KR-20260060678-A - A CELL ASSEMBLY

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Abstract

본 발명은, 전극 리드가 도출된 복수의 전지셀을 포함하는 셀 블록; 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 블록과 결합하는 버스바 프레임; 및 상기 셀 블록과 상기 버스바 프레임 사이에 제공되고, 방열핀을 포함하는 적어도 하나의 방열 유닛; 을 포함하는 셀 조립체에 관한 것이다.

Inventors

한년구
김기영
김영만
장준호

Assignees

주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241025

Claims (12)

전극 리드가 도출된 복수의 전지셀을 포함하는 셀 블록; 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 블록과 결합하는 버스바 프레임; 및 상기 셀 블록과 상기 버스바 프레임 사이에 제공되고, 방열핀을 포함하는 적어도 하나의 방열 유닛; 을 포함하는 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 방열핀은 상기 전지셀의 전극 리드가 도출된 방향에 대응하여 형성된 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 방열핀은 상기 셀 블록의 길이 방향으로 돌출 형성되는 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 방열핀은 상기 전극 리드와 면대면으로 마주보도록 형성되는 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 버스바 프레임은 상기 방열핀 위치에 대응하여, 상기 방열핀이 삽입되도록 형성된 핀 삽입구를 포함하고, 상기 방열 유닛은 상기 방열핀이 상기 핀 삽입구에 삽입됨으로써 상기 버스바 프레임에 고정되는 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 방열 유닛의 후면에는 열 교환 패드가 더 제공되고, 상기 방열 유닛은 상기 열 교환 패드의 일면이 상기 셀 블록에 맞닿도록 위치하는 셀 조립체.
제1항에 있어서, 상기 방열 유닛은, 상기 셀 블록의 전단 및 후단 중 적어도 어느 일단에 결합되는 베이스; 및 상기 베이스 상에 돌출 형성된 적어도 하나의 방열핀; 으로 구성되고, 상기 방열 유닛은 상기 방열핀의 돌출 위치가 상기 셀 블록의 위치에 반대 방향이 되도록 상기 셀 블록에 결합되는 셀 조립체.
제7항에 있어서, 하나의 방열핀이 베이스 상에 형성된 복수의 방열 유닛을 포함하고, 상기 베이스는 상기 셀 블록의 전극 리드를 사이에 개재하고 소정 간격 이격되어 상기 셀 블록에 결합되는 셀 조립체.
제8항에 있어서, 상기 베이스는 상기 셀 블록의 이웃한 어느 한 쌍의 전지셀에서, 서로 대향하는 각 전극 리드 사이 간격 이하의 폭으로 형성되는 셀 조립체.
제7항에 있어서, 복수의 방열핀이 하나의 베이스 상에 형성된 방열 유닛을 포함하고, 상기 베이스는 상기 셀 블록의 전극 리드가 관통되도록 하여 상기 셀 블록에 결합되는 셀 조립체.
제10항에 있어서, 상기 베이스는 상기 셀 블록의 전지셀이 적층된 방향에 대응하여 연장되고, 상기 방열 유닛은, 상기 베이스 상에서 소정 간격 이격되어 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 셀 조립체.
제11항에 있어서, 상기 베이스는 이웃한 한 쌍의 방열핀 사이에 형성된 개구홀을 포함하고, 상기 방열 유닛은 상기 셀 블록의 전극 리드가 상기 개구홀을 관통하도록 상기 셀 블록과 결합하는 셀 조립체.

Description

셀 조립체{A CELL ASSEMBLY} 본 발명은 복수의 전지셀을 포함하는 셀 조립체에 관한 것이다. 충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다. 도 1은 종래의 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩 내부에 수용된 셀 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 나타난 어느 하나의 셀 조립체의 사시도이다. 종래의 배터리 팩은 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼 복수의 전지셀을 포함하는 셀 조립체가 팩 케이스와 상부 케이스에 커버된 형태를 가진다. 하나의 셀 조립체는 도 3에 도시된 것처럼 적어도 일측에 전극 리드가 도출된 복수의 전지셀이 일 방향으로 적층된 형태를 가진다. 셀 조립체에 포함된 각 전지셀은 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하는 버스바 프레임과 결합됨으로써 서로 병렬 또는 직렬 방식으로 전기적 연결된다. 상기 구조의 셀 조립체는 반복되는 충방전 과정에서 상기 전극 리드와 버스바 프레임이 결합되는 부위에서 가장 높은 온도를 보이고 있으며, 종래에는 이와 같이 특정 부위에서 발생하는 부위를 냉각시켜 셀 조립체의 열 안전성을 높이는 방안을 고안하고 있다. 도 1은 종래의 배터리 팩의 사시도이다. 도 2는 도 1의 배터리 팩 내부에 수용된 셀 조립체를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2에 나타난 어느 하나의 셀 조립체의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 셀 조립체의 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 셀 조립체의 평면도이다. 도 6은 도 4의 셀 조립체에 사용된 방열 유닛의 사시도이다. 도 7은 도 4의 셀 조립체에 사용된 복수의 방열 유닛의 정면도이다. 도 8은 도 7의 방열 유닛의 평면도이다. 도 9는 도 8의 방열 유닛의 변형예이다. 도 10은 도 4의 셀 조립체의 조립 과정을 간략히 나타낸 개략도이다. 도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 셀 조립체의 분해 사시도이다. 도 12는 도 11의 셀 조립체에 사용된 방열 유닛의 사시도이다. 도 13은 도 12의 방열 유닛의 정면도이다. 도 14는 도 12의 방열 유닛의 평면도이다. 도 15는 도 14의 방열 유닛의 변형예이다. 도 16은 도 11의 셀 조립체의 조립 과정을 간략히 나타낸 개략도이다. 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 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용된 용어들은 이해를 돕기 위한 것이며, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소가 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에서 "슬릿"이란, 일 방향으로 길이가 긴 장축과 상기 장축과 수직하는 방향의 길이가 짧은 단축을 갖는 형상의 관통홀을 총칭하며, 그 형상이 직사각형, 타원형 또는 비드 형태 등인 경우를 포함한다. 본 발명은 셀 조립체에 관한 것으로, 본 발명의 셀 조립체는 전지셀과 버스바 프레임 결합 부위에 냉각용 방열 유닛이 적용된 것을 특징으로 한다. 도 1 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 셀 조립체에 관한 것이고, 도 11 내지 도 16은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 셀 조립체에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 셀 조립체에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다. (또한, 어떤 구성의 길이 방향은 수평 방향을 기준으로 도면에 도시된 해당 구성의 가장 긴 길이를 갖는 면에 대응되는 방향을 지칭하고, 어떤 구성의 폭 방향은 수평 방향을 기준으로 상기 길이 방향에 직교하는 방향을 지칭하는 것으로 정의 한다.) 본 발명에서, 셀 조립체의 폭 방향은 전지셀이 적층된 방향을 지칭하고 셀 조립체의 길이 방향은 셀 조립체의 폭 방향에 직교하는 방향 즉, 버스바 프레임이 결합되는 양측을 연결하는 방향을 지칭하는 것으로 정의 한다. 셀 조립체 (제1 실시형태) 도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 셀 조립체의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 셀 조립체의 평면도이다. (도 4 및 도 5는 이해의 편의상 셀 조립체의 일측만 도시하였다.) 본 발명의 셀 조립체는 셀 블록(100) 및 버스바 프레임(200) 프레임을 포함한다. 상기 셀 블록(100)은 복수의 전지셀(110)들이 일 방향으로 적층된 형태이다. 상기 각 전지셀(110)들은 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체, 상기 전극과 연결되는 전극 리드(111), 상기 전극 리드(111)가 외부로 도출되도록 하여 상기 전극 조립체를 감싸는 케이스 및 상기 케이스 내에서 전극 조립체와 함께 충진된 전해액을 포함한다. 상기 버스바 프레임(200) 프레임은 상기 셀 블록(100)의 전극 리드(111)와 결합하여 전기적으로 연결되는 버스바 프레임(200)를 포함하고, 상기 셀 블록(100)의 전면 및 후면 중 적어도 하나에 결합된다. 상기 버스바 프레임(200) 프레임은 셀 블록(100)에 포함된 각 셀을 가압하여 정렬시킬 뿐만 아니라, 각 셀에서 도출된 전극 리드(111)를 취합하는 역할을 한다. 구체적으로 상기 버스바 프레임(200) 프레임 상에는 전도성의 버스바 프레임(200)가 고정되어 구비되고, 상기 셀 블록(100)에서 인출된 복수의 전극 리드(111)는 상기 버스바 프레임(200)에 결합된다. 이때, 상기 전극 리드(111) 및 버스바 프레임(200)의 결합은 통상적으로 용접에 의해 진행될 수 있으나, 이 외에 상기 전극 리드(111) 및 버스바 프레임(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 어떠한 결합 방법도 이용 가능하다. 본 발명의 셀 조립체는, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(100)과 상기 버스바 프레임(200) 프레임 사이에 제공되는 방열 유닛(300)을 포함하는 것이 특징이다. 상기 방열 유닛(300)은 상기 전지셀(110)의 전극 리드(111)가 도출된 방향에 대응하여 형성된 방열핀(320)을 포함하고, 상기 방열핀(320)을 통해 셀 블록(100)에서 발생하는 열을 방출한다. 보다 구체적으로 상기 방열핀(320)은 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(100)의 길이 방향으로 돌출 형성되고, 상기 셀 블록(100)의 두께 방향으로 연장 형성된다. 즉, 상기 방열핀(320)은 상기 전극 리드(111)와 면대면으로 마주보도록 배치된다. 도 6은 도 4의 셀 조립체에 사용된 방열 유닛(300)의 사시도이다. 상기 방열 유닛(300)은 베이스(310) 및 상기 베이스(310) 상에 돌출 형성된 적어도 하나의 방열핀(320)으로 구성된다. 상기 베이스(310)는 상기 방열핀(320)이 상기 전극 리드(111)와 마주보며 전방으로 세워진 상태를 유지하도록 상기 방열핀(320)을 지지하는 역할을 한다. 상기 베이스(310)는 상기 셀 블록(100)에 직접적으로 결합되는 부위로, 상기 셀 블록(100)의 전단 및 후단 중 적어도 어느 일단에 결합된다. 상기 방열 유닛(300)은 상기 방열핀(320)의 돌출 위치가 상기 셀 블록(100)의 위치에 반대 방향이 되도록 상기 셀 블록(100)에 결합된다. 제1 실시형태에 따른 셀 조립체는