WO2022005218A1 - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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성준엽
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more particularly, to a battery pack including a swelling absorption and coupling structure of battery cells and a device including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because by-products due to energy use do not occur.
  • a battery module including at least one battery cell is configured, and other components are added using the at least one battery module to form a battery pack.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1, showing a battery module having a conventional compression pad inserted therein.
  • the conventional battery module 10 may include a compression pad 13 formed between the battery cell 11 and the frame 12 to contact the battery cell 11 .
  • the compression pad 13 absorbs the swelling of the battery cell 11 through contraction when the swelling of the battery cell 11 occurs, thereby minimizing the morphological deformation of the battery module 10 .
  • An object of the present invention is to provide a battery pack in which the manufacturing process of the battery pack is simplified and a device including the same.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack including a structure for absorbing swelling between the battery cells and the battery pack and coupling the battery cells to the battery pack, and a device including the same.
  • the lower pack housing having a plurality of module areas; a partition wall dividing the plurality of module areas; a cell block mounted in each of the plurality of module areas; and a coupling member coupling the cell block and the partition wall, wherein the cell block includes: a battery cell stack in which the plurality of battery cells are stacked; and a side plate positioned between the battery cell stack and the partition wall.
  • the cell block may further include a holding band formed to surround the circumference of the battery cell stack.
  • the coupling member may couple the holding band and the partition wall to each other.
  • the side plate may be formed to contact the outermost battery cells on both sides of the battery cell stack, and the holding band may be formed to surround the periphery of the battery cell stack and the side plate.
  • the holding band may be respectively formed at front and rear ends of the battery cell stack.
  • Holding band protrusions may be formed in the middle portions of both sides of the holding band.
  • the coupling member may couple the holding band protrusion and the partition wall to each other.
  • An opening may be formed in a portion of the partition wall corresponding to the holding band protrusion, and the holding band protrusion may be inserted into the opening.
  • the coupling member may be a bolt.
  • the bolt penetrates the barrier rib from top to bottom and comes into contact with the holding band protrusion inserted into the opening, and presses the holding band protrusion from the upper side to the lower side to form the holding band protrusion and the holding band protrusion below the protrusion. can be combined with each other.
  • the bolts may be respectively provided on the two holding band protrusions formed on both sides of the holding band and press the holding band protrusions, respectively.
  • the side plate may be formed of an elastic member.
  • the side plate may be in contact with the battery cell stack and spaced apart from the partition wall.
  • a device may include the battery pack.
  • a battery pack and a device including the same absorb swelling of battery cells directly accommodated in the battery pack through a side plate and a partition wall, and connect the battery cells and the side plate to the battery through a coupling member It can be combined into a pack.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1, showing a battery module having a conventional compression pad inserted therein.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a cell block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a cell block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the battery pack according to an embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 7 is a view showing part B of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is an enlarged view of part D of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of part C of FIG. 6 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a portion F-F′ of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a portion E-E′ of FIG. 9 .
  • the first and second terms used in the present application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a diagram illustrating a cell block according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of a cell block according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a view showing a state in which the battery pack according to an embodiment of the present invention is assembled.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention includes a lower pack housing 100 having a plurality of module areas, a partition wall 110 dividing the plurality of module areas, and a plurality of module areas. It includes a cell block 200 mounted on each.
  • the lower pack housing 100 accommodates a plurality of cell blocks 200 .
  • the plurality of module areas of the lower pack housing 100 may be formed to have a size corresponding to the size of the cell block 200 , and the plurality of cell blocks 420 may be positioned in the plurality of module areas, respectively.
  • the plurality of cell blocks 200 may be arranged in two rows along the stacking direction of the battery cells.
  • a partition wall 110 may be formed between each module area to partition between the respective module areas.
  • the partition wall 110 may be formed to face side surfaces of the cell block 200 positioned in the module area.
  • the lower pack housing 100 and the partition wall 110 formed thereon may protect the plurality of cell blocks 200 from external impact.
  • the thermally conductive resin layer 500 may be formed on the bottom surface of the lower pack housing 100 .
  • the thermally conductive resin layer 500 may transfer heat generated from the plurality of cell blocks 200 disposed in each of the plurality of module regions to the outside of the battery pack.
  • the thermally conductive resin layer 500 may be formed by curing the applied thermally conductive resin.
  • the cell block 200 may be seated in each of the plurality of module areas before the thermal conductive resin is cured.
  • the heat transferred to the thermal conductive resin layer 500 may be discharged to the outside through the lower side of the lower pack housing 100 .
  • it may further include an upper pack housing 400 that covers the upper portion of the cell block 200 .
  • the upper pack housing 400 may be coupled to the lower pack housing 100 and the partition wall 110 formed in the lower pack housing 100 .
  • the plurality of cell blocks 200 may be vertically fixed through the upper pack housing 400 and the plurality of cell blocks may be protected from external force.
  • a battery module 10 is formed by assembling a battery cell stack and several parts connected thereto, and a double assembly structure in which a plurality of battery modules are accommodated in a battery pack is adopted.
  • the battery pack according to the present embodiment includes a battery cell stack 210 and a lower pack housing 100 in which the cell block 200 from which the module frame is removed forms the battery pack. ) is formed in a module-less structure that is directly coupled to the A battery pack structure may be formed.
  • the overall battery pack manufacturing process may be simplified, the manufacturing cost of the battery pack may be reduced, and the weight of the battery pack may be reduced.
  • there is an advantage that reassembly is advantageous during the battery pack assembly process, and the conventional battery module can be compared with the disadvantage that it is difficult to reassemble when the module frame is welded and defective.
  • the cell block 200 includes a battery cell stack 210 in which a plurality of battery cells 211 are stacked, and a side plate 240 positioned between the battery cell stack 210 and the partition wall 110 .
  • the battery cell 211 is a secondary battery and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 211 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 211 may be stacked to each other so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 210 .
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a battery case, and an electrode lead protruding from the electrode assembly.
  • the cell block 200 may further include a holding band 220 formed to surround the circumference of the battery cell stack 210 .
  • the holding band 220 is provided around the front and rear ends of the battery cell stack 210 , respectively, and may serve to fix the front and rear ends of the battery cell stack 210 .
  • the front and rear ends of the battery cell stack 210 may refer to both ends in the longitudinal direction (y-axis) of the battery cell stack 210 .
  • the cell block 200 does not have a fixing member such as a module frame in a conventional battery module, a battery cell stack composed of a plurality of battery cells using a fixing material such as a holding band 220 ( By fixing the 210 , the battery cell stack 210 can be stably seated in the plurality of module areas.
  • the holding band 220 may be made of a material having elasticity.
  • the cell block 200 may further include a battery cell stack 210 in which a plurality of battery cells are stacked, and an insulating cover 230 coupled to front and rear surfaces of the battery cell stack 210 .
  • the insulating cover 230 may block electrical connection between the electrode leads formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 210 and the outside. Through this, the cell block 200 may obtain electrical stability.
  • the cell block 200 may further include a side plate 240 formed to contact the outermost battery cells 211a on both sides of the battery cell stack 210 .
  • the side plate 240 is a plate-shaped member, which can supplement the rigidity of the cell block 200 , and is formed as a member having elasticity at the same time to absorb swelling of the battery cell stack 210 .
  • the side plate 240 may include a plastic material that can be manufactured by injection molding. In some cases, a leaf spring material may be applied to the side plate 240 .
  • the holding band 220 is formed to surround the battery cell stack 210 and the side plates 240 coupled to both sides of the battery cell stack 210 at once, and the battery cell stack 210 ) and the side plate 240 can be fixed at once.
  • FIGS. 6 to 10 a battery pack having a coupling member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10 .
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the battery pack according to an embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 7 is a view showing part B of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is an enlarged view of part D of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of part C of FIG. 6 .
  • 10 is a cross-sectional view illustrating a portion F-F′ of FIG. 9 .
  • the battery pack according to the present embodiment includes a coupling member 300 for coupling the cell block 200 and the partition wall 110 to each other. More specifically, as shown in FIG. 10 , the coupling member 300 may couple the holding band 220 and the partition wall 110 to each other.
  • the holding band protrusion 221 is formed as shown in FIGS. 7, 8 and 10, and the coupling member 300 is the holding band protrusion ( 221), the holding band protrusion 221 and the partition wall 110 may be coupled to each other.
  • both sides of the holding band 220 may be a portion located close to the side plate 240 .
  • Both sides of the holding band 220 may be portions located close to the outermost battery cell 211 of the battery cell stack 210 .
  • the holding band protrusion 221 may be a portion protruding toward the partition wall 110 on the circumference of the holding band 220 .
  • the holding band protrusion 221 may be a portion where both ends of the holding band 220 surrounding the cell block 200 meet.
  • the holding band protrusion 221 may be a portion in which a portion of the holding band 220 surrounding the cell block 200 overlaps. Accordingly, the thickness of the holding band protrusion 221 may be thicker than the thickness of other portions of the holding band 220 .
  • an opening 110a may be formed in a portion of the partition wall 110 corresponding to the holding band protrusion 221 . 7 and 8 , the holding band protrusion 221 may be inserted into the opening 110a.
  • the coupling member 300 may be provided as a bolt 300 . Referring to FIG. 10 , the bolt 300 may penetrate the partition wall 110 from the upper side to the lower side and contact the holding band protrusion 221 inserted into the opening 110a. In addition, the bolt 300 may press the holding band protrusion 221 from the upper side to the lower side to couple the holding band protrusion 221 and the partition wall 110 formed under the holding band protrusion to each other.
  • the upper side may be a +z-axis direction
  • the lower side may be a -z-axis direction.
  • the holding band protrusion 221 may be formed on both sides of the holding band 220, respectively, and the bolt 300 includes two holding band protrusions formed on both sides of the holding band 220 ( 221) may be provided, respectively.
  • the bolt 300 may fix the holding band 220 to the partition wall 110 by pressing each of the holding band protrusions 221 .
  • the bolts 300 may be respectively formed on both sides of the holding band protrusion 221 to press both ends of the holding band protrusion 221 , respectively, to fix the holding band 220 to the partition wall 110 .
  • the holding band 220 is fixed to the partition wall 110 , so that the battery cell stack 210 surrounded by the holding band 220 is coupled to the lower pack housing 100 including the partition wall 110 and the cell block 200 . It can be fixed to this battery pack. Through the coupling structure of the holding band 220 , not only the fixing force of the cell block 200 itself but also the fixing force between the cell block 200 and the housing may be secured.
  • the holding band 220 may contribute to stably coupling the battery cells to the inside of the battery pack.
  • the coupling member 300 may be provided with various types of coupling materials capable of coupling the holding band 220 and the partition wall 110 to each other in addition to the bolt according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a portion E-E′ of FIG. 9 .
  • the side plate 240 may be formed between the battery cell stack 210 and the partition wall 110 .
  • the side plate 240 may be formed to be spaced apart from the partition wall 110 while in contact with the battery cell stack 210 .
  • the side portions of the holding band 220 shown in FIG. 10 are positioned at both ends between the side plate 240 and the partition wall 110 to secure a space S between the side plate 240 and the central portion of the partition wall 110 .
  • the partition wall 110 may be formed of a material having high rigidity.
  • the partition wall 110 formed of a high rigidity material can withstand the pressing force of the side plate 240 bent through swelling and prevent deformation of the pack housing.
  • the battery pack according to the present embodiment may have a structure in which a battery management system (BMS) that manages the temperature, voltage, etc. of the battery pack and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use a battery module, which also falls within the scope of the present invention .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징; 상기 복수의 모듈 영역을 구획하는 격벽; 상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 셀 블록; 및 상기 셀 블록과 상기 격벽을 결합시키는 결합 부재를 포함하고, 상기 셀 블록은, 상기 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 격벽 사이에 위치한 측면 플레이트를 포함한다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 07월 01일자 한국 특허 출원 제10-2020-0080829호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지셀들의 스웰링 흡수 및 결합 구조를 포함하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
다만 전지 모듈을 이용하여 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀을 전지 모듈 단위로 제조한 후, 전지 모듈 단위로 제조된 전지 모듈들을 다시 전지팩에 수납하는 두 단계의 조립 과정이 필요하여 전반적인 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
도 1은 종래 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A’ 부분으로, 종래 압축 패드가 삽입된 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 전지셀(11)과 프레임(12) 사이에서 전지셀(11)과 접촉하도록 형성된 압축 패드(13)를 포함할 수 있다. 압축 패드(13)는 전지셀(11)의 스웰링 발생시 수축을 통해 전지셀(11)의 스웰링을 흡수하여 전지 모듈(10)의 형태적 변형을 최소화할 수 있다.
다만, 전지 모듈을 사용하여 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀 및 스웰링 흡수를 위한 압축 패드를 포함한 전지 모듈을 제조한 후, 상기 전지 모듈들을 다시 전지팩에 수납하는 두 단계의 조립 과정이 필요하여 전반적인 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 또한 전지 모듈을 제조하지 않고 전지셀들을 전지팩에 직접 수납할 경우에는, 전지팩에 수납된 전지셀들의 스웰링을 흡수할 부재가 필요할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지팩의 제조 공정이 단순화되는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀과 전지팩 간의 스웰링을 흡수하고 전지셀들을 전지팩에 결합시키는 구조를 포함하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징; 상기 복수의 모듈 영역을 구획하는 격벽; 상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 셀 블록; 및 상기 셀 블록과 상기 격벽을 결합시키는 결합 부재를 포함하고, 상기 셀 블록은, 상기 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 격벽 사이에 위치한 측면 플레이트를 포함한다.
상기 셀 블록은 상기 전지셀 적층체의 둘레를 감싸도록 형성된 홀딩 밴드를 더 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는 상기 홀딩 밴드와 상기 격벽을 서로 결합시킬 수 있다.
상기 측면 플레이트는 상기 전지셀 적층체의 양측 최외곽 전지셀과 접촉하도록 형성되고, 상기 홀딩 밴드는 상기 전지셀 적층체 및 상기 측면 플레이트의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 홀딩 밴드는 상기 전지셀 적층체의 전후단에 각각 형성될 수 있다.
상기 홀딩 밴드의 양측 가운데 부분에는 홀딩 밴드 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 결합 부재는 상기 홀딩 밴드 돌출부와 상기 격벽을 서로 결합시킬 수 있다.
상기 홀딩 밴드 돌출부와 대응되는 상기 격벽 부분에는 개구부가 형성되며, 상기 홀딩 밴드 돌출부는 상기 개구부에 삽입될 수 있다.
상기 결합 부재는 볼트일 수 있다.
상기 볼트는 상기 격벽을 상측에서 하측으로 관통하여 상기 개구부에 삽입된 상기 홀딩 밴드 돌출부와 접촉하며, 상기 홀딩 밴드 돌출부를 상측에서 하측으로 가압하여 상기 홀딩 밴드 돌출부와 상기 홀딩 밴드 돌출부의 하측에 형성된 격벽을 서로 결합시킬 수 있다.
상기 볼트는 상기 홀딩 밴드의 양측에 형성된 두 개의 상기 홀딩 밴드 돌출부에 각각 제공되고, 상기 홀딩 밴드 돌출부를 각각 가압할 수 있다.
상기 측면 플레이트는 탄성 부재로 형성될 수 있다.
상기 측면 플레이트는 상기 전지셀 적층체와 접촉하고 상기 격벽과 이격될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기 전지팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스는, 측면 플레이트 및 격벽을 통해 전지팩에 직접 수납된 전지셀들의 스웰링을 흡수하고, 결합 부재를 통해 전지셀들 및 측면 플레이트를 전지팩에 결합시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A’ 부분으로, 종래 압축 패드가 삽입된 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 블록을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 블록의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 B 부분을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 D 부분을 확대한 도면이다.
도 9는 도 6의 C 부분을 확대한 도면이다.
도 10은 도 9의 F-F’ 부분을 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 9의 E-E’ 부분을 나타낸 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 구성에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 블록을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 블록의 분해 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징(100), 복수의 모듈 영역을 구획하는 격벽(110) 및 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 셀 블록(200)을 포함한다.
하부 팩 하우징(100)은 복수의 셀 블록(200)을 수용한다. 하부 팩 하우징(100)의 복수의 모듈 영역은 셀 블록(200)의 크기와 대응되는 크기로 형성될 수 있고, 복수의 셀 블록(420)은 복수의 모듈 영역에 각각 자리잡을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 복수의 셀 블록(200)은 전지셀들의 적층 방향을 따라 2열로 배치될 수 있다.
각각의 모듈 영역 사이에는 격벽(110)이 형성되어 각 모듈 영역 사이를 구획할 수 있다. 격벽(110)은 모듈 영역에 자리잡은 셀 블록(200)의 측면들과 마주보도록 형성될 수 있다. 하부 팩 하우징(100) 및 이에 형성된 격벽(110)은 복수의 셀 블록(200)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
열전도성 수지층(500)은 하부 팩 하우징(100)의 바닥면에 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(500)은 복수의 모듈 영역 각각에 배치된 복수의 셀 블록(200)으로부터 발생한 열을 전지팩의 외부로 전달할 수 있다. 열전도성 수지층(500)은 도포된 열전도성 수지가 경화되어 형성될 수 있다. 셀 블록(200)은 열전도성 수지가 경화되기 전에 복수의 모듈 영역 각각에 안착될 수 있다. 열전도성 수지층(500)으로 전달된 열은 하부 팩 하우징(100)의 하측을 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 셀 블록(200)의 상부를 커버하는 상부 팩 하우징(400)을 더 포함할 수 있다. 상부 팩 하우징(400)은 하부 팩 하우징(100) 및 하부 팩 하우징(100)에 형성된 격벽(110)과 결합할 수 있다. 상부 팩 하우징(400)을 통해 복수의 셀 블록(200)을 상하방향으로 고정시키고 외력으로부터 복수의 셀 블록을 보호할 수 있다.
종래에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀 적층체 및 이와 연결된 여러 부품들을 조립하여 전지 모듈(10)을 형성하고, 복수의 전지 모듈이 다시 전지팩에 수용되는 이중 조립 구조를 채용하고 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 전지팩은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전지셀 적층체(210)를 포함하고, 모듈 프레임이 제거된 셀 블록(200)이 전지팩을 형성하는 하부 팩 하우징(100)에 곧바로 결합하는 모듈-리스(Module-less)구조로 형성됨으로써, 종래와 같이 별도의 전지 모듈을 제조할 필요 없이 전지셀 적층체가 포함된 셀 블록과 전지팩 하우징 구조가 직접 결합된 단순한 구조의 전지팩 구조를 형성할 수 있다. 이를 통해 전반적인 전지팩 제조 공정이 간소화되고 전지팩의 제조 비용이 절감되며 전지팩의 무게가 경량화되는 효과를 가질 수 있다. 또한 전지팩 조립 공정시 재조립성이 유리하다는 장점이 있는데, 종래의 전지 모듈은 모듈 프레임이 용접 결합되어 불량시 재조립이 어려운 단점과 비교될 수 있다.
셀 블록(200)은, 복수의 전지셀(211)이 적층 형성된 전지셀 적층체(210) 및 전지셀 적층체(210)와 격벽(110) 사이에 위치한 측면 플레이트(240)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전지셀(211)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(211)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(211)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(210)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
셀 블록(200)은, 전지셀 적층체(210)의 둘레를 감싸도록 형성된 홀딩 밴드(220)를 더 포함할 수 있다. 홀딩 밴드(220)는 전지셀 적층체(210)의 전후단 주변에 각각 제공되어 전지셀 적층체(210)의 전후단을 고정시키는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(210)의 전후단은 전지셀 적층체(210)의 길이 방향(y축)상 양단부를 의미할 수 있다. 본 실시예에 따른 셀 블록(200)은 종래 전지 모듈에서의 모듈 프레임과 같은 고정 부재가 존재하지 않는바, 홀딩 밴드(220)와 같은 고정재를 이용하여 복수의 전지셀로 구성된 전지셀 적층체(210)를 고정시킴으로써 전지셀 적층체(210)가 안정적으로 복수의 모듈 영역에 안착되도록 할 수 있다. 홀딩 밴드(220)는 탄성력을 갖는 소재로 제조될 수 있다.
셀 블록(200)은, 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체(210), 전지셀 적층체(210)의 전후면에 결합된 절연 커버(230)를 더 포함할 수 있다. 절연 커버(230)는 전지셀 적층체(210)의 전후면에 형성된 전극 리드와 외부와의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다. 이를 통해 셀 블록(200)은 전기적 안정성을 획득할 수 있다.
셀 블록(200)은, 전지셀 적층체(210)의 양측 최외곽 전지셀(211a)과 접촉하도록 형성된 측면 플레이트(240)를 더 포함할 수 있다. 측면 플레이트(240)는 판상형 부재로서, 셀 블록(200)의 강성을 보완할 수 있으며, 동시에 탄성을 가진 부재로 형성되어 전지셀 적층체(210)의 스웰링(Swelling)을 흡수할 수 있다. 측면 플레이트(240)는 사출 성형으로 제조가능한 플라스틱 소재를 포함할 수 있다. 경우에 따라 측면 플레이트(240)에는 판 스프링 소재가 적용될 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 홀딩 밴드(220)는 전지셀 적층체(210) 및 전지셀 적층체(210)의 양측면에 결합된 측면 플레이트(240)를 한꺼번에 감싸도록 형성되어, 전지셀 적층체(210) 및 측면 플레이트(240)를 한꺼번에 고정시킬 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 부재가 형성된 전지팩에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립된 모습을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 B 부분을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 D 부분을 확대한 도면이다. 도 9는 도 6의 C 부분을 확대한 도면이다. 도 10은 도 9의 F-F’ 부분을 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지팩은, 셀 블록(200)과 격벽(110)을 결합시키는 결합 부재(300)를 포함한다. 보다 상세하게는, 도 10에 도시된 바와 같이 결합 부재(300)는 홀딩 밴드(220)와 격벽(110)을 서로 결합시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 홀딩 밴드(220)의 양측 가운데 부분에는, 도 7, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이 홀딩 밴드 돌출부(221)가 형성되고, 결합 부재(300)는 홀딩 밴드 돌출부(221)를 가압하여 홀딩 밴드 돌출부(221)와 격벽(110)을 서로 결합시킬 수 있다. 여기서, 홀딩 밴드(220)의 양측은 측면 플레이트(240)와 가까이 위치한 부분일 수 있다. 홀딩 밴드(220)의 양측은 전지셀 적층체(210)의 최외각 전지셀(211)과 가까이 위치한 부분일 수 있다. 홀딩 밴드 돌출부(221)는 홀딩 밴드(220)의 둘레 상에서 격벽(110)을 향해 돌출된 부분일 수 있다. 홀딩 밴드 돌출부(221)는 셀 블록(200)을 감싸는 홀딩 밴드(220)의 양단이 만나는 부분일 수 있다. 또는, 홀딩 밴드 돌출부(221)는 셀 블록(200)을 감싸는 홀딩 밴드(220)의 일부가 겹쳐진 부분일 수 있다. 따라서, 홀딩 밴드 돌출부(221)의 두께는 홀딩 밴드(220)의 다른 부분의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
홀딩 밴드 돌출부(221)와 대응되는 격벽(110)의 일부분에는 개구부(110a)가 형성될 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 홀딩 밴드 돌출부(221)는 개구부(110a)에 삽입될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 결합 부재(300)는 볼트(300)로 제공될 수 있다. 도 10을 참조하면, 볼트(300)는 격벽(110)을 상측에서 하측으로 관통하여 개구부(110a)에 삽입된 홀딩 밴드 돌출부(221)와 접촉할 수 있다. 또, 볼트(300)는 홀딩 밴드 돌출부(221)를 상측에서 하측으로 가압하여 홀딩 밴드 돌출부(221)와 홀딩 밴드 돌출부의 하측에 형성된 격벽(110)을 서로 결합시킬 수 있다. 여기서, 상측은 +z축 방향이고, 하측은 -z축 방향일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 홀딩 밴드 돌출부(221)는 홀딩 밴드(220)의 양측에 각각 형성될 수 있고, 볼트(300)는 홀딩 밴드(220)의 양측에 형성된 두 개의 홀딩 밴드 돌출부(221)에 각각 제공될 수 있다. 볼트(300)는 홀딩 밴드 돌출부(221)를 각각 가압함으로써 홀딩 밴드(220)를 격벽(110)에 고정시킬 수 있다. 볼트(300)는 홀딩 밴드 돌출부(221)의 양측에 각각 형성되어 홀딩 밴드 돌출부(221)의 양측단을 각각 가압하여 홀딩 밴드(220)를 격벽(110)에 고정시킬 수 있다.
홀딩 밴드(220)가 격벽(110)에 고정됨으로써 홀딩 밴드(220)가 감싸고 있는 전지셀 적층체(210)가 격벽(110)을 포함하는 하부 팩 하우징(100)과 결합되어 셀 블록(200)이 전지팩에 고정될 수 있다. 홀딩 밴드(220)의 결합 구조를 통해 셀 블록(200) 자체의 고정력뿐만 아니라 셀 블록(200)과 하우징 간의 고정력이 확보될 수 있다. 홀딩 밴드(220)는 전지셀들이 전지팩 내부에 안정적으로 결합하는데 기여할 수 있다. 결합 부재(300)는 본 실시예에 따른 볼트 이외에도 홀딩 밴드(220)와 격벽(110)을 결합시킬 수 있는 다양한 형태의 결합재로 제공될 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 플레이트의 구조 및 기능에 대해 설명한다.
도 11은 도 9의 E-E’ 부분을 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 측면 플레이트(240)는 전지셀 적층체(210) 및 격벽(110)의 사이에 형성될 수 있다. 이때 측면 플레이트(240)는 전지셀 적층체(210)와 접촉하는 반면 격벽(110)과는 이격되도록 형성될 수 있다. 측면 플레이트(240)와 격벽(110) 사이 양단에는 도 10에 도시된 홀딩 밴드(220)의 측면부가 위치하여 측면 플레이트(240)와 격벽(110) 중앙부 사이 공간(S)이 확보될 수 있다.
측면 플레이트(240)와 격벽(110) 사이에 공간이 형성됨에 따라, 전지셀 적층체(210)의 스웰링 현상 발생시, 탄성력을 가진 측면 플레이트(240)가 격벽(110)을 향해 휘어짐으로써 전지셀 적층체(210)의 스웰링이 자연스럽게 흡수될 수 있다. 이때 격벽(110)은 강성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 강성이 높은 재질로 형성된 격벽(110)은 스웰링을 통해 휘어진 측면 플레이트(240)의 가압력을 버텨내고 팩 하우징의 변형을 막아낼 수 있다.
본 실시예에 따른 전지팩은, 전지팩의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 하부 팩 하우징
110: 격벽
110a: 개구부
200: 셀 블록
210: 전지셀 적층체
211: 전지셀
211a: 최외곽 전지셀
220: 홀딩 밴드
221: 홀딩 밴드 돌출부
230: 절연 커버
240: 측면 플레이트
300: 결합 부재
400: 상부 팩 하우징
500: 열전도성 수지층

Claims (14)

  1. 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징;
    상기 복수의 모듈 영역을 구획하는 격벽;
    상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 셀 블록; 및
    상기 셀 블록과 상기 격벽을 결합시키는 결합 부재를 포함하고,
    상기 셀 블록은,
    상기 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체; 및
    상기 전지셀 적층체와 상기 격벽 사이에 위치한 측면 플레이트를 포함하는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 셀 블록은 상기 전지셀 적층체의 둘레를 감싸도록 형성된 홀딩 밴드를 더 포함하는 전지팩.
  3. 제2항에서,
    상기 결합 부재는 상기 홀딩 밴드와 상기 격벽을 서로 결합시키는 전지팩.
  4. 제2항에서,
    상기 측면 플레이트는 상기 전지셀 적층체의 양측 최외곽 전지셀과 접촉하도록 형성되고,
    상기 홀딩 밴드는 상기 전지셀 적층체 및 상기 측면 플레이트의 둘레를 감싸도록 형성된 전지팩.
  5. 제2항에서,
    상기 홀딩 밴드는 상기 전지셀 적층체의 전후단에 각각 형성되는 전지팩.
  6. 제2항에서,
    상기 홀딩 밴드의 양측 가운데 부분에는 홀딩 밴드 돌출부가 형성되는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 결합 부재는 상기 홀딩 밴드 돌출부와 상기 격벽을 서로 결합시키는 전지팩.
  8. 제6항에서,
    상기 홀딩 밴드 돌출부와 대응되는 상기 격벽 부분에는 개구부가 형성되며,
    상기 홀딩 밴드 돌출부는 상기 개구부에 삽입되는 전지팩.
  9. 제1항에서,
    상기 결합 부재는 볼트인 전지팩.
  10. 제9항에서,
    상기 볼트는 상기 격벽을 상측에서 하측으로 관통하여 상기 개구부에 삽입된 상기 홀딩 밴드 돌출부와 접촉하며, 상기 홀딩 밴드 돌출부를 상측에서 하측으로 가압하여 상기 홀딩 밴드 돌출부와 상기 홀딩 밴드 돌출부의 하측에 형성된 격벽을 서로 결합시키는 전지팩.
  11. 제9항에서,
    상기 볼트는, 상기 홀딩 밴드의 양측에 형성된 두 개의 상기 홀딩 밴드 돌출부에 각각 제공되고, 상기 홀딩 밴드 돌출부를 각각 가압하는 전지팩.
  12. 제1항에서,
    상기 측면 플레이트는 탄성 부재로 형성된 전지팩.
  13. 제1항에서,
    상기 측면 플레이트는 상기 전지셀 적층체와 접촉하고 상기 격벽과 이격되는 전지팩.
  14. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
PCT/KR2021/008325 2020-07-01 2021-07-01 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 Ceased WO2022005218A1 (ko)

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