KR20120005930A - 리튬 폴리머 배터리용 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
폴리머 배터리팩 어셈블리을 개시한다. 본 발명은 제 1 장착 위치를 한정하는 제 1 장착 캐비티와, 제 2 장착 위치를 한정하는 제 2 장착 캐비티를 가지며, 제 1 및 제 2 장착 캐비티는 서로 분리된 마운트 프레임;과, 2 장착 위치 상에 장착되며, 제 3 장착 위치를 한정하는 제 3 장착 캐비티를 가지는 탑 케이스; 제 1 장착 위치 내에 장착되며, 제 1 장착 캐비티를 지나서 제 2 장착 위치를 향하여 연장되는 양극 탭과 음극 탭을 가지는 리튬 폴리머 배터리 셀;과, 마운트 프레임 내에 형성된 제 1 결합 부재와, 상기 탑 케이스 내에 형성된 제 2 결합 부재;와, 제 3 장착 위치 내에 장착되며, 제 1 및 제 2 결합 부재에 의하여 탑 케이스가 마운트 프레임에 고정시 제 2 장착 캐비티에 위치하도록 양극 탭과 음극 탭에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 마운트 프레임에 의하여 몰딩된 리튬 배터리 셀에 대하여 탑 케이스를 결합시키는 폴리머 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 셀룰라 폰, 랩탑 컴퓨터, 캠코더와 같은 소형의 모바일 디바이스나, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, UPS) 등과 같은 중대형의 디바이스의 에너지원으로 사용된다.
대표적인 이차 전지는 리튬 이차 전지가 있다. 리튬 이차 전지는 전극 조립체가 수용되는 케이스의 형상에 따라서 원통형 및 각형으로 된 캔형 이차 전지와, 유연성을 가지는 파우치형 이차 전지로 구분할 수 있다.
이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 폴리머 전해질 전지로 분류할 수 있다. 일반적으로, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 폴리머 전지라 하고, 폴리머 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.
폴리머 배터리 셀과 같은 셀은 파우치 셀이다. 견고한 금속 케이스를 가지는 리튬 이온 원통형 셀과는 달리, 파우치 셀은 유연성을 가지며, 폴리머가 적층된 박막형 케이스이다. 원통형 셀에 있어서, 견고한 케이스는 전극과 세퍼레이터를 서로 가압한다. 반면에, 폴리머 셀에 있어서, 전극 쉬트와 세퍼레이터 쉬트는 서로 적층되므로 외부 압력이 요구되지 않는다.
파우치는 견고한 금속 케이스를 가지지 않으므로, 대응되는 원통형보다 20% 가볍다. 그러나, 모든 리튬 이온 셀은 하이 레벨의 충전 상태에서는 팽창된다. 케이스에 수용되지 않으면, 박리되고, 신뢰성이나, 싸이클 수명이 줄어든다. 원통형 셀의 케이스는 수용부를 공급하는 반면에, 폴리머 셀은 수용부를 포함하지 않는다. 따라서, 파우치 셀로 구성된 전지는 형상을 유지할 수 있도록 전체적으로 견고한 외부 케이스를 포함해야 한다.
통상적으로, 전극 조립체를 수용하는 배터리 셀은 보호 회로 모듈(Protection Circuit Module, PCM)과 결합된다. 보호 회로 모듈에 대하여 결합된 배터리 셀의 상부에는 탑 케이스(Top Case)가 장착된다. 게다가, 상기 배터리 셀은 양면 테이프에 의하여 필름 형태의 아우터 케이스 내에 삽입되고, 아우터 케이스의 외면에는 라벨이 부착된다. 상기와 같은 과정을 통하여 배터리 팩을 제조한다.
그런데, 종래의 배터리 팩은 작업 공정수가 많고, 작업자에 의한 불량 산포가 심하다. 또한, 배터리 팩을 제조시, 인서트 사출을 하는 경우에는 보호 회로 모듈과, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자에 악영향을 끼친다.
본 발명은 마운트 프레임에 의하여 몰딩된 리튬 폴리머 배터리 셀에 대한 탑 케이스의 결합이 용이한 폴리머 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폴리머형 배터리는, 폴리머 셀;과, 탑 케이스;와, 폴리머 셀을 수용하는 제 1 영역과, 탑 케이스를 위치시키는 제 2 영역을 가지고, 상기 제 2 영역은 제 1 영역으로부터 분리된 마운트 프레임;과, 상기 탑 케이스를 마운트 프레임에 결합시키기 위한 제 1 및 제 2 결합 요소;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스 내에는 보호 회로 모듈이 위치하고, 전극 탭이 상기 폴리머 셀로부터 마운트 프레임을 지나 상기 보호 회로 모듈까지 연장된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 결합 요소는 탑 케이스 상에 픽싱 슬롯을 가지고, 상기 제 2 결합 요소는 상기 마운트 프레임 상에 픽싱 탭을 가지고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 상기 픽싱 탭을 수용한다.
일 실시예에 있어서, 복수의 채널은 마운트 프레임의 제 2 영역의 서로 반대되는 단부 측벽에 형성되고, 복수의 러너는 탑 케이스의 서로 반대되는 단부 측벽에 형성되고, 러너는 탑 케이스가 마운트 프레임 상에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 결합 요소는 탑 케이스 상의 복수의 픽싱 탭을 가지고, 상기 제 2 결합 요소는 프레임 상의 복수의 픽싱 슬롯을 가지고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 픽싱 탭을 수용하며, 상기 픽싱 탭 및 픽싱 슬롯은 탑 케이스 및 마운트 프레임의 중심축에 대하여 비대칭적이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 폴리머 배터리 팩 어셈블리는, 제 1 장착 위치를 한정하는 제 1 장착 캐비티와, 제 2 장착 위치를 한정하는 제 2 장착 캐비티를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 장착 캐비티는 서로 분리된 마운트 프레임;과, 상기 제 2 장착 위치 상에 장착되며, 제 3 장착 위치를 한정하는 제 3 장착 캐비티를 가지는 탑 케이스;와, 상기 제 1 장착 위치 내에 장착되며, 제 1 장착 캐비티를 지나서 제 2 장착 위치를 향하여 연장되는 양극 탭과 음극 탭을 가지는 리튬 폴리머 배터리 셀;과, 상기 마운트 프레임 내에 형성된 제 1 결합 부재와, 상기 탑 케이스 내에 형성된 제 2 결합 부재;와, 상기 제 3 장착 위치 내에 장착되며, 상기 제 1 및 제 2 결합 부재에 의하여 탑 케이스가 마운트 프레임에 고정시 제 2 장착 캐비티에 위치하도록 양극 탭과 음극 탭에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 적어도 2개의 픽싱 탭과, 적어도 2개의 픽싱 슬롯을 더 포함하며, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 상기 픽싱 탭을 수용한다. 상기 픽싱 탭은 제 2 장착 위치의 측벽으로부터 돌출하고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스의 측벽에 형성되거나, 대안으로는, 상기 픽싱 탭은 탑 케이스의 측벽으로부터 돌출되고, 상기 픽싱 슬롯은 제 2 장착 위치의 측벽에 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성되는 복수의 채널과, 상기 제 3 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성된 복수의 러너를 더 포함하며, 상기 러너는 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성되는 복수의 채널과, 상기 제 3 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성된 복수의 러너를 더 포함하며, 상기 러너는 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합된다.
일 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 보강부는 제 2 장착 위치의 측벽에 형성되며, 제 1 및 제 2 보강부는 배터리 셀이 제 1 장착 위치 내에 장착시 양극 및 음극 탭를 수용하도록 장착 슬롯을 한정한다.
일 실시예에 있어서, 상기 마운트 프레임을 수용하도록 파우치형인 아우터 케이스를 더 포함하며, 상기 아우터 케이스를 감싸는 보호 필름 커버를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리머 배터리팩 어셈블리는 마운트 프레임과, 탑 케이스와, 제 1 및 제 2 결합 요소를 포함하되, 상기 마운트 프레임은 리튬 폴리머 배터리 셀을 수용하는 제 1 캐비티를 가지는 제 1 장착 위치를 포함하며, 상기 배터리 셀은 상기 제 1 캐비티를 지나서 연장되는 양극 탭과 음극 탭을 가지며, 제 2 캐비티를 가지는 제 2 장착 위치를 포함하며, 상기 제 1 캐비티와 제 2 캐비티는 서로 분리되고, 상기 탑 케이스는 상기 제 2 장착위치를 커버하며, 상기 탑 케이스는 보호 회로 모듈을 수용하는 제3 장착 위치를 한정하는 제 3 캐비티를 가지며, 상기 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 고정시에 보호 회로 모듈은 제 2 캐비티내로 고정되고, 양극 탭과 음극 탭에 전기적으로 연결되고, 탑 케이스의 제 1 결합 요소는 마운트 프레임의 제 2 결합 요소와 결합된다.
상기와 같이, 본 발명의 배터리 팩은 이를 제조하는 공정이 단순화된다. 또한, 마운트 프레임에 의하여 몰딩된 배터리 셀에 대한 탑 케이스 결합의 신뢰성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 배터리 셀을 도시한 분리 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 분리 사시도,
도 3은 도 2의 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 6은 도 4의 탑 케이스의 일 변형 예를 도시한 평면도,
도 7은 도 4의 탑 케이스의 다른 변형 예를 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 분리 사시도,
도 3은 도 2의 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 6은 도 4의 탑 케이스의 일 변형 예를 도시한 평면도,
도 7은 도 4의 탑 케이스의 다른 변형 예를 도시한 평면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 배터리 셀(100)을 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 폴리머 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)를 수용하는 파우치(120)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 양극판(111), 음극판(112), 및 양극판(111)과 음극판(112) 사이에 개재되는 세퍼레이터(113)를 포함한다.
상기 양극판(111)에는 양극 탭(114)이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 탭(114)에는 양극용 절연 테이프(116)가 감겨져 있다. 상기 음극판(112)에는 음극 탭(115)이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 음극 탭(115)에는 음극용 절연 테이프(117)가 감겨져 있다.
상기 파우치(120)는 유연성을 가지는 케이스다. 상기 파우치(120)는 상부 케이스(121)와, 상기 상부 케이스(121)와 결합되는 하부 케이스(122)를 포함한다. 상기 상부 케이스(121) 및 하부 케이스(122)는 적어도 일면이 일체로 접합되어 있다. 상기 파우치(120)는 금속 호일(120a)과, 상기 금속 호일(120a)의 양면에 적층된 절연성 필름(120b)(120c)으로 된 3층 구조이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(110)는 파우치(120) 내에 형성된 공간부(123)에 위치한다. 상기 양극용 절연 테이프(116)와, 음극용 절연 테이프(117)는 파우치(120)의 밀폐면(124)과 함께 열융착되어 있다. 상기 양극 탭(114)의 단부와, 음극 탭(115)의 단부는 밀폐되는 파우치(120)의 외부로 노출되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)을 분리하여 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 배터리 팩(200)의 일부를 분리하여 도시한 것이다.
이하, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 배터리 팩(200)은 배터리 셀(100), 마운트 프레임(210), 및 탑 케이스(220)를 포함한다.
상기 배터리 셀(100)에는 전극 조립체(도 1의 110)를 수용하는 파우치(120)가 마련되어 있다. 상기 파우치(120)의 일측 단변부에는 양극 탭(114)의 단부와, 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출되어 있다. 상기 양극 탭(114)의 단부와, 음극 탭(115)의 단부는 상기 탑 케이스(220)가 배치되는 방향으로 위치한다. 상기 파우치(120)는 유연성을 가지는 케이스이므로, 상기 전극 조립체(110)가 파우치(120) 내부에 수용된 다음에 상기 파우치(120)의 형상을 자유롭게 접을 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 마운트 프레임(210)에 의하여 적어도 일부분이 감싸져 있다. 상기 마운트 프레임(210)은 상기 배터리 셀(100)의 양 측벽부를 커버하는 제 1 부분(211)과, 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출되는 부분에 대하여 대응되는 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하는 제 2 부분(212)과, 상기 제 2 부분(212)에 대하여 반대쪽인 배터리 셀(100)의 하단부를 커버하는 제 3 부분(213)을 포함한다.
상기 제 1 부분(211), 제 2 부분(212), 및 제 3 부분(213)은 서로 일체로 형성되는데, 이들을 포함하는 상기 마운트 프레임(210)은 고분자 수지를 이용한 사출 성형에 의하여 적어도 상기 배터리 셀(110)의 외면 일부를 적어도 감싸도록 형성되어 있다.
대안으로는, 상기 마운트 프레임(210)은 양극 탭(114)의 단부와, 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출되는 부분을 제외하고, 상기 배터리 셀(100)의 외형을 전체적으로 감싸도록 사출 성형될 수 있는 등 어느 하나의 사출 구조에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 마운트 프레임(210)은 상기 탑 케이스(220)와의 결합을 위하여 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출되는 부분에 대하여 대응되는 배터리 셀(100)의 상단부에는 적어도 일부 영역 이상 사출 성형되어야 함은 물론이다.
상기 배터리 셀(100)의 외면과, 마운트 프레임(210) 사이에는 라벨(230)이 위치할 수 있다. 상기 라벨(230)은 양면 테이프나, 접착 용액에 의하여 상기 배터리 셀(100)의 전면이나 배면에 부착된다. 상기 라벨(230)은 상기 배터리 셀(100)에 대한 마운트 프레임(210)의 사출 성형 이전에 상기 배터리 셀(100)의 외면에 부착하는 것이 바람직하다. 상기 라벨(230)은 상기 배터리 셀(100)에 대한 정보를 인식하기 위하여 부착한다.
상기 탑 케이스(220)가 마운트 프레임(210) 상에 장착시, 보호 회로 모듈(240)은 제 2 부분(212)에 형성된 캐비티(12)와, 탑 케이스(220)에 형성된 캐비티(14)에 배치된다.
상기 보호 회로 모듈(240)은 회로 보드(Circuit Board, 241)와, 상기 회로 보드(241) 상에 실장된 복수의 전자 소자(242)와, 안전 소자 역할을 하는 PTC 소자(243)를 포함한다.
상기 회로 보드(241)는 적어도 1층 이상의 회로 패턴층이 적층된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)을 포함한다. 상기 전자 소자(242)는 IC 칩(Integrated Circuit Chip), FET(Field Effect Transistor), 저항기(Resistor), 커패시터(Capacitor) 등을 포함한다.
상기 PTC 소자(243)는 폴리머에 도전성 입자를 구비한 소자이다. 상기 PTC 소자(243)의 윗면에는 제 1 금속 박판(244)이 위치하고, 상기 PTC 소자(243)의 아랫면에는 제 2 금속 박판(245)이 위치한다. 상기 제 1 금속 박판(244)은 회로 보드(241)에 배치된 제 1 전극 단자(246)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 금속 박판(245)은 음극 탭(115)에 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 상기 양극 탭(114)은 회로 보드(241)에 배치된 제 2 전극 단자(247)에 전기적으로 연결되어 있다.
본 실시예에서는 상기 제 1 전극 단자(246)는 상기 음극 탭(115)과 동일한 음극이며, 상기 제 2 전극 단자(247)는 상기 양극 탭(114)과 동일한 양극이지만, 안전 소자를 포함한 상기한 전극 단자에 대한 전극 탭 간의 전기적인 연결 구조는 다양한 실시예가 가능하다 할 것이다.
한편, 상기 회로 보드(241) 상에는 상기 제 1 전극 단자(246) 및 제 2 전극 단자(247)에 대하여 전기적으로 각각 연결되는 복수의 외부 단자(248)가 형성되어 있다.
상기 보호 회로 모듈(240)은 상기 탑 케이스(220) 내부에 수용되어 있다. 상기 탑 케이스(220)는 보호 회로 모듈(240)을 내부 공간에 수용된 상태에서, 상기 탑 케이스(220)는 상기 마운트 프레임(210)의 제 2 부분(212)의 상단부에 결합가능하다. 상기 탑 케이스(220)에는 상기 외부 단자(248)가 노출될 수 있는 복수의 외부 단자 홀(221)이 형성되어 있다.
상기 탑 케이스(220)는 보호 회로 모듈(240)를 외부 충격으로부터 보호하고, 보호 회로 모듈(240)의 쇼트를 방지한다. 이처럼, 상기 보호 회로 모듈(240)은 상기 탑 케이스(220)에 대하여 일체화를 이루고 있다. 상기 탑 케이스(220)는 폴리 카보네이트와 같은 폴리머 수지로 된 성형체로 형성될 수 있다.
한편, 상기 마운트 프레임(210)에 의하여 일부가 감싸진 배터리 셀(100)은 이를 보호하고, 이의 강도를 보강할 수 있는 아우터 케이스(250) 내에 장착가능하다. 상기 아우터 케이스(250)는 접착제가 부착되어 있는 파우치가 바람직하다. 게다가, 상기 아우터 케이스(250)는 보호 필름 커버(260)에 의하여 더 감싸질 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 셀(100)에 대하여 탑 케이스(220)가 결합되기 이전의 상태를 분리 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 배터리 셀(도 1의 100)의 외면 일부에는 폴리머 수지를 이용한 사출 성형에 의하여 마운트 프레임(210)가 사출되어 있다. 상기 배터리 셀(100)과 마운트 프레임(210) 사이에는 라벨(230)이 개재되어 있다.
상기 마운트 프레임(210)에는 상기 탑 케이스(220)에 대하여 결합되는 영역을 제공하는 제 2 부분(212)을 포함한다. 상기 마운트 프레임(210)의 제 2 부분(212)은 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출되는 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하도록 사출되어 있다. 이때, 상기 마운트 프레임(210)의 제 2 부분(212)은 상기 배터리 셀(110)의 양 측벽을 커버하는 제 1 부분(211)과 함께 일체형을 이루면서 사출 성형되는 것이 바람직하다.
상기 마운트 프레임(210)의 제 2 부분(212)은 상기 배터리 셀(100)의 상단부와 접하는 부분을 커버하는 바닥부(214)와, 상기 바닥부(214)의 장변부 가장자리로부터 직립하는 방향으로 연장된 제 1 측벽부(215)와, 상기 바닥부(214)의 단변부 가장자리로부터 직립하는 방향으로 연장된 제 2 측벽부(216)를 포함한다.
상기 제 1 측벽부(215)는 상기 바닥부(214) 장변부의 양 가장자리로부터 소정 높이 직립하여 형성되지만, 그 높이나 형상은 어느 하나에 한정되지 않으며, 상기 제 2 측벽부(216)도 상기 바닥부(214) 단변부의 양 가장자리로부터 소정 높이 직립하여 형성되지만, 그 높이나 형상은 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 측벽부(215) 내측에는 배터리 셀(100)의 전극 조립체(도 1의 110)에 대하여 전기적으로 연결되는 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 외부로 인출시 양극 탭(114) 및 음극 탭(115)의 가변성을 줄일 수 있도록 보강부(217)가 돌출되어 있다. 상기 양극 탭(114) 및 음극 탭(115)은 상기 보강부(217)를 통하여 외부로 노출되어 있다.
상기 제 1 측벽부(215)에는 복수의 픽싱 탭(fixing tab, 310)이 돌출되어 있다. 상기 픽싱 탭(310)은 상기 배터리 셀(100)이 위치한 직립하는 방향(Y 방향)과 수직인 방향(X 방향)으로 상기 제 1 측벽부(215)의 외면에 돌출되어 있다. 상기 픽싱 탭(310)은 제 1 측벽부(215)의 길이 방향(Z 방향)을 따라 양 쪽에 복수개 설치되어 있다. 상기 픽싱 탭(310)은 서로 대향되게 직립된 복수의 제 1 측벽부(215)에 다같이 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 픽싱 탭(310)이 제 1 측벽부(215)에 형성되지만, 상기 픽싱 탭(310)이 제 2 측벽부(216)에 형성되거나, 상기 픽싱 탭(310)이 제 1 측벽부(215) 및 제 2 측벽부(216)에 혼용하여 형성될 수 있는 등 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
상기 픽싱 탭(310)은 대향되게 직립된 복수의 제 1 측벽부(215)의 대칭되는 위치에 형성될 수 있지만, 상기 탑 케이스(220)의 결합시 결합 방향을 용이하게 인식하기 위하여 서로 비대칭으로 형성시킬 수 있다. 즉, 상기 픽싱 탭(310)은 상기 복수의 제 1 측벽부(215)의 종 방향이나, 횡 방향으로 서로 엇갈리게 위치시킬 수 있는등 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
상기 탑 케이스(220)는 복수의 외부 단자 홀(221)이 형성된 탑부(222)와, 상기 탑부(222)의 장변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 제 1 측벽부(223)와, 상기 탑부(222)의 단변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 제 2 측벽부(224)를 포함한다. 상기 제 1 측벽부(223)와, 제 2 측벽부(224)는 상기 탑부(222)의 가장자리로부터 일체로 연장되지만, 그 높이나 형상은 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
상기 탑 케이스(220)에는 상기 픽싱 탭(310)이 체결되는 복수의 픽싱 슬롯(fixing slot, 320)이 형성되어 있다. 상기 제 1 측벽부(223)에는 복수의 픽싱 슬롯(320)이 형성되어 있다. 상기 픽싱 슬롯(320)은 상기 마운트 프레임(210)에 의하여 감싸진 배터리 셀(100)에 대하여 탑 케이스(220)가 결합시 상기 마운트 프레임(210)의 제 2 측벽부(215)에 형성된 복수의 픽싱 탭(310)와 대응되는 위치에 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 픽싱 슬롯(320)은 상기 탑 케이스(220)의 제 1 측벽부(223)의 길이 방향(Z 방향)을 따라 양 쪽에 복수개 형성되어 있다.
이에 따라, 상기 탑 케이스(220)의 제 1 측벽부(223)에 형성된 복수의 픽싱 슬롯(320)에 대하여 상기 마운트 프레임(210)의 제 2 측벽부(215)에 돌출된 복수의 픽싱 탭(310)이 수직 방향으로 삽입 결합시(Y 방향), 상기 마운트 프레임(210)에 의하여 감싸진 배터리 셀(100)과 상기 탑 케이스(220)의 결합을 견고하게 할 수 있다.
한편, 상기 복수의 픽싱 탭(310)은 상기 마운트 프레임(210)의 사출시 사출 금형에 형성되는 가이드 홈과 같은 금형 구조를 이용하여 형성될 수 있으며, 이와 마찬가지로, 상기 복수의 픽싱 슬롯(320)도 가이드 핀과 같은 금형 구조를 이용하여 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(400)을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예의 주된 특징과 관련된 부분만 발췌하여 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 배터리 셀(도 1의 100)은 폴리머 수지를 이용한 사출 성형에 의하여 마운트 프레임(410)에 의하여 감싸져 있다. 상기 마운트 프레임(410)은 배터리 셀(100)의 전면, 배면, 및 측면을 커버하는 제 1 부분(411)과, 상기 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하는 제 2 부분(412)을 포함한다. 상기 마운트 프레임(410)의 제 2 부분(412)은 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 노출되는 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하도록 사출되어 있다.
상기 마운트 프레임(410)의 제 2 부분(412)은 배터리 셀(100)의 상단부와 접하는 부분을 커버하는 바닥부(413)와, 상기 바닥부(413)의 장변부 가장자리로부터 직립하는 방향(Y 방향)으로 연장된 제 1 측벽부(414)와, 상기 바닥부(413)의 단변부 가장자리로부터 직립하는 방향(Y 방향)으로 연장된 제 2 측벽부(415)를 포함한다.
상기 제 1 측벽부(414) 내측에는 배터리 셀(100)의 전극 조립체(도 1의 110)에 대하여 전기적으로 연결되는 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 외부로 인출시 양극 탭(114) 및 음극 탭(115)의 가변성을 줄일 수 있도록 보강부(417)가 돌출되어 있다. 상기 양극 탭(114) 및 음극 탭(115)은 상기 보강부(417)를 통하여 외부로 노출되어 있다.
상기 픽싱 슬롯(430)은 제 1 측벽부(414)의 길이 방향(Z 방향)을 따라 양 측에 복수개 형성되어 있다. 상기 픽싱 슬롯(430)은 서로 대향되게 직립된 복수의 제 1 측벽부(414)에 다같이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 픽싱 슬롯(430)은 대향되게 직립된 복수의 제 1 측벽부(414)의 대칭되는 위치에 형성될 수 있지만, 탑 케이스(420)와의 결합시 결합 방향을 용이하게 인식하기 위해서는 서로 비대칭으로 형성될 수 있다. 상기 픽싱 슬롯(430)은 상기 제 1 측벽부(414)의 종 방향이나, 횡 방향으로 서로 엇갈리게 위치시킬 수 있다.
상기 탑 케이스(420)는 복수의 외부 단자 홀(421)이 형성된 탑부(422)와, 상기 탑부(422)의 장변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 제 1 측벽부(423)와, 상기 탑부(422)의 단변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 제 2 측벽부(424)를 포함한다.
상기 탑 케이스(420)에는 상기 픽싱 슬롯(430)에 결합되는 복수의 픽싱 탭(440)이 형성되어 있다. 상기 복수의 픽싱 탭(440)은 마운트 프레임(410)의 제 1 측벽부(414)에 형성된 복수의 픽싱 슬롯(430)과 대응되는 위치에 형성된다. 본 실시예에서는 상기 복수의 픽싱 탭(440)이 상기 탑 케이스(420)의 제 1 측벽부(423)의 Y 방향을 따라 연장되어 있다.
상술한 바와 같이, 상기 픽싱 슬롯(430)이 마운트 프레임(410)의 종 방향이나, 횡 방향으로 서로 엇갈리게 위치되는 것과 대응되도록 상기 복수의 픽싱 탭(440)도 서로 비대칭으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 픽싱 탭(640)은 탑 케이스(620)의 횡방향(Ⅴ-Ⅴ선)으로 서로 비대칭으로 형성되거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 픽싱 탭(740)은 탑 케이스(720)의 종 방향(Ⅵ-Ⅵ 선)으로 서로 비대칭으로 형성될 수 있다.
다시 도 4로 돌아와서, 상기 픽싱 탭(440)이 픽싱 슬롯(430) 내로 수직 방향으로 삽입시, 상기 마운트 프레임(410)에 의하여 감싸진 배터리 셀(100)과 탑 케이스(420) 사이의 결합은 개선된다.
한편, 상기 복수의 픽싱 슬롯(430)은 사출시에 사출 금형에 형성되는 가이드 핀과 같은 금형 구조를 이용하여 형성될 수 있으며, 이와 마찬가지로, 상기 복수의 픽싱 탭(440)은 가이드 홈과 같은 금형 구조를 이용하여 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(500)을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예의 주된 특징과 관련된 부분만 발췌하여 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 배터리 셀(도 1의 100)은 폴리머 수지를 이용한 사출 성형에 의하여 마운트 프레임(510)에 의하여 감싸져 있다.
상기 마운트 프레임(510)은 배터리 셀(100)의 전면, 배면, 및 측면을 커버하는 제 1 부분(511)과, 상기 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하는 제 2 부분(512)을 포함한다. 상기 마운트 프레임(510)의 제 2 부분(512)은 상기 양극 탭(114)의 단부 및 음극 탭(115)의 단부가 노출되는 배터리 셀(100)의 상단부를 커버하도록 사출되어 있다.
상기 마운트 프레임(510)의 제 2 부분(512)은 배터리 셀(100)의 상단부와 접하는 부분을 커버하는 바닥부(513)와, 상기 바닥부(513)의 장변부 가장자리로부터 직립하는 방향으로 연장된 제 1 측벽부(514)와, 상기 바닥부(513)의 단변부 가장자리로부터 직립하는 방향으로 연장된 제 2 측벽부(515)를 포함한다.
이때, 상기 제 2 측벽부(515)에는 복수의 채널(channel, 530)이 형성되어 있다. 상기 채널(530)은 서로 대향되게 형성된 복수의 제 2 측벽부(515)에 다같이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 채널(530)은 상기 제 2 측벽부(515)의 입구(515a)로부터 상기 배터리 셀(100)의 두께 방향을 따라 소정 깊이 형성되어 있다. 이때, 채널(530)이 형성되는 제 2 측벽부(515)의 입구(515a)로부터 채널(530)이 완료되는 끝단(515b)까지 갈수록 간격이 좁아지도록 형성된 테이퍼 형상이다.
상기 탑 케이스(520)에는 복수의 외부 단자 홀(521)이 형성된 탑부(522)와, 상기 탑부(522)의 장변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 방향으로 연장된 제 1 측벽부(523)와, 상기 탑부(522)의 단변부 가장자리로부터 아랫 방향으로 직립하는 방향으로 연장된 제 2 측벽부(524)를 포함한다.
상기 탑 케이스(520)의 제 1 측벽부(523)의 측면에는 상기 채널(530)에 픽싱 되는 복수의 러너(runner, 540)가 형성되어 있다. 상기 복수의 러너(540)는 상기 탑 케이스(520)의 제 2 측벽부(524)의 내측면에 형성될 수 있다. 상기 복수의 러너(540)는 상기 마운트 프레임(510)에 의하여 전체적으로 감싸진 배터리 셀(100)에 대하여 탑 케이스(520)가 결합시 마운트 프레임(510)의 제 2 측벽부(515)에 형성된 복수의 채널(530)과 대응되는 위치에 형성된다.
이때, 상기 복수의 러너(540)의 형상은 상기 채널(530)에 대하여 슬라이딩 결합시 테이퍼진 상기 채널(530)의 형상과 대응되는 형상을 가지는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 마운트 프레임(510)의 제 2 측벽부(515)에 형성된 복수의 채널(530)에 대하여 상기 탑 케이스(520)의 제 1 측벽부(523)의 측면에 형성된 복수의 러너(540)가 수평 방향(Z 방향)으로 삽입 결합시, 상기 마운트 프레임(510)에 의하여 감싸진 배터리 셀(100)과, 상기 탑 케이스(520)의 결합을 견고하게 할 수 있다.
이때, 상기 채널(530)은 제 2 측벽부(515)의 입구(515a)로부터 채널(530)의 형성이 완료되는 끝단(515b)까지 갈수록 간격이 좁아지게 형성되어 있으므로, 상기 채널(530)에 대하여 러너(540)가 결합시 쐐기 결합이 가능하다.
한편, 상기 채널(530)에 대하여 러너(540)가 결합시, 상기 마운트 프레임(510)에 의하여 감싸진 배터리 셀(100)에 대하여 탑 케이스(520)의 결합을 더욱 견고히 하기 위하여, 상기 마운트 프레임(510)의 제 2 부분(512)의 제 1 측벽부(514)에는 복수의 픽싱 슬롯(550)이 형성되며, 상기 탑 케이스(520)의 제 1 측벽부(523)의 전면에는 상기 픽싱 슬롯(550)에 결합되는 복수의 픽싱 탭(560)이 형성되어 있다.
이처럼, 상기 복수의 픽싱 슬롯(550)은 마운트 프레임(510)의 제 1 측벽부(514)에 형성되며, 복수의 픽싱 탭(560)은 탑 케이스(520)의 제 1 측벽부(523)의 전면에 형성되며, 상기 픽싱 슬롯(550)과, 픽싱 탭(560)은 서로 대응되는 위치에 형성되어 있다.
이에 따라, 상기 채널(530)에 대하여 러너(540)가 수평 방향으로 결합시, 상기 픽싱 슬롯(550)에 대하여 픽싱 탭(560)이 삽입 결합되어서, 상기 마운트 프레임(510)에 의하여 전체적으로 감싸진 배터리 셀(100)에 대하여 탑 케이스(520)의 이중 결합이 가능하다.
100...배터리 셀 110...전극 조립체
114...양극 탭 115...음극 탭
120...파우치 200...배터리 팩
210...마운트 프레임 211...제 1 부분
212...제 2 부분 213...제 3 부분
214...바닥부 215...제 1 측벽부
216...제 2 측벽부 220...탑 케이스
230...라벨 240...보호 회로 모듈
241...회로 보드 246..제 1 전극 단자
247...제 2 전극 단자 310....픽싱 탭
320...픽싱 슬롯
114...양극 탭 115...음극 탭
120...파우치 200...배터리 팩
210...마운트 프레임 211...제 1 부분
212...제 2 부분 213...제 3 부분
214...바닥부 215...제 1 측벽부
216...제 2 측벽부 220...탑 케이스
230...라벨 240...보호 회로 모듈
241...회로 보드 246..제 1 전극 단자
247...제 2 전극 단자 310....픽싱 탭
320...픽싱 슬롯
Claims (20)
- 폴리머 셀;
탑 케이스;
폴리머 셀을 수용하는 제 1 영역과, 탑 케이스를 위치시키는 제 2 영역을 가지고, 상기 제 2 영역은 제 1 영역으로부터 분리된 마운트 프레임; 및
상기 탑 케이스를 마운트 프레임에 결합시키기 위한 제 1 및 제 2 결합 요소;를 포함하는 폴리머형 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 탑 케이스 내에는 보호 회로 모듈이 위치한 것을 더 포함하는 폴리머형 배터리. - 제 2 항에 있어서,
전극 탭이 상기 폴리머 셀로부터 마운트 프레임을 지나 상기 보호 회로 모듈까지 연장된 것을 더 포함하는 폴리머형 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 결합 요소는 탑 케이스 상에 픽싱 슬롯을 가지고, 상기 제 2 결합 요소는 상기 마운트 프레임 상에 픽싱 탭을 가지고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 상기 픽싱 탭을 수용하는 폴리머형 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 결합 요소는 상기 탑 케이스 상에 픽싱 탭을 가지고, 상기 제 2 결합 요소는 마운트 프레임 상에 픽싱 슬롯을 가지고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 상기 픽싱 탭을 수용하는 폴리머형 배터리. - 제 4 항에 있어서,
상기 마운트 프레임의 제 2 결합 요소는 상기 마운트 프레임의 측벽에 위치한 폴리머형 배터리. - 제 4 항에 있어서,
상기 탑 케이스의 제 1 결합 요소는 상기 탑 케이스의 측벽에 위치한 폴리머형 배터리. - 제 5 항에 있어서,
복수의 채널은 마운트 프레임의 제 2 영역의 서로 반대되는 단부 측벽에 형성되고, 복수의 러너는 탑 케이스의 서로 반대되는 단부 측벽에 형성되고, 러너는 탑 케이스가 마운트 프레임 상에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합된 폴리머형 배터리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 결합 요소는 탑 케이스 상의 복수의 픽싱 탭을 가지고, 상기 제 2 결합 요소는 프레임 상의 복수의 픽싱 슬롯을 가지고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 픽싱 탭을 수용하며, 상기 픽싱 탭 및 픽싱 슬롯은 탑 케이스 및 마운트 프레임의 중심축에 대하여 비대칭적인 폴리머형 배터리. - 제 1 장착 위치를 한정하는 제 1 장착 캐비티와, 제 2 장착 위치를 한정하는 제 2 장착 캐비티를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 장착 캐비티는 서로 분리된 마운트프레임;
상기 제 2 장착 위치 상에 장착되며, 제 3 장착 위치를 한정하는 제 3 장착 캐비티를 가지는 탑 케이스;
상기 제 1 장착 위치 내에 장착되며, 제 1 장착 캐비티를 지나서 제 2 장착 위치를 향하여 연장되는 양극 탭과 음극 탭을 가지는 리튬 폴리머 배터리 셀;
상기 마운트 프레임 내에 형성된 제 1 결합 부재와, 상기 탑 케이스 내에 형성된 제 2 결합 부재; 및
상기 제 3 장착 위치 내에 장착되며, 상기 제 1 및 제 2 결합 부재에 의하여 탑 케이스가 마운트 프레임에 고정시 제 2 장착 캐비티에 위치하도록 양극 탭과 음극 탭에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함하는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 10 항에 있어서,
적어도 2개의 픽싱 탭과, 적어도 2개의 픽싱 슬롯을 더 포함하며, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 상기 픽싱 탭을 수용하는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 11 항에 있어서,
상기 픽싱 탭은 제 2 장착 위치의 측벽으로부터 돌출하고, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스의 측벽에 형성된 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 11 항에 있어서,
상기 픽싱 탭은 탑 케이스의 측벽으로부터 돌출되고, 상기 픽싱 슬롯은 제 2 장착 위치의 측벽에 형성된 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성되는 복수의 채널과, 상기 제 3 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성된 복수의 러너를 더 포함하며, 상기 러너는 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합되는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성되는 복수의 채널과, 상기 제 3 캐비티의 서로 반대되는 단부에 형성된 복수의 러너를 더 포함하며, 상기 러너는 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 장착시 채널에 슬라이딩 가능하게 결합되는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 10 항에 있어서,
제 1 및 제 2 보강부는 제 2 장착 위치의 측벽에 형성되며, 제 1 및 제 2 보강부는 배터리 셀이 제 1 장착 위치 내에 장착시 양극 및 음극 탭를 수용하도록 장착 슬롯을 한정한 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 10 항에 있어서,
상기 마운트 프레임을 수용하도록 파우치형인 아우터 케이스를 더 포함하는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
상기 아우터 케이스를 감싸는 보호 필름 커버를 더 포함하는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 폴리머 배터리팩 어셈블리는 마운트 프레임과, 탑 케이스와, 제 1 및 제 2 결합 요소를 포함하되,
상기 마운트 프레임은 리튬 폴리머 배터리 셀을 수용하는 제 1 캐비티를 가지는 제 1 장착 위치를 포함하며, 상기 배터리 셀은 상기 제 1 캐비티를 지나서 연장되는 양극 탭과 음극 탭을 가지며, 제 2 캐비티를 가지는 제 2 장착 위치를 포함하며, 상기 제 1 캐비티와 제 2 캐비티는 서로 분리되고,
상기 탑 케이스는 상기 제 2 장착위치를 커버하며, 상기 탑 케이스는 보호 회로 모듈을 수용하는 제3 장착 위치를 한정하는 제 3 캐비티를 가지며, 상기 탑 케이스가 제 2 장착 위치에 고정시에 보호 회로 모듈은 제 2 캐비티내로 고정되고, 양극 탭과 음극 탭에 전기적으로 연결되고,
탑 케이스의 제 1 결합 요소는 마운트 프레임의 제 2 결합 요소와 결합되는 폴리머 배터리팩 어셈블리. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 결합 요소는 픽싱 슬롯이나 픽싱 탭을 포함하며, 상기 제 2 결합 요소는 픽싱 탭이나 픽싱 슬롯을 포함하며, 상기 픽싱 슬롯은 탑 케이스가 마운트 프레임에 결합시 픽싱 탭을 수용하는 폴리머 배터리팩 어셈블리.
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