KR102320113B1

KR102320113B1 - 충격완화 구조를 갖는 원통형 배터리 팩

Info

Publication number: KR102320113B1
Application number: KR1020170069727A
Authority: KR
Inventors: 김재상
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2021-11-01
Also published as: KR20180133142A

Abstract

본 발명은 원통형 배터리 팩의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 셀의 상부에 접속되는 니켈 플레이트와 케이스 사이에 충격 흡수부재를 조립함으로써, 케이스에 외부의 충격이 가해지는 경우 충격 흡수부재로 인해 니켈 플레이트로 전달되는 충격량을 감소시킬 수 있는 충격 완화 구조를 갖는 원통형 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

충격완화 구조를 갖는 원통형 배터리 팩{Cylindrical battery pack with shock-absorbing structure}

본 발명은 원통형 배터리 팩의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 배터리 팩의 니켈 플레이트에 전달되는 충격 량을 완화시키기 위한 충격 완화 구조가 설계된 원통형 배터리 팩에 관한 것이다.

리튬이온 배터리는 형태에 따라서 크게 원통형, 각형, 폴리머로 나눌 수 있다. 여기서, 원통형 배터리는 원통형의 형태로 형성된 배터리로서 고용량, 고출력의 특징을 가지고 있다. 따라서, 원통형 배터리는 주로 전력을 많이 필요로 하는 제품 및 분야에 사용된다. 예를 들어, 순간적으로 큰 힘이 요구되는 전동공구, 전기 자동차, 전기 자전거 등에 적용될 수 있다.

원통형 배터리 팩은, 일반적으로 다수 개의 원통형 셀들을 하나의 원통형 셀 조립체로 형성하기 위하여 상기 다수 개의 원통형 셀들의 상부에 각 셀에 대응하도록 개구가 형성된 케이스를 조립한다. 상기 케이스 조립 후, 다수 개의 원통형 셀들을 전기적으로 연결하기 위하여 원통형 셀의 상부에 니켈 플레이트를 연결하고, 상기 원통형 셀의 상부에 연결된 니켈 플레이트를 제외한 부분을 인접하는 각 셀 간에 연결함으로써 하나의 원통형 배터리 팩이 형성된다.

그러나, 이와 같은 방식에서는 상기 원통형 배터리 팩을 외부 충격으로부터 보호하기 위한 별도의 보호 구조가 설계되어 있지 않다. 즉, 상기 원통형 배터리 팩에 외부의 충격이 가해지는 경우, 케이스가 받은 충격량은 니켈 플레이트로 전달되는 것이다. 따라서, 외부 충격이 전달된 니켈 플레이트에는 형상 변화가 발생하며, 상기 형상 변화로 인하여 니켈 플레이트의 전기적, 물리적 특성의 변화가 발생할 수 있으며, 이러한 상황은 배터리 팩의 성능상의 문제를 야기시킨다.

또한, 상기 케이스는 원통형 셀들을 하나의 셀 조립체로 고정시켜주는 역할을 수행할 뿐, 외부로 노출된 니켈 플레이트를 보호하지 못한다. 따라서, 외부로 노출된 니켈 플레이트는 케이스로부터 전달받은 충격뿐만 아니라 직접적으로 가해지는 충격으로 인한 손상 발생의 가능성도 배제할 수 없다.

본 발명은 상기와 같이, 원통형 배터리 팩에 가해지는 외부의 충격으로부터 니켈 플레이트를 보호하고자 한다.

하나 이상의 원통형 셀을 포함하여 구성되는 원통형 배터리 팩은, 원통형 셀 조립체의 각 셀과 접촉되는 니켈 플레이트; 소정의 간격으로 개구부들이 형성되어 있으며, 상기 원통형 셀 조립체의 상부에 결합되는 케이스; 상기 원통형 셀 조립체의 각각의 셀과 상기 케이스 사이에 조립되는 충격 흡수부; 를 포함하여 구성되며,

상기 니켈 플레이트는, 원통형 셀 조립체의 각 셀과 접속하는 셀 접속부(122); 와 상기 셀 접속부에서 연장 형성되어 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부(124); 가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 충격 흡수부는, 각각의 셀에 대응하는 개별의 원형의 링(O-Ring) 형태를 가지는 충격 흡수부재(131)들의 집합체인 것을 특징으로 한다.

상기 충격 흡수부재의 내경은, 원통형 셀의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 충격 흡수부재의 외경은, 원통형 셀의 직경보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 충격 흡수부는, 각각의 셀 접속부(122)에 대응하는 형태를 가지는 개별의 충격 흡수부재(131)들의 집합체인 것을 특징으로 한다.

상기 케이스에 형성된 개구부들은, 원통형 셀 조립체의 각 셀에 대응하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 개구부의 원통형 셀과 마주보는 면(F)의 직경(L1)은 그 반대면의 직경(L2)보다 작지 않게 형성되며, 상기 개구부의 내측 측벽에는, 충격 흡수부재가 조립되는 조립 단차(1422)가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 개구부의 원통형 셀과 마주보면 면(F)의 직경(L1)과 그 반대면의 직경(L2)은 차이를 갖지 않게 형성되며, 상기 개구부의 내측 중앙부에는, 충격 흡수부재가 고정되는 부재 걸림부(1423)가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 개구부의 측부에는, 니켈 플레이트에 형성된 셀 연결부가 결합되는 결합 홈(144)이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 니켈 플레이트는, 상기 셀 접속부 및 셀 연결부를 통하여 연결되는 셀들의 합산 전압을 출력하도록 그 단부에 전압출력 탭이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 니켈 플레이트는, 원통형 셀 조립체의 각 셀과 접촉하는 셀 접속부와 상기 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부가 별도의 형태인 것을 특징으로 하며,

상기 셀 연결부는, 인접하는 셀 접속부들과 접촉하여 셀 접속부들을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

원통형 배터리 팩의 형성 방법은, 니켈 플레이트에 원통형 셀 조립체의 각각의 셀과 접촉하는 셀 접속부를 형성하고, 상기 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부를 형성하는 셀 연결단계; 원통형 셀 조립체의 상부에 결합하는 케이스를 구비하는 케이스 구비단계; 케이스에 형성된 각각의 개구부에 충격 흡수부재를 조립하는 충격 흡수부재 조립단계; 충격 흡수부재가 조립된 케이스를 원통형 셀 조립체의 상부에 결합하는 케이스 결합단계; 를 포함하여 구성된다.

상기 셀 연결 단계는, 연결해야 할 셀들의 연결 형태에 대응하도록 셀 연결부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 셀 연결 단계는, 니켈 플레이트에 셀 접속부 형성 후, 연결을 위한 셀 접속부들의 사이에 접속하여 셀 연결부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 니켈 플레이트와 케이스 사이에 충격 완화 구조를 추가함으로써 외부로부터 가해진 충격을 충격 완화 구조가 흡수함으로써 니켈 플레이트로 전달되는 충격을 완화시킬 수 있다. 또한, 케이스가 니켈 플레이트를 외부로 노출되지 않도록 함으로써 외부로부터 니켈 플레이트를 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원통형 배터리 팩의 구성을 도시한 도면
도 2는 셀 연결부 형성의 실시 예 1
도 3은 셀 연결부 형성의 실시 예 2
도 4는 충격 흡수부재를 도시한 도면
도 5는 케이스와 충격 흡수부재가 조립되는 도면
(a) 결합 홈 형성의 실시 예 1
(b) 결합 홈 형성의 실시 예 2
도 6은 충격 흡수부재 조립의 실시 예 1을 도시한 단면도
도 7은 충격 흡수부재 조립의 실시 예 2을 도시한 단면도
도 8은 충격 흡수부재 조립의 실시 예 3을 도시한 단면도
도 9는 본 발명에 따른 원통형 배터리 팩 조립 방법의 블록도
도 10은 본 발명에 따른 원통형 배터리 팩의 전체 모습을 도시한 도면
도 11은 충격 흡수부재 형태의 다른 실시 예를 도시한 도면

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 하나 이상의 원통형 셀을 포함하여 구성되는 원통형 배터리 팩은,

원통형 셀 조립체의 각 셀과 접촉되는 니켈 플레이트;

소정의 간격으로 개구부들이 형성되어 있으며, 상기 원통형 셀 조립체의 상부에 결합되는 케이스;

상기 원통형 셀 조립체의 각각의 셀과 상기 케이스 사이에 조립되는 충격 흡수부; 를 포함하여 구성되며,

상기 니켈 플레이트는, 원통형 셀 조립체의 각 셀과 접촉하는 셀 접속부; 와 상기 셀 접속부에서 연장 형성되어 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부; 가 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 원통형 배터리 팩을 분해한 상태를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 원통형 배터리 팩(100)은 원통형 셀(110), 니켈 플레이트(120), 충격 흡수부(130) 및 케이스(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1에서는 편의상 원통형 배터리 팩(100)을 구성하는 원통형 셀(110)들의 일부를 도시하였지만, 상기 원통형 배터리 팩(100)은 다수 개의 원통형 셀(110)로 구성될 수 있다. 여기서, 다수 개의 원통형 셀의 집합체를 원통형 셀 조립체로 지칭하도록 한다.

상기 니켈 플레이트(120)는, 원통형 셀 조립체를 구성하는 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)가 형성되는 구성이다.

<셀 연결부 형성의 예>

실시 예 1로, 도 2를 참조하면 니켈 플레이트(120)는 원통형 셀 조립체의 각각의 셀의 상부에 접촉하여 전기적으로 접속하는 셀 접속부(122)가 형성될 수 있다. 상기 셀 연결부(124)는, 상기 셀 접속부(122)에서 연장되는 부분을 연결하여 형성될 수 있다. 상기 셀 접속부(122)에서 연장되는 부분은 상기 셀의 연결 구조에 따라 각 셀 접속부의 일측면에 형성될 수 있다. 도 2에는 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)를 통하여 두 개의 원통형 셀이 전기적으로 연결된 상태를 도시하였지만, 이에 한정하지 않으며 경우에 따라 두 개 이상의 셀들을 연결할 수도 있다.

실시 예 2로, 도 3을 참조하면 상기 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)가 분리된 형태로 형성될 수 있다. 상기 셀 접속부(122)는, 각각의 원통형 셀의 상부에 형성된다. 여기서, 상기 셀 연결부(124)는 상기 셀 접속부(122)의 일측면에 연장 되는 부분을 연결하여 형성되는 것이 아니라 상기 셀 접속부(122)와는 별도의 셀 연결부(124)가 형성된다. 따라서, 셀 접속부가 형성된 후, 연결을 원하는 셀 접속부 사이에 얹혀져 상기 셀 접속부 간에 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 도 3에 표시된 바와 같이, 셀 연결부(124)의 한 측면은 하나의 셀 접속부에 접촉되도록 얹혀져야 하며, 셀 연결부(124)의 반대 측면은 또 다른 셀 접속부에 접촉되도록 얹혀져야 한다. 이와 같이 셀 접속부 사이에 얹혀진 셀 연결부(124)는, 후에 설명하는 원통형 셀 조립체의 상부에 결합되는 충격 흡수부가 조립된 케이스의 압력에 의하여 상기 셀 접속부 간의 전기적 연결이 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 니켈 플레이트(120)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)를 통하여 연결되는 셀들의 합산 전압을 출력하도록 단부에 전압출력 탭이 형성될 수 있다.

이와 같이 실시 예 1 또는 실시 예 2로, 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)를 통하여 원통형 셀 조립체를 구성하는 원통형 셀들이 전기적으로 연결될 수 있다.

충격 흡수부(130)는, 원통형 셀 조립체를 구성하는 각각의 셀에 대응하는 원형의 링(O-Ring) 형태를 가지는 충격 흡수부재(131)들의 집합체로 설명될 수 있다.

상기 충격 흡수부재(131)는, 후에 설명하는 케이스에 형성된 원통형 셀의 대응하는 각각의 개구부(142)에 조립되는 구성이다. 상기 충격 흡수부재(131)가 조립되는 구조는 후에 보다 상세히 설명하도록 한다.

상기 충격 흡수부재는(131)는, 원통형 셀에 대응하도록 형성된 개구부(142)에 조립되어야 하므로 원통형 셀의 직경을 고려하여 형성되어야 한다.

따라서, 도 4를 참조하면, 상기 원형의 링(O-Ring) 형태를 가지는 충격 흡수부재(131)의 바깥쪽 지름인 외경은 원통형 셀의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 충격 흡수부재(131)의 안쪽 지름인 내경은 원통형 셀의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

예를 들어, 원통형 셀의 직경이 18mm를 가지는 경우라면, 충격 흡수부재는 상기 원통형 셀의 직경의 +-1mm 를 고려하여 설계될 수 있다. 즉, 상기 충격 흡수부재의 외경은 19mm, 내경은 17mm 로 설계될 수 있다.

또한, 상기 충격 흡수부재(131)는, 원통형 셀 조립체의 상부에 케이스가 결합되었을 때, 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)가 형성된 니켈 플레이트와 케이스 사이에 구성되어 외부로부터 전해지는 충격으로부터 니켈 플레이트를 보호해야 하므로 충격 흡수가 가능한 소재로 구성되어야 한다.

예를 들어, 폴리염화비닐(PVC)로 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 폴리염화비닐 외의 충격 흡수가 가능한 소재로 구성 가능할 수 있다.

추가적으로, 상기 충격 흡수부재(131)는 상기 니켈 플레이트(120)의 셀 접속부(122)의 형상에 따라 상기 원형의 링(O-Ring) 형태가 아닌 다른 형태일 수 있다.

예를 들어, 도 11과 같이 각 배터리 셀이 원통형 셀이 아닌 각형 셀(210)로 구성될 수 있으며, 이 때 셀 표면에 형성되는 셀 접속부(222)는 각형 셀에 대응하여 사각 형상일 수 있다. 이 경우, 충격 흡수부재(231)는 니켈 플레이트(220)를 안정적으로 보호하기 위하여 사각 형상의 셀 접속부(222)에 대응하는 사각 형태일 수 있다.

즉, 상기 충격 흡수부재(131)는 각각의 셀에 대응하여 결합되어 외부 충격으로부터 니켈 플레이트(120)를 보호하는 것이므로 니켈 플레이트(120), 보다 정확하게는 셀 접속부(122)의 형상에 따라 이에 대응하는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 이에 대응하여 케이스(140)에 형성되는 개구부(142)는 충격 흡수부재(131)를 수용하는 것이므로, 이 역시 니켈 플레이트(120)의 셀 접속부(122)의 형상에 대응되는 형태일 수 있다.

케이스(140)는, 원통형 셀 조립체의 상부에 결합되어 각각의 원통형 셀들을 하나의 원통형 셀 조립체로 고정시켜주며, 외부로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

도 1과 같이, 상기 케이스(140)에는 소정의 간격으로 개구부(142)들이 형성되어 있으며, 상기 개구부(142)들은 원통형 셀 조립체의 각각의 셀에 대응하도록 형성될 수 있다.

<실시 예 1>

실시 예 1로, 상기 케이스(140)가 원통형 셀과 마주보며 조립되는 면(F)의 개구부(142)의 직경은, 그 반대면의 상기 개구부의 직경보다 작지 않게 형성될 수 있다. 상기 케이스의 전면과 후면에 따라 개구부의 직경의 차이로 인한 단차가 형성될 수 있다. 이를 조립 단차(1422)로 지칭하며, 상기 조립 단차(1422)에 의해 충격 흡수부재(131)가 반대면으로 빠져나가지 않고 걸림 고정될 수 있다.

실시 예 1의 단면을 도시한 도 6을 참조하면, 상기 케이스(140)가 원통형 셀과 마주보는 면(F)상의 개구부의 직경(L1)이 그 반대면의 개구부의 직경(L2)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, L1와 L2의 차이로 인한 단차가 형성되는 것이다.

상기 L1은 충격 흡수부재(131)가 맞춤 조립되어야 하므로 충격 흡수부재(131)의 외경과 동일한 규격으로 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 충격 흡수부재(131)의 외경이 19mm를 가진다면 상기 원통형 셀과 마주보는 면(F) 상의 개구부의 직경(L1) 또한 19mm 로 형성되어야 하는 것이다. 또한, 원통형 셀과 마주보는 면(F)상의 개구부가 19mm의 직경으로 형성되었다면, 그 반대면에 형성된 개구부의 직경(L2)은 19mm보다 작게 형성되어야 한다.

또한, L1의 직경으로 형성되는 개구부의 높이(t1), 즉, 충격 흡수부재(131)가 조립/삽입되는 높이는 상기 충격 흡수부재의 두께(T)보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 따라서, 도 6과 같이 충격 흡수부재(131)를 조립했을 경우 충격 흡수부재(131)가 케이스의 F 면보다 높게 조립됨으로써, 원통형 셀의 상부에 위치하는 니켈 플레이트를 외부 충격으로부터 보다 안정적으로 보호할 수 있는 것이다.

<실시 예 2>

실시 예 2로, 개구부가 원통형 셀과 마주보는 면(F)과 그 반대면의 직경의 차이를 두지 않고, 상기 개구부(142)의 내측 측벽에 부재 걸림부(1423)을 형성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 케이스(140)에 형성된 개구부(142)는 원통형 셀과 마주보는 면(F)과 그 반대면의 직경이 동일하게 형성되며, 상기 개구부(142)의 내측 측벽에는 돌출되는 부재 걸림부(1423)가 형성될 수 있다. 따라서, 도 7과 같이 충격 흡수부재(131)를 개구부에 삽입했을 경우 반대면으로 빠져 나가지 않고 부재 걸림부(1423)에 의해 걸림 고정되게 된다.

여기서, 부재 걸림돌(1423)를 형성할 시, 충격 흡수부재(131)의 두께(T)보다는 짧은 길이를 갖는 위치(t2)에 형성될 수 있다. 따라서, 충격 흡수부재(131)가 부재 걸림부(1423)에 걸림/고정되었을 경우, 상기 충격 흡수부재(131)가 F면보다 높게 위치함으로써 원통형 셀의 상부에 위치하는 니켈 플레이트를 외부 충격으로부터 보다 안정적으로 보호할 수 있다.

<실시 예 3>

실시 예 3으로, 상기 케이스(140)가 원통형 셀과 마주보는 면(F)상의 개구부(142)의 직경이 그 반대면으로 갈수록 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 도 8과 같이 개구부의 폭이 원통형 셀과 마주보는 면(F)상에서 그 반대면으로 갈수록 좁아지는 형태일 수 있다. 따라서, F면상의 개구부에 충격 흡수부재(131)를 삽입했을 경우 반대면으로 빠져 나가지 않고 걸림 고정될 수 있다.

여기서, 개구부의 폭이 좁아지도록 형성할 시에, 충격 흡수부재(131)를 삽입했을 경우 충격 흡수부재가 F 면상보다 높게 형성될 수 있도록 충격 흡수부재의 두께(T)와 함께 고려되어야 한다.

<결합 홈 형성의 예>

도 5를 참조하면, 일 실시 예로, (a)와 같이 상기 개구부(142)의 측부에는 원통형 셀 조립체의 상부에 케이스 결합 시 니켈 플레이트에 형성된 셀 연결부(124)가 결합되는 결합 홈(144)이 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며 원통형 셀들의 연결 구조에 따라서 각 개구부(142)의 일측면 또는 하나 이상의 측면에 결합 홈(144)을 형성할 수 있다.

다른 실시 예로, (b)와 같이 개구부(142)에 상, 하, 좌, 우 방향으로 결합 홈(144)이 형성될 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우에는 결합 홈(144)을 원통형 셀들의 연결 구조에 따라 케이스에 결합 홈(144)이 형성되는 것이 아니라 원통형 셀들의 연결 구조가 결합 홈(144)에 맞춤 결합되는 것이다.

상기 결합 홈의 길이, 폭 등의 규격은 셀 연결부(124)에 대응하도록 형성될 수 있다. 따라서, 원통형 셀 조립체의 상부와 케이스가 안정적으로 결합될 수 있다. 참고로, 도 5의 (a), (b)는 편의상 전체 케이스의 일부분을 도시한 것이다.

이와 같은 구조를 통하여, 충격 흡수부재(131)가 케이스(140)와 원통형 셀 상부에 위치하는 니켈 플레이트 사이에 안정적으로 맞춤 조립될 수 있으며, 케이스를 원통형 셀 조립체의 상부에 결합하였을 시 각각의 셀이 각 개구부에 결합될 수 있다. 따라서, 외부에서 케이스에 충격을 가했을 경우, 니켈 플레이트와 케이스 사이에 조립된 충격 흡수부재(131)가 충격을 흡수하므로 외부의 충격량이 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 니켈 플레이트로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이는 외부 충격으로 인하여 니켈 플레이트에 전기적 및 물리적 특성의 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 9은 본 발명의 원통형 배터리 팩의 조립 방법을 나타내는 블록도이다.

상기 도 9를 참조하면, 셀 연결단계(S100), 케이스 구비단계(S200), 충격 흡수부재 조립단계(S300) 및 케이스 결합단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 셀 연결단계(S100)는, 니켈 플레이트에 원통형 셀 조립체의 각각의 셀과 접촉하는 셀 접속부를 형성하고, 상기 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부를 형성하는 단계이다.

우선, 원통형 셀 조립체를 구성하는 각각의 셀의 상부에 니켈 플레이트와 접촉하는 셀 접속부(122)를 형성할 수 있다. 상기 셀 접속부(122)는 셀과 니켈 플레이트가 전기적으로 연결된 부분이다.

일 실시 예로, 상기 셀 연결부(124)는 셀 접속부(122)에서 연장되는 부분을 연결하여 형성할 수 있다. 상기 셀 접속부(122)에서 연장되는 부분은 셀의 연결 구조에 따라 각 셀 접속부의 일측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 각 셀 접속부(122)의 일측면에는 셀 접속부의 연장 부분을 형성하고, 연결을 원하는 셀 접속부들 간의 연장 부분을 연결하여 셀 연결부(124)를 형성하는 것이다.

다른 실시 예로, 상기 셀 접속부(122)를 형성한 후, 별도의 셀 연결부(124)를 연결을 위한 셀 접속부들 사이에 접속하여 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 각각의 원통형 셀에 대응하는 셀 접속부(122)를 형성한 후, 연결하기 위한 셀 접속부(122)들 사이에 별도의 셀 연결부(124)를 얹을 수 있다. 여기서, 셀 연결부(124)의 한 측면은 하나의 셀 접속부에 접속되도록 얹어야 하며, 셀 연결부(124)의 반대 측면은 연결하고자 하는 다른 셀 접속부에 접속되도록 얹어야 한다. 이와 같이 연결하고자 하는 셀 접속부들 사이에 셀 연결부(124)를 얹은 후, 후에 설명하는 케이스 결합단계(S400)를 통하여 충격 흡수부가 조립된 케이스를 원통형 셀 조립체의 상부에 결합할 수 있다. 따라서, 충격 흡수부가 조립된 케이스의 압력에 의하여 상기 셀 접속부 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.

이와 같이 형성한 셀 접속부(122)와 셀 연결부(124)를 통하여 원통형 셀들이 전기적으로 연결될 수 있다.

케이스 구비단계(S200)는, 상기 원통형 셀 조립체의 각 셀들을 고정시키고 보호하기 위한 케이스를 구비하는 단계로서, 개구부 형성단계(S210), 결합 홈 형성단계(S220)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 개구부 형성단계(S210)는, 원통형 셀 조립체의 각 셀에 대응하도록 개구부를 형성할 수 있다.

일 실시 예로, 원통형 셀과 마주보며 조립되는 면(F)의 개구부의 직경이 그 반대면의 개구부의 직경보다 크게 형성할 수 있다. 즉, F 면상의 개구부와 그 반대면의 개구부의 직경의 차이로 인하여 그 내부 측벽에는 단차(1422)가 형성될 수 있다.

여기서, F 면상의 개구부에는 충격 흡수부재가 조립되어야 하므로 충격 흡수부재의 외경을 고려하여 개구부를 형성할 수 있다. 예를 들어 F면상의 개구부의 직경의 크기는 충격 흡수부재의 외경보다 작지 않게 형성되어 충격 흡수부재가 F면상의 개구부에 끼워 맞춤되거나 느슨하게 삽입되며, 상기 단차(1422)에 의해 반대면으로 빠져나가지 않고 걸림 고정되게 된다.(도 6, 8 참조)

다른 실시 예로, 원통형 셀과 마주보며 조립되는 면(F)의 개구부와 그 반대면의 개구부의 직경에 차이를 두지 않고, 상기 개구부의 측벽에 충격 흡수부재가 걸림 고정되는 부재 걸림부(1423)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 부재 걸림부(1423)에 의해 개구부에 충격 흡수부재를 삽입/조립하는 경우 그 반대면으로 빠져나가지 않고 걸림 고정될 수 있다. (도 7 참조)

여기서도, 상기 개구부의 직경은 충격 흡수부재의 외경보가 작지 않게 형성하는 것일 수 있다.

상기 결합 홈 형성단계(S220)는, 원통형 셀 조립체의 상부에 케이스를 결합할 시 셀 접속부들을 연결하는 셀 연결부(124)가 결합되는 홈을 형성하는 단계일 수 있다.

일 실시 예로, 상기 결합 홈(144)은 원통형 셀들의 연결 구조를 고려하여, 상기 연결 구조에 따라 형성된 셀 연결부(124)에 대응하도록 각 개구부의 일측면에 형성할 수 있으며 또는 하나 이상의 측면에 형성할 수도 있다. (도 5 (a) 참조)

다른 실시 예로는, 원통형 셀들의 연결 구조를 고려할 필요 없이 각 개구부(142)의 상, 하, 좌, 우의 모든 방향에 결합 홈(144)을 형성할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 케이스가 한 가지의 연결 구조에만 가능한 것이 아니라 어떤 연결 구조를 갖는 원통형 셀들도 맞춤 결합 가능할 수 있다. (도 5 (b) 참조)

충격 흡수부재 조립단계(S300)는, 상기 케이스 구비단계(S200)를 통하여 구비된 케이스의 각 개구부에 충격 흡수부재를 조립하는 단계일 수 있다.

상기 개구부 형성단계(S210)에서 충격 흡수부재(131)가 걸림 고정되도록 개구부를 형성함에 따라 각각의 개구부에 충격 흡수부재(131)가 안정적으로 고정되도록 조립할 수 있다.

케이스 결합단계(S400)는, 상기 충격 흡수부재 조립단계(S300)를 통하여 각각의 개구부마다 충격 흡수부재(131)가 조립된 케이스를 원통형 셀 조립체의 상부에 결합하는 단계이다. 충격 흡수부재(131)가 조립된 각 개구부를 원통형 셀 조립체의 각각의 셀에 대응하도록 결합할 수 있으며, 결합 홈과 원통형 셀 조립체의 상부에 형성된 셀 연결부(원통형 셀 연결구조)가 대응하도록 결합할 수 있다. 따라서, 도 10과 같이 안정적으로 원통형 셀들을 조립할 수 있다.

상기 각 개구부에 조립/삽입한 충격 흡수부재가 케이스와 원통형 셀 상부의 니켈 플레이트 사이에 끼워 맞춰짐에 따라, 외부에서 케이스에 충격을 가했을 경우 충격 흡수부재(131)가 충격을 흡수하므로 외부의 충격량이 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 니켈 플레이트(200)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이는 외부 충격으로 인하여 니켈 플레이트에 전기적 및 물리적 특성의 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

110: 원통형 배터리 셀
120: 니켈 플레이트
122: 셀 접속부
124: 셀 연결부
131: 충격 흡수부재
140: 케이스
142: 개구부
144: 결합 홈

Claims

하나 이상의 원통형 셀을 포함하여 구성되는 원통형 배터리 팩에 있어서,
원통형 셀 조립체의 각 셀의 상부에 접속하는 셀 접속부; 및 인접하는 셀 접속부들 중 연결하고자 하는 셀 접속부 간의 사이를 연결하는 셀 연결부; 를 포함하는 니켈 플레이트;
상기 원통형 셀 조립체의 각각의 셀에 대응하는 개구부들이 형성되어 있으며, 상기 원통형 셀 조립체의 상부에 결합되어 각각의 원통형 셀들을 하나의 원통형 셀 조립체로 고정시켜주며, 외부로부터 보호하는 케이스;
상기 원통형 셀 조립체를 구성하는 각각의 셀에 대응하는 원형의 링(O-Ring) 형태이며 충격 흡수가 가능한 소재로 구성되는 충격 흡수부재들의 집합체로서 상기 셀 접속부와 셀 연결부가 형성된 니켈 플레이트와 상기 케이스 사이에 조립되어, 외부로부터 가해지는 충격을 흡수하여 상기 충격이 니켈 플레이트로 전달되는 것을 방지하는 충격 흡수부;
를 포함하여 구성되며,
상기 케이스가 원통형 셀과 마주보는 면(F) 상의 개구부의 직경(L1)은 그 반대면의 개구부의 직경(L2)보다 크게 형성되어 그 개구부의 내측 측벽에는 상기 충격 흡수부재가 조립되는 소정의 개구부의 높이(t1)를 가지는 조립 단차가 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 원통형 셀과 마주보는 면(F) 상에 상기 충격 흡수부재가 조립되는 개구부의 높이(t1)는 상기 충격 흡수부재의 두께보다 짧은 길이로 형성되어, 상기 충격 흡수부재가 상기 케이스의 원통형 셀과 마주보는 면(F)으로부터 소정의 높이만큼 돌출되게 조립됨으로써 상기 니켈 플레이트와 케이스 사이에 상호 이격된 공간을 형성하여, 상기 이격된 공간이 추가로 충격 완화 기능을 하여 상기 니켈 플레이트로의 외부 충격 전달량을 감소시켜 상기 니켈 플레이트를 안정적으로 보호하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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청구항 1에 있어서,
상기 충격 흡수부재의 내경은,
원통형 셀의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 충격 흡수부재의 외경은,
원통형 셀의 직경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
삭제
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청구항 1에 있어서,
상기 개구부의 원통형 셀과 마주보는 면(F)의 직경(L1)과 그 반대면의 직경(L2)은 차이를 갖지 않게 형성되며,
상기 개구부의 내측 중앙부에는,
충격 흡수부재가 고정되는 부재 걸림부(1423)가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 개구부의 측부에는,
니켈 플레이트에 형성된 셀 연결부가 결합되는 결합 홈(144)이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 니켈 플레이트는, 상기 셀 접속부 및 셀 연결부를 통하여 연결되는 셀들의 합산 전압을 출력하도록 그 단부에 전압출력 탭이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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원통형 배터리 팩의 형성 방법에 있어서,
니켈 플레이트에 원통형 셀 조립체의 각각의 셀의 상부에 접속하는 셀 접속부를 형성하고, 인접하는 셀 접속부들 중 연결하고자 하는 셀 접속부들의 연결 형태에 대응하도록 셀 연결부를 형성하여 상기 셀들을 전기적으로 연결하는 셀 연결단계;
상기 원통형 조립체의 각각의 셀에 대응하는 개구부가 형성되어 있으며, 각 셀과 마주보는 면(F) 상의 개구부의 직경(L1)은 그 반대면의 개구부의 직경(L2)보다 크게 형성되어 그 개구부의 내측 측벽에는 충격 흡수부재가 조립되는 소정의 개구부의 높이(t1)를 가지는 조립 단차가 형성된 케이스를 구비하는 케이스 구비단계;
상기 케이스에 형성되어 있는 각각의 개구부의 내측 측벽에 형성된 조립 단차에 상기 각각의 셀에 대응하는 원형의 링(O-Ring) 형태이며 충격 흡수가 가능한 소재로 구성된 충격 흡수부재를 조립하는 충격 흡수부재 조립단계;
상기 각각의 충격 흡수부재가 조립된 케이스를 상기 원통형 셀 조립체의 상부에 결합하는 케이스 결합단계;
를 포함하여 구성되며,
상기 케이스 구비단계에서, 상기 원통형 셀과 마주보는 면(F) 상에 상기 충격 흡수부재가 조립되는 개구부의 높이(t1)는 상기 충격 흡수부재의 두께보다 짧은 길이로 형성하여, 상기 케이스 결합단계를 통해 상기 충격 흡수부재가 상기 케이스의 원통형 셀과 마주보는 면(F)으로부터 돌출되게 조립됨으로써, 상기 니켈 플레이트와 케이스 사이에 상호 이격된 공간이 형성되어 상기 이격된 공간이 추가로 충격 완화 기능을 하여 상기 니켈 플레이트로의 외부 충격 전달량을 감소시켜 상기 니켈 플레이트를 안정적으로 보호하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 형성방법.
삭제
청구항 12에 있어서,
상기 셀 연결 단계는,
니켈 플레이트에 셀 접속부 형성 후, 연결을 위한 셀 접속부들의 사이를 별도로 마련된 셀 연결부를 사용하여 셀들을 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 형성 방법.