KR100876277B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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KR100876277B1
KR100876277B1 KR1020070077097A KR20070077097A KR100876277B1 KR 100876277 B1 KR100876277 B1 KR 100876277B1 KR 1020070077097 A KR1020070077097 A KR 1020070077097A KR 20070077097 A KR20070077097 A KR 20070077097A KR 100876277 B1 KR100876277 B1 KR 100876277B1
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KR
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battery pack
structural
structural reinforcement
reinforcing material
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KR1020070077097A
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홍진태
박인규
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삼성에스디아이 주식회사
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

본 발명은 높은 강도를 가지면서 얇은 두께로 형성되는 외부 케이스를 구비함으로써, 전지의 발화 및 폭발 등의 강한 충격으로부터 외부 전자기기의 손상을 방지하고 사용자를 보호할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며, 상기 외부 케이스는 수지층과, 상기 수지층 내부에 격자형상으로 배열된 구조강화재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩, 외부 케이스, 과충전, 과방전, 폭발, 직물

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 높은 강도를 가지면서 얇은 두께로 형성되는 외부케이스를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants) 및 캠코더 등과 같은 휴대용 전자기기에 사용되는 배터리 팩은 베어 셀이 갖는 용량의 한계 때문에 여러 개의 베어 셀을 하나로 묶어서 제조하고 있다.
이러한 배터리 팩은 제 1 케이스와, 상기 제 1 케이스에 수납된 다수의 베어 셀과, 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되어 상기 베어 셀의 충방전 상태를 제어하는 보호 회로 모듈과, 상기 제 1 케이스를 덮어서 상기 베어 셀 및 보호 회로 모듈을 외부 환경으로부터 보호하는 제 2 케이스 등으로 이루어져 있다. 여기서, 상기 베어 셀은 고용량의 원통형 리튬 이온 전지일 수 있다. 더불어, 이러한 배터리 팩은 노트북, PDA(Personal Digital Assistants) 및 캠코더 등의 외부전자기기에 장착됨으로써, 외부전자기기에 소정 전원을 공급하거나 또는 충전기에 연결되어 충전 된다.
상기 구조의 배터리 팩은 휴대용 전자기기의 전원으로 사용될 때에는 전지 자체의 고효율 특성도 매우 중요하지만, 장시간 사용에 따른 휴대용 전자기기의 고온 상태로부터 배터리 팩의 외관 변형을 방지하는 것뿐 아니라, 리튬 이온 이차 전지의 폭발 및 파괴 등의 강한 충격으로부터 휴대용 전자기기의 손상을 방지하고 사용자를 보호하는 것도 중요하다. 이를 위해, 배터리 팩에서 높은 강도를 갖는 외부 케이스의 구조가 요구되고 있다.
또한, 배터리 팩은 휴대용 전자기기의 슬림화 및 소형화 추세에 따라 자체가 슬림화되어야 하는 것도 중요하다. 이를 위해, 배터리 팩에서 얇은 두께를 갖는 외부 케이스의 구조가 요구되고 있다.
그런데, 종래의 배터리 팩은 외부 케이스가 수지재로만 형성되기 때문에 높은 강도를 확보하면서 얇은 두께를 갖는데 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 높은 강도를 가지면서 얇은 두께로 형성되는 외부 케이스를 구비함으로써, 전지의 발화 및 폭발 등의 강한 충격으로부터 외부 전자기기의 손상을 방지하고 사용자를 보호할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며, 상기 외부 케이스는 수지층과, 상기 수지층 내부에 격자형상으로 배열된 구조강화재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수지층은 열경화성 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 열경화성 수지는 페놀, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리카보네이트, 아크릴로부타디엔스티렌, 폴리카보네이트/아크릴로부타디엔스티렌, 우레아, 멜라민, 알키드, 비닐 에스테르, 크실렌, 및 푸란류 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 구조강화재는 유리 파이버(fiber) 및 케브라 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 구조강화재는 카본 파이버 및 금속 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 금속 파이버는 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
상기 구조강화재는 일 방향으로 배열되는 제 1 구조강화재와, 상기 제 1 구 조강화재 위에 상기 제 1 구조강화재와 교차하는 방향으로 배열되는 제 2 구조강화재를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제 1 구조강화재 및 상기 제 2 구조강화재는 직선 형상일 수 있으며, 굴곡진 형상일 수도 있다.
또한, 상기 구조강화재는 일 방향으로 배열되는 제 1 구조강화재와, 상기 제 1 구조강화재의 아래위로 교차하여 짜여지는 제 2 구조강화재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 외부 케이스의 단면 두께는 0.8mm 내지 1.2mm일 수 있다. 여기서, 상기 구조강화재는 상기 외부 케이스의 단면에서 0.5mm 내지 0.7mm 의 높이를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 배터리 팩은 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 상기 외부 케이스에 수용되는 보호 회로 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀과 상기 보호 회로 모듈은 도전성 탭 또는 도전성 플레이트로 연결될 수 있다.
상기 구조강화재가 상기 카본 파이버 및 상기 금속 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어질 경우, 상기 도전성 탭 또는 상기 도전성 플레이트는 절연처리될 수 있다.
또한, 상기 구조강화재가 상기 카본 파이버 및 상기 금속 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어질 경우, 상기 외부 케이스는 상기 배터리 셀과 상기 보호 회로 모듈이 수용되는 내부에 위치하는 상기 수지층 위에 형성되는 절연층을 더 포함하 여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 절연층은 나일론 필름 또는 폴리 이미드 필름일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 수지층과 수지층 내부에 형성된 구조강화재를 포함하는 외부 케이스를 형성하여, 외부 케이스의 강도를 높임으로써 외력에 대한 저항력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 외부 케이스의 구조강화재를 격자형상의 파이버(fiber)로 구성하여, 배터리 셀이 폭발할 경우 폭발로 인한 충격을 구조강화재에 흡수시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 전지의 폭발이 발생하더라도 폭발로 인한 파편이 주변으로 날아가는 것을 줄임으로써, 외부 전자기기의 손상을 방지하고 외부 전자기기를 사용한 사용자를 다칠 위험으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 수지뿐 아니라 높은 인장 강도를 갖는 격자형상의 파이버로 구성된 구조강화재를 포함하여 형성된 외부 케이스를 구비하므로, 수지로만 형성된 외부 케이스를 구비하는 경우와 비교할 때 두께 대비 외장 강도를 더 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 외부 케이스의 구조강화재를 높은 인장 강도 외에 내열성 및 내화학성을 갖는 파이버로 구성하여, 배터리 셀의 과충전 및 과방전 등으로 고온 환경하에 있을 경우에도 고온 환경에 따른 외부 케이스의 변형 을 줄일 수 있으며, 배터리 셀로부터 누액된 전해액으로부터 외부 케이스의 손상을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 외부 케이스의 변형 및 손상으로 인한 외장 강도의 저하를 방지할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 외부 전자 기기에 장착되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩을 확대 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 배터리 팩을 분리 도시한 분리 사시도이다.
일반적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전과 방전이 가능한 전지로서, 배터리 팩(100) 형태로 제작되어 도 1에 도시된 노트북 컴퓨터(10)와 같은 외부 전자기기에 장착되어 전원으로서 널리 사용되고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 적어도 하나의 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)에 전기적으로 연결된 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module:PCM (120)), 및 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 수용하는 제 1 외부 케이스(130a)와 제 2 외부 케이스(130b)로 이루어진 외부 케이스(130)를 포함한다.
상기 배터리 셀(110) 각각은 상면과 바닥면이 서로 다른 극성을 갖도록 설계되는데, 도면에서 볼록한 단자 모양의 상면이 양극을 나타내고, 평평한 바닥면이 음극을 나타내는 것으로 한다. 또한, 여기서는 상기 배터리 셀(110)의 상면이 셀 내 전극 조립체(미도시)의 양극과 전기적으로 연결되고, 바닥면이 셀 내 전극 조립체의 음극과 전기적으로 연결된다고 가정한다. 이러한 배터리 셀로는 충전 및 방전이 가능한 원통형 이차 전지(secondary battery)가 사용될 수 있고, 특히 작동전압이 3.6V 로 높고 단위 중량당 에너지밀도가 높은 원통형 리튬 이차 전지가 사용될 수 있다. 이러한 배터리 셀(110)은 도면에서는 6개로 나타냈지만, 그 개수를 한정하는 것은 아니다. 도 3에서, 복수의 배터리 셀(110)은 제 1 배터리 셀 내지 제 6 배터리 셀(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)로 구분하였다.
도면에서 B-, B+는 대전류단을 표시하고, 직·병렬 연결된 배터리 셀들(110)의 양 끝단의 전원부를 나타낸다. B-는 음극 전원부로서 최저 전위단, B+는 양극 전원부로서 최고 전위단을 나타낸다. 이 대전류단에는 전원 인출을 위한 도전성 탭이 연결될 수 있는데, 도 3 에서는 도면 부호 115 및 118로 나타내었다. 이를 위해, 도전성 플레이트는 대략 "ㅗ"자 형상을 취할 수도 있다. 여기서, "ㅗ"자 형상 중 "ㅡ" 부분은 양극 또는 음극에 용접 고정되는 부분이고, "ı" 부분은 상기 도전성 탭이 납땜 고정되는 부분일 수 있다.
또한, B1과 B2는 센싱단을 표시하고, 서로 다른 극성의 배터리 셀들이 직렬 연결된 부분을 나타낸다. 이 센싱단은 최고 전위단과 최저 전위단 사이의 중간 전위단을 나타낸다. 이 센싱단에는 전압 검출을 위한 도전성 탭이 연결될 수 있는데, 도 3 에서는 도면 부호 116 및 117로 나타내었다. 이를 위해, 도전성 플레이트는 절곡 전 형상이 대략 "ㅗ"자 형상을 취할 수도 있다. 여기서, "ㅗ"자 형상 중 "ㅡ" 부분은 양극 또는 음극에 용접 고정되는 부분이고, "ı" 부분은 상기 도전성 탭이 납땜 고정되는 부분일 수 있다.
상기의 구성을 자세히 설명하면, 제 1 도전성 플레이트(111)는 배터리 셀의 하측 끝단에 위치하는 두 개의 셀의 음극, 즉 최저 전위단에 연결된다. 제 2 및 제 3 도전성 플레이트(112,113)는 절곡부를 가지며, 상기 절곡부를 기준으로 일측은 상기 배터리 셀들 가운데 두 개의 셀의 상면에 접촉 고정되고, 타측은 상기 배터리 셀들 가운데 다른 두 개의 원통형 배터리 셀의 바닥면에 접촉 고정되어 상기 셀들 가운데 네 개의 셀을 직렬 및 병렬 연결한다. 제 4 도전성 플레이트(114)는 배터리 셀의 상측 끝단에 위치하는 두 개의 셀의 양극, 즉 최고 전위단에 연결된다. 이러한 도전성 플레이트는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 그 등가물중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 도전성 플레이트는 배터리 셀의 갯수가 증가하면 당연히 함께 증가한다.
상기 보호 회로 모듈(120)은 상기 제 1 내지 제 4 도전성 플레이트(111,112,113,114)에 연결된 상기 제 1 내지 제 4 도전성 탭(115,116,117,118)을 통하여 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되며, 후술될 커넥터(125)를 통해 외부 전자기기와 연결되어 내부에 형성된 회로(미도시)를 통해 전지의 충전 및 방전을 제어함으로써 과방전 및 과충전을 방지한다. 여기서, 상기 1 내지 제 4 도전성 탭(115,116,117,118)은 니켈 재질로 형성될 수 있으며, 피복되어있는 도전성 와이어(conductive wire)로 대신할 수도 있다. 여기서, 상기 보호 회로 모듈(120)과 상 기 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결하는 방식은 사용되는 배터리 셀 및 보호 회로 모듈의 형상 및 형식에 따라 다양하게 사용될 수 있으며, 여기서 연결방식을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 보호 회로 모듈(120)은 일면에 대략 사각 육면체 형태로 형성된 커넥터(125)를 포함한다. 이러한 커넥터(125)는 외부 전자기기와 전기적으로 접속 및 분리 가능하도록 다수의 홀(미도시)을 갖는 몸체와, 몸체 중 홀의 내측 및 그 후방의 상부로 일정 길이 연장된 다수의 도전성 리드(미도시)로 이루어진다. 물론 몸체는 절연성 수지 등으로 형성되어 도전성 리드가 상호 전기적으로 쇼트 되지 않도록 되어 있다.
상기와 같은 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 수용하는 외부 케이스(130)는 상기 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)이 안착되는 제 1 외부 케이스(130a)와, 제 1 외부 케이스(130a)를 덮는 제 2 외부 케이스(130b)를 포함하여 이루어진다. 상기 외부 케이스(130)는 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
제 1 외부 케이스(130a)는 배터리 셀(110)과 커넥터(125)가 설치된 보호 회로 모듈(120)이 수용될 수 있도록 상단면이 개구된 박스 형태로 형성된다. 여기서, 제 1 외부 케이스(130a)는 일측에 커넥터(125)가 노출될 수 있도록 노출홈을 갖도록 형성된다. 제 2 외부 케이스(130b)는 상기 제 1 외부 케이스(130a)의 상단부에 상응하는 크기로 형성되며, 제 1 외부 케이스(130a)의 상단부에 접착제에 의하여 접착되거나 용착되어 결합된다. 이렇게 제 1 외부 케이스(130a)와 제 2 외부 케이스(130b)는 배터리 셀(110)과 보호 호로 모듈(120)을 수납한 상태로 서로 결합하여, 배터리 팩(100)의 외부 케이스(130)를 이룬다. 여기서, 도 2 및 도 3에 도시된 외부 케이스(130)의 외관 형상은 하나의 예일 뿐, 이러한 구조로 외부 케이스의 외관 형상을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 외부 케이스(130)로 감싸 완성된 배터리 팩(100)은 노트북 컴퓨터와 같은 외부 전자기기에 장착되며, 이러한 배터리 팩(100)의 외관을 이루는 외부 케이스(130)의 구성에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
도 4a는 도 3에 도시된 외부 케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이고, 도 4b는 도 3에 도시된 외부 케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 외부 케이스(130)는 수지층(131)과, 수지층(131)의 내부에 격자형상으로 형성된 구조강화재(133)를 포함하여 이루어진다.
상기 수지층(131)은 상기 외부 케이스(130)의 외부층을 이루며, 상기 외부 케이스(130)의 내부에 수용된 상기 배터리 셀(110) 및 상기 보호 회로 모듈(120)을 보호하는 역할을 한다.
이러한 상기 수지층(131)은 배터리 셀(100), 상기 보호 회로 모듈(120), 및 외부 전자기기와 접촉하기 때문에, 이들과의 전기적인 단락을 위해 절연성 수지를 소성 처리하여 형성된다. 상기 수지층(131)은 상기 절연성 수지 중 열경화성 수지, 예를 들어 페놀, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리카보네이트, 아크 릴로부타디엔스티렌, 폴리카보네이트/아크릴로부타디엔스티렌, 우레아, 멜라민, 알키드, 비닐 에스테르, 크실렌, 및 푸란류 중 선택된 어느 하나로 형성된다. 여기서, 상기 수지층(131)이 열경화성 수지로 이루어지는 이유는, 열경화성 수지 특성상 수지가 열에 의해 한번 굳어지면 다시 열을 가해도 녹거나 연화되지 않기 때문이다. 즉, 상기 열경화성 수지로 형성되는 상기 수지층(131)은 상기 배터리 팩(100)을 사용하는 외부 전자 기기의 사용시 발생하는 고온의 열에서도 변형이 잘 일어나지 않으므로 외부 케이스(130)의 강도를 높이는데 유리하다.
상기 구조강화재(133)는 상기 수지층(131)의 내부에 형성되어 상기 외부 케이스(130)의 내부층을 이루며, 상기 수지층(131)의 강도를 증가시킴으로써 외부 케이스(130)의 강도를 높이는 역할을 한다.
이러한 구조강화재(133)는 제 1 구조강화재(133a)와 제 2 구조강화재(133b)를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)가 격자형상을 이룬다.
구체적으로, 상기 제 1 구조강화재(133a)는 일 방향, 예를 들어 세로방향으로 배열되며, 상기 제 2 구조강화재(133b)는 상기 제 1 구조강화재(133a) 위에 상기 제 1 구조강화재(133a)와 교차하는 방향, 예를 들어 가로방향으로 배열된다. 여기서, 상기 제 1 구조강화재(133a) 및 상기 제 2 구조강화재(133b)는 직선 형상으로 형성된다. 그리고, 제 1 구조강화재(133a)와 제 2 구조강화재(133b)를 포함하는 상기 구조강화재(133)는 0.8mm 내지 1.2mm의 단면 두께(T)를 갖는 외부 케이스(130)에서 0.5mm 내지 0.7mm의 높이(H)로 이루어진다. 이는, 상기 구조강화 재(133)의 높이(H)가 0.5mm 미만이면, 상기 구조강화재(133)가 상기 외부 케이스(130)의 단면에서 너무 낮은 높이를 가져 상기 외부 케이스(130)의 강도를 충분히 높이기 어렵기 때문이다. 또한, 상기 구조강화재(133)의 높이(H)가 0.7mm를 초과하면, 상기 구조강화재(133)가 외부 케이스(130)의 전체 두께를 두껍게 할 우려가 있기 때문이다.
상기와 같이, 상기 구조강화재(133)는 상기 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)가 격자형상으로 배열되어 상기 수지층(131)의 내부에 위치하기 때문에, 외부 충격이 상기 외부 케이스(130)에 가해질 때 그 충격을 흡수하는 쿠션역할을 한다. 따라서, 상기 구조강화재(133)는 약한 외부 충격을 흡수하여 외부 케이스(130)의 손상을 줄일 수 있을 뿐 아니라 배터리 셀의 폭발시 발생하는 강한 충격을 흡수하여 배터리 팩을 사용하는 외부 기기의 손상을 줄일 수 있으며 외부 기기의 사용자를 다칠 위험으로부터 보호할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 구조강화재(133)는 상기 외부 케이스(130)의 강도를 높이기 위해 수지보다 인장 강도가 높은 파이버(fiber)로 이루어진다. 예를 들어, 상기 구조강화재(133)는 카본 파이버(canbon fiber), 금속 파이버(metal fiber), 유리 파이버(glass fiber) 및 케브라 파이버(kevlar fiber) 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속 파이버는 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
상기 구조강화재(133)를 이루는 상기 카본 파이버, 상기 금속 파이버, 상기 유리 파이버 및 상기 케브라 파이버(kevlar fiber)는 높은 인장 강도 외에 내열성 을 갖는다. 이에 따라, 상기 구조강화재(133)는 외부 케이스(130)의 내부에 수납된 배터리 셀(110)의 과충전 및 과방전 등으로 열이 발생할 경우 열에 의한 외부 케이스(130)의 변형을 방지함으로써 외부 케이스(130)의 강도가 약해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 구조강화재(133)를 이루는 상기 카본 파이버, 상기 금속 파이버, 상기 유리 파이버 및 상기 케브라 파이버는 높은 인장 강도 및 내열성 외에 내화학성을 갖는다. 이에 따라, 상기 구조강화재(133)는 상기 외부 케이스(130)의 내부에 수납된 상기 배터리 셀(110)로부터 전해액이 누액되는 경우 누액된 전해액으로부터 상기 외부 케이스(130)의 손상을 방지하여, 상기 외부 케이스(130)의 강도가 약해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 외부 케이스(130)의 상기 구조강화재(133)가 상기 카본 파이버 또는 상기 금속 파이버로 이루어지는 경우, 상기 외부 케이스(130)의 내부에 위치하는 도전성 부재, 예를 들어 상기 제 1 내지 상기 제 4 도전성 플레이트(111,112,113,114)와 상기 제 1 내지 상기 제 4 도전성 탭(115,116,117,118)은 피복과 같이 절연처리되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 카본 파이버 및 상기 금속 파이버가 전기 전도성을 가지기 때문이다. 즉, 상기 카본 파이버 또는 상기 금속 파이버에 수지가 도포되고 소성처리되어 외부 케이스(130)를 제조하는 과정 중에 카본 파이버 또는 금속 파이버의 일부가 노출되거나, 외부 케이스(130)의 손상으로 인해 카본 파이버 또는 금속 파이버의 일부가 노출될 경우에, 상기 카본 파이버 또는 상기 금속 파이버가 상기 외부 케이스(130)의 내부에 위치하는 도전성 부 재와 접촉되어 전기적인 단락을 일으킬 수 있기 때문이다.
상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 수지층(131)과 수지층(131)의 내부에 형성된 구조강화재(133)를 포함하는 외부 케이스(130)를 형성하여, 외부 케이스(130)의 강도를 높임으로써, 외력에 대한 저항력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 외부 케이스(130)의 구조강화재(133)를 격자형상의 파이버(fiber)로 구성하여, 배터리 셀(110)이 폭발할 경우 폭발로 인한 충격을 구조강화재(133)에 흡수시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110)의 폭발이 발생하더라도 폭발로 인한 파편이 주변으로 날아가는 것을 줄임으로써, 외부 전자기기의 손상을 방지할 수 있으며 외부 전자기기의 사용자를 다칠 위험으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 수지뿐 아니라 높은 인장 강도를 갖는 격자형상의 파이버로 구성된 구조강화재(133)를 포함하여 형성된 외부 케이스(130)를 구비하므로, 수지로만 형성된 외부 케이스를 구비하는 경우와 비교할 때 두께 대비 외장 강도를 더 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 외부 케이스(130)의 구조강화재(133)를 높은 인장 강도 외에 내열성 및 내화학성을 갖는 파이버로 구성하여, 배터리 셀(110)의 과충전 및 과방전 등으로 고온 환경하에 있을 경우에도 고온 환경에 따른 외부 케이스(130)의 변형을 줄일 수 있으며, 배터리 셀(110)로부터 누액된 전해액으로부터 외부 케이스(130)의 손상을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 외부 케이스(130)의 변형 및 손상으로 인한 외장 강도의 저하를 방지할 수 있다.
다음은, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩의 외부 케이스에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 비교하여 외부 케이스의 구조강화재만 다를 뿐 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 동일한 구성요소를 가지므로, 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다. 이에 따라, 본 발명의 제 2 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예와 차이를 갖는 외부 케이스의 구조강화재에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩은 복수의 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)에 전기적으로 연결된 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module:PCM (120)), 및 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 수용하는 제 1 외부 케이스와 제 2 외부 케이스로 이루어진 외부 케이스(230)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩의 외부 케이스(230)는 수지층(131)과, 수지층(131)의 내부에 격자형상으로 형성된 구조강화 재(233)를 포함하여 이루어진다.
상기 구조강화재(233)는 제 1 구조강화재(233a)와 제 2 구조강화재(233b)를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 제 1 구조강화재(233a)와 상기 제 2 구조강화재(233b)가 격자형상을 이룬다.
상기 구조강화재(233)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 상기 구조강화재(133)와 동일한 재질로 형성되며, 동일한 역할을 한다. 다만, 도 4a 및 도 4b에 도시된 상기 구조강화재(133)는 격자형상인 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)가 직선형태로 이루어진 반면, 도 5에 도시된 상기 구조강화재(233)는 격자형상인 제 1 구조강화재(233a)와 상기 제 2 구조강화재(233b)가 굴곡진 형태로 이루어진다. 이에 따라, 상기 수지층(131)에 포함될 수 있는 상기 제 1 구조강화재(233a)와 상기 제 2 구조강화재(233b)의 길이가, 상기 수지층(131)에 포함될 수 상기 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)의 길이보다 길어진다. 또한, 상기 제 1 구조강화재(233a)와 상기 제 2 구조강화재(233b)가 상기 수지층(131)에 접촉하는 접촉면적이 상기 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)가 상기 수지층(131)에 접촉하는 접촉면적보다 증가하게 된다. 따라서, 상기 제 1 구조강화재(233a)와 상기 제 2 구조강화재(233b)로 이루어진 상기 구조강화재(233)는, 상대적으로 짧은 길이를 가지고 상기 외부 케이스(130)에 사용되는 상기 제 1 구조강화재(2133a)와 상기 제 2 구조강화재(133b)보다, 상기 외부 케이스(230)의 강도를 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.
다음은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 외부 케이스에 대해서 설명하기로 한다.
도 6a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부 케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부 케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 비교하여 외부 케이스의 구조강화재만 다를 뿐 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 동일한 구성요소를 가지므로, 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다. 이에 따라, 본 발명의 제 3 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예와 차이를 갖는 외부 케이스의 구조강화재에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)에 전기적으로 연결된 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module:PCM (120)), 및 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 수용하는 제 1 외부 케이스와 제 2 외부 케이스로 이루어진 외부 케이스(330)를 포함한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩의 외부 케이스(330)는 수지층(131)과, 수지층(131)의 내부에 격자형상으로 형성된 구조강화재(333)를 포함하여 이루어진다.
상기 구조강화재(333)는 제 1 구조강화재(333a)와 제 2 구조강화재(333b)를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 제 1 구조강화재(333a)와 상기 제 2 구조강화 재(333b)가 격자형상을 이루며 또한 직물형태를 이룬다.
상기 구조강화재(333)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 상기 구조강화재(133)와 동일한 물질로 형성되며, 동일한 역할을 한다. 다만, 도 4a 및 도 4b에 도시된 상기 구조강화재(133)는 일 방향으로 배열되는 상기 제 1 구조강화재(133a)와 상기 제 1 구조강화재(133a) 위에 상기 제 1 구조강화재와 교차하는 방향으로 배열되는 상기 제 2 구조강화재(133b)를 포함하여 이루어진 반면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 상기 구조강화재(333)는 일 방향으로 배열되는 상기 제 1 구조강화재(333a)와 상기 제 1 구조강화재(333a)의 아래위로 교차하여 짜여지는 제 2 구조강화재(333b)를 포함하여 이루어진다. 다시 말해서, 상기 구조강화재(333)는 상기 제 1 구조강화재(333a)와 상기 제 2 구조강화재(333b)가 서로 엮여지는 직물형태로 이루어진다. 따라서, 상기 구조강화재(333)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 상기 구조강화재(133)와 비교할 때 더욱 촘촘하면서 안정된 배열의 직물형태로 이루어지므로, 수지층(131)의 강도를 더욱 높여 외부 케이스(330)의 강도를 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.
다음은, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 외부 케이스에 대해서 설명하기로 한다.
도 7a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 보호 회로 모듈을 제외한 외부 케이스의 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 외부케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 비교하여 외부 케이스에 절연층이 추가되는 것만 다를 뿐 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩과 동일한 구성요소를 가지므로, 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다. 이에 따라, 본 발명의 제 4 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예와 차이를 갖는 외부 케이스의 절연층에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩은 복수의 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)에 전기적으로 연결된 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module:PCM (120)), 및 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(120)을 수용하는 제 1 외부 케이스(430a)와 제 2 외부 케이스(430b)로 이루어진 외부 케이스(430)를 포함한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩의 외부 케이스(430)는 수지층(131)과, 수지층(131)의 내부에 격자형상으로 형성된 구조강화재(133)를 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩의 외부 케이스(430)는 내부의 수지층(131) 위에 형성되는 절연층(435)을 더 포함한다.
상기 절연층(435)은, 상기 배터리 셀(110)과 상기 보호 회로 모듈(120)이 수용되는 내부에 위치하는 상기 수지층(131) 위에 형성된다. 이에 따라, 상기 절연층(435)은, 상기 구조강화재(133)가 전기 전도성을 갖는 카본섬유 또는 금속섬유로 형성될 경우 외부 케이스(430)의 변형 및 손상으로부터 노출될 수 있는 상기 구조강화재(133)와 외부 케이스(430)의 내부에 장착된 도전성 부재, 예를 들어 제 1 내지 제 4 도전성 플레이트(111,112,113,114)와 1 내지 제 4 도전성 탭(115,116,117,118)과의 불필요한 단락의 발생을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라, 외부 케이스(430)의 내부에 장착된 도전성 부재, 예를 들어 제 1 내지 제 4 도전성 플레이트(111,112,113,114)와 제 1 내지 제 4 도전성 탭(115,116,117,118)응 별도로 절연처리될 필요는 없다.
상기 절연층(435)은 상기 외부 케이스(430)의 두께를 증가시키는 것을 최대한 줄이기 위해, 얇은 두께의 나일론 필름 또는 폴리 이미드 필름으로 이루어진다.
한편, 도 7a 및 도 7b에 도시된 상기 외부 케이스(430)의 구조강화재(133)는, 도 4a 및 4b에 도시된 외부 케이스(130)의 구조강화재(133)로 도시되었는데, 도 5에 도시된 외부 케이스(230)의 구조강화재(233)나, 도 6a 및 6b에 도시된 외부 케이스(330)의 구조강화재(333)와 같은 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩은 외부 케이스(430) 내부의 수지층(131) 위에 절연층(435)을 더 추가함으로써, 외부 케이스(430)와 외부 케이스(430)의 내부에 장착된 도전성 부재 간의 불필요한 단락을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에서 설명된 외부 케이스(130,230,330,430)는 원통형 리튬 이차 전지를 사용하는 배터리 팩에 적용되는 것으로 설명되었지만, 각형 리튬 이온 전지 및 파우치 리튬 이온 전지 등을 사용하는 배터리 팩에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도시된 실시예들을 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 외부 전자 기기에 장착되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩을 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩을 분리 도시한 분리 사시도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 외부 케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4b는 도 3에 도시된 외부 케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부 케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩에서 외부 케이스의 평면 구조를 나타내는 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 보호 회로 모듈을 제외한 외부 케이스의 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 외부케이스의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 배터리 팩 110: 배터리 셀
120: 보호 회로 모듈 130, 230, 330, 430: 외부 케이스
131: 수지층 133, 233, 333, 433: 구조강화재
435: 절연층

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며,
    상기 외부 케이스는 수지층과, 상기 수지층 내부에 격자형상으로 배열된 구조강화재를 포함하여 이루어지며,
    상기 구조강화재는
    일 방향으로 배열되는 제 1 구조강화재; 및
    상기 제 1 구조강화재 위에 상기 제 1 구조강화재와 교차하는 방향으로 배열되는 제 2 구조강화재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지층은 열경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 페놀, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리카보네이트, 아크릴로부타디엔스티렌, 폴리카보네이트/아크릴로부타디엔스티렌, 우레아, 멜라민, 알키드, 비닐 에스테르, 크실렌, 및 푸란류 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구조강화재는 유리 파이버(fiber) 및 케브라 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조강화재는 카본 파이버 및 금속 파이버 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 파이버는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구조강화재 및 상기 제 2 구조강화재는 직선 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구조강화재 및 상기 제 2 구조강화재는 굴곡진 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며,
    상기 외부 케이스는 수지층과, 상기 수지층 내부에 격자형상으로 배열된 구조강화재를 포함하여 이루어지며,
    상기 구조강화재는
    일 방향으로 배열되는 제 1 구조강화재; 및
    상기 제 1 구조강화재의 아래위로 교차하여 짜여지는 제 2 구조강화재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 케이스의 단면 두께는 0.8mm 내지 1.2mm인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구조강화재는 상기 외부 케이스의 단면에서 0.5mm 내지 0.7mm 의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 상기 외부 케이스에 수용되는 보호 회로 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 상기 보호 회로 모듈은 도전성 탭 또는 도전성 플레이트로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 탭 또는 상기 도전성 플레이트는 절연처리되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 상기 배터리 셀과 상기 보호 회로 모듈이 수용되는 내부에 위치하는 상기 수지층 위에 형성되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 절연층은 나일론 필름 또는 폴리 이미드 필름인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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