KR101797693B1 - 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 셀 프레임에 내장되어 있는 구조의 전지모듈로서, 접속부재는 금속 플레이트로 이루어져 있고, 전지셀의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속되는 용접부가 플레이트 본체의 양 단부에 각각 위치하며; 셀 프레임에는 접속부재가 외부로 노출되도록 접속부재에 대응하는 형상의 개구가 천공되어 있으며; 플레이트 본체 및 용접부 중의 적어도 하나의 외주에는, 접속부재가 셀 프레임의 개구에 정위치 고정되도록, 플레이트 본체 또는 용접부로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있고 셀 프레임의 개구의 내면에 밀착되는 밀착 절곡부가 하나 이상 형성되어 있는 전지모듈을 제공한다.

Description

밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩 {Battery Pack Prepared Using Electrical Connecting Member for Battery Cell with Contact Bending Part}
본 발명은 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
일반적으로, 원통형 전지는 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지고, 사용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 출력 및 용량의 문제로 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다.
단위전지의 전극간 전기적 연결을 위해 와이어, 플레이트, FPCB 등이 사용되고 있으며, 이들 중 플레이트는 판상의 도체 부재로서 전지 전극에 대해 용접을 실행하기 용이한 장점을 가지고 있다.
도 1에는 종래의 접속부재 및 일부 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 접속부재(20)는 전지셀들의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속되는 용접부들(22, 23)이 플레이트 본체(21)의 양 단부에 각각 위치하고 있으며, 용접부들(22, 23)에는 슬릿들(28, 29)이 각각 형성되어 있다.
셀 프레임(30)에는 접속부재(20)가 외부로 노출되도록 접속부재(20)에 대응하는 형상의 개구(31)가 천공되어 있다. 접속부재(20)는 플레이트 본체(21) 및 용접부들(22, 23)로 구성되어 있고, 용접부(22)의 외주에는, 전압 센싱 단자(27)가 셀 프레임(30)의 개구(31)에 위치되어 있고, 전압 센싱 단자(27)가 프레임(30)의 외부로 노출되어 셀 프레임(30)의 측면에 고정되어 있다.
A-A’의 단면을 참조하면, 접속부재(20)가 셀 프레임(30) 내에 위치하게 되는 경우에 지그를 사용하여도 접속부재(20)가 화살표 방향으로 이동하여 정위치에서 벗어나 불량이 발생하게 된다.
이와 같이, 종래의 원통형 전지셀들을 연결하기 위해 사용되는 접속부재에는 정위치에 고정하는 구조가 없으므로 조립 과정에서 약간의 오차로도 결합을 달성하기 어려운 단점을 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 전지팩의 제작시 지그를 사용하여 접속부재를 고정하였으나 지그를 사용하더라도 접속부재의 정위치에서 이탈로 인해 불량이 발생하게 되며, 이와 같은 문제는 결국 전지팩의 품질 및 안전성을 저하시키는 문제가 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 접속부재를 전지셀에 용접하는 과정에서 접속부재의 정위치에서 이탈 문제를 해결하기 위한 것으로서, 접속부재가 셀 프레임의 개구에 정위치 고정되도록, 플레이트 본체 또는 용접부로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있고, 셀 프레임의 개구의 내면에 밀착되는 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩은,
복수의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 셀 프레임에 내장되어 있는 구조의 전지모듈로서,
상기 접속부재는 금속 플레이트로 이루어져 있고, 전지셀의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속되는 용접부가 플레이트 본체의 양 단부에 각각 위치하며;
상기 셀 프레임에는 접속부재가 외부로 노출되도록 접속부재에 대응하는 형상의 개구가 천공되어 있으며;
상기 플레이트 본체 및 용접부 중의 적어도 하나의 외주에는, 접속부재가 셀 프레임의 개구에 정위치 고정되도록, 플레이트 본체 또는 용접부로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있고 셀 프레임의 개구의 내면에 밀착되는 밀착 절곡부가 하나 이상 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩은, 평판 형상의 접속부재가 정위치에서 이탈하지 않도록 기구적인 구조를 추가함으로써, 전지 모듈에 접속부재의 안착 및 지그 결합 후 용접되기 전까지 접속부재를 정위치로부터 이동을 최소화하고 정위치 이탈에 의한 불량발생을 차단하여 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 원통형 전지일 수 있고, 상기 접속부재는 전지셀들을 직렬 연결하고 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지셀들은 측면이 상호 대면하도록 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있고, 상기 셀 프레임은 전지셀 적층체의 일측 전극단자 부위에 장착되는 제 1 프레임과 타측 전극단자 부위에 장착되는 제 2 프레임으로 이루어진 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 용접부는 평면상으로 라운딩 모서리를 가진 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 중앙에 슬릿이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같은 구조에서, 상기 밀착 절곡부는 플레이트 본체의 외주와 용접부의 외주에 각각 하나 이상의 개수로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또, 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구 내면을 따라 상향 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 밀착 절곡부의 상향 절곡 높이는 셀 프레임의 개구 높이의 30% 내지 100% 크기일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구 내면을 따라 하향 절곡되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 밀착 절곡부의 하향 절곡 깊이는 셀 프레임의 개구 높이의 20% 내지 50% 크기일 수 있다.
상기 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구 내면에 밀착 고정되도록 평면을 기준으로 90도 초과 내지 130도 미만의 각도로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 밀착 절곡부의 경사각은 셀 프레임의 개구에 고정되는 과정에서 90도로 변경될 수 있다.
예를 들어, 용접부에 형성되어 있는 밀착 절곡부는 용접부의 장변 길이를 기준으로 10% 내지 30%의 폭 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 플레이트 본체에 형성되어 있는 밀착 절곡부는 플레이트 본체 길이를 기준으로 20% 내지 80%의 폭 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 접속부재의 외주로부터 연장되어 있고 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 전압 센싱 단자가 추가로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같은 구조에서, 상기 접속부재는,
용접부들이 플레이트 본체의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 일측 용접부의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 1 접속부재;
용접부들이 플레이트 본체의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 2 접속부재;
용접부들이 플레이트 본체에 평행하게 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 3 접속부재;
하나의 용접부로 구성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 용접부의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 4 접속부재; 및
하나의 용접부가 플레이트 본체의 일단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 타단부에 형성되어 다른 전지모듈의 전극단자에 접속되는 제 5 접속부재;
를 포함하고, 전지모듈의 제작시 이들 조합에서 취사선택하여 사용되는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 전지모듈을 단위모듈로 포함하며, 둘 이상의 단위모듈들을 직렬 연결한 구조의 전지팩과 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 무선 청소기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩은, 평판 형상의 접속부재가 정위치에서 이탈하지 않도록 기구적인 구조를 추가함으로써 전지 모듈에 접속부재의 안착 및 지그 결합 후 용접되기 전까지 접속부재를 정위치로부터 이동을 최소화하고 정위치 이탈에 의한 불량발생을 차단하여 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 접속부재 및 일부 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재를 사용하여 제조되는 전지팩의 모식도이다;
도 3은 도 2의 실시예에 따른 전지셀 접속부재의 부분 확대도 및 단면도이다;
도 4는 도 2의 실시예에 따른 전지셀 접속부재의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 밀착 절곡부가 형성되어 있는 전지셀 접속부재 및 이를 사용하여 제조되는 전지팩의 모식도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 전지팩(100)은 제 1 전지모듈(101)과 제 2 전지모듈(102)이 직렬 연결되어 구성되어 있으며, 전지셀들(401, 402)은 측면이 상호 대면하도록 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있다.
제 1 전지모듈(101)은 복수의 원통형 전지셀들(401)이 접속부재들(201, 202, 203, 204, 205, 206, 207)에 의해 직렬 연결된 상태로 셀 프레임(301)에 내장되어 있고, 제 2 전지모듈(102)은 복수의 원통형 전지셀들(402)이 접속부재들(221, 222, 223, 224, 225, 226)에 의해 직렬 연결된 상태로 셀 프레임(302)에 내장되어 있다.
셀 프레임들(301, 302)은 전지셀 적층체의 일측 전극단자 부위에 장착되는 제 1 프레임(301)과, 타측 전극단자 부위에 장착되는 제 2 프레임(302)으로 이루어져 있다.
접속부재들(201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 221, 222, 223, 224, 225, 226)은 금속 플레이트로 이루어져 있다.
제 1 접속부재(201)는 용접부들(231, 232)이 플레이트 본체(210)의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자(271)가 일측 용접부(231)의 외주에 형성되어 셀 프레임(301)의 측면으로 노출되어 있는 형태이다.
제 2 접속부재(202)는 용접부들(233, 234)이 플레이트 본체의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자(272)가 플레이트 본체(212)의 외주에 형성되어 셀 프레임(301)의 측면으로 노출되어 있는 형태이다.
제 3 접속부재(203)는 용접부들(235, 236)이 플레이트 본체의 양단부에 평행하게 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자(273)가 플레이트 본체(213)의 외주에 형성되어 셀 프레임(301)의 측면으로 노출되어 있는 형태이다.
제 4 접속부재(204)는 하나의 용접부(237)로 구성되어 있으며, 전압 센싱 단자(274)가 용접부의 외주에 형성되어 셀 프레임(301)의 측면으로 노출되어 있는 형태이다.
제 5 접속부재(205)는 하나의 용접부(239)가 플레이트 본체의 일단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자(275)가 플레이트 본체(215)의 타단부에 형성되어 다른 전지모듈(102)의 전극단자에 접속되는 형태이다.
접속부재(201)는 전지셀들의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속되는 용접부들(231, 232)이 플레이트 본체(210)의 양 단부에 각각 위치하고 있다.
셀 프레임(301)에는 접속부재(201)의 전압 센싱 단자(271)가 외부로 노출되도록 접속부재(201)에 대응하는 형상의 개구(310)가 천공되어 있고, 플레이트 본체(210) 및 용접부들(231, 232)의 외주에는, 접속부재(201)가 셀 프레임(301)의 개구(310)에 정위치 고정되도록, 플레이트 본체(210) 또는 용접부들(231, 232)로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있고, 셀 프레임(301)의 개구(310)의 내면에 밀착되는 밀착 절곡부들(251, 252, 253, 254)이 형성되어 있다.
밀착 절곡부들(251, 252, 253, 254)은 플레이트 본체(210) 및 용접부들(231, 232)의 외주에 형성되어 있으며, 접속부재(201)가 셀 프레임(301)의 개구(310)에 정위치 고정되도록 플레이트 본체(210) 또는 용접부들(231, 232)로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있다.
밀착 절곡부들(251, 252, 253, 254)은 플레이트 본체(210)의 외주와 용접부들(231, 232)의 외주에 형성되어 있으며, 셀 프레임(301)의 개구 내면(330)을 따라 상향 절곡되어 있는 구조이다.
밀착 절곡부(251)의 상향 절곡 높이(H2)는 셀 프레임의 개구 높이(H1)의 70% 크기로 형성되어 있다. 용접부(232)에 형성되어 있는 밀착 절곡부(252)는 용접부(232)의 장변 길이를 기준으로 20%의 폭(W3) 크기로 형성되어 있다. 플레이트 본체(210)에 형성되어 있는 밀착 절곡부들(253, 254)은 플레이트 본체(210) 길이를 기준으로 70%의 폭(W4) 크기로 형성되어 있다.
도 4에는 도 2에 따른 전지셀 접속부재의 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 밀착 절곡부(251)는 셀 프레임(301)의 개구 내면(330)에 밀착 고정되도록 평면을 기준으로 120도로 형성되어 있다. 밀착 절곡부(251)가 셀 프레임(301)의 개구를 향해 이동하여 셀 프레임(301) 내에 고정되는 과정에서 셀 프레임(301)의 개구 내면(330)에 의해 90도의 기울기로 변경되는 구조이다. 즉, 밀착 절곡부(251)는 셀 프레임(301)의 개구(310)의 내면(330)을 가압하면서 밀착되는 구조이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 복수의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 셀 프레임에 내장되어 있는 구조의 전지모듈로서,
    상기 접속부재는 금속 플레이트로 이루어져 있고, 전지셀의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속되는 용접부가 플레이트 본체의 양 단부에 각각 위치하며;
    상기 셀 프레임에는 접속부재가 외부로 노출되도록 접속부재에 대응하는 형상의 개구가 천공되어 있으며;
    상기 플레이트 본체 및 용접부 중의 적어도 하나의 외주에는, 접속부재가 셀 프레임의 개구에 정위치 고정되도록, 플레이트 본체 또는 용접부로부터 절곡된 형상으로 연장되어 있고 셀 프레임의 개구의 내면에 밀착되는 밀착 절곡부가 하나 이상 형성되어 있고,
    상기 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구 내면을 따라 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어지며,
    상기 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구의 내면을 가압하면서 밀착되는 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 원통형 전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 전지셀들을 직렬 연결하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들은 측면이 상호 대면하도록 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있고, 상기 셀 프레임은 전지셀 적층체의 일측 전극단자 부위에 장착되는 제 1 프레임과 타측 전극단자 부위에 장착되는 제 2 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부는 평면상으로 라운딩 모서리를 가진 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 중앙에 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착 절곡부는 플레이트 본체의 외주와 용접부의 외주에 각각 하나 이상의 개수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착 절곡부의 상향 절곡 높이는 셀 프레임의 개구 높이의 30% 내지 100% 크기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착 절곡부는 셀 프레임의 개구 내면에 밀착 고정되도록 평면을 기준으로 90도 초과 내지 130도 미만의 각도로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 밀착 절곡부의 경사각은 셀 프레임의 개구에 고정되는 과정에서 90도로 변경되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부에 형성되어 있는 밀착 절곡부는 용접부의 장변 길이를 기준으로 10% 내지 30%의 폭 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트 본체에 형성되어 있는 밀착 절곡부는 플레이트 본체 길이를 기준으로 20% 내지 80%의 폭 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 플레이트의 외주로부터 연장되어 있고 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 전압 센싱 단자가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 접속부재는,
    용접부들이 플레이트 본체의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 일측 용접부의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 1 접속부재;
    용접부들이 플레이트 본체의 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 2 접속부재;
    용접부들이 플레이트 본체에 평행하게 양단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 3 접속부재;
    하나의 용접부로 구성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 용접부의 외주에 형성되어 셀 프레임의 측면으로 노출되어 있는 제 4 접속부재; 및
    하나의 용접부가 플레이트 본체의 일단부에 형성되어 있으며, 전압 센싱 단자가 플레이트 본체의 타단부에 형성되어 다른 전지모듈의 전극단자에 접속되는 제 5 접속부재;
    를 포함하고, 전지모듈의 제작시 이들 조합에서 취사선택하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 16 항에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하며, 둘 이상의 단위모듈들을 직렬 연결한 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 무선 청소기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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