KR20120065597A - 이차 전지용 셀 케이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어 셀을 보호하고 고정하기 위한 이차 전지용 셀 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 케이스에 통풍구를 구성하여 베어 셀의 냉각 효율을 높이게 되는 이차 전지용 셀 케이스에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 셀 케이스는 외면에 형성되는 열교환부를 통해 베어 셀과 외부와의 열교환이 직접 이루어지도록 하여 베어 셀의 냉각효율을 높이고, 나아가 이차 전지의 성능 개선 효과가 있다.

Description

이차 전지용 셀 케이스{Cell Case for Secondary Battery}
본 발명은 베어 셀을 보호하고 고정하기 위한 이차 전지용 셀 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 케이스에 통풍구를 구성하여 베어 셀의 냉각 효율을 높이게 되는 이차 전지용 셀 케이스에 관한 것이다.
통상적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
그리고 이와 같은 이차전지는 전자기기에 대한 장착 방식을 기준으로 내장형 전지와 외장형 전지로 나눌 수 있으며, 내장형 전지는 통상 이너팩(inner pack)이란 용어로써 널리 지칭된다. 따라서 이하의 설명에서는 내장형 전지에 대해 이너팩이란 용어를 사용하기로 한다.
상기 외장형 전지는 그 자신이 전자기기의 외형 일부를 형성하는 것으로, 즉 외장형 전지는 전자기기에 일면을 노출하는 상태로 장착된다. 이에 따라, 외장형 전지는 전자기기에 비교적 용이한 작업을 통해 장착 및 분리될 수 있지만, 그 외형이 전자기기의 형태와 조화를 이루어야 하는 까닭에, 여러 종류의 전자기기에 대해 개별적인 제작이 이루어져야 한다. 따라서 외장형 전지는 호환성이 적으며, 여러 디자인으로 설계되는데 따른 생산비용의 증가가 초래된다.
이와 같은 이유로, 최근에는 이너팩의 사용이 증가하는 추세로써, 상기 이너팩은 전자기기의 내부에 장착되며, 이렇게 이너팩이 장착되는 전자기기는 장착된 이너팩을 외부로부터 가리는 별도의 커버를 구비한다. 따라서 이너팩은 전자기기에 대한 장착 작업이 비교적 번거로운 난점이 있는 반면에, 여러 종류의 전자기기에 호환되며 적용될 수 있고, 이러한 특징상 단순 형태로 설계될 뿐만 아니라, 그 결과 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 생산비용의 절감을 가져오는 이점이 있다.
상기 이너팩의 구성에 대해 간략하게 설명하면, 이너팩은 이차전지의 핵심 구성요소인 파우치형 베어 셀을 적층하여 구성되는 데, 베어 셀을 보호하고 고정을 용이하게 하기 위해 셀 케이스 내부에 위치시킨 후 셀 케이스를 적층하여 이너팩을 구성하게 된다.
이때 베어 셀은 동작 시 열이 발생하게 되는 데 셀 케이스로 인해 대기와의 열교환 효율이 떨어지게 되고, 성능 저하의 요인이 되고 있다. 셀 케이스를 알루미늄 재질로 구성하여 베어 셀의 열교환 효율이 개선되기는 하였으나, 보다 효과적으로 베어 셀의 냉각 효율을 높이기 위한 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 베어 셀을 보호하고 고정시키기 위한 셀 케이스의 외면에 베어 셀과 외부와의 열교환을 위한 열교환부를 구성하여 베어 셀의 냉각 효율을 높이게 되는 이차 전지용 셀 케이스를 제공함에 있다.
상기 열교환부는 셀 케이스의 외면을 관통하거나, 외면을 절곡 및 절개하여 구현이 가능하다.
본 발명의 이차 전지용 셀 케이스는 일측으로 전극 탭이 노출되어 형성된 베어 셀(10); 및 상기 베어 셀(10)을 감싸도록 구성되는 셀 케이스(20);를 포함하되, 상기 셀 케이스(20)의 외면에는 상기 베어 셀(10)과 외부가 연통되도록 열교환부(30)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 열교환부(30)는, 상기 셀 케이스(20) 외면을 상하 또는 좌우 길이 방향으로 절곡시켜 형성되는 열교환유로(31)와, 상기 열교환유로(31)의 양단을 절개하여 형성되는 절개홀(32)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환부(30)는, 복수 개가 일정거리 이격 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 열교환부(30)는, 상기 셀 케이스(20)의 타면과 이웃하는 셀 케이스(20')의 일면 적층 시 서로 간섭되지 않도록 상기 셀 케이스(20) 일면의 열교환부(30)와 타면의 열교환부(30')가 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예의 상기 열교환부(30)는, 상기 셀 케이스(20)의 외면을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통공(33)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 셀 케이스는 외면에 형성되는 열교환부를 통해 베어 셀과 외부와의 열교환이 직접 이루어지도록 하여 베어 셀의 냉각효율을 높이고, 나아가 이차 전지의 성능 개선 효과가 있다.
도 1은 셀 케이스 사시도
도 2는 적층된 셀 케이스 측면도
도 3은 본 발명의 셀 케이스 분해사시도
도 4는 본 발명의 셀 케이스 사시도
도 5는 본 발명의 셀 케이스 부분 확대 측면도
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 셀 케이스 사시도
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 셀 케이스 부분 확대 측면도
도 8은 본 발명의 적층된 제2 실시예의 셀 케이스 측면도
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 셀 케이스 정면도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지용 셀 케이스는 파우치형 베어 셀(10)과, 상기 베어 셀(10)이 안착되는 셀 케이스(20)로 이루어진다.
상기 베어 셀(10)은 박판 알루미늄으로 둘러싸인 파우치형으로 이루어져 외부의 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있기 때문에 플라스틱 재질로 만들어진 상기 셀 케이스(20)에 저장 보관한다.
한편, 상기 베어 셀(10)의 선단에는 양전극(11)과 음전극(12)이 돌출 형성되어 있으며, 상기 양전극 및 음전극(11, 12)은 구리 또는 알루미늄 등과 같은 금속으로 만들어진다.
그리고 상기 양전극 및 음전극(11, 12)에는 탭단자(미도시)가 부착되며, 상기 탭단자를 상기 양전극 및 음전극(11, 12)에 부착하는 방법으로는 음전극용 탭단자는 전기저항으로 인하여 용접면이 부분적으로 용융되어 접합하는 심용접으로 부착하고, 양전극용 탭단자는 초음파용접으로 부착하는 것이 바람직하다. 이와 같이 음전극용 탭단자를 심용접으로 하는 이유는 양전극용 탭단자에 비하여 음전극용 탭단자의 재질 강도가 더 크기 때문이다.
상기 셀 케이스(20)는 나일론 등을 사용하여 사출 성형하여 만드는데, 이와 같이 나일론을 사용하는 이유는 나일론의 용융점이 200℃ 이상으로 높기 때문이다.
본 발명의 셀 케이스를 이용하여 이차 전지를 구성한 후 이차 전지를 충전 또는 방전 할 때, 높은 전류로 충방전하는 경우 직렬 및 병렬로 연결된 단자에서 저항에 의한 열이 발생한다. 높은 전류의 조건일수록 단자부에서 발생하는 온도가 더 높아지게 되므로, 용융점이 낮은 재질을 사용하면 단자에서 발생하는 열에 의해 셀 케이스가 변형되거나 녹아버리는 등의 문제가 발생하기 때문에 상기 셀 케이스(20)의 재질은 내열성이 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 셀 케이스(20)는 상부케이스(21)와 하부케이스(22)로 나뉠 수 있으며 상기 상부케이스(21)와 하부케이스(22) 사이에 상기 베어 셀(10)을 위치시킨 후 상부케이스(21)와 하부케이스(22)를 결합하는 방법으로 상기 베어 셀(10)을 셀 케이스(20) 내부에 수용한다.
이때, 본 발명의 셀 케이스는 상기 베어 셀(10)에서 발생하는 열을 효과적으로 대기와 열교환시키기 위해 즉 냉각시키기 위해 다음과 같은 각별한 구성을 갖게 된다.
상기 셀 케이스(20)의 외면에는 열교환부(30)가 형성된다. 상기 열교환부(30)는 상부케이스(21), 하부케이스(22) 또는 상부케이스(21)와 하부케이스(22) 모두에 형성될 수 있다.
-실시 예 1
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 열교환부(30)는 열교환유로(31)와 절개홀(32)로 구성된다. 상기 열교환유로(31)는 상기 셀 케이스(20)의 외면을 절곡하여 형성된다. 상기 열교환유로(31)는 상기 셀 케이스(20)의 폭 방향을 따라 형성되며, 절곡부 단면이 삼각형을 이루도록 형성된다. 상기 열교환유로(31)는 모서리부가 외측으로 돌출되도록 구성되며, 돌출되는 내부공간을 따라 형성된다. 상기 열교환유로(31)의 양단에는 절개홀(32)이 형성된다. 상기 열교환유로(31)는 단면이 삼각형을 이루도록 형성된다. 상기 절개홀(32)은 상기 셀 케이스(20) 상의 열교환유로(31) 양단을 절개하여 형성된다. 따라서 상기 열교환유로(31)를 따라 유동되는 열이 상기 절개홀(32)을 통해 외부와 열교환 되는 것이다.
상기 열교환부(30)는 상기 셀 케이스(20)의 좌우 폭 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 열교환부(30)는 복수 개가 일정거리 이격 형성될 수 있다.
-실시 예2
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 열교환부(30)는 열교환유로(33)와 절개홀(34)로 구성된다. 상기 열교환유로(33)는 상기 셀 케이스(20)의 외면을 절곡하여 형성된다. 상기 열교환유로(33)는 상기 셀 케이스(20)의 폭 방향을 따라 형성되며, 절곡부 단면이 사각형을 이루도록 형성된다. 상기 열교환유로(33)는 셀 케이스(20)의 외면 외측으로 돌출되도록 구성되며, 돌출되는 내부공간을 따라 형성된다. 본 실시예의 열교환유로(33)는 실시 예1 보다 유동 단면적이 커지기 때문에 열교환 효율이 배가되는 장점이 있다.
또한, 상기 열교환부(30)는 셀 케이스(20)의 일면에 형성되는 제1 열교환부(30)와 타면에 형성되는 제2 열교환부(30')로 구분될 수 있다. 상기 제1 열교환부(30)와 제2 열교환부(30')는 같은 높이에 형성되지 않도록 서로 번갈아가며 엇갈리게 형성된 수 있다. 상기와 같은 구성의 열교환부(30)는 도 8에 도시된 바와 같이 셀 케이스(20) 적층 시 상기 셀 케이스(20)의 타면 형성되는 열교환부(30')과 이웃하는 셀 케이스(20')의 일면에 형성되는 열교환부(30)가 서로 간섭되지 않도록 하여 조립성을 향상시킬 수 있다. 상기 열교환유로(33)의 양단에는 절개홀(34)이 형성된다. 상기 절개홀(34)은 상기 셀 케이스(20) 상의 열교환유로(33) 양단을 절개하여 형성된다. 따라서 상기 열교환유로(33)를 따라 유동되는 열이 상기 절개홀(34)을 통해 외부와 열교환 되는 것이다.
상기 열교환부(30)는 상기 셀 케이스(20)의 좌우 폭 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 열교환부(30)는 복수 개가 일정거리 이격 형성될 수 있다. 이때, 상기 열교환부(30)의 이격거리는 열교환부(30)의 높이보다 길게 이격 형성될 수 있다.
-실시 예3
도 9에 도시된 바와 같이 상기 열교환부(30)는 상기 베어 셀(10)과 외부가 연통되도록 상기 셀 케이스(20)를 관통하는 관통공(33) 형태로 구성된다. 상기 관통공(33)은 이차전지의 용량에 따라 적어도 하나 이상 다수 개가 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통공(33)의 크기는 냉각효율 요구 사항에 맞추어 확대 또는 축소 가능하다. 상기 관통공(33)은 원형으로 도시되어 있으나, 베어 셀(10)과 외부를 연통할 수 있는 구성이면, 어떠한 형상도 가능하다.
관통공(33) 형상으로 이루어지는 본 실시예의 열교환부(30)는 제작이 용이하며, 신속한 열교환이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 셀 모듈
10 : 베어 셀 11 : 양전극
12 : 음전극
20 : 셀 케이스 21 : 상부케이스
22 : 하부케이스
30 : 열교환부 31 : 열교환유로
32 : 절개홀 33 : 관통공

Claims (5)

  1. 일측으로 전극 탭이 노출되어 형성된 베어 셀(10); 및
    상기 베어 셀(10)을 감싸도록 구성되는 셀 케이스(20);를 포함하되,
    상기 셀 케이스(20)의 외면에는 상기 베어 셀(10)과 외부가 연통되도록 열교환부(30)가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 셀 케이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환부(30)는,
    상기 셀 케이스(20) 외면을 상하 또는 좌우 길이 방향으로 절곡시켜 형성되는 열교환유로(31)와, 상기 열교환유로(31)의 양단을 절개하여 형성되는 절개홀(32)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 셀 케이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열교환부(30)는,
    복수 개가 일정거리 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 셀 케이스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열교환부(30)는,
    상기 셀 케이스(20)의 타면과 이웃하는 셀 케이스(20')의 일면 적층 시 서로 간섭되지 않도록 상기 셀 케이스(20) 일면의 열교환부(30)와 타면의 열교환부(30')가 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 셀 케이스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환부(30)는,
    상기 셀 케이스(20)의 외면을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통공(33)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 셀 케이스.
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