KR20160131360A - 캡 부재들을 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20160131360A
KR20160131360A KR1020150063585A KR20150063585A KR20160131360A KR 20160131360 A KR20160131360 A KR 20160131360A KR 1020150063585 A KR1020150063585 A KR 1020150063585A KR 20150063585 A KR20150063585 A KR 20150063585A KR 20160131360 A KR20160131360 A KR 20160131360A
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이태규
최범
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체; 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 위치하는 전지셀 배열체의 상단에 장착되는 배터리 제어 유닛(BMU); 상기 BMU을 경유하여 전지셀 배열체를 외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 커넥터; 상기 BMU을 감싸면서 전지셀 배열체의 상단부에 결합되는 상단 캡(top cap); 상기 전지셀 배열체의 하단부에 결합되는 하단 캡(bottom cap); 및 상기 전지셀 배열체를 감싸면서 전지팩 외면에 부착되는 외장 부재;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

캡 부재들을 포함하는 전지팩 {Battery Pack Containing Cap Members}
본 발명은 캡 부재들을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
한편, 단위전지로는 높은 밀집도로 충적됨으로써 사공간(dead space)의 크기를 줄일 수 있는 각형 전지 또는 파우치형 전지가 사용되고 있다. 이러한 단위전지들의 기계적 체결과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위전지들을 장착할 수 있는 카트리지가 사용되고 있다. 즉, 단위전지들을 장착하고 있는 다수의 카트리지들을 적층하여 전지팩을 구성하고 있다.
카트리지의 형상은 매우 다양할 수 있으며, 단위전지의 외면이 대부분 개방된 상태로 프레임 부재에 고정되어 있는 구조로 이루어져 있다. 그러한 카트리지의 하나의 예가 도 1에 개시되어 있다.
우선, 도 1을 참조하면, 카트리지(100)는 상호 결합될 수 있는 1 쌍의 프레임 부재들(120, 122)로 이루어져 있다. 단위전지들(200, 201)은 형개된 프레임 부재(120, 122)의 셀 구획부(130) 내에 안착되며, 프레임 부재들(120, 122)을 상호 결합시켰을 때 그곳에 고정된다. 단위전지(200)의 전극 리드(도시하지 않음)는 카트리지(100) 상부의 버스(140)를 통해 인접한 단위전지(201)와 전기적으로 연결된다. 도 1에서는 단위전지들(200, 201)이 직렬로 연결되어 있는 구조가 예시되어 있지만, 경우에 따라서는 병렬의 연결도 가능하다. 그러한 구성을 바탕으로, 카트리지(100)의 좌우 상단에 각각 돌출되어 있는 양극단자(150)와 음극단자(160)에 전기적으로 연결된다.
이러한 카트리지들을 교번 배향식으로 적층하여 전지팩을 구성한 예가 도 2에 개시되어 있다.
도 2를 참조하면, 카트리지들(101, 102, 103 …)은 이들의 두께 방향으로 적층되어 전지팩(300)을 구성한다. 단자간의 연결을 용이하게 하기 위하여, 제 2 카트리지(102)는 제 1 카트리지(101)에 대해 반대방향으로 적층되어 있다. 즉, 제 2 카트리지(102)의 양극단자(152)와 음극단자(162)가 제 1 카트리지(101)의 양극단자(151)와 음극단자(161)에 대향하여 위치하도록 배열되어 있다. 마찬가지로, 제 3 카트리지(103)의 양극단자(153)와 음극단자(163)는 제 2 카트리지(102)의 양극단자(152)와 음극단자(162)에 대향하도록 배열되어 있다. 즉, 제 3 카트리지(103)는 제 1 카트리지(101)와 동일한 방향으로 배열되어 있다.
이러한 카트리지 구조는 복수 개의 단위전지들에 대해서 기계적 체결과 전기적 연결을 용이한 장점이 있으나, 카트리지를 구성하는 프레임 부재 등의 형상이 사용되는 단위전지들의 개수 및 형태 등에 따라 달라지므로, 제조비용이 증가하는 문제점이 있으므로, 전지팩의 표준화 설계가 어려워지며, 전지팩을 구성하는데 있어서 다수의 부품이 필요하므로 조립 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체의 상단 및 하단에 캡 부재들이 결합되고, 전지팩 외면에 부가되는 외장 부재를 포함함으로써, 종래에 프레임 부재를 포함하는 카트리지 구조의 전지팩에 비해서 조립 공정을 단순화 할 수 있고, 제조비용이 감소되는 효과가 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전지팩 표준화 설계가 용이한 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체;
전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 위치하는 전지셀 배열체의 상단에 장착되는 배터리 제어 유닛(BMU);
상기 BMU을 경유하여 전지셀 배열체를 외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 커넥터;
상기 BMU을 감싸면서 전지셀 배열체의 상단부에 결합되는 상단 캡(top cap);
상기 전지셀 배열체의 하단부에 결합되는 하단 캡(bottom cap); 및
상기 전지셀 배열체를 감싸면서 전지팩 외면에 부착되는 외장 부재;
을 포함하는 구조로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체의 상단 및 하단에 캡 부재들이 결합되고, 전지팩 외면에 부가되는 외장 부재를 포함함으로써, 종래에 프레임 부재를 포함하는 카트리지 구조의 전지팩에 비해서 조립 공정을 단순화 할 수 있고, 제조비용이 감소되는 효과를 제공한다.
더욱이, 이러한 구조의 전지팩은 내부에 포함되는 전지셀들의 크기 및 개수에 관계 없이 전지팩을 구성할 수 있으므로, 전지팩 표준화 설계가 용이한 이점이 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 두께 대비 폭의 크기 비율이 2 이상 내지 30 이하인 판상형 전지셀에 바람직하게 적용될 수 있다.
이러한 전지팩에 포함되는 전지셀은 복수의 전지셀들이 적층 또는 배열되기 위한 구조이면 제안되지 않으며, 예를 들어, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있으며, 각형의 금속 캔에 전극조립체가 내장되어 있는 각형 전지셀일 수 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 젤리-롤(jelly-Roll)형 구조, 스택형 구조, 스택-폴딩형 구조, 및 라미네이션-스택형 구조를 들 수 있다.
구체적으로, 젤리-롤은 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조되어 수평 단면 상으로 타원형의 형상을 이룬다.
또한, 스택-폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
한편, 상기 판상형 전지셀은 다양한 크기 또는 형태로 배열되어 전지셀 배열체를 구성할 수 있으며, 예를 들어, 상기 판상형 전지셀이 폭 방향과 두께 방향에서 각각 2개 이상의 개수로 배열되어 전지셀 배열체를 이루고 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 배열체는 폭 방향으로 2개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있고 두께 방향으로 3개 내지 5개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀 배열체는 두께 방향으로 2개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있고 폭 방향으로 3개 내지 5개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 전지셀 배열체에서 판상형 전지셀들은 폭 방향과 두께 방향에서 직접 접하고 있는 구조로 구성될 수 있는 바, 높은 밀집도로 충적됨으로써 사공간의 크기를 줄일 수 있는 구조로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 종래의 전지팩에서는 프레임 부재에 의해 복수의 전지셀들이 고정된 것과 달리, 본 발명의 전지셀 배열체에서 판상형 전지셀들은 전극단자들이 금속 플레이트의 접속부재에 의해 상호 전기적으로 연결되면서 정위치 고정되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
이러한 구조의 전지팩에서는, 전지셀 배열체의 상단부 및 하단부에 결합되는 캡 부재들과, 전지팩에 외면에 부착되는 외장부재를 통해 전지셀 배열체를 고정하는 구조로서, 별도로 전지셀을 고정하기 위하여 추가적인 부재들을 필요로 하지 않으므로, 조립 공정 및 부품 구조의 단순화가 가능하다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀 배열체에서 전지셀들은 전극단자들이 BMU에 직접 연결되어 정위치 고정되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
본 발명에 포함되는 커넥터는 전지셀 배열체를 외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 구조이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 커넥터는 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있고 직사각형 형상으로 연장되어 절곡 가능한 구조를 가지는 FPCB(Flexible Printed Circuit board)를 포함하는 구조일 수 있다.
이때, 상기 커넥터는 일측 단부가 BMU의 외면에 연결되어 있고 타측 단부가 BMU로부터 이격되도록 외형 연장되어 있는 구조일 수 있고, 상기 커넥터의 타측 단부가 외부로 노출되기 위한 커넥터용 개구가 상단 캡에 천공되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 본 발명의 외장부재는 전지셀 배열체의 외면을 고정하는 역할 및 전기적 절연을 달성할 수 있는 부재로서, 전지셀 배열체, 상단 캡 및 하단 캡의 적어도 일부를 감싸면서 부착되는 필름 부재인 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 외장 부재는,
상단 캡, 하단 캡, 및 전지셀 배열체의 4개의 측면 중 3개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 1 필름; 및
전지셀 배열체의 나머지 1개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 2 필름;
을 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 필름의 적어도 일부 외주는, 제 2 필름과 중첩하여 전지셀 배열체의 나머지 1개의 측면에 부착되도록, 연장되어 있는 구조로 구성될 수 있으며, 제 1 필름은 상단 캡에서 커넥터를 제외한 상단 탭의 외면에 부착되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
참고로, 상기 전지셀은 리튬 이온 전지일 수 있으며, 상기 리튬 이온 전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체의 상단 및 하단에 캡 부재들이 결합되고, 전지팩 외면에 부가되는 외장 부재를 포함함으로써, 종래에 프레임 부재를 포함하는 카트리지 구조의 전지팩에 비해서 조립 공정을 단순화 할 수 있고, 제조비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지 카트리지의 사시도이다;
도 2는 도 2의 카트리지를 다수 개 적층하여 구성한 전지팩의 사시도이다;
도 3 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 4 은 도 3의 전지팩에 대한 분해 사시도이다.
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 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지팩에 대한 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 전지팩(100)은 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체(110), 전지팩(100)의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 위치하는 전지셀 배열체(110)의 상단에 장착되는 배터리 제어 유닛(120: BMU), 상기 BMU(120)을 경유하여 전지셀 배열체(110)를 외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 커넥터(130), 상기 BMU(120)을 감싸면서 전지셀 배열체의 상단부에 결합되는 상단 캡(141), 상기 전지셀 배열체(110)의 하단부에 결합되는 하단 캡(142) 및 상기 전지셀 배열체(110)를 감싸면서 전지팩(100) 외면에 부착되는 외장 부재(150)를 포함하도록 구성되어 있다.
전지셀 배열체(110)에 포함되는 전지셀들은 각각 동일한 크기로서, 두께 대비 폭의 크기 비율이 높은 판상형 전지셀들로 구성되고, 폭 방향과 두께 방향에서 직접 접하는 구조로 구성되어 있다.
전지셀 배열체(110)는 폭 방향으로 3개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있고, 두께 방향으로 2개의 판상형 전지셀들이 배열되는 구조로서, 6개의 판상형 전지셀들의 전극단자들이 BMU(120)에 직접 연결되어 상호 전기적으로 연결되면서 정위치에 고정되어 있는 구조로 하나의 전지셀 배열체(110)를 이루고 있다.
외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 커넥터(130)는 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있고 직사각형 형상으로 연장되어 절곡 가능한 구조를 가지는 FPCB(Flexible Printed Circuit board)를 포함하는 구조로 구성되어 있고, 커넥터(130)의 일측 단부가 BMU(120)의 외면에 연결되어 있고 타측 단부가 BMU(120)로부터 이격되도록 외형 연장되어 있다.
상단 캡(141)은 전지셀 배열체(110)의 상단에서 BMU(120)를 감싸면서 결합하기 위하여 내부에 만입 구조를 포함하고 있고, 커텍터(130)의 타측 단부가 외부로 노출되기 위한 커넥터용 개구(143)가 천공되어 있는 구조 구성되어 있다.
외장 부재(150)는 상단 캡(141), 하단 캡(142), 및 전지셀 배열체(110)의 4개의 측면 중 3개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 1 필름(151) 및 전지셀 배열체(110)의 나머지 1개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 2 필름(152)으로 구성되어 있다.
또한, 제 1 필름(151)의 외주는 전지셀 배열체(110)의 상단 및 하단을 포함하여 제 2 필름(152)과 중첩하여 전지셀 배열체(110)의 나머지 1개의 측면에 부착되도록 연장되어 있고, 전지셀 배열체(110)의 상단에서는 상단 캡(141)의 커넥터(130)가 노출되어 있는 일부분을 제외하고 상단 캡(141)의 외면을 감싸는 구조로 연장되어 있다.
이러한 구조의 외장 부재(150)는 상단 캡(141), 하단 캡(142) 및 전지셀 배열체(110)의 외면을 감싸는 구조로 부착되어 전지팩(100)을 절연시키는 목적뿐만 아니라 전지셀 배열체(110)를 정취치에 고정하는 목적 또한 달성할 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 전지셀 배열체의 경우, 판상형 전지셀들이 2열 3행으로 배열되어 있는 구조로 설명되어 있지만, 적용되는 전지셀의 크기 형태 등에 따라 다양한 구조로 설계 변경하여 적용 가능하다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 복수의 전지셀들이 배열되어 있는 구조의 전지셀 배열체;
    전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 위치하는 전지셀 배열체의 상단에 장착되는 배터리 제어 유닛(BMU);
    상기 BMU을 경유하여 전지셀 배열체를 외부 디바이스에 전기적으로 연결하는 커넥터;
    상기 BMU을 감싸면서 전지셀 배열체의 상단부에 결합되는 상단 캡(top cap);
    상기 전지셀 배열체의 하단부에 결합되는 하단 캡(bottom cap); 및
    상기 전지셀 배열체를 감싸면서 전지팩 외면에 부착되는 외장 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 두께 대비 폭의 크기 비율이 2 이상 내지 30 이하인 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 각형의 금속 캔에 전극조립체가 내장되어 있는 각형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀이 폭 방향과 두께 방향에서 각각 2개 이상의 개수로 배열되어 전지셀 배열체를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체는 폭 방향으로 2개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있고 두께 방향으로 3개 내지 5개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체는 두께 방향으로 2개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있고 폭 방향으로 3개 내지 5개의 판상형 전지셀들이 배열되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체에서 판상형 전지셀들은 폭 방향과 두께 방향에서 직접 접하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체에서 전지셀들은 전극단자들이 금속 플레이트의 접속부재에 의해 상호 전기적으로 연결되면서 정위치 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체에서 전지셀들은 전극단자들이 BMU에 직접 연결되어 정위치 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터는 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있고 직사각형 형상으로 연장되어 절곡 가능한 구조를 가지는 FPCB(Flexible Printed Circuit board)를 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터는 일측 단부가 BMU의 외면에 연결되어 있고 타측 단부가 BMU로부터 이격되도록 외형 연장되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 커넥터의 타측 단부가 외부로 노출되기 위한 커넥터용 개구가 상단 캡에 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 부재는 전지셀 배열체, 상단 캡 및 하단 캡의 적어도 일부를 감싸면서 부착되는 필름 부재인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 외장 부재는,
    상단 캡, 하단 캡, 및 전지셀 배열체의 4개의 측면 중 3개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 1 필름; 및
    전지셀 배열체의 나머지 1개의 측면을 감싸면서 부착되는 제 2 필름;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 필름의 적어도 일부 외주는, 제 2 필름과 중첩하여 전지셀 배열체의 나머지 1개의 측면에 부착되도록, 연장되어 있는 것을 특징으로 전지팩.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 필름은 상단 캡에서 커넥터를 제외한 상단 탭의 외면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 BMU는 전지셀 배열체와 전기적으로 연결된 상태에서 전지셀 배열체 방향으로 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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