KR20140133299A - 복수의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩 - Google Patents

복수의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 단위 전지가 일 외주면을 공유하여 상호 연결되고, 상기 공유하는 외주면이 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩에 관한 것이다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 복수개의 단위 전지가 새로운 방식으로 상호 연결되어 고전압 및 고출력 대용량을 발휘할 수 있고, 상기 구조에 의해 복수개의 전지 모듈이 컴팩트하게 적층될 수 있어 소형, 경량이면서 부피 대비 높은 효율성을 가지는 전지팩으로 제조될 수 있다.

Description

복수의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩{BATTERY MODULE COMPRISING SEVERAL UNIT BATTERIES, AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 복수의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 단위 전지가 일 외주면을 공유하여 상호 연결되고, 상기 공유하는 외주면이 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈, 및 이를 구비하는 전지팩에 관한 것이다.
최근 충방전이 가능한 에너지 저장 장치의 일종인 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 유닛들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수의 전지 유닛을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
이와 같이 중대형 전지팩은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 전지 유닛으로 이루어진다. 상기 이차 전지는 원통형, 각형과 같이 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 상기 각각의 전지 유닛은 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 내장되는 수용부를 구비하는 케이스와, 상기 전극조립체에 구비된 양, 음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양, 음극단자/단자를 포함한다. 상기 각각의 전지 유닛은 각형 전지의 경우 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 전지 유닛의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사 가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 전지팩을 구성하게 된다.
상기 전지팩은 수 개에서 많게는 수십 개의 전지 유닛을 연결시켜 하나의 전지팩을 구성하게 된다. 대한민국 특허공개 10-2010-0026612호에서는 복수개의 전지 유닛을 직렬 연결하는 전지팩을 제공하고 있으나, 이러한 전지팩의 부피 증가는 전지팩이 적용되는 외부 기기의 부피 증가를 야기하게 되어 설계상의 제약을 발생시키게 된다. 특히, 상기 이차 전지팩이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동을 위한 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 전지팩의 설치 공간이 협소하기 때문에 전지팩의 부피를 최소화할 필요성이 있다.
전지팩의 크기와 중량은 상기 중대형 디바이스의 수용 공간 및 출력 등과 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 소형이면서 경량의 전지팩을 제조하려고 노력하고 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전력을 얻기 위하여 다수의 전지 유닛들로 구성된 중대형 전지팩을 효과적으로 연결하여, 안전성을 유지하면서 부피를 최소화시킬 수 있는 기술의 필요성이 매우 높은 실정이다.
대한민국 특허공개 10-2010-0026612호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 복수개의 단위 전지가 새로운 방식으로 상호 연결되는 새로운 구조의 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 전지 모듈을 포함하는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 복수개의 단위 전지가 케이스의 일 외주면을 공유하여 상호 연결되고, 상기 공유하는 외주면이 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡부의 폭(Sx)은 상기 단위 전지의 높이(By)와 By ≤ Sx ≤ 3By 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡부는 절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡부는 전압 센싱부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공유하는 외주면이 단자연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전지 모듈은 상기 단위 전지당 2개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전지 모듈은 2개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전지 모듈은 1개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 전지 모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명의 전지팩에 있어서, 상기 절곡부가 절곡된 복수개의 전지 모듈이 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 복수개의 단위 전지가 새로운 방식으로 상호 연결되어 고전압 및 고출력 대용량을 발휘할 수 있고, 상기 구조에 의해 복수개의 전지 모듈이 컴팩트하게 적층될 수 있어 소형, 경량이면서 부피 대비 높은 효율성을 가지는 전지팩으로 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지케이스에 수용되고, 두개의 전지 유닛이 직렬 연결되는 전지팩의 모식도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지케이스에 수용되고, 전지 유닛이 직렬 연결되는 전지팩의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지케이스에 수용되고, 전지 유닛이 직렬 연결되는 전지팩의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지케이스에 수용되고, 전지 유닛이 직렬 연결되는 전지팩, 이의 전압을 측정하는 단계를 나타낸 모식도이다.
이하에서는 본 발명을 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 전지 모듈의 모식도를 나타낸다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 전지 모듈(100)은 복수개의 단위 전지(300a, 300b)가 케이스의 일 외주면(210a, 210b)을 공유하면서 상호 연결되고, 상기 공유하는 외주면이 절곡부(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지 모듈에 있어서, 상기 절곡부(220)는 상기 복수개의 단지 전지의 케이스 부분에 형성되어 유연성을 갖기 때문에, 상기 절곡부(220)에 의하여 상기 절곡부를 포함하는 일 외주면을 공유하여 연결되는 복수개의 파우치(210)는 지그재그 형태로 절곡되어 적층되는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 전지 모듈에 있어서, 상기 복수개의 단위 전지(300a, 300b)가 상기 절곡부(220)에 의하여 절곡되는 경우 상호 연결된 복수의 단위 전지(300a, 300b)가 최대한 밀착된 구조를 가지는 것이 부피를 줄이는 면에서 바람직하다. 따라서, 상기 절곡부(220)의 폭(Sx)은 상기 단위 전지(300)의 높이(By)와 By ≤ Sx ≤ 3By 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지 모듈에 있어서, 상기 절곡부(220)는 이웃하여 상호 연결되는 단위 전지의 절곡을 용이하게 하기 위하여 절곡라인(250a), 펀칭라인(250b) 또는 요홈부(250c)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 복수의 단위 전지(300a, 300b)을 상기 절곡부(200)를 절곡하여 적층시 상기 절곡부가 상기 절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부 등을 포함하고 이를 기준으로 절곡되게 함으로써 절곡시에도 주변부에 응력을 가하지 않게 되는 것이 가능하다. 또한, 절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부를 포함하여, 단위 전지가 큰 부피를 가지더라도 상기 절곡시키는 힘에 의해 절곡부(220)의 횡방향으로 미세한 균열이 발생하지는 것을 줄일 수 있으므로, 후술하는 단자 연결부(240)가 외부로 노출되는 현상을 방지하고 파우치(210)의 외주면의 절연성을 확보할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부의 형상은 원형, 타원형, 쐐기형 또는 다각형이 모두 가능하며, 형상이 제한되지 아니한다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡부(220)는 전압 센싱부(230)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전압 센싱부(230)를 이용하여 전압을 측정하는 단계를 도 6에 모식적으로 도시하였다. 본 발명의 일 실시예에서, 탐침부를 가지는 검침수단(510)을 상기 절곡부가 포함하는 전압 센싱부(230)를 통하여 단자 연결부(240)에 접촉시키고, 탐침부를 가지는 다른 검침수단(510)을 양극단자(410a) 또는 음극단자(420b)에 접촉시킴으로써, 검침수단(510) 간의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 상기 전기적 특성 값은 전압, 전류 또는 저항일 수 있으며, 통상적으로 직렬 연결된 복수의 전지 유닛(300)들 양단의 전압을 측정할 수 있다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 상기 단위 전지당 2개의 전극을 포함하는 것이 가능하다. 도 1은 복수의 단위 전지(300a, 300b)는 별도의 양극, 음극을 포함하는 2개의 전극(410a, 420a, 410a, 410b)를 포함하여 병렬 연결되는 경우를 나타내었다.
본 발명에 의한 전지 모듈에 있어서, 상기 복수개의 단위 전지가 공유하는 케이스의 외주면은 단자연결부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지 모듈에 있어서, 상기 전지 모듈이 포함하는 복수개의 단위 전지는 상기 단자연결부(240)에 의해 이웃하는 단위 전지가 상호 연결되어 전체가 하나의 전지를 형성하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 단자연결부를 통한 단위 전지간의 직렬 연결은 단위 전지가 포함하는 음극/양극단자가 이웃하는 단위 파우치의 양극/음극단자와 직접 접속되는 것을 의미한다. 도 2를 참조하면, 상기 직렬 연결은 단위 전지(300a)의 음극단자가 이웃하는 단위 전지(300b)의 양극단자와 단자연결부(240)를 형성하며 직접 접속하는 형태를 의미한다. 본 발명에 있어서, 상기 단자연결부를 통한 상기 단위 전지간의 연결은 복수의 단위 파우치 내에 전극조립체를 수납한 상태에서 상기 절곡부(220)를 단자 연결부(240)와 함께 열융착하여 형성할 수 있으며, 이에 제한되지 아니한다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 상기와 같은 단자연결부를 통한 단위 전지의 연결에 의하여 상기 전지 모듈을 구성하는 상기 단위 전지당 1개의 전극을 포함하거나, 전지 모듈이 1개의 전극을 포함하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 전지 모듈은, 상기 공유하는 외주면이 포함하는 단자연결부(240)에 의하여 단위 전지(300a, 300b)가 상호 연결될 수 있으며, 연결되는 방식에 따라 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 전지 모듈을 구성하는 단위 전지당 하나의 전극(410a, 410b)를 포함하거나, 도 3에 나타낸 바와 같이 전지 모듈당 1개의 전극만을 포함하도록 형성되는 것이 가능하다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 전지 모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다. 본 발명에 의한 전지팩은 상기 절곡부가 절곡된 복수개의 전지 모듈이 적층되는 것을 특징으로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 전지 모듈이 적층되는 방식을 나타내었다.
본 발명에 의한 전지 모듈은 절곡부가 절곡되고 복수개가 적층되어 전지팩을형성하는 것이 가능하다. 그 결과, 본 발명에 의한 전지는 고전압 및 고출력 대용량을 발휘할 수 있고, 컴팩트한 구조를 가짐으로써 부피 대비 높은 효율성을 가지는 전지팩(100)으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 전지(300)가 약 3.6V 전후의 기전력을 발생시키는 리튬 이차전지이고, 상기 전지 모듈(100)이 4 개의 단위 전지를 포함하고 상기 단위 전지가 직렬 연결되는 경우 대략 14.4V의 기전력이 발생하므로 작동 전압이 높게 요구되는 HEV 또는 EV 에서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
더욱이, 복수개의 단위 전지(300) 상호간을 물리적으로 분리하기 위한 격막의 역할을 각각 파우치(210)가 수행하고 있어, 조립 공정이 매우 간단하고 용이하므로 공정 효율성이 우수하다는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단위 전지(300)는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 1차 전지, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등 일 수 있으며, 이에 제한되지 아니한다. 특히, 이차 전지 중 리튬 이차전지일 수 있고, 예를 들어 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 또는 리튬 폴리머 이차전지 일 수 있다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
전지팩 100
전지케이스 200
파우치 210, 절곡부 220, 전압 센싱부 230, 단자 연결부 240,
절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부 250
전지 유닛 300
단자 400, 양극단자 410, 음극단자 420
측정장치 500, 검침수단 510

Claims (10)

  1. 복수개의 단위 전지가 케이스의 일 외주면을 공유하여 상호 연결되고, 상기 공유하는 외주면이 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부의 폭(Sx)은 상기 단위 전지의 높이(By)와 By ≤ Sx ≤ 3By 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 절곡라인, 펀칭라인 또는 요홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 전압 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공유하는 외주면이 단자연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 상기 단위 전지당 2개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 2개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 1개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지팩은 상기 절곡부가 절곡된 복수개의 전지 모듈이 적층되는 것인 전지팩.
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