KR101222369B1

KR101222369B1 - 배터리 및 이를 포함한 배터리 팩

Info

Publication number: KR101222369B1
Application number: KR1020110000890A
Authority: KR
Inventors: 권민형; 변상원
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2013-01-15
Also published as: EP2475023B1; KR20120079612A; US20120171553A1; US8932752B2; EP2475023A1

Abstract

본 발명의 일실시예는 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 양극 및 음극을 구분할 수 있는 배터리를 구비함으로써, 배터리 팩 조립 시 오조립을 방지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예는 케이스 적어도 일측에 절곡부가 형성된 배터리가 복수 개로 적층되고, 상기 적층된 배터리 장측면에 배치되는 제1 및 제2 엔드 플레이트 및 상기 복수 개의 배터리 단측면들에 배치되며, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 측면 플레이트로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 을 개시한다.

Description

배터리 및 이를 포함한 배터리 팩{BATTERY AND BATTERY PACK COMPRISING THE SAME}

본 발명의 일실시예는 배터리 및 이를 포함한 배터리 팩에 관한 것이다.

이차전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴가가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 전극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출된다.

본 발명의 일실시예는 오조립을 방지하는 캔 구조의 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의한 배터리는 무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스, 상기 전극 조립체와 연결되고, 케이스 외측으로 돌출되는 전극 단자 및 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡플레이트가 형성된 캡 조립체를 포함하고, 상기 전극 조립체는 적어도 하나의 전극판 무지부에 대하여 일부가 제거되고, 케이스는 전극조립체에 대응되도록 적어도 일측에 절곡부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절곡부는 상기 제거된 전극 무지부의 측단과 대응되는 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부에서 연장되고, 제거된 전극 무지부의 하단과 대응되는 제2 절곡부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 케이스는 전극조립체와 절연되도록 절연부재를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 무지부는 전극단자의 하단에 연결된 전극 집전판과 전기적으로 연결되는 것으로 형성될 수 있다. 상기 전극 집전판은 연결된 무지부의 길이에 대응되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부가 일부 제거되고, 제2 전극판 무지부는 제1 전극판 무지부 보다 상대적으로 긴 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부가 일부 제거되고, 제1 전극판 무지부는 제2 전극판 무지부 보다 상대적으로 긴 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 절곡부는 상기 제거된 제1 전극판 무지부의 측단과 대응되는 제1 절곡부, 상기 제1 절곡부에서 연장되고, 제1 전극판 무지부의 하단과 대응되는 제2 절곡부, 상기 제거된 제2 전극판 무지부의 측단과 대응되는 제3 절곡부 및 상기 제3 절곡부에서 연장되고, 제2 전극판 무지부의 하단과 대응되는 제4 절곡부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 배터리 팩은 케이스 적어도 일측에 절곡부가 형성된 배터리가 복수 개로 적층되고, 상기 적층된 배터리 장측면에 배치되는 제1 및 제2 엔드 플레이트 및 상기 복수 개의 배터리 단측면들에 배치되며, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 측면 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 배터리는 서로 다른 극성의 전극이 교차되도록 적층되는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트는 마주보는 배터리를 커버하도록 형성된 평판부, 상기 평판부는 가장자리가 절곡되어 연장된 측벽부 및 상기 평판부 및 측벽부에는 관통홀이 형성되고, 상기 평판부는 상기 복수 개의 배터리 적어도 일측에 형성된 절곡부와 대응되는 보강부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 측벽부의 관통홀은 측면 플레이트의 관통홀과 서로 대응되는 위치에 형성되는 것으로 형성될 수 있다. 상기 관통홀은 볼트로 관통되고, 플레이트 외측에서 볼트를 조이는 너트와 결합되어 고정되는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강부는 상기 적층된 배터리들에서 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부, 상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강부는 일측에 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은 타측에 형성된 엔드 플레이트에 볼트로 고정되어 연결되는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 측면 플레이트는 상기 복수 개의 배터리 절곡부에 대응되며, 상기 적층된 배터리들에서 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부, 상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부로 이루어진 보강부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강부는 제1 및 제2 엔드 플레이트의 관통홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 적층된 배터리의 절곡부에 대응되는 보강 플레이트를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강 플레이트는 배터리의 단측면과 대응되도록 배치되는 몸체부, 상기 몸체부의 상부는 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부, 상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트에 고정되도록 관통홀이 형성된 고정부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전극단자가 삽입되도록 양측에 관통홀이 형성된 버스바가 포함되고, 상기 버스바는 서로 다른 배터리를 전기적으로 연결시키는 것으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 배터리는 캔의 하단의 높이를 다르게 형성하여 양극단자와 음극단자를 구분할 수 있도록 구비함으로써, 배터리 팩 조립 시 오조립을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리는 전극 무지부를 줄이고, 케이스를 이러한 전극 무지부에 대응되는 형상으로 형성함으로써, 전지 셀 크기를 줄이고 중량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩은 양극과 음극을 구분할 수 있는 배터리를 이용하여 오조립을 방지할 수 있으며, 배터리의 중량이 감소되어 조립된 배터리 팩의 전체 중량도 감소된다. 또한, 배터리의 함몰부분에는 보강플레이트를 삽입하여 배터리 팩을 조립할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 배터리가 조립된 배터리 팩의 사시도이다.
도 5는 도 4의 측면도이다.
도 6은 도 4의 분해도이다.
도 7은 도 4에 도시된 보강플레이트를 도시한 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 엔드플레이트의 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 사이드플레이트의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 사시도이다. 도 2는 도 1의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(100)는, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 전극 조립체(110), 전극단자(120, 130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함하여 형성된다.

상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1 전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제2 전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 또한, 상기와 같은 제1 전극판(111) 및 제2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.

상기 제1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(111A)를 포함한다. 한편, 본 발명에서 상기 제1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제1 전극 무지부(111A)는 후술하는 제1 집전체(121)와 초음파 용접된다. 상기 제1 전극 무지부(111A)는 제1 전극판(111)과 제1 전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.

상기 제2 전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2 전극 무지부(112A)를 포함한다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제2 전극 무지부(112A)는 후술하는 제2 집전체(131)와 초음파 용접된다. 상기 제2 전극 무지부(112A)는 제2 전극판(112)과 제2 전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.

또한, 상기 전극 조립체(110)는 제1 전극 무지부(111A)의 하단 일부가 제거되도록 형성된다. 또한, 상기 제2 전극 무지부(112A)의 하단 일부가 제거되도록 형성된다. 이 경우, 상기 제1 전극 무지부(111A)는 제2 전극 무지부(112A) 보다 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 이와 반대로 제2 전극 무지부(112A)는 제1 전극 무지부(111A) 보다 길게 형성될 수 있다.

상기 전극 조립체(110)는 양측에 형성된 무지부(111A, 112A)가 서로 다른 길이로 형성된다.

상기 세퍼레이터(113)는 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 사이에 위치된다. 상기 세퍼레이터(113)는 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 플로필렌의 복합 필름으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.

상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1 전극 무지부(111A)와 제2 전극 무지부(112A) 각각에 전기적으로 연결되는 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 결합된다.

상기 제1 단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1 전극 무지부(111A)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1 단자(120)는 제 1 집전판(121), 제1 집전 단자(122) 및 제1 단자 플레이트(123)를 포함한다.

상기 제1 집전판(121)은 전극 조립체(110)의 형성된 제1 전극 무지부(111A)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1 집전판(121)은 상기 제1 전극 무지부(111A)에 용접된다. 상기 제1 집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀이 형성된다. 상기 단자홀에는 제1 집전 단자(122)가 끼워져 결합된다. 이러한 제1 집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1 집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 제1 집전판(121)은 제1 전극 무지부(111A)의 길이와 대응되도록 형성된다.

상기 제1 집전 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1 집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 집전 단자(122)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1 집전 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(125)가 형성되어 있다.

상기 제1 집전 단자(122) 중 플랜지(125)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1 집전판(121)의 단자홀에 끼워지고 용접된다. 또한, 상기 제1 집전 단자(122) 중 상기 플랜지(125)의 상부에 형성된 영역은 제1 단자 플레이트(123)에 고정된다. 또한, 상기 제1 집전 단자(122)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1 집전 단자(122)는, 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제1 집전 단자(122)가 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 단자 플레이트(123)는 중앙에 제1 집전 단자(122)가 관통 결합되도록 대략 수직 방향으로 관통홀(미도시)이 형성된 구조일 수도 있다. 한편, 상기 제1 단자 플레이트(123)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 더불어 상기 제1 단자 플레이트(123)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연되도록 상부절연체(124)가 포함된 구조일 수 있다.

상기 제2 단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2 전극 무지부(112A)와 전기적으로 연결된다. 상기 제2 단자(130)는 제2 집전판(131), 제2 집전 단자(132), 제2 단자 플레이트(133)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 단자(130)의 형태는 상기 제1 단자(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 그 형태의 설명은 생략한다. 다만, 상기 제2 집전판(131) 및 제2 집전 단자(132)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재료로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)는 주로 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 제2 집전판(131)은 제2 전극 무지부(112A)의 길이와 대응되도록 형성된다. 따라서 제1 집전판(121)과 제2 집전판(131)은 길이가 서로 다르게 형성된다.

또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)는 상기 제2 단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.

상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(140)는 한 쌍의 단측면(141A, 141B)과 한 쌍의 장측면(142A, 142B)으로 형성될 수 있다. 상기 이차전지(100)는 케이스(140)의 개구부에 캡 조립체(150)가 결합되어 밀봉되어 형성된다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.

상기 케이스(140)는 전극 조립체(110)의 형상에 대응되도록 형성된다. 상기 케이스(140)의 양측에는 전극 조립체(110)의 제1 전극 무지부(111A) 및 제2 전극 무지부(112A)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 케이스(140)는 제1 전극 무지부(111A)에 대응되는 제1 단측면(141A)을 포함한다. 또한, 상기 케이스(140)는 제2 전극 무지부(112A) 에 대응되는 제2 단측면(141B)을 포함한다. 상기 제1 전극 무지부(111A)와 제2 전극 무지부(112A)의 길이가 서로 다르면, 제1 단측면(141A)와 제2 단측면(141B)의 길이도 서로 다르게 형성된다.

또한, 상기 전극조립체(110)의 무지부(111A, 112A)는 하단의 일부가 서로 다른 높이로 제거된다. 따라서 상기 케이스(140)는 무지부(111A, 112A)에 대응되도록 양측에 절곡부가 형성된다. 상기 절곡부는 제 1 내지 제4 절곡부(141C, 141D, 141E, 141F)로 형성된다. 상기 제1 절곡부(141C)는 제거된 제1 전극판 무지부의 측단과 대응된다. 또한, 상기 제2 절곡부(141D)는 제1 절곡부(141C)에서 연장되고, 제1 전극판 무지부(111A)의 하단과 대응된다.

또한, 상기 제3 절곡부(141E)는 제거된 제2 전극판 무지부의 측단과 대응된다. 상기 제4 절곡부(141F)는 상기 제3 절곡부(141E)에서 연장되고, 제2 전극판 무지부(112A)의 하단과 대응된다.

상기 제1전극단자(120)와 대응되는 위치에서 케이스(140)의 제1 전극단자(120)와 대응되는 위치에 절곡부 높이(A)는 21mm로 형성되고, 제2전극단자(130)와 대응되는 위치에 절곡부 높이(B)는 31mm로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1전극단자(120)와 제2전극단자(130)는 케이스(140)의 절곡부로 구분될 수 있다.

상기 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 전해액 주입구(미도시), 밀봉마개(153) 및 안전벤트(154)를 포함한다.

또한, 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)를 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(151)는 플레이트 일부분에 제1집전판(121)과 연결되는 제1전극단자(120)가 삽입되도록 홀이 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)에는 제2집전판(131)과 연결되는 제2전극단자(130)가 삽입되는 홀이 형성된다. 상기 전극단자(120, 130)는 각각 캡 플레이트(151)를 절연시키는 가스켓이 형성된다. 또한 상기 전극단자(120, 130)는 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 캡 플레이트(151)에 고정시키는 너트(D)를 포함할 수 있다. 또한, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151)에 형성되는 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(153)가 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)는 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출시키는 안전 벤트(154)를 포함할 수 있다.

상기 캡 플레이트(151)는 하부에 절연부재(155)가 형성된다. 상기 절연부재(155)는 캡 플레이트(151)와 각각의 전극단자(120, 130)의 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 절연 부재(155)는 제1 집전판(121) 및 제1 집전 단자(122)와 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 또한, 상기 절연 부재(155)는 제2 집전판(131) 및 제2 집전 단자(132)와 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 일례로, 상기 절연 부재는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리(200)의 사시도이다.

상기 배터리(200)는, 도 3을 참조하면, 전극 조립체(미도시), 전극단자(220, 230), 케이스(240) 및 캡 조립체(250)를 포함하여 형성된다. 상기 배터리(200)는 제1 전극단자(220) 또는 제2 전극단자(230)의 어느 한 측면에 절곡부가 형성된 것이다. 상기 배터리(200)는 케이스(240)의 절곡부와 대응되도록 내부에 수용된 전극조립체의 무지부가 제거된다. 상기 배터리(200)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리와 동일한 구성을 가진다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략하고, 케이스(240)에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 케이스(240)는 한 쌍의 단측면(241A, 241B)과 한 쌍의 장측면(242A, 242B)으로 형성될 수 있다. 상기 한 쌍의 단측면(241A, 241B)은 제1 단측면(241A)과 제2 단측면(241B)를 포함한다. 상기 케이스(240)는 전극 조립체의 삭제된 부분에 대응되도록 형성된다. 상기 삭제된 무지부는 제1 전극 무지부 또는 제2 전극 무지부의 일부가 될 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 제2 전극단자(230)와 연결된 제2 전극 무지부의 하단 일부가 삭제될 수 있다. 이때, 상기 제2 단측면(241B)은 케이스(240) 중심으로 연장되고, 제2 전극 무지부의 하단과 대응되는 제3 절곡부(241E)를 포함한다. 또한 상기 제3 절곡부(241E)는 제2 전극 무지부의 삭제된 측면과 대응되는 제4 절곡부(241F)를 포함한다. 또한, 제1 전극 무지부의 하단 일부가 삭제될 수도 있다. 이 경우 케이스(240)는 제1 전극 단자(220)와 대응되는 하단 일부가 절곡되도록 형성될 수도 다.

상기 배터리(200)는 케이스(240)에 형성된 절곡부의 위치로 제1 전극단자(220)와 제2 전극단자(230)가 구분된다.

도 4는 도 1의 팩 조립된 배터리 팩의 사시도이다. 도 5는 도 4의 측면도이다. 도 6은 도 4의 분해도이다. 도 7은 도4에 도시된 보강플레이트를 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(500)는, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 배터리(100), 엔드 플레이트(410, 420) 및 측면 플레이트(430, 440, 460)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 팩(500)은 보강플레이트(450)를 포함하여 형성된다.

상기 배터리(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리와 동일한 구성을 가진다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 결합 부재인 엔드 플레이트(410, 420), 측면 플레이트(430, 440, 460)에 대해서만 설명하기로 한다.

도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(500)은 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)는 적층된 배터리(100)의 장측면에 배치된다. 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)는 동일한 구성 및 역할을 한다. 이하에서는 제1 엔드 플레이트(410)에 대하여 설명하기로 한다.

상기 제1 엔드 플레이트(410)는 평판부(411), 제 1 내지 제 4 측벽부(412, 413, 414, 415) 및 관통홀을 포함한다.

상기 제1 엔드 플레이트(410)는 측면 플레이트(430, 440, 460)가 배터리들의 각 측면에 위치되고 관통홀에 볼트(C)가 관통되고 너트(미도시)가 체결되어 고정된다. 이때, 측면 플레이트(430, 440, 460)는 전면 및 후면에 배치된 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)를 연결한다.

상기 평판부(411)는 적층된 배터리들 중에서 마주보는 배터리의 장측면을 커버하도록 형성된다. 상기 평판부(411)는 관통홀을 포함한다. 상기 관통홀은 보강플레이트(450)의 관통홀의 위치와 대응된다.

상기 제 1 내지 제 4 측벽부(412, 413, 414, 415)는 평판부(411)의 가장자리에서 절곡되고 연장된다. 상기 제 1 내지 제 4 측벽부 (412, 413, 414, 415)는 관통홀을 포함한다. 상기 관통홀은 측면 플레이트(430, 440, 460)와 결합된다.

상기 측면 플레이트(430, 440, 460)는 판 형상이며, 양측에 관통홀이 형성된다. 상기 측면 플레이트에 형성된 관통홀은 측벽부에 형성된 관통홀과 서로 대응되는 위치에 형성된다. 이 경우 배터리 팩(500)의 하부에 형성되는 측면 플레이트(460)는 배터리(100) 또는 배터리(100) 사이의 갭에 대응되도록 돌출부가 형성될 수도 있다.

상기 배터리 팩(500)은 케이스(140) 하부에 절곡부의 높이가 서로 다른 배터리(100)가 복수 개로 적층되어 형성된다. 상기 배터리(100)는 서로 다른 극성의 전극이 교차되도록 적층된다. 상기 배터리(100)는 하부의 절곡부의 높이가 서로 다르게 형성되기 때문에, 케이스(140)의 절곡부로 전극단자의 극성이 구분된다. 따라서 상기 배터리(100)는 서로 다른 극성으로 적층할 때 오조립을 방지할 수 있다. 상기 배터리 팩(500)은 복수 개의 배터리(100)가 서로 다른 극성으로 교차되기 때문에, 배터리 팩(500)의 하부 일측은 높이 편차가 규칙적으로 형성된다.

도 7은 도 4에 도시된 보강플레이트를 도시한 사시도이다.

상기 보강플레이트(450)는, 도7을 참조하면, 몸체부(451), 고정부(452), 제1보강부(453) 및 제2보강부(454)를 포함한다.

상기 배터리 팩(500)은 절곡부의 높이 편차에 대응되는 형상의 보강플레이트(450)가 삽입되어 고정된다.

상기 몸체부(451)는 각 배터리(100)의 단측면 하부와 평행하게 위치된다. 상기 몸체부(451)는 양측단에 고정부(452)가 형성된다. 상기 고정부(452)는 관통홀이 포함된다. 상기 관통홀은 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)에 형성된 관통홀과 대응되는 위치에 형성된다. 상기 두 관통홀은 볼트(C)가 관통되어 고정된다. 이때, 볼트는 관통홀 내부에 형성된 볼트 결합돌기로 보강플레이트(450)와 제1 또는 제2 엔드 플레이트(410, 420)를 결합할 수 있다. 또는 상기 볼트는 너트를 포함하여 두 플레이트를 결합 할 수도 있다.

상기 제1보강부(453)는, 도1에 도시된 배터리(100)를 참조하면, 적층된 배터리(100)의 절곡부 높이가 높은 부분(B)에 대응된다. 또한, 상기 제2보강부(254)는 제1보강부(453)에서 연장되고, 배터리(100)의 절곡부의 높이가 낮게 형성된 부분(A)과 대응된다. 상기 제1보강부(453) 및 제2보강부(454)는 배터리(100)의 제2 절곡부(141D) 및 제4 절곡부(141F)에 형성된 경사면과 대응되도록 형성된다.

상기 보강플레이트(450)는 배터리 팩(500)의 양측에 서로 다른 형상으로 결합된다. 예를 들면, 배터리 팩(500)의 일측은 절곡부의 높이가 B-A-B-A 순서로 형성된다. 그리고, 배터리 팩(500)의 타측은 절곡부의 높이가 A-B-A-B 순서로 적층된다. 이때, A와 B는 도1에 도시된 배터리(100) 케이스(140)의 절곡부 높이를 나타낸다.

상기 배터리 팩(500)은 도전성 버스 바(300)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 버스 바(300)는 양측에 관통홀이 형성되어 있으며, 이러한 관통홀에 배터리(100)에 구비된 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자(132)가 결합된다. 더불어, 상기 버스 바(200)를 관통한 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자(132)에는 너트(D)가 결합된다.

따라서, 상기 버스 바(300)는 상기 제1 집전 단자(122) 또는 제2 집전 단자(132)에 너트(D)로 결합되는 동시에, 제1 단자 플레이트(123) 및 제2 단자 플레이트(133)에 강하게 밀착된다.

이와 같이 하여, 상기 버스 바(300)가 집전 단자(122, 132)에 너트(D)를 통하여 결합됨으로써, 상기 버스 바(300)와 집전 단자(122, 132) 사이의 체결이 이루어진다. 더욱이, 집전 단자(122, 132), 단자 플레이트(123, 133) 및 버스 바(300)를 통하여 상대적으로 큰 전류 통로가 형성됨으로써, 단자의 전기 저항이 작아진다.

도 8은 다른 실시예에 따른 엔드플레이트(620)의 사시도이다.

상기 엔드플레이트(620)는 평판부(621), 측벽부(622, 623, 624) 및 보강부(626)를 포함한다. 상기 측벽부(622, 623, 624)는 평판부(621)의 가장자리에서 연장되어 형성된 것이다. 도8은 평판부(621)의 하면에서 연장된 측벽부는 미도시 된 것이다.

상기 평판부(621) 및 복수개의 측벽부 (622, 623, 624)는, 도6에 도시된 제1 및 제2 엔드 플레이트(410, 420)와 동일한 구성을 가진다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 보강부(626)를 중심으로 설명하기로 한다.

상기 보강부(626)는 평판부(621)의 일측에 형성된다. 상기 보강부(626)는 배터리 팩의 일측 하부에 형성된 절곡부에 대응되도록 위치된다. 상기 보강부(626)는 측벽부(622, 623, 624)의 절곡 방향과 반대방향으로 형성될 수 있다. 상기 보강부(626)는 적층된 배터리의 절곡부 높이 편차에 대응되도록 제1 보강부(628) 및 제2 보강부(629)가 순차적으로 형성된다. 상기 보강부(626)는 끝단에 고정부(629A)를 포함한다. 상기 고정부(629A)는 배터리 팩의 전면 또는 후면에 형성된 엔드 플레이트에 고정된다. 상기 엔드 플레이트는 고정부(629A)에 형성된 관통홀과 대응되는 위치에 관통홀을 포함한다. 상기 두 개의 관통홀은 볼트가 관통되어 결합된다.

이때, 상기 보강부(626)는 배터리의 양측 절곡부와 대응되도록 평판부(621)의 양측에 형성될 수도 있다. 이 경우 배터리 팩의 타측에 형성된 엔드 플레이트는 평판부와 측벽부로 형성될 수도 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 측면 플레이트(750)의 사시도이다.

상기 측면 플레이트(750)는 배터리 팩의 좌우 양단측면에 형성된다. 상기 측면 플레이트(750)는 판 형상이며, 양측에 관통홀이 형성된다. 상기 측면 플레이트(750)는 측면 베이스(751) 하부에 제1 보강부(753) 및 제2 보강부(754)를 포함한다.

상기 측면 플레이트(750)의 양측에 형성된 관통홀(755A, 755B)에 볼트(C)가 관통되어 엔드 플레이트가 연결된다. 이때, 상기 측면 플레이트(750)의 하부에 형성된 제1 보강부(753) 및 제2 보강부(754)가 배터리의 절곡부에 대응된다. 상기 제1 보강부(753) 및 제2 보강부(754)는 적층된 배터리의 절곡부와 대응되도록 순차적으로 형성된다. 상기 보강부의 끝 단에는 고정부(752)를 포함한다. 상기 고정부(752)는 관통홀을 포함한다. 상기 고정부의 관통홀은 엔드 플레이트의 평판부에 형성된 관통홀과 대응된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.

상기 배터리 팩은 도3에 도시된 배터리(200)가 서로 다른 극성이 교차되도록 적층 된다. 상기 배터리(200)는 제1 전극 단자와 대응되는 케이스의 측면에 절곡부가 형성된다. 상기 제1 전극 단자는 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 상기 배터리(200)는 제2 전극 단자와 대응되는 케이스의 측면이 짧게 형성될 수도 있다. 이때, 케이스에 절곡부가 형성된 위치로 제1 전극단자와 제2 전극단자가 구분된다.

상기 배터리(200)는 서로 다른 극성이 교차되도록 적층되면, 도10에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 하부 일측에는 절곡부와 절곡부가 형성되지 않은 케이스 모서리가 교차된다. 이때, 상기 배터리 팩에는 절곡부와 케이스 모서리에 대응되도록 형성된 보강부(826)가 삽입된다.

상기 배터리 팩은 마주보는 배터리를 커버하도록 제1 및 제2 엔드 플레이트(810, 820)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(810, 820)는 보강부(826)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(810, 820)는 도 8에 도시된 엔드플레이트(620)와 동일한 구성을 가진다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 제2 엔드 플레이트(820)의 보강부(826)를 중심으로 설명하기로 한다.

상기 보강부(826)는 제1 보강부(827) 및 제2 보강부(828)를 포함한다. 상기 제1 보강부(827)는 도3에 도시된 배터리(200)의 제 3 및 제4 절곡부(241E, 241F)에 대응되도록 형성된다. 상기 제2 보강부(828)는 케이스(240)의 단측면(241A)에 대응되도록 형성된다. 상기 제2 보강부(828)는 제1 보강부(827)에서 연장되고, 상기 제1 보강부(827) 보다 상대적으로 오목하게 들어가게 형성된다.

상기 제 2 엔드플레이트(820)는 배터리 팩의 하부 양측에 형성된 절곡부에 대응되도록 보강부(826)가 평판부(821) 양측에 형성될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.

상기 배터리 팩은 배터리(200), 제1 및 제2 엔드플레이트(910, 920) 및 측면 플레이트(950, 460)를 포함한다.

복수개의 배터리(200)가 서로 다른 극성으로 적층된 구성은 도10의 실시예와 동일한 구성을 가진다. 또한, 상기 제1 및 제2 엔드플레이트(910, 920)은 본 발명의 일 실시예인 제1 및 제2 엔드플레이트(410, 420)와 동일한 구성을 가진다. 또한, 측면 플레이트(460) 배터리 팩의 하부에 형성되는 것으로서, 본 발명의 일 실시예와 동일한 구성으로 형성된다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 배터리 팩의 양측에 형성되는 측면 플레이트(950)를 중심으로 설명하기로 한다.

상기 측면 플레이트(950)는 판상의 측면 베이스(951)의 하부에 제1 보강부(953) 및 제2 보강부(954)를 포함한다. 상기 제1 보강부(953) 및 제2 보강부(954)는 적층된 복수개의 배터리(200)들의 절곡부(241E, 241F)와 케이스 단측면(241A)에 대응된다.

제1 보강부(953)는 도3에 도시된 배터리(200)의 제 3 및 제4 절곡부(241E, 241F)에 대응되도록 형성된다. 상기 제2 보강부(954)는 케이스(240)의 단측면(241A)에 대응되도록 형성된다. 상기 제2 보강부(954)는 제1 보강부(953)에서 연장되고, 상기 제1 보강부(953) 보다 상대적으로 오목하게 들어가게 형성된다.

상기 도 6 및 도 10 내지 도 11에 도시된 배터리 팩은, 제1 전극단자와 제2 전극단자를 구분할 수 있도록 형성된 배터리가 적층된 것이다. 상기 배터리는 케이스의 적어도 어느 일면에 절곡부가 형성된다. 이때, 케이스의 형상으로 쉽게 전극의 극성을 구분할 수 있으므로 배터리 팩 조립공정에서 오조립이 방지된다. 이때, 상기 케이스는 하단 좌우측에 절곡부를 형성하고, 이 절곡부들의 높이 차이로 구분하거나, 케이스 일측에 절곡부를 형성하여 절곡의 유무로 전극의 극성을 구분할 수도 있다. 이때, 배터리 케이스의 형상은 도시된 도면의 형상에 한정되지 않는다.

또한, 상기 도시된 배터리 팩들은, 적층된 배터리의 케이스의 절곡된 형상에 따라 보강부재를 삽입하도록 형성된다. 이때, 보강부재의 형상은 케이스의 형상에 따라 다양하게 실시 가능하다. 또한, 보강부재는 별도의 플레이트로 형성할 수 있으며, 엔드플레이트 또는 측면 플레이트에 포함하여 형성될 수도 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 및 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100, 200: 배터리
110: 전극 조립체 111: 제1전극판
112: 제2전극판 113: 세퍼레이터
120, 220: 제1전극단자 130, 230: 제2전극단자
140, 240: 케이스 150, 250: 캡 조립체
151, 251: 캡 플레이트 153, 253: 전해액 주입구
154, 254: 안전벤트 300: 버스바
410, 810, 910: 제1 엔드 플레이트
420, 620, 820, 920: 제 2 엔드 플레이트
430, 440, 460, 750, 950: 측면 플레이트
450: 보강플레이트

Claims

무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스;
상기 전극 조립체와 연결되고, 케이스 외측으로 돌출되는 전극 단자; 및
상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡플레이트가 형성된 캡 조립체를 포함하고,
상기 전극 조립체는 적어도 하나의 전극판 무지부에 대하여 일부가 제거되고, 케이스는 전극조립체에 대응되도록 적어도 일측에 절곡부가 형성되며,
상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리.
제 1 항에 있어서,
상기 절곡부는
상기 제거된 전극 무지부의 측단과 대응되는 제1 절곡부 및
상기 제1 절곡부에서 연장되고, 제거된 전극 무지부의 하단과 대응되는 제2 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제 1 항에 있어서,
상기 케이스는 전극조립체와 절연되도록 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제 1 항에 있어서,
상기 무지부는 전극단자의 하단에 연결된 전극 집전판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
제 4 항에 있어서,
상기 전극 집전판은 연결된 무지부의 길이에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부가 일부 제거되고, 제2 전극판 무지부는 제1 전극판 무지부 보다 상대적으로 긴 것을 특징으로 하는 배터리.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부가 일부 제거되고, 제1 전극판 무지부는 제2 전극판 무지부 보다 상대적으로 긴 것을 특징으로 하는 배터리.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 절곡부는
상기 제거된 제1 전극판 무지부의 측단과 대응되는 제1 절곡부;
상기 제1 절곡부에서 연장되고, 제1 전극판 무지부의 하단과 대응되는 제2 절곡부;
상기 제거된 제2 전극판 무지부의 측단과 대응되는 제3 절곡부; 및
상기 제3 절곡부에서 연장되고, 제2 전극판 무지부의 하단과 대응되는 제4 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
복수 개로 적층된 배터리;
상기 적층된 배터리 장측면에 배치되는 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및
상기 복수 개의 배터리 단측면들에 배치되며, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 측면 플레이트로 형성되고,
상기 배터리는
무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스;
상기 전극 조립체와 연결되고, 케이스 외측으로 돌출되는 전극 단자; 및
상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡플레이트가 형성된 캡 조립체를 포함하고,
상기 전극 조립체는 적어도 하나의 전극판 무지부에 대하여 일부가 제거되고, 케이스는 전극조립체에 대응되도록 적어도 일측에 절곡부가 형성되며,
상기 전극 조립체는 제1 전극판 무지부와 제2 전극판 무지부의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 9 항에 있어서,
상기 복수 개의 배터리는 서로 다른 극성의 전극이 교차되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트는
마주보는 배터리를 커버하도록 형성된 평판부;
상기 평판부는 가장자리가 절곡되어 연장된 측벽부 및
상기 평판부 및 측벽부에는 관통홀이 형성되고,
상기 평판부는
상기 복수 개의 배터리 적어도 일측에 형성된 절곡부와 대응되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 11 항에 있어서,
상기 측벽부의 관통홀은 측면 플레이트의 관통홀과 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 11 항에 있어서,
상기 관통홀은 볼트로 관통되고, 플레이트 외측에서 볼트를 조이는 너트와 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 11 항에 있어서,
상기 보강부는
상기 적층된 배터리들에서 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부;
상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 14 항에 있어서,
상기 보강부는 일측에 관통홀을 포함하고,
상기 관통홀은 타측에 형성된 엔드 플레이트에 볼트로 고정되어 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 9 항에 있어서,
상기 측면 플레이트는
상기 복수 개의 배터리 절곡부에 대응되며,
상기 적층된 배터리들에서 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부;
상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부로 이루어진 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 보강부는 제1 및 제2 엔드 플레이트의 관통홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 9 항에 있어서,
상기 적층된 배터리의 절곡부에 대응되는 보강 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 18 항에 있어서,
상기 보강 플레이트는 배터리의 단측면과 대응되도록 배치되는 몸체부;
상기 몸체부의 상부는 상대적으로 높이가 높은 절곡부에 대응되는 제1 보강부;
상기 제1 보강부에서 연장되어 상대적으로 높이가 낮은 절곡부에 대응되는 제2 보강부; 및
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트에 고정되도록 관통홀이 형성된 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 9 항에 있어서,
상기 전극단자가 삽입되도록 양측에 관통홀이 형성된 버스바가 포함되고,
상기 버스바는 서로 다른 배터리를 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.