KR20140109693A - 이차 전지 팩 - Google Patents

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KR20140109693A
KR20140109693A KR1020130023989A KR20130023989A KR20140109693A KR 20140109693 A KR20140109693 A KR 20140109693A KR 1020130023989 A KR1020130023989 A KR 1020130023989A KR 20130023989 A KR20130023989 A KR 20130023989A KR 20140109693 A KR20140109693 A KR 20140109693A
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secondary battery
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변보현
조호재
김영미
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

이차 전지 팩이 개시된다. 이차 전지 팩은, 이차 전지와, 이차 전지의 적어도 일부분을 감싸는 마운트 프레임과, 마운트 프레임을 감싸도록 설치되며 제1 케이스 및 제2 케이스를 포함하고, 제1 케이스의 외측으로 결합 돌부가 돌출되는 아우터 케이스와, 이차 전지와 전기적으로 연결되며 더미 플레이트가 돌출되는 보호회로모듈을 포함한다. 여기서, 제1 케이스와 제2 케이스가 마운트 프레임에 설치된 상태에서 더미 플레이트는 결합 돌부에 고정된다.

Description

이차 전지 팩{RECHARGEABLE BATTERY PACK}
본 발명의 이차 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지 팩의 외부 충격에 대응하여 내구성이 강화되는 이차 전지 팩에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대표적인 이차 전지에는 니켈-카드륨(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-NH) 전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드륨 전지나, 니켈-수소 전지 보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지는 리튬 폴리머 전지라고 한다.
이러한 이차 전지에는 충전과 방전을 제어하는 보호회로모듈이 설치된다. 보호회로모듈은 이차 전지의 과충전 및 과방전을 방지하여 이차 전지의 안전성 및 수명을 향상시키는 역할을 한다.
전술한 구성의 이차 전지 및 보호회로모듈은 외부 충격 등으로부터 보호하기 위한 방법으로 이차 전지의 외측을 감싸는 케이스를 구비한다. 또한 보호회로모듈은 이차 전지를 보호하는 프레임에 물리적으로 결합된다.
이와 같이, 케이스는 및 보호회로모듈은 끼움 결합 등의 물리적으로 결합시킴으로써, 외부 충격 발생시에 케이스 및 보호회로모듈의 결합 부위가 변형되어 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 케이스 및 보호회로모듈의 견고한 결합 내구성을 향상시킬 수 있는 이차 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩은, 이차 전지와, 이차 전지의 적어도 일부분을 감싸는 마운트 프레임과, 마운트 프레임을 감싸도록 설치되며 제1 케이스 및 제2 케이스를 포함하고, 제1 케이스의 외측으로 결합 돌부가 돌출되는 아우터 케이스와, 이차 전지와 전기적으로 연결되며 더미 플레이트가 돌출되는 보호회로모듈을 포함한다. 여기서, 제1 케이스와 제2 케이스가 마운트 프레임에 설치된 상태에서 더미 플레이트는 결합 돌부에 고정된다.
더미 플레이트는 보호회로모듈의 길이 방향의 양단에 각각 돌출될 수 있다. 더미 플레이트는 보호회로모듈의 길이 방향의 양단에 각각 한 쌍으로 돌출될 수 있다. 더미 플레이트는 결합 돌부가 삽입되는 고정 공간이 형성되도록 굴곡부가 형성될 수 있다.
마운트 프레임에는 더미 플레이트가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다.
마운트 프레임은, 이차 전지의 양측벽부는 커버하는 제1 프레임과, 이차 전지의 하단부를 커버하는 제2 프레임과, 제1 프레임에 결합되며 더미 플레이트가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 제3 프레임을 포함할 수 있다.
더미 플레이트와 결합 돌기는 저항 용접 또는 레이저 용접으로 결합될 수 있다.
제1 케이스와 제2 케이스는 저항 용접 또는 레이저 용접으로 결합될 수 있다.
더미 플레이트는, 더미 플레이트의 길이 보다 작은 길이를 갖는 협소부를 통해 보호회로모듈에 연결될 수 있다.
본 발명이 일 실시예에 따르면, 이차 전지를 보호하는 케이스와 보호회로모듈 서로간을 용접으로 고정하는 것이 가능하여, 이차 전지의 내구성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 팩을 개략적으로 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 더미 플레이트가 보호회로모듈에 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 요부 도면이다.
도 4는 제3 프레임의 삽입홀에 결합 돌부와 더미 플레이트가 삽입되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 팩을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 결합 돌부가 제3 프레임에서 더미 플레이트가 고정되는 것을 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 8은 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)는, 전극 어셈블리(110)와, 전극 어셈블리(110)를 수용하는 파우치(120)를 포함한다. 전극 어셈블리(110)는 양극(111), 음극(112) 및 양극(111)과 음극(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)가 권취된 구조로 이루어진다.
세퍼레이터(113)는 양극(111)과 음극(112)의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필 고분자막 또는 이들의 다중막으로 형성될 수 있다.
양극(111)에는 양극 탭(114)이 전기적으로 연결된다. 그리고 음극(112)에는 음극 탭(115)이 전기적으로 연결된다. 이러한 양극 탭(114)에는 양극용 절연 테이프(116)가 감겨져 있고, 음극 탭(115)에는 음극용 절연 테이프(117)가 감겨져 있다.
파우치(120)는 유연성을 갖는 케이스를 말하는 것으로서, 상부 케이스(121)와 하부 케이스(122)를 포함한다. 상부 케이스(121) 및 하부 케이스(122)는 적어도 일면이 일체로 접합될 수 있다. 파우치(120)는 금속 호일과 금속 호일의 양면에 적층된 절연성 필름으로 구성된 3층 구조일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 팩을 개략적으로 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 팩(200)은, 이차 전지(100)와, 이차 전지(100)의 적어도 일부분을 감싸는 마운트 프레임(210)과, 마운트 프레임(210)을 감싸도록 설치되는 아우터 케이스(220) 및 이차 전지(100)와 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(230)을 포함한다.
이차 전지(100)에는 전극 어셈블리(110)를 수용하는 파우치(120)가 마련된다. 파우치(120)는 일측으로 양극 탭(114)의 단부와, 음극 탭(115)의 단부가 외부로 노출된다. 파우치(120)는 유연성을 갖는 케이스로서, 전극 어셈블리(110)가 파우치(120)의 내부에 수용된 상태에서 형상을 자유롭게 접을 수 있다. 이러한 이차 전지(100)는 마운트 프레임(210)에 의해 적어도 일부분이 감싸져 있다.
마운트 프레임(210)은, 이차 전지(100)의 양 측벽부를 커버하는 제1 프레임(211)과, 이차 전지(100)의 하단부를 커버하는 제2 프레임(213)과, 제1 프레임(211)에 설치되는 제3 프레임(215)을 포함한다. 마운트 프레임(210)의 제1 프레임(211)은 제2 프레임(213)은 일체로 형성되는 것도 가능하다.
제3 프레임(215)은 제1 프레임(211)에 설치되며, 양극 탭(114)과 음극 탭(115)이 보호회로모듈(230) 방향으로 노출될 수 있는 관통홀(215a)이 형성된다. 이러한 제3 프레임(215)의 외면에는 복수개의 삽입홈(215b)이 형성된다. 삽입홈(215b)은 아우터 케이스(220)의 결합 돌부(225)와 보호회로모듈(230)에 돌출된 더미 플레이트(233)가 함께 삽입되어 고정되는 부분을 말한다. 이러한 삽입홈(215b)은 제3 프레임의 둘레를 따라 형성되는 것도 가능하고 제3 프레임의 일부분에 형성되는 것도 가능하다. 이에 대해서는 이하에서 아우터 케이스(220)를 설명하면서 보다 구체적으로 설명한다.
한편, 이차 전지(100)는 제1 케이스(221) 및 제2 케이스(223)를 포함하는 아우터 케이스(220)에 의해 외부 충격으로부터 보호된다.
제1 케이스(221)는 마운트 프레임(210)으로 보호되지 않은 이차 전지(100)의 노출된 제1 측면을 덮도록 설치된다. 제2 케이스(223)는 마운트 프레임(210)으로 보호되지 않은 전극 어셈블리(110)의 노출된 제2 측면을 덮도록 설치된다. 즉, 제1 케이스(221)와 제2 케이스(223)는 이차 전지(100)를 사이에 두고 대향된 양측면에 각각 설치되어, 이차 전지(100)를 외부 충격으로부터 보호하게 된다.
이러한 제1 케이스(221) 및 제2 케이스(223)는 금속 재질로 이루어지며 측면의 가장자리 일부분이 서로간에 중첩된 상태에서 용접으로 고정되는 것이 가능하다. 즉, 제1 케이스(221)의 모서리 일부분이 제2 케이스(223)의 모서리 일부분과 중첩되게 위치한 상태에서 저항 용접 또는 레이저 용접으로 고정될 수 있다. 물론, 제1 케이스(221)와 제2 케이스(223)는 용접 고정으로 반드시 한정되는 것은 아니고 물리적인 끼움 결합으로 결합되는 것도 가능하다. 제1 케이스(221)와 제2 케이스(223)의 끼움 결합시에는 제1 케이스(221) 및 제2 케이스(223)의 측면에 요철부(미도시)를 형성하여 탄성력을 이용하여 끼움 결합으로 고정될 수 있다. 또한 제1 케이스(221) 및 제2 케이스(223)는 마운트 프레임(210)에 끼움 결합되는 것도 가능하다.
제1 케이스(221)에는 보호회로모듈(230)의 더미 플레이트(233)와 고정되는 결합 돌부(225)가 돌출된다.
결합 돌부(225)는 제1 케이스(221)가 아우터 케이스(220)에 설치된 상태에서 제3 프레임(215) 방향의 가장자리 외측으로 직사각형의 플레이트 형상으로 돌출될 수 있다. 본 실시예에서 결합 돌부(225)는 제1 케이스(221)의 외측으로 3개가 돌출되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 보호회로모듈(230)의 더미 플레이트(233)의 개수에 대응하여 적어도 2개 이상으로 형성되는 것도 가능하다. 결합 돌부(225)는 제1 케이스(221)가 마운트 프레임(210)에 설치된 상태에서 제3 프레임(215)의 삽입홈(215b)에 삽입된다. 결합 돌부(225)가 삽입홈(215b)에 삽입되는 것은 후술하는 더미 플레이트(233)와 용접으로 고정되기 위한 것이다. 이를 위해 결합 돌부(225)는 용접이 가능한 금속 재질로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는 결합 돌부(225)는 제1 케이스(221)의 재질과 동일한 스테인레스강(SUS) 재질로 이루어질 수 있다.
보호회로모듈(230)은 전극 어셈블리(110)와 연결되며, 충방전을 포함하는 전극 어셈블리(110)의 작동을 제어한다. 참조 번호 231은 보호회로모듈(230)의 회로기판()을 말하는 것으로서 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서, 일방향을 따라 길게 연장된 직사각형의 얇은 판 형상으로 이루어질 수 있다. 보호회로모듈(230)에는 인쇄회로기판의 배선이 형성되지 않은 부분에서 더미 플레이트(233)가 돌출된다.
더미 플레이트(233)는 보호회로모듈(230)의 길이 방향의 양단에 각각 돌출되며, 보호회로모듈(230)의 평면과 수직 방향으로 돌출된다. 더미 플레이트(233)는 직사각형의 플레이트 형상으로 돌출될 수 있다. 그러나 더미 플레이트(233)는 직사각형의 플레이트 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 더미 플레이트가 보호회로모듈에 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 요부 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 더미 플레이트(233)는 협소부(233a)를 통해 보호회로모듈(230)에 연결되는 것도 가능하다. 이와 같이, 더미 플레이트(233)가 협소부(233a)를 통해 연결됨으로써 용접 작업시 용접열이 보호회로모듈에 전달되는 것을 최소화하여 보호회로모듈의 손상을 방지하는 것도 가능하다.
이러한 더미 플레이트(233)는 아우터 케이스(220)의 제3 프레임(215)에 형성된 삽입홀(215b)에 삽입된 상태에서 제1 케이스(221)의 결합 돌부(225)에 저항 용접 또는 레이저 용접으로 고정된다. 더미 플레이트(233)와 결합 돌부(225)의 용접 결합을 위해 더미 플레이트(233)는 니켈 재질로 형성될 수 있다. 그러나 더미 플레이트(233)는 니켈 재질로 반드시 한정되는 것은 아니고, 스테인리스강(SUS)으로 형성되는 것도 가능하다.
도 4는 제3 프레임의 삽입홀에 결합 돌부와 더미 플레이트가 삽입되는 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 프레임(215)의 삽입홈(215b)에 먼저 더미 플레이트(233)가 안착된다. 그리고 더미 플레이트(233)의 상측면에 접촉되도록 제1 케이스(221)의 결합 돌부(225)가 위치된다. 이와 같이 더미 플레이트(233)와 결합 돌부(225)가 삽입홈(215b)에 함께 위치된 상태에서 저항 용접 또는 레이저 용접으로 고정된다. 따라서, 낙하 등의 외부 충격이 발생되어도 케이스가 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 보호회로모듈(230)의 안정적인 고정도 함께 가능하게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 팩을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서는 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 팩(300)은 보호회로모듈(330)의 양단에는 더미 플레이트(333)가 각각 한 쌍으로 돌출된다. 그리고 아우터 케이스(320)를 구성하는 제1 케이스(221) 및 제2 케이스(323)의 가장자리 외측으로 결합 돌부(225, 325)가 각각 돌출된다.
이에 따라 제1 케이스(221)의 결합 돌부(225)는 제3 프레임(215)의 일측면에 형성된 삽입홈(215b)에서 더미 플레이트(333)에 용접으로 고정된다. 그리고 제2 케이스(323)의 결합 돌부(325)는 제3 프레임(215)의 타측면에 형성된 삽입홈(215b)에서 더미 플레이트(233)에 고정될 수 있다. 이와 같이, 본 제2 실시예의 제1 케이스(221)와 제2 케이스(323)의 각각에 결합 돌부(225)를 형성하여 더미 플레이트(233)에 용접 고정되는 것이 가능하여 더욱 안정적인 케이스 고정 및 보호 회로모듈(330)의 고정이 가능하게 된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 결합 돌부가 제3 프레임에서 더미 플레이트가 고정되는 것을 개략적으로 도시한 요부 사시도이고, 도 8은 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 도 1 내지 도 6 과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서는 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예의 제1 케이스(421)에 돌출된 결합 돌부(425)는 굴곡부(425a)를 포함한다. 이러한 굴곡부(425a)는 더미 플레이트(233)가 삽입되는 공간이 형성되도록 굴곡 형성된다. 이에 따라 제3 프레임(215)의 삽입홈(215b)에서 더미 플레이트(233)는 결합 돌부(225)의 굴곡부(425a)에 의해 감싸진 상태로 위치되어 용접 결합된다. 따라서, 결합 돌부(225)는 더미 플레이트(233)에 의해 고정된 위치를 더욱 견고히 하면서 용접 결합됨으로써 외부 충격에 대응한 내구성의 향상이 가능하다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
100..이차 전지 110..전극 어셈블리
111..양극 112..음극
113..세퍼레이터 114..양극 탭
115..음극 탭 120..파우치
200..이차 전지 팩 210..마운트 프레임
211..제1 프레임 213..제2 프레임
215..제3 프레임 215a.관통홀
215b.삽입홈 220..아우터 케이스
221..제1 케이스 223..제2 케이스
225, 425..결합 돌부 230..보호회로모듈
231..회로기판 233, 333..더미 플레이트
425a.굴곡부

Claims (9)

  1. 이차 전지;
    상기 이차 전지의 적어도 일부분을 감싸는 마운트 프레임;
    상기 마운트 프레임을 감싸도록 설치되며 제1 케이스 및 제2 케이스를 포함하고, 상기 제1 케이스의 외측으로 결합 돌부가 돌출되는 아우터 케이스; 및
    상기 이차 전지와 전기적으로 연결되며 더미 플레이트가 돌출되는 보호회로모듈;
    을 포함하고,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스가 상기 마운트 프레임에 설치된 상태에서, 상기 더미 플레이트는 상기 결합 돌부에 고정되는 이차 전지 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미 플레이트는 상기 보호회로모듈의 길이 방향의 양단에 각각 돌출되는 이차 전지 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 더미 플레이트는 상기 보호회로모듈의 길이 방향의 양단에 각각 한 쌍으로 돌출되는 이차 전지 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 더미 플레이트는 상기 결합 돌부가 삽입되는 고정 공간이 형성되도록 굴곡부가 형성되는 이차 전지 팩.
  5. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 마운트 프레임에는 상기 더미 플레이트가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 이차 전지 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마운트 프레임은,
    상기 이차 전지의 양측벽부는 커버하는 제1 프레임;
    상기 이차 전지의 하단부를 커버하는 제2 프레임; 및
    상기 제1 프레임에 결합되며 상기 더미 플레이트가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 제3 프레임;
    을 포함하는 이차 전지 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 더미 플레이트와 상기 결합 돌기는 저항 용접 또는 레이저 용접으로 결합되는 이차 전지 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 저항 용접 또는 레이저 용접으로 결합되는 이차 전지 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 더미 플레이트는, 더미 플레이트의 길이 보다 작은 길이를 갖는 협소부를 통해 상기 보호회로모듈에 연결되는 이차 전지 팩.
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