KR20070106813A - 프레임 부재의 내면에 경사면이 형성되어 있는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수지층과 금속층으로 이루어진 라미네이트형 시트 케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀이 장착될 수 있는 구조의 상하 개방형 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재의 내면은 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있는 경사면이 형성되어 있는 것으로 구성되어 있는 전지팩을 제공한다.

이러한 전지팩은 낙하 또는 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 프레임 부재에 대한 전지셀의 결합력이 우수하며, 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지하고, 더욱이 외장필름의 도포를 용이하고 매끄러운 표면 상태를 제공하는 등의 다양한 잇점을 가진다.

Description

프레임 부재의 내면에 경사면이 형성되어 있는 전지팩 {Battery Pack Employed with Frame Member Having Inclined Inner Plane}

도 1은 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 내장형 전지팩의 사시도이다;

도 2a는 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 개방구조의 프레임형 전지팩의 사시도이다;

도 2b은 도 2a에서 측면 프레임 부재의 부위 A에 대한 부분 확대도이다;

도 3는 딥 드로잉 법에 의해 전지케이스를 제조하는 공정에 대한 모식도이다;

도 4 a은 딥 드로잉 법에 의해 제조된 전지케이스의 사시도이다;

도 4b는 도 4a에서 전지케이스의 수납부의 부위 B에 대한 부분 확대도이다;

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;

도 6은 도 5의 전지셀이 프레임 부재에 장착된 상태에서 C 부위에 대한 모식적 확대 단면도이다;

도 7은 도 5의 전지셀이 프레임 부재에 장착된 상태에서 D 부위에 대한 모식적 확대 단면도이다.

본 발명은 소형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상하 개방형 프레임 부재에 전지셀이 장착되는 전지팩으로서 프레임 부재의 내면은 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있어서, 프레임 부재에 대한 전지셀의 결합력이 우수하고, 전지팩의 마감공정이 용이한 전지팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬이온 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 특히 두께가 작은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.

또한, 이차전지가 케이스에 장착된 형태에 따라 일반적으로 외장형 전지팩(hard pack)과 내장형 전지팩(inner pack)으로 분류된다. 외장형 전지팩은 그것이 장착되는 외부기기의 외형 일부를 형성하므로 사용시 외부기기에 장착하기 용이 한 장점을 가지지만, 전지셀을 내장한 상태에서 케이스를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 적은 문제점을 가지고 있다.

반면에, 내장형 전지팩은 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 덮개를 덮어 사용하므로, 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성의 장점을 가지고 있다.

내장형 전지팩의 본체인 전지셀로는 각형 전지와 파우치형 전지가 많이 사용된다. 각형 전지는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 전지 캔 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이며, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이다. 최근에는, 중량이 적고 가격이 저렴하며 용량 및 출력에 따라 변형이 용이한 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.

도 1에는 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 내장형 전지팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지팩(1)은, 양극, 음극 및 분리막의 전극조립체와 전해질이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀(2), 전지셀(2)을 수납할 수 있는 수납부를 가진 팩 케이스 본체(3)와, 전지셀(2)이 수납되어 있는 팩 케이스 본체(3) 위에 결합되어 전지셀(2)을 밀봉하는 상부 덮개(4)로 이루어져 있다. 팩 케이스 본체(3)와 전지셀(2) 사이 및 상부 덮개(4)와 전지셀(2) 사이에는 각각 양면 테이프(5)가 부착되어 있다.

전지팩 케이스들(3, 4)은 파우치형 전지셀(2)의 취약한 기계적 강성을 보완할 수 있지만, 동일한 규격으로 전지팩을 제조하였을 경우 넓은 공간을 차지하여 용량을 저하시키는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 팩 케이스 본체(3)와 상부 덮개(4)는 초음파 용착법에 의하여 상호 결합되기 때문에, 용착되는 피접착면을 형성하기 위하여 소정의 두께로 제조되어야 하므로, 전지팩의 부피를 증가시킨다.

따라서, 최근에는 전지팩의 부피를 최소화하고 전지셀의 강성을 효율적으로 보완하기 위하여, 전지셀의 모든 외면을 감싸는 박스형의 팩 케이스 대신, 전지셀의 상면과 하면이 노출되는 개방형 프레임 부재의 사용이 늘어나고 있다.

도 2a에는 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 개방형 프레임 전지팩(10)의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 2b에는 상기 프레임 부재에 전지셀이 장착된 상태의 단면 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 종래의 프레임 부재(30)는 전체적으로 전지셀(20)의 형상에 대응하는 격자형 구조로 이루어져 있다. 이러한 프레임 부재(30)를 포함하는 전지팩(10)은, 측면 실링부(22)를 수직으로 절곡한 파우치형 전지셀(20)을 프레임 부재(30)의 내부에 장착하고, 전극단자 등이 위치하는 전지셀(20)의 상단부에 밀봉부재(35)를 위치시킨 후, 외장필름(40)으로 그 외면을 감쌈으로써 제작된다.

전지셀(20)은, 이후 설명하는 바와 같은 제조공정상의 이유로, 측면 실링부(22)에 인접한 본체 외면(21)이 소정의 각도()로 경사져 있다. 반면에, 그에 대응하는 프레임 부재(30)의 측부(31)는 수직의 내면(32) 구조로 이루어져 있다. 따라서, 전지케이스의 측면, 즉, 전지셀(20)의 본체 외면(21)과 프레임 부재(30)의 사이에는 일정한 이격부위(L)가 생기게 된다.

전지팩(10)의 제조시 필요한 결합력을 확보하고 전지팩(10) 내부로의 이물질 유입을 방지할 수 있도록, 앞서 설명한 바와 같이 외장필름(10)이 도포되는 바, 상기 이격부위(L)로 인해 외장필름(10)이 부착되지 않는 부분이 생기므로, 전지셀(20)과 프레임 부재(30)의 상호 결합력이 떨어지고 밀봉력 역시 저하되는 문제점이 발생한다.

전지셀(20)의 본체 외면(21)이 일정한 경사 및 곡률을 가지는 것은 전지케이스에 전극조립체를 수납할 수 있는 수납부를 일반적으로는 딥 드로잉 법에 의하여 제조하기 때문이다. 딥 드로잉 법은 평판에서 이음부 없이 중공 용기를 만드는 대표적인 성형법으로 판재로부터 최종 중공 케이스를 일련의 연속적인 공정에 의해 제조할 수 있으므로 공정의 효율성이 높다는 장점을 가진다.

도 3a 및 3b에는 딥 드로잉 법에 의해 파우치형 전지셀을 제조하는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 다이(50) 표면상에 라미네이트 시트(80)를 위치시키고, 블랭크 홀더(blank holder: 60)로 고정시킨 후, 원주방향으로 가압하면서 펀치(70)를 다이(50) 사이로 이동시켜 라미네이트 시트(80)가 연신되면서 전지케이스의 내부 공간을 만드는 가공법을 말한다.

이 때, 다이의 반경(r₁)과 펀치의 반경(r₂)이 커지면 소재판의 굽힘 저항이 감소되어 드로잉이 용이하나, 너무 크면 소재판이 빨리 끌려 들어가 용기에 주름이 생기며, 반대로 반경이 너무 작으면 인장변형이 커져서 모서리가 얇아지고 심할 경우 소재판이 파열되므로 소정의 곡면율(R)을 부여한다. 또한, 펀치(70)가 가압됨에 따라 라미네이트 시트(80)의 연신에 의해 측벽이 만들어지는 바, 연신을 동반하는 압출 과정에서 소재 내부에 크랙이 발생하여 연신되는 부위는 강도가 크게 저하되거나 또는 급기야 파단되는 경우가 발생하여 제품의 불량을 유발할 수 있다. 따라서, 이러한 연신에 따른 강성 저하 및 불균일을 방지하기 위하여, 연신에 의한 인장변형이 일어나는 면적을 넓히기 위해 다이(50)를 일정한 기울기()로 테이퍼한다. 따라서, 전지케이스의 측벽도 일정한 기울기()로 테이퍼되어 경사를 가지게 된다.

도 4a에는 딥 드로잉법에 의해 제조된 전지케이스의 사시도가 도시되어 있고, 도 4b에는 전지케이스의 하단 모서리 부위의 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지케이스(200a)는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(21a)를 포함하는 케이스 본체(23a)와 그러한 본체(23a)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(22a)로 이루어져 있다.

딥 드로잉 법에 의해 생긴 본체의 수납부(21a)는 그것의 하단 모서리 부위에 일정한 곡면율(R)을 가지며, 전지케이스 본체의 측면은 일정한 기울기()로 테이퍼 되므로, 도 2b에서 설명한 바와 같이, 수직 내면을 갖는 프레임 부재가 장착되는 경우 이격부위가 생기게 된다.

따라서, 외부 충격에 대해 적정한 강도를 제공하고, 프레임 부재에 대한 전지셀의 이격부위를 없앰으로써 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지하며, 외장필 름의 도포를 용이하게 하고 전지팩의 외면을 매끄럽게 만들 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 전지팩 구조에 대한 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 상하 개방형의 프레임 부재에 전지셀을 장착하는 구조로 전지팩을 제조하고, 특히 프레임 부재의 내면은 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있는 구조로 전지팩을 제작할 경우, 낙하 또는 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 프레임 부재에 대한 전지셀의 결합력이 우수하고, 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지할 수 있으며, 외장필름의 도포를 용이하고 전지팩의 외면을 매끄럽게 할 수 있는 등 다양한 잇점을 가짐을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 수지층과 금속층으로 이루어진 라미네이트형 시트 케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀이 장착될 수 있는 구조의 상하 개방형 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재 중 측면 프레임의 내면은 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있는 것으로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 전지팩은 프레임 부재에 장착된 상태에서 전지셀의 상면과 하면이 외장필름에 직접 접하고 프레임 부재의 내면에 전지셀의 단면에 대응하여 테이퍼되어 있으므로 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지한다

상기 상하 개방형 프레임 부재는 전지셀의 양 표면이 노출되도록 그것의 외측부만을 감싸는 형태의 구조로 이루어져 있다. 즉, 프레임 부재는 전지셀의 양 측면에 접하는 측면 프레임과, 전지셀의 상단과 하단에 각각 접하는 상단 프레임 및 하단 프레임이 일체로 성형되어 있는 격자형 구조이다. 상단 프레임에는 외부 입출력 단자가 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있다.

이와 같이, 전지셀의 양 표면이 노출되어 있는 구조에도 불구하고 본 발명에 따른 전지팩은 우수한 안전성을 보여준다. 일반적으로 전지팩이 낙하하거나 또는 전지팩에 외부 충격이 인가될 때, 외력은 전지셀의 외측부, 즉, 상단, 하단 또는 양 측면에 집중되어 전지팩의 파손을 유발하는 경향이 있다. 전지팩의 상면(전지셀의 상부면)과 하면(전지셀의 하부면)은 수직의 외력이 작용하지 않는 한 크게 영향받지 않으며, 그러한 수직 외력이 인가될 가능성은 전지팩에 대한 외력의 전반적인 작용을 고려할 때 상대적으로 낮은 편이다. 따라서, 이러한 외력 작용의 경향과 얇은 두께의 전지팩에 대한 수요가 높음을 고려할 때, 본 발명의 상하 개방형 프레임 부재에 의한 전지팩의 구성은 상기 두 가지 요건을 모두 만족시킨다.

상기 프레임 부재의 소재는 소망하는 수준의 강도를 제공하는 소재라면 특별 히 제한되지 않으며, 바람직하게는 중량이 적고 전기절연성을 나타내는 플라스틱 수지로 이루어져 있다

상술한 바와 같이, 파우치형 전지케이스는 일반적으로 딥 드로잉 법에 의해 제작되므로, 전지케이스의 외면은 소정의 각도를 가지는 경사면이 형성되어 있고, 하단 모서리 부위는 일정한 곡면율(R)을 가진다. 따라서, 수직 내면 구조의 프레임 부재에 장착하는 경우에는 상기 전지케이스와의 사이에 일정한 이격부위가 생기므로 전지의 안정성이 떨어지게 된다.

반면에, 본 발명에 따른 프레임 부재는 그것의 내면이 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있어서, 프레임 부재에 대한 전지셀의 결합력을 더욱 높이고, 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지할 수 있는 특징이 있다.

더욱 구체적으로, 전지케이스의 본체에는 전극조립체를 내장하기 위한 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부의 측면은 소정의 각도를 테이퍼되어 있으며, 그 하단 모서리 부위는 소정의 곡면율을 가지고 있다. 이러한 수납부에 전극조립체를 내장한 후 열융착에 의해 결합시킨다. 열융착이 이루어지는 측면 실링부를 전지케이스 측면의 테이퍼 각도로 절곡하고, 상기 절곡된 단부가 상부로 향하도록 위치시키고, 프레임 부재를 그 위에 장착한다.

이러한 절곡으로 인해 측면 실링부 역시 전지케이스의 본체 측면과 동일한 크기의 경사각(테이퍼 각)과 곡면율을 가진다. 반면에, 이에 대응하는 프레임 부재의 내면은 전지셀 측면과 동일한 경사각으로 역방향 테이퍼되어 있다. 즉, 전 지셀의 측면에는 하향 경사면(테이퍼면)이 형성되어 있고, 측면 프레임의 내면에는 상향 경사면이 형성되어 있어서, 전지셀과 프레임 부재와의 사이가 서로 접하고 있으므로 전지셀을 안정적으로 장착할 수 있고 이격부위가 없으므로 전지팩의 안정성을 향상시킨다.

전지셀 측면과 프레임 부재 내부의 테이퍼 각은 상기와 같은 기능이 가능한 범위에서 결정될 수 있으며, 예를 들어, 10 ~ 45 도의 범위일 수 있다. 테이퍼 각이 너무 작으면 경사면 형성에 따른 상기와 같은 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 너무 크면 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 하단 프레임의 내면은 상기 측면 프레임에 대하여 역방향으로 테이퍼되어 있고, 그에 대응하는 전지셀의 하단면은 역방향으로 테이퍼되어 있는 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 상기 측면 프레임의 내면에 상향 테이퍼면이 형성되어 있는데 대하여, 하단 프레임의 내면에는 하향 테이퍼면(경사면)이 형성되어 있고, 상기 하단 프레임의 테이퍼면에 대응하여 전지셀의 하단면에는 역방향으로 상향 경사면이 형성되어 있다. 하단 프레임과 전지셀의 계면이 상기와 같은 경사면으로 이루어져 있어서, 전지셀을 하단 프레임의 위쪽으로 제거하기는 용이하지만 아래쪽으로 제거하기는 어렵다.

따라서, 하단 프레임과 전지셀 하단면의 테이퍼 구조는 측면 프레임과 전지셀 측면의 테이퍼 구조와 서로 상반대되는 형태를 이룸으로써, 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착 상태를 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 테이퍼된 측면 프레임 내면 중, 전지셀의 굴곡진 모서리부와 접하는 부위는, 장착된 전지셀의 외면 단부 모서리부를 지지할 수 있도록 안쪽으로 소정의 길이로 돌출되어 있다.

따라서, 상기 연장부는 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착 안정성을 높여 주는 작용을 한다. 또한, 전지셀의 측면 실링부의 단부는 날카롭고 절곡 정도에 따라 외면으로 돌출되는 경향이 있으므로, 전지팩의 조립공정에 장애를 유발할 수 있고 외장필름에 의한 마감처리에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 상기 측면 프레임의 연장부는 이러한 측면 실링부의 날카로운 단부를 감쌈으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 측면 프레임의 외면, 즉, 전지셀이 접하는 면의 대향면은 굴곡 외주면의 형태로 제조될 수 있다. 상기 굴곡 외주면은 프레임의 외면이 완만한 곡선 또는 각지지 않은 모서리를 형성하는 구조를 의미한다. 이러한 굴곡 외주면은 외장필름의 도포 작업이 용이하고, 매끈한 외면을 제공하며, 소정의 디바이스에 대한 전지팩의 장착을 더욱 용이하게 도와 준다. 상기 굴곡 외주면은 다양한 구조일 수 있으며, 바람직하게는 단면상으로 곡률반경(R)을 갖는 구조일 수 있다.

상기 곡률반경은 자유롭게 설정할 수 있지만, 곡률반경이 너무 크면 측면 프레임의 모서리부가 거의 수직이 되므로 상기와 같은 효과를 얻을 수 없고, 반대로 곡률반경이 너무 작으면 측면 프레임의 두께에 못 미치게 되므로 전지셀의 외면에 외장필름을 도포하는 경우 부착이 용이하지 못하게 되므로, 상기 곡률반경은 바람 직하게는 전지케이스 높이의 30 내지 70%의 크기에 해당하고, 보다 바람직하게는 40 내지 60%의 크기에 해당한다.

전지셀을 상기 프레임 부재에 장착한 상태에서 전지셀의 외면을 바람직하게는 외장필름으로 도포할 수 있다. 상기 외장필름은 전지셀의 외면을 감싸는 형태로 부착되는데, 프레임 부재에 대한 전지셀의 고정 상태를 지지하고, 전지셀을 외부로부터 보호하는 작용을 하며, 전지팩의 구성과 사용방법, 출처 등을 표시하는 라벨의 기능도 한다.

외장필름의 소재는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, PC, PET (polyethylene terephthalate) 등의 플라스틱 소재, 박막의 금속 소재 등이 사용될 수 있으며, 그 중 플라스틱 소재가 특히 바람직하다. 필름의 바람직한 두께는 전지팩의 두께 및 보호용 부재로서의 작용을 고려할 때 대략 0.05 내지 0.3 mm 일 수 있지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다.

상기 전지셀의 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 구조의 시트형으로 이루어져 있다. 이러한 전지셀의 대표적인 예로는 외장부재로서 알루미늄과 수지의 라미네이트 시트를 사용하는 파우치형 전지셀을 들 수 있다. 상기 파우치형 전지셀에서 외장부재는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 하단이 일체로서 연결되어 있는 1 단위의 접이식 부재로서 상부 또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조를 들 수 있다. 따라서, 파우치형 전지셀은 수납부에 전극조립체를 내장한 상태에서 밀봉할 때 상하부 접촉부위가 실링부를 형성한다. 상기와 같은 1 단위의 접이 식 부재의 경우, 실링부는 양 측면과 전극단자가 위치하는 상단면에 형성된다.

상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극이 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식 또는 스택형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수 있다.

상기 전지셀로는 바람직하게는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지가 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 전지팩(100)은 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀(200), 격자형의 프레임 부재(300) 및 외장필름(400)으로 구성되어 있다.

전지셀(200)은 파우치형 라미네이트 시트의 케이스(210)에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있으며, 이러한 밀봉과정에서 상단과 측면에 각각 실링부가 형성된다. 따라서, 상단 실링부(220)와 측면 실링부(230)를 각각 전지셀 본체의 외면에 밀착되도록 상향 절곡한 상태로 프레임 부재(300)에 장착하게 된다. 절곡된 상단 실링부(220)에는 외부 입출력 단자(242)가 형성되어 있는 보호회로 모 듈(240)이 탑재된다.

프레임 부재(300)는 전지셀(200)의 외측부를 감싸는 격자형 부재로서, 상단 프레임(310)에는 보호회로 모듈(240)의 외부 입출력 단자(242)가 노출될 수 있도록 개구(312)가 형성되어 있다. 또한, 측면 프레임의 내면(330)에는 전지셀(200)의 경사면에 대응하여 그 역방향으로 테이퍼된 경사면이 형성되어 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 6에는 전지셀이 프레임 부재에 장착된 상태에서 도 5의 C 부위에 대한 확대 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 전지셀(200)의 외측면(212)은 하향 테이퍼되어 있고, 그러한 외측면에 밀착되도록 상향 절곡된 측면 실링부(230) 역시 하향 테이퍼 구조를 이룬다. 이에 대해, 측면 프레임 내면(330)은 그에 대응하는 구조로 상향 테이퍼되어 있다. 또한, 측면 프레임 내면(330)의 단부에는 일정한 곡률(R)을 가지는 전지셀의 모서리 방향으로 소정의 길이로 연장되어 있는 연장부(323)가 형성되어 있다. 따라서, 이러한 계면의 테이퍼 구조로 인해, 전지셀(200)은 삽입 방향을 기준으로 프레임 부재에 대해 안정적인 장착을 이룰 수 있다. 즉, 측면 프레임 내면(320)의 상향 경사면(330) 및 연장부(323)로 인해 전지팩과의 이격부위가 없어지므로, 전지셀을 보다 안정적으로 장착할 수 있고, 전지의 안정성 또한 향상시킬 수 있다.

또한, 측면 프레임의 외면(320)은 바깥쪽을 향하여 굴곡 외주면(322)을 이루고 있어서, 외장필름을 도포하기 용이하고, 전체적으로 고루 도포되어 매끈한 도포 상태를 가질 수 있게 한다.

다시 도 5를 참조하면, 전지셀(200)의 하단면에 접하는 하단 프레임(340)은 하향 테이퍼 구조로 이루어져 있다. 이에 대해서는, 도 7를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 7에는 전지셀이 프레임 부재에 장착된 상태에서 도 5의 D 부위에 대한 확대 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 7를 참조하면, 하단 프레임(340)의 내면(342)은 하향 테이퍼되어 있고, 전지셀(200)의 하단면(214)은 그에 대응하는 구조로 상향 테이퍼되어 있다. 따라서, 이러한 계면의 테이퍼 구조로 인해, 전지셀(200)은 위쪽으로는 쉽게 분리될 수 있지만, 아래쪽으로 분리되기는 용이하지 않다. 반면에, 도 6에서와 같이, 측면 프레임(320)은 상향 테이퍼되어 있으므로, 전지셀(200)은 측면 프레임(320)의 아래쪽으로 분리되기는 용이하지만, 위쪽으로 분리되기는 어렵다. 따라서, 하단 프레임 내면과 측면 프레임 내면의 상반된 구조로 인해, 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착 상태가 매우 안정적이다.

다시 도 5를 참조하면, 프레임 부재(300)에 대해 전지셀(200)을 장착한 상태에서, 전지셀의 상단면과 보호회로 모듈(220) 사이의 이격 부위(S)를 덮개(350)로 막아 보호한다. 경우에 따라서는, 덮개(350) 대신에 이격 부위(S)에 수지를 충진하여 외부로부터 물질이 침투하는 것을 방지하고, 전지팩(100)의 낙하시 단락이 유발되는 것을 방지할 수도 있다.

외장필름(400)은 전지셀(200)과 프레임 부재(300)의 외면을 감쌈으로써, 이들의 결합 상태를 지지하고 전지셀(200)을 보호하게 된다.

이상, 본 발명에 따른 몇몇 실시예들을 참조하여 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 낙하 또는 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 프레임 부재에 대한 전지셀의 결합력이 우수하고, 전지셀의 장착 상태를 안정적으로 지지하며, 외장필름의 도포가 용이하고 전지팩의 외면을 매끄러운 구조로 만들 수 있는 등 다양한 효과가 있다.

Claims (12)

1. 수지층과 금속층으로 이루어진 라미네이트형 시트 케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀이 장착될 수 있는 구조의 상하 개방형 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재 중 측면 프레임의 내면은 테이퍼되어 있는 경사면이 형성된 전지셀의 단면에 대응하여 역방향으로 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 측면과 프레임 부재 내면의 테이퍼 각은 10 ~ 45 도의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재 중 전지셀의 하단면과 접하는 하단 프레임의 내면은 상기 측면 프레임에 대하여 역방향으로 테이퍼되어 있는 경사면을 이루고 있고, 상기 하단 프레임에 대응하는 전지셀의 하단면은 상기 경사면에 대해 역방향으로 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 테이퍼된 프레임 내면의 일측 단부에는 장착된 전지셀을 지지할 수 있도록 안쪽으로 소정의 길이로 연장되어 있는 연장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임의 측면은 바깥쪽을 향하여 굴곡 외주면을 형성하도록 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 굴곡 외주면은 단면상으로 곡률반경(R)을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 곡률반경은 전지케이스 높이의 30 내지 70%의 크기에 해당하는 것을 특징으로 하는 전지팩
8. 제 7 항에 있어서, 상기 곡률반경은 전지케이스 높이의 40 내지 60%의 크기에 해당하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재에 전지셀이 장착된 상태에서 외면을 감싸는 외장필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 외장부재로서 알루미늄과 수지의 라미네이트 시트를 사용하는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 외장부재는 하단이 일체로서 연결되어 있는 1 단위의 접이식 부재로서 상부 또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.

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