KR102107547B1 - 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지팩에 관한 것으로서, 상하방향으로 적층되는 제1 및 제2 전지셀; 및 상호 대응하는 상기 제1 전지셀에 구비된 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀에 구비된 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결하고, 과충전 및 과전류로 인해 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 안전장치를 포함하며, 상기 안전장치는 상기 제1 및 제2 전극리드를 전기적으로 연결하는 연결부재, 및 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 상기 연결부재를 직선 이동 시킴에 따라 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 이동부재를 포함할 수 있다.

Description

전지팩{BATTERY PACK}
본 발명은 전지팩에 관한 것으로서, 특히 과충전 및 과전류로 인한 전지셀 팽창시 전류를 차단하여 안전성을 높인 전지팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다.
이러한 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되는 저용량 전지팩과, 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전류에 사용되는 대용량 전지팩이 있으며, 상기 전지팩은 복수개의 전지셀이 직렬로 연결되는 전지모듈과, 상기 전지모듈이 내장되는 전지케이스를 포함한다.
그러나 상기한 전지팩은 과충전 또는 단락에 의한 과전류 발생시 상기 전지모듈이 비정상적으로 팽창(swelling)하면서 폭발 또는 발화가 발생하는 문제점이 있었다.
특허등록번호 제10-1072955호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 과충전 및 과전류로 인해 전지모듈이 비정상적으로 팽창할 경우 전류를 차단하여 상기 전지모듈의 폭발 또는 발화를 방지하고, 그 결과 안정성을 높일 수 있는 전지팩을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 상하방향으로 적층되는 제1 및 제2 전지셀; 및 상호 대응하는 상기 제1 전지셀에 구비된 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀에 구비된 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결하고, 과충전 및 과전류로 인해 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 안전장치를 포함하며, 상기 안전장치는 상기 제1 및 제2 전극리드를 전기적으로 연결하는 연결부재, 및 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 직선 운동하여 상기 연결부재를 직선 이동 시킴에 따라 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 이동부재를 포함할 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 제1 및 제2 전지셀 사이에 구비되고, 상부 및 하부에 상기 제1 및 제2 전극리드의 선단이 각각 고정되는 케이스; 상기 제1 및 제2 전극리드의 선단에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결하는 연결부재; 상기 연결부재에 회전 가능하게 결합되고, 전진시 상기 연결부재를 상기 제1 및 제2 전극리드로부터 분리하여 전류를 차단하는 머리부와, 상기 케이스의 나사홀에 나사 결합되고 회전시 상기 나사홀 밖으로 인출되면서 상기 머리부를 전진시키는 나사부와, 상기 나사부의 단부에 구비되고 상기 나사부를 회전시키는 회전 기어부를 포함하는 이동부재; 및 상기 제1 전지셀에 부착되고, 상기 케이스에 형성된 제1 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되며, 상기 제1 전지셀의 팽창력에 의해 상기 케이스와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부를 회전시키는 제1 작동부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 전지셀 또는 상기 제2 전지셀은 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부를 실링하는 실링부가 형성되는 파우치, 및 상기 전극조립체에 결합되고 선단이 상기 파우치의 실링부를 통해 밖으로 인출되는 제1 및 제2 전극리드를 포함하며, 상기 케이스는, 상기 제1 전지셀의 제1 전극리드가 인출된 파우치의 실링부와, 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드가 인출된 파우치의 실링부 사이에 구비될 수 있다.
상기 케이스는, 상기 제1 전지셀의 실링부와 상기 제2 전지셀의 실링부의 바깥면에 부착되는 고정부와, 상기 제1 전지셀의 실링부와 제2 전지셀의 실링부의 안쪽면에 구비되며 상기 제1 작동부재가 삽입되는 상기 제1 관통홀이 형성된 장착부를 포함하며, 상기 장착부는 상기 고정부 보다 작은 두께로 형성하여 상기 제1 전지셀의 실링부와 상기 제1 관통홀 사이에 상기 제1 작동부재의 이동공간을 확보할 수 있다.
상기 제1 전지셀의 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드는 선단이 상기 케이스를 향해 접히면서 제1 접힌 선단과 제2 접힌 선단이 형성되고, 상기 제1 접힌 선단과 상기 제2 접힌 선단은 상기 케이스에 형성된 나사홀을 기준으로 상기 케이스의 상부와 하부에 각각 고정될 수 있다.
상기 연결부재는 사각판 형태를 가지고, 상기 케이스에 고정된 상기 제1 및 제2 전극리드의 선단에 동시에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결할 수 있다.
상기 제1 작동부재는, 상기 제1 전지셀의 실링부 안쪽면에 부착되는 제1 지지부와, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되는 제1 기어부를 포함할 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 제1 기어부를 상기 제1 관통홀을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제1 가이드부재를 포함하며, 상기 제1 가이드부재는 상기 제1 관통홀의 내면에 길이방향으로 형성되는 가이드돌기와, 상기 제1 기어부의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈을 포함할 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 제2 전지셀에 부착되고, 상기 케이스에 형성된 제2 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되며, 상기 제2 전지셀의 팽창력에 의해 상기 케이스와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부를 회전시키는 제2 작동부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 작동부재는, 상기 제2 전지셀의 실링부 안쪽면에 부착되는 제2 지지부와, 상기 케이스에 형성된 제2 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되는 제2 기어부를 포함할 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 제2 기어부를 상기 제2 관통홀을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제2 가이드부재를 포함하며, 상기 제2 가이드부재는 상기 제2 관통홀의 내면에 길이방향으로 형성되는 가이드돌기와, 상기 제2 기어부의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈을 포함할 수 있다.
상기 케이스, 상기 이동부재, 상기 제1 작동부재 및 제2 작동부재는 전기가 통하지 않는 비금속 또는 합성수지 소재로 형성할 수 있다.
상기 연결부재는 전류가 통하는 금속소재로 형성할 수 있다.
상기 머리부는 상기 연결부재가 위치한 상기 나사부에 고정되면서 상기 머리부를 상기 연결부재에 자유 회전 가능하게 결합하는 풀림방지부재를 포함할 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 본 발명의 전지팩은 안전장치를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 과충전 및 과전류로 인해 제1 및 제2 전지셀의 비정상적인 팽창시 상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀을 분리하여 전류를 안정적으로 차단할 수 있으며, 그 결과 폭발 또는 발화를 방지하여 안전성을 높일 수 있다.
둘째: 본 발명의 안전장치는 케이스, 연결부재, 이동부재 및 제1 작동부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 및 제2 전지셀의 비정상적인 팽창시 상기 제1 전지셀의 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드를 전류가 흐르지 않게 분리할 수 있으며, 그 결과 전류를 안정적으로 차단할 수 있다.
셋째: 본 발명의 안전장치의 케이스는 제1 및 제2 전극리드가 인출된 제1 전지셀의 실링부와 제2 전지셀의 실링부 사이에 구비되고, 고정부와 장착부를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 및 제2 전지셀이 팽창하더라도 안정된 고정력을 유지할 수 있다.
넷째: 본 발명의 케이스의 장착부는 고정부 보다 작은 두께를 가지는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 전지셀의 실링부와 작동부 사이에 제1 작동부재의 이동공간을 효과적으로 확보할 수 있다.
다섯째: 본 발명의 안전장치에서 연결부재는 사각판 형태를 가지는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 케이스의 상부와 하부에 고정된 제1 전지셀의 제1 전극리드의 선단과 제2 전지셀의 제2 전극리드의 선단에 동시에 접촉할 수 있고, 그 결과 상기 제1 전지셀의 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드를 안정적으로 연결할 수 있다.
여섯째: 본 발명의 안전장치의 제1 작동부재는 제1 지지부와 제1 기어부를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 전지셀 팽창시 이동부재를 안정적으로 회전시킬 수 있다.
일곱째: 본 발명의 안전장치는 제1 기어부를 케이스에 형성된 제1 관통홀을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제1 가이드부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 전지셀 팽창시 상기 제1 기어부가 상기 제1 관통홀을 따라 안정적으로 이동하면서 이동부재의 회전 기어부를 안정적으로 회전시킬 수 있다.
여덟째: 본 발명의 안전장치는 제2 전지셀의 실링부와 케이스 사이에 제2 작동부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 제2 전지셀 팽창시 상기 제2 작동부재는 제1 작동부재와 함께 이동부재를 안정적으로 회전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전장치를 도시한 분리사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전장치를 도시한 조립사시도.
도 4는 도 3에 표시된 A-A선 단면도.
도 5는 도 3에 표시된 B-B선 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 팽창시 안전장치가 작동한 상태를 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[일 실시예에 따른 전지팩]
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈(1)과 과충전 및 과전류에 의해 상기 전지모듈(1)의 비정상적인 팽창시 전류를 차단하여 폭발 또는 발화를 방지하는 안전장치(100)를 포함한다.
1. 전지모듈
전지모듈(1)은 상하방향을 따라 순차적으로 적층되는 제1 및 제2 전지셀(10)(20)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)은 직렬로 연결되는 구조를 가진다.
예를 들면, 상기 제1 전지셀(10)은 전극조립체(11), 상기 전극조립체(11)를 수용하는 파우치(12), 및 상기 전극조립체(11)에 결합되고 선단이 상기 파우치(12)를 통해 외부로 인출되는 제1 및 제2 전극리드(13)(14)를 포함하며, 상기 파우치(12)는 상기 전극조립체(11)를 수용하는 수용부(12a)와 상기 수용부(12a)를 실링하는 실링부(12b)를 포함한다.
상기 제2 전지셀(20)은 전극조립체(21), 상기 전극조립체(21)를 수용하는 파우치(22), 및 상기 전극조립체(21)에 결합되고 선단이 상기 파우치(22)를 통해 외부로 인출되는 제1 및 제2 전극리드(23)(24)를 포함하며, 상기 파우치(22)는 상기 전극조립체(21)를 수용하는 수용부(22a)와 상기 수용부(22a)를 실링하는 실링부(22b)를 포함한다.
한편, 상기 제1 전극은 양극(positive electrode)이고, 상기 제2 전극은 음극(negative electrode)이다. 그리고 상기 제1 전극리드는 양극리드이고, 상기 제2 전극리드는 음극리드이다.
여기서 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)와 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)는 상호 대응되게 배치되고 연결되며, 이에 따라 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)은 직렬로 연결되는 구조를 가진다.
한편, 상기 전지모듈(1)은 과충전 또는 침상 등의 외부 충격에 의한 과전류 발생시 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)이 비정상적으로 팽창하면서 폭발 또는 발화가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 본 발명에 따른 전지팩은 상기 전지모듈(1)에 과충전 및 과전류가 발생하면 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)를 전류가 흐르지 않도록 분리하는 안전장치(100)를 포함하며, 상기 안전장치(100)를 통해 전지모듈(1)의 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
특히, 안전장치(100)는 상호 대응하는 상기 제1 전지셀(10)에 구비된 제1 전극리드(13)와 상기 제2 전지셀(20)에 구비된 제2 전극리드(24)를 전류가 흐르게 연결하고, 과충전 및 과전류로 인해 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)의 팽창시 상기 제1 전극리드(13)와 상기 제2 전극리드(24)를 분리하여 전류를 차단한다. 이하, 안전장치에 대해 자세히 설명한다.
2. 안전장치
상기 안전장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 케이스(110), 연결부재(120), 이동부재(130), 제1 작동부재(140) 및 제2 작동부재(150)를 포함할 수 있다.
케이스
상기 케이스(110)는 제1 및 제2 전극리드를 고정하기 위한 것으로, 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20) 사이에 구비되고, 상부 및 하부에 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)와 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)가 각각 대응되게 고정된다. 즉, 상기 케이스(110)는 도 1을 참조하면, 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20) 사이에 구비되고, 도 1에서 보았을 때 우측면의 상부와 하부에 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13) 선단과 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24) 선단이 각각 대응되게 고정된다.
여기서 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)의 선단과 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)의 선단은 상기 케이스(110)의 우측면을 향해 접히면서 제1 접힌 선단(13a)과 제2 접힌 선단(24a)이 형성되고, 상기 제1 접힌 선단(13a)과 상기 제2 접힌 선단(24a)은 상기 케이스(110)의 우측면 상측과 하측에 각각 용접 또는 접착층 등을 통해 결합된다. 이에 따라 상기 케이스(110)와 상기 제1 전극리드(13) 및 상기 제2 전극리드(24)의 결합력을 높일 수 있고, 그 결과 제1 및 제2 전지셀(10)(20)이 비정상적으로 팽창하더라도 상기 케이스(110)는 상기 제1 전극리드(13) 및 상기 제2 전극리드(24)에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 제1 접힌 선단(13a)과 상기 제2 접힌 선단(24a) 사이의 상기 케이스(110) 우측면에는 이동부재(130)가 결합되는 나사홀(110a)이 형성되며, 상기 나사홀(110a)은 상기 케이스(110)의 우측면에서 타측면까지 관통되게 형성한다.
또한, 상기 제1 전지셀(10)을 향하는 상기 케이스(110)의 상면에는 상기 제1 작동부재(140)가 삽입되는 제1 관통홀(110b)을 형성하며, 상기 제1 관통홀(110b)은 상기 케이스(110)의 상면에서 하면까지 관통되게 형성한다.
한편, 상기 케이스(110)는, 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)가 인출된 파우치(12)의 실링부(12b)와, 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)가 인출된 파우치(22)의 실링부(22b) 사이에 구비될 수 있다. 특히, 상기 케이스(110)는 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)의 실링부(12b)(22b)에 부착할 수 있으며, 이에 따라 부착성과 결합성을 높일 수 있다.
특히 상기 케이스(110)는, 상기 제1 전지셀(10)의 실링부(12b)와 상기 제2 전지셀(20)의 실링부(22b)의 바깥면에 부착되는 고정부(111)와, 상기 제1 전지셀(10)의 실링부(12b)와 상기 제2 전지셀(20)의 실링부(22b)의 안쪽면에 구비되며 상기 제1 작동부재(140)가 삽입되는 상기 제1 관통홀(110b)이 형성된 장착부(112)를 포함하되, 상기 장착부(112)는 상기 고정부(111) 보다 작은 두께를 가진다. 이에 따라 상기 장착부(112)는 상기 제1 전지셀(10)의 실링부(12b)와 상기 제1 관통홀(110b) 사이에 상기 제1 작동부재(140)의 이동공간을 형성하며, 그 결과 제1 전지셀(10) 팽창시 상기 제1 작동부재(140)가 상기 이동공간 내에서 안정적으로 이동할 수 있다.
한편, 상기 제2 전지셀(10)을 향하는 상기 케이스(110)의 하면에는 제2 작동부재(150)가 삽입되는 제2 관통홀(110c)을 형성하며, 상기 제2 관통홀(110c)은 상기 케이스(110)의 하면에서 상면까지 관통되게 형성한다.
여기서 상기 제1 관통홀(110b)과 상기 제2 관통홀(110c)은 도 2를 참조하면 상기 나사홀(100c)을 기준으로 상기 케이스(110)의 상면 좌측과 하면 우측에 각각 형성된다.
연결부재
상기 연결부재(120)는 제1 및 제2 전극리드를 연결하는 한편, 직선 운동하여 제1 및 제2 전극리드를 분리하기 위한 것으로, 상기 케이스에 고정된 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)의 선단과 상기 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)의 선단에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)를 전류가 흐르게 연결한다.
예를 들면, 상기 연결부재(120)는 긴 사각판 형태를 가지고, 상기 케이스(110)에 고정된 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)의 선단에 동시에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)를 전류가 흐르게 연결한다.
한편, 상기 연결부재(120)는 전류가 통하는 금속소재로 형성하며, 이에 따라 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)에 안정적으로 전류가 흐르게 연결할 수 있다.
이동부재
상기 이동부재(130)는 상기 제1 및 제2 전극리드로부터 상기 연결부재를 분리시키기 위한 것이다.
예를 들면, 상기 이동부재(130)는 상기 연결부재(120)에 자유회전 가능하게 결합되고 전진시 상기 연결부재(120)를 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)의 선단으로부터 분리하여 전류를 차단하는 머리부(131)와, 상기 케이스(110)의 나사홀(110a)에 나사 결합되고 회전시 상기 나사홀(110a) 밖으로 인출되면서 상기 머리부(131)를 전진시키는 나사부(132)와, 상기 나사부(132)의 단부에 구비되고 상기 나사부(132)를 회전시키는 회전 기어부(133)를 포함한다.
즉, 이동부재(130)는 상기 회전 기어부(133)의 회전에 의해 상기 나사부(132)가 회전하면서 상기 나사홀(110a) 밖으로 인출되고, 상기 나사부(132)가 상기 나사홀(110a) 밖으로 인출되면서 상기 머리부(131)를 전진시키며, 상기 머리부(131)가 전진하면서 상기 연결부재(120)를 전진시킬 수 있다. 이에 따라 상기 연결부재(120)와 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)가 분리되면서 전류를 차단할 수 있다.
여기서 상기 머리부(131)는 풀림방지부재(160)에 의해 상기 연결부재에 자유 회전 가능하게 결합될 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 상기 연결부재(120)의 바깥쪽면에 머리부(131)가 자유 회전 가능하게 지지되고, 상기 연결부재(120)의 안쪽면에 위치한 나사부(132)에 풀림방지부재(160)가 풀리지 않게 결합된다. 다시 말해 연결부재(120)를 기준으로 머리부(131)와 풀림방지부재(160)가 각각 구비된다.
이에 따라 상기 나사부(132)가 회전하면서 상기 나사홀(110a) 밖으로 인출되면, 상기 나사부(132)와 연동하여 상기 머리부(131) 및 상기 풀림방지부재(160)가 회전함과 동시에 전진하는데, 이때 상기 연결부재(120)는 상기 풀림방지부재(160)에 의해 전진하면서 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)로부터 분리되고, 상기 머리부(131)는 상기 풀림방지부재(160)에 의해 상기 연결부재(120)에 지지된 상태로 회전한다.
한편, 상기 풀림방지부재(160)의 두께는 상기 연결부재(120)의 두께 보다 작게 형성할 수 있으며, 이에 따라 상기 풀림방지부재(160)에 의해 상기 연결부재(120)가 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)에 지지되지 못하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
제1 작동부재
상기 제1 작동부재(140)는 상기 제1 전지셀(10)에 부착되고, 상기 케이스(110)에 형성된 제1 관통홀(110b)을 통해 상기 회전 기어부(133)에 치합되며, 상기 제1 전지셀(10)의 팽창시 발생하는 팽창력에 의해 상기 케이스(110)와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부(133)를 회전시킨다.
예를 들면, 상기 제1 작동부재(140)는 상기 제1 전지셀(10)의 실링부(12b) 안쪽면에 부착되는 제1 지지부(141)와, 상기 제1 관통홀(110b)을 통해 상기 회전 기어부(133)에 치합되는 제1 기어부(142)를 포함한다.
즉, 상기 제1 작동부재(140)는 상기 제1 전지셀(10)의 팽창시 상기 제1 전지셀(10)이 팽창하면서 상기 제1 지지부(141)를 상기 케이스(110) 방향으로 가압하며, 상기 제1 지지부(141)와 연동하여 상기 제1 기어부(142)가 상기 제1 관통홀(110b)을 따라 이동하고, 상기 제1 기어부(142)가 이동하면서 상기 제1 기어부(142)에 치합된 상기 회전 기어부(133)를 회전시킨다.
여기서 상기 제1 기어부(142)와 상기 제1 관통홀(110b)은 사각 형태를 가지며, 이에 따라 상기 제1 기어부(142)가 상기 제1 관통홀(110b) 내에서 회전되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 안정적으로 직선 이동하도록 유도할 수 있다.
한편, 안전장치(100)는 상기 제1 기어부(142)를 상기 제1 관통홀(110b)을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제1 가이드부재를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 가이드부재는 상기 제1 관통홀(110b)의 길이방향으로 형성되는 가이드돌기(110b-1)와, 상기 제1 기어부(142)의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기(110b-1)가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈(142a)을 포함한다. 즉, 상기 제1 작동부재(140)가 상기 제1 관통홀(110b)을 따라 이동할 시 상기 가이드홈(142a)과 상기 가이드돌기(110b-1)의 결합에 의해 상기 제1 작동부재(140)를 수직하게 직선 이동하며, 이에 따라 결합성과 작동성을 높일 수 있다.
한편, 안전장치(100)는 상기 제1 작동부재(140)와 함께 상기 회전 기어부(133)를 회전시키는 제2 작동부재(150)를 더 포함할 수 있다.
제2 작동부재
상기 제2 작동부재(150)는 상기 제2 전지셀(20)에 부착되고, 상기 케이스(110)에 형성된 제2 관통홀(110c)을 통해 상기 회전 기어부(133)에 치합되며, 상기 제2 전지셀(20)의 팽창력에 의해 상기 케이스(110)와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부(133)를 회전시킨다.
예를 들면, 상기 제2 작동부재(150)는 상기 제2 전지셀(20)의 실링부(22b) 안쪽면에 부착되는 제2 지지부(151)와, 상기 케이스(110)에 형성된 제2 관통홀(110c)을 통해 상기 회전 기어부(133)에 치합되는 제2 기어부(152)를 포함한다. 즉, 상기 제2 작동부재(150)는 상기 제2 전지셀(20)의 팽창시 상기 제2 전지셀(20)이 팽창하면서 상기 제2 지지부(151)를 상기 케이스(110) 방향으로 가압하며, 상기 제2 지지부(151)와 연동하여 상기 제2 기어부(152)가 상기 제2 관통홀(110c)을 따라 이동하고, 상기 제2 기어부(152)가 이동하면서 제2 기어부(152)에 치합된 상기 회전 기어부(133)를 회전시킨다.
따라서 상기 제2 작동부재(150)는 상기 제1 작동부재(140)와 함께 상기 회전 기어부(133)를 회전시키며, 이에 따라 상기 회전 기어부(133)는 안정적으로 회전할 수 있다.
한편, 상기 안전장치(100)는, 상기 제2 기어부(152)를 상기 제2 관통홀(100c)을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제2 가이드부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 가이드부재는 상기 제2 관통홀(110c)의 내면에 길이방향으로 형성되는 가이드돌기(110c-1)와, 상기 제2 기어부(152)의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기(110c-1)가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈(152a)을 포함한다. 즉, 상기 제2 작동부재(150)가 상기 제2 관통홀(110c)을 따라 이동할 시 상기 가이드홈(152a)과 상기 가이드돌기(110c-1)의 결합에 의해 상기 제2 작동부재(150)를 수직하게 직선 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 케이스(110), 상기 이동부재(120), 상기 제1 작동부재(140) 및 제2 작동부재(150)는 전기가 통하지 않는 비금속 또는 합성수지 소재로 형성할 수 있으며, 이는 상기 케이스(110), 상기 이동부재(120), 상기 제1 작동부재(140) 및 제2 작동부재(150)에 의해 제1 전극리드(13)와 제2 전극리드(24)가 전류가 흐르게 연결되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 회전 기어부(133)와 상기 제1 및 제2 기어부(142)(152)는 회전운동하는 피니언기어와 직선운동하는 랙기어로 형성될 수 있다. 즉, 상기 회전 기어부(133)는 피니언 기어이고, 상기 제1 및 제2 기어부(142)(152)는 직선운동하는 랙기어일 수 있으며, 이에 따라 안정된 회전력을 전달할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 작동부재(140)(150)는 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 회전 기어부(133)의 좌측 및 우측에 각각 치합될 수 있다. 즉, 도 4에서 보았을 때 상기 제1 작동부재(140)는 케이스(110)의 상부를 통해 회전 기어부(133)의 좌측에 치합되고, 상기 제2 작동부(150)는 케이스(110)의 하부를 통해 회전 기어부(133)의 우측에 치합된다. 이에 따라 제1 및 제2 작동부재(140)(150)는 케이스(110)를 향해 이동하면서 상기 회전 기어부(133)를 동시에 회전시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 안전장치(100)를 포함함으로써 전지모듈(1) 팽창시 제1 전지셀(10)과 제2 전지셀(20)을 신속하게 분리시켜서 전류를 차단할 수 있으며, 그 결과 폭발 또는 발화를 방지하여 안전성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
[일 실시예에 따른 전지팩의 작동방법]
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 작동방법은 도 1을 참조하면, 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)와 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)가 안전장치(100)의 연결부재(120)에 의해 연결되면서 전류가 흐르는 직렬 연결 구조를 가진다.
한편, 과충전 또는 침상 등의 단락으로 인해 과전류 발생시 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 비정상적으로 팽창한다. 즉, 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)에 포함된 파우치의 수용부가 과도하게 팽창하고, 이 팽창력에 의해 안전장치(100)가 작동하면서 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)를 분리하여 전류를 차단한다.
보다 상세히 설명하면, 도 6을 참조하면, 상기 제1 및 제2 전지셀(10)(20)의 팽창력에 의해 제1 작동부재(140) 및 제2 작동부재(150)가 케이스(110)와 가까워지는 방향으로 이동하고, 상기 제1 작동부재(140) 및 제2 작동부재(150)가 이동하면서 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 이동부재(120)를 회전시키고, 상기 이동부재(120)가 케이스(110)의 나사홀(110a)을 따라 회전하면서 케이스(110) 밖으로 점차 인출되며, 상기 이동부재(130)가 케이스(110) 밖으로 인출되면서 연결부재(120)를 케이스(110)와 멀어지는 방향으로 전진시키고, 상기 연결부재(120)가 전진하면서 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)와 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)를 분리시키며, 상기 제1 및 제2 전극리드(13)(24)가 분리되면서 제1 및 제2 전지셀(10)(20)의 전류를 차단할 수 있다.
이때 상기 연결부재(120)는 상기 이동부재(130)의 머리부(131)와 풀림방지부재(160)에 의해 안정적으로 전진하면서 상기 제1 전지셀(10)의 제1 전극리드(13)와 제2 전지셀(20)의 제2 전극리드(24)를 분리시킨다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 작동방법은 과충전 및 과전류에 의해 제1 및 제2 전지셀(10)(20)이 비정상적으로 팽창하더라도 안전장치(100)에 의해 전류가 차단되며, 그 결과 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
1: 전지모듈 10: 제1 전지셀
11: 전극조립체 12: 파우치
13: 제1 전극리드 13a: 제1 접힌 선단
14: 제2 전극리드 20: 제2 전지셀
21: 전극조립체 22: 파우치
23: 제1 전극리드 24: 제2 전극리드
24a: 제2 접힌 선단 100: 안전장치
110: 케이스 110a: 나사홀
110b: 제1 관통홀 110b-1: 가이드돌기
110c: 제2 관통홀 111: 고정부
112: 장착부 120: 연결부재
130: 이동부재 131: 머리부
132: 나사부 133: 회전 기어부
140: 제1 작동부재 141: 제1 지지부
142: 제1 기어부 142a: 가이드홈
150: 제2 작동부재 151: 제2 지지부
152: 제2 기어부 160: 풀림방지부재

Claims (14)

  1. 상하방향으로 적층되는 제1 및 제2 전지셀; 및
    상호 대응하는 상기 제1 전지셀에 구비된 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀에 구비된 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결하고, 과충전 및 과전류로 인해 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 안전장치를 포함하며,
    상기 안전장치는,
    상기 제1 및 제2 전지셀 사이에 구비되고, 상부 및 하부에 상기 제1 및 제2 전극리드의 선단이 각각 고정되는 케이스;
    상기 제1 및 제2 전극리드의 선단에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드를 전기적으로 연결하는 연결부재;
    상기 연결부재에 자유 회전 가능하게 결합되고, 전진시 상기 연결부재를 상기 제1 및 제2 전극리드로부터 분리하여 전류를 차단하는 머리부와, 상기 케이스의 나사홀에 나사 결합되고 회전시 상기 나사홀 밖으로 인출되면서 상기 머리부를 전진시키는 나사부와, 상기 나사부의 단부에 구비되고 상기 나사부를 회전시키는 회전 기어부를 포함하여, 상기 제1 및 제2 전지셀의 팽창시 직선 운동하여 상기 연결부재를 직선 이동 시킴에 따라 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 분리하여 전류를 차단하는 이동부재; 및
    상기 제1 전지셀에 부착되고, 상기 케이스에 형성된 제1 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되며, 상기 제1 전지셀의 팽창력에 의해 상기 케이스와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부를 회전시키는 제1 작동부재를 포함하는 전지팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전지셀 또는 상기 제2 전지셀은 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부를 실링하는 실링부가 형성되는 파우치, 및 상기 전극조립체에 결합되고 선단이 상기 파우치의 실링부를 통해 밖으로 인출되는 제1 및 제2 전극리드를 포함하며,
    상기 케이스는, 상기 제1 전지셀의 제1 전극리드가 인출된 파우치의 실링부와, 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드가 인출된 파우치의 실링부 사이에 구비되는 전지팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 제1 전지셀의 실링부와 상기 제2 전지셀의 실링부의 바깥면에 부착되는 고정부와, 상기 제1 전지셀의 실링부와 제2 전지셀의 실링부의 안쪽면에 구비되며 상기 제1 작동부재가 삽입되는 상기 제1 관통홀이 형성된 장착부를 포함하며,
    상기 장착부는 상기 고정부 보다 작은 두께로 형성하여 상기 제1 전지셀의 실링부와 상기 제1 관통홀 사이에 상기 제1 작동부재의 이동공간을 확보하는 전지팩.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 전지셀의 제1 전극리드와 상기 제2 전지셀의 제2 전극리드는 선단이 상기 케이스를 향해 접히면서 제1 접힌 선단과 제2 접힌 선단이 형성되고,
    상기 제1 접힌 선단과 상기 제2 접힌 선단은 상기 케이스에 형성된 나사홀을 기준으로 상기 케이스의 상부와 하부에 각각 고정되는 전지팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연결부재는 사각판 형태를 가지고, 상기 케이스에 고정된 상기 제1 및 제2 전극리드의 선단에 동시에 접촉되면서 상기 제1 및 제2 전극리드를 전류가 흐르게 연결하는 전지팩.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 작동부재는, 상기 제1 전지셀의 실링부 안쪽면에 부착되는 제1 지지부와, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되는 제1 기어부를 포함하는 전지팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 안전장치는, 상기 제1 기어부를 상기 제1 관통홀을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제1 가이드부재를 포함하며,
    상기 제1 가이드부재는 상기 제1 관통홀의 내면에 길이방향으로 형성되는 가이드돌기와, 상기 제1 기어부의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈을 포함하는 전지팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전장치는, 상기 제2 전지셀에 부착되고, 상기 케이스에 형성된 제2 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되며, 상기 제2 전지셀의 팽창력에 의해 상기 케이스와 가까워지는 방향으로 이동하면서 상기 회전 기어부를 회전시키는 제2 작동부재를 더 포함하는 전지팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 작동부재는, 상기 제2 전지셀의 실링부 안쪽면에 부착되는 제2 지지부와, 상기 케이스에 형성된 제2 관통홀을 통해 상기 회전 기어부에 치합되는 제2 기어부를 포함하는 전지팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 안전장치는, 상기 제2 기어부를 상기 제2 관통홀을 따라 직선 이동하도록 가이드하는 제2 가이드부재를 포함하며,
    상기 제2 가이드부재는 상기 제2 관통홀의 내면에 길이방향으로 형성되는 가이드돌기와, 상기 제2 기어부의 외면에 길이방향으로 형성되고 상기 가이드돌기가 슬라이드 가능하게 결합되는 가이드홈을 포함하는 전지팩.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 케이스, 상기 이동부재, 상기 제1 작동부재 및 제2 작동부재는 전기가 통하지 않는 비금속 또는 합성수지 소재로 형성하는 전지팩.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부재는 전류가 통하는 금속소재로 형성하는 전지팩.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 머리부는 상기 연결부재가 위치한 상기 나사부에 결합되면서 상기 머리부를 상기 연결부재에 자유 회전 가능하게 결합하는 풀림방지부재를 포함하는 전지팩.
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