KR20220158538A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20220158538A
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박시동
배장웅
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀로서, 각각 이웃하게 배열된 배터리 셀끼리 서로 마주하는 주된 면과 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 양단을 형성하는 제1, 제2 면을 포함하는 다수의 배터리 셀과, 배터리 셀의 제1, 제2 면 상에 배치된 절연 캡으로서, 절연 캡은 제1, 제2 면으로부터 주된 면의 일부로 연장되어, 제1 방향을 따라 서로 이웃한 주된 면끼리를 절연시켜주는 절연 캡과, 절연 캡 상에 배치되어, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결해주는 버스 바와, 다수의 배터리 셀을 구조적으로 결속시켜주는 결속 프레임;을 포함한다.
본 발명에 의하면, 서로 이웃한 배터리 셀끼리의 절연이 확보되며, 각각의 배터리 셀에 대한 용량 증가가 용이하게 이루어지면서도 강성이 향상될 수 있고, 제조 공정이 단순화될 수 있는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩이 제공되며, 요구되는 출력 및 용량에 부합되도록 배터리 셀의 배열 방향을 따라 신축적으로 확장 가능한 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈 형태로 사용되기도 한다.
본 발명의 일 실시형태는, 서로 이웃한 배터리 셀끼리의 절연이 확보되며, 각각의 배터리 셀에 대한 용량 증가가 용이하게 이루어지면서도 강성이 향상될 수 있고, 제조 공정이 단순화될 수 있는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태는, 요구되는 출력 및 용량에 부합되도록 배터리 셀의 배열 방향을 따라 신축적으로 확장 가능한 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀로서, 각각 이웃하게 배열된 배터리 셀끼리 서로 마주하는 주된 면과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 양단을 형성하는 제1, 제2 면을 포함하는 다수의 배터리 셀;
상기 배터리 셀의 제1, 제2 면 상에 배치된 절연 캡으로서, 상기 절연 캡은 상기 제1, 제2 면으로부터 주된 면의 일부로 연장되어, 제1 방향을 따라 서로 이웃한 주된 면끼리를 절연시켜주는 절연 캡; 및
상기 절연 캡 상에 배치되어, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결해주는 버스 바와, 다수의 배터리 셀을 구조적으로 결속시켜주는 결속 프레임;을 포함한다.
예를 들어, 상기 절연 캡은 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀의 각각에 대해 개별적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 주된 면은, 상기 제1, 제2 면 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 넓은 면적으로 형성된 면을 포함하고,
상기 배터리 셀은, 상기 제1, 제2 면 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 좁은 면적으로 형성된 측면을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 주된 면 및 측면은 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되는 세장형(elongated)으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 캡은,
상기 배터리 셀의 제1, 제2 면 상에 형성된 베이스부;
상기 베이스부로부터 상기 주된 면 상으로 연장되는 장변부; 및
상기 베이스부로부터 상기 측면 상으로 연장되는 단변부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 장변부 및 단변부는 상기 배터리 셀의 제1, 제2 면의 테두리를 연속적으로 둘러쌀 수 있다.
예를 들어, 상기 주된 면 및 측면은 서로 마주하도록 배치된 한 쌍의 주된 면 및 한 쌍의 측면을 포함하고,
상기 주된 면 및 측면은 서로 연속적으로 연결된 중공 케이스의 외면에 의해 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 케이스는 제2 방향을 따라 연속적으로 압출되는 중공 부재의 절단을 통하여 양단에 형성된 제1, 제2 개구를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 케이스의 양단에는 상기 제1, 제2 개구를 밀봉하는 제1, 제2 판재가 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 중공 케이스의 두께는, 상기 제1, 제2 판재의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 면은, 상기 제1, 제2 판재의 외면에 의해 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은 상기 버스 바와 연결되는 전극을 포함하고,
상기 배터리 셀의 전극은 상기 제1, 제2 면으로부터 돌출되는 제1, 제2 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 캡은,
상기 전극을 노출시키기 위한 전극 홀; 및
상기 전극 홀의 주변에서 상기 버스 바를 위치를 안내하기 위한 버스 바 가이드;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 캡은, 상기 제1, 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 절연 캡의 가장자리 위치에 형성된 고정 편을 더 포함하고,
상기 전극 홀은, 상기 제3 방향을 따라 상기 절연 캡의 중앙 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고정 편은 다수의 배터리 셀에 대응하여 제1 방향을 따라 배열된 다수의 고정 편을 포함하고,
상기 결속 프레임은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 다수의 고정 편 각각에 대해 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 결속 프레임은 제1 방향을 따라 연장되며, 서로에 대해 절곡된 제1, 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분은 상기 고정 편과의 결합 위치를 제공하며,
상기 제2 부분은 제1 부분으로부터 절곡되어 상기 제2 방향을 따라 배터리 셀의 외측을 향하여 돌출될 수 있다.
예를 들어, 상기 고정 편은, 인서트 사출 성형을 통하여 상기 절연 캡의 몸체와 일체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 캡은, 상기 전극 홀과 함께, 절연 캡의 중앙 위치에 형성된 본딩 영역을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 홀 및 본딩 영역은, 상기 절연 캡의 중앙 위치에서 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고정 편은, 상기 제3 방향을 따라 상기 절연 캡의 양편 가장자리 위치에 형성된 제1, 제2 고정 편을 포함하고,
상기 전극 홀 및 본딩 영역은 제1, 제2 고정 편 사이에 형성되되,
상기 전극 홀은 제1 고정 편에 상대적으로 가까운 위치에 형성되며,
상기 본딩 영역은 제2 고정 편에 상대적으로 가까운 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 캡의 전극 홀 및 고정 편 위치에는 각각 버스 바와 결속 프레임이 배치되고,
상기 버스 바와 결속 프레임 상에는 상기 버스 바와 연결된 회로부가 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 이웃한 배터리 셀끼리의 절연이 확보되며, 각각의 배터리 셀에 대한 용량 증가가 용이하게 이루어지면서도 강성이 향상될 수 있고, 제조 공정이 단순화될 수 있는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 요구되는 출력 및 용량에 부합되도록 배터리 셀의 배열 방향을 따라 신축적으로 확장 가능한 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도로서, 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 배터리 셀과 절연 캡의 조립을 보여주는 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도로서, 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6a 및 도 6b에는 도 1에 도시된 절연 캡의 서로 다른 사시도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도가 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도로서, 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1에 도시된 배터리 셀과 절연 캡의 조립을 보여주는 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 3에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 5a 및 도 5b에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도로서, 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b에는 도 1에 도시된 절연 캡의 서로 다른 사시도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)로서, 각각 이웃하게 배열된 배터리 셀(C)끼리 서로 마주하는 주된 면(M)과 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 양단을 형성하는 제1, 제2 면(P1,P2)을 포함하는 다수의 배터리 셀(C)과, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치된 절연 캡(H)으로서, 상기 절연 캡(H)은 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 주된 면(M)의 일부로 연장되어, 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 주된 면(M)끼리를 절연시켜주는 절연 캡(H)과, 절연 캡(H) 상에 배치되어, 다수의 배터리 셀(C)을 전기적으로 연결해주는 버스 바(30)와, 다수의 배터리 셀(C)을 구조적으로 결속시켜주는 결속 프레임(40)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있으며, 적어도 둘 이상 다수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(C)은 전극 조립체(미도시)와 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스(15)를 포함할 수 있다. 도면으로 도시되어 있지는 않지만, 상기 전극 조립체는, 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극판과, 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 제1, 제2 전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 적층체를 롤(roll) 형태로 권취한 권취형 전극 조립체, 또는 다수의 제1, 제2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 다수의 층으로 적층한 적층형 전극 조립체를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 전극 조립체(미도시)는 케이스(15) 상에 형성된 제1, 제2 전극(T1,T2)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1, 제2 전극(T1,T2)을 통하여 방전 전력을 출력하거나 또는 충전 전력을 입력 받을 수 있다.
상기 케이스(15)는 전극 조립체(미도시)와 함께, 전해질(미도시)을 수용할 수 있으며, 상기 케이스(15) 상에는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 제1, 제2 전극(T1,T2)이 형성될 수 있다. 상기 케이스(15)는 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)이 형성된 제1, 제2 면(P1,P2)과, 상기 제1, 제2 면(P1,P2) 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 넓은 면적으로 형성된 주된 면(M)과, 상기 제1, 제2 면(P1,P2) 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 좁은 면적으로 형성된 측면(S)을 포함할 수 있다. 상기 케이스(15)는 배터리 셀(C)의 외면을 형성하는 것으로, 케이스(15)의 주된 면(M), 측면(S) 및 제1, 제2 면(P1,P2)은 배터리 셀(C)의 외면에 해당될 수 있으며, 이런 의미에서 케이스(15)의 주된 면(M), 측면(S) 및 제1, 제2 면(P1,P2)은 배터리 셀(C)의 주된 면(M), 측면(S) 및 제1, 제2 면(P1,P2)에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제2 방향(Z2)은 제1 방향(Z1)과 교차하는 방향에 해당되며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 방향(Z2)은 제1 방향(Z1)과 수직으로 교차하는 방향에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 방향(Z2)은 케이스(15)의 길이 방향에 해당될 수 있으며, 케이스(15)를 형성하는 주된 면(M)의 길이 방향 내지는 측면(S)의 길이 방향에 해당될 수 있다. 상기 케이스(15)는 제2 방향(Z2)을 따라 길게 연장되는 세장형으로 형성될 수 있으며, 상기 케이스(15)의 주된 면(M) 및 측면(S)도 제2 방향(Z2)을 따라 길게 연장되는 세장형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 제1, 제2 면(P1,P2)에 각각 분산되어 배치되어 있으나, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1, 제2 면(P1,P2) 중에서 어느 하나의 면에 집중적으로 배치될 수 있으며, 제1, 제2 면(P1,P2) 중에서 나머지 하나의 면에는 제1, 제2 전극(T1,T2)이 배치되지 않을 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 제1, 제2 면(P1,P2)에 제1, 제2 전극(T1,T2)을 분산 배치함으로써, 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극(T1,T2) 사이의 전기적인 간섭을 피할 수 있으며, 제1, 제2 전극(T1,T2) 간의 전기적인 절연을 위한 절연 구조를 생략할 수 있으므로, 배터리 셀(C)의 구조를 단순화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은, 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)과 반대되는 외부를 향하여 돌출되게 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1, 제2 면(P1,P2)과 일체로 형성될 수 있으며, 제1, 제2 면(P1,P2)의 일부로서 제1, 제2 면(P1,P2)의 나머지 부분으로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 절연된 상태로 형성되지 않고, 제1, 제2 면(P1,P2)의 일부로서 제1, 제2 면(P1,P2)과 일체로 형성될 수 있는데, 상기 제1, 제2 전극(T1,T2)은 각각 서로 다른 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 분산 형성되므로, 제1, 제2 전극(T1,T2) 사이의 절연 구조가 필요하지 않기 때문에, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 전극(T1,T2)을 제1, 제2 면(P1,P2)과 함께 일체로 형성함으로써, 제1, 제2 면(P1,P2)에 대한 제1, 제2 전극(T1,T2)의 조립이나 제1, 제2 전극(T1,T2) 사이의 절연을 위한 복잡한 구조를 생략할 수 있고, 제1, 제2 전극(T1,T2)을 포함하는 제1, 제2 면(P1,P2)의 구조가 단순화될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 각각 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 돌출 형성된 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치된 절연 캡(H)의 전극 홀(TH)을 통하여 노출될 수 있으며, 전극 홀(TH)을 통하여 노출된 제1, 제2 전극(T1,T2)은 절연 캡(H) 상에 배치된 버스 바(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 전극(T1,T2)은 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 돌출된 형태로 형성됨으로써, 절연 캡(H)을 사이에 두고 제1, 제2 전극(T1,T2)과 버스 바(30) 간의 전기적인 연결을 형성할 수 있다.
상기 제1, 제2 면(P1,P2)은 케이스(15)의 길이 방향에 해당되는 제2 방향(Z2)을 따라 케이스(15)의 양단을 형성할 수 있으며, 다시 말하면, 케이스(15)를 형성하는 주된 면(M)의 길이 방향 내지는 측면(S)의 길이 방향에 해당되는 제2 방향(Z2)을 따라 케이스(15)의 양단을 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2), 그러니까, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상으로는 절연 캡(H)이 배치될 수 있으며, 상기 절연 캡(H) 상으로는 다수의 배터리 셀(C)을 전기적으로 연결하는 버스 바(30)와, 다수의 배터리 셀(C)을 구조적으로 결속하는 결속 프레임(40)이 배치될 수 있다.
상기 주된 면(M)은 케이스(15)를 형성하는 면들 중에서 가장 넓은 면적으로 형성된 면에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 케이스(15)는 대략 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 주된 면(M)은 대략 직육면체 형상의 케이스(15) 중에서 가장 넓은 면적을 차지하는 면에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 방향(Z1)을 따라 다수의 배터리 셀(C)을 배열하되, 각각의 배터리 셀(C) 중에서 가장 넓은 면적을 차지하는 주된 면(M)끼리 서로 마주하도록 다수의 배터리 셀(C)을 배열함으로써, 가장 넓은 면적을 차지하는 주된 면(M)을 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C)끼리의 안정적인 지지를 형성할 수 있다. 여기서, 서로 이웃한 배터리 셀(C)끼리 주된 면(M)을 통하여 서로에 대해 지지된다고 하더라도, 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M)끼리는 서로 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 배터리 셀(C)의 케이스(15)는 구체적인 배터리 셀(C)의 구성에 따라 극성을 띨 수도 있는데, 극성을 띠는 케이스(15)끼리 서로에 대해 전기적으로 간섭하지 않도록 서로 이웃하는 주된 면(M)끼리는 서로 직접적으로 접촉하지 않을 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치된 절연 캡(H)이 주된 면(M) 상으로 연장되면서 절연 캡(H)의 장변부(Hb)끼리의 물리적인 지지를 통하여, 예를 들어, 절연 캡(H)의 장변부(Hb)끼리의 접촉을 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C)이 서로에 대해 지지될 수 있다.
상기 절연 캡(H)은 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되어 주된 면(M) 및 측면(S) 상으로 연장될 수 있는데, 이때, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)이 주된 면(M)끼리 서로 마주하게 배치됨으로써, 주된 면(M) 상으로 연장된 절연 캡(H)의 장변부(Hb)를 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C)이 서로에 대해 지지될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 절연 캡(H)은 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 베이스부(Ha)와, 상기 베이스부(Ha)로부터 주된 면(M) 상으로 연장되는 장변부(Hb)와, 상기 베이스부(Ha)로부터 측면(S) 상으로 연장되는 단변부(Hc)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주된 면(M) 및 측면(S)은 서로 마주하는 한 쌍의 주된 면(M) 및 한 쌍의 측면(S)을 포함할 수 있으며, 상기 절연 캡(H)은 상기 한 쌍의 주된 면(M) 상으로 연장되는 한 쌍의 장변부(Hb)와 상기 한 쌍의 측면(S) 상으로 연장되는 한 쌍의 단변부(Hc)를 포함할 수 있고, 한 쌍의 장변부(Hb)와 한 쌍의 단변부(Hc)는 서로 마주하게 배치될 수 있다.
도 3과 함께, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 절연 캡(H)의 장변부(Hb)를 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이, 그러니까, 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 사이에는 절연 갭(g)이 형성될 수 있다. 즉, 주된 면(M)끼리 서로 마주하게 배치된 이웃한 배터리 셀(C) 사이에서, 주된 면(M) 상으로 연장된 절연 캡(H)의 장변부(Hb)끼리 서로 맞닿으면서 서로 이웃한 주된 면(M)끼리는 서로 직접적으로 접촉하지 않을 수 있고, 서로 이웃한 주된 면(M) 사이에 절연 갭(g)이 형성됨으로써, 서로 이웃한 주된 면(M)끼리의 전기적인 간섭을 피할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)은 절연 캡(H)을 통하여 서로에 대해 위치 정렬될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 캡(H)에 형성된 한 쌍의 장변부(Hb)에는 제1 방향(Z1)을 따라 서로 대응되는 위치에서 서로에 대해 형합되는 형상으로 한 쌍의 조립 핀(A1)과 조립 홀(A2)이 형성될 수 있으며, 서로 이웃하는 주된 면(M) 상으로 연장되는 장변부(Hb)끼리 조립 핀(A1)과 조립 홀(A2)이 서로에 대해 끼움 결합되면서, 서로 이웃하는 주된 면(M)끼리, 그러니까, 서로 이웃하는 배터리 셀(C)끼리 서로에 대해 위치 정렬될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃하게 배치된 절연 캡(H)의 장변부(Hb)끼리 서로 맞닿으면서 형합될 수 있도록, 상기 조립 핀(A1)의 길이와 조립 홀(A2)의 깊이가 적정하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 조립 핀(A1)과 조립 홀(A2)은, 상기 조립 핀(A1) 및 조립 홀(A2)이 형성된 장변부(Hb)끼리 서로에 대해 맞닿을 때까지 끼워짐으로써, 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이에서 위치 정렬을 제공할 수 있으며, 장변부(Hb)끼리의 접촉을 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C)이 서로에 대해 지지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조립 핀(A1)의 길이는 조립 홀(A2)의 깊이 보다 짧게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조립 핀(A1) 및 조립 홀(A2)은 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 서로에 대해 위치 정렬시킬 수 있으며, 조립 핀(A1) 및 조립 홀(A2)의 끼움 결합을 통하여, 예를 들어, 억지 끼움 결합을 통하여, 서로에 대해 어느 정도의 결속력을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 다수의 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 연장되면서, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 절연 캡(H) 각각과 결합을 형성하는 결속 프레임(40)을 통하여 다수의 배터리 셀(C)에 대한 견고한 결속력을 제공할 수 있다.
상기 케이스(15)의 측면(S)은, 다수의 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)과 교차하는 제3 방향(Z3)을 따라 서로 마주하는 한 쌍의 측면(S)을 포함할 수 있다. 상기 케이스(15)의 측면(S)은 절연 캡(H)이 배치된 제1, 제2 면(P1,P2)이나 다수의 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(C)끼리 서로 마주하는 주된 면(M)과 달리, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)로부터 외부로 노출될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(C)의 측면(S)이 외부로 노출된다는 것은, 다수의 배터리 셀(C)을 포함하는 배터리 셀(C)의 어레이에서 배터리 셀(C)의 측면(S)이 외부로 노출될 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 어레이를 수용하기 위한 별도의 팩 하우징(미도시)을 구비하는 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 측면(S)은 팩 하우징(미도시)에 의해 커버될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 케이스(15)는 제1, 제2 면(P1,P2) 위치가 개구된 중공 케이스(10)의 제1, 제2 개구(11,12)를 밀봉하는 제1, 제2 판재(21,22)를 포함하여 형성될 수 있으며, 이때, 상기 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2)은 상기 제1, 제2 판재(21,22)에 의해 제공될 수 있고, 상기 케이스(15)의 주된 면(M)과 측면(S)은 상기 중공 케이스(10)에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 케이스(15)의 주된 면(M)과 측면(S)은 하나의 압출 공정을 통하여 일체로 형성된 중공 케이스(10)의 면들에 해당될 수 있으며, 상기 케이스(15)의 주된 면(M)과 측면(S)은 이음새 없이 연속적으로 연결될 수 있다. 상기 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 형성하는 제1, 제2 판재(21,22)는 중공 케이스(10)의 단부면 상에 결합될 수 있으며, 중공 케이스(10)의 단부면에 해당되는 주된 면(M) 및 측면(S)의 단부면 상에 용접 등을 통하여 결합될 수 있다. 이때, 상기 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2)의 테두리를 따라, 주된 면(M) 및 측면(S)과의 경계에는 용접선과 같은 이음새가 형성될 수 있다.
상기 중공 케이스(10)는 압출 성형에 의해 연속적으로 압출되는 부재를 단위 크기로 절단하여, 제1, 제2 개구(11,12)가 형성된 단위 크기의 중공 케이스(10)가 형성될 수 있으며, 단위 크기의 중공 케이스(10)의 제1, 제2 개구(11,12) 상을 덮어 밀봉해주는 제1, 제2 판재(21,22)를 통하여 각각의 케이스(15)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 케이스(10)는 제2 방향(Z2)을 압출 방향으로 하는 압출 성형을 통하여 제2 방향(Z2)을 따라 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 압출 성형에 의해 연속적으로 압출되는 중공 부재를 단위 크기로 절단하고, 절단을 통하여 형성된 중공 케이스(10)의 제1, 제2 개구(11,12)에 제1, 제2 판재(21,22)를 덮어 밀봉해주는 방식으로 연속적으로 제조 가능한 케이스(15)를 제공할 수 있으며, 이에 따라, 각각의 케이스(15)의 제조에 소요되는 공정 시간을 줄일 수 있고, 케이스(15)의 제조 원가를 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 압출 성형에 의해 연속적으로 압출되는 중공 부재의 절단을 통하여 단위 크기의 중공 케이스(10)를 형성함으로써, 단위 크기의 증감을 통하여 각각의 배터리 셀(C)의 용량을 용이하게 증감시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 각각의 배터리 셀(C)의 용량을 증가시키는 방식으로, 배터리 셀(C)의 내부를 형성하는 전극 조립체의 길이를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 증가된 길이에 해당되는 만큼, 연속적으로 압출되는 중공 부재의 절단 크기를 증가시킴으로써, 증가된 길이를 갖는 전극 조립체를 수용하도록 제2 방향(Z2)을 따라 증가된 길이를 갖는 중공 케이스(10)를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 배터리 셀(C)의 주된 면(M)과 측면(S)을 형성하는 중공 케이스(10)의 압출 성형을 통하여 케이스(15)의 강성을 증가시킬 수 있고, 판상의 케이스 원부재로부터 딥 드로잉(deep drawing)과 같은 성형이나 용접과 같은 접합을 통하여 케이스(15)를 형성하는 비교예에서와 달리, 성형이나 용접을 위하여 케이스(15)의 두께를 제한할 필요가 없기 때문에, 충분한 압출 두께를 통하여 케이스(15)의 강성을 확보할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S)은 압출 성형으로 형성된 중공 케이스(10)를 통하여 충분한 강성을 확보할 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 측으로는 결속 프레임(40)이 배치되면서, 상기 제1, 제2 면(P1,P2) 측의 강성이 확보될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 형성하는 제1, 제2 판재(21,22)는 중공 케이스(10)와의 용접을 고려하여 상대적으로 얇은 두께로 형성될 수 있으나, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 측에는 충분한 강성을 갖는 결속 프레임(40)이 배치되면서 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)의 강성이 확보될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S)을 형성하는 중공 케이스(10)의 두께는, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 형성하는 제1, 제2 판재(21,22)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 상대적으로 얇은 두께로 형성된 제1, 제2 판재(21,22), 그러니까, 제1, 제2 면(P1,P2) 상으로는 결속 프레임(40)이 배치되면서 제1, 제2 면(P1,P2) 측의 강성을 보충해줄 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2), 그러니까, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에는 절연 캡(H)이 배치될 수 있다. 상기 절연 캡(H)은 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 연장되어 케이스(15)의 주된 면(M)과 측면(S)으로 연장될 수 있으며, 보다 구체적으로, 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 형성된 베이스부(Ha)와, 상기 베이스부(Ha)로부터 주된 면(M) 상으로 연장되는 장변부(Hb)와, 상기 베이스부(Ha)로부터 측면(S) 상으로 연장되는 단변부(Hc)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 캡(H)의 장변부(Hb)는 배터리 셀(C)의 주된 면(M)의 일부, 그러니까, 제1, 제2 면(P1,P2)과 인접한 주된 면(M)의 일부를 덮어줄 수 있으며, 상기 절연 캡(H)의 단변부(Hc)는 배터리 셀(C)의 측면(S)의 일부, 그러니까, 제1, 제2 면(P1,P2)과 인접한 측면(S)의 일부를 덮어줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 케이스(15)의 주된 면(M)과 측면(S)은 서로 연속적으로 형성될 수 있으며, 한 쌍의 주된 면(M)과 한 쌍의 측면(S)은 서로 연속적으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 절연 캡(H)의 장변부(Hb) 및 단변부(Hc)는 서로 연속적인 형태로 연장되면서 한 쌍의 주된 면(M)과 한 쌍의 측면(S)을 연속적으로 둘러쌀 수 있다. 다시 말하면, 상기 절연 캡(H)의 장변부(Hb) 및 단변부(Hc)는 주된 면(M) 및 측면(S) 측으로 노출된 제1, 제2 판재(21,22)의 테두리 또는 제1, 제2 판재(21,22)가 형성하는 제1, 제2 면(P1,P2)의 테두리를 연속적으로 둘러쌀 수 있다.
상기 절연 캡(H)은 케이스(15)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 덮어 절연을 제공할 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 주된 면(M) 사이에서 절연을 제공할 수 있다. 상기 배터리 셀(C)의 구체적인 구조에 따라, 상기 케이스(15)는 극성을 띨 수 있으므로, 상기 절연 캡(H)은 케이스(15)를 형성하는 제1, 제2 면(P1,P2)에 대해 절연을 제공하는 한편으로, 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃하는 주된 면(M)끼리의 절연을 제공함으로써, 외부 환경이나 서로 이웃한 배터리 셀(C)끼리의 전기적인 간섭으로 인한 단락을 방지하고, 전기적인 간섭에 따라 배터리 셀(C)의 오동작이나 폭발 발화와 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S) 상으로는 절연 코팅이 형성될 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S)을 형성하는 중공 케이스(10)의 외면 상으로는 절연 코팅이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 형성하는 제1, 제2 판재(21,22)에는 절연 코팅이 형성되지 않을 수 있고, 상기 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 절연 코팅을 형성하지 않는 대신에, 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 씌워지는 절연 캡(H)을 통하여 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)에 대한 절연을 확보할 수 있다. 본 발명과 달리, 케이스(15)의 외면에 대해 전체적으로 절연 코팅을 형성하는 비교예에서는 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 절연 코팅을 형성하기 위한 별도의 코팅 공정이 요구되지만, 본 발명에서는 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 절연 코팅을 형성하는 대신에, 절연 캡(H)을 통하여 제1, 제2 면(P1,P2)에 대한 절연을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 절연 캡(H)은, 버스 바(30)를 지지해주는 버스 바 홀더로서의 기능을 수행할 수 있으며, 버스 바 홀더로서 기능하는 절연 캡(H)이 제1, 제2 면(P1,P2)에 대한 절연을 함께 제공함으로써, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)에 대한 코팅 공정을 생략할 수 있다.
본 명세서를 통하여, 상기 절연 캡(H)이 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 사이의 절연을 제공한다는 것은, 배터리 셀(C)의 주된 면(M)의 일부를 형성하는 제1, 제2 판재(21,22) 사이의 절연을 제공한다는 것을 의미할 수 있다. 상기 배터리 셀(C)의 주된 면(M)은, 중공 케이스(10)에 의해 형성될 수 있는데, 보다 구체적으로, 상기 중공 케이스(10)와 함께, 상기 중공 케이스(10) 상에 결합되는 제1, 제2 판재(21,22)의 테두리에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 중공 케이스(10)가 형성하는 주된 면(M) 상으로는 절연 코팅이 형성될 수 있고, 상기 제1, 제2 판재(21,22)의 테두리가 형성하는 주된 면(M) 상으로는 절연 캡(H)이 씌워질 수 있기 때문에, 상기 케이스(15)는 외면을 따라 전체적으로 절연될 수 있다. 한편, 본 명세서를 통하여 배터리 셀(C)의 주된 면(M)이 중공 케이스(10)에 의해 형성될 수 있다는 것은, 중공 케이스(10)에 의해 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 전체가 형성된다는 것을 의미한다기 보다는, 배터리 셀(C)의 주된 면(M)의 대부분이 중공 케이스(10)에 의해 형성될 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 보다 구체적으로, 주된 면(M)의 일부는 중공 케이스(10)의 양단을 형성하는 제1, 제2 개구(11,12)를 밀봉하는 제1, 제2 판재(21,22)의 테두리에 의해 형성될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 유사하게, 본 명세서를 통하여 배터리 셀(C)의 측면(S)이 중공 케이스(10)에 의해 형성될 수 있다는 것은, 중공 케이스(10)에 의해 배터리 셀(C)의 측면(S) 전체가 형성된다는 것을 의미한다기 보다는, 배터리 셀(C)의 측면(S)의 대부분이 중공 케이스(10)에 의해 형성될 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 보다 구체적으로, 측면(S)의 일부는 중공 케이스(10)의 양단을 형성하는 제1, 제2 개구(11,12)를 밀봉하는 제1, 제2 판재(21,22)의 테두리에 의해 형성될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 사이에는 주된 면(M) 상으로 연장된 절연 캡(H)의 장변부(Hb)끼리의 접촉에 따라 절연 갭(g)이 형성될 수 있으며, 상기 절연 갭(g)은 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 사이에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 사이의 절연 갭(g)에는 절연 시트(80)가 배치될 수 있으며, 절연 시트(80)를 통하여 주된 면(M) 사이의 절연이 보다 확실하게 보장될 수 있으며, 상기 절연 시트(80)는 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이에서 전기적인 절연 및 열적인 절연(단열)을 제공함으로써, 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이의 전기적인 단락 및 열적인 전파를 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)은 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 덮도록 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에 배치된 제1, 제2 절연 캡(H1,H2)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)은, 서로 이웃하는 배터리 셀(C)끼리 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반전되는 배향으로 배치되도록 제1 방향(Z1)을 따라 서로 번갈아 반전되도록 배치될 수 있는데, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 절연 캡(H)은 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)의 위치에 무관하게, 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 위치에 배치된 제1, 제2 절연 캡(H1,H2)을 포함할 수 있다. 본 명세서를 통하여, 제1, 제2 절연 캡(H1,H2)이 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)의 위치에 무관하게 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 위치에 배치된다는 것은, 구체적인 배터리 셀(C)의 배향에 따라 제1 절연 캡(H1)이 배터리 셀(C)의 제1 면(P1) 상에 배치되거나 또는 배터리 셀(C)의 제2 면(P2) 상에 배치될 수 있으며, 유사하게, 제2 절연 캡(H2)이 배터리 셀(C)의 제1 면(P1) 상에 배치되거나 또는 배터리 셀(C)의 제2 면(P2) 상에 배치될 수도 있다는 것을 의미할 수 있다. 본 명세서를 통하여 상기 제1, 제2 절연 캡(H1,H2)이란 각각 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 절연 캡(H)과 후방 위치에 배치된 절연 캡(H)을 구분하기 위하여 사용될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 절연 캡(H1,H2)과 유사하게, 버스 바(30)도 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 위치에 배치되는 제1, 제2 버스 바(31,32)를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 버스 바(31,32)는 각각 구체적인 배터리 셀(C)의 배향에 따라 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되거나 또는 배터리 셀(C)의 제2, 제1 면(P2,P1) 상에 배치될 수도 있다. 본 명세서를 통하여 상기 제1, 제2 버스 바(31,32)란 각각 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 버스 바(30)와 후방 위치에 배치된 버스 바(30)를 구분하기 위하여 사용될 수 있다.
도 3과 함께, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 절연 캡(H)은 케이스(15)에 대한 절연을 제공함과 동시에, 서로 다른 배터리 셀(C)을 전기적으로 연결해주는 버스 바(30)의 조립 위치를 규제할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)은 버스 바(30)를 지지해주며 버스 바(30)의 조립 위치를 안내해주는 버스 바 홀더로서의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 버스 바 홀더로서 기능하는 절연 캡(H)을 각각의 배터리 셀(C) 단위로 형성함으로써, 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 배터리 팩의 확장성을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에서는 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 배터리 셀(C)의 개수를 증감시킴으로써, 요구되는 출력 및 성능에 유연하게 대응할 수 있으며, 각각의 배터리 셀(C)에 조립되도록 배터리 셀(C) 단위로 형성된 절연 캡(H)을 통하여 배터리 셀(C)의 개수에 따라 적응적으로 신축되는 버스 바 홀더를 제공할 수 있으며, 요구되는 출력 및 용량에 대응되는 배터리 셀(C)의 개수에 따라 서로 다른 사이즈의 버스 바 홀더를 각각 마련할 필요가 없다.
상기 버스 바(30)는 서로 이웃한 배터리 셀(C)끼리의 전기적인 연결을 제공함으로써 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 같은 극성끼리 병렬 연결을 형성하거나 또는 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(30)는 제1 방향(Z1)을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이에서 서로 이웃한 배터리 셀(C)을 전기적으로 연결해줄 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(30)는 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 서로 반대 극성끼리 직렬 연결을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(C)은 제1, 제2 전극(T1,T2)이 형성된 제1, 제2 면(P1,P2)이 제2 방향(Z2)을 따라 서로 반대되는 위치에 오도록 제1 방향(Z1)을 따라 서로 반전되는 배향으로 번갈아 배치될 수 있으며, 다수의 버스 바(30)가 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에서 제1 방향(Z1)을 따라 교번되는 위치에 번갈아 배치되면서 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 직렬 연결할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(30)는 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되도록 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에 배치된 제1, 제2 버스 바(31,32)를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 버스 바(31,32)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 서로 반대되는 위치에 배치될 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 각각 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에 배치될 수 있다.
상기 버스 바(30)는 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 전극에 결합되는 양단 위치의 결합 편(34)과, 상기 양단 위치의 결합 편(34) 사이에 형성되는 연결 편(35)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 결합 편(34)은 배터리 셀(C)의 전극 상에서 전극(T)과 결합을 형성하도록 평편하게 형성될 수 있으며, 상기 연결 편(35)은 양단 위치의 결합 편(34) 사이의 위치 유동을 흡수할 수 있도록 오목하게 형성될 수 있다. 이때, 상기 버스 바(30)는 양단 위치에 형성된 결합 편(34) 사이에서 탄성을 제공하도록 오목하게 형성된 연결 편(35)을 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이의 위치 유동 내지는 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 전극(T) 위치 사이의 위치 유동을 흡수할 수 있다.
상기 버스 바(30)의 연결 편(35)은 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 제1, 제2 전극(T1,T2)에 연결된 결합 편(34)으로부터 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)을 향하여 돌출될 수 있는데, 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치된 절연 캡(H)을 통하여 배터리 셀(C)로부터의 절연이 확보될 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(30)의 결합 편(34)은 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 제1, 제2 전극(T1,T2)에 결합될 수 있으며, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)으로부터 돌출된 제1, 제2 전극(T1,T2)에 결합된 결합 편(34)을 통하여, 결합 편(34)으로부터 제1, 제2 면(P1,P2)을 향하여 돌출될 수 있는 여유 공간이 확보될 수 있다. 한편, 상기 버스 바(30)는 연결 편(35)으로부터 돌출되는 접속 편(38)을 더 포함할 수 있고, 상기 버스 바(30)의 접속 편(38)은 회로부(50)에 연결될 수 있다.
상기 버스 바(30)는 절연 캡(H) 상에 형성된 버스 바 가이드(P)를 통하여 조립 위치로 안내될 수 있다. 여기서, 상기 조립 위치란 버스 바(30)와 배터리 셀(C)의 전극(T) 간의 위치 정렬을 위하여 절연 캡(H)에 의해 안내되는 버스 바(30)의 정 위치에 해당될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절연 캡(H)의 조립 위치에는 배터리 셀(C)의 전극(T)을 노출시키기 위한 전극 홀(TH)이 형성될 수 있으며, 상기 전극 홀(TH) 주변으로는 버스 바 가이드(P)가 형성될 수 있다. 상기 전극 홀(TH)을 통하여 노출된 배터리 셀(C)의 전극(T)은 절연 캡(H) 상에 배치되는 버스 바(30)와 결합될 수 있으며, 예를 들어, 레이저 용접 등을 통하여 배터리 셀(C)의 전극(T)과 버스 바(30) 간의 전기적인 연결이 형성될 수 있다. 상기 버스 바 가이드(P)는 버스 바(30)의 결합 편(34)을 안내하도록 버스 바(30)의 결합 편(34)과 나란하게 연장될 수 있으며, 전극 홀(TH) 주변으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 돌출되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 버스 바 가이드(P)는 전극 홀(TH) 주변을 가로질러 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 전극 홀(TH)을 사이에 두고 서로 나란하게 연장되는 한 쌍의 버스 바 가이드(P)를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 버스 바 가이드(P) 사이로 안내된 버스 바(30)의 결합 편(34)은, 한 쌍의 버스 바 가이드(P) 사이에 형성된 전극 홀(TH)을 통하여 노출된 배터리 셀(C)의 전극(T)과 서로 마주할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 전극(T)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 버스 바 가이드(P)를 통하여 버스 바(30)의 결합 편(34)은 전극 홀(TH)을 통하여 노출된 배터리 셀(C)의 전극(T)과 정 위치에서 서로 마주하면서 결합을 형성할 수 있다.
상기 절연 캡(H)에는 고정 편(F)이 형성될 수 있다. 상기 고정 편(F)은, 후술하는 바와 같이, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 결속 프레임(40)과의 결합 위치를 제공할 수 있다. 상기 결속 프레임(40)은 제1 방향(Z1)을 따라 연속적으로 연장되면서, 각각의 배터리 셀(C) 위치에 형성된 고정 편(F)과 결합을 형성할 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 물리적으로 결속시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)은 상기 결속 프레임(40)을 통하여 서로 물리적으로 결속될 수 있으며, 버스 바(30)를 통하여 서로 전기적으로 결속되면서, 하나의 배터리 팩을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 방향(Z1)을 따라 연장되는 결속 프레임(40)과의 결합을 형성하도록 각각의 절연 캡(H)에 형성된 고정 편(F)은 제1 방향(Z1)을 따라 일 열을 이루도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 각각의 절연 캡(H)에 형성된 고정 편(F)은 제3 방향(Z3)을 따라 같은 높이에 형성되면서 제1 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고정 편(F)은 각각 제1 방향(Z1)을 따라 일 열을 이루는 제1, 제2 고정 편(F1,F2)을 포함하여 전체적으로 2열로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2)은 전극 홀(TH)을 사이에 두고 제3 방향(Z3)을 따라 전극 홀(TH)의 양편 위치에 형성될 수 있으며, 전극 홀(TH)의 양편 위치에서 2열로 배열될 수 있다. 이때, 2열로 배열된 제1, 제2 고정 편(F1,F2)은 제3 방향(Z3)을 따라 서로로부터 이격될 수 있으며, 전극 홀(TH)을 사이에 두고 서로로부터 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 이때, 각각의 제1, 제2 고정 편(F1,F2)에는 서로 다른 제1, 제2 결속 프레임(41,42)이 결합될 수 있으며, 각각 서로 다른 제1, 제2 결속 프레임(41,42)이 고정되는 제1, 제2 고정 편(F1,F2)을 통하여 배터리 셀(C)의 어레이가 더욱 견고하게 서로에 대해 결속될 수 있다. 다시 말하면, 상기 고정 편(F)은 서로 다른 열로 배열되는 제1, 제2 고정 편(F1,F2)을 포함하며, 상기 결속 프레임(40)은 제1, 제2 고정 편(F1,F2)에 각각 결합되는 제1, 제2 결속 프레임(41,42)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고정 편(F)과 결속 프레임(40)은 용접과 같은 열 공정을 통하여 서로 결합될 수 있으며, 이때, 상기 고정 편(F)과 결속 프레임(40)은 모두 금속 소재로 형성될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 고정 편(F)과 결속 프레임(40)은 용접과 같은 열 공정 외에, 기계적인 체결을 통하여 서로 결합될 수도 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 고정 편(F)에는 나사산이 형성된 체결 홀이 형성될 수 있고, 상기 결속 프레임(40)에 형성된 관통 홀을 통하여 상기 고정 편(F)의 체결 홀에 끼워지는 체결 부재를 통하여 결속 프레임(40)이 고정 편(F)에 결합될 수도 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 용접과 같은 열 공정을 통하여 결속 프레임(40)을 고정시킴으로써, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)의 결속 구조를 단순화시킬 수 있고, 제2 방향(Z2)을 따라 전체 배터리 팩의 길이를 단축시킬 수 있다.
상기 결속 프레임(40)은 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 길게 연장되는 세장형 판재로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 결속 프레임(40)은 제1 방향(Z1)을 따라 서로 나란하게 연장되며, 제3 방향(Z3)을 따라 서로 다른 열에 배치된 제1, 제2 고정 편(F1,F2)에 각각 결합되는 제1, 제2 결속 프레임(41,42)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 결속 프레임(41,42)은 제1 방향(Z1)을 따라 서로 나란하게 연장되되, 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결속 프레임(41)은 제3 방향(Z3)을 따라 상대적으로 하부 위치에 배치될 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 연장되되 서로에 대해 절곡된 제1, 제2 부분(41a,41b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 결속 프레임(42)은 제3 방향(Z3)을 따라 상대적으로 상부 위치에 배치될 수 있으며, 제1 결속 프레임(41)과 달리, 편평한 판상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 결속 프레임(41)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 이하와 같다. 즉, 상기 제1 결속 프레임(41)은 고정 편(F)이 형성된 절연 캡(H)과 마주하도록 배치되는 제1 부분(41a)과, 상기 제1 부분(41a)으로부터 절곡된 형태로 형성되어 제2 방향(Z2)을 따라 돌출되도록 형성된 제2 부분(41b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 결속 프레임(41)은 제1 부분(41a)을 통하여 절연 캡(H)의 고정 편(F)과 겹쳐지도록 배치되면서 고정 편(F)과 결합을 형성할 수 있으며, 고정 편(F)에 결합된 제1 부분(41a)으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 돌출되면서 제1 결속 프레임(41) 상에 배치되는 회로부(50)의 외부로 노출되는 제2 부분(41b)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H) 상으로는 결속 프레임(40)이 배치될 수 있으며, 상기 결속 프레임(40) 상으로는 회로부(50)가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 방향(Z3)을 따라 상대적으로 하부 위치에 배치된 제1 결속 프레임(41)은 회로부(50)와 일부 겹쳐지는 높이에 형성될 수 있으며, 상대적으로 상부 위치에 배치된 제2 결속 프레임(42)은 회로부(50)를 벗어난 높이에 배치될 수 있다. 이때, 회로부(50)와 겹쳐지는 제1 결속 프레임(41)의 제1 부분(41a)으로부터 절곡된 제2 부분(41b)은 회로부(50)의 외측을 향하여 돌출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결속 프레임(41)의 제2 부분(41b)은 회로부(50)와 절연 캡(H) 사이에 개재된 제1 부분(41a)으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)과 반대되는 회로부(50)의 외측을 향하여 연장될 수 있다. 참고로, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제3 방향(Z3)을 따라 대략 제1, 제2 결속 프레임(41,42) 사이의 높이에 회로부(50)가 배치될 수 있으며, 상기 회로부(50)는 제1 결속 프레임(41)과 일부 겹쳐지는 높이에 배치될 수 있다.
상기 제1 결속 프레임(41)의 제1 부분(41a)은 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 물리적으로 결속시키는 결속 위치를 제공할 수 있으며, 상기 제2 부분(41b)은 제1 부분(41a)으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 외측으로 절곡되면서 제1 결속 프레임(41)의 강성을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 부분(41b)은 제1 방향(Z1)을 따라 제1 결속 프레임(41)의 휨이나 비틀림을 억제할 수 있는 충분한 강성을 제공할 수 있으며, 전체 배터리 팩의 구조적인 강성을 제공할 수 있다.
상기 결속 프레임(40)은 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 가로질러 연장되면서 다수의 배터리 셀(C)을 결속시키며, 다수의 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 휨이나 처짐과 같은 변형을 방지할 수 있도록 배터리 팩의 강성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 결속 프레임(40)은 우수한 열 전달 성능을 갖는 금속 소재로 형성되면서 상대적으로 외부와 인접한 배터리 팩의 가장자리에 배치되어, 배터리 팩의 방열판 기능을 함께 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 결속 프레임(40)은, 결속 프레임(40)이 결합된 고정 편(F)을 통하여 배터리 셀(C)에 대한 방열을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 결속 프레임(41)의 제2 부분(41b)은, 절연 캡(H)과 회로부(50) 사이에 개재된 제1 부분(41a)으로부터 외부로 노출되면서 배터리 팩의 방열판 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결속 프레임(41)의 제2 부분(41b)은 절연 캡(H)의 고정 편(F)에 결합된 제1 부분(41a)으로부터 외부를 향하여 일체로 절곡되면서 고정 편(F)을 통하여 배터리 셀(C)에 대한 방열을 제공하거나 또는 고정 편(F)과 회로부(50) 사이에 개재된 제1 부분(41a)으로부터 외부를 향하여 일체로 절곡되면서 회로부(50)에 대한 방열을 제공할 수 있다.
상기 결속 프레임(40)은, 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에서 쌍으로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(C)의 전방 위치에서 2열로 배열된 제1, 제2 고정 편(F1,F2)과 결합을 형성하는 제1, 제2 결속 프레임(41,42)과, 배터리 셀(C)의 후방 위치에서 2열로 배열된 제1, 제2 고정 편(F1,F2)과 결합을 형성하는 제1, 제2 결속 프레임(41,42)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결속 프레임(40)은 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 측의 강성을 제공할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S) 측의 강성은, 주된 면(M) 및 측면(S)을 형성하면서 압출 성형으로 제공되는 중공 케이스(10)를 통하여 제공될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는, 압출 성형으로 형성되는 중공 케이스(10)와 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 측에 배치되는 결속 프레임(40)을 통하여 배터리 셀(C)의 주된 면(M), 측면(S) 및 제1, 제2 면(P1,P2)을 포함하는 전체 배터리 셀(C)의 외면을 통하여 충분한 강성이 확보될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고정 편(F)은 상기 절연 캡(H)과 함께 일체적으로 형성될 수 있으며, 인서트 사출 성형을 통하여 절연 캡(H)의 몸체와 일체로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고정 편(F)은 금속 소재로 형성될 수 있고, 상기 절연 캡(H)은 고분자 수지 소재와 같은 절연 소재로 형성될 수 있는데, 이와 같이 서로 다른 이종 소재로 형성된 고정 편(F)과 절연 캡(H)은 인서트 사출 성형을 통하여 서로에 대해 일체적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2)은 제3 방향(Z3)을 따라 절연 캡(H)의 양단 위치(또는 양편 가장자리 위치)에 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이에 해당되는 절연 캡(H)의 중앙 위치에는 전극 홀(TH)이 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이에 해당되는 절연 캡(H)의 중앙 위치에는 전극 홀(TH)과 함께 본딩 영역(B)이 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이의 중앙 위치에서, 상기 전극 홀(TH)은 제1 고정 편(F)에 상대적으로 가까운 위치에 형성될 수 있고, 상기 본딩 영역(B)은 제2 고정 편(F)에 상대적으로 가까운 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이의 중앙 위치를 대략 2 분할하여, 제1 고정 편(F)과 가까운 위치에는 전극 홀(TH)이 형성될 수 있고, 제2 고정 편(F)과 가까운 위치에는 본딩 영역(B)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 전극 홀(TH)은 절연 캡(H)의 개구부에 해당되며, 상기 본딩 영역(B)은 절연 캡(H)의 솔리드부에 해당되므로, 이들 전극 홀(TH)과 본딩 영역(B)은 서로 중첩되지 않는 영역에 형성되어, 각각의 기능이 방해받지 않을 수 있고, 예를 들어, 개구된 전극 홀(TH)을 통하여 배터리 셀(C)의 전극을 노출시키고, 개구되지 않은 솔리드부에 해당되는 본딩 영역(B)을 통하여 절연 캡(H)과 배터리 셀(C) 간의 접착 개소를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이의 중앙 위치에서, 상기 전극 홀(TH)은 상대적으로 제1 고정 편(F)을 향하여 치우친 위치에 형성될 수 있으며, 상기 본딩 영역(B)은 상대적으로 제2 고정 편(F)을 향하여 치우친 위치에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 고정 편(F)은 전극 홀(TH)을 사이에 두고 양편 위치에 형성된 제1, 제2 고정 편(F1,F2)을 포함할 수 있는데, 이때, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 중에서 제1 고정 편(F)은 상대적으로 전극 홀(TH)에 가까운 위치에 형성될 수 있고, 상기 제2 고정 편(F)은 상대적으로 전극 홀(TH)로부터 멀리 이격된 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)은 배터리 셀(C) 상에 조립될 수 있으며, 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 형성되는 베이스부(Ha)와 베이스부(Ha)로부터 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S) 상으로 연장되는 장변부(Hb) 및 단변부(Hc)를 통하여 배터리 셀(C) 상에 조립될 수 있다. 즉, 제1, 제3 평면 상에 형성된 베이스부(Ha)로부터 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)을 향하여 절곡되면서 연장되는 장변부(Hb) 및 단변부(Hc)는, 제1, 제2 면(P1,P2)과 주된 면(M) 사이의 모서리 또는 제1, 제2 면(P1,P2)과 측면(S) 사이의 모서리를 둘러싸면서 배터리 셀(C) 상에 조립될 수 있다. 다시 말하면, 상기 베이스부(Ha)와 상기 베이스부(Ha)로부터 절곡된 장변부(Hb) 및 단변부(Hc)는, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 측 단부를 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
상기 절연 캡(H)은 배터리 셀(C) 상에 억지 끼움 방식으로 조립되면서 배터리 셀(C) 상에 고정될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)은 배터리 셀(C) 상에 조립되면서 배터리 셀(C) 상에 접착될 수 있다. 다시 말하면, 상기 절연 캡(H)과 배터리 셀(C) 사이에는 접착제(미도시)가 개재되어 이들 간의 접착을 매개할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)에는 본딩 영역(B)이 형성될 수 있으며, 상기 본딩 영역(B)을 통하여 절연 캡(H)과 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2)이 서로에 대해 접착될 수 있다. 상기 본딩 영역(B)은 절연 캡(H)의 중앙 위치, 예를 들어, 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이의 중앙 위치 중에서 전극 홀(TH)과 겹쳐지지 않는 위치, 그러니까, 전극 홀(TH)이 형성된 제1 고정 편(F) 주변 보다는 제2 고정 편(F) 주변에 형성될 수 있다. 상기 본딩 영역(B)과 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 사이에 개재된 접착제(미도시)를 통하여 본딩 영역(B)을 포함하는 절연 캡(H)이 배터리 셀(C) 상에 접착될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H)과 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 사이에는 접착제(미도시)가 개재될 수 있는데, 배터리 셀(C)의 전극을 노출시키기 위해 개구되어 있는 전극 홀(TH) 보다는, 개구되어 있지 않은 솔리드부에 해당되는 본딩 영역(B)과 제1, 제2 면(P1,P2) 사이에 접착제가 개재되면서 이들 간의 접착을 매개할 수 있다.
상기 본딩 영역(B)은, 절연 캡(H) 중에서 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이의 중앙 위치에 형성되어 배터리 셀(C)과의 안정적인 접착을 형성하면서, 중앙 위치에 형성된 전극 홀(TH)과의 간섭을 피하도록 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 중에서 어느 하나의 고정 편(F), 예를 들어, 제2 고정 편(F)과 가까운 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 절연 캡(H)을 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 접착시킴으로써, 제2 방향(Z2)을 따라 전체 배터리 팩의 길이를 단축시킬 수 있고, 접착 외의 다른 방식, 예를 들어, 기계적인 체결 방식 등을 이용하여 절연 캡(H)을 고정하는 비교예에서와 달리, 절연 캡(H)의 고정 구조가 단순화될 수 있으며, 절연 캡(H)의 고정을 위한 공간 할애가 필요하지 않으므로, 제2 방향(Z2)을 따라 전체 배터리 팩의 길이를 단축시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 방향(Z2)을 따라 전체 배터리 팩의 길이와 제2 방향(Z2)을 따라 각각의 배터리 셀(C)의 길이는 서로 대등한 수준으로 형성될 수 있으며, 공간 절약을 통하여 배터리 팩의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 동일한 출력 및 용량 대비 배터리 팩의 사이즈를 줄일 수 있으며, 동일한 사이즈 대비 높은 출력 및 용량의 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 배터리 셀(C) 마다 개별적으로 형성된 절연 캡(H)을 각각의 배터리 셀(C)에 대해 접착시키는 방식으로 절연 캡(H)을 고정하므로, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(C)의 결속 이전에, 각각의 개별적인 배터리 셀(C)에 대해 절연 캡(H)을 고정할 수 있고, 이에 따라, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(C)의 결속에서 공정 시간을 줄일 수 있으며, 예를 들어, 접착제(미도시)의 경화에 요구되는 시간을 줄임으로써, 배터리 팩을 형성하기 위해 다수의 배터리 셀(C)을 결속할 때 낭비되는 시간을 절약할 수 있다.
상기 절연 캡(H) 상에는 버스 바(30)와 결속 프레임(40)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 절연 캡(H) 상에서 전극 홀(TH)과 고정 편(F)은 서로 중첩되지 않는 배타적인 위치에 형성되므로, 각각의 서로에 대해 배타적인 위치에 형성된 전극 홀(TH) 및 고정 편(F)과 결합되는 버스 바(30)와 결속 프레임(40)도 절연 캡(H) 상에서 서로에 대해 중첩되지 않는 배타적인 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 캡(H)의 전극 홀(TH)은, 제1, 제2 고정 편(F1,F2) 사이에 형성되며, 제1, 제2 고정 편(F1,F2)과 중첩되지 않는 배타적인 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1, 제2 고정 편(F1,F2)에 결합되는 제1, 제2 결속 프레임(41,42)과 상기 전극 홀(TH)을 통하여 노출된 배터리 셀(C)의 전극(T)에 결합되는 버스 바(30)는, 상기 절연 캡(H) 상에서 서로 겹쳐지지 않는 배타적인 위치에 형성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 절연 캡(H) 상에 배치된 버스 바(30) 상으로는 회로부(50)가 배치될 수 있다. 상기 회로부(50)는 제1 방향(Z1)을 따라 배열되며, 버스 바(30)를 통하여 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀(C)의 충, 방전 전력을 외부로 공급하거나 또는 외부로부터 공급받도록 다수의 배터리 셀(C)과 외부 기기 사이에서 충, 방전 전력의 흐름을 매개할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 외부 기기란 다수의 배터리 셀(C)로부터의 방전 전력을 공급받는 외부 부하 또는 다수의 배터리 셀(C)에 대해 충전 전력을 공급하기 위한 외부 충전기에 해당될 수 있다.
상기 회로부(50)는 다수의 버스 바(30)와 전기적으로 연결되면서, 버스 바(30)를 통하여 각각의 배터리 셀(C)에 관한 상태 정보, 예를 들어, 각각의 배터리 셀(C)에 관한 전압 정보와 온도 정보와 같은 상태 정보를 입수할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로부(50)는 다수의 버스 바(30)를 가로질러 제1 방향(Z1)을 따라 연장되면서, 각각의 버스 바(30)와 전기적인 연결을 형성할 수 있고, 각각의 버스 바(30)와 연결된 배터리 셀(C)에 관한 전압 정보를 입수할 수 있다. 상기 버스 바(30)는, 각각의 배터리 셀(C)과 전기적으로 연결되는 한편으로, 각각의 배터리 셀(C)과 열적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어, 상기 버스 바(30)는 각각의 배터리 셀(C)의 전극(T)과 전기적으로 연결되면서, 배터리 셀(C)의 전압 정보를 입수할 수 있고, 각각의 배터리 셀(C)의 전극(T)과 연결된 배터리 셀(C)의 내부, 그러니까, 배터리 셀(C)의 내부를 형성하는 전극 조립체(미도시)와 열적으로 연결되면서 배터리 셀(C)의 온도 정보를 입수할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로부(50)는 각각의 버스 바(30)와 연결될 수 있으며, 각각의 버스 바(30)를 통하여 배터리 셀(C)의 상태 정보를 입수할 수 있고, 서로 전기적으로 연결된 일 군의 배터리 셀(C)의 충, 방전 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로부(50)는 배터리 셀(C)의 상태 정보가 출력되는 커넥터 단자(55)와 배터리 셀(C)의 충, 방전 전류가 입출력되는 외부 단자(E)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로부(50)는 회로기판과 상기 회로기판 상에 배치된 다수의 소자들을 포함할 수 있으며, 회로기판 상에 배치된 커넥터 단자(55)와 외부 단자(E)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 커넥터 단자(55)는 제1 방향(Z1)을 따라 중앙 위치에 형성될 수 있으며, 상기 외부 단자(E)는 제1 방향(Z1)을 따라 양단 위치에 배치된 제1, 제2 외부 단자(E1,E2)의 쌍을 포함할 수 있다.
상기 회로부(50)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에 배치된 제1, 제2 회로부(51,52)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 회로부(51)는 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 제1 버스 바(31)와 연결될 수 있고, 상기 제2 회로부(52)는 배터리 셀(C)의 후방 위치에 배치된 제2 버스 바(32)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 회로부(51,52)는 서로에 대해 연결될 수 있으며, 제1, 제2 회로부(51,52)가 서로 협력하여 배터리 셀(C)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 회로부(51,52)는 각각 제1 방향(Z1)을 따라 양단 위치에 배치된 제1, 제2 외부 단자(E1,E2)의 쌍과 제1 방향(Z1)을 따라 중앙 위치에 배치된 커넥터 단자(55)를 포함할 수 있으며, 이때, 제1, 제2 회로부(51,52) 중에서 택일적으로 어느 일 회로부(50)의 외부 단자(E1,E2) 및 커넥터 단자(55)에 외부 기기가 연결될 수 있다. 이때, 상기 외부 기기와 연결된 일 회로부(50)의 외부 단자(E1,E2) 및 커넥터 단자(55)를 통하여 배터리 셀(C)의 충, 방전 전력이 입출력될 수 있으며, 배터리 셀(C)의 상태 정보가 출력될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1, 제2 회로부(51,52)는 서로 협력하여 배터리 셀(C)의 상태 정보를 입수할 수 있으며, 외부 기기와 연결된 일 회로부(50)는 배터리 셀(C)의 충, 방전 경로를 형성하면서, 배터리 셀(C)의 충, 방전 경로를 개폐하는 등과 같이, 배터리 셀(C)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 제1 회로부(51)와, 배터리 셀(C)의 후방 위치에 배치된 제2 회로부(52)에 모두 외부 단자(E1,E2) 및 커넥터 단자(55)를 형성함으로써, 외부 기기와 양 방향으로 연결될 수 있는 연결의 편이성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 제1 회로부(51)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 제1 버스 바(31) 모두와 전기적인 연결을 형성하거나 또는 제1 버스 바(31) 모두와 전기적인 연결을 형성하지는 않고 선택된 일부 제1 버스 바(31)와 전기적인 연결을 형성할 수도 있다. 유사하게, 상기 제2 회로부(52)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 후방 위치에 배치된 제2 버스 바(32) 모두와 전기적인 연결을 형성하거나 또는 제2 버스 바(32) 모두와 전기적인 연결을 형성하지는 않고 선택된 일부 제2 버스 바(32)와 전기적인 연결을 형성할 수도 있다.
상기 회로부(50)는 배터리 셀(C)의 상태 정보를 입수하고 배터리 셀(C)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(C)의 오작동이나 발화 폭발과 같은 이상 상황에 대응하여 충, 방전 중지와 같은 보호조치를 취할 수 있으며, 이런 의미에서 상기 회로부(50)는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)으로 기능할 수 있다. 여기서, 상기 회로부(50)는 배터리 셀(C)의 제어를 위한 충분한 상태 정보를 입수할 수 있는 한도에서, 제1, 제2 버스 바(31,32) 모두와 연결을 형성하기 보다는 비용적인 측면을 고려하여 선택된 제1, 제2 버스 바(31,32) 일부와 연결을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로부(50)는 다수의 버스 바(30)가 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 다수의 버스 바(30)가 배열된 절연 캡(H) 상을 가로질러 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로부(50)는 다수의 버스 바(30)와 함께 결속 프레임(40) 상을 따라 연장될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에는 절연 캡(H)이 배치될 수 있고, 상기 절연 캡(H) 상으로 버스 바(30)와 결속 프레임(40)이 배치될 수 있으며, 상기 버스 바(30)와 결속 프레임(40) 상으로 회로부(50)가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 결속 프레임(41)은 제3 방향(Z3)을 따라 회로부(50)와 일부 겹쳐지는 높이에 배치될 수 있고, 상기 제2 결속 프레임(42)은 회로부(50)를 벗어난 높이에 배치될 수 있으며, 상기 회로부(50)와 겹쳐지는 제1 결속 프레임(41)의 제1 부분(41a)으로부터 절곡된 제2 부분(41b)은 회로부(50)의 외측을 향하여 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결속 프레임(41)의 제2 부분(41b)은 회로부(50)와 절연 캡(H) 사이에 개재된 제1 부분(41a)으로부터 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)과 반대되는 회로부(50)의 외측을 향하여 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(Z3)을 따라 대략 제1, 제2 결속 프레임(41,42) 사이의 높이에 상기 회로부(50)가 배치될 수 있으며, 상기 회로부(50)는 제1 결속 프레임(41)과 일부 겹쳐지는 높이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연 캡(H), 버스 바(30), 결속 프레임(40) 및 회로부(50) 등은 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치에 각각 배치된 제1, 제2 절연 캡(H1,H2), 제1, 제2 버스 바(31,32), 제1, 제2 결속 프레임(41,42) 및 제1, 제2 회로부(51,52)를 포함할 수 있으며, 이들 절연 캡(H), 버스 바(30), 결속 프레임(40) 및 회로부(50) 등은 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 서로 반대되는 전방 위치 및 후방 위치에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 회로부(50)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치 중에서 택일적으로 어느 일 위치에 배치될 수 있으며, 배터리 셀(C)의 전방 위치와 후방 위치 모두에 배치되지 않을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩은 단일 회로부(50)를 포함할 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 회로부(50)는 제2 방향(Z2)을 따라 배터리 셀(C)의 전방 위치에 배치된 제1 버스 바(31)와 연결을 형성할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 후방 위치에 배치된 제2 버스 바(32)와는 연결을 형성하지 않을 수 있다. 이때, 제2 방향(Z2)을 따라 전방 위치의 회로부(50)와 후방 위치의 제2 버스 바(32)를 서로 연결해주는 리드 라인(미도시)을 통하여 제2 방향(Z2)을 따라 전방 위치와 후방 위치에 각각 배치된 회로부(50)와 제2 버스 바(32)가 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 배터리 셀(C)의 주된 면(M) 및 측면(S)을 형성하는 중공 케이스(10)의 압출 성형을 통하여 배터리 셀(C)의 용량을 용이하게 증가시킬 수 있으며, 압출 성형된 중공 케이스(10)와 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 결속 프레임(40)을 통하여 배터리 셀(C) 내지는 다수의 배터리 셀(C)을 포함하는 배터리 팩의 강성이 확보될 수 있다. 또한, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 씌워지는 절연 캡(H)을 통하여 서로 이웃한 배터리 셀(C) 사이의 절연이 확보됨과 동시에, 서로 이웃한 배터리 셀(C)을 전기적으로 연결하는 버스 바(30)의 지지를 제공할 수 있고, 이와 같이, 절연 기능 및 버스 바 홀더의 기능을 겸하는 절연 캡(H)을 통하여, 전체 배터리 팩의 구조를 단순화시킬 수 있고, 또한 버스 바 홀더의 기능을 수행하는 절연 캡(H)을 각각의 배터리 셀(C) 마다 개별적으로 형성함으로써, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 배터리 셀(C)의 개수에 따라 적응적으로 신축되는 형태의 버스 바 홀더를 제공할 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 배터리 셀(C)의 개수의 증감시킴으로써, 요구되는 출력 및 용량에 따른 배터리 팩의 확장성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 배터리 셀(C)의 제1, 제2 면(P1,P2) 상에 배치되는 절연 캡(H)을 접착 방식으로 고정함으로써, 절연 캡(H)의 고정 구조가 단순화될 수 있고, 제2 방향(Z2)을 따르는 전체 배터리 팩의 길이가 단축될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는 각각의 배터리 셀(C) 마다 개별적으로 형성된 절연 캡(H)을 통하여 절연 캡(H)의 접착을 위한 경화 시간으로 인하여, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 결속시키는 과정에서 공정 시간이 낭비되는 것을 막을 수 있으며, 배터리 팩의 공정 시간을 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
C: 배터리 셀 T1,T2: 전극 단자
M: 주된 면 S: 측면
P1: 제1 면 P2: 제2 면
H: 절연 캡 Ha: 절연 캡의 베이스부
Hb: 절연 캡의 장변부 Hc: 절연 캡의 단변부
TH: 전극 홀 F: 고정 편
B: 본딩 영역 30: 버스 바
40: 결속 프레임 50: 회로부

Claims (21)

  1. 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀로서, 각각 이웃하게 배열된 배터리 셀끼리 서로 마주하는 주된 면과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 양단을 형성하는 제1, 제2 면을 포함하는 다수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 제1, 제2 면 상에 배치된 절연 캡으로서, 상기 절연 캡은 상기 제1, 제2 면으로부터 주된 면의 일부로 연장되어, 제1 방향을 따라 서로 이웃한 주된 면끼리를 절연시켜주는 절연 캡; 및
    상기 절연 캡 상에 배치되어, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결해주는 버스 바와, 다수의 배터리 셀을 구조적으로 결속시켜주는 결속 프레임;을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 캡은 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀의 각각에 대해 개별적으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 주된 면은, 상기 제1, 제2 면 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 넓은 면적으로 형성된 면을 포함하고,
    상기 배터리 셀은, 상기 제1, 제2 면 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 좁은 면적으로 형성된 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주된 면 및 측면은 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되는 세장형(elongated)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절연 캡은, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 면 상에 형성된 베이스부;
    상기 베이스부로부터 상기 주된 면 상으로 연장되는 장변부; 및
    상기 베이스부로부터 상기 측면 상으로 연장되는 단변부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 장변부 및 단변부는 상기 배터리 셀의 제1, 제2 면의 테두리를 연속적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 주된 면 및 측면은 서로 마주하도록 배치된 한 쌍의 주된 면 및 한 쌍의 측면을 포함하고,
    상기 주된 면 및 측면은 서로 연속적으로 연결된 중공 케이스의 외면에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중공 케이스는 제2 방향을 따라 연속적으로 압출되는 중공 부재의 절단을 통하여 양단에 형성된 제1, 제2 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중공 케이스의 양단에는 상기 제1, 제2 개구를 밀봉하는 제1, 제2 판재가 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중공 케이스의 두께는, 상기 제1, 제2 판재의 두께 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 제1, 제2 면은, 상기 제1, 제2 판재의 외면에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 버스 바와 연결되는 전극을 포함하고,
    상기 배터리 셀의 전극은 상기 제1, 제2 면으로부터 돌출되는 제1, 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연 캡은,
    상기 전극을 노출시키기 위한 전극 홀; 및
    상기 전극 홀의 주변에서 상기 버스 바를 위치를 안내하기 위한 버스 바 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절연 캡은, 상기 제1, 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 절연 캡의 가장자리 위치에 형성된 고정 편을 더 포함하고,
    상기 전극 홀은, 상기 제3 방향을 따라 상기 절연 캡의 중앙 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고정 편은 다수의 배터리 셀에 대응하여 제1 방향을 따라 배열된 다수의 고정 편을 포함하고,
    상기 결속 프레임은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 다수의 고정 편 각각에 대해 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 결속 프레임은 제1 방향을 따라 연장되며, 서로에 대해 절곡된 제1, 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분은 상기 고정 편과의 결합 위치를 제공하며,
    상기 제2 부분은 제1 부분으로부터 절곡되어 상기 제2 방향을 따라 배터리 셀의 외측을 향하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 고정 편은, 인서트 사출 성형을 통하여 상기 절연 캡의 몸체와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 절연 캡은, 상기 전극 홀과 함께, 절연 캡의 중앙 위치에 형성된 본딩 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전극 홀 및 본딩 영역은, 상기 절연 캡의 중앙 위치에서 서로 다른 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 고정 편은, 상기 제3 방향을 따라 상기 절연 캡의 양편 가장자리 위치에 형성된 제1, 제2 고정 편을 포함하고,
    상기 전극 홀 및 본딩 영역은 제1, 제2 고정 편 사이에 형성되되,
    상기 전극 홀은 제1 고정 편에 상대적으로 가까운 위치에 형성되며,
    상기 본딩 영역은 제2 고정 편에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 절연 캡의 전극 홀 및 고정 편 위치에는 각각 버스 바와 결속 프레임이 배치되고,
    상기 버스 바와 결속 프레임 상에는 상기 버스 바와 연결된 회로부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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