KR20140000761A - 전지팩 - Google Patents

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김덕수
임동훈
황재일
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 내부에 셀 공간이 형성되며, 다각의 프레임으로 형성되는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 일측면에 적층되는 제1배터리 셀, 상기 셀 프레임의 타측면에 적층되는 제2배터리 셀을 포함하는 적어도 하나 이상의 단위 셀 및 다각의 프레임으로 형성되어 상기 단위 셀 적층 시 복수의 단위 셀 사이에 끼워지는 파티션 을 포함하여 형성되며, 상기 셀 프레임의 하측면 내부에는 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 지지하는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.

Description

전지팩{Battery pack}
본 발명은 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게 한 쌍의 배터리 셀 사이에 셀 프레임이 구비되어 배터리 셀의 하측에서 지지되되, 셀 프레임의 하측면 내부에 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 배터리 셀의 마운팅 강성 구조가 보강되는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 양측으로 전극 탭이 돌출된 형태를 갖는 단위전지를 갖는 전지팩은 상ㅇ하 적층식으로 구성될 경우, 단위전지 사이에 이격되어 공기가 통과할 수 있는 공간이 좌ㅇ우 방향으로 형성되어, 상ㅇ하 방향으로 유동되는 공기가 통과하기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 상ㅇ하 적층식의 전지팩은 바닥면에 위치한 단위전지에 습기가 차기 쉽고, 냉각이 잘 이루어지지 않아 스웰링 현상이라 단락현상 등 안전성에 문제가 발생될 수 있다는 단점이 있다.
미국공개특허 제2012-0094166호(공개일2012.04.19, 명칭 : BATTERY MODULE HAVING HEAT DISSIPATION MEMBER OF NOVEL STRUCTURE AND BATTERY PACK EMPLOYED WITH THE SAME)에는 전지의 방열을 촉진하기 위해 방열부재가 전지셀 계면들에 개재되어 있고, 높은 열전도율의 방열부재와 일체로 연결된 열교환 부재가 전지셀 적층체의 일측에 부가된 구조로 이루어진 중대형 전지팩이 개시된 바 있다.
하지만, 여전히 더 컴팩트하고, 강성을 보강될 수 있으며, 방열성능이 개선된 전지팩의 개발이 필요한 실정이다.
미국공개특허 제2012-0094166호(공개일 2012.04.19, 명칭 : BATTERY MODULE HAVING HEAT DISSIPATION MEMBER OF NOVEL STRUCTURE AND BATTERY PACK EMPLOYED WITH THE SAME)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 양측으로 전극 탭이 형성되는 타입의 배터리 셀이 수평방향으로 적층되도록 구성하여 공냉식 냉각이 원활하게 이루어지도록 하는 동시에, 배터리 셀의 마운팅 강성 구조를 보강할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 전지팩은 내부에 셀 공간이 형성되며, 다각의 프레임으로 형성되는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 일측면에 적층되는 제1배터리 셀, 상기 셀 프레임의 타측면에 적층되는 제2배터리 셀을 포함하는 적어도 하나 이상의 단위 셀 및, 다각의 프레임으로 형성되어 상기 단위 셀 적층 시 복수의 단위 셀 사이에 끼워지는 파티션 을 포함하여 형성되며, 상기 셀 프레임의 하측면 내부에는 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 지지한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀은 길이방향으로 일측면에 음극 탭이 돌출형성되고, 타측면에 양극 탭이 돌출형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전지팩은 상기 단위 셀 및 파티션이 복수개 적층되어 형성되는 서브 전지모듈의 길이방향으로 일측면에서 음극 탭을 감싸며 결합되는 제1케이스와, 타측면에서 양측 탭을 감싸며 결합되는 제2케이스를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 전지팩은 상기 서브 전지모듈의 폭방향으로 양측면에 알루미늄 커버가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 셀 프레임은 플라스틱 재질로 사출공정을 통해 제조되되, 하측면 내부에 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 인서트사출을 통해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 전지팩은 상기 셀 프레임의 하측면에 상기 강성보강부가 삽입될 수 있도록 상기 강성보강부에 대응되는 형태로 함몰되는 안착홈이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 전지팩은 상기 강성보강부의 양측 단부에 결합되어 상기 셀 프레임에 상기 강성보강부를 고정하는 체결수단을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 강성보강부는 상기 셀 프레임의 길이방향으로 연장형성되며, 폭방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 복수개의 보강리브를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 전지팩은 양측으로 전극 탭이 형성되는 타입의 배터리 셀을 수평방향으로 적층하여 전지팩을 구성함으로써, 하측면에 습기가 차는 것을 방지하고, 공기가 유동되는 방향과 나란하게 배치하여 공냉식 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이 때, 본 발명의 전지팩은 수평방향으로 적층하여 전지팩을 구성할 때, 배터리 셀의 하단부의 지지구조가 종래에 배터리 셀의 두께에만 의존되어 마운팅 강성구조가 약해지는 것을 방지하기 위해, 한 쌍의 배터리 셀 사이에 구비되는 셀 프레임의 하단부에 스틸 재질의 강성보강부를 삽입하여 마운팅 강성구조를 보강할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 전지팩은 냉각효율 향상 및 강성구조 보강을 통해, 이차전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 배터리 셀 평면도.
도 2는 배터리 셀 적층 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 전지팩 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 전지팩 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 서브 전지모듈의 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 셀 프레임의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 셀 프레임의 분해사시도.
도 8은 도 6에서의 aa'방향 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 전지팩을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 배터리 셀 평면도이며, 도 2는 배터리 셀 적층 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전지팩 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전지팩 분해사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 서브 전지모듈의 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 셀 프레임의 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 전지팩에 포함되는 셀 프레임의 분해사시도이며, 도 8은 도 6에서의 aa'방향 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지팩(1)은 크게, 단위 셀(100), 파티션(200), 제1케이스(20) 및 제2케이스(30) 및 알루미늄 커버(400)를 포함하여 형성된다.
단위 셀(100)은 셀 프레임(130), 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120)을 포함하여 형성된다. 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120)은 전지부(140), 파우치(150), 양극 탭(142) 및 음극 탭(141)을 포함하여 형성된다.
전지부(140)는 양극판(144), 분리막, 음극판(143) 순으로 배치되어 일방향으로 와인딩되거나, 양극판(144), 분리막, 음극판(143)이 복수개 적층되어 형성될 수 있으며, 양극판(144)은 양극 탭(142)과 전기적으로 연결되어 일측으로 돌출형성되고, 음극판(143)은 음극 탭(141)과 전기적으로 연결되어 타측으로 돌출형성된다.
이 때, 양극 탭(142) 및 음극 탭(141)은 파우치(150)의 길이방향 양측으로 각각 돌출형성되는 것으로 도시되어 있으나, 일측에 양극 탭(142) 및 음극 탭(141)이 돌출된 형태 등, 다양하게 변경실시 가능하다.
파우치(150)는 후막의 금속재로 성형된 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내피층 및 외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치(150)형 케이스이다.
셀 프레임(130)은 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120)의 폭방향으로 돌출되는 전지부(140)가 수용될 수 있도록 전지부(140)에 대응되는 형태로 내부 일정영역이 중공되어 다각의 프레임으로 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 셀 프레임(130)은 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120)과 전지부(140)가 사각형으로 형성될 때, 이에 대응되도록 내부에 사각형의 중공부(132)가 형성되어 'ㅁ'자 형태로 형성될 수 있다.
셀 프레임(130)은 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120) 적층 시, 공차관리가 용이해지도록 유연한 이중합성고무(Ethylene Propylene Diene M-class rubber)재질로 이루어질 수 있다.
단위셀은 셀프레임(130)의 일측면에 제1배터리 셀(110)이 적층되고, 타측면에 제2배터리 셀(120)이 적층되어 형성되며, 제1배터리 셀(110)의 전지부(140)와 제2배터리 셀(120)의 전지부(140)가 셀 프레임(130)의 중공부(132)에 삽입되어 지지 및 고정된다.
특히 본 발명의 전지팩(1)은 셀 프레임(130)의 하측면 내부에 스틸 재질의 강성보강부(300)가 삽입되어 제1배터리 셀(110) 및 제2배터리 셀(120)의 하측면을 지지하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 셀 프레임(130)에는 하측면에 강성보강부(300)가 삽입결합될 수 있도록 강성보강부(300)에 대응되는 형태로 함몰되는 안착홈(131)이 형성되고, 강성보강부(300)가 필요에 따라 탈착가능하도록 형성될 수도 있다.
이 때, 셀 프레임(130)은 강성보강부(300)의 양측 단부에 결합되어 강성보강부(300)가 고정되도록 하는 체결수단(500)을 포함하여 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 셀 프레임(130)은 하측면의 양측단부에 높이방향으로 상ㆍ하 관통형성되는 제1삽입홀(530)이 형성되고, 제1삽입홀(530)에 대응되는 위치의 강성보강부(300) 양측에 제2삽입홀(540)이 형성될 수 있다.
셀 프레임(130)은 하측에 강성보강부(300)가 삽입된 다음, 제1삽입홀(530) 내에 삽입된 제2삽입홀(540)에 볼트(510)가 삽입되고, 삽입된 면과 반대되는 타측면에서 볼트(510)의 단부에 너트(520)가 결합되어 고정될 수 있다.
제2삽입홀(540)은 볼트(510)가 삽입되는 입구에 위치된 영역에 볼트(510) 머리에 대응되는 형태로 탭 가공되어 볼트(510)가 강성보강부(300)의 외측으로 튀어나오지 않고 내부에 삽입되어 결합될 수있도록 하는 것이 바람직하다.
이 외에도, 강성보강부(300)는 셀 프레임(130)에 삽입되어 접촉되는 면적에 접착제가 도포되어 고정될 수도 있으며, 셀 프레임(130) 및 강성보강부(300)가 결합되는 방법은 다양하게 변경실시 가능하다.
또 다른 실시예로, 셀 프레임(130)은 플라스틱 재질로 사출공정을 통해 제조되되, 하측면 내부에 스틸 재질의 강성보강부(300)가 삽입되어 인서트 사출을 통해 일체로 형성될 수도 있다.
이 경우, 셀 프레임(130)은 강성보강부(300)를 별도로 결합하는 과정이 필요없어 조립이 간편해질 수 있다는 장점이 있다.
한편, 강성보강부(300)는 셀 프레임(130)의 길이방향으로 연장형성되며, 폭방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 복수개의 보강리브(310)를 포함하여 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 6에서 aa' 방향으로의 단면도는 외주면을 따라 형성된 셀 프레임(130) 내부에 폭방향으로 일정거리 이격되는 보강리브(310)가 내부에 위치되는 형태를 갖는다.
강성보강부(300)는 도6 및 도 7에 도시된 것처럼 길이방향으로 길게 연장형성되는 형태일 수도 있으며, 짧게 형성되어 복수개가 셀 프레임(130)의 하측면에 길이방향으로 일정거리 이격되어 삽입되는 형태일 수도 있다.
파티션(200)은 다각의 프레임으로 형성되어 단위 셀(100)이 적층될 때, 복수의 단위 셀(100) 사이에 끼워지며, 셀 프레임(130)과 마찬가지로 사각의 프레임으로 형성되고, 강도 보강을 위한 보강 프레임이 높이방향으로 복수개 일정거리 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 전지팩(1)은 단위 셀(100) 및 파티션(200)이 복수개 적층되어 서브 전지모듈(10)이 형성될 수 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, '제1배터리 셀(110)- 셀 프레임(130)-제2배터리 셀(120)-파티션(200)-제1배터리 셀(110)-셀 프레임(130)-제2배터리 셀(120)'의 순서로 반복 적층형성될 수 있다.
이 때, 서브 전지모듈(10)은 폭방향으로 양측 단부에 위치한 면에 알루미늄 커버(400)가 구비되어 외부 충격으로부터 서브 전지모듈(10)을 보호할 수 있다.
본 발명의 전지팩(1)은 서브 전지모듈(10)의 길이방향으로 일측면에서 음극 탭(141)을 감싸며 결합되는 제1케이스(20)와, 타측면에서 양극 탭(142)을 감싸며 결합되는 제2케이스(30)를 포함하여 형성된다.
제1케이스(20) 및 제2케이스(30)는 음극 탭(141) 및 양극 탭(142)이 형성된 영역만 수용되도록 형성될 수도 있으며, 서브 전지모듈(10)에서 음극 탭(141) 및 양극 탭(142)이 형성된 양측 면을 모두 감싸도록 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 전지팩(1)은 제1케이스(20) 및 제2케이스(30)로 분리된 형태 외에도, 상측면을 제외한 나머지 면을 감싸도록 형성되는 하부케이스와, 상측면에 결합되는 상부케이스가 별도로 형성된 형태일 수도 있으며, 길이방향으로 양측면 및 하측면을 감싸도록 'ㄷ'자 형태로 형성된 하부케이스와, 상측면에 결합되는 상부케이스로 이루어진 형태 등 다양한 형태로 변경실시 가능하다.
도 4를 참고로 본 발명의 전지팩(1)을 설명하면,
본 발명의 전지팩(1)은 제1케이스(20), 제2케이스(30), 서브 전지모듈(10), 알루미늄 커버(400)를 포함하여 형성된다.
서브 전지모듈(10)은 복수개의 단위 셀(100)과 파티션(200)이 교번되어 적층 형성되고, 서브 전지모듈(10)의 폭 방향으로 양측면에는 알루미늄 커버(400)가 결합된다. 이 때, 서브 전지모듈(10)의 길이방향으로 양측면에 음극 탭(141) 및 양극 탭(142)이 돌출형성된다.
양극 탭(142)이 돌출된 영역에는 캐소드 버스바(40)가 전기적으로 연결되며, 및 음극 탭(141)이 돌출된 영역에는 애노드 버스바(50)가 전기적으로 연결되어 이웃한 단위 셀(100)과 연결되어 하나의 전지팩(1)이 형성되도록 할 수 있다.
이 때, 복수개의 단위 셀(100) 및 파티션(200)은 셀 프레임(130) 및 파티션(200)의 길이방향 또는 높이방향으로 양단에 형성된 (133) 롱볼트(60)(long bolt)가 삽입되어 이웃한 단위 셀(100) 및 파티션(200)과 결합될 수있다.
마지막으로, 서브 전지모듈(10)의 길이방향으로 양측면에 형성된 음극 탭(141) 및 양극 탭(142)이 수용되도록 제1케이스(20) 및 제2케이스(30)가 각각 결합된다.
이에 따라, 본 발명의 전지팩은 양측으로 전극 탭이 형성되는 타입의 배터리 셀을 수평방향으로 적층하여 전지팩을 구성함으로써, 하측면에 습기가 차는 것을 방지하고, 공기가 유동되는 방향과 나란하게 배치하여 공냉식 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이 때, 본 발명의 전지팩은 수평방향으로 적층하여 전지팩을 구성할 때, 배터리 셀의 하단부의 지지구조가 종래에 배터리 셀의 두께에만 의존되어 마운팅 강성구조가 약해지는 것을 방지하기 위해, 한 쌍의 배터리 셀 사이에 구비되는 셀 프레임의 하단부에 스틸 재질의 강성보강부를 삽입하여 마운팅 강성구조를 보강할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지팩은 냉각효율 향상 및 강성구조 보강을 통해, 이차전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 전지팩
10 : 서브 전지모듈 20 : 제1케이스
30 : 제2케이스 40 : 캐소드 버스바
50 : 애노드 버스바 60 : 롱 볼트
100 : 단위 셀
110 : 제1배터리 셀 120 : 제2배터리 셀
130 : 셀 프레임 131 : 안착홈
132 : 중공부 133 : 볼트삽입부
140 : 전지부
141 : 음극 탭 142: 양극 탭
143 : 음극판 144 : 양극판
150 : 파우치
200 : 파티션
300 : 강성보강부 310 : 보강리브
400 : 알루미늄 커버
500 : 체결수단
510 : 볼트 520 : 너트
530 : 제1삽입홀 540 : 제2삽입홀

Claims (8)

  1. 전지팩에 있어서,
    내부에 셀 공간이 형성되며, 다각의 프레임으로 형성되는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 일측면에 적층되는 제1배터리 셀, 상기 셀 프레임의 타측면에 적층되는 제2배터리 셀을 포함하는 적어도 하나 이상의 단위 셀 및
    다각의 프레임으로 형성되어 상기 단위 셀 적층 시 복수의 단위 셀 사이에 끼워지는 파티션 을 포함하여 형성되며,
    상기 셀 프레임의 하측면 내부에는 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 지지하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀은
    길이방향으로 일측면에 음극 탭이 돌출형성되고, 타측면에 양극 탭이 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전지팩은
    상기 단위 셀 및 파티션이 복수개 적층되어 형성되는 서브 전지모듈의 길이방향으로 일측면에서 음극 탭을 감싸며 결합되는 제1케이스와, 타측면에서 양극 탭을 감싸며 결합되는 제2케이스를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전지팩은
    상기 서브 전지모듈의 폭방향으로 양측면에 알루미늄 커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 프레임은
    플라스틱 재질로 사출공정을 통해 제조되되,
    하측면 내부에 스틸 재질의 강성보강부가 삽입되어 인서트사출을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전지팩은
    상기 셀 프레임의 하측면에 상기 강성보강부가 삽입될 수 있도록
    상기 강성보강부에 대응되는 형태로 함몰되는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전지팩은
    상기 강성보강부의 양측 단부에 결합되어 상기 셀프레임에 상기 강성보강부를 고정하는 체결수단을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 강성보강부는
    상기 셀 프레임의 길이방향으로 연장형성되며, 폭방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 복수개의 보강리브를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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