KR20190051886A - 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩을 개시한다.
본 발명에 따르는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩은 복수의 단위전지들과, 상기 단위전지들이 수납된 내부케이스와, 상기 내부케이스에 구비된 단위전지들을 회로적으로 직렬 또는 병렬로 연결하는 연결모듈과, 상기 내부케이스를 내입(housing)하는 외부케이스를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 내부케이스는 적어도 2개 이상의 단위전지를 밀착한 상태로 지지하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 단위전지를 소원한 위치에 정확하게 배열하고 지지할 수 있고 선택적으로 음극단자를 제공할 수도 있어서, 간단한 구성으로 작업이 용이하며, 사용중에 경시적으로 전기 접촉저항 상승의 여지가 없으며 냉각효과를 발휘할 수 있다.

Description

내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩{Battery pack module with improved durability and usability}
본 발명은 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단위전지를 소원한 위치에 정확하게 배열하고 지지할 수 있고 선택적으로 음극단자를 제공할 수도 있어서, 간단한 구성으로 작업이 용이하며, 사용중에 경시적으로 전기 접촉저항 상승의 여지가 없으며 냉각효과를 발휘할 수 있는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩에 관한 것이다.
전기에너지를 저장하고 이를 필요로 하는 부하에 공급하는 축전지(2차 전지)의 일 예로서 종래의 리튬이온 전지팩(Lithium-ion cell pack)의 구성을 살펴보면, 우선 충/방전이 가능한 복수개의 리튬이온 전지(cell)들을 하나의 묶음으로 하여 단위 묶음으로 만든 뒤 이 단위 묶음들을 모아 다시 큰 묶음으로 만들고 이것들을 모아 다시 더 큰 묶음으로 만드는 공정을 거쳐 원하는 용량의 전지 팩을 제조하게 된다.
이러한 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 이러한 이차 전지는 전극 조립체와 전해액이 수용된 캔을 밀봉하여 형성된 베어셀과 보호회로 기판이 전기적으로 연결되어 형성된다. 베어셀은 화학반응에 의하여 전기를 충방전하고, 보호회로 기판은 베어셀의 충방전을 제어하면서 과충전 및 과방전을 방지하여 베어셀을 보호하게 된다. 배터리 팩은 복수 개의 이차전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성한다.
이때, 종래에는 원형 단면의 전지들(원통형 전지들) 또는 각형 단면의 전지들을 유리테이프와 같은 재질로 묶어 하나의 단위 묶음으로 만들고 동일한 방법으로 복수개의 단위 묶음들을 만든 뒤 단위 묶음들을 적절히 유리테이프로 조합하여 하나의 전지 팩을 제조하게 된다.
예를 들어, 7개 직렬에 14개 병렬의 전지 팩을 제작하는 경우, 먼저 7개의 단위 전지들을 유리테이프로 묶는 작업을 14번 수행한 뒤(14개의 단위 묶음), 이것들을 다시 2개씩 유리테이프를 이용하여 7개의 묶음으로 만들고, 이것을 다시 2개씩 유리테이프를 이용하여 3개의 묶음으로 만든 후, 이 3개의 묶음을 7개 묶음 중 남은 나머지하나의 묶음과 전체를 구성하여, 총 98개의 전지로 이루어진 전지 팩을 하나의 묶음으로 제작하게 된다.
그러나, 이러한 제작 과정은 많은 시간을 필요로 하며, 제조상의 시간적 손실은 물론 다수의 불량발생 가능성이 있을 수 있고, 수작업에 따른 전지 팩 제작규격의 부정확성 등 많은 문제가 있게 된다.
특히, 전지와 전지가 직접 접촉하므로 서로 간의 완충작용이 부족하며, 방전시 열이 전지 간에 서로 전도되어 상호작용을 일으킴으로써 동작상의 효율이 현저히 떨어질 수 있고, 그로 인해 배터리의 수명이 크게 단축될 수 있다.
또한 유리테이프를 이용해 전지들을 단순히 묶어주는 방식의 경우, 이후 유리테이프로 결합된 전지 간의 위치오차로 인해 전지 단자와 외부 단자 간의 접촉불량이 발생할 수 있고, 양측 단자 간에 접촉저항이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
그리고, 컴파운디드 인터커넥션(Compounded Interconnection)의 적용을 위해, 첨부한 도 14에 나타낸 바와 같이, 전지(10)의 단자와 접속판(전지와 전지를 전기적으로 접속시킴, 통상 도체인 니켈판을 사용)(12)을 용접하여 접속하는 방식에서는, 유리테이프(13)로 결합된 전지 간의 위치 오차로 인해 접속판과의 용접 불량이 다수 발생할 수 있고, 용접 작업의 불편함, 용접에 의한 조립시간 과다, 조립성 및 생산성 저하 등의 문제가 있게 된다.
또한 종래와 같이 니켈판을 용접하게 되면, 용접이 잘못되었거나 개별 전지의 문제 발생시 수리, 교체가 필요한 경우, 모든 전지에 대해 용접된 니켈판을 떼어내고 테이핑을 해체해야 했다. 결국, 해체된 전지와 니켈판을 폐기해야 하므로 비용 문제가 발생하게 되고, 다시 전지와 니켈판을 용접하고 테이핑하는 작업이 필요하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국특허공개공보 제2010-88030호(공개일자 2010.08.06.)에서는 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 복수개의 단위 전지(10)들과, 상기 단위 전지(10)들이 수납된 상태에서 조립되어지는 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내에 수납된 단위 전지(10)들 사이에 개재되어 단위 전지들을 일정 간격으로 유지시켜주는 간격유지부재(150)와, 상기 케이스(100) 내측면에 고정 설치되고 각 단위 전지(10)들의 전극에 접속되는 단자(102a,102b)들을 구비하여 이웃 배치된 단위 전지들의 전극들을 서로 연결하는 접속판(101)을 포함하여 구성되고, 상기 단위 전지(10)들이 각각의 전극(11)에 접속된 상기 접속판(101)에 의해 직렬-병렬 복합방식으로 접속되는 것을 특징으로 하는 셀 상호간 복합연결망으로 구성된 셀 카트리지를 개시하고 있으나, 구성이 복잡하고 작업이 어려운 문제있으며 특히, 유지간격부재와 단위전지가 배열이 어렵고, 내측에 배치된 단위전지의 정확한 위치에 배열이 어려워 제조시 곤란한 점이 있고, 사용중에 경시적으로 전기 접촉저항 문제가 발생할 여지가 여전하였다.
또한 대한민국특허공개공보 제2011-0125160호(공개일자 2011.11.18.)에서는 도 16과 같이, 단위전치와 연결탭간 결합력을 상승시키기 위하여, 케이스(100)는 상부 케이스(100A)와 하부 케이스(100B)를 구비두어, 하부 케이스(100B)가 같이 서로 결합하거나 분리하여 내부에 이차전지(10)를 수용하거나 분리할 수 있고, 예를 들어 플라스틱과 같은 전기를 전도하지 않는 소재로 이루어질 수 있으며, 이때, 상부 케이스(100A)와 하부 케이스(100B)는 각각 판(100A1, 100B1), 측벽(100A2,100B2), 및 가이드 레일(100A3, 100B3)을 구비할 수 있고, 판(100A1, 100B1), 측벽(100A2, 100B2), 및 가이드 레일(100A3, 100B3)은 각각 분리 가능한 구성요소로 결합 될 수도 있고 일체형으로 구성될 수도 있으며, 여기서 상부 케이스(100A)와 하부 케이스(100B)는 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있고, 연결탭(200)은 이차전지(10)의 단자(10a, 10b)와 용접에 의해 결합될 수 있는 기술을 개시하고 있으나, 여전히 단위전지의 정확한 위치에 배열이 어려워 제조시 곤란한 점이 있다 할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 단위전지를 소원한 위치에 정확하게 배열하고 지지할 수 있고 선택적으로 음극단자를 제공할 수도 있어서, 간단한 구성으로 작업이 용이하며, 사용중에 경시적으로 전기 접촉저항 상승의 여지가 없으며 냉각효과를 발휘할 수 있는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 복수의 단위전지들과, 상기 단위전지들이 수납된 내부케이스와, 상기 내부케이스에 구비된 단위전지들을 회로적으로 직렬 또는 병렬로 연결하는 연결모듈과, 상기 내부케이스를 내입(housing)하는 하우징부를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 내부케이스는 적어도 2개 이상의 단위전지를 밀착한 상태로 지지하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 단위전지들은 대면부로 탄성적으로 지지되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 탄성가압부가 대면부를 지지하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스는 곡면부를 구비하는 것을 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 곡면부는 원통형 이차전지의 원통형에 대향하는 형태의 곡률을 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 곡면부의 곡률은 이차전지의 곡률 보다 작거나 같은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 곡면부의 적어도 일 단부는 대향대면부 이상으로, 지나도록 연장된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스는 대향내부케이스와 결합하여 내입하는 단위전지들의 수를 증가시키는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 양단부는 내향곡면부와 외향곡면부를 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 내향곡면부와 외향곡면부는 대향내부케이스의 외향곡면부와 내향곡면부에 탄성적으로 체결되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 일측에는 결합돌기 또는 결합홈이 구비되고 상기 대향내부케이스의 일측에는 결합홈 또는 결합돌기가 마련된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스, 대향내부케이스의 일측에는 통풍을 위한 타공홀을 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 곡면부의 개수는 단위전지의 개수와 같거나 많은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 일 단부에는 단위전지가 내입되는 방향에 엇갈리는 방향으로 단자편을 더 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편은 내입하며 진입한 단위전지를 정지시키는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편은 내입되는 단위전지의 개수와 동일하거나 많은 수로 구비되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편은 단위전지의 단자를 지지하도록 내부케이스 내부로 형성되거나, 내부케이스 바깥 방향으로 형성되거나, 혼합적으로 그 일부는 내부 방향으로, 다른 일부는 외부 방향으로 구비되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편은 단위전지의 음극 또는 양극 단자 중심에 이르거나 지나거나 근접한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편은 복수개로 일부가 편심되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편들은 내부케이스 단부의 일측에 배열된 단자간 거리가 타측에 배열된 단자간 거리와 같은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자편들은 내부케이스 단부의 일측에 배열된 단자간 거리가 타측에 배열된 단자간 거리보다 크거나 작은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내부케이스의 단위전지가 진입하는 입구 테두리부는 외측 방향으로 벌이진 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연결모듈은 판 형태의 단자몸체에 단위전지 단자와 본딩되는 돌출단자를 복수개 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연결모듈과 단위전지와의 사이에 절연판을 개재시킨 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 절연판의 단자와 대응되는 영역에 단자타공홀이 타공된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 단자타공홀들 사이에는 밀착뿔을 연장되어 내입된 단위전지들 사이로 진입하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밀착뿔 단부 면적은 단위전지들 내부로 연장될 수록 작아지는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 절연판의 단부, 모서리에는 고정후크를 복수개 구비한 것일 수 있다.
본 발명에 따르는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩에 의하면, 더욱 상세하게는 단위전지를 소원한 위치에 정확하게 배열하고 지지할 수 있고 선택적으로 음극단자를 제공할 수도 있어서, 간단한 구성으로 작업이 용이하며, 사용중에 경시적으로 전기 접촉저항 상승의 여지가 없으며 냉각효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 배터리 팩을 나타낸 사시도이고,
도 2는 외부케이스와 내부케이스를 분리하여 나타낸 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예로서, 내부케이스를 단위전지와 분리하여 나타낸 사시도이고,
도 4는 내부케이스가 단위전지를 탄성적으로 가압하며 고정하는 것을 나타낸 단면도(a)이고, 내부케이스들이 상호가 체결되어 배터리 모듈을 형성한 단면을 보여주는 그림(b)이며,
도 5는 내부케이스을 단위전지를 내입하도록 체결되는 형상을 분리사시도로 나타낸 그림이고,
도 6은 도 5의 체결되는 부위를 확대하여 나타낸 그림이며,
도 7은 도 4의 내부케이스 상호간 체결되는 부위를 확대하여 나타낸 그림이고,
도 8은 본 발명에 따르는 다른 실시예로서, 단위전지 4개를 내입할 수 있는 내부케이스를 사시적으로 나타낸 그림이며,
도 9는 내부케이스 상호를 체결하는 형상으로서, 내부케이스 일단부에 단자편을 구비된 형상을 저면에서 바라본 그림으로, 단자편이 엇갈리게 구비되고 편심된 형상으로 분리된 상태(a)에서 체결된 상태(b)로 나타낸 것이고,
도 10은 도 9의 다른 실시예로서, 단자편이 엇갈리게 구비되고 편심된 형상으로 분리된 상태로 나타낸 그림이며,
도 11은 본 발명의 내부케이스에 단위전지를 내입시켜 연결모듈과 사이에 절연판을 개재시키는 모습을 나타낸 분리사시도이고,
도 12는 도 11의 다른 실시예로서, 절연판에 구비된 후크를 자세하게 나타낸 그림이며,
도 13은 본 발명의 내부케이스를 내입한 외부케이스 복수개를 하우징부에 내장시킨 형상을 타낸 사시도이고,
도 14 내지 16은 종래의 배터리 팩을 나타낸 도면들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려고 하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 본 발명에 의한 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 배터리 팩을 나타낸 사시도이고, 도 2는 외부케이스와 내부케이스를 분리하여 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예로서, 내부케이스를 단위전지와 분리하여 나타낸 사시도이고, 도 4는 내부케이스가 단위전지를 탄성적으로 가압하며 고정하는 것을 나타낸 단면도(a)이고, 내부케이스들이 상호가 체결되어 배터리 모듈을 형성한 단면을 보여주는 그림(b)이며, 도 5는 내부케이스을 단위전지를 내입하도록 체결되는 형상을 분리사시도로 나타낸 그림이고, 도 6은 도 5의 체결되는 부위를 확대하여 나타낸 그림이며, 도 7은 도 4의 내부케이스 상호간 체결되는 부위를 확대하여 나타낸 그림이고, 도 8은 본 발명에 따르는 다른 실시예로서, 단위전지 4개를 내입할 수 있는 내부케이스를 사시적으로 나타낸 그림이며, 도 9는 내부케이스 상호를 체결하는 형상으로서, 내부케이스 일단부에 단자편을 구비된 형상을 저면에서 바라본 그림으로, 단자편이 엇갈리게 구비되고 편심된 형상으로 분리된 상태(a)에서 체결된 상태(b)로 나타낸 것이고, 도 10은 도 9의 다른 실시예로서, 단자편이 엇갈리게 구비되고 편심된 형상으로 분리된 상태로 나타낸 그림이며, 도 11은 본 발명의 내부케이스에 단위전지를 내입시켜 연결모듈과 사이에 절연판을 개재시키는 모습을 나타낸 분리사시도이고, 도 12는 도 11의 다른 실시예로서, 절연판에 구비된 후크를 자세하게 나타낸 그림이며, 도 13은 본 발명의 내부케이스를 내입한 외부케이스 복수개를 하우징부에 내장시킨 형상을 타낸 사시도인데, 이를 참고한다.
본 발명에 따르는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩(1000)은 복수의 단위전지(1100)들과, 상기 단위전지들이 수납된 내부케이스(1200)와, 상기 내부케이스에 구비된 단위전지들을 회로적으로 직렬 또는 병렬로 연결하는 연결모듈(1300)과, 상기 내부케이스를 내입(housing)하는 외부케이스(1400)를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 내부케이스(1200)는 적어도 2개 이상의 단위전지(1100)를 밀착한 상태로 지지하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 단위전지의 개수가 2개인 경우에는, 상기 내부케이스는 적어도 2개 이상의 단위전지(1100)를 상호 밀착하도록, 즉 닿도록 지지하게 되는데, 다시 말하면 단위전지들의 측부(1110)는 상호 맞닿아 대면하는 대면부(1120)를 가지게 되며, 내부케이스(1200)는 단위전지들의 측부(1110)를 탄성적으로 가압하여 대면부에 지지력을 부여할 수 있다.
이는 상기 내부케이스(1200)의 탄성가압부(1210)가 단위전지의 타측부(1111)를 측부(1110) 방향으로 탄성지지하므로 내부케이스의 배열된 단위전지들 상호 지지력을 유지하며 소원한 위치에 배열되어 고정된다.
따라서, 상기 내부케이스(1200)는 탄성력(P)을 발휘할 수 있는 한 그 재질이나 종류를 특별하게 한정할 것은 아니나, 공간활용 측면이나 내구성 확보 측면에서 얇으면서 강한 탄성력을 오래 발휘할 수 있는 판형을 소재를 가공할 수 있는 판형 금속재(flat plate of metal, 판재)를 사용할 수 있으며, 곡면부(1220)를 구비하도록 하여 단위전지, 특히 원통형 이차전지를 내입할 수 있도록 하며, 원통형 이차전지의 경우에 곡면부는 원통형에 대면하는 형태의 곡률(R)을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 곡률(R)은 원통형 이차전지의 곡률을 Rb, 곡면부의 곡률을 Rc라고 할 때, Rb ≥ Rc 인 관계가 되어야 하는데, 만일 원통형 이차전지의 곡률이 내부케이스 곡면부의 곡률 보다 큰 경우에는 내부케이스가 발휘하는 탄성력(P)이 분산될 수 있어 내입된 단위전지(1100) 대면부를 지지하는 기능이 약화될 수 있다.
또한, 상기 곡면부(1220)의 적어도 일 단부(1221)는 대면부(1120)의 단위전지 중심(C)을 중심으로 대칭되는 대향대면부(1130) 이상으로, 지나도록 연장되어야 하는데, 만일 대향대면부에 이르지 못하게 그 미만으로 연장되면 단위전지가 소원한 위치에서 탈락할 수 있다.
즉, 상기 내부케이스(1200)는 몸체부(1240), 상기 몸체부로부터 연장된 곡면부(1220), 그리고 상기 곡면부의 끝단에 해당하는 단부(1221, 탄단부 1221')를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 내부케이스(1200)는 대향내부케이스(1200')와 결합하여 내부케이스(1200)가 지지하는 단위전지들의 수를 증가시킬 수 있는데, 상기 단부(1221)와 탄단부(1221')를 각각 내부케이스 단위전지를 내입하는 내측으로 굽어진 내향곡면부(221)와, 상기 단위전지를 내입하는 내측과 반대 방향인 외측으로 굽어진 외향곡면부(221')로 성형하여 내부케이스(1200)와 대향내부케이스(1200')를 각각의 내향곡면부(221)와 외향곡면부(221'), 외향곡면부(221')와 내향곡면부(221)를 탄성적으로 끼워맞추어 결합할 수 있다.
이러한 끼워맞춤 결합은 제조상 내부케이스(1200), 대향내부케이스(1200')의 구별이 용이하여 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 외향곡면부(221')와 내향곡면부(221)는 몸체부(1240)을 따라 길게 연장된 구조이어서 결합력, 탄성력을 발휘하는데 이익이 크다.
이와 같이, 본 발명은 상기 내부케이스(1200)와 대향내부케이스(1200')와의 끼워맞춤 결합은 하나의 실시예이고, 용접이나 금형에 의하여 내부케이스, 대향내부케이스가 일체로 구비된 경우를 배제하는 것은 아니다.
한편, 상기 내부케이스(1200), 대향내부케이스(1200')의 일측에는 결합돌기(1242), 결합홈(1244)을 추가로 구비할 수 있어서, 인접한 내부케이스, 대향내부케이스의 결합홈(1244), 결합돌기(1242)과 용이하게 결합할 수 있어, 내부/대향내부케이스의 개수를 조절하여 단위전지의 개수를 용이하게 증감할 수 있다.
이러한 결합돌기(1242), 결합홈(1244)은 각가 복수개로 구비할 수 있고, 재질이 금속 판형인 경우에는 돌출편(tongue)이 돌출하도록 타공하여 결합돌기를, 상기 돌출편이 진입할 수 있도록 삽입홀을 타공하여 결합홈을 성형할 수 있다.
또한 상기 내부케이스(1200), 대향내부케이스(1200')의 일측에 통풍을 위한 타공홀(1246)을 타공하여 배터리 팩의 열교환을 원활하게 할 수 있다.
본 발명에 따르는 다른 실시예로서, 단위전지가 4개인 경우에는 내부케이스는 적어도 4개의 곡면부(1220)가 몸체부(1240)으로부터 연장될 수 있어 일체로 구비될 수 있을 뿐만 아니라, 앞서 설명한 내부/대향내부케이스(1200, 1200'), 결합돌기(1242), 결합홈(1244)들과 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있어 용이하게 결합할 수 있다.
따라서, 상기 내부케이스(1200)의 곡면부의 개수(Nc)는 단위전지의 개수(Nb)와 같거나 많아야, 즉 Nc≥Nb인 경우에 탄성 지지력이 유효하게 발휘될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 내부케이스(1200)의 일 단부에는 단위전지가 내입되는 방향에 엇갈리게, 특히 직교되는 방향으로 단자편(1230)을 구비하여, 진입한 단위전지가 더 이상 진행하지 아니하도록 지지하게 할 수 있다.
상기 단자편(1230)은 단위전지의 개수와 동일하거나 많은 수로 구비하여 내입되는 단위전지들을 정렬시켜서 단위전지들의 단자(음극 또는 양극)가 연결하는 가상 평면인 단자면을 평평하게 형성할 수 있어, 단위전지들의 정렬 불량으로 인한 전기 접촉저항 발생문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 상기 단자편(1230)은 단위전지의 단자를 지지하도록 내부케이스 내부로 형성될 수도 있고, 반대로 내부케이스 바깥 방향으로 형성될 수 있으며, 이 둘의 혼합형인 일부는 내부 방향으로, 다른 일부는 외부 방향으로 구비할 수 있다.
이와 같이, 내부 또는 외부 방향으로 단자편을 구비함으로써, 특히 혼합형인 경우에 내입된 단위전지의 지지는 물론, 인접한 인접내부케이스(1201)의 단위전지를 안정적으로 지지할 수 있고 내부케이스(1200), 인접내부케이스 상호가 수평성(leveling)을 확보하는데 유익하여 배터리 팩을 조립하는데 효과적일 수 있다.
또한, 상기 단자편(1230)은 편심되도록 구비할 수 있는데, 예컨대, 내부케이스 하부 일측에 외향 단자가 배열된 경우에는 타측에 내향 단자가 배열되는데, 이때 같은 측에 배열된 단자간 거리가 타측에 배열된 단자간 거리와 같으며, 상호 틀어지게 배치하여 이웃된 내부케이스의 외향단자가 겹치지 아니하게 할 수 있으며(도 9 참조), 이렇게 겹치지 않게 하는 다른 실시예로는 내부케이스 하부 일측에 외향 단자가 배열된 경우에는 타측에 내향 단자가 배열되는데, 일측에 배열된 단자간 거리가 타측의 단자간 거리 보다 작거나 크게 하여 이웃한 내부케이스로 진입하는 단자편이 겹치지 않도록 할 수 있다(도 10 참조).
한편, 상기 단자편은 길이를 단위전지의 음극 또는 양극 단자 중심(C)에 이르거나 지나거나 근접하게 하여 단자와 전기적 본딩(welding)을 하면 단자전극으로 사용될 수도 있다.
또한, 상기 내부케이스(1200)의 단자편(1230)의 반대 단부, 즉 단위전지 입구 테두리부(1232)는 외측 방향으로 벌이진 형태일 수 있는데, 이는 배터리 팩 양산공정에서 단위전지의 진입을 정확하고, 신속하게 할 수 있는 있점을 제공한다.
아울러, 복수개의 단위전지를 내입한 내부케이스를 복수개 구비하여 양극 또는 음극단자에 회로적으로 직렬 또는 병렬로 연결하는 연결모듈(1300)은 판 형태(flat plate-type)의 단자몸체(1310)에 단위전지 단자와 본딩되는 돌출단자(1320)를 복수개 구비할 수 있어서, 단위전지들을 병렬로 회로구성하는데 도움이 될 수 있다.
그리고, 상기 연결모듈(1300)은 물론, 충방전제어회로, 과전류차단회로, 고온감지회로 등을 기능부품을 포함하는 제어부(1600)를 더 구비할 수 있고, 병렬타입 연결모듈(1300)은 내부케이스들을 같은 방향으로 하여 본딩하면 병렬인 것과 같이, 내부케이스들을 상호 음극, 양극들이 교번되도록(upside down)하는 배열을 통하여 직렬타입으로 구성할 수도 있며, 도시되지 아니한 배선부를 통하여 연결모듈, 제어부와 외부출력단자를 회로구성하고 있다.
한편, 상기 연결모듈(1300)이 단위전지에 본딩되는 공정(레이저, 초음파, 저항 용접 등)을 통하여 용접불량시나 용접 정렬 오류가 발생되어 단위전지에 손상되는 경우를 예방하기 위하여 연결모듈과 단위전지 단자와의 사이에는 절연판(1500)을 개재시킬 수 있는데, 상기 절연판의 단자와 대응되는 영역에 단자타공홀(1510)이 타공되어 있어, 단위전지 단자와 연결모듈의 돌출단자(1320)가 용이하게 접촉되어 용이하게 본딩될 수 있고, 용접 오류와 같은 용접불량으로부터 단위전지를 보호할 수 있으며, 더 나아가, 상기 단자편(1230)이 타 단자로 용접된 경우에는 연결모듈과 내부케이스의 전기적 쇼트(short circuit)를 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연판(1500)의 단자타공홀(1510)들 사이에는 단위전지와 내부케이스와의 밀착성을 강화시키기 위한 밀착뿔(1520)을 연장시켜 단위전지들 사이로 진입하며, 단위전지의 측면을 밀게되어 밀착성이 강화될 수 있다.
이러한 밀착성의 강화는 앞서 본 탄성력(P)의 반대방향의 힘성분이 생기도록 밀착뿔의 단부로 갈수록 그 단면이 작아지는 특징을 가질 수 있다.
여기서, 상기 밀착뿔(1520)이 단위전지사이로 진입할 수록 탄성력(P)으로 인하여 밀려나는 힘을 받게 되어 연결모듈(1300)의 용접이나 본딩이 어려울 수 있으므로, 절연판의 단부, 모서리에는 고정후크(1530)를 복수개 두어 후크가 단위전지의 비딩부(1140, 이차전지의 양극에 해당하는 캡조립체가 안착되도록 전지캔 둘레를 따라 형성되 음각(groove))나 테두리부(1232)에 걸려 그 지지력으로 밀착뿔의 진입된 상태를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 내부전지인 원통형 이차전지를 내입한 내부케이스로 직렬이나 병렬로 구성하여 외부케이스(1400)에 배치한 후에 복수개 하우징부(1700)에 배열할 수 있는데, 경우에 따라서는 외부케이스를 제거한 채 내부케이스를 바로 아우징부에 배치할 수 있음은 물론이다.
배터리 팩 1000, 단위전지 1100,
단위전지 측부 1110, 단위전지 타측부 1111,
대면부 1120, 대향대면부 1130,
비딩부 1140, 내부케이스 1200,
대향내부케이스 1200', 인접내부케이스 1201,
탄성가압부 1210, 곡면부 1220,
곡면부 단부 1221, 곡면부 탄단부 1221',
내향곡면부 221, 외향곡면부 221',
단자편 1230, 단위전지 입구 테두리부 1232,
몸체부 1240, 결합돌기 1242,
결합홈 1244, 타공홀 1246,
연결모듈 1300, 돌출단자 1320,
단자몸체 1310, 외부케이스 1400,
절연판 1500, 단자타공홀 1510,
밀착뿔 1520, 고정후크 1530,
제우부 1660, 하우징부 1700,
탄성력 P, 단위전지 단자중심 C,
곡률 R, 단위전지 곡률 Rb,
곡면부 곡률 Rc, 곡면부의 개수 Nc,
단위전지의 개수 Nb

Claims (28)

  1. 복수의 단위전지들과, 상기 단위전지들이 수납된 내부케이스와, 상기 내부케이스에 구비된 단위전지들을 회로적으로 직렬 또는 병렬로 연결하는 연결모듈과, 상기 내부케이스를 내입(housing)하는 하우징부를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 내부케이스는 적어도 2개 이상의 단위전지를 밀착한 상태로 지지하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위전지들은 대면부로 탄성적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 탄성가압부가 대면부를 지지하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스는 곡면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 곡면부는 원통형 이차전지의 원통형에 대향하는 형태의 곡률을 구비하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 곡면부의 곡률은 이차전지의 곡률 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 곡면부의 적어도 일 단부는 대향대면부 이상으로, 지나도록 연장된 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스는 대향내부케이스와 결합하여 내입하는 단위전지들의 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 양단부는 내향곡면부와 외향곡면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 내향곡면부와 외향곡면부는 대향내부케이스의 외향곡면부와 내향곡면부에 탄성적으로 체결되는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 일측에는 결합돌기 또는 결합홈이 구비되고 상기 대향내부케이스의 일측에는 결합홈 또는 결합돌기가 마련된 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내부케이스, 대향내부케이스의 일측에는 통풍을 위한 타공홀을 구비된 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 곡면부의 개수는 단위전지의 개수와 같거나 많은 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 일 단부에는 단위전지가 내입되는 방향에 엇갈리는 방향으로 단자편을 더 구비한 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단자편은 내입하며 진입한 단위전지를 정지시키는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 단자편은 내입되는 단위전지의 개수와 동일하거나 많은 수로 구비되는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 단자편은 단위전지의 단자를 지지하도록 내부케이스 내부로 형성되거나, 내부케이스 바깥 방향으로 형성되거나, 혼합적으로 그 일부는 내부 방향으로, 다른 일부는 외부 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 단자편은 단위전지의 음극 또는 양극 단자 중심에 이르거나 지나거나 근접한 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 단자편은 복수개로 일부가 편심되는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단자편들은 내부케이스 단부의 일측에 배열된 단자간 거리가 타측에 배열된 단자간 거리와 같은 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 단자편들은 내부케이스 단부의 일측에 배열된 단자간 거리가 타측에 배열된 단자간 거리보다 크거나 작은 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부케이스의 단위전지가 진입하는 입구 테두리부(1232)는 외측 방향으로 벌이진 형태인 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결모듈은 판 형태의 단자몸체에 단위전지 단자와 본딩되는 돌출단자를 복수개 구비한 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결모듈과 단위전지와의 사이에 절연판을 개재시킨 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 절연판의 단자와 대응되는 영역에 단자타공홀이 타공된 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 단자타공홀들 사이에는 밀착뿔을 연장되어 내입된 단위전지들 사이로 진입하는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 밀착뿔 단부 면적은 단위전지들 내부로 연장될 수록 작아지는 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 절연판의 단부, 모서리에는 고정후크를 복수개 구비한 것을 특징으로 하는 내구성, 작업성이 우수한 배터리 팩.
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