KR101289579B1 - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기에 의해 충전되었다가 전원의 공급원으로 사용되는 배터리 팩에 관한 것으로, 콤팩트하게 생산되어 휴대가 편리함에 따라 전기자전거, 전동공구, 레저용(핸드폰 충전, 전등의 전원 등)으로 사용하기에 적합하도록 한 것이다.
이를 위해, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 셀(20)과, 상기 셀의 양단에 위치되어 각각의 셀 단자가 외부로 노출되도록 하는 통공(31)이 형성됨과 동시에 통공의 일 측으로는 셀의 이탈을 방지하는 턱걸이(32)가 형성되고, 외면에는 니켈 플레이트가 안착되는 복수 개의 요입면(33)이 형성되며 상부면에는 기판안착부(34)가 일체로 형성된 스페이서(30)와, 상기 스페이서에 형성된 각 요입면에 위치결정수단(50)에 의해 위치 결정되어 각 셀의 단자와 용접 고정되는 복수 개의 니켈 플레이트(40)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 {Battery Pack}

본 발명은 전기에 의해 충전되었다가 전원의 공급원으로 사용되는 배터리 팩에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 콤팩트(compact)하게 생산되어 휴대가 편리함에 따라 전기자전거, 전동공구, 레저용(핸드폰 충전, 전등의 전원 등)으로 사용하기에 적합한 배터리 팩(Battery Pack)에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 팩은 병렬 접속하는 셀의 개수를 많이 하여 출력 전류를 높이고, 또 직렬 접속하는 셀의 수를 많이 하여 출력전압을 높게 할 수 있다.

이것으로부터 대 출력이 요구되는 용도(예를 들어 자전거, 공구, 자동차 등)로 배터리 팩을 적용할 수 있도록 복수 개의 셀을 병렬에 접속함과 동시에 이것을 다시 직렬로 접속하여 높은 출력을 얻고 있다.

다수의 셀을 내장하는 배터리 팩으로써 셀의 양단부를 엔드 플레이트로 지지하고 상기 엔드 플레이트에는 리드판을 배치하며, 리드판은 셀의 단부 전극에 스폿 용접하여서 된 배터리 팩이 알려져 있다.

도 1 내지 도 4는 종래의 배터리 팩을 나타낸 것으로써, 도 1은 종래의 배터리 팩을 나타낸 사시도이고 도 2는 도 1의 측면도이며 도 3은 도 2의 A - A선을 따라 절단하여 나타낸 사시도이다.

종래의 배터리 팩은 복수의 셀(1)과, 상기 셀(1)을 정 위치에 배치하는 엔드 플레이트(2)와, 상기 엔드 플레이트의 외측에 배치되고, 셀에 용접되어 접속되는 리드판(5)과, 상기 리드판이 접속하고 있는 회로 기판(6)과, 상기 회로 기판을 수납하는 기판 홀더(7)로 구성되어 있다.

복수 개의 셀(1)은 양단의 단부 전극에 리드판(5)이 용접 고정되어 있는데, 서로 직렬과 병렬로 연결되어 있다.

각각의 리드판(5)은 엔드 플레이트(2)에 있어서 상면에 배치하고 있는 회로 기판(6)에 접속하고 있는데, 상기 리드판(5)은 회로 기판(6)에 접속하는 접속부(5A)를 단부로부터 돌출되게 마련하고 있다.

이 때, 접속부(5A)는 리드 선(13)을 통하여 회로 기판(6)에 접속되어 있다.

상기 엔드 플레이트(2)는 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 셀(1)의 단부가 끼워져 보관 유지하는 지지통(3)을 내측에 일체적으로 성형되어 있고 그 외 측면으로 마련하고 있는 끼워맞춤 오목부(4)에 리드판(5)을 넣어 정 위치에 배치하고 있다.

상기 엔드 플레이트(2)는 리드판(5)을 정 위치에 가고정하는 임시 고정부(9)가 마련되어 있어 셀(1)의 단부 전극에 스폿 용접되어 있는데, 상기 임시 고정부(9)는 리드판(5)의 자중에 의한 낙하를 저지하고 정 위치에 가고정되는 역할을 하게 된다.

상기 엔드 플레이트(2)에는 리드판(5)을 박아 넣는 끼워맞춤 오목부(4)의 내측에 위치되도록 하는 임시 고정부(9)를 마련하고 있는데, 하부의 임시 고정부(9)는 끼워맞춤 오목부(4)의 내측에 돌출하는 걸림 리브(9A)이다.

상기 끼워맞춤 오목부(4)의 내측에 탄성적으로 돌출하는 탄성 리브(9B)는 리드판(5)을 끼워맞춤 오목부(4)에 넣을 때, 도 4의 실선 위치로부터 긴 점선 위치로 이동하여 리드판(5)을 끼워맞춤 오목부(4)에 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 리드판(5)이 정 위치에 넣어진 다음은 탄성적인 복원력으로 실선 위치에 복귀하여 리드판(5)이 끼워맞춤 오목부(4)로부터 나오는 것을 저지하게 된다.

상기 엔드 플레이트(2)는 끼워맞춤 오목부(4)의 하부에 걸림 리브(9A)의 임시 고정부(9)가 마련되어 있고, 상부에는 탄성 리브(9B) 로 이루어진 임시 고정부(9)가 마련되어 있다.

이러한 구조의 엔드 플레이트(2)는 리드판(5)의 하단부를 걸림 리브(9A)의 안쪽으로 밀어 넣은 후, 상부를 끼워맞춤 오목부(4)에 밀어 넣고 리드판(5)의 상단의 접속부(5A)를 탄성 리브(9B)로 지지함으로써 끼워맞춤 오목부(4)에 설치할 수 있게 된다.

따라서 복수 개의 셀(1)을 엔드 플레이트(2)에 형성된 지지통(3)의 내부에 삽입한 후, 1쌍의 지지통(3)을 연결하게 된다.

그 후, 상기 지지통(3)의 상방에 기판 홀더(7)을 고정하는데, 상기 기판 홀더에는 미리 회로 기판(6)이 고정되어 있다.

상기 엔드 플레이트(2)의 외측에 마련하고 있는 끼워맞춤 오목부(4)에 리드판(5)을 넣어 리드판이 끼워맞춤 오목부(4)에서 자중에 의해 낙하하지 않도록 임시 고정부(9)에 의해 가고정하게 된다.

또, 리드판(5)을 자석(60)으로 흡착하여 자중으로 낙하하지 않는 상태로 가고정한 상태에서 이들을 수평 자세로 유지한 상태에서 용접 전극을 압압하여 리드판(5)을 셀(1)의 단부 전극에 스폿 용접하게 된다.

그 후, 리드판(5) 접속부(5A)를 회로 기판(6)에 접속하게 된다.

그러나 이러한 종래의 장치는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.

첫째, 복수 개의 셀이 삽입된 한 쌍의 엔드 플레이트를 상호 고정시킨 상태에서 엔드 플레이트에 형성된 끼워맞춤 오목부를 통해 리드판을 끼워 임시 고정부에 의해 지지하도록 되어 있어 좁은 끼워맞춤 오목부를 통해 리드판을 조립하는 작업이 번거로울 뿐만 아니라 끼워맞춤 오목부를 통해 리드판을 조립한 다음에는 리드판을 임시 고정하는 임시 고정부에 의해 일일이 고정하여야만 되었으므로 셀에 리드판을 용접 고정하는 작업이 번거로워 생산성이 떨어지게 된다.

둘째, 한 쌍의 엔드 플레이트가 도 3에 나타낸 바와 같이 소정의 두께를 갖는 몰드물(molding物)이어서 배터리 팩을 소형 경량화하는데 한계가 있다.

셋째, 회로기판을 고정하기 위한 별도의 기판 홀더를 엔드 플레이트의 사이에 고정하여야만 되었으므로 부품수가 증가됨은 물론 조립성이 떨어지게 된다.

넷째, 셀의 단부 전극에 리드판을 위치시키는 작업을 각 끼워맞춤 오목부를 통해 일일이 수작업으로 진행하므로 인해 작업능률이 떨어지게 된다.

다섯째, 복수 개의 셀이 상호 접속된 상태로 설치되므로 배터리 팩의 동작 시 발생되는 열을 외부로 신속하게 방열시키는데 한계가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 그 구조를 개선하여 한 쌍의 스페이서에 복수 개의 셀의 조립 및 스페이서에 조립되어 각 셀에 전원을 인가하는 니켈 플레이트의 조립성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 스페이서의 구조를 변경하여 별도의 기판홀더를 사용하지 않고도 회로기판을 장착할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스페이서에 설치되는 복수 개의 셀이 상호 이격되도록 하여 배터리 팩의 동작 시 열의 발생을 최소화할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 셀과, 상기 셀의 양단에 위치되어 각각의 셀 단자가 외부로 노출되도록 하는 통공이 형성됨과 동시에 통공의 일 측으로는 셀의 이탈을 방지하는 턱걸이가 형성되고, 외면에는 니켈 플레이트가 안착되는 복수 개의 요입면이 형성되며 상부면에는 기판안착부가 일체로 형성된 스페이서와, 상기 스페이서에 형성된 각 요입면에 위치결정수단에 의해 위치 결정되어 각 셀의 단자와 용접 고정되는 복수 개의 니켈 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공된다.

본 발명은 종래의 배터리 팩에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 한 쌍의 스페이서 사이에 복수 개의 셀을 조립하는 과정에서 복수 개의 셀이 스페이서에 형성된 턱걸이에 걸려 위치가 결정됨과 동시에 지지되므로 이들의 신속한 조립이 가능해지게 된다.

둘째, 니켈 플레이트가 스페이서의 외부에 위치되게 용접 고정되므로 니켈 플레이트의 조립성이 향상된다.

셋째, 니켈 플레이트가 위치결정수단에 의해 스페이서에 조립되는 구조이어서 지그(jig)에 의해 복수 개의 셀을 니켈 플레이트에 한꺼번에 조립할 수 있게 되므로 생산성을 향상시키게 된다.

넷째, 스페이서에 BMS기판을 설치하기 위한 기판장착부가 일체로 형성되어 있어 부품수를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 조립 생산성을 향상시키게 된다.

다섯째, 한 쌍의 스페이서에 복수 개의 셀이 상호 이격되게 설치됨에 따라 배터리 팩의 동작 시 발생되는 열을 최소화하게 된다.

도 1은 종래의 배터리 팩을 나타낸 사시도
도 2는 도 1의 측면도
도 3은 도 2의 A - A선을 따라 절단하여 나타낸 사시도
도 4는 도 2의 B - B선을 따라 절단하여 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 배터리 팩을 나타낸 분해 사시도
도 6은 도 5의 조립상태 사시도
도 7은 한 쌍의 스페이서가 조립된 상태의 사시도
도 8은 스페이서의 상면에 니켈 플레이트가 위치결정수단에 의해 조립된 상태의 평면도
도 9는 도 6의 종단면도

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 5 내지 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 배터리 팩을 나타낸 분해 사시도이고 도 6은 도 5의 조립상태 사시도이며 도 7은 한 쌍의 스페이서가 조립된 상태의 사시도로써, 본 발명은 복수 개의 셀(20)이 삽입된 한 쌍의 스페이서(30)의 외부에서 니켈 플레이트(40)를 셀(20)의 단부 전극에 용접 고정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

복수 개의 셀(20)이 지그재그로 위치되게 고정되도록 한 쌍의 스페이서(30)에는 셀(20)의 개수와 동일한 개수의 통공(31)이 지그재그로 형성되어 있고 상기 통공(31)의 일 측으로는 셀의 이탈을 방지하는 턱걸이(32)가 형성되어 있으며 외면에는 니켈 플레이트(40)가 안착되는 복수 개의 요입면(33)이 형성되어 있다.

상기 통공(31)의 일 측으로 형성되어 셀(20)의 이탈을 방지하는 턱걸이(32) 중 가장자리에 위치하는 턱걸이는 “L”형상이고, 중간에 위치하는 턱걸이는 “T”형상으로 이루어져 있어 턱걸이의 형성 개수를 최소화하면서도 스페이서(30)의 통공(31)에서 셀(20)이 빠져나오는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이 때, 상기 스페이서(30)의 상부면에는 기판안착부(34)가 일체로 형성되어 있어 종래의 배터리 팩과 같이 별도의 기판 홀더를 조립할 필요가 없게 되므로 조립 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 스페이서(30)에 형성된 각 요입면(33)에는 니켈 플레이트(40)가 위치결정수단(50)에 의해 위치 결정되어 각 셀의 단자와 용접 고정되어 있는데, 상기 위치결정수단(50)으로 본 발명의 일 실시예에서는 도 5 및 도 7에 나타낸 바와 같이 스페이서(30)에 형성된 복수 개의 맞춤돌기(51)와, 상기 셀(20)에 형성되어 각 맞춤돌기에 끼워져 셀의 위치가 가변되지 않도록 하는 끼움구멍(52)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 한 쌍의 스페이서(30) 중 어느 하나의 스페이서(30)를 눕혀 통공(31)이 작업대(도시는 생략함)에 밀착되도록 한 다음 스페이서(30)에 형성된 각 통공(31)으로 셀(20)을 지그(jig)에 의해 수직방향으로 동시에 집어넣으면 셀의 일단이 통공(31)의 일 측으로 형성된 턱걸이(32)에 걸리게 되므로 스페이서(30)에서 셀(20)이 이탈되지 않는다.

이와 같이 어느 하나의 스페이서(30)에 복수 개의 셀(20)을 집어넣고 나면 반대편에 나머지 스페이서(30)를 조립함과 동시에 복수 개의 스크류(도시는 생략함)를 이용하여 이들을 일체화하게 된다.

이에 따라, 나중에 조립되는 스페이서(30)의 통공(31)을 통해 셀(20)의 단자가 외부로 노출된다.

이러한 상태에서 복수 개의 니켈 플레이트(40)를 지그에 의해 스페이서(30)에 형성된 요입면(33)에 얹히면 도 8과 같이 니켈 플레이트(40)에 형성된 끼움 구멍(52)이 맞춤 돌기(51)로 삽입되어 니켈 플레이트(40)의 위치가 결정되므로 니켈 플레이트(40)의 상면에서 동시에 스폿 용접을 실시하여 니켈 플레이트의 단자를 셀(20)의 단자와 전기적으로 연결시킬 수 있게 된다.

이와 같이 일 측의 스페이서(30)에 니켈 플레이트(40)를 안착시켜 셀(20)의 단자와 스폿 용접하고 나면 어세이(assay)를 180°회전시킨 후 전술한 바와 동일한 작업에 의해 니켈 플레이트(40)를 셀(20)의 전극에 스폿 용접하게 됨은 이해 가능한 것이다.

전술한 바와 같이 각 스페이서(30)의 요입면(33)에 니켈 플레이트(40)를 위치시켜 셀(20)의 단자와 스폿 용접하고 나면 기판안착부(34)에 회로기판(도시는 생략함)을 고정한 후 니켈 플레이트(40)의 단자를 회로기판의 단자와 용접함으로써, 조립이 완성되는 것이다.

본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

20 : 셀 30 : 스페이서
31 : 통공 32 : 턱걸이
33 : 요입면 34 : 기판안착부
40 : 니켈 플레이트 50 : 위치결정수단
51 : 맞춤돌기 52 : 끼움구멍

Claims (4)

1. 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 셀(20)과, 상기 셀의 양단에 위치되어 각각의 셀 단자가 외부로 노출되도록 하는 통공(31)이 형성됨과 동시에 통공의 일 측으로는 셀의 이탈을 방지하는 턱걸이(32)가 형성되고, 외면에는 니켈 플레이트가 안착되는 복수 개의 요입면(33)이 형성되며 상부면에는 기판안착부(34)가 일체로 형성된 스페이서(30)와, 상기 스페이서에 형성된 각 요입면에 위치결정수단(50)에 의해 위치 결정되어 각 셀의 단자와 용접 고정되는 복수 개의 니켈 플레이트(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 위치결정수단(50)은 스페이서(30)에 형성된 복수 개의 맞춤돌기(51)와, 상기 셀(20)에 형성되어 각 맞춤돌기에 끼워져 셀의 위치가 가변되지 않도록 하는 끼움구멍(52)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스페이서(30)에 형성된 턱걸이(32) 중 가장자리에 위치하는 턱걸이는 “L”형상이고, 중간에 위치하는 턱걸이는 “T”형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스페이서(30)에 의해 위치가 결정되는 복수 개의 셀(20)이 상호 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.

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