KR101275811B1 - 전지 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 전지 팩이 개시된다. 상기 전지 팩은, 전지 셀과, 전지 셀로부터 인출되는 리드 탭을 포함하는 전지 유닛과, 전지 유닛을 지지하기 위한 것으로, 전지 셀이 지지되는 제1 지지부와, 리드 탭이 지지되는 제2 지지부를 포함하는 프레임 케이스와, 상기 리드 탭을 관통하여 제2 지지부로 연장되는 관통 체결 부재를 포함하고, 제2 지지부에는 관통 체결 부재를 수용하는 것으로, 관통 체결 부재와의 기계적인 결합을 위한 결합 체결 부재를 매립할 수 있는 체결 홀이 형성된다. 본 발명에 의하면, 전지 팩의 구성요소들을 일괄적으로 결속시키는 체결 구조와 관련된 보수작업이 편리하게 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 전지 팩에 관한 것이다.
이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터와 같은 모바일 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 하이브리드 전기 자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다. 이러한 이차전지는 팩 케이스 내에 수용되어 패키지화될 수 있으며, 전지 팩의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 전지 팩의 구성요소들을 일괄적으로 결속시키는 체결 구조와 관련된 보수 작업성이 향상될 수 있는 전지 팩을 포함한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전지 팩은,
전지 셀과, 상기 전지 셀로부터 인출되는 리드 탭을 포함하는 전지 유닛;
상기 전지 유닛을 지지하기 위한 것으로, 상기 전지 셀이 지지되는 제1 지지부와, 상기 리드 탭이 지지되는 제2 지지부를 포함하는 프레임 케이스; 및
상기 리드 탭을 관통하여 제2 지지부로 연장되는 관통 체결 부재;를 포함하고,
상기 제2 지지부에는 상기 관통 체결 부재를 수용하는 것으로, 상기 관통 체결 부재와의 기계적인 결합을 위한 결합 체결 부재를 매립할 수 있는 체결 홀이 형성된다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재는 그 결합 축에 대한 회전 동작으로 결합 체결 부재에 대해 체결될 수 있는 회전형 체결 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 홀은 결합 체결 부재의 회전 움직임을 구속하도록 다면체 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 홀은 결합 체결 부재와 형합을 이루도록 다면체 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 홀은 육각 너트 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 지지부 상에는, 각각 상기 리드 탭의 상하면과 면 접촉을 형성하는 단자 부재 및 홀더 케이스가 배치되고,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 관통하여 상기 제2 지지부의 체결 홀에 끼워질 수 있다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 연속적으로 관통하도록 연장 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임 케이스의 제1, 제2 지지부는 각각 금속 계열과 수지 계열을 포함하고, 상기 제1, 제2 지지부는 서로 일체적으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 전지 팩은,
전지 셀과, 상기 전지 셀로부터 인출되는 리드 탭을 포함하는 전지 유닛;
상기 전지 유닛을 지지하기 위한 것으로, 상기 전지 셀이 지지되는 제1 지지부와, 상기 리드 탭이 지지되는 제2 지지부를 포함하는 프레임 케이스; 및
상기 리드 탭과 제2 지지부를 함께 결속시키는 것으로, 상기 리드 탭을 관통하여 제2 지지부로 연장되는 관통 체결 부재;를 포함하고,
상기 제2 지지부에는 상기 관통 체결 부재를 수용하는 것으로, 상기 관통 체결 부재와의 기계적인 결합을 위한 결합 체결 부재가 형합될 수 있는 체결 홀이 형성된다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재는 그 결합 축에 대한 회전 동작으로 결합 체결 부재에 대해 체결될 수 있는 회전형 체결 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 홀은 결합 체결 부재의 회전 움직임을 구속하도록 다면체 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 홀은 육각 너트 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 지지부 상에는, 각각 상기 리드 탭의 상하면과 면 접촉을 형성하는 단자 부재 및 홀더 케이스가 배치되고,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 관통하여 상기 제2 지지부의 체결 홀에 끼워질 수 있다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 연속적으로 관통하도록 연장 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임 케이스의 제1, 제2 지지부는 각각 금속 계열과 수지 계열을 포함하고, 상기 제1, 제2 지지부는 서로 일체적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 전지 팩의 두께 방향으로 전지 팩의 구성요소들을 관통하여 이들을 일괄적으로 또한 기계적인 방식으로 결속시키는 체결 방식을 적용함으로써, 대용량 고출력의 전지 팩에 유리하게 적용될 수 있다.
전지 팩의 두께 방향으로 구성요소들을 일괄적으로 결속시키는 체결 수단이 망가지거나 체결력이 약화되는 등의 보수작업이 요구될 때, 보조 체결 수단이 용이하게 도입되도록 보조 체결 수단의 일부를 구성하는 결합 체결 부재를 매립할 수 있는 구조를 형성함으로써, 결합 체결 부재의 회전 움직임이 구속될 수 있고, 이에 따라, 상기 결합 체결 부재와 쌍을 이루는 관통 체결 부재만의 회전 동작에 의해 보조 체결 수단의 체결 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 서로 다른 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 홀더 케이스를 저면 측에서 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전지 팩을 직립 자세로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 전지 팩을 저면 측에서 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 배면 측 평면 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 홀더 케이스를 저면 측에서 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전지 팩을 직립 자세로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 전지 팩을 저면 측에서 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 배면 측 평면 구성을 도시한 도면이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 전지 팩에 대해 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 분해 사시도들이다. 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다. 도면들을 참조하면, 상기 전지 팩(190)은 전지 유닛(100)과, 상기 전지 유닛(100)이 수용되는 프레임 케이스(150)을 포함한다.
상기 전지 유닛(100)은 재충전이 가능한 이차전지로서, 예를 들어, 리튬-이온 전지로 구성될 수 있다. 상기 전지 유닛(100)은 전지 셀(110)과, 상기 전지 셀(110)과 전기적으로 연결되며 전지 셀(100)로부터 인출되는 리드 탭(120)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 전지 셀(100)은, 예를 들어, 양극판(111), 세퍼레이터(113) 및 음극판(112)을 차례대로 겹쳐 형성된 전극 조립체를 포함할 수 있으며, 고출력 고용량의 전지 팩(100)을 제공하기 위해 다수 장의 양극판(111), 세퍼레이터(113) 및 음극판(112)이 적층될 수 있다. 이렇게 세퍼레이터(113)를 개재하여 양극판(111) 및 음극판(112)이 적층된 전극 조립체는 파우치(118) 내에 밀봉된다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 양극판(111)은 양극 집전체의 표면에 양극 활물질을 도포하여 형성될 수 있으며, 상기 음극판(112)은 음극 집전체의 표면에 음극 활물질을 도포하여 형성될 수 있다.
상기 양극판(111) 및 음극판(112) 각각에는 전극 탭(115)이 전기적으로 연결될 수 있다. 서로에 대해 적층된 양극판(111) 및 음극판(112)으로부터 인출되는 전극 탭(115)들은 서로 중첩되고, 서로 밀집된 형태의 전극 탭(115)들은 리드 탭(120)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 전극 탭(115)과 리드 탭(120)은 초음파 융착 등의 방법으로 결속될 수 있다.
상기 리드 탭(120)은 전지 셀(110)의 외부 인터커넥션을 형성하며, 전지 셀(110)로부터 외부로 전류를 유도하도록 전지 셀(110)로부터 인출된다. 예를 들어, 상기 리드 탭(120)은 그 일부가 파우치(118)의 외부로 인출되며, 절연성을 확보하기 위해 파우치(118)와의 사이에 절연부재(119)가 개재될 수 있다.
상기 리드 탭(120)은 전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있고, 니켈, 알루미늄, 구리 등과 같은 금속소재로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리드 탭(120)은 서로 다른 극성을 갖는 제1, 제2 리드 탭(121,122)을 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 리드 탭(121,122)은 각각 전지 셀(110)의 양극판(111) 및 음극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전지 셀(110)은 리드 탭(120)을 통하여 외부부하 또는 외부전원공급장치와 전기적으로 연결된다. 즉, 전지 셀(110)의 충, 방전전류는 리드 탭(120)을 경유하여 외부부하로 출력되거나 또는 외부전원공급장치로부터 입력된다.
상기 리드 탭(120)에는 충, 방전전류가 집중되므로, 가급적 전기저항을 낮추는 것이 충, 방전효율의 측면에서 바람직하다. 따라서, 상기 리드 탭(120)은 전기저항이 낮은 금속소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니켈, 알루미늄, 구리 등의 금속소재로 형성될 수 있다.
상기 리드 탭(120)에는 단자 부재(160)와의 전기접속을 위한 체결 홀(125)이 형성될 수 있다. 상기 체결 홀(125)은 리드 탭(120)의 가장자리로부터 소정간격으로 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 체결 홀(125)은 리드 탭(120)의 양편 가장자리로부터 이격된 위치에 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
상기 전지 유닛(100)은 프레임 케이스(150) 상에 조립되며, 프레임 케이스(150)에 의해 지지된다. 상기 전지 유닛(100)과 프레임 케이스(150)은 서로 마주하는 방향으로 대면되게 조립된다.
상기 프레임 케이스(150)는 전지 셀(110)을 수용하고 이를 지지하기 위한 제1 지지부(151)와, 상기 전지 셀(110)로부터 인출된 리드 탭(120)을 수용하고 이를 지지하기 위한 제2 지지부(152)를 포함한다.
상기 프레임 케이스(150)는 외부충격으로부터 전지 유닛(100)을 보호하는 기능과 함께, 전지 유닛(100)의 충, 방전동작에 수반되는 작동 열을 외부로 방출시키는 방열판의 기능을 겸할 수 있다. 이를 위해 상기 제1 지지부(151)는 기계적 강성을 가지면서도 열전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.
제1 지지부(151)는 전체적으로 평판 플레이트 형상으로 마련될 수 있으며, 전지 셀(110)을 감싸도록 양편 가장자리에는 절곡된 형상의 리브(151b)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 지지부(151)는 판 상의 본체부(151a)와, 상기 본체부(151a)의 양편에서 날개를 형성하는 리브(151b)를 포함할 수 있으며, 상기 리브(151b)는 본체부(151a)로부터 절곡되어 본체부(151a)와 함께 일체적으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 지지부(151)의 본체부(151a)는 전지 셀(110)의 주된 면, 즉, 도면에서 상하 양면 중에서 하면을 지지하며, 상기 리브(151b)는 전지 셀(110)의 측면을 덮도록 측면 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 지지부(151)는 전지 셀(110)을 포위하여 둘러싸는 구조를 취함으로써 상대적으로 강성이 떨어지는 전지 셀(110)을 보호하고, 외부 환경으로부터 절연화시킬 수 있다.
상기 리브(151b) 상에는 스페이서(170)가 형성될 수 있다. 상기 스페이서(170)는 케이스 프레임(150)의 사출 성형시에, 케이스 프레임(150)과 함께 일체적으로 형성될 수 있다. 상기 스페이서(170)는 절연성 수지 소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, PPS 등의 고분자 수지 소재로 형성될 수 있으며, 고분자 수지 소재의 사출 성형물로 제공될 수 있다. 상기 스페이서(170)는 케이스 프레임(150)의 제1 지지부(151)와 함께 성형될 수 있으며, 예를 들어, 이종 소재 간의 사출 성형을 이용하여 금속 소재의 제1 지지부(151)와, 수지 소재의 스페이서(170)가 복합된 형태의 케이스 프레임(150)이 얻어질 수 있다.
상기 스페이서(170)는, 도 1에 도시된 바와 같은 전지 팩(190)을 하나의 조립 단위로 하여, 다수의 전지 팩(190)들이 전기적으로 결속된 전지 모듈(미도시) 구조에서, 적층방향으로 이웃한 전지 팩(190)들 사이에 소정의 여유 공간을 확보하기 위한 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(170)의 높이(h)는 전지 셀(110)의 두께(t)보다 크게 설계될 수 있다.
보다 구체적으로, 고 출력, 고 용량의 전지 모듈을 제공하기 위해서는, 케이스 프레임(150) 상에 지지된 전지 셀(110)을 하나의 단위로 하여, 상기 전지 셀(110)들이 서로 나란하게 적층되며 직렬/병렬로 전기적으로 결속됨으로써 전지 모듈을 형성할 수 있다. 이때, 전지 셀(110)을 둘러싸는 스페이서(170)에 의해 서로에 대해 적층된 다수의 전지 셀(110)들 간에는 소정의 여유 공간이 확보될 수 있으며, 적층 방향으로 이웃한 전지 셀(110)들은 여유 공간을 개재하여 적층될 수 있다. 이러한 여유 공간을 통하여 충, 방전 동작 중에 발생될 수 있는 전지 셀(110)의 스웰링(swelling)이 허용될 수 있으며, 여유 공간을 통하여 전지 셀(110)의 열기가 배출됨으로써 전지 셀(110)의 방열이 촉진될 수 있다.
상기 제1 지지부(151)에는 방열목적의 벤트 홀(151`)이 형성될 수 있다. 상기 벤트 홀(151`)을 통하여 유입된 저온의 공기를 이용하여, 전지 셀(110)의 충, 방전동작에 따른 작동 열을 소산시킬 수 있다.
상기 제1 지지부(151)는 외부로 개방된 형태로 형성되며, 이에 따라, 제1 지지부(151)에 수용된 전지 셀(110)의 주된 면 중 상면(110a)은 외부로 노출되고, 전지 셀(110)에서 발생된 작동 열은 그대로 외부로 방출될 수 있다. 즉, 상기 제1 지지부(151)의 본체부(151a)는 전지 셀(110)의 주된 면 중 하면을 통하여 전지 셀(110)을 지지하고, 제1 지지부(151)의 리브(151b)는 전지 셀(110)의 측면을 덮어 보호하는 한편으로, 제1 지지부(151)의 상면(110a)은 그대로 외부로 노출되게 형성된다는 것이다.
상기 제2 지지부(152)는 전지 셀(110)로부터 인출된 리드 탭(120)을 수용한다. 상기 제2 지지부(152)는 단자 부재(160)를 개재하여 리드 탭(120)을 수용하며, 상기 리드 탭(120)은 단자 부재(160) 상에 안착될 수 있다. 예를 들어, 관통 체결 부재(181)가 리드 탭(120)를 관통하여 단자 부재(160)에 결합됨으로써 리드 탭(120) 및 단자 부재(160)가 서로에 대해 결속될 수 있다. 이를 위해 상기 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에는 관통 체결 부재(181)와의 나사 결합을 위한 나사 산(미도시)이 형성될 수 있다. 한편, 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)은 리드 탭(120) 및 단자 부재(160)의 체결 홀(125,165)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2 지지부(152)는 외부환경으로부터 단자 부재(160)를 절연시키고, 전기적인 단락을 방지하기 위해 절연성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, PPS 등의 고분자 수지소재로 형성될 수 있으며, 고분자 수지소재의 사출 성형물로 제공될 수 있다. 상기 제2 지지부(152)는 상기 제1 지지부(151)와 함께 이종 재질 간의 사출 성형을 통하여 일체적으로 형성될 수 있다. 이종 재질 간의 사출 성형을 통하여, 금속 계열의 제1 지지부(151)와, 수지 계열의 제2 지지부(152)가 일체적으로 성형된 프레임 케이스(150)가 얻어질 수 있다.
상기 단자 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 고정될 수 있다. 상기 단자 부재(160)와 제2 지지부(152) 간의 조립에 관하여, 상기 단자 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 일체적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 부재(160)는 제2 지지부(152)의 성형시에 제2 지지부(152)와 함께 일체화될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 지지부(152)는 사출성형에 따라 형성될 수 있고, 제2 지지부(152)의 사출성형시, 사출성형 틀(미도시) 내에 단자 부재(160)를 함께 배치하고 원소재 페이스트(미도시)를 주입시킴으로써 원소재 페이스트의 경화와 함께 단자 부재(160)와 일체적으로 형성된 제2 지지부(152)가 얻어질 수 있다.
상기 단자 부재(160)에는 제2 지지부(152)와의 결합을 위한 고정 홀(166)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 부재(160)의 고정 홀(166) 내에는 제2 지지부(152)에서 돌출된 고정용 돌기(156)가 끼워짐으로써 단자 부재(160)와 제2 지지부(152)를 일체화시킨다. 상기 고정용 돌기(156)는 제2 지지부(152)의 사출 성형시 원소재 페이스트가 단자 부재(160)의 고정 홀(166) 내부로 주입됨으로써 형성될 수 있다.
한편, 단자 부재(160) 상에 형성된 고정 홀(166)은 체결 홀(165)과 인접한 위치에 형성될 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상 다수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 각 체결 홀(165)의 양편으로 고정 홀(166)이 쌍을 이루어 형성될 수 있다. 그리고, 고정 홀(166)과 대응되는 제2 지지부(152) 상에는 고정용 돌기(156)가 마련될 수 있으며, 상기 고정용 돌기(156)는 체결 홀(155)의 양편으로 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
상기 단자 부재(160)는 리드 탭(120)과 전기적인 접속을 이루며, 프레임 케이스(150) 내외 간에 충, 방전전류를 중계하는 기능을 한다. 예를 들어, 전지 셀(110)에서 생성된 전류는 리드 탭(120)을 경유하고, 리드 탭(110)과 전기적으로 연결되어 있는 단자 부재(160)를 통하여 전지 팩(190)의 외부로 인출될 수 있다.
상기 단자 부재(160)는 리드 탭(120)과 포개어진 상태로 면 접촉을 이루며, 단자 부재(160)와 리드 탭(120)의 대응되는 위치에 형성된 체결 홀(125,165)을 관통하고, 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 결합되는 관통 체결 부재(181)에 의해 리드 탭(120) 및 단자 부재(160)가 서로에 대해 밀착될 수 있다.
이때, 상기 관통 체결 부재(181)는 리드 탭(120)을 관통하여 단자 부재(160)에 결합됨으로써, 리드 탭(120) 및 단자 부재(160)가 함께 결속될 수 있다.
상기 단자 부재(160)는 전기 전도 특성이 우수한 니켈, 구리, 알루미늄 등의 금속소재로 형성될 수 있으며, 대략 장방형의 금속블록 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 부재(160)는 니켈 도금된 구리 블록의 형태로 형성될 수 있다.
상기 단자 부재(160)에는 리드 탭(120)과의 결속을 위한 체결 홀(165)이 형성될 수 있다. 상기 단자 부재(160)의 체결 홀(165)은 리드 탭(120)의 체결 홀(125)과 대응되는 위치에 형성된다. 상기 단자 부재(160)와 리드 탭(120)의 결속에 관하여, 예를 들어, 단자 부재(160)와 리드 탭(120)을 서로 겹쳐지게 배치하고, 단자 부재(160)와 리드 탭(120)의 서로 대응되는 위치에 형성된 체결 홀(125,165)을 통하여 관통 체결 부재(181)를 끼워 조립하고, 예를 들어, 관통 체결 부재(181)가 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 형성된 나사 산(미도시)에 결합됨으로써 단자 부재(160)와 리드 탭(120)이 결속될 수 있다.
상기 단자 부재(160)와 리드 탭(120) 간의 결속은, 프레임 케이스(150)와 전지 유닛(100) 간의 결합과 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 프레임 케이스(150)와 전지 유닛(100)을 서로 대면하게 배치하되, 제1 지지부(151)와 전지 셀(110)이 서로 마주하도록, 그리고, 제2 지지부(152)와 리드 탭(120)이 서로 마주하도록 프레임 케이스(150)과 전지 유닛(100)을 배치한다.
상기 제2 지지부(152)는 단자 부재(160)를 개재하여 리드 탭(120)과 마주하게 배치되며, 예를 들어, 상기 제2 지지부(152)에 단자 부재(160)가 이미 고정된 상태로, 단자 부재(160)와 리드 탭(120)이 서로 대면하게 배치될 수 있다. 그리고, 관통 체결 부재(181)가 단자 부재(160)에 결합됨으로써 단자 부재(160) 및 리드 탭(120)을 결속시킨다. 이때, 상기 관통 체결 부재(181)가 리드 탭(120)을 관통하여 단자 부재(160)에 체결됨으로써 전지 유닛(100)과 프레임 케이스(150)가 함께 결속될 수 있다.
환언하면, 단자 부재(160)와 리드 탭(120) 간의 결속을 통하여, 단자 부재(160)가 고정된 프레임 케이스(150)와 리드 탭(120)이 고정된 전지 유닛(100) 간의 결합이 함께 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 예시된 바에 한정되지 않으며, 예를 들어, 프레임 케이스(150)과 전지 유닛(100) 간의 결합을 위한 별도의 결합구조가 마련될 수도 있음은 물론이다.
상기한 바와 같이, 관통 체결 부재(181)가 리드 탭(120)을 관통하여 단자 부재(160)에 체결됨으로써 프레임 케이스(150)와 전지 유닛(100) 간에 기계적인 체결이 이루어질 수 있다.
특히, 대용량 고출력의 중대형 전지에서는 단자 부재(160)와 리드 탭(120)을 포함하는 접속부의 두께가 증가될 필요가 있고, 이에 따라, 열 융착에 의한 접합보다는 관통 체결 부재(181)에 의한 기계적 체결이 보다 유리하게 적용될 수 있다. 열 융착에 의한 접합방식에서는 고출력 열원이 요구되고, 접합강도의 미달과 불균일한 산포 등의 문제가 야기되며, 융착 가능한 두께에도 한계가 있기 때문이다. 이에, 상기 관통 체결 부재(181)로는 이들 리드 탭(120) 및 단자 부재(160)를 기계적인 방식으로 결속할 수 있는 구조가 바람직하며, 예를 들어, 볼트 구조로 제공될 수 있다.
도 1을 참조하면, 리드 탭(120)의 일면, 예를 들어, 저면은 단자 부재(160)와 면 접촉을 이루며, 관통 체결 부재(181)의 체결 압력에 따라 리드 탭(120)은 단자 부재(160)에 대해 강제되며 서로에 대해 밀접하게 접촉된다. 이때, 상기 리드 탭(120)의 타면, 예를 들어, 상면에는 홀더 케이스(130)가 덧대어 질 수 있다.
상기 홀더 케이스(130)는 리드 탭(120), 단자 부재(160) 등의 통전 부재가 외부로 노출되지 않도록 하며, 이들 통전 부재가 외부로 노출되지 않도록 외부 환경으로부터 절연시킴으로써 외부 환경에 의한 전기적인 간섭을 배제하기 위한 목적에 기여할 수 있다.
도 4에는 홀더 케이스(130)의 보다 상세한 도면이 도시되어 있는데, 홀더 케이스(130)의 저면 측 사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 홀더 케이스(130)의 외측 부분은 절연성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 홀더 케이스의 외측 부분을 형성하는 커버 부재(130a)는 절연성 수지 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 홀더 케이스(130)는 단자 부재(160)와 리드 탭(120)이 형성하는 접속부의 전기적 접속상태를 강화시킴으로써 접속부의 전기 저항을 줄이고, 궁극적으로 충, 방전 효율을 향상시키기 위한 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 홀더 케이스(130)는 리드 탭(120)을 단자 부재(160)에 대해 강제하는 균일한 면 압력을 제공할 수 있고, 이를 통하여 리드 탭(120)과 단자 부재(160) 간의 결속력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 탭(120)은 단자 부재(160)와 홀더 케이스(130) 사이에서 샌드위치 형태로 밀착될 수 있으며, 이들 사이에서 협착되며 이들과 견고한 전기적 결속을 형성할 수 있다.
상기 홀더 케이스(130)는 추가적인 도통 영역을 제공함으로써 충, 방전 전류의 전기 저항을 감소시킬 수 있다. 이를 위해 상기 홀더 케이스(130)의 리드 탭(120)과 대면 접촉하는 내측 부분은 도전성 플레이트(130b)로 이루어질 수 있으며, 상기 도전성 플레이트(130b)는 전기 전도성이 우수한 금속 소재로 형성될 수 있다. 상기 홀더 케이스(130)는 제1, 제2 리드 탭(121,122)에 각각 결합되도록 좌우 양편의 한 쌍으로 마련될 수 있다.
상기 홀더 케이스(130)는 평판 형태로 형성될 수 있으며, 관통 체결 부재(181)의 관통을 위한 체결 홀(135)을 포함할 수 있다. 상기 홀더 케이스(130)의 체결 홀(135)은 리드 탭(120)의 체결 홀(125)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 홀더 케이스(130)에는 단자 부재(160)와 리드 탭(120)을 결속시키는 관통 체결 부재(181)가 함께 관통하도록 끼워질 수 있으며, 동일한 관통 체결 부재(181)에 의해 상기 단자 부재(160)와 리드 탭(120) 및 홀더 케이스(160)가 모두 결속될 수 있다. 즉, 동일한 관통 체결 부재(181)가 홀더 케이스(130), 리드 탭(120)을 관통하여 단자 부재(160)에 체결됨으로써 전지 팩(190)의 조립작업이 단순화될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 전지 팩(190)을 직립 자세로 도시한 사시도이다. 다만, 동 도면에서 홀더 케이스(130)의 도시는 생략되었다. 도면을 참조하면, 프레임 케이스(150)의 제2 지지부(152)에는 단자 부재(160)가 결합되는데, 예를 들어, 단자 부재(160)의 일면(도면에서 상면)이 노출되도록 제2 지지부(152)에 결합될 수 있다.
상기 단자 부재(160)의 노출된 상면에는 다수의 전지 팩(190)들을 서로 전기적으로 결속시킴으로써 대용량 고출력의 중대형 전지를 구성하기 위한 구조로서, 버스 바(미도시)의 체결 구조(128)가 형성될 수 있다. 이외에 전지 팩(129)들의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)나 외부기기(미도시)와의 신호 및 전원 전송경로를 형성하는 전송경로의 입출력부(129)가 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 전지 팩의 두께 방향으로 결속력을 제공하는 것은, 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 결합되는 관통 체결 부재(181)에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 단자 부재(160)에 형성된 결합구조, 예를 들어, 관통 체결 부재(181)가 결합되는 단자 부재(160)의 나사 산(미도시)이 기계적 마모 등에 의해 망가지더라도 전지 팩의 두께 방향으로 결속력을 제공하는 보조 체결 수단(181,182)을 용이하게 도입할 수 있다.
상기 보조 체결 수단(181,182)은 상기 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)를 포함할 수 있는데, 이러한 보조 체결 수단(181,182)으로는 단자 부재(160)와 리드 탭(120)에 형성된 체결 홀(125,165)을 관통하여 끼워질 수 있는 여하의 체결 구조가 모두 적용될 수 있으며, 볼트-너트의 조립체가 예시될 수 있다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재(181)는 단자 부재(160)에 나사 결합될 수 있으며, 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 형성된 나사 산(미도시)과 나사 결합을 이룰 수 있다. 이때, 상기 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 형성된 나사 산(미도시)은 장시간의 체결상태가 유지됨에 따라 또는 외력 등에 의해 관통 체결 부재(181)와의 기계적인 간섭 및 마모가 진행되면서 나사 산의 형태가 망가질 수 있고, 이에 따라 서로 형합하는 관통 체결 부재(181)와 단자 부재(160) 간의 체결력이 떨어질 수 있다.
이때, 전지 팩(190)의 결속상태를 강화하기 위한 보수가 필요하게 되는데, 본 발명에서는 보조 체결 수단(181,182)이 용이하게 도입될 수 있는 구조를 제공함으로써 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
도 6에는 도 1에 도시된 전지 팩을 저면 측에서 도시한 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 7에는 도 6의 VII 부분을 확대 도시한 도면이다. 또한, 도 8은 도 6의 전지 팩 저면의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 전지 팩(190)의 두께방향을 따라 동축(Z)으로 보조 체결 수단(181,182)이 배치되고, 상기 보조 체결 수단(181,182)은 서로에 대해 기계적인 결합을 이루는 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)를 포함할 수 있다. 상기 관통 체결 부재(181)는 서로에 대해 겹쳐지게 배치된 리드 탭(120), 단자 부재(160), 및 제2 지지부(152)를 연속적으로 관통하며 제2 지지부(152)의 하방에 배치된 결합 체결 부재(182)와 기계적인 결합을 이루게 된다.
상기 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)가 서로에 대해 기계적인 결합을 형성함으로써, 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)의 사이에 적층된 리드 탭(120) 등이 서로에 대해 밀집되며, 서로에 대해 결속된다.
상기 관통 체결 부재(181)는 제2 지지부(152)의 상방으로부터 끼워지며, 제2 지지부(152)의 하방에 배치된 결합 체결 부재(182)와 기계적인 결합을 형성한다. 상기 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)는 서로에 대해 상대적인 체결 동작을 통하여 서로에 대해 결속된다.
예를 들어, 상기 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)는 서로에 대해 상대적인 회전 동작을 통하여 서로에 대해 나사 결합을 이루게 되며, 이를 위해, 상기 관통 체결 부재(181)의 외주 면에는 와선 형태의 나사 산이 형성될 수 있고, 상기 관통 체결 부재(181)의 상대편이 되는 결합 체결 부재(182)의 내주 면에는 나선형 홈(미도시)이 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)가 동축(Z 축)으로 배치된 상태에서, 결합 축(Z 축)을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전됨으로써 나사 산과 나선형 홈(미도시) 간의 치합을 이루며 나사 결합을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152) 내에 매립되어 있다. 즉, 상기 결합 체결 부재(182)는 상기 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)에 끼워 조립되어 있는데, 체결 홀(155)과 형합을 이루며 체결 홀(155)의 내벽에 밀착되어 구속되어 있다.
예를 들어, 상기 결합 체결 부재(182)는 대략 다면체의 외형을 갖고, 상기 체결 홀(155)은 결합 체결 부재(182)와 형합을 이루는 다면체 형상으로 형성된다. 예를 들어, 상기 결합 체결 부재(182)는 육각 너트 형상을 취할 수 있으며, 상기 체결 홀(155)은 육각 너트 형상의 홀 구조로 형성될 수 있다. 상기 결합 체결 부재(182) 및 이와 정합하는 체결 홀(155)의 구조는 예시된 바에 의해 한정되지 않는다.
다만, 원통 형상과 같이, 결합 체결 부재(182)와 제2 지지부(152) 간의 상대적인 회전 즉, 슬립이 허용되는 구조라면, 회전 방향으로 결합 체결 부재(182)를 고정하기에 적합하지 않을 수 있고, 볼트-너트와 같은 회전형 체결 구조에 적합하지 않을 수 있다.
상기 결합 체결 부재(182)와 체결 홀(155)이 서로에 대해 형합된 상태에서, 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152)에 의해 구속되면서 결합 축(Z 축) 방향의 회전 움직임이 규제되며, 서로에 대한 상대적인 슬립이 허용되지 않는다. 따라서, 결합 체결 부재(182)가 겉돌지 않고, 관통 체결 부재(181)만의 상대적인 회전 동작을 통하여 보수 작업이 완료될 수 있다.
상기 관통 체결 부재(181)는 단자 부재(160)과의 결합을 통하여 전지 팩의 두께 방향으로 결속력을 부여할 수 있다. 여기서, 관통 체결 부재(181)와의 마찰 마모에 따라 단자 부재(160)의 체결 홀(165)에 형성된 나사 산(미도시)이 망가지면, 후술하는 바와 같이, 보조 체결 수단(181,182)을 이용한 보수 작업이 수행될 수 있다.
즉, 제2 지지부(152)에 형성된 체결 홀(155)의 이면 측, 그러니까 리드 탭(120)과 반대되는 체결 홀(155)에는 결합 체결 부재(182)를 매립할 수 있는 육각 너트 형상이 마련된다. 상기 체결 홀(155)의 육각 너트 형상에 대해 결합 체결 부재(182)를 끼워 고정시킨 후, 관통 체결 부재(181)의 체결 작업을 수행한다. 이때, 결합 체결 부재(182)는 체결 홀(155)에 의해 매립된 상태로 고정되므로, 관통 체결 부재(181)만의 체결 작업에 따라 보조 체결 수단(181,182)의 체결 작업이 완료될 수 있다. 예를 들어, 결합 체결 부재(182)를 체결 홀(155)에 끼운 후, 관통 체결 부재(181)를 조임으로써, 관통 체결 부재(181)와 결합 체결 부재(182)가 서로에 대해 체결될 수 있다.
이렇게 관통 체결 부재(181)의 체결동작만으로 보조 체결 수단(181,182)의 체결 작업이 용이하게 이루어질 수 있으므로, 보수 작업성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 단자 부재(160)의 체결 홀(165, 보다 구체적으로 체결 홀에 형성된 나사 산)과의 결합에 의해 전지 팩의 두께 방향으로 결속력을 제공하던 관통 체결 부재(181)는, 체결 홀(165)의 나사 산(미도시)이 마모됨에 따라 충분한 결속력을 제공할 수 없고 보수작업이 요구된다.
이때, 제2 지지부(150)의 체결 홀(155)에는 결합 체결 부재(182)를 매립할 수 있는 구조가 마련되므로, 결합 체결 부재(182)를 상기 체결 홀(155)에 끼워 형합시킴으로써 결합 체결 부재(182)의 슬립을 방지할 수 있고 관통 체결 부재(181)만의 체결동작으로 보조 체결 수단(181,182)의 체결 작업이 이루어질 수 있다.
상기 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152)와 함께 일체적으로 형성되거나 또는 제2 지지부(152)의 형성 후 보수작업이 요구될 때 체결 홀(155) 내에 끼워 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 결합 체결 부재(182)는 이종 재질 간의 사출 성형을 통하여 제2 지지부(152)와 함께 일체로 형성될 수 있는데, 즉, 상기 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152)를 성형하는 성형 틀(미도시) 내에 배치되고, 제2 지지부(152)를 형성하는 원소재 페이스트(미도시)의 주입을 통하여 제2 지지부(152) 내에 매립되어 일체화된 형태로 인서트(insert) 사출 성형될 수 있다.
상기 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152)가 형성된 후 보수작업이 요구될 때 비로서 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)에 끼워 조립될 수 있다. 즉, 상기 결합 체결 부재(182)는 보수작업이 요구되는 시점에서 체결 홀(155)에 끼워 조립될 수 있다. 이러한 관점에서, 상기 결합 체결 부재(182)는 본 발명의 필수적인 구성은 아니며, 예를 들어, 결합 체결 부재(182)를 매립할 수 있는 체결 홀(155)을 갖추면 충분하다. 상기 결합 체결 부재(182)는 추후 보수작업이 요구되는 시점에서 체결 홀(155)에 끼워 조립될 수 있기 때문이다.
한편, 볼트-너트와 같은 회전형 체결 구조에서, 상기 결합 체결 부재(182)는 제2 지지부(152)의 구속에 의해 회전 동작이 저지되는 것이면 충분하고 예를 들어, 결합 축(Z 축) 방향으로의 움직임, 예를 들어, 상기 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)로 끼워지는 방향의 움직임이나, 체결 홀(155)로부터 이탈되는 방향의 움직임을 규제할 필요는 없다. 예를 들어, 상기 결합 체결 부재(182)는 보수 작업시에 비로서 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)에 대해 끼워질 수 있다. 그리고, 상기 결합 체결 부재(182)는, 관통 체결 부재(181)와의 결합을 통하여 결합 축(Z 축) 방향으로 위치 고정될 수 있다.
상기와 같은 고려로부터, 상기 결합 체결 부재(182)가 제2 지지부(152) 내에 매립된다고 할 때나, 상기 결합 체결 부재(182)가 제2 지지부(152)에 대해 형합된다고 할 때, 상기 결합 체결 부재(182)가 제2 지지부(152)에 의해 완전히 구속된다는 것을 의미하는 것은 아니다.
한편, 도면에 도시된 실시형태에서, 상기 체결 부재(181,182)로는 볼트-너트와 같은 회전형 체결 구조가 예시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 즉, 회전형 체결 구조 이외에, 관통 체결 부재(181)가 결합 체결 부재(182)에 대해 병진 방향, 예를 들어, 결합 축(Z 축) 방향으로 가압되어 끼워지는 방식의 병진형 체결 구조에 대해서도 적용될 수 있으며, 다만, 이러한 경우에 제2 지지부(152)는 결합 체결 부재(182)의 병진 방향 움직임을 규제할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 전지 유닛 110: 전지 셀
120: 리드 탭 121: 제1 리드 탭
122: 제2 리드 탭 125,135,155,165: 체결 공
130: 홀더 케이스 130a: 커버 부재
130b: 도전성 플레이트 150: 프레임 케이스
151: 제1 지지부 151`: 벤트 홀
151a: 본체부 151b: 리브
152: 제2 지지부 156: 고정 돌기
166: 고정 홀 170: 스페이서
181: 관통 체결 부재 182: 결합 체결 부재
190: 전지 팩 Z: 결합 축
120: 리드 탭 121: 제1 리드 탭
122: 제2 리드 탭 125,135,155,165: 체결 공
130: 홀더 케이스 130a: 커버 부재
130b: 도전성 플레이트 150: 프레임 케이스
151: 제1 지지부 151`: 벤트 홀
151a: 본체부 151b: 리브
152: 제2 지지부 156: 고정 돌기
166: 고정 홀 170: 스페이서
181: 관통 체결 부재 182: 결합 체결 부재
190: 전지 팩 Z: 결합 축
Claims (15)
- 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 밀봉하는 파우치를 포함하는 전지 셀과, 상기 전지 셀로부터 인출되는 리드 탭을 포함하는 전지 유닛;
상기 전지 유닛을 지지하기 위한 것으로, 상기 전지 셀이 지지되는 제1 지지부와, 상기 리드 탭이 지지되는 제2 지지부를 포함하는 프레임 케이스; 및
상기 리드 탭을 관통하여 제2 지지부로 연장되는 관통 체결 부재;를 포함하고,
상기 제2 지지부에는 상기 관통 체결 부재를 수용하는 것으로, 상기 관통 체결 부재와의 기계적인 결합을 위한 결합 체결 부재를 매립할 수 있는 체결 홀이 형성되며,
상기 프레임 케이스의 제1, 제2 지지부는 각각 금속 계열과 수지 계열을 포함하고, 상기 제1, 제2 지지부는 서로 일체적으로 형성되어 있고,
상기 제2 지지부 상에는, 각각 상기 리드 탭의 상하면과 전기 접촉을 형성하는 단자 부재 및 홀더 케이스가 배치되고,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 관통하여 상기 제2 지지부의 체결 홀에 끼워지는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제1항에 있어서,
상기 관통 체결 부재는 그 결합 축에 대한 회전 동작으로 결합 체결 부재에 대해 체결될 수 있는 회전형 체결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제2항에 있어서,
상기 체결 홀은 결합 체결 부재의 회전 움직임을 구속하도록 다면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제1항에 있어서,
상기 체결 홀은 결합 체결 부재와 형합을 이루도록 다면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제4항에 있어서,
상기 체결 홀은 육각 너트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 연속적으로 관통하도록 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 삭제
- 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 밀봉하는 파우치를 포함하는 전지 셀과, 상기 전지 셀로부터 인출되는 리드 탭을 포함하는 전지 유닛;
상기 전지 유닛을 지지하기 위한 것으로, 상기 전지 셀이 지지되는 제1 지지부와, 상기 리드 탭이 지지되는 제2 지지부를 포함하는 프레임 케이스; 및
상기 리드 탭과 제2 지지부를 함께 결속시키는 것으로, 상기 리드 탭을 관통하여 제2 지지부로 연장되는 관통 체결 부재;를 포함하고,
상기 제2 지지부에는 상기 관통 체결 부재를 수용하는 것으로, 상기 관통 체결 부재와의 기계적인 결합을 위한 결합 체결 부재가 형합될 수 있는 체결 홀이 형성되며,
상기 프레임 케이스의 제1, 제2 지지부는 각각 금속 계열과 수지 계열을 포함하고, 상기 제1, 제2 지지부는 서로 일체적으로 형성되어 있고,
상기 제2 지지부 상에는, 각각 상기 리드 탭의 상하면과 전기 접촉을 형성하는 단자 부재 및 홀더 케이스가 배치되고,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 관통하여 상기 제2 지지부의 체결 홀에 끼워지는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제9항에 있어서,
상기 관통 체결 부재는 그 결합 축에 대한 회전 동작으로 결합 체결 부재에 대해 체결될 수 있는 회전형 체결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제10항에 있어서,
상기 체결 홀은 결합 체결 부재의 회전 움직임을 구속하도록 다면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 제9항에 있어서,
상기 체결 홀은 육각 너트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 관통 체결 부재는 상기 홀더 케이스, 리드 탭, 및 단자 부재를 연속적으로 관통하도록 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 삭제
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