방지할 수 있다. 제1 리드 커버(127)는 절연 물질을 포함할 수 있다.
제2 버스 바 어셈블리(130)는 제2 버스 바 프레임(131), 제2 집적 회로(135) 및 제2 리드 커버(137)를 포함할 수 있다. 제2 버스 바 프레임(131)은 플라스틱과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 제2 버스 바 프레임(131)은 제2 집적 회로(135) 및 제2 리드 커버(137)를 지지하고 고정할 수 있다.
제2 집적 회로(135)는 제2 버스 바 프레임(131)에 결합될 수 있다. 제2 집적 회로(135)는 셀 스택(110)의 소정의 노드들의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 제2 집적 회로(135)에 의한 셀 스택(110)의 소정의 노드들 각각의 전압의 측정치는 FFC 어셈블리(140)에 의해 제1 집적 회로(135)에 전달될 수 있다.
상기 소정의 노드들 제1 음극 리드들 및 제2 양극 리드들의 노드, 제3 음극 리드들 및 제4 양극 리드들의 노드, 제5 음극 리드들 및 제6 양극 리드들의 노드, 제7 음극 리드들 및 제8 양극 리드들의 노드, 제9 음극 리드들 및 제10 양극 리드들의 노드, 제11 음극 리드들 및 제12 양극 리드들의 노드, 제13 음극 리드들 및 제14 양극 리드들의 노드, 및 제15 음극 리드들 및 제16 양극 리드들의 노드을 포함한다.
배터리 셀 어셈블리(100)는 배터리 팩에 실장될 수 있고, 상기 배터리 팩은 BMS를 포함할 수 있다. BMS는, 제1 및 제2 직접 회로들(125, 135)에 의해 측정된 셀 스택(110)의 소정의 노드들 각각의 전압의 측정치에 기초하여 배터리 어셈블리(100)의 모니터링 및 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 배터리 어셈블리(100)의 밸런싱은 복수의 배터리 뱅크들(130)의 사이의 편차를 줄이는 동작이다
제2 리드 커버(137)는 제2 버스 바 프레임(131)에 결합될 수 있다. 제2 리드 커버(137)는 제1 음극 리드들, 제2 양극 리드들, 제3 음극 리드들, 제4 양극 리드들, 제5 음극 리드들, 제6 양극 리드들, 제7 음극 리드들, 제8 양극 리드들, 제9 음극 리드들, 제10 양극 리드들, 제11 음극 리드들, 제12 양극 리드들, 제13 음극 리드들, 제14 양극 리드들, 제15 음극 리드들 및 제16 양극 리드들을 커버함으로써, 이들과 외부 요소 사이의 의도치 않은 단락을 방지할 수 있다. 제2 리드 커버(137)는 절연 물질을 포함할 수 있다.
제1 버스 바 어셈블리(110) 및 제2 버스 바 어셈블리(130)는 FFC 어셈블리(140)에 의해 연결될 수 있다. FFC 어셈블리(140)는 셀 스택(110) 상에 배치될 수 있다. FFC 어셈블리(140)는 제2 버스 바 어셈블리(130)에 의해 센싱된 셀 스택(110)의 소정의 노드들 각각의 전압의 측정치를 전달하기 위한 통로일 수 있다.
(제2 실시예)
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 어셈블리를 제공하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 8은, 제1 버스 바 프레임(121), 제1 버스 바(123), 제2 버스 바(124) 및 제1 집적 회로(125)의 결합을 설명하기 위한 도면들이다. 보다 구체적으로, 도 4는 상술된 요소들의 분해 사시도이고, 도 5 및 도 6은 상술된 요소들의 사시도들이며, 도 7은 상술된 요소들의 후면도이고 도 8은 상술된 요소들의 전면도이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, P110에서 제1 버스 바 프레임(121)에 제1 버스 바(123), 제2 버스 바(124) 및 제1 집적 회로(125)를 결합시킬 수 있다.
제1 버스 바 프레임(121)은 제1 그루브들(121G1) 및 제2 그루브(121G2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)은 제1 그루브들(121G1)에 삽입될 수 있다. 제1 집적 회로(125)는 제2 그루브(121G2)에 삽입될 수 있다. 제2 그루브(121G2)는 제1 그루브들(121G1)의 사이에 개재될 수 있다. 제2 그루브(121G2)는 집적 회로 수용부(121I)에 의해 정의될 수 있다.
제1 버스 바 프레임(121)은 제1 그루브들(121G1)과 연결된 제1 슬릿들(121S1)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿들(121S1)은 제1 버스 바(123)의 외부 접속부(123EC) 또는 제2 버스 바(124)의 외부 접속부(124EC)를 노출시킬 수 있다.
제1 버스 바 프레임(121)의 집적 회로 수용부(121I)는 제2 슬릿(121S2)을 포함할 수 있다. 제2 슬릿(121S2)은 제1 집적 회로(125)를 노출시킬 수 있다. 제1 집적 회로(125)는 제2 슬릿(121S2)을 통해 FFC 어셈블리(140)와 연결될 수 있다.
제1 버스 바 프레임(121)은 제1 집적 회로(125)의 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1, 125S2, 125S3, 125S4, 125S5, 125S6, 125S7, 이하 125S1~125S7)의 용접에 사용되는 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S)을 더 포함할 수 있다.
복수의 지그 삽입 슬롯들(121S)은 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7)을 노출시킬 수 있다. 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S) 각각은 제1 및 제2 버스 바들(123, 124) 각각으로부터 이격될 수 있다. 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S) 각각은 제1 그루브들(G1)의 사이에 개재될 수 있다. 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S) 각각은 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)의 사이에 개재될 수 있다. 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S)에 대해서는 도 12 및 도 13을 참조하여 후술한다.
제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7) 각각의 두께는 제1 및 제2 버스 바들(123, 124) 각각의 두께와 다를 수 있다. 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7) 각각의 두께는 제1 및 제2 버스 바들(123, 124) 각각의 두께보다 더 작을 수 있다. 제1 및 제2 버스 바들(123, 124) 각각의 두께는 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7) 각각의 두께의 5배 내지 20배의 범위에 있을 수 있다. 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7) 각각의 두께는 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7)은 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7) 및 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)은 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7)은 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7)은 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하고, 및 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)은 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중 다른 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 셀 스택(110, 도 1 참조) 내부의 노드들의 전위를 측정하기 위한 버스 바들이 상대적으로 작은 두께를 갖는 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7)로 대체된다. 이에 따라, 배터리 셀 어셈블리(100, 도 1 참조)의 질량이 감소할 수 있고, 질량-에너지 밀도가 제고될 수 있다.
제2 버스 바 어셈블리(130, 도 2 참조)는, 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)을 포함하지 않는 것을 제외하고 제1 버스 바 어셈블리(120)와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 도 4 내지 도 8을 참조하여 서술한 제1 버스 바 어셈블리(120)에 대한 설명은, 제1 및 제2 버스 바들(123, 124)에 관련된 것을 제외하고 제2 버스 바 어셈블리(130, 도 2 참조)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 9는 용접 공정을 설명하기 위한 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 12에 도시된 작업물(WP)은, 제1 버스 바(123), 제2 버스 바(124) 및 제1 집적 회로(125)이 결합된 제1 버스 바 프레임(121)에 셀 스택(110)을 결합한 것이다.
도 10은 도 9의 절단선 9I-9I'를 따라 취한 단면도이다.
도 4, 도 9 및 도 10을 참조하면, P120에서 용접 공정을 수행할 수 있다.
용접 공정은, 제1 버스 바(123)와 제1 양극 리드들(P1)의 용접, 제1 센싱 바(125S1), 제2 음극 리드들(N2) 및 제3 양극 리드들(P3)의 용접, 제2 센싱 바(125S2), 제4 음극 리드들(N4) 및 제5 양극 리드들(P5)의 용접, 제3 센싱 바(125S3), 제6 음극 리드들(N6) 및 제7 양극 리드들(P7)의 용접, 제4 센싱 바(125S4), 제8 음극 리드들(N8) 및 제9 양극 리드들(P9)의 용접, 제5 센싱 바(125S5), 제10 음극 리드들(N10) 및 제11 양극 리드들(P11)의 용접, 제6 센싱 바(125S6), 제12 음극 리드들(N12) 및 제13 양극 리드들(P13)의 용접, 제7 센싱 바(125S7), 제14 음극 리드들(N14) 및 제15 양극 리드들(P15)의 용접 및 제2 버스 바(124)와 제16 음극 리드들(N16)의 용접을 포함할 수 있다. 비제한적 예시로서, 용접 공정은 초음파를 이용할 수 있다.
용접 공정이 수행되는 동안, 버스 바 프레임(121)의 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S)을 통해 복수의 용접 지그들(WZ)이 삽입될 수 있다. 복수의 용접 지그들(WZ)은 용접 공정이 수행되는 동안, 제1 센싱 바(125S1), 제2 음극 리드들(N2) 및 제3 양극 리드들(P3)을 지지하고, 제2 센싱 바(125S2), 제4 음극 리드들(N4) 및 제5 양극 리드들(P5)을 지지하며, 제3 센싱 바(125S3), 제6 음극 리드들(N6) 및 제7 양극 리드들(P7)을 지지하고, 제4 센싱 바(125S4), 제8 음극 리드들(N8) 및 제9 양극 리드들(P9)을 지지하며, 제5 센싱 바(125S5), 제10 음극 리드들(N10) 및 제11 양극 리드들(P11)을 지지하고, 제6 센싱 바(125S6), 제12 음극 리드들(N12) 및 제13 양극 리드들(P13)을 지지하며, 제7 센싱 바(125S7), 제14 음극 리드들(N14) 및 제15 양극 리드들(P15)을 지지할 수 있다.
제1 및 제2 버스바들(123, 124)는 충분한 강성을 갖는바, 제1 양극 리드들(P1) 및 제1 버스바(123)의 용접 및 제16 음극 리드들(N16) 및 제2 버스바(124)의 용접은 용접 지그들(WZ)에 의한 지지가 불필요하다.
예시적인 실시예들에 따르면, 센싱 바들, 음극 리드들 및 양극 리드들을 한번의 용접 공정을 통해 결합시킴으로써, 배터리 어셈블리(100, 도 1 참조)의 제공에 소요되는 공정 스텝의 수가 감소될 수 있고, 이에 따라, 배터리 어셈블리(100, 도 1 참조)의 생산성이 제고될 수 있다.
제1 음극 리드들, 제2 양극 리드들, 제3 음극 리드들, 제4 양극 리드들, 제5 음극 리드들, 제6 양극 리드들, 제7 음극 리드들, 제8 양극 리드들, 제9 음극 리드들, 제10 양극 리드들, 제11 음극 리드들, 제12 양극 리드들, 제13 음극 리드들, 제14 양극 리드들, 제15 음극 리드들 및 제16 양극 리드들과 제2 집적 회로(135, 도 2 참조)의 센싱 바들 용접은 P130과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 11 내지 도 13은 제1 버스 바 프레임(121)과 제1 리드 커버(127)의 결합을 설명하기 위한 도면들이다. 보다 구체적으로 도 11은 사시도이고, 도 12 및 도 13은 측면도들이다.
도 4 및 도 11 내지 도 13을 참조하면, P130에서, 제1 버스 바 프레임(121)에 제1 리드 커버(127)를 결합할 수 있다.
제1 버스 바 프레임(121)은 제3 그루브(121G3) 및 돌출부들(121P)을 더 포함할 수 있다. 제1 리드 커버(127)는 제3 그루브(121G3)에 삽입될 수 있다. 제1 리드 커버(127)는 고정부들(127F)을 포함할 수 있다. 고정부들(127F)은 돌출부들(121P)이 삽입되도록 구성된 홀들을 포함할 수 있다. 고정부들(127F)의 홀들에 돌출부들(121P)이 삽입됨으로써, 제1 리드 커버(127)와 제1 버스 바 프레임(121)이 서로 고정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 리드 커버(127)의 면적은 제1 버스 바 프레임(121)의 면적보다 더 작을 수 있다. 집적 회로 수용부(121I)는 제3 그루브(121G3)에 삽입된 제1 리드 커버(127)보다 더 외측으로(즉, 셀 스택(110)과 결합되는 반대 측으로) 더 돌출될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 리드 커버(127)는 제1 내지 제7 센싱 바들(125S1~125S7), 제1 양극 리드들(P1), 제2 음극 리드들(N2), 제3 양극 리드들(P3), 제4 음극 리드들(N4), 제5 양극 리드들(P5), 제6 음극 리드들(N6), 제7 양극 리드들(P7), 제8 음극 리드들(N8), 제9 양극 리드들(P9), 제10 음극 리드들(N10), 제11 양극 리드들(P11), 제12 음극 리드들(N12), 제13 양극 리드들(P13), 제14 음극 리드들(N14), 제15 양극 리드들(P15) 및 제16 음극 리드들(N16)과 중첩되는 제1 버스 바 프레임(121)의 부분만을 한정적으로 커버할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 리드 커버(127)의 삽입으로 인한 제1 버스 바 어셈블리(100, 도 1 참조)의 실질적인 부피 증가가 없고, 배터리 어셈블리(100, 도 1 참조)의 부피-에너지 밀도가 제고될 수 있다.
제3 그루브(121G3)는 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S, 도 5 참조)과 제2 그루브(121G2, 도 5 참조)의 사이에 개재될 수 있다. 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S, 도 5 참조)은 제3 그루브(121G3)를 사이에 두고 제2 그루브(121G2, 도 5 참조)와 이격될 수 있다. 이에 따라, 복수의 지그 삽입 슬롯들(121S, 도 5 참조)은 제1 리드 커버(127)를 사이에 두고 집적 회로 수용부(121I)와 이격될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하여 서술한 제1 버스 바 어셈블리(120)에 대한 설명은, 제2 버스 바 어셈블리(130, 도 2 참조)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (13)

  1. 제1 내지 제3 파우치 형 배터리 셀들을 포함하는 셀 스택으로서, 상기 제1 파우치 형 배터리 셀은 제1 양극 리드 및 제1 음극 리드를 포함하고, 상기 제2 파우치 형 배터리 셀은 제2 양극 리드 및 제2 음극 리드를 포함하며, 및 상기 제3 파우치 형 배터리 셀은 제3 양극 리드 및 제3 음극 리드를 포함하고; 및
    상기 셀 스택과 결합된 제1 버스 바 어셈블리를 포함하되,
    상기 제1 버스 바 어셈블리는,
    제1 버스 바 프레임;
    상기 제1 버스 바 프레임에 결합된 제1 및 제2 버스 바들로서, 상기 제1 및 제2 버스 바들은 상기 셀 스택의 전압을 출력하도록 구성되고; 및
    상기 제1 버스 바 프레임 상에 결합되고, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드의 전위를 측정하도록 구성된 제1 센싱 바를 포함하는 제1 집적 회로를 포함하되,
    상기 제1 센싱 바의 두께는 상기 제1 버스 바의 두께보다 더 작은 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 버스 바들 각각의 두께는 상기 제1 센싱 바의 두께의 5배 내지 20배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱 바의 두께는 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱 바는 상기 제1 및 제2 버스 바들과 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱 바는 상기 제1 및 제2 버스 바들과 다른 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱 바는 상기 제2 음극 리드를 사이에 두고 상기 제3 양극 리드와 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버스 바 어셈블리는, 상기 버스 바 프레임에 결합되고, 및 상기 제1 양극 리드, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드를 커버하는 제1 리드 커버를 더 포함하고, 및
    상기 제1 리드 커버는 절연성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 버스 바 프레임은 그루브를 정의하는 집적 회로 수용부를 포함하고, 및
    상기 제1 집적 회로는 상기 그루브 내에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 버스 바 프레임의 상기 집적 회로 수용부는 상기 제1 리드 커버보다 더 돌출된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 버스 바 프레임은 복수의 지그 삽입 슬롯들을 포함하고, 및
    상기 복수의 지그 삽입 슬롯들은, 상기 제2 음극 리드 및 상기 제3 양극 리드를 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 지그 삽입 슬롯들은 상기 제1 리드 커버를 사이에 두고 상기 집적 회로 수용부와 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 지그 삽입 슬롯들 중 하나는 상기 제1 센싱 바를 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 지그 삽입 슬롯들 각각은 상기 제1 및 제2 버스 바들로부터 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
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