KR20120090828A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20120090828A
KR20120090828A KR1020120011294A KR20120011294A KR20120090828A KR 20120090828 A KR20120090828 A KR 20120090828A KR 1020120011294 A KR1020120011294 A KR 1020120011294A KR 20120011294 A KR20120011294 A KR 20120011294A KR 20120090828 A KR20120090828 A KR 20120090828A
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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 파우치 내에 배치된 전극 조립체와, 파우치 외부로 연장되며 전극 조립체와 전기적으로 연결된 다수의 리드 탭을 포함하는 배터리 유닛과, 배터리 유닛을 지지하는 것으로, 파우치를 수용하는 제1 부분과, 리드 탭을 수용하는 제2 부분을 포함하는 프레임과, 리드 탭과 프레임의 제2 부분 사이에 배치되는 리드 부재와, 리드 탭과 프레임의 제2 부분 및 리드 부재를 함께 체결하는 복수의 체결 부재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 발전소자로서의 전지 셀로부터 생성된 전류를 외부로 유도하기 위한 접속구조가 강화되고, 충, 방전경로의 전기저항이 감소함에 따라 고 효율의 배터리 팩이 제공될 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 충, 방전이 가능한 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터와 같은 모바일 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 하이브리드 전기 자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.
본 발명의 일 실시형태는 충, 방전경로의 전기저항이 감소하고, 효율이 개선된 배터리 팩이 개시된다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 배터리 팩은,
파우치 내에 배치된 전극 조립체와, 상기 파우치 외부로 연장되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 다수의 리드 탭을 포함하는 배터리 유닛과, 상기 배터리 유닛을 지지하는 것으로, 상기 파우치를 수용하는 제1 부분과, 상기 리드 탭을 수용하는 제2 부분을 포함하는 프레임과, 상기 리드 탭과 프레임의 제2 부분 사이에 배치되는 리드 부재와, 상기 리드 탭과 프레임의 제2 부분 및 리드 부재를 함께 체결하는 복수의 체결 부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 체결 부재는, 상기 리드 부재 및 리드 탭을 전기적으로 연결한다.
예를 들어, 상기 리드 부재는 주된 면과 측면을 갖춘 블록 형태로 마련되고,
상기 리드 부재의 주된 면에는 상기 체결 부재가 관통하는 체결 홀이 형성되며,
상기 리드 부재의 측면에는 버스 바와의 체결을 위한 제1 측면 홀과, 배터리의 상태정보를 출력하기 위한 제2 측면 홀이 형성된다.
예를 들어, 상기 리드 부재는, 제1, 제2 리드 부재를 포함하고,
상기 프레임의 제2 부분이, 상기 제1, 제2 리드 부재를 격리시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임의 제2 부분은 절연성 소재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임의 제2 부분은 제1 리드 부재를 수용하는 제1 공간과, 제2 리드 부재를 수용하는 제2 공간을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 리드 탭 상에 배치되고, 상기 프레임에 결합된 도전성 플레이트를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임, 리드 부재 및 리드 탭에는 체결 홀이 형성되어 있고,
상기 체결 홀을 통하여 체결 부재가 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 부재는, 너트-볼트 조립체일 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 탭에는 2개의 체결 홀이 형성되어 있고,
상기 체결 홀은, 상기 리드 탭의 좌우 가장자리로부터 전체 리드 탭 폭의 1/8 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임의 제1 부분은 금속 소재로 형성되고,
상기 배터리 유닛을 둘러싸도록, 상기 제1 부분은 평판 형상으로부터 절곡된 리브를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 리브의 높이는, 상기 배터리 유닛의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임의 제1 부분은 배터리 유닛의 하면을 커버하고,
배터리 유닛의 상면은 프레임으로부터 노출될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 부재는, 상기 프레임의 제2 부분으로부터 분리되지 않도록 일체적으로 형성되며,
상기 프레임의 제2 부분은 사출 성형을 통하여 상기 리드 부재와 함께 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임의 제2 부분은, 상기 리드 부재의 고정 홀을 통하여 연장되는 고정용 돌기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 탭은, 상기 전극 조립체와 연결된 근거리 단부와, 상기 전극 조립체로부터 최대로 떨어진 원거리 단부를 포함하고,
상기 리드 부재는 상기 리드 탭의 원거리 단부를 커버할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 탭은, 상기 리드 부재와 면 접촉을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 리드 탭 상에 배치되며, 상기 리드 탭과 결합된 도전성 플레이트를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 체결 부재는, 상기 리드 탭, 리드 부재, 프레임의 제2 부분, 도전성 플레이트를 관통하여 연장될 수 있다.
본 발명에 의하면, 발전소자로서의 전지 셀로부터 생성된 전류를 외부로 유도하기 위한 접속구조를 설계함에 있어, 상기 접속구조를 형성하는 리드 탭과, 리드 부재 간의 전기적인 접속상태를 강화하기 위한 설계변수와 최적화된 설계범위를 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 리드 탭과 리드 부재 간의 접속상태가 강화되고, 충, 방전경로의 전기저항이 감소함에 따라 고 효율의 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 분해 사시도들이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩에서 체결 홀의 구조를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩을 상방에서 도시한 사시도이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도들이다. 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다. 도면들을 참조하면, 상기 배터리 팩은 배터리 유닛(100)과, 상기 배터리 유닛(100)이 수용되는 프레임(150)을 포함한다.
상기 배터리 유닛(100)은 재충전이 가능한 이차전지로서, 예를 들어, 리튬-이온 전지로 구성될 수 있다. 상기 배터리 유닛(100)은 발전소자로서의 전지 셀(110)과, 상기 전지 셀(110)과 전기적으로 연결되며 전지 셀(100)로부터 인출되는 리드 탭(120)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 전지 셀(110)은, 예를 들어, 양극판(111), 세퍼레이터(113) 및 음극판(112)을 차례대로 겹쳐 형성된 전극 조립체(114)를 포함할 수 있으며, 고출력 고용량의 배터리 팩(100)을 제공하기 위해 다수 장의 양극판(111), 세퍼레이터(113) 및 음극판(112)이 적층될 수 있다. 이렇게 세퍼레이터(113)를 개재하여 양극판(111) 및 음극판(112)이 적층된 전극 조립체(114)는 파우치(118) 내에 밀봉된다.
도 3을 참조하면, 배터리 유닛(110)은, 파우치(118) 내에 배치된 전극 조립체(114)와, 상기 파우치(118) 외부로 연장되며, 상기 전극 조립체(114)와 전기적으로 연결된 다수의 리드 탭(120)을 포함한다. 이때, 도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 프레임(150)은, 상기 파우치(118)를 수용하는 제1 부분(151)과, 상기 리드 탭(120)을 수용하는 제2 부분(152)을 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 양극판(111)은 양극 집전체의 표면에 양극 활물질을 도포하여 형성될 수 있으며, 상기 음극판(112)은 음극 집전체의 표면에 음극 활물질을 도포하여 형성될 수 있다.
상기 양극판(111) 및 음극판(112) 각각에는 전극 탭(115)이 전기적으로 연결될 수 있다. 서로에 대해 적층된 양극판(111) 및 음극판(112)으로부터 인출되는 전극 탭(115)들은 서로 중첩되고, 서로 밀집된 형태의 전극 탭(115)들은 리드 탭(120)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 전극 탭(115)과 리드 탭(120)은 초음파 융착 등의 방법으로 결속될 수 있다.
상기 리드 탭(120)은 전지 셀(110)의 외부 인터커넥션을 형성하며, 전지 셀(110)로부터 외부로 전류를 유도하도록 전지 셀(110)로부터 인출된다. 예를 들어, 상기 리드 탭(120)은 그 일부가 파우치(118)의 외부로 인출되며, 절연성을 확보하기 위해 파우치(118)와의 사이에 절연부재(119)가 개재될 수 있다.
상기 리드 탭(120)은 전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있고, 니켈, 알루미늄, 구리 등과 같은 금속소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 탭(120)은 서로 다른 극성을 갖는 제1, 제2 리드 탭(121,122)을 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 리드 탭(121,122)은 각각 전지 셀(110)의 양극판(111) 및 음극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전지 셀(110)은 리드 탭(120)을 통하여 외부부하 또는 외부전원공급장치와 전기적으로 연결된다. 즉, 전지 셀(110)의 충, 방전전류는 리드 탭(120)을 경유하여 외부부하로 출력되거나 또는 외부전원공급장치로부터 입력된다.
상기 리드 탭(120)에는 충, 방전전류가 집중되므로, 가급적 전기저항을 낮추는 것이 충, 방전효율의 측면에서 바람직하다. 따라서, 상기 리드 탭(120)은 전기저항이 낮은 금속소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니켈, 알루미늄, 구리 등의 금속소재로 형성될 수 있다.
상기 리드 탭(120)에는 리드 부재(160)와의 전기접속을 위한 체결 홀(125)이 형성될 수 있다. 상기 체결 홀(125)은 리드 탭(120)의 가장자리로부터 소정간격으로 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 체결 홀(125)은 리드 탭(120)의 양편 가장자리로부터 이격된 위치에 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
상기 배터리 유닛(100)은 프레임(150) 상에 조립되며, 프레임(150)에 의해 지지된다. 상기 배터리 유닛(100)과 프레임(150)은 서로 마주하는 방향으로 대면되게 조립된다.
상기 프레임(150)은 전지 셀(110)을 수용하고 이를 지지하기 위한 제1 지지부(151)와, 상기 전지 셀(110)로부터 인출된 리드 탭(120)을 수용하고 이를 지지하기 위한 제2 지지부(152)를 포함한다.
상기 프레임(150)은 외부충격으로부터 배터리 유닛(100)을 보호하는 기능과 함께, 전지 셀(110)의 충, 방전동작에 수반되는 작동 열을 외부로 방출시키는 방열판의 기능을 겸할 수 있다. 이를 위해 상기 제1 지지부(151)는 기계적 강성을 가지면서도 열전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.
제1 지지부(151)는 전체적으로 평판 플레이트 형상으로 마련될 수 있으며, 전지 셀(110)을 감싸도록 양편 가장자리에는 절곡된 형상의 리브(151a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리브(151a)의 높이는 전지 셀(110)의 두께보다 크게 설계될 수 있다.
고출력 고용량의 전지를 제공하기 위해, 프레임(150) 상에 지지된 전지 셀(110)을 하나의 단위로 하여, 상기 전지 셀(110)들이 서로에 대해 적층되며, 직렬/병렬로 연결되어 전지모듈을 형성할 수 있는데, 이때, 전지 셀(110)을 둘러싸는 리브(151a) 구조에 의해 서로에 대해 적층된 다수의 전지 셀(110)들 간에 소정의 여유 공간이 확보될 수 있으며, 이웃한 전지 셀(110)들이 여유공간을 개재하고 적층됨으로써, 외부충격으로부터 전지 셀(110)을 보호할 수 있고, 또한 전지 셀(110)의 방열을 촉진할 수 있다.
상기 제1 지지부(151)에는 방열목적의 벤트 홀(151`)이 형성될 수 있다. 상기 벤트 홀(151`)을 통하여 유입된 저온의 공기를 이용하여, 전지 셀(110)의 충, 방전동작에 따른 작동 열을 소산시킬 수 있다.
상기 제1 지지부(151)는 외부로 개방된 형태로 형성되며, 이에 따라, 제1 지지부(151)에 수용된 전지 셀(110)의 주된 면 즉, 상면(110a) 및 하면 중에서, 상면(110a)은 외부로 노출되고, 전지 셀(110)에서 발생된 작동 열은 그대로 외부로 방출될 수 있다.
상기 제2 지지부(152)는 전지 셀(110)로부터 인출된 리드 탭(120)을 수용한다. 상기 제2 지지부(152)는 리드 부재(160)를 개재하여 리드 탭(120)을 수용하며, 상기 제2 지지부(152)와 리드 탭(120) 사이에는 리드 부재(160)가 개재된다. 예를 들어, 체결부재(181,182)가 리드 탭(120) 및 리드 부재(160)를 관통하여, 제2 지지부(152)에 체결됨으로써 이들 리드 탭(120), 리드 부재(160) 및 제2 지지부(152)가 서로에 대해 결속될 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 지지부(152)에는 체결부재(181,182)의 관통을 위한 체결 홀(155)이 형성될 수 있으며, 상기 체결 홀(155)은 리드 탭(120) 및 리드 부재(160)의 체결 홀(125,165)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2 지지부(152)는 외부환경으로부터 리드 부재(160)를 절연시키고, 전기적인 단락을 방지하기 위해 절연성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, PPS 등의 고분자 수지소재로 형성될 수 있으며, 고분자 수지소재의 사출 성형물로 제공될 수 있다.
상기 리드 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 부재(160)는 측면(163)이 노출되도록 제2 지지부(152) 상에 고정될 수 있다. 상기 리드 부재(160)와 제2 지지부(152) 간의 조립에 관하여, 상기 리드 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 일체적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 부재(160)는 제2 지지부(152)의 성형시에 제2 지지부(152)와 함께 일체화될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 지지부(152)는 사출성형에 따라 형성될 수 있고, 제2 지지부(152)의 사출성형시, 사출성형 틀 내에 리드 부재(160)를 함께 배치하고 원소재 페이스트를 주입시킴으로써 원소재 페이스트의 경화와 함께 리드 부재(160)와 일체적으로 형성된 제2 지지부(152)가 얻어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 리드 부재(160)는, 금속 블록 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 부재(160)는, 두 개의 주된 면(162)과, 상기 주된 면(162)과 수직한 측면(163)을 포함하는 블록 형태로 형성될 수 있다. 상기 리드 부재(160)의 주된 면(162)에는 체결 부재(181)가 연장되는 체결 홀(165)이 형성된다. 상기 체결 홀(165)을 통하여 조립된 체결 부재(181)는, 리드 부재(160)와 리드 탭(120)을 결합시킨다.
상기 리드 부재(160)의 측면(163)에는 버스 바(미도시)와의 체결을 위한 제1 측면 홀(167)과 배터리의 상태 정보를 출력하기 위한 제2 측면 홀(168)이 형성될 수 있다.
상기 리드 부재(160)에는 제2 지지부(152)와의 결합을 위한 고정 홀(166)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 부재(160)의 고정 홀(166) 내에는 제2 지지부(152)에서 돌출된 고정용 돌기(156)가 끼워짐으로써 리드 부재(160)와 제2 지지부(152)를 일체화시킨다. 상기 고정용 돌기(156)는 제2 지지부(152)의 사출 성형시 원소재 페이스트가 리드 부재(160)의 고정 홀(166) 내부로 주입됨으로써 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리드 부재(160)는, 서로 극성이 다른 제1, 제2 리드 탭(121,122)과 전기적으로 연결된 제1, 제2 리드 부재(160)를 포함할 수 있고, 상기 제1, 제2 리드 부재(160)는 제2 지지부(152) 상에 형성된 제1, 제2 공간(G1,G2)에 수용될 수 있다. 상기 제2 지지부(152)는 서로 다른 제1, 제2 공간(G1,G2)에 제1, 제2 리드 부재(160)를 수용하여, 제1, 제2 리드 부재(160)를 상호 격리시키고, 상기 제2 지지부(152)는 전기적으로 절연성 소재로 형성됨으로써 이들을 상호 절연시킨다.
한편, 리드 부재(160) 상에 형성된 고정 홀(166)은 체결 홀(165)과 인접한 위치에 형성될 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상 다수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 각 체결 홀(165)의 양편으로 고정 홀(166)이 쌍을 이루어 형성될 수 있다. 그리고, 고정 홀(166)과 대응되는 제2 지지부(152) 상에는 고정용 돌기(156)가 마련될 수 있으며, 상기 고정용 돌기(156)는 체결 홀(155)의 양편으로 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
상기 리드 부재(160)는 리드 탭(120)과 전기적인 접속을 이루며, 프레임(150) 내외 간에 충, 방전전류를 중계하는 기능을 한다. 예를 들어, 전지 셀(110)에서 생성된 전류는 리드 탭(120)을 경유하고, 리드 탭(120)과 전기적으로 연결되어 있는 리드 부재(160)를 통하여 배터리 팩의 외부로 인출될 수 있다.
상기 리드 부재(160)는 리드 탭(120)과 포개어진 상태로 면 접촉을 이루며, 리드 부재(160)와 리드 탭(120)의 대응되는 위치에 형성된 체결 홀(125,165)을 관통하는 체결부재(181,182)에 의해 서로에 대해 밀착된다. 이때, 상기 체결부재(181,182)는 리드 탭(120) 및 리드 부재(160)와 아울러, 제2 지지부(152)의 체결 홀(155)을 연속적으로 관통하여 체결됨으로써 리드 탭(120), 리드 부재(160), 및 제2 지지부(152)를 함께 결속시킬 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 상기 리드 탭(120)은, 전극 조립체(114, 도 3), 그러니까 전지 셀(110)과 연결된 근거리 단부(120a)와, 상기 전지 셀(110)로부터 최대로 떨어진 원거리 단부(120b)를 포함하고, 상기 리드 부재(160)는 상기 리드 탭(120)의 원거리 단부(120b)를 커버하도록 단차진 형상으로 형성될 수 있다.
상기 리드 부재(160)는 전도성이 우수한 니켈, 구리, 알루미늄 등의 금속소재로 형성될 수 있으며, 대략 장방형의 금속블록 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 부재(160)는 니켈 도금된 구리 블록의 형태로 형성될 수 있다.
상기 리드 부재(160)에는 리드 탭(120)과의 결속을 위한 체결 홀(165)이 형성될 수 있다. 상기 리드 부재(160)의 체결 홀(165)은 리드 탭(120)의 체결 홀(125)과 대응되는 위치에 형성된다. 상기 리드 부재(160)와 리드 탭(120)의 결속에 관하여, 예를 들어, 리드 부재(160)와 리드 탭(120)을 서로 겹쳐지게 배치하고, 리드 부재(160)와 리드 탭(120)의 서로 대응되는 위치에 형성된 체결 홀(125,165)을 관통하도록 체결부재(181,182)를 끼워 조립함으로써 리드 부재(160)와 리드 탭(120)이 결속될 수 있다.
상기 리드 부재(160)와 리드 탭(120) 간의 결속은, 프레임(150)과 배터리 유닛(100) 간의 결합과 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 프레임(150)과 배터리 유닛(100)을 서로 대면하게 배치하되, 제1 지지부(151)와 전지 셀(110)이 서로 마주하도록, 그리고, 제2 지지부(152)와 리드 탭(120)이 서로 마주하도록 프레임(150)과 배터리 유닛(100)을 배치한다.
상기 제2 지지부(152)는 리드 부재(160)를 개재하여 리드 탭(120)과 마주하게 배치되며, 예를 들어, 상기 제2 지지부(152)에 리드 부재(160)가 이미 고정된 상태로, 리드 부재(160)와 리드 탭(120)이 서로 대면하게 배치될 수 있다. 그리고, 서로 겹쳐지게 배치된 제2 지지부(152), 리드 부재(160) 및 리드 탭(120)을 관통하도록 체결부재(181,182)를 조립함으로써 제2 지지부(152)와, 리드 부재(160) 및 리드 탭(120)을 결속시킨다. 리드 부재(160)와 리드 탭(120)을 결속하는 체결부재(181,182)가 프레임(150)의 제2 지지부(152)를 관통하여 체결됨으로써 배터리 유닛(100)과 프레임(150)이 함께 결속될 수 있다.
환언하면, 리드 부재(160)와 리드 탭(120) 간의 결속을 통하여, 리드 부재(160)가 고정된 프레임(150)과 리드 탭(120)이 고정된 배터리 유닛(100) 간의 결합이 함께 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 예시된 바에 한정되지 않으며, 예를 들어, 프레임(150)과 배터리 유닛(100) 간의 결합을 위한 별도의 결합구조가 마련될 수도 있음은 물론이다.
상기 체결부재(181,182)로는 리드 부재(160)와 리드 탭(120)에 형성된 체결 홀(125,165)을 관통하여 끼워질 수 있는 여하의 체결 구조가 모두 적용될 수 있으며, 볼트-너트의 조립체가 예시될 수 있다. 특히, 대용량 고출력의 중대형 전지에서는 리드 부재(160)와 리드 탭(120)을 포함하는 접속부의 두께가 증가될 필요가 있고, 이에 따라, 열 융착에 의한 접합보다는 체결부재(181,182)에 의한 기계적 체결이 보다 유리하게 적용될 수 있다. 열 융착에 의한 접합방식에서는 고출력 열원이 요구되고, 접합강도의 미달과 불균일한 산포 등의 문제가 야기되며, 융착 가능한 두께에도 한계가 있기 때문이다. 이에, 상기 체결부재(181,182)는 이들 리드 탭(120) 및 리드 부재(160)를 기계적인 방식으로 결속하는 것이면 충분하고, 도면에 도시된 너트-볼트 구조로 제한될 필요는 없다.
리드 탭(120)의 일면, 예를 들어, 저면은 리드 부재(160)와 면 접촉을 이루며, 체결부재(181,182)의 체결 압력에 따라 리드 탭(120)은 리드 부재(160)에 대해 강제되며 서로에 대해 밀접하게 접촉된다. 이때, 상기 리드 탭(120)의 타면, 예를 들어, 상면에는 도전성 플레이트(130)가 덧대어 질 수 있다.
상기 도전성 플레이트(130)는 평판 형태로 형성될 수 있으며, 체결부재(181,182)의 관통을 위한 체결 홀(135)을 포함할 수 있다. 상기 도전성 플레이트(130)의 체결 홀(135)은 리드 탭(120)의 체결 홀(125)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 도전성 플레이트(130)에는 리드 부재(160)와 리드 탭(120)을 결속시키는 체결부재(181,182)가 함께 관통하도록 끼워질 수 있으며, 동일한 체결부재(181,182)에 의해 상기 리드 부재(160)와 리드 탭(120) 및 도전성 플레이트(160)가 모두 결속될 수 있다. 즉, 동일한 체결부재(181,182)가 도전성 플레이트(130), 리드 탭(120), 리드 부재(160) 및 프레임의 제2 지지부(152)를 일괄적으로 관통하여 체결됨으로써 배터리 팩의 조립작업이 단순화될 수 있다.
상기 도전성 플레이트(130)는 리드 부재(160)와 리드 탭(120)이 형성하는 접속부의 전기적 접속상태를 강화시킴으로써 접속부의 전기저항을 줄이고, 궁극적으로 충, 방전효율을 향상시키기 위한 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 플레이트(160)는 리드 탭(120)을 리드 부재(160)에 대해 강제하는 균일한 면 압력을 제공할 수 있고, 이를 통하여 리드 탭(120)과 리드 부재(160) 간의 결속력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 탭(120)은 리드 부재(160)와 도전성 플레이트(130) 사이에서 압착된 상태로 이들과 견고하게 결속될 수 있다. 또한, 상기 도전성 플레이트(130)는 리드 부재(160)와 리드 탭(120) 이외의 추가적인 도통 영역을 제공함으로써 충, 방전전류의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 체결 홀을 보다 상세히 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 전지 셀(110)로부터 인출된 리드 탭(120)에는 체결 홀(125)이 형성되는데, 상기 체결 홀(125)을 통하여 리드 탭(120)과 리드 부재(160)는 일체적으로 결속된다.
상기 체결 홀(125)은 제1, 제2 리드 탭(121,122)에서 동일한 구조와 위치에 형성될 수 있으므로, 이하에서는 제1 리드 탭(121)의 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명될 체결 홀(125)에 관한 기술적 사항은 제1, 제2 리드 탭(121,122)의 양편에 모두 적용될 수 있으며, 대안으로 제1, 제2 리드 탭(121,122) 중 어느 한 리드 탭(121,122)에 대해서만 적용될 수도 있다.
상기 리드 탭(120)은 전지 셀(110)의 충, 방전전류의 패스를 형성하며, 전지 셀(110)에서 생성된 전류의 흐름은 리드 탭(120)을 경유하고, 리드 탭(110)과 전기적으로 연결되어 있는 리드 부재(160)를 통하여 외부로 인출된다. 따라서, 전체 충, 방전경로의 전기저항을 줄이기 위해, 리드 탭(120)과 리드 부재(160) 간에는 긴밀한 접촉이 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 리드 탭(120)과 리드 부재(160)의 대면하는 영역 중 일부가 서로에 대해 들뜨게 되면, 충, 방전전류는 접촉이 양호한 다른 영역으로 집중되고, 전류집중에 의한 저항 열의 축적 및 이에 따른 연쇄적인 전기저항의 증가로 이어질 수 있으며, 궁극적으로 충, 방전효율을 떨어뜨리게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 체결 홀(125)은 리드 탭(120)의 제1 가장자리(e1)로부터 제1 폭(w1)만큼 이격된 제1 체결 홀(125a)과, 제2 가장자리(e2)로부터 제2 폭(w2)만큼 이격된 제2 체결 홀(125b)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 가장자리(e1,e2)는 리드 탭(120)의 좌우 가장자리(e1,e2)를 형성한다.
이렇게 체결 홀(125)이 리드 탭(120)의 양편으로 쌍을 이루어 형성됨으로써 체결부재(181,182)에 의한 체결 압력이 비교적 균일하게 리드 탭(120)에 가해질 수 있고, 이에 따라 리드 탭(120)이 리드 부재(160)에 대해 대체로 균일한 면압으로 밀착될 수 있다. 만일, 리드 탭(120)에 단일 체결 홀(120)이 형성될 경우, 중앙의 체결 홀(120)을 통하여 가해지는 체결부재(181,182)의 압력은 리드 탭(120)의 전체 면에 대해 균일한 면압을 제공할 수 없고, 특히, 리드 탭(120)의 가장자리가 리드 부재(190)에 대해 밀착되지 못하고, 리드 부재(160)로부터 들뜨게 되는 현상이 발생될 수 있다. 이는 리드 탭(120)과 리드 부재(160)가 형성하는 접속부의 전기 저항을 증가시키는 원인이 된다.
제1, 제2 체결 홀(125a,125b)의 형성위치는, 리드 탭(120)의 제1, 제2 가장자리(e1,e2)로부터 이격된 제1 폭(w1) 및 제2 폭(w2)으로 나타낼 수 있으며, 상기 제1 폭(w1) 및 제2 폭(w2)은 체결 홀(125)의 형성위치에 관한 설계변수를 제공한다.
리드 탭(120)의 전체 폭(wt) 중에서 제1 폭(w1)이 차지하는 비율은 대략 12.5%로 설계되는 것이 바람직하다. 환언하면, 제1 폭(w1)과 리드 탭(120)의 전체 폭(wt) 간의 상대적인 비율은 1:8로 설계되는 것이 바람직하다. 이때, 리드 탭(120)의 전체 폭(wt)은, 좌우 제1, 제2 가장자리(e1,e2) 간의 거리에 해당된다.
유사하게, 리드 탭(120)의 전체 폭(wt) 중에서 제2 폭(w2)이 차지하는 비율은 대략 12.5%로 설계되는 것이 바람직하다. 환언하면, 제2 폭(w2)과 리드 탭(120)의 전체 폭(wt) 간의 상대적인 비율은 1:8로 설계되는 것이 바람직하다.
이것은 체결 홀(125)이 가장자리 또는 중앙위치 중 어느 한편으로 집중될 경우, 제1 폭(w1) 내지 제3 폭(w3)에 걸쳐서 체결부재(181,182)의 체결 압력이 불균일하게 되는 결과, 예를 들어, 리드 탭(120)이 가장자리에서 들뜨거나 중앙위치에서 들뜨게 됨으로써 리드 탭(120)과 리드 부재(160) 간의 전기 저항이 증가하게 되기 때문이다.
예를 들어, 리드 탭(120)의 가장자리(e1,e2)로부터 체결 홀(125)이 이격되는 제1 폭(w1) 또는 제2 폭(w2)의 상대적인 비율이 12.5%를 초과하면, 체결 홀(125)이 중앙위치로 치우치게 형성된다는 것을 의미하고, 체결력이 중앙위치로 집중되는 결과, 리드 탭(120)의 가장자리가 리드 부재(160)에 대해 밀착되지 못하고 들뜨게 될 수 있다.
반대로, 리드 탭(120)의 가장자리(e1,e2)로부터 체결 홀(125)이 이격되는 제1 폭(w1) 또는 제2 폭(w2)의 상대적인 비율이 12.5% 미만으로 설계되면, 체결 홀(125)이 가장자리로 치우치게 형성된다는 것을 의미하고, 체결력이 가장자리로 집중되는 결과, 리드 탭(120)의 중앙부분이 리드 부재(160)에 대해 밀착되지 못하고 들뜨게 될 수 있다.
이렇게 리드 탭(120)의 중앙부분이나 가장자리 부분에서 들뜸 현상이 발생되면, 해당 부분에서 리드 탭(120)이 리드 부재(126)와 밀착되지 못하므로, 전기저항이 증가하게 되고, 충, 방전효율이 떨어지게 된다.
상기의 고려로부터, 체결 홀(125)의 형성위치에 관한 설계변수로서, 체결 홀(125)이 리드 탭(120)의 가장자리(e1,e2)로부터 이격되는 제1 폭(w1) 또는 제2 폭(w2)은, 리드 탭(120)의 전체 폭(wt)에 대해, 대략 12.5%로 설계되는 것이 바람직하다.
환언하면, 제1 체결 홀(125a)의 형성위치는, 리드 탭(120)의 제1 가장자리(e1)로부터 측정된 제1 폭(w1)과 리드 탭(120)의 전체 폭(wt)에 대한 상대적인 비율로 나타낼 수 있고, 제1 폭(w1)과 전체 폭(wt)의 상대적인 비율은 1:8로 설계될 수 있다.
유사하게, 제2 체결 홀(125b)의 형성위치는, 리드 탭(120)의 제2 가장자리로(e2)부터 측정된 제2 폭(w2)과 리드 탭(120)의 전체 폭(wt)에 대한 상대적인 비율로 나타낼 수 있고, 제2 폭(w2)과 전체 폭(wt)의 상대적인 비율은 1:8로 설계될 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 팩을 상방에서 도시한 사시도이다. 도면을 참조하면, 프레임(150)의 제2 지지부(152)에는 리드 부재(120)가 결합되는데, 예를 들어, 리드 부재(120)의 측면(163)이 노출되도록 제2 지지부(152)에 결합될 수 있다.
상기 리드 부재(160)의 노출된 측면(163)에는 다수의 배터리 팩들을 서로 전기적으로 결속시킴으로써 대용량 고출력의 중대형 전지를 구성하기 위한 구조로서, 버스 바(미도시)와의 체결을 위한 제1 측면 홀(167)이 형성될 수 있다. 이외에, 배터리의 상태 정보, 예를 들어, 전류, 전압, 온도와 같은 상태 정보를 인출하기 위한 제2 측면 홀(168)이 형성될 수 있으며, 상기 제2 측면 홀(168)은 충, 방전 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)나 외부기기(미도시)와의 신호 및 전원의 전송경로를 형성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 배터리 유닛 110: 전지 셀
110a: 전지 셀의 상면 111: 양극판
112: 음극판 113: 세퍼레이터
115: 전극 탭 118: 파우치
119: 절연부재 120: 리드 탭
121: 제1 리드 탭 122: 제2 리드탭
125,135,155,165: 체결 홀 125a: 제1 체결 홀
125b: 제2 체결 홀 130: 도전성 플레이트
150: 프레임 151`: 벤트 홀
151: 프레임의 제1 지지부 152: 프레임의 제2 지지부
151a: 리브 156: 고정용 돌기
160: 리드 부재 166: 고정 홀
181,182: 체결부재 e1: 리드 탭의 제1 가장자리
e2: 리드 탭의 제2 가장자리 w1: 리드 탭의 제1 폭
w2: 리드 탭의 제2 폭 wt: 리드 탭의 전체 폭

Claims (19)

  1. 파우치 내에 배치된 전극 조립체와, 상기 파우치 외부로 연장되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 다수의 리드 탭을 포함하는 배터리 유닛;
    상기 배터리 유닛을 지지하는 것으로, 상기 파우치를 수용하는 제1 부분과, 상기 리드 탭을 수용하는 제2 부분을 포함하는 프레임;
    상기 리드 탭과 프레임의 제2 부분 사이에 배치되는 리드 부재; 및
    상기 리드 탭과 프레임의 제2 부분 및 리드 부재를 함께 체결하는 복수의 체결 부재;를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체결 부재는, 상기 리드 부재 및 리드 탭을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드 부재는 주된 면과 측면을 갖춘 블록 형태로 마련되고,
    상기 리드 부재의 주된 면에는 상기 체결 부재가 관통하는 체결 홀이 형성되며,
    상기 리드 부재의 측면에는 버스 바와의 체결을 위한 제1 측면 홀과, 배터리의 상태 정보를 출력하기 위한 제2 측면 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드 부재는, 제1, 제2 리드 부재를 포함하고,
    상기 프레임의 제2 부분이 제1, 제2 리드 부재를 격리시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프레임의 제2 부분은 절연성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프레임의 제2 부분은 제1 리드 부재를 수용하는 제1 공간과, 제2 리드 부재를 수용하는 제2 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭 상에 배치되고, 상기 프레임에 결합된 도전성 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레임, 리드 부재 및 리드 탭에는 체결 홀이 형성되어 있고,
    상기 체결 홀을 통하여 체결 부재가 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 체결 부재는, 너트-볼트 조립체인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 리드 탭에는 2개의 체결 홀이 형성되어 있고,
    상기 체결 홀은, 상기 리드 탭의 좌우 가장자리로부터 전체 리드 탭 폭의 1/8 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 제1 부분은 금속 소재로 형성되고,
    상기 배터리 유닛을 둘러싸도록, 상기 제1 부분은 평판 형상으로부터 절곡된 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리브의 높이는, 상기 배터리 유닛의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프레임의 제1 부분은 배터리 유닛의 하면을 커버하고,
    배터리 유닛의 상면은 프레임으로부터 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 리드 부재는, 상기 프레임의 제2 부분으로부터 분리되지 않도록 일체적으로 형성되며,
    상기 프레임의 제2 부분은 사출 성형을 통하여 상기 리드 부재와 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프레임의 제2 부분은, 상기 리드 부재의 고정 홀을 통하여 연장되는 고정용 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭은, 상기 전극 조립체와 연결된 근거리 단부와, 상기 전극 조립체로부터 최대로 떨어진 원거리 단부를 포함하고,
    상기 리드 부재는 상기 리드 탭의 원거리 단부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭은, 상기 리드 부재와 면 접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리드 탭 상에 배치되며, 상기 리드 탭과 결합된 도전성 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제7항에 있어서,
    상기 체결 부재는, 상기 리드 탭, 리드 부재, 프레임의 제2 부분, 도전성 플레이트를 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
KR1020120011294A 2011-02-08 2012-02-03 배터리 팩 KR101312274B1 (ko)

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