WO2026010366A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스

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WO2026010366A1
WO2026010366A1 PCT/KR2025/009441 KR2025009441W WO2026010366A1 WO 2026010366 A1 WO2026010366 A1 WO 2026010366A1 KR 2025009441 W KR2025009441 W KR 2025009441W WO 2026010366 A1 WO2026010366 A1 WO 2026010366A1
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WO
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bus bar
sub
busbar
battery pack
power
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PCT/KR2025/009441
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English (en)
French (fr)
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양성환
이영규
정동규
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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Publication date
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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 an electric device including the same, and more particularly, to a battery pack capable of stable high-power discharge while maintaining a fusing function, and an electric device including the same.
  • lithium-ion batteries are attracting attention for their advantages over nickel-based batteries: virtually no memory effect, free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density.
  • lithium-ion secondary batteries primarily use lithium oxide and carbon materials as the positive and negative electrode active materials, respectively. Furthermore, the lithium-ion secondary battery comprises an electrode assembly comprising positive and negative plates coated with the positive and negative electrode active materials, respectively, with a separator interposed between them, and an outer packaging material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium-ion secondary batteries can be classified into pouch-type secondary batteries, in which the electrode assembly is housed in a pouch made of aluminum laminate sheet, and can-type secondary batteries, in which the electrode assembly is housed in a metal can, depending on the shape of the battery case.
  • can-type secondary batteries can be further classified into cylindrical batteries and square batteries, depending on the shape of the metal can.
  • battery packs that consist of a single module or cell assembly with improved structural rigidity by standing and densely arranging multiple cylindrical battery cells, and a cell frame surrounding the single module or cell assembly.
  • a battery pack multiple battery cells and busbars (or metal plates) can be electrically connected to each other via wires using a so-called wire bonding technique. If an event occurs in a battery cell, causing a high current exceeding the allowable current to flow, the wires in the battery pack can short-circuit, preventing the event from progressing. This function is called fusing.
  • the present invention was created in consideration of the above-described problems, and its primary purpose is to provide a battery pack and an electric device including the same, in which a connecting wire can smoothly perform a fusing function while also effectively performing high-power discharge.
  • a battery pack comprises: a plurality of battery cells having first electrodes and second electrodes; a cell frame supporting and accommodating the plurality of battery cells; a power bus bar arranged at the outermost end on one side of the cell frame and electrically connected to the battery cells in one direction by a plurality of connecting wires; and a power bus bar guide rib protruding to one side to guide the settling of the power bus bar, the power bus bar settling portion having the power bus bar settling, wherein one side of the power bus bar and one end of the power bus bar guide rib have the same height.
  • the connecting wire connected to the power bus bar can be bent twice.
  • the above power bus bar can be electrically connected to each of the second electrodes of the battery cells by a plurality of the above connecting wires.
  • the above power bus bar can be electrically connected to each of the first electrodes of the battery cells by a plurality of the above connecting wires.
  • the battery pack according to the present invention further includes a sub-bus bar that is arranged on the inside of the power bus bar on one side of the cell frame and is electrically connected to the battery cell in one direction and the other direction by a plurality of connecting wires, and one side of the power bus bar can be positioned higher than one side of the sub-bus bar.
  • the battery pack according to the present invention further includes a sub-busbar mounting portion on which the sub-busbar is mounted, wherein the power busbar and the sub-busbar have the same thickness, and one side of the power busbar mounting portion can be positioned higher than one side of the sub-busbar mounting portion.
  • the battery pack according to the present invention further includes a sub-busbar mounting portion on which the sub-busbar is mounted, one side of the sub-busbar mounting portion has the same height as one side of the power busbar mounting portion, and the power busbar may have a thickness greater than that of the sub-busbar.
  • the power bus bar may have a protruding region protruding toward the battery cell and a recessed region recessed toward the battery cell, and a protrusion formed in the protruding region protruding toward the first electrode may be formed, and an extension formed in the recessed region extending toward the first electrode may be formed.
  • the power bus bar has a protruding region protruding toward the battery cell and a recessed region recessed toward the battery cell, and an extension portion extending toward the second electrode may be formed in the protruding region.
  • the power bus bar may be extended in a direction other than the one direction, and may have an electrode exposure portion that exposes the first electrode or the second electrode to the outside at a longitudinal end of the power bus bar.
  • the above sub-bus bar may be electrically connected to the second electrode of each of the battery cells arranged on the one-way side by a plurality of the connecting wires, and may be electrically connected to the first electrode of each of the battery cells arranged on the other-way side by a plurality of the connecting wires.
  • the sub-bus bar may have a protruding region protruding toward the battery cell and a recessed region recessed toward the battery cell, and a protrusion formed in the protruding region protruding toward the first electrode may be formed, and an extension formed in the recessed region extending toward the first electrode may be formed.
  • the above sub-bus bar has a protruding region protruding toward the battery cell and a recessed region recessed toward the battery cell, and an extension portion extending toward the second electrode can be formed in the protruding region.
  • the above sub-bus bar may be extended in the one direction and the other direction, and may have an electrode exposure portion that exposes the first electrode or the second electrode to the outside at a longitudinal end of the sub-bus bar.
  • An electric device comprises at least one battery pack according to the present invention.
  • a battery pack and an electric device including the same can be provided, in which a connecting wire can smoothly perform a fusing function while also effectively performing high-power discharge by a power bus bar and a power bus bar mounting portion.
  • a power bus bar can be electrically connected to specific electrodes of a battery cell by a plurality of connecting wires, thereby providing a battery pack and an electrical device including the same in which high-power discharge can be more effectively achieved.
  • a battery pack and an electric device including the same can be provided in which the length of a connecting wire connecting the power busbar and the battery cell can be further reduced.
  • a battery pack and an electric device including the same can be provided that can effectively prevent the resin from overflowing to the outside of the cell frame by the power bus bar and the power bus bar mounting portion.
  • a battery pack and an electric device including the same can be provided, in which a connecting wire can smoothly perform a fusing function while also effectively performing high-power discharge by a sub-bus bar and a sub-bus bar mounting portion.
  • a sub-bus bar can be electrically connected to a specific electrode of a battery cell by a plurality of connecting wires, thereby providing a battery pack and an electrical device including the same in which high-power discharge can be more effectively achieved.
  • a battery pack and an electrical device including the same can be provided in which the length of a connecting wire connecting the sub-bus bar and the battery cell can be further reduced.
  • the electrical connection structure of the connecting wire can be designed differently, thereby providing a battery pack and an electrical device including the same with improved versatility and compatibility.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall appearance of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing an exploded view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a battery cell of a battery pack according to one embodiment of the present invention, enlarged separately.
  • Figure 4 is a plan view showing the overall appearance of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a side cross-sectional view showing a part of the II' cross-section shown in Figure 4.
  • Fig. 6 is a side cross-sectional view showing a portion where a power bus bar of a conventional battery pack is arranged.
  • Figure 7 is a plan view showing an enlarged view of area A shown in Figure 4.
  • Figure 8 is a plan view showing an enlarged view of the power bus bar portion of a conventional battery.
  • FIG. 9 is a plan view modified from FIG. 7 to explain a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a side cross-sectional view showing the II' cross-section shown in Figure 4.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view of FIG. 10 modified to explain a battery pack according to a modified example of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing a power bus bar of a battery pack according to one embodiment of the present invention, enlarged separately.
  • Figure 13 is a perspective view showing an enlarged view of area B of Figure 12.
  • Fig. 14 is a side cross-sectional view showing the IIII' cross-section shown in Fig. 4.
  • Figure 15 is a plan view showing an enlarged view of area C shown in Figure 4.
  • Figure 16 is a plan view showing an enlarged view of the sub-bus bar portion of a conventional battery.
  • FIG. 17 is a plan view modified from FIG. 15 to illustrate a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 18 is a plan view showing a sub-bus bar of a battery pack according to one embodiment of the present invention, enlarged separately.
  • FIG. 19 is a drawing illustrating an electrical device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall appearance of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a battery cell of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a plan view showing the overall appearance of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view showing a part of the II' cross-section shown in FIG. 4
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view showing a portion of a conventional battery pack where a power bus bar is arranged.
  • a battery pack (10) according to an embodiment of the present invention may include a plurality of battery cells (100), a cell frame (200), a power bus bar (300), a power bus bar mounting portion (210), and a power bus bar guide rib (211).
  • the battery pack (10) can be provided as a three-dimensional structure having a predetermined width and a predetermined length in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and a predetermined height in the Z-axis direction.
  • the battery cell (100) may include a first electrode (110) and a second electrode (120).
  • the first electrode (110) and the second electrode (120) may have different polarities.
  • the first electrode (110) may have a positive electrode
  • the second electrode (120) may have a negative electrode.
  • Both the first electrode (110) and the second electrode (120) may be positioned on one side of the battery cell (100).
  • the first electrode (110) and the second electrode (120) may be positioned on the upper side or the +Z direction side of the battery cell (100).
  • the first electrode (110) may be placed at the upper center of the battery cell (100), and the second electrode (120) may be placed along the upper edge of the battery cell (100) to surround the first electrode (110).
  • the cell frame (200) may be configured to support and accommodate a plurality of battery cells (100).
  • the plurality of battery cells (100) may be arranged in a horizontal direction parallel to the X-Y plane while standing in the Z-axis direction.
  • An empty space may be formed on the inside of the cell frame (200) to support and accommodate the plurality of battery cells (100).
  • the power busbar (300) may be a busbar arranged at the outermost end on one side of the cell frame (200).
  • the power busbar (300) may be arranged on the upper side or the +Z direction side of the cell frame (200).
  • the power busbar (300) may be arranged on the -Y direction side on one side of the cell frame (200).
  • a connection busbar (500) described below may be arranged on the +Y direction side of one side of the cell frame (200), and at least one sub busbar (400) described below may be arranged between the power busbar (300) and the connection busbar (500) described below.
  • the power bus bar (300) can be electrically connected to the battery cells (100) in one direction.
  • a plurality of battery cells (100) can be electrically connected to the +Y direction side of the power bus bar (300).
  • the power bus bar (300) can be connected to a power terminal (310).
  • the power terminal (310) can be, for example, a terminal arranged on the -Y direction side, and can be a so-called HV (High Voltage) terminal that can be electrically connected to an external electrical device requiring power.
  • a relatively high output current can flow through the power bus bar (300).
  • the power bus bar (300) can be electrically connected to the battery cell (100) in one direction by a plurality of connecting wires (W).
  • the connecting wires (W) can be welded and joined to the power bus bar (300) and the battery cell (100).
  • the connecting wire (W) can include a conductive material.
  • the connecting wire (W) can be a wire including a metal material. Accordingly, in the battery pack (10) according to the present invention, a plurality of battery cells (100) and the power bus bar (300) can be electrically connected by a so-called wire bonding method.
  • the connecting wire (W) can perform a fusing function.
  • the connecting wire (W) can be disconnected to prevent the battery cell (100) from proceeding with the specific event.
  • This function can be referred to as a fusing function.
  • the above-described connecting wire (W) can also electrically connect the sub-bus bar (400) and the battery cell (100) described later, and the connecting bus bar (500) and the battery cell (100) described later.
  • the power busbar mounting portion (210) may be configured to mount the power busbar (300).
  • the power busbar (300) may be positioned at the outermost portion on one side of the cell frame (200) as described above, and the power busbar mounting portion (210) may be positioned at the outermost portion on one side of the cell frame (200).
  • the power busbar mounting portion (210) may be a part of the cell frame (200).
  • the power busbar mounting portion (210) may be provided as an integral part with the cell frame (200).
  • the power busbar (300) may be mounted on the upper side or the +Z direction side of the power busbar mounting portion (210).
  • the power busbar mounting portion (210) may be provided with a power busbar guide rib (211).
  • the power busbar guide rib (211) may protrude to one side from the power busbar mounting portion (210).
  • the power busbar guide rib (211) may protrude upward or in the +Z direction from the power busbar mounting portion (210).
  • the power busbar guide rib (211) may protrude from at least a portion of an edge of the power busbar mounting portion (210).
  • One side of the power busbar (300) and one end of the power busbar guide rib (211) may have the same height.
  • the upper side of the power busbar (300) and the upper end of the power busbar guide rib (211) may have the same height.
  • the height of the upper end of the power busbar guide rib (211), h1 + H1 may be the same as the height of the upper side of the power busbar (300), T1 + H1.
  • the height (h1 + H1) of the upper end of the power busbar guide rib (211) and the height (T1 + H1) of the upper surface of the power busbar (300) may be formed higher than the height (H) of the upper end of the battery cell (100). That is, the power busbar (300) may be provided at a higher position than the battery cell (100). As a result, when resin is filled inside the battery pack (10), the resin can be prevented from overflowing from the battery pack (10).
  • the connecting wire (W) can be electrically connected to the battery cell (100) from the power bus bar (300) through the power bus bar guide rib (211).
  • the battery cell (100) may be positioned below the power bus bar (300), and if there is a height difference between the battery cell (100) and the power bus bar (300), the connecting wire (W) inevitably has to be bent.
  • the length of the connecting wire (W) increases as the degree of bending (e.g., the bending angle) becomes more severe or the number of bends increases. If the length of the connecting wire (W) increases, the electrical resistance increases, which may make it vulnerable to high-power discharge.
  • the height (h1' + H1') of one end of the power busbar guide rib (211') was higher than the height (T1' + H1') of one end of the power busbar (300'). This is because, when filling the inside of the cell frame (200') with resin, in order to prevent the resin from overflowing to the outside of the cell frame (200'), the height (h1' + H1') of one end of the power busbar guide rib (211') was developed to become increasingly higher, but in comparison, research and development on the power busbar mounting portion (210') and the power busbar (300') was relatively low.
  • the connecting wire (W') of the conventional battery pack was bent relatively severely from the power bus bar (300') to the power bus bar guide rib (211') and to the battery cell (100'), and the number of bends was also high, so its length could not but be relatively long.
  • the connecting wire (W') is welded to the battery cell (100') and the power bus bar (300')
  • the length of the welding part had to be secured to a certain level or more, and there was a structural limitation in reducing the gap between the battery cell (100') and the power bus bar (300'), so the conventional battery pack had limitations in shortening the length of the connecting wire (W').
  • the connecting wire (W') of the conventional battery pack had to be relatively long, and as a result, the electrical resistance was relatively high, so the size of the fusing current was relatively low. As a result, the conventional battery pack was not suitable for high-power discharge (see Fig. 6).
  • the battery pack (10) according to the present invention has one side of the power bus bar (300) and one end of the power bus bar guide rib (211) at the same height, the degree and number of bends of the connecting wire (W) from the power bus bar (300) to the battery cell (100) through the power bus bar guide rib (211) can be minimized, thereby minimizing its length.
  • the welding portion of the connecting wire (W) to the power bus bar (300) can be brought closer to the power bus bar guide rib, so that the length of the connecting wire (W) can be further minimized.
  • the battery pack (10) according to the present invention can be highly suitable for high-power discharge compared to a conventional battery pack. That is, the battery pack (10) according to the present invention has a remarkable advantage in that the size of the fusing current of the connecting wire (W) can be increased as the length of the connecting wire (W) is shortened, so that the connecting wire (W) can smoothly perform the fusing function while also effectively performing high-output discharge.
  • the minimum mass-produced length of a connecting wire (W') may be 10 mm, and such a 10 mm long connecting wire (W') may have a fusing current value of about 41.5 A.
  • the minimum mass-produced length of the connecting wire (W) may be shortened to 6 mm to 7 mm.
  • the fusing current may be about 51.3 A, which is an increase of about 23.6% compared to the conventional one, and when the length of the connecting wire (W) is 7 mm, the fusing current may be about 56.2 A, which is an increase of about 35.4% compared to the conventional one. If an electric device requires a high-power discharge of 50 A or more, a conventional battery pack will be disconnected at a current lower than 50 A, but a battery pack according to the present invention can comfortably satisfy a high-power discharge of 50 A or more.
  • the connecting wire (W) connected to the power bus bar (300) can be bent twice. Specifically, it can be bent once at the power bus bar guide rib (211) side and once more at the part connected to the battery cell (100).
  • the connecting wire (W) can be welded and joined to the power bus bar (300) and the battery cell (100). When the connecting wire (W) is bent twice as described above and connected to the power bus bar (300) and the battery cell (100), the length of the connecting wire (W) can be minimized.
  • the connecting wire (W') was bent once from the power busbar (300') toward the power busbar guide rib (211'), once or twice on the power busbar guide rib (211') side, and once more on the battery cell (100'), and so was bent at least three or four times, and even when bent three times, the degree of bending was particularly severe on the power busbar guide rib (211') side, so that the length of the connecting wire (W') was inevitably increased.
  • the connecting wire (W) of the battery pack (10) according to the present invention is bent only twice during the section from the power bus bar (300) to the battery cell (100) through the power bus bar guide rib (211), the length of the connecting wire (W) can be further minimized, so that high-power discharge of the battery pack (10) can be more effectively achieved.
  • the connecting wire (W) can be welded to the battery cell (100), the sub-bus bar (400) described later, and the connecting bus bar (500) described later.
  • Fig. 7 is a plan view showing an enlarged view of area A shown in Fig. 4, and Fig. 8 is a plan view showing an enlarged view of a power bus bar portion of a conventional battery.
  • the power bus bar (300) of the battery pack (10) may be electrically connected to the second electrodes (120) of each battery cell (100) by a plurality of connection wires (W).
  • the power bus bar (300) may electrically connect a plurality of battery cells (100) in one direction, and a plurality of connection wires (W) may be connected to the second electrodes (120) of each of the plurality of battery cells (100).
  • the second electrodes (120) of one battery cell (100) may be electrically connected to the power bus bar (300) by two connection wires (W), as illustrated in the drawing. All of the connection wires (W) may be connected to the second electrodes (120) from the power bus bar (300) through the power bus bar guide rib (211).
  • the two connecting wires (W) connected to the second electrode (120) of one battery cell (100) may be arranged relatively far apart from each other at different locations.
  • the connecting wire (W) connecting the second electrode (120) and the power bus bar (300) of one of the two adjacent battery cells (100) and the connecting wire (W) connecting the second electrode (120) and the power bus bar (300) of the other battery cell (100) may be arranged relatively adjacent to each other.
  • the power bus bar (300') was electrically connected to the second electrode (120') of each battery cell by one connecting wire (W'). This may be because the second electrode (120') had to be exposed in a narrow area due to a configuration such as a cell frame (200'). In addition, when designing the bus bar, the number or area of the electrode exposure portions had to be limited in consideration of electrical resistance or temperature increase.
  • the battery pack (10) since a configuration such as the cell frame (200) is not arranged between the power bus bar (300) and the sub-bus bar (400) described below, not only can the second electrode (120) of the battery cell (100) be exposed in a much wider area, but also the second electrodes (120) of two adjacent battery cells (100) may both be exposed in a common area. Accordingly, a plurality of connection wires (W) can be easily connected to each second electrode (120) of each battery cell (100) (see FIG. 8).
  • the electrical resistance between the power bus bar (300) and the second electrode (120) can be significantly reduced compared to the case of a conventional battery pack in which the power bus bar (300) is electrically connected to the second electrode (120) of each battery cell (100) by one connecting wire (W).
  • W connecting wire
  • the fusing current of the connecting wire (W') connected to one battery cell such as in a conventional battery pack
  • the fusing current of the connecting wire (W) connected to two battery cells (100) may be about 83.0 A, which is about twice that of the conventional battery.
  • the length of the connecting wire (W) may be shortened, and at the same time, a plurality of connecting wires (W) may be connected to each second electrode (120) of each battery cell (100).
  • the fusing current of the connecting wire (W') may be 41.5 A.
  • the length of the connecting wire (W) may be shortened to, for example, 8 mm, and two may be connected to each battery cell (100).
  • the fusing current of the connecting wires (W) may be about 94.8 A, which is about 2.28 times that of the conventional one.
  • FIG. 9 is a plan view modified from FIG. 7 to explain a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Two connecting wires (W) connected to the first electrode (110) of one battery cell (100) can be arranged adjacent to each other.
  • the electrical resistance between the power bus bar (300) and the first electrode (110) can be reduced compared to when the power bus bar (300) is electrically connected to the first electrode (110) of each battery cell (100) by one connecting wire (W). This is because the cross-sectional area of the current path between the power bus bar (300) and the first electrode (110) increases. As a result, high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more effectively.
  • the overall electrical connection structure of the battery pack (10) can be designed differently even if the remaining configurations remain the same, so that the overall electrical connection structure of the battery pack (10) can be changed very easily, and thus the versatility and compatibility of the battery pack (10) can be improved.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view showing the II' cross-section shown in FIG. 4, and FIG. 11 is a side cross-sectional view modified from FIG. 10 to explain a battery pack according to a modified example of one embodiment of the present invention.
  • a battery pack (10) according to one embodiment of the present invention may further include a sub-bus bar (400).
  • the sub-bus bar (400) may be a bus bar arranged on the inner side of the power bus bar (300) on one side of the cell frame (200).
  • the sub-bus bar (400) may be arranged on the upper side or the +Z direction side of the cell frame (200).
  • the sub-bus bar (400) may be arranged between the power bus bar (300) and a connection bus bar (500) described below on one side of the cell frame (200). At least one sub-bus bar (400) may be provided.
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the battery cells (100) in one direction and the other direction.
  • a plurality of battery cells (100) can be electrically connected to each of the +Y direction side and the -Y direction side of the sub-bus bar (400).
  • the plurality of battery cells (100) of the battery pack (10) are connected in series and parallel to each other by the sub-bus bar (400) and the connection bus bar (500) described below, and these plurality of battery cells (100) can be ultimately electrically connected to the power bus bar (300).
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the battery cell (100) in both directions by a plurality of connecting wires (W).
  • the connecting wires (W) connected to the sub-bus bar (400) can be provided substantially identically to the connecting wires (W) connected to the power bus bar (300) described above.
  • the connecting wires (W) connected to the sub-bus bar (400) can perform a fusing function, similar to the connecting wires (W) connected to the power bus bar (300).
  • One side of the power bus bar (300) may be positioned higher than one side of the sub bus bar (400).
  • the upper side of the power bus bar (300) may be positioned higher than the upper side of the sub bus bar (400).
  • the battery pack (10) may further include a sub-busbar mounting portion (220).
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be configured to mount a sub-busbar (400).
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be arranged on the inner side of the power busbar mounting portion (210) on one side of the cell frame (200).
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be a part of the cell frame (200).
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be provided as an integral part with the cell frame (200).
  • the sub-busbar (400) may be mounted on the upper side or the +Z direction side of the sub-busbar mounting portion (220).
  • the power busbar (300) and the sub busbar (400) may have the same thickness. That is, the thickness (T1) of the power busbar (300) and the thickness (T2) of the sub busbar (400) may be the same.
  • one side of the power busbar mounting portion (210) may be positioned higher than one side of the sub busbar mounting portion (220).
  • the height (H1) of the upper side of the power busbar mounting portion (210) may be positioned higher than the height (H2) of the upper side of the sub busbar mounting portion (220).
  • the height (T1 + H1) of the upper side of the power busbar (300) may be greater than the height (T2 + H2) of the upper side of the sub busbar (400).
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be provided with a sub-busbar guide rib (221).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude to one side from the sub-busbar mounting portion (220).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude upward or in the +Z direction from the sub-busbar mounting portion (220).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude from at least a portion of an edge of the sub-busbar mounting portion (220).
  • a battery pack (10) may have one side of the sub-busbar mounting portion (220) have the same height as one side of the power busbar mounting portion (210), but the power busbar (300) may have a greater thickness than the sub-busbar (400).
  • the height (H1) of the upper side of the power busbar mounting portion (210) may be the same as the height (H2) of the upper side of the sub-busbar mounting portion (220), and the thickness (T1) of the power busbar (300) may be greater than the thickness (T2) of the sub-busbar (400).
  • the height (T1 + H1) of the upper side of the power busbar (300) may be greater than the height (T2 + H2) of the upper side of the sub-busbar (400).
  • the current pass cross-sectional area inside the power bus bar (300) increases, so that high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more effectively.
  • the battery pack (10) may further include a connection bus bar (500).
  • the connection bus bar (500) may be arranged at the outermost side of the cell frame (200) at a different location from the power bus bar (300).
  • the connection bus bar (500) may be electrically connected to a plurality of battery cells (100) in one direction.
  • the connection bus bar (500) and the battery cells (100) may be electrically connected to each other by a connection wire (W).
  • the connection bus bar (500) may have a connection terminal (not shown) that may be electrically connected to another battery pack (10).
  • the cell frame (200) may include a connection bus bar mounting portion (230) on which the connection bus bar (500) is mounted.
  • FIG. 12 is a plan view showing a power bus bar of a battery pack according to one embodiment of the present invention in an enlarged manner
  • FIG. 13 is a perspective view showing an enlarged area B of FIG. 12.
  • the power bus bar (300) may have a protruding region (320) and a recessed region (330).
  • the protruding region (320) may be a region protruding toward the battery cell (100).
  • the protruding region (320) may be a region protruding toward the battery cell (100) connected to one direction (e.g., +Y direction) of the power bus bar (300).
  • the recessed region (330) may be a region recessed toward the battery cell (100).
  • the recessed region (330) may be a region recessed toward the battery cell (100) connected to one direction of the power bus bar (300).
  • the protruding region (320) and the recessed region (330) may be repeatedly formed on one side of the power bus bar (300).
  • a protrusion (321) may be formed in the protruding region (320).
  • the protrusion (321) may be a portion protruding from the protruding region (320) toward the first electrode (110) of the battery cell (100).
  • An expansion (331) may be formed in the recessed region (330).
  • the expansion (331) may be a portion extending from the recessed region (330) toward the first electrode (110) of the battery cell (100).
  • the power bus bar (300) can be electrically connected to the first electrode (110) of the battery cell (100) by a connecting wire (W).
  • a connecting wire (W) connecting the power bus bar (300) and the first electrode (110) can also be reduced.
  • high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more effectively.
  • An extension portion (322) may be formed in the protruding area (320) of the power bus bar (300).
  • the extension portion (322) may be a portion extending from the protruding area (320) toward the second electrode (120) of the battery cell (100).
  • the extension portion (322) may be connected to the protrusion portion (321) and may be spaced apart from the extension portion (331).
  • the power bus bar (300) according to one embodiment of the present invention may be electrically connected to the second electrode (120) of the battery cell (100) by a connection wire (W).
  • the extension portion (322) is formed in the power bus bar (300) as described above, the gap between the power bus bar (300) and the second electrode (120) may be reduced, and thus the length of the connection wire (W) connecting the power bus bar (300) and the second electrode (120) may also be reduced. As a result, high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more effectively.
  • the power bus bar (300) may have an electrode exposure portion (340).
  • the power bus bar (300) may be elongated in one direction and the other direction, and the electrode exposure portion (340) may expose the first electrode (110) or the second electrode (120) to the outside at the longitudinal end side of the power bus bar (300).
  • the power bus bar (300) may be elongated in the X-axis direction, and the electrode exposure portion (340) may be provided on at least one of the X-direction side ends of the power bus bar (300).
  • the electrode exposure portion (340) may, for example, expose the second electrode (120) to the outside.
  • a power busbar guide rib (211) may be additionally arranged on the electrode exposure portion (340) side.
  • a connection wire (W) may be connected from the power busbar (300) to the first electrode (110) or the second electrode (120) of the battery cell (100) exposed by the electrode exposure portion (340) through the power busbar guide rib (211).
  • one end of the power busbar guide rib (211) described herein may have the same height as one side of the power busbar (300).
  • the power busbar guide rib (211) described herein may prevent resin from overflowing when filling the resin into the battery pack (10).
  • connection wire (W) can be additionally placed on the battery cell (100) connected to the outermost side (e.g., the outermost side in the X-axis direction), so that high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more easily.
  • Fig. 14 is a side cross-sectional view showing the IIII' cross-section shown in Fig. 4.
  • the sub-busbar mounting portion (220) may be provided with a sub-busbar guide rib (221).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude to one side from the sub-busbar mounting portion (220).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude upward or in the +Z direction from the sub-busbar mounting portion (220).
  • the sub-busbar guide rib (221) may protrude from at least a portion of an edge of the sub-busbar mounting portion (220).
  • One side of the sub-busbar (400) and one end of the sub-busbar guide rib (221) may have the same height.
  • the upper side of the sub-busbar (400) and the upper end of the sub-busbar guide rib (221) may have the same height.
  • the height of the upper end of the sub-busbar guide rib (221), h2 + H2 may be the same as the height of the upper side of the sub-busbar (400), T2 + H2.
  • the connecting wire (W) can be connected at the shortest distance with minimal bending from the sub-bus bar (400) through the sub-bus bar guide rib (221) to the battery cell (100), and thus, the battery pack (10) according to the present invention can have the advantage that the connecting wire (W) can smoothly perform the fusing function while also effectively performing high-power discharge.
  • the connecting wire of a conventional battery pack may have a length of 10 mm and a fusing current of about 41.5 A
  • the connecting wire (W) of the battery pack (10) according to the present invention may have a length of 6 mm to 7 mm and a fusing current of about 51.3 A to about 56.2 A.
  • the connecting wire (W) connected to the sub-bus bar (400) can be bent twice. Specifically, it can be bent once at the sub-bus bar guide rib (221) side and once more at the part connected to the battery cell (100). In this case, the length of the connecting wire (W) connecting the sub-bus bar (400) and the battery cell (100) can be further minimized, thereby enabling high-power discharge of the battery pack (10) to be achieved more effectively.
  • Fig. 15 is a plan view showing an enlarged view of the C area shown in Fig. 4, and Fig. 16 is a plan view showing an enlarged view of the sub-bus bar portion of a conventional battery.
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the second electrode (120) of each battery cell (100) disposed on one side by a plurality of connection wires (W).
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the second electrode (120) of each battery cell (100) disposed on the +Y direction by two connection wires (W).
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the first electrode (110) of each battery cell (100) disposed on the other side by a plurality of connection wires (W).
  • the sub-bus bar (400) can be electrically connected to the first electrode (110) of each battery cell (100) disposed on the -Y direction by two connection wires (W).
  • the sub-bus bar (400') was electrically connected to each electrode (110' or 120') of each battery cell by one connecting wire (W'). This may be because the electrode (110' or 120') had to be exposed in a narrow area due to a configuration such as a cell frame (200'). In addition, when designing the bus bar, the number or area of the electrode exposure portion had to be limited in consideration of electrical resistance or temperature increase.
  • the battery pack (10) since a configuration such as the cell frame (200) is not arranged between the sub-bus bar (400) and the power bus bar (300) or between each sub-bus bar (400), not only can the electrode (110 or 120) of the battery cell (100) be exposed in a much wider area, but also the second electrodes (120) of two adjacent battery cells (100) may both be exposed in a common area. Accordingly, a plurality of connection wires (W) can be easily connected to each electrode (110 or 120) of each battery cell (100) (see FIG. 16).
  • the fusing current of the connecting wire (W') connected to one battery cell such as in a conventional battery pack
  • the fusing current of the connecting wire (W) connected to two battery cells (100) may be about 83.0 A, which is about twice that of the conventional battery.
  • the length of the connecting wire (W) may be shortened, and at the same time, a plurality of connecting wires (W) may be connected to each electrode (110 or 120) of each battery cell (100).
  • the fusing current of the connecting wire (W') may be 41.5 A.
  • the length of the connecting wire (W) may be shortened to, for example, 8 mm, and two may be connected to each battery cell (100).
  • the fusing current of the connecting wires (W) may be about 94.8 A, which is about 2.28 times that of the conventional one.
  • FIG. 17 is a plan view modified from FIG. 15 to illustrate a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the first electrode (110) of each battery cell (100) disposed on one side (e.g., +Y direction) of the sub-bus bar (400) may be electrically connected to the sub-bus bar (400) by a plurality of connection wires (W).
  • the second electrode (120) of each battery cell (100) disposed on the other side (e.g., -Y direction) of the sub-bus bar (400) may be electrically connected to the sub-bus bar (400) by a plurality of connection wires (W).
  • Fig. 18 is a plan view showing a sub-bus bar of a battery pack according to one embodiment of the present invention, enlarged separately.
  • the sub-bus bar (400) may have a protruding region (410) and a recessed region (420).
  • the protruding region (410) may be a region protruding toward the battery cell (100).
  • the protruding region (410) may be a region protruding toward the battery cell (100) connected to one direction (e.g., +Y direction) or the other direction (e.g., -Y direction) of the sub-bus bar (400).
  • the recessed region (420) may be a region recessed toward the battery cell (100).
  • the recessed region (420) may be a region recessed toward the battery cell (100) connected to one direction or the other direction of the sub-bus bar (400).
  • the protruding region (410) and the recessed region (420) may be repeatedly formed on the one-way and the other-way sides of the sub-bus bar (400), respectively.
  • a protrusion (411) may be formed in the protruding region (410).
  • the protrusion (411) may be a portion protruding from the protruding region (410) toward the first electrode (110) of the battery cell (100).
  • An expansion (421) may be formed in the recessed region (420).
  • the expansion (421) may be a portion extending from the recessed region (420) toward the first electrode (110) of the battery cell (100).
  • the gap between the first electrode (110) of the battery cell (100) and the sub-bus bar (400) can be reduced, and thus the length of the connecting wire (W) connecting the two can also be reduced, and thus high-power discharge of the battery pack (10) can be performed more effectively.
  • An extension portion (412) may be formed in the protruding area (410) of the sub-bus bar (400).
  • the extension portion (412) may be a portion extending from the protruding area (410) toward the second electrode (120) of the battery cell (100).
  • the extension portion (412) may be connected to the protrusion portion (411) and may be spaced apart from the extension portion (421).
  • the gap between the sub-bus bar (400) and the second electrode (120) may be reduced, and thus the length of the connecting wire (W) connecting the two may also be reduced, thereby enabling high-power discharge of the battery pack (10) to be performed more effectively.
  • the sub-bus bar (400) may have an electrode exposure portion (430).
  • the sub-bus bar (400) may be elongated, and the electrode exposure portion (430) may expose the first electrode (110) or the second electrode (120) to the outside at an end side in the longitudinal direction (e.g., in the X-axis direction) of the sub-bus bar (400).
  • the electrode exposure portion (430) may expose the second electrode (120) to the outside at at least one of the X-axis direction ends of the sub-bus bar (400).
  • connection wire (W) can be additionally placed on the battery cell (100) connected to the outermost side (e.g., the outermost side in the X-axis direction), so that high-power discharge of the battery pack (10) can be achieved more easily.
  • the cell frame (200) may further include a bottom plate (240) that forms a bottom to support a plurality of battery cells (100) (see FIG. 1).
  • an edge portion (201) may be arranged on one edge of the cell frame (200).
  • an edge portion (201) may be arranged on the upper edge of the cell frame (200) so as to completely surround the cell frame (200) along the edge and protrude upwards by a predetermined height.
  • the edge portion (201) the resin filled inside the battery pack (10) can be prevented from overflowing to the outermost side of the battery pack (10) (see FIG. 4).
  • the battery pack (10) according to the present invention may further include various devices for controlling charging and discharging of battery cells (100), such as a BMS (Battery Management System), a current sensor, a fuse, etc., although not shown.
  • BMS Battery Management System
  • a current sensor e.g., a current sensor
  • a fuse e.g., a fuse
  • FIG. 19 is a drawing illustrating an electrical device according to one embodiment of the present invention.
  • the battery pack (10) according to the present invention can be applied to an electric device (V).
  • the electric device (V) can operate by receiving power from the battery pack (10) according to the present invention.
  • the electric device (V) can be a Light Electric Vehicle (LEV). Examples of LEVs include an e-motorcycle vehicle; an e-bike; an e-scooter; an electric golf cart, etc.
  • the electric device (V) can also be an automobile, such as an electric car or a hybrid car.
  • the battery pack (10) may be equipped not only with an electric device (V), but also with other devices, apparatuses, and facilities, such as an energy storage system that uses a secondary battery.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩은, 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 지지 및 수용하는 셀 프레임; 상기 셀 프레임의 일측에서 최외곽에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 일방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 파워 버스바; 및 상기 파워 버스바의 안착을 가이드하도록 일측으로 돌출된 파워 버스바 가이드 리브를 구비하고, 상기 파워 버스바가 안착되는 파워 버스바 안착부를 포함하고, 상기 파워 버스바의 일측면과 상기 파워 버스바 가이드 리브의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 가진다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 퓨징 기능을 유지하면서도, 안정적인 고출력 방전이 가능한 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것이다.
본 출원은 2024년 7월 3일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2024-0087647호에 대한 우선권 주장출원으로서, 해당 출원의 명세서에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이온 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이온 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이온 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이온 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이온 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지와, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 리튬 이온 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 그 자체 또는 카트리지 등에 장착한 상태로 중첩 내지 적층해 밀집 구조로 조립 후, 이를 전기적으로 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩으로 이용되고 있다.
최근, 원통형 전지의 배터리 셀 복수 개를 기립하고 밀집하여 보다 향상된 구조 강성을 가지는 단일의 모듈 또는 셀 집합체와, 이를 감싸는 셀 프레임으로 구성되는 배터리 팩에 대한 연구 개발이 활발한 상황이다.
한편, 배터리 팩에서, 복수 개의 배터리 셀들과 버스바(또는 메탈 플레이트)는, 이른 바 와이어 본딩(Wire Bonding) 공법이 적용되어, 와이어에 의해 서로 전기적 연결될 수 있다. 이러한 배터리 팩의 와이어는, 배터리 셀에 이벤트가 발생하여 허용 전류 이상의 고전류가 흐르게 되는 경우, 단선되어 배터리 셀의 이벤트 진행을 막을 수 있고, 이러한 기능을 퓨징(Fusing) 기능이라 한다.
그러나, 와이어 본딩이 적용되고 퓨징 기능을 갖는 종래 배터리 팩의 경우, 허용 전류의 크기가 너무 낮아서, 고출력 전류를 요구하는 전기 디바이스에는 사용되기 어렵다는 문제가 있었다. 이에, 와이어 본딩이 적용되어 퓨징 기능을 원활히 유지하면서도, 고출력 방전이 가능한 배터리 팩의 마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로, 연결 와이어가 퓨징 기능을 원활히 수행하면서도 고출력 방전도 효과적으로 수행할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 지지 및 수용하는 셀 프레임; 상기 셀 프레임의 일측에서 최외곽에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 일방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 파워 버스바; 및 상기 파워 버스바의 안착을 가이드하도록 일측으로 돌출된 파워 버스바 가이드 리브를 구비하고, 상기 파워 버스바가 안착되는 파워 버스바 안착부를 포함하고, 상기 파워 버스바의 일측면과 상기 파워 버스바 가이드 리브의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 가진다.
상기 파워 버스바에 연결되는 상기 연결 와이어는, 두 번 절곡될 수 있다.
상기 파워 버스바는, 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제2전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결될 수 있다.
상기 파워 버스바는, 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제1전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 셀 프레임의 일측에서 상기 파워 버스바의 내측에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 상기 일방향 및 타방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 서브 버스바를 더 포함하고, 상기 파워 버스바의 일측면은, 상기 서브 버스바의 일측면보다 더 높게 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 더 포함하고, 상기 파워 버스바 및 상기 서브 버스바는, 서로 동일한 두께를 가지며, 상기 파워 버스바 안착부의 일측면은, 상기 서브 버스바 안착부의 일측면보다 더 높게 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 더 포함하고, 상기 서브 버스바 안착부의 일측면은, 상기 파워 버스바 안착부의 일측면과 동일한 높이를 가지며, 상기 파워 버스바는, 상기 서브 버스바보다 더 큰 두께를 가질 수 있다.
상기 파워 버스바는, 상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하고, 상기 돌출 영역에는, 상기 제1전극을 향해 돌출된 돌기부가 형성되고, 상기 함입 영역에는, 상기 제1전극을 향해 확장된 확장부가 형성될 수 있다.
상기 파워 버스바는, 상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하고, 상기 돌출 영역에는, 상기 제2전극을 향해 연장된 연장부가 형성될 수 있다.
상기 파워 버스바는, 상기 일방향과 다른 방향으로 길게 연장되고, 상기 파워 버스바의 길이 방향 단부 측에서, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 외부로 노출시키는 전극 노출부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 셀 프레임의 일측에서 상기 파워 버스바의 내측에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 상기 일방향 및 타방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 서브 버스바; 및 상기 서브 버스바의 안착을 가이드하도록 일측으로 돌출된 서브 버스바 가이드 리브를 구비하고, 상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 포함하고, 상기 서브 버스바의 일측면과 상기 서브 버스바 가이드 리브의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다.
상기 서브 버스바에 연결되는 상기 연결 와이어는, 두 번 절곡될 수 있다.
상기 서브 버스바는, 상기 일방향 측에 배치된 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제2전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결되고, 상기 타방향 측에 배치된 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제1전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결될 수 있다.
상기 서브 버스바는, 상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하며, 상기 돌출 영역에는, 상기 제1전극을 향해 돌출된 돌기부가 형성되고, 상기 함입 영역에는, 상기 제1전극을 향해 확장된 확장부가 형성될 수 있다.
상기 서브 버스바는, 상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하며, 상기 돌출 영역에는, 상기 제2전극을 향해 연장된 연장부가 형성될 수 있다.
상기 서브 버스바는, 상기 일방향 및 상기 타방향으로 길게 연장되고, 상기 서브 버스바의 길이 방향 단부 측에서, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 외부로 노출시키는 전극 노출부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 디바이스는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함한다.
본 발명에 따르면, 파워 버스바 및 파워 버스바 안착부에 의해서, 연결 와이어가 퓨징 기능을 원활히 수행하면서도 고출력 방전도 효과적으로 수행할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 파워 버스바가 배터리 셀의 특정 전극에 복수 개의 연결 와이어에 의해 전기적 연결될 수 있어, 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 파워 버스바의 형상적인 특징에 의해, 파워 버스바와 배터리 셀을 연결하는 연결 와이어의 길이가 더욱 감소될 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 셀 프레임의 내부를 레진(Resin)으로 채울 경우, 파워 버스바 및 파워 버스바 안착부에 의해서, 레진이 셀 프레임의 외곽으로 넘치는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 서브 버스바 및 서브 버스바 안착부에 의해서, 연결 와이어가 퓨징 기능을 원활히 수행하면서도 고출력 방전도 효과적으로 수행할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 서브 버스바가 배터리 셀의 특정 전극에 복수 개의 연결 와이어에 의해 전기적 연결될 수 있어, 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 서브 버스바의 형상적인 특징에 의해, 서브 버스바와 배터리 셀을 연결하는 연결 와이어의 길이가 더욱 감소될 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 연결 와이어의 전기적 연결구조를 달리 설계할 수 있어, 범용성 및 호환성이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 셀을 따로 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 모습을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4에 표시된 ⅠⅠ'단면의 일부분을 나타낸 측단면도이다.
도 6은 종래 배터리 팩의 파워 버스바가 배치된 부분을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 도 4에 표시된 A영역을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 종래 배터리의 파워 버스바 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 7을 변형한 평면도이다.
도 10은 도 4에 표시된 ⅠⅠ'단면을 나타낸 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 10을 변형한 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 파워 버스바를 따로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 13은 도 12의 B영역을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 14는 도 4에 표시된 ⅡⅡ'단면을 나타낸 측단면도이다.
도 15는 도 4에 표시된 C영역을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 16은 종래 배터리의 서브 버스바 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 15를 변형한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 서브 버스바를 따로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 디바이스가 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 모습을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 분해하여 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 셀을 따로 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 모습을 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4에 표시된 ⅠⅠ'단면의 일부분을 나타낸 측단면도이고, 도 6은 종래 배터리 팩의 파워 버스바가 배치된 부분을 나타낸 측단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 복수 개의 배터리 셀(100), 셀 프레임(200), 파워 버스바(300), 파워 버스바 안착부(210) 및 파워 버스바 가이드 리브(211)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(10)은 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 소정의 폭 및 소정의 길이를 가지고, Z축 방향으로 소정의 높이를 가지는 입체적 구조물로 제공될 수 있다.
배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 있다. 배터리 셀(100)은, 이차전지로서, 원통형 이차전지, 파우치형 이차전지 또는 각형 이차전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 복수 개의 배터리 셀(100)들이 원통형 이차전지로 구비되는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 파우치형 이차전지 또는 각형 이차전지가 배터리 셀(100)로 적용될 수 있음은 물론이다.
배터리 셀(100)은 제1전극(110) 및 제2전극(120)을 포함할 수 있다. 제1전극(110) 및 제2전극(120)은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1전극(110)은 양극, 제2전극(120)은 음극을 가질 수 있다. 제1전극(110) 및 제2전극(120)은 모두, 배터리 셀(100)의 일측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)의 상측 내지 +Z방향 측에 제1전극(110) 및 제2전극(120)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(110)은 배터리 셀(100)의 상측 중앙에 배치될 수 있고, 제2전극(120)은 제1전극(110)을 둘러싸도록 배터리 셀(100)의 상측 가장자리를 따라 배치될 수 있다.
셀 프레임(200)은 복수 개의 배터리 셀(100)을 지지 및 수용하는 구성일 수 있다. 셀 프레임(200)에서 복수 개의 배터리 셀(100)은 Z축 방향으로 세워진 상태에서 X-Y평면과 평행한 수평 방향으로 배열될 수 있다. 셀 프레임(200)의 내측에는 복수 개의 배터리 셀(100)을 지지 및 수용하는 빈 공간이 형성될 수 있다.
파워 버스바(300)는 셀 프레임(200)의 일측에서 최외곽에 배치되는 버스바(Busbar)일 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)는 셀 프레임(200)의 상측 내지 +Z방향 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)는 셀 프레임(200)의 일측에서 -Y방향 측에 배치될 수 있다. 참고로, 셀 프레임(200)의 일측의 +Y방향 측에는 후술하는 접속 버스바(500)가 배치될 수 있고, 파워 버스바(300)와 후술하는 접속 버스바(500) 사이에 후술하는 서브 버스바(400)가 적어도 한 개 배치될 수 있다.
파워 버스바(300)는 일방향에서 배터리 셀(100)과 전기적 연결될 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)의 +Y방향 측에 복수 개의 배터리 셀(100)이 전기적 연결될 수 있다. 파워 버스바(300)는 파워 단자(310)와 연결될 수 있다. 파워 단자(310)는, 예를 들어 -Y방향측에 배치되는 단자일 수 있고, 전력을 필요로 하는 외부 전기 디바이스와 전기적 연결될 수 있는 이른 바 HV(High Voltage) 단자일 수 있다. 파워 버스바(300)에서는 상대적으로 고출력의 전류가 흐를 수 있다.
파워 버스바(300)는 다수의 연결 와이어(W)에 의해, 일방향에서 배터리 셀(100)과 전기적 연결될 수 있다. 연결 와이어(W)는 파워 버스바(300) 및 배터리 셀(100)에 용접되어 결합될 수 있다. 연결 와이어(W)는 도전성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 와이어(W)는 금속 재질을 포함하는 와이어일 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)에서, 복수 개의 배터리 셀(100)들과 파워 버스바(300)는 이른 바 와이어 본딩(Wire Bonding) 공법에 의해 전기적 연결될 수 있다. 연결 와이어(W)는 퓨징(Fusing) 기능을 수행할 수 있다. 배터리 셀(100)에서 특정 이벤트가 발생하여 미리 정해진 소정의 허용 전류(이하, 퓨징 전류) 이상의 고전류가 흐르게 되는 경우, 연결 와이어(W)가 단선되어 배터리 셀(100)의 상기 특정 이벤트 진행을 막을 수 있는데, 이러한 기능을 퓨징 기능이라 할 수 있다. 퓨징 기능을 통해서, 배터리 셀(100)의 발화를 막을 수 있다. (한편, 상기 연결 와이어(W)는 후술하는 서브 버스바(400) 및 배터리 셀(100), 및 후술하는 접속 버스바(500) 및 배터리 셀(100)을 전기적 연결시킬 수도 있다.)
파워 버스바 안착부(210)는 파워 버스바(300)가 안착되는 구성일 수 있다. 파워 버스바(300)는 앞서 설명한 바와 같이 셀 프레임(200)의 일측에서 최외곽에 배치될 수 있는 바, 파워 버스바 안착부(210)는 셀 프레임(200)의 일측에서 최외곽에 배치될 수 있다. 파워 버스바 안착부(210)는 셀 프레임(200)의 일 부분일 수 있다. 파워 버스바 안착부(210)는 셀 프레임(200)과 일체형으로 제공될 수 있다. 파워 버스바(300)는 파워 버스바 안착부(210)의 상측 내지 +Z방향 측에서 안착될 수 있다.
파워 버스바 안착부(210)는 파워 버스바 가이드 리브(211)를 구비할 수 있다. 파워 버스바 가이드 리브(211)는 파워 버스바 안착부(210)로부터 일측으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바 가이드 리브(211)는 파워 버스바 안착부(210)로부터 상측 내지 +Z방향 측으로 돌출될 수 있다. 파워 버스바 가이드 리브(211)는 파워 버스바 안착부(210)의 가장자리 중 적어도 일부에서 돌출될 수 있다.
파워 버스바(300)의 일측면과 파워 버스바 가이드 리브(211)의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)의 상측면과 파워 버스바 가이드 리브(211)의 상측 단부는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 구체적으로, 셀 프레임(200)에서, 파워 버스바 가이드 리브(211)를 제외한 파워 버스바 안착부(210) 상측면까지의 높이가 H1이고, 파워 버스바 가이드 리브(211)의 높이가 h1이며, 파워 버스바(300)의 두께가 T1이고, h1과 T1이 동일한 경우, 파워 버스바 가이드 리브(211)의 상측 단부의 높이인 h1 + H1는, 파워 버스바(300)의 상측면의 높이인 T1 + H1과 동일할 수 있다.
파워 버스바 가이드 리브(211)의 상측 단부의 높이(h1 + H1) 및 파워 버스바(300)의 상측면의 높이(T1 + H1)는 배터리 셀(100) 상단부의 높이(H)보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 파워 버스바(300)는 배터리 셀(100)보다 높은 위치에 제공될 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩(10) 내부에 레진(Resin)이 충진될 시, 레진이 배터리 팩(10)으로부터 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.
연결 와이어(W)는 파워 버스바(300)로부터 파워 버스바 가이드 리브(211)를 거쳐서 배터리 셀(100)에 전기적 연결될 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 배터리 셀(100)은 파워 버스바(300)보다 아래에 위치할 수 있고, 이렇게 배터리 셀(100)과 파워 버스바(300) 간에 높이 차가 있는 경우, 필연적으로 연결 와이어(W)가 절곡될 수 밖에 없다. 연결 와이어(W)는 절곡 정도(예를 들어, 절곡되는 각도)가 심해지거나 절곡 횟수가 증가할수록 그 길이가 증가하게 된다. 연결 와이어(W)의 길이가 증가하는 경우, 전기 저항이 증가하여, 고출력 방전에 취약할 수 있다.
종래 배터리 팩의 경우, 파워 버스바 가이드 리브(211')의 일측 단부의 높이(h1' + H1')가 파워 버스바(300')의 일측면의 높이(T1' + H1')보다 높았다. 왜냐하면, 셀 프레임(200')의 내부를 레진(Resin)으로 채울 때, 레진이 셀 프레임(200')의 외곽으로 넘치는 것을 방지하기 위해서, 파워 버스바 가이드 리브(211')의 일측 단부의 높이(h1' + H1')가 점점 더 높아지도록 개발되었으나, 이에 비해 파워 버스바 안착부(210') 및 파워 버스바(300')에 대한 연구 및 개발은 상대적으로 저조하였기 때문이다. 이에, 종래 배터리 팩의 연결 와이어(W')는, 파워 버스바(300')로부터 파워 버스바 가이드 리브(211')를 거쳐 배터리 셀(100')에 이르기까지 비교적 심하게 절곡되었고 절곡되는 횟수도 많아, 그 길이가 상대적으로 길 수 밖에 없었다. 뿐만 아니라, 연결 와이어(W')가 배터리 셀(100') 및 파워 버스바(300')에 용접되는 경우 용접 부위의 길이가 일정 수준 이상으로 확보되어야만 하고, 배터리 셀(100')과 파워 버스바(300') 간의 간격을 줄이는 것에도 구조적인 한계가 있었기 때문에, 종래 배터리 팩은 연결 와이어(W')의 길이를 단축시키는 것에 한계가 있었다. 따라서, 종래 배터리 팩의 연결 와이어(W')는, 그 길이는 상대적으로 길 수 밖에 없었고, 이로 인해, 전기 저항도 상대적으로 높아, 퓨징 전류의 크기가 상대적으로 낮았다. 그 결과, 종래 배터리 팩은 고출력 방전에 적합하지 않았다(도 6 참조).
그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 파워 버스바(300)의 일측면과 파워 버스바 가이드 리브(211)의 일측 단부가 서로 동일한 높이를 갖기 때문에, 연결 와이어(W)가 파워 버스바(300)로부터 파워 버스바 가이드 리브(211)를 거쳐 배터리 셀(100)에 이르기까지, 절곡 정도 및 절곡 횟수가 최소화되어, 그 길이가 최소화될 수 있다. 또한, 연결 와이어(W)에서 파워 버스바(300)에 용접되는 용접 부위가 파워 버스바 가이드 리브에 더욱 가까워질 수 있어, 연결 와이어(W)의 길이가 더욱 최소화될 수 있다. 이렇게 연결 와이어(W)의 길이가 최소화됨에 따라, 연결 와이어(W)의 전기 저항도 최소화될 수 있어, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 종래 배터리 팩에 비하여 고출력 방전에 매우 적합해질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 연결 와이어(W)의 길이가 단축된 만큼, 연결 와이어(W)의 퓨징 전류의 크기가 증대될 수 있어, 연결 와이어(W)가 퓨징 기능을 원활히 수행할 수 있으면서도 고출력의 방전도 효과적으로 수행할 수 있다는 현저한 장점을 갖는다.
예를 들면, 종래 배터리 팩의 경우, 연결 와이어(W')의 양산 최소 길이가 10mm일 수 있고, 이러한 10mm 길이의 연결 와이어(W')는 퓨징 전류 값이 약 41.5A일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 두께 및 재질 등이 동일한 조건에서, 연결 와이어(W)의 양산 최소 길이가 6mm 내지 7mm로 단축될 수 있다. 연결 와이어(W)의 길이가 6mm인 경우 퓨징 전류는 약 51.3A으로 종래 대비 약 23.6% 증가하고, 연결 와이어(W)의 길이가 7mm인 경우 퓨징 전류는 약 56.2A으로 종래 대비 약 35.4% 증가할 수 있다. 만약, 전기 디바이스가 50A 이상의 고출력 방전을 요구하는 경우, 종래 배터리 팩은 50A보다 낮은 전류에서 단선되겠지만, 본 발명에 따른 배터리 팩은 50A 이상의 고출력 방전을 여유 있게 만족할 수 있다.
파워 버스바(300)에 연결되는 연결 와이어(W)는, 두 번 절곡될 수 있다. 구체적으로, 파워 버스바 가이드 리브(211) 측에서 한 번 절곡되고, 배터리 셀(100)과 연결되는 부분에서 또 한 번 절곡될 수 있다. 연결 와이어(W)는 파워 버스바(300) 및 배터리 셀(100)에 용접되어 결합될 수 있다. 연결 와이어(W)가 상기와 같이 두 번 절곡되어, 파워 버스바(300) 및 배터리 셀(100)에 연결되는 경우, 연결 와이어(W)의 길이가 최소화될 수 있다.
종래 배터리 팩의 경우, 파워 버스바 가이드 리브(211')의 일측 단부의 높이(h1' + H1')가 파워 버스바(300')의 일측면의 높이(T1' + H1')보다 높았기 때문에, 연결 와이어(W')가 파워 버스바(300')로부터 파워 버스바 가이드 리브(211')를 향하는 부분에서 한 번 절곡되고, 파워 버스바 가이드 리브(211') 측에서 한 번 내지 두 번 절곡되며, 배터리 셀(100')에서 또 한 번 절곡되는 등 적어도 세 번 내지 네 번 절곡되었고, 세 번 절곡되는 경우에도 특히 파워 버스바 가이드 리브(211') 측에서는 절곡되는 정도가 심하여, 연결 와이어(W')의 길이가 불필요하게 증가될 수 밖에 없다는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 연결 와이어(W)는, 파워 버스바(300)로부터 파워 버스바 가이드 리브(211)를 지나 배터리 셀(100)까지 연결되는 구간 중, 단 두 번만 절곡되기 때문에, 연결 와이어(W)의 길이가 더욱 최소화될 수 있어, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
한편, 연결 와이어(W)는, 배터리 셀(100), 후술하는 서브 버스바(400) 및 후술하는 접속 버스바(500)에 용접 결합될 수 있다.
도 7은 도 4에 표시된 A영역을 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 8은 종래 배터리의 파워 버스바 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 파워 버스바(300)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 파워 버스바(300)는, 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결될 수 있다. 구체적으로, 파워 버스바(300)는 일방향에서 복수 개의 배터리 셀(100)이 전기적 연결될 수 있고, 이러한 복수 개의 배터리 셀(100)들 각각의 제2전극(120)마다, 복수 개의 연결 와이어(W)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)은, 도면에 도시된 바와 같이, 두 개의 연결 와이어(W)에 의해 파워 버스바(300)와 서로 전기적 연결될 수 있다. 상기 연결 와이어(W)는 모두, 파워 버스바(300)로부터 파워 버스바 가이드 리브(211)를 거쳐 제2전극(120)에 연결될 수 있다.
하나의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)에 연결되는 두 개의 연결 와이어(W)는, 각각 서로 다른 위치에서 상대적으로 멀게 배치될 수도 있다. 인접한 두 개의 배터리 셀(100) 중 어느 하나의 배터리 셀(100)의 제2전극(120) 및 파워 버스바(300)를 연결하는 연결 와이어(W)와, 다른 하나의 배터리 셀(100)의 제2전극(120) 및 파워 버스바(300)를 연결하는 연결 와이어(W)는 서로 상대적으로 인접하게 배치될 수 있다.
종래의 배터리 팩의 경우, 파워 버스바(300')가 각각의 배터리 셀의 제2전극(120')마다 하나의 연결 와이어(W')에 의해 전기적으로 연결되었다. 이는 셀 프레임(200') 등과 같은 구성에 의하여, 제2전극(120')이 협소한 면적으로 노출될 수 밖에 없었기 때문일 수 있다. 또한, 버스바 설계시 전기 저항이나 온도 증가 등을 고려하여 전극 노출 부위의 개수나 면적이 한정될 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 파워 버스바(300)와 후술하는 서브 버스바(400) 사이에, 셀 프레임(200)과 같은 구성이 배치되지 않는 등으로 인해, 배터리 셀(100)의 제2전극(120)이 훨씬 넓은 면적으로 노출될 수 있을 뿐만 아니라 공통된 영역에서 인접한 두 개의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)이 모두 노출될 수도 있다. 이에, 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)가 용이하게 연결될 수 있다(도 8 참조).
이와 같이, 파워 버스바(300)가 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결되는 경우, 파워 버스바(300)가 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다 하나의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결되는 종래 배터리 팩의 경우에 비해, 파워 버스바(300)와 제2전극(120) 간의 전기 저항이 훨씬 감소할 수 있다. 왜냐하면, 파워 버스바(300)와 제2전극(120) 간 전류 패스의 단면적이 증가하기 때문이다. 그 결과, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 연결 와이어(W, W')의 길이가 10mm라고 가정할 때, 종래 배터리 팩과 같이 하나의 배터리 셀에 한 개로 연결된 연결 와이어(W')의 퓨징 전류는 약 41.5A일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)과 같이 하나의 배터리 셀(100)에 두 개로 연결된 연결 와이어(W)들은, 퓨징 전류가 약 83.0A로 종래 대비 약 2배일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 앞서 설명한 바와 같이 연결 와이어(W)의 길이가 단축되면서, 동시에 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)가 연결될 수도 있다.
예를 들어, 종래 배터리 팩의 경우, 연결 와이어(W')의 길이가 10mm이고 각 배터리 셀마다 한 개씩 연결되는 경우, 상기 연결 와이어(W')의 퓨징 전류는 41.5A일 수 있다. 그러나 본 발명의 배터리 팩(10)의 경우, 연결 와이어(W)의 길이가 예를 들어 8mm로 단축될 수 있고, 각 배터리 셀(100)마다 두 개씩 연결될 수 있으며, 이 경우, 상기 연결 와이어(W)들의 퓨징 전류는 약 94.8A로 종래 대비 약 2.28배일 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 7을 변형한 평면도이다.
이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 파워 버스바(300)에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 파워 버스바(300)는, 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)마다 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결될 수 있다. 달리 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)과 비교하여, 와이어의 배치 및 연결 구조만 달리하고, 배터리 셀(100), 셀 프레임(200), 파워 버스바(300), 파워 버스바 안착부(210) 등의 나머지 구성들은 그대로 구성될 수 있다. 구체적으로, 파워 버스바(300)는 일방향에서 복수 개의 배터리 셀(100)이 전기적 연결될 수 있고, 이러한 복수 개의 배터리 셀(100)들 각각의 제1전극(110)마다, 복수 개의 연결 와이어(W)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)은, 도면에 도시된 바와 같이, 두 개의 연결 와이어(W)에 의해 파워 버스바(300)와 서로 전기적 연결될 수 있다.
하나의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)에 연결되는 두 개의 연결 와이어(W)는, 각각 인접하게 배치될 수 있다.
이와 같이, 파워 버스바(300)가 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)마다 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결되는 경우, 파워 버스바(300)가 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)마다 하나의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결되는 경우에 비해, 파워 버스바(300)와 제1전극(110) 간의 전기 저항이 감소될 수 있다. 왜냐하면, 파워 버스바(300)와 제1전극(110) 간 전류 패스의 단면적이 증가하기 때문이다. 그 결과, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 앞서 설명한 바와 같이, 연결 와이어(W)의 배치 및 연결 구조만 변경하면, 나머지 구성들은 그대로 구성하더라도, 배터리 팩(10)의 전체적인 전기적 연결구조를 달리 설계할 수 있어, 배터리 팩(10)의 전체적인 전기적 연결구조를 매우 용이하게 변경할 수 있고, 이에 배터리 팩(10)의 범용성 및 호환성 등이 향상될 수 있다.
도 10은 도 4에 표시된 ⅠⅠ'단면을 나타낸 측단면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 10을 변형한 측단면도이다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 서브 버스바(400)를 더 포함할 수 있다. 서브 버스바(400)는 셀 프레임(200)의 일측에서 파워 버스바(300)의 내측에 배치되는 버스바일 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)는 셀 프레임(200)의 상측 내지 +Z방향 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)는, 셀 프레임(200)의 일측에서 파워 버스바(300)와 후술하는 접속 버스바(500)의 사이에 배치될 수 있다. 서브 버스바(400)는 적어도 한 개 구비될 수 있다.
서브 버스바(400)는 일방향 및 타방향에서 배터리 셀(100)과 전기적 연결될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)의 +Y방향 측 및 -Y방향 측에 각각, 복수 개의 배터리 셀(100)이 전기적 연결될 수 있다. 배터리 팩(10)의 복수 개의 배터리 셀(100)들은, 서브 버스바(400) 및 후술하는 접속 버스바(500)에 의해 서로 직병렬 연결되고, 이러한 복수 개의 배터리 셀(100)들이 최종적으로 파워 버스바(300)에 전기적 연결될 수 있다.
서브 버스바(400)는 다수의 연결 와이어(W)에 의해, 양방향에서 배터리 셀(100)과 전기적 연결될 수 있다. 서브 버스바(400)에 연결되는 연결 와이어(W)는, 앞서 설명한 파워 버스바(300)에 연결되는 연결 와이어(W)와 실질적으로 동일하게 제공될 수 있다. 서브 버스바(400)에 연결되는 연결 와이어(W)는 파워 버스바(300)에 연결되는 연결 와이어(W)와 마찬가지로, 퓨징 기능을 수행할 수 있다.
파워 버스바(300)의 일측면은 서브 버스바(400)의 일측면보다 더 높게 위치할 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)의 상측면은 서브 버스바(400)의 상측면보다 더 높게 위치할 수 있다.
이와 같이, 파워 버스바(300)의 일측면이 서브 버스바(400)의 일측면보다 더 높게 위치하는 경우, 배터리 팩(10) 내부에 레진이 충진될 시, 레진이 배터리 팩(10)의 내측으로부터 최외곽 측으로 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 서브 버스바 안착부(220)를 더 포함할 수 있다. 서브 버스바 안착부(220)는 서브 버스바(400)가 안착되는 구성일 수 있다. 서브 버스바 안착부(220)는 셀 프레임(200)의 일측에서 파워 버스바 안착부(210)의 내측에 배치될 수 있다. 서브 버스바 안착부(220)는 셀 프레임(200)의 일 부분일 수 있다. 서브 버스바 안착부(220)는 셀 프레임(200)과 일체형으로 제공될 수 있다. 서브 버스바(400)는 서브 버스바 안착부(220)의 상측 내지 +Z방향 측에서 안착될 수 있다.
파워 버스바(300) 빛 서브 버스바(400)는 서로 동일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 파워 버스바(300)의 두께(T1)와 서브 버스바(400)의 두께(T2)는 서로 동일할 수 있다. 그리고, 파워 버스바 안착부(210)의 일측면은, 서브 버스바 안착부(220)의 일측면보다 더 높게 위치할 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바 안착부(210)의 상측면의 높이(H1)는 서브 버스바 안착부(220)의 상측면의 높이(H2)보다 더 높게 위치할 수 있다. 그 결과, 파워 버스바(300)의 상측면의 높이(T1 + H1)는, 서브 버스바(400)의 상측면의 높이(T2 + H2)보다 더 클 수 있다.
상기와 같이, 파워 버스바(300)와 서브 버스바(400)의 두께가 동일하면, 하나의 판으로 파워 버스바(300)와 서브 버스바(400)를 한번에 제작하기 용이하여, 배터리 팩(10)의 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 서브 버스바 안착부(220)는 서브 버스바 가이드 리브(221)를 구비할 수 있다. 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)로부터 일측으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)로부터 상측 내지 +Z방향 측으로 돌출될 수 있다. 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)의 가장자리 중 적어도 일부에서 돌출될 수 있다.
특히, 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 배터리 팩(10)은 서브 버스바 안착부(220)의 일측면이 파워 버스바 안착부(210)의 일측면과 동일한 높이를 가지되, 파워 버스바(300)가 서브 버스바(400)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바 안착부(210)의 상측면의 높이(H1)는 서브 버스바 안착부(220)의 상측면의 높이(H2)와 동일할 수 있고, 파워 버스바(300)의 두께(T1)는 서브 버스바(400)의 두께(T2)보다 더 클 수 있다. 그 결과, 파워 버스바(300)의 상측면의 높이(T1 + H1)는, 서브 버스바(400)의 상측면의 높이(T2 + H2)보다 더 클 수 있다.
상기와 같이, 파워 버스바(300)가 서브 버스바(400)보다 더 큰 두께를 가질 경우, 파워 버스바(300) 내부의 전류 패스 단면적이 증가하여, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
한편, 다시, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 접속 버스바(500)를 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 접속 버스바(500)를 더 포함할 수 있다. 접속 버스바(500)는 셀 프레임(200)의 일측에서 파워 버스바(300)와 다른 최외곽에 배치될 수 있다. 접속 버스바(500)는 일방향에서 복수 개의 배터리 셀(100)과 전기적 연결될 수 있다. 접속 버스바(500)와 배터리 셀(100)은 연결 와이어(W)에 의해, 서로 전기적 연결될 수 있다. 접속 버스바(500)는 다른 배터리 팩(10)과 전기적 연결될 수 있는 접속 단자(미도시)를 구비할 수 있다. 셀 프레임(200)은 접속 버스바(500)가 안착되는 접속 버스바 안착부(230)를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 파워 버스바를 따로 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 13은 도 12의 B영역을 확대하여 나타낸 사시도이다.
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 파워 버스바(300)에 대하여 더욱 더 상세히 설명한다.
파워 버스바(300)는 돌출 영역(320) 및 함입 영역(330)을 구비할 수 있다. 돌출 영역(320)은 배터리 셀(100)을 향해 돌출된 영역일 수 있다. 구체적으로, 돌출 영역(320)은 파워 버스바(300)의 일방향(예를 들어, +Y방향)에 연결되는 배터리 셀(100)을 향해 돌출된 영역일 수 있다. 함입 영역(330)은 배터리 셀(100)을 향해 함입된 영역일 수 있다. 구체적으로, 함입 영역(330)은 파워 버스바(300)의 일방향에 연결되는 배터리 셀(100)을 향하여 함입된 영역일 수 있다. 돌출 영역(320)과 함입 영역(330)은 파워 버스바(300)의 일방향 측에서 반복되어 형성될 수 있다.
돌출 영역(320)에는 돌기부(321)가 형성될 수 있다. 돌기부(321)는 돌출 영역(320)에서 배터리 셀(100)의 제1전극(110)을 향해 돌출된 부분일 수 있다. 함입 영역(330)에는 확장부(331)가 형성될 수 있다. 확장부(331)는 함입 영역(330)에서 배터리 셀(100)의 제1전극(110)을 향해 확장된 부분일 수 있다.
한편, 앞서 도 7에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 버스바(300)는, 연결 와이어(W)에 의해, 배터리 셀(100)의 제1전극(110)과 전기적 연결될 수 있다. 이 때, 파워 버스바(300)에 상기와 같이 돌기부(321) 및 확장부(331)가 형성되는 경우, 파워 버스바(300)와 제1전극(110) 간의 간격이 감소될 수 있어, 파워 버스바(300)와 제1전극(110)을 연결하는 연결 와이어(W)의 길이도 감소될 수 있다. 그 결과, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
파워 버스바(300)의 돌출 영역(320)에는 연장부(322)가 형성될 수 있다. 연장부(322)는 돌출 영역(320)에서 배터리 셀(100)의 제2전극(120)을 향해 연장된 부분일 수 있다. 연장부(322)는 돌기부(321)와 이어질 수 있고, 확장부(331)와는 이격될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 버스바(300)는, 연결 와이어(W)에 의해, 배터리 셀(100)의 제2전극(120)과 전기적 연결될 수 있다. 이 때, 파워 버스바(300)에 상기와 같이 연장부(322)가 형성되는 경우, 파워 버스바(300)와 제2전극(120) 간의 간격이 감소될 수 있어, 파워 버스바(300)와 제2전극(120)을 연결하는 연결 와이어(W)의 길이도 감소될 수 있다. 그 결과, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
파워 버스바(300)는 전극 노출부(340)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 파워 버스바(300)는 일방향과 다른 방향으로 길게 연장될 수 있고, 전극 노출부(340)는, 파워 버스바(300)의 길이 방향 단부 측에서, 제1전극(110) 또는 제2전극(120)을 외부로 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 파워 버스바(300)는 X축 방향으로 길게 연장되고, 전극 노출부(340)는 파워 버스바(300)의 X방향 측 양단부 중 적어도 한 측에 구비될 수 있다. 전극 노출부(340)는 예를 들어, 제2전극(120)을 외부로 노출시킬 수 있다.
전극 노출부(340) 측에는 파워 버스바 가이드 리브(211)가 추가로 더 배치될 수 있다. 연결 와이어(W)는 파워 버스바(300)로부터 상기 파워 버스바 가이드 리브(211)를 거쳐 전극 노출부(340)에 의해 노출되는 배터리 셀(100)의 제1전극(110) 또는 제2전극(120)에 연결될 수 있다. 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 여기서 설명하는 파워 버스바 가이드 리브(211)의 일단부도 파워 버스바(300)의 일측면과 동일한 높이를 가질 수 있다. 또한, 여기서 설명하는 파워 버스바 가이드 리브(211)는, 배터리 팩(10)에 레진 충진 시 레진이 넘처 흐르는 것을 방지할 수 있다.
파워 버스바(300)에 전극 노출부(340)가 구비됨에 따라, 최외측((예를 들어, X축 방향 최외측)에 연결된 배터리 셀(100)에 연결 와이어(W)가 추가적으로 배치될 수 있어, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
도 14는 도 4에 표시된 ⅡⅡ'단면을 나타낸 측단면도이다.
이하, 도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 서브 버스바에 대하여 상세히 설명한다.
서브 버스바 안착부(220)는 서브 버스바 가이드 리브(221)를 구비할 수 있다. 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)로부터 일측으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)로부터 상측 내지 +Z방향 측으로 돌출될 수 있다. 서브 버스바 가이드 리브(221)는 서브 버스바 안착부(220)의 가장자리 중 적어도 일부에서 돌출될 수 있다.
서브 버스바(400)의 일측면과 서브 버스바 가이드 리브(221)의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)의 상측면과 서브 버스바 가이드 리브(221)의 상측 단부는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 구체적으로, 셀 프레임(200)에서, 서브 버스바 가이드 리브(221)를 제외한 서브 버스바 안착부(220) 상측면까지의 높이가 H2이고, 서브 버스바 가이드 리브(221)의 높이가 h2이며, 서브 버스바(400)의 두께가 T2이고, h2와 T2가 동일한 경우, 서브 버스바 가이드 리브(221)의 상측 단부의 높이인 h2 + H2는, 서브 버스바(400)의 상측면의 높이인 T2 + H2와 동일할 수 있다.
서브 버스바(400) 및 서브 버스바 가이드 리브(221)가 상기와 같이 구성되는 경우, 연결 와이어(W)가 서브 버스바(400)로부터 서브 버스바 가이드 리브(221)를 거쳐 배터리 셀(100)에 이르기까지, 절곡이 최소화되어, 최단거리로 연결될 수 있고, 이에, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 연결 와이어(W)가 퓨징 기능을 원활히 수행할 수 있으면서도 고출력의 방전도 효과적으로 수행할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
예를 들면, 종래 배터리 팩의 연결 와이어는, 길이가 10mm이고 퓨징 전류가 약41.5A일 수 있지만, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 연결 와이어(W)는, 길이가 6mm 내지 7mm이고 퓨징 전류가 약 51.3A 내지 약 56.2A일 수 있다.
서브 버스바(400)에 연결되는 연결 와이어(W)는, 두 번 절곡될 수 있다. 구체적으로, 서브 버스바 가이드 리브(221) 측에서 한 번 절곡되고, 배터리 셀(100)과 연결되는 부분에서 또 한 번 절곡될 수 있다. 이 경우, 서브 버스바(400)와 배터리 셀(100)을 연결하는 연결 와이어(W)의 길이가 더욱 최소화될 수 있어, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 15는 도 4에 표시된 C영역을 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 16은 종래 배터리의 서브 버스바 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
이하, 도 15 및 도 16을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 서브 버스바(400)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
서브 버스바(400)는 일방향 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다, 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해, 전기적 연결될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)는, +Y방향 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)마다, 두 개의 연결 와이어(W)에 의해, 전기적 연결될 수 있다. 서브 버스바(400)는 타방향 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)마다, 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해, 전기적 연결될 수 있다. 예를 들어, 서브 버스바(400)는, -Y방향 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)마다, 두 개의 연결 와이어(W)에 의해, 전기적 연결될 수 있다.
종래의 배터리 팩의 경우, 서브 버스바(400')가 각각의 배터리 셀의 전극(110'또는 120')마다 하나의 연결 와이어(W')에 의해 전기적으로 연결되었다. 이는 셀 프레임(200') 등과 같은 구성에 의하여, 전극(110'또는 120')이 협소한 면적으로 노출될 수 밖에 없었기 때문일 수 있다. 또한, 버스바 설계시 전기 저항이나 온도 증가 등을 고려하여 전극 노출 부위의 개수나 면적이 한정될 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 서브 버스바(400)와 파워 버스바(300) 사이 또는 각 서브 버스바(400)의 사이에, 셀 프레임(200)과 같은 구성이 배치되지 않는 등으로 인해, 배터리 셀(100)의 전극(110 또는 120)이 훨씬 넓은 면적으로 노출될 수 있을 뿐만 아니라 공통된 영역에서 인접한 두 개의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)이 모두 노출될 수도 있다. 이에, 각각의 배터리 셀(100)의 전극(110 또는 120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)가 용이하게 연결될 수 있다(도 16 참조).
이와 같이, 서브 버스바(400)가 일방향 측 및 타방향 측에서, 각각의 배터리마다 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 전기적 연결되는 경우, 서브 버스바(400)와 배터리 셀(100) 간의 전류 패스의 단면적이 증가하여, 서브 버스바(400)와 배터리 셀(100) 간의 전기 저항이 감소할 수 있다. 그 결과, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 연결 와이어(W, W')의 길이가 10mm라고 가정할 때, 종래 배터리 팩과 같이 하나의 배터리 셀에 한 개로 연결된 연결 와이어(W')의 퓨징 전류는 약 41.5A일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)과 같이 하나의 배터리 셀(100)에 두 개로 연결된 연결 와이어(W)들은, 퓨징 전류가 약 83.0A로 종래 대비 약 2배일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 앞서 설명한 바와 같이 연결 와이어(W)의 길이가 단축되면서, 동시에 각각의 배터리 셀(100)의 전극(110 또는 120)마다 복수 개의 연결 와이어(W)가 연결될 수도 있다.
예를 들어, 종래 배터리 팩의 경우, 연결 와이어(W')의 길이가 10mm이고 각 배터리 셀마다 한 개씩 연결되는 경우, 상기 연결 와이어(W')의 퓨징 전류는 41.5A일 수 있다. 그러나 본 발명의 배터리 팩(10)의 경우, 연결 와이어(W)의 길이가 예를 들어 8mm로 단축될 수 있고, 각 배터리 셀(100)마다 두 개씩 연결될 수 있으며, 이 경우, 상기 연결 와이어(W)들의 퓨징 전류는 약 94.8A로 종래 대비 약 2.28배일 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위해 도 15을 변형한 평면도이다.
이하, 도 17을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 서브 버스바(400)에 대하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 서브 버스바(400)의 일방향(예를 들어, +Y방향) 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제1전극(110)이 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 서브 버스바(400)에 전기적 연결될 수 있다. 그리고, 서브 버스바(400)의 타방향(예를 들어, -Y방향) 측에 배치된 각각의 배터리 셀(100)의 제2전극(120)이 복수 개의 연결 와이어(W)에 의해 서브 버스바(400)에 전기적 연결될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 서브 버스바를 따로 확대하여 나타낸 평면도이다.
이하, 도 18을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 버스바(400)에 대하여 더욱 더 상세히 설명한다.
서브 버스바(400)는 돌출 영역(410) 및 함입 영역(420)을 구비할 수 있다. 돌출 영역(410)은 배터리 셀(100)을 향해 돌출된 영역일 수 있다. 구체적으로, 돌출 영역(410)은 서브 버스바(400)의 일방향(예를 들어, +Y방향) 또는 타방향(예를 들어, -Y방향)에 연결되는 배터리 셀(100)을 향해 돌출된 영역일 수 있다. 함입 영역(420)은 배터리 셀(100)을 향해 함입된 영역일 수 있다. 구체적으로, 함입 영역(420)은 서브 버스바(400)의 일방향 또는 타방향에 연결되는 배터리 셀(100)을 향하여 함입된 영역일 수 있다. 돌출 영역(410)과 함입 영역(420)은 서브 버스바(400)의 일방향 및 타방향 측에서 각각, 반복되어 형성될 수 있다.
돌출 영역(410)에는 돌기부(411)가 형성될 수 있다. 돌기부(411)는 돌출 영역(410)에서 배터리 셀(100)의 제1전극(110)을 향해 돌출된 부분일 수 있다. 함입 영역(420)에는 확장부(421)가 형성될 수 있다. 확장부(421)는 함입 영역(420)에서 배터리 셀(100)의 제1전극(110)을 향해 확장된 부분일 수 있다.
상기와 같이, 서브 버스바(400)가 돌기부(411) 및 확장부(421)를 구비하는 경우, 배터리 셀(100)의 제1전극(110)과 서브 버스바(400) 간의 간격이 감소될 수 있어, 이 둘을 연결하는 연결 와이어(W)의 길이도 감소될 수 있으며, 이에 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
서브 버스바(400)의 돌출 영역(410)에는 연장부(412)가 형성될 수 있다. 연장부(412)는 돌출 영역(410)에서 배터리 셀(100)의 제2전극(120)을 향해 연장된 부분일 수 있다. 연장부(412)는 돌기부(411)와 이어질 수 있고, 확장부(421)와는 이격될 수 있다. 서브 버스바(400)에 연장부(412)가 형성되는 경우, 서브 버스바(400)와 제2전극(120) 간의 간격이 감소될 수 있어, 이 둘을 연결하는 연결 와이어(W)의 길이도 감소될 수 있으며, 이에 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 더욱 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
서브 버스바(400)는 전극 노출부(430)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 서브 버스바(400)는 길게 연장될 수 있고, 전극 노출부(430)는, 서브 버스바(400)의 길이 방향(예를 들어, X축 방향) 단부 측에서, 제1전극(110) 또는 제2전극(120)을 외부로 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 전극 노출부(430)는, 서브 버스바(400)의 X축 방향 양단부 중 적어도 한 곳에서, 제2전극(120)을 외부로 노출시킬 수 있다.
서브 버스바(400)에 전극 노출부(430)가 구비됨에 따라, 최외측(예를 들어, X축 방향 최외측)에 연결된 배터리 셀(100)에 연결 와이어(W)가 추가적으로 배치될 수 있어, 배터리 팩(10)의 고출력 방전이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 셀 프레임(200)은 복수 개의 배터리 셀(100)을 지지하도록 바닥을 형성하는 바텀 플레이트(240)를 더 포함할 수 있다(도 1 참조).
한편, 셀 프레임(200)의 일측 가장자리에는 가장자리부(201)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 셀 프레임(200)의 상측 가장자리에는 가장자리를 따라 셀 프레임(200)을 전체적으로 감싸고 상측으로 소정 높이로 돌출된 가장자리부(201)가 배치될 수 있다. 가장자리부(201)에 의해, 배터리 팩(10) 내부에 충진되는 레진이 배터리 팩(10)의 최외곽 측으로 넘쳐 흐르는 것이 방지될 수 있다(도 4 참조).
상기에서는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)에 대한 바람직한 예시들을 설명하였다. 본 발명의 기술적 사상은, 이러한 예시들에 한정되는 것이 아니고, 이들의 어느 둘 이상의 조합도 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 미도시 하였으나 배터리 셀(100)들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 디바이스가 도시된 도면이다.
이하, 도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 전기 디바이스(V)에 적용될 수 있다. 전기 디바이스(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)으로부터 전력을 공급 받아 동작할 수 있다. 전기 디바이스(V)는 LEV(Light Electric Vehicles)일 수 있다. LEV의 예로는, 이-모토사이클 비히클(e-motorcycle vehicle); 이-바이크(E-bike); 이-스쿠터(E-scooter); 전기 골프 카트(Electric golf cart) 등을 들 수 있다. 전기 디바이스(V)는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차일 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 전기 디바이스(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 에너지 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
10 : 배터리 팩
100 : 배터리 셀
110 : 제1전극
120 : 제2전극
200 : 셀 프레임
201 : 가장자리부
210 : 파워 버스바 안착부
211 : 파워 버스바 가이드 리브
220 : 서브 버스바 안착부
221 : 서브 버스바 가이드 리브
230 : 접속 버스바 안착부
240 : 바텀 플레이트
300 : 파워 버스바
310 : 파워 단자
320 : 돌출 영역
321 : 돌기부
322 : 연장부
330 : 함입 영역
331 : 확장부
340 : 전극 노출부
400 : 서브 버스바
410 : 돌출 영역
411 : 돌기부
412 : 연장부
420 : 함입 영역
421 : 확장부
430 : 전극 노출부
500 : 접속 버스바
W : 와이어
V : 전기 디바이스

Claims (17)

  1. 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수 개의 배터리 셀;
    상기 복수 개의 배터리 셀을 지지 및 수용하는 셀 프레임;
    상기 셀 프레임의 일측에서 최외곽에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 일방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 파워 버스바; 및
    상기 파워 버스바의 안착을 가이드하도록 일측으로 돌출된 파워 버스바 가이드 리브를 구비하고, 상기 파워 버스바가 안착되는 파워 버스바 안착부를 포함하고,
    상기 파워 버스바의 일측면과 상기 파워 버스바 가이드 리브의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바에 연결되는 상기 연결 와이어는,
    두 번 절곡되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바는,
    각각의 상기 배터리 셀의 상기 제2전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바는,
    각각의 상기 배터리 셀의 상기 제1전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 일측에서 상기 파워 버스바의 내측에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 상기 일방향 및 타방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 서브 버스바를 더 포함하고,
    상기 파워 버스바의 일측면은,
    상기 서브 버스바의 일측면보다 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 더 포함하고,
    상기 파워 버스바 및 상기 서브 버스바는,
    서로 동일한 두께를 가지며,
    상기 파워 버스바 안착부의 일측면은,
    상기 서브 버스바 안착부의 일측면보다 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 더 포함하고,
    상기 서브 버스바 안착부의 일측면은,
    상기 파워 버스바 안착부의 일측면과 동일한 높이를 가지며,
    상기 파워 버스바는,
    상기 서브 버스바보다 더 큰 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바는,
    상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하고,
    상기 돌출 영역에는,
    상기 제1전극을 향해 돌출된 돌기부가 형성되고,
    상기 함입 영역에는,
    상기 제1전극을 향해 확장된 확장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바는,
    상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하고,
    상기 돌출 영역에는,
    상기 제2전극을 향해 연장된 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파워 버스바는,
    상기 일방향과 다른 방향으로 길게 연장되고,
    상기 파워 버스바의 길이 방향 단부 측에서, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 외부로 노출시키는 전극 노출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 일측에서 상기 파워 버스바의 내측에 배치되고, 다수의 연결 와이어에 의해, 상기 일방향 및 타방향에서 상기 배터리 셀과 전기적 연결되는 서브 버스바; 및
    상기 서브 버스바의 안착을 가이드하도록 일측으로 돌출된 서브 버스바 가이드 리브를 구비하고, 상기 서브 버스바가 안착되는 서브 버스바 안착부를 포함하고,
    상기 서브 버스바의 일측면과 상기 서브 버스바 가이드 리브의 일측 단부는 서로 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 서브 버스바에 연결되는 상기 연결 와이어는,
    두 번 절곡되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 서브 버스바는,
    상기 일방향 측에 배치된 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제2전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결되고,
    상기 타방향 측에 배치된 각각의 상기 배터리 셀의 상기 제1전극마다, 복수 개의 상기 연결 와이어에 의해, 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 서브 버스바는,
    상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하며,
    상기 돌출 영역에는,
    상기 제1전극을 향해 돌출된 돌기부가 형성되고,
    상기 함입 영역에는,
    상기 제1전극을 향해 확장된 확장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 서브 버스바는,
    상기 배터리 셀을 향해 돌출된 돌출 영역, 및 상기 배터리 셀을 향해 함입된 함입 영역을 구비하며,
    상기 돌출 영역에는,
    상기 제2전극을 향해 연장된 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 서브 버스바는,
    상기 일방향 및 상기 타방향과 다른 방향으로 길게 연장되고,
    상기 서브 버스바의 길이 방향 단부 측에서, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 외부로 노출시키는 전극 노출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
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