KR100988445B1 - 전지팩 제조용 스페이서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위전지로서 원통형 전지를 사용하여 전지팩을 제조하기 위한 스페이서로서, 원통형 전지의 외면 일부를 감쌀 수 있는 원주형 내면 구조를 가진 다수의 전지수납부가 장방형 프레임의 양쪽 대향면(양면) 상에 각각 형성되어 있고, 상기 프레임의 양면을 연통하는 수평 관통구가 전지 수납부 상에 천공되어 있으며, 상기 프레임의 양면에 형성되어 있는 서로 대응하는 한 쌍의 전지수납부들(단위 수납부)은 인접한 단위 수납부와 절단이 용이한 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 스페이서는 부품의 수를 최소화하면서도 구조적으로 안정한 전지팩을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 조립과정 또는 사용 중에 단위전지들 간의 쇼트를 방지할 수 있으며, 필요에 따라 적정한 크기로 재단하여 사용할 수 있어 전지팩의 용량 및 출력을 손쉽게 조절할 수 있고, 충방전 시 단위전지로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

전지팩 제조용 스페이서 {Spacer for Production of Battery Pack}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 제조용 스페이서의 사시도이다;

도 2는 도 1의 전지팩 제조용 스페이서의 평면도이다;

도 3은 도 1의 전지팩 제조용 스페이서의 정면도이다;

도 4는 도 1의 스페이서에서 단위수납부들 간의 연결구조를 확대한 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면도이다.

도 6은 도 1의 전지팩 제조용 스페이서의 투시도이다;

도 7은 도 1의 스페이서에 원통형 이차전지가 장착되어 있는 상태의 사시도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100: 스페이서 200: 전지 수납부

300, 400: 덮개 500: 수평 관통구

600: 수직 관통구 700: 게이트 구조

본 발명은 전지팩 제조용 스페이서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단위전지로서 원통형 전지를 사용하여 전지팩을 제조하기 위한 스페이서로서, 원통형 전지의 외면 일부를 감쌀 수 있는 원주형 내면 구조를 가진 다수의 전지수납부가 장방형 프레임의 양쪽 대향면(양면) 상에 각각 형성되어 있고, 상기 프레임의 양면을 연통하는 수평 관통구가 전지 수납부 상에 천공되어 있으며, 상기 프레임의 양면에 형성되어 있는 서로 대응하는 한 쌍의 전지수납부들(단위 수납부)은 인접한 단위 수납부와 절단이 용이한 구조로 연결되어 있는 것으로 구성된 스페이서를 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지 팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 중대형 전지팩의 사용이 요구된다.

전지팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 전기적 연결을 이룬 전지 구조물로서, 단위전지들의 순차적인 전기적 연결을 위하여 안정적인 배열 구조를 유지하는 것이 매우 중요하다.

특히, 전지팩의 단위전지로 사용되는 원통형 이차전지는 외형의 특성상 그 배열 구조를 유지하는데 많은 어려움이 있어 별도의 고정장치의 사용이 요구된다. 예를 들어, 상기 원통형 단위전지들을 배열하고 테이프로 고정하거나 플라스틱 코팅하여 배열 구조를 유지하는 방법이 많이 사용되고 있으며, 상기 단위전지들간의 결합력을 더욱 높이기 위하여 상기 단위전지들 사이에 양면 테이프를 부착하기도 한다.

그러나, 상기 테이프 및 플라스틱 코팅은 강성이 크지 않아 파손의 위험성이 매우 높으며, 결과적으로 단위전지들의 배열 구조를 안정적으로 유지하는데 적합하지 않다. 또한, 상기 테이프 또는 양면 테이프를 이용하여 전지팩을 구성할 경우, 상기 테이프는 뜯고 붙이는 공정이 까다롭기 때문에 작업 시간을 지연시키는 원인이 된다.

더욱이, 전지팩은, 그것의 사용되는 디바이스의 사양에 따라, 연결되는 단위전지의 개수를 조절함으로써 다양한 출력 및 용량을 구현하는 것이 필요하다. 그러나, 원통형 단위전지는 배열 구조를 유지하는 고정장치가 필수적이기 때문에, 상기 원통형 단위전지로 전지팩을 구성함에 있어서, 조립되는 단위전지의 개수에 따라 다양한 규격의 고정장치가 제조되어야 하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위 하여, 하나 또는 두 개의 단위전지를 장착할 수 있는 단위 고정장치를 제조하여, 다수의 단위 고정장치를 연결하는 것으로 전지팩을 구성하기도 하지만, 이 또한 소망하는 전지팩의 출력 및 용량에 맞추어 단위 고정장치를 결합해야 하기 때문에 적합하지 않다.

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 부품의 수를 최소화하면서도 구조적으로 안정한 전지팩을 제조할 수 있고, 조립과정 또는 사용 중에 발생될 수 있는 단위전지들 간의 쇼트를 방지할 수 있는 전지팩 제조용 스페이서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필요에 따라 적정한 크기로 재단하여 사용할 수 있어, 전지팩의 용량 및 출력을 손쉽게 조절할 수 있고, 충방전 시 단위전지로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있는 전지팩 제조용 스페이서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 스페이스를 포함하는 것으로 구성된 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스페이서는, 단위전지로서 원통형 전지를 사용하여 전지팩을 제조하기 위한 스페이서로서, 원통형 전지의 외면 일부를 감쌀 수 있는 원주형 내면 구조를 가진 다수의 전지수납부가 장방형 프레임의 양쪽 대향면(양면) 상에 각각 형성되어 있고, 상기 프레임의 양면을 연통하는 수평 관통구가 전지 수납부 상에 천공되어 있으며, 상기 프레임의 양면에 형성되어 있는 서로 대응하는 한 쌍의 전지수납부들(단위 수납부)은 인접한 단위 수납부와 절단이 용이한 구조로 연결되어 있는 것으로 구성되어 있다.

상기 전지수납부의 상단과 하단에는, 바람직하게는, 단위전지들이 안정적으로 고정될 수 있도록, 단위전지의 상단 및 하단 일부를 감쌀 수 있는 형태로 덮개가 형성되어 있다. 즉, 상기 덮개는 전지 수납부에 단위전지가 장착되어 있을 때, 상기 단위전지의 상단 및 하단의 외주면 형상에 대응하는 구조로 돌출되어 있다.

상기 단위전지의 상단 및 하단의 외주면은, 구체적으로, 원통형 단위전지에서 원형의 상단면 및 하단면을 의미하며, 이들의 일부를 감쌀 수 있도록, 상기 덮개는 원주형 전지수납부의 외주면을 따라, 바람직하게는, U형(말발굽형)으로 돌출되어 있다. 이러한 U형 덮개에 의하여, 단위전지를 안정적으로 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단위전지의 상단면 및 하단면에 형성되어 있는 전극단자를 덮지 않으므로, 전지팩을 구성함에 있어서 단위전지들 간의 전기적 연결을 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 상기 덮개는, 앞서 설명한 바와 같이, 단위전지를 고정시킬 수 있도록 돌출되어 있는 것이므로, 이러한 효과를 발휘하는 돌출 길이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.

상기 전지 수납부는 전지의 높이를 기준으로 그것의 50% 이하, 바람직하게는 20 ~ 40%의 높이로 전지의 외면 일면을 감싸는 구조로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 전지의 높이 는 전지를 그것의 길이 방향에 대하여 수직으로 자른 단면에서 전지의 직경을 의미한다. 이러한 구조에서, 전지 수납부는 상기 덮개와 함께 원통형 단위전지를 안정적으로 고정하는 작용을 한다. 즉, 덮개는 전지의 길이 방향으로의 이동을 억제하여 전지를 고정하고, 전지 수납부는 원통형의 구조적 특성에 의하여 전지가 좌우 방향으로 이동되는 것을 억제하여 전지를 고정한다.

하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 스페이서는 그것의 전지수납부의 양측 중간 부위에 전지의 길이 방향에 수직하게 상기 프레임을 관통하는 수평 관통구를 포함할 수 있다. 상기 수평 관통구는 상기 프레임의 동일면에서 인접한 2 개의 전지수납부의 연결 부위 마다 연속적으로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 본 발명에 따른 스페이서는 인접해 있는 전지수납부가 그것의 중앙에서는 분리되고, 상기 수평 관통구의 상단측과 하단측에서만 연결되어 있는 구조로서, 이러한 스페이서를 이용하여 다수의 단위전지를 연결할 경우, 충방전 또는 작동 시 단위전지에서 발생되는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.

본 명세서에서는 상기에서 정의한 바와 같이, 프레임의 대향면에서 서로 접해있는 2 개의 전지수납부들을 하나의 단위 수납부로 표현하기도 하는 바, 본 발명의 중요한 특징들 중의 하나는 필요에 따라 단위 수납부를 분리하기가 용이하다는 점이다. 즉, 단위수납부들은 절단이 용이한 구조로 상호 연결되어 있다.

따라서, 단위수납부들의 상호 연결 부위는 절단이 용이한 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 다양한 연결 구조가 가능할 수 있는 바, 예를 들어, 상기 연결 부위는 좁은 폭과 얇은 두께의 게이트 구조로 이루어져 있을 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기의 바람직한 예에서처럼, 전지수납부의 양측 중간 부위에 수평 관통구가 형성되어 있을 경우, 상기 수평 관통구의 상단측과 하단측에서 좁은 폭과 얇은 두께의 게이트 구조로서 단위수납부들을 상호 연결할 수도 있다.

하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 스페이서는 상기 프레임의 동일면 및 대향면에서 서로 인접한 4 개의 전지수납부들이 교차하는 부위에 수직 관통로를 포함할 수 있다. 상기 수직 관통로는 4 개의 원이 접할 때 곡면의 특성상 인접한 원들이 상호 접합되지 못하여 중앙에 생성되는 빈공간으로 이해할 수 있다. 따라서, 상기 수직 관통로는 전지 수납부를 따라 스페이서의 상단면 중앙에 형성되고, 4 개의 곡면으로 이루어진 마름모꼴 모양이며, 그 크기 및 개수는 사용되는 단위전지의 크기 및 개수에 의해 결정된다.

이러한 구조의 스페이서에 단위전지들의 온도를 측정하기 위한 써미스터를 장착함에 있어서, 상기 써미스터를 적어도 하나 이상, 상기 수직 관통로에 설치할 수 있다. 상기 수직 관통로는, 바람직하게는, 상기 수평 관통구와 연통되도록 형성되어 있으며, 이러한 구조에서, 상기 써미스터는 그것의 설치를 용이하게 하고 설치에 따른 효과를 극대화하기 위하여, 상기 수직 관통로와 수평 관통구가 연통되어 있는 부위에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 스페이서는 전기절연성이며 가볍고 열에 강한 Polycarbonate(PC), Polacrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) 등의 플라스틱 소재가 바람직하며, 예를 들어, 사출성형 등에 의한 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기의 스페이서를 포함하는 것으로 구성된 전지팩을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전지팩은 둘 또는 그 이상의 전지들의 조합이 요구되는 중대형 전지시스템에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 노트북 컴퓨터와 같은 중형 디바이스에서부터 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 대형 디바이스의 전지 시스템에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩은, 앞서 설명한 바와 같이, 스페이서를 소망하는 크기로 용이하게 재단할 수 있는 특성으로 인해, 전지팩이 사용되는 디바이스의 사양(예를 들어, 전원의 출력 및 용량)에 따라 융통성있게 제작될 수 있다.

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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 제조용 스페이서의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 전지팩 제조용 스페이서(100)는 장방형의 프레임으로서 그것의 양측 대향면(양면)에 다수의 원통형 단위전지(도시하지 않음)를 장착할 수 있 도록, 상기 원통형 전지의 외면에 대응하는 원주형 구조의 전지수납부들(201, 202, 203, 204)이 형성되어 있다. 여기서, 전지수납부들(201, 202, 203, 204)의 내면 원주 크기는 원통형 단위전지를 부분적으로 감쌀 수 있는 크기이다.

전지 수납부(200)의 상단과 하단에는 각각 덮개(300, 400)가 형성되어 있다. 덮개(300, 400)는 단위전지의 상단면과 하단면의 일부를 감쌀 수 있도록 반 원통형 원주면을 따라 판상의 U자형 구조로 돌출되어 있다. 따라서, 덮개(300, 400)는 단위전지의 상단면과 하단면을 감싸면서 이들을 안정적으로 고정하지만, U자형 구조로 이루어져 있으므로 단위전지의 전극단자를 가리지는 않는다.

또한, 프레임의 동일면에서 인접한 2 개의 전지수납부들(201, 203)이 접하는 부위에서 스페이서(100)를 두께 방향으로 관통하는 수평 관통구(500)가 천공되어 있고, 프레임의 동일면 및 대향면에서 서로 인접한 4 개의 전지수납부들(201, 202, 203, 204)이 교차하는 부위에서 스페이서를 길이 방향으로 관통하는 수직 관통구(600)가 천공되어 있다.

수평 관통구(500)와 수직 관통로(600)는 공기와 같은 냉매의 유로로 사용되며, 특히, 수직 관통로(600)는 써미스터(도시하지 않음)의 장착을 위한 공간으로 사용된다. 써미스터는 수평 관통구(500)와 수직 관통구(600)가 연통하는 부위에 설치됨으로써, 단위전지들에 대한 온도 측정의 정밀성을 높일 수 있다. 이러한 관통구(500, 600)의 구조는 스페이서(100)의 평면도 및 정면도가 도시되어 있는 도 2 및 3을 통해 더욱 자세히 확인할 수 있다.

프레임의 대향면에 각각 형성되어 있는 2 개의 전지 수납부들(201, 202)은 하나의 단위 수납부(210)를 이루며, 각각의 단위 수납부들(210, 230)은 절단이 용이한 게이트 구조(700)로 연결되어 있다. 이러한 게이트 구조(700)는 얇은 두께와 좁은 폭으로 이루어진 판상형의 구조로, 수평 관통구(500)에 의하여 중앙이 분리되어 있는 단위 수납부(210)의 상부와 하부에 각각 형성되어 있다. 이때, 하나의 단위 수납부(210)는 2 개의 전지수납부들(201, 202)로 이루어져 있으므로, 2 개의 단위 수납부들(210, 230)을 연결하는 게이트 구조(700)는 총 4 개로 이루어져 있다. 이러한 게이트 구조(700)는 스페이서의 부분 확대도와 그것의 정면도가 도시되어 있는 도 4 및 5에서 더욱 용이하게 확인할 수 있다.

또한, 스페이서(100)의 전반적인 구조는 도 6의 투시도를 통해서도 확인할 수 있다.

도 7에는 도 1의 스페이서에 원통형 이차전지를 장착하여 구성된 전지팩의 사시도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 단위 전지들(800, 801)은 스페이서(100)의 양면에 나란히 장착되어 있으며, 각 전지 수납부(200)의 상단 및 하단에 형성되어 있는 덮개(300, 400)는 단위 전지(800)의 상단 및 하단 면을 각각 부분적으로 감쌈으로써 안정적인 장착을 돕는다. 반면에, 덮개(300, 400)는 단위전지(800)의 외주면을 덮고 있으므로 전극단자(810)는 그대로 노출되어 전기적 연결을 용이하게 수행할 수 있다.

이러한 장착 구조에도 불구하고, 수평 관통구(500)를 통해 원통형 전지(800)의 상당한 부분들이 노출되므로, 이러한 노출 공간을 통해 공기가 유통되어 충방전 시 단위전지들(800, 801)로부터 발생하는 열을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 수평 관통구(500)와 수직 관통구(600)가 연통되어 있는 부위에 써미스터(도시하지 않음)를 장착하여, 1 개의 써미스터로 4 개의 인접한 단위전지들(800)의 온도를 측정할 수 있다.

단위수납부들(210, 230)의 연결 부위는 절단이 용이한 게이트 구조(700)로 이루어져 있기 때문에, 이러한 스페이서(100)를 이용하여 다양한 출력 용량을 가진 전지팩을 제조할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스페이서는 부품의 수를 최소화하면서도 구조적으로 안정한 전지팩을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 공정수를 줄여 제품 단가를 낮출 수 있고 조립과정 또는 사용 중에 단위전지들 간의 쇼트를 방지할 수 있으며, 필요에 따라 적정한 크기로 재단하여 사용할 수 있어 전지팩의 용량 및 출력을 손쉽게 조절할 수 있고, 충방전 시 단위전지로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 단위전지로서 원통형 전지를 사용하여 전지팩을 제조하기 위한 스페이서로서, 원통형 전지의 외면 일부를 감쌀 수 있는 원주형 내면 구조를 가진 다수의 전지수납부가 장방형 프레임의 양쪽 대향면(양면) 상에 각각 형성되어 있고, 상기 프레임의 양면을 연통하는 수평 관통구가 전지 수납부 상에 천공되어 있으며, 상기 프레임의 양면에 형성되어 있는 서로 대응하는 한 쌍의 전지수납부들(단위 수납부)은 인접한 단위 수납부와 절단이 용이한 구조로 연결되어 있고, 상기 단위수납부들의 상호 연결 부위가 단위수납부의 상하 길이보다 작은 크기의 폭을 가진 게이트 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페이서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지수납부의 상단과 하단에는 단위전지의 상단 및 하단 일부를 감쌀 수 있도록 덮개가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 덮개는 전지 수납부에 단위전지가 장착되어 있을 때 상기 전지의 상단 및 하단을 그것의 외주면 형상에 따라 감쌀 수 있는 구조로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 수납부는 전지의 높이를 기준으로 그것의 50% 이하의 높이로 전지의 외면 일면을 감싸는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지수납부의 양측 중간 부위에 상기 프레임을 관통하는 수평 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 상기 수평 관통구의 상단측과 하단측에 각각 단위수납부들의 상호 연결을 위한 게이트 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위수납부들의 서로 인접한 4 개의 전지수납부들의 교차 부위에는 수직 관통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 수직 관통로에는 단위전지들의 온도를 측정하기 위한 써미스터가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 수직 관통로는 수평 관통구와 연통되어 있고 상기 써미스터는 상기 연통 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 스페이서.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 스페이서를 포함하는 것으로 구성된 전지팩.

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