KR20140130859A - 파우치형 배터리 셀 내부의 가스 배출이 가능한 배터리 팩 - Google Patents

파우치형 배터리 셀 내부의 가스 배출이 가능한 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 배터리 셀 내부의 가스 압력이 기준압력 이상으로 상승하여 파우치형 배터리 셀이 팽창하였을 경우, 파우치형 배터리 셀 내부의 가스를 배출시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은: 복수 개의 파우치형 배터리 셀들; 상기 파우치형 배터리 셀들의 두께 방향 팽창을 억제하는 격벽을 가지며, 상기 격벽에 의하여 구획된 공간에 각각의 파우치형 배터리 셀을 수용하는 케이스; 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 표면 중 상기 격벽에 의하여 지지되지 않은 부위를 찌르기 위하여 상기 케이스에 설치되며 상기 파우치형 배터리 셀들의 개수와 동일한 개수의 핀 부재들을 갖는 천공 유닛;을 포함한다.

Description

파우치형 배터리 셀 내부의 가스 배출이 가능한 배터리 팩{Battery pack capable of releasing gas inside of pouch type battery cell}
본 발명은 파우치형 배터리 셀 내부의 가스 배출이 가능한 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 배터리 셀 내부의 가스 압력이 기준압력 이상으로 상승하여 파우치형 배터리 셀이 팽창하였을 경우, 파우치형 배터리 셀 내부의 가스를 배출시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
한국공개특허 제2009-0065587호는 안전성이 개선된 파우치형 이차전지를 개시하고 있으며, 이 파우치형 이차전지는, 셀의 내부와 전극탭의 실링부에 채널이 형성되어 있다. 과충전 또는 내부단락 등의 원인으로 인하여 파우치 내부에 가스가 과도하게 발생하여 압력이 높아지면, 상기 채널을 통하여 가스가 파우치의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 셀 내부의 가스가 외부로 배출될 때에는 항상 전극탭의 실링부를 통하여 배출되므로 가스의 배출 방향을 미리 예측할 수 있다.
한편, 파우치형 이차전지가 장착되는 전자장치, 기계장치의 사양 및 작동 환경에 따라 파우치형 이차전지의 내부의 가스를 배출하는 기준 압력은 달라질 수 있다. 즉, 파우치형 이차전지의 내부의 가스 압력이 조금만 상승하더라도 가스를 외부로 배출해야만 하는 전자장치, 기계장치가 존재하며, 반면에, 파우치형 이차전지의 내부의 가스 압력이 상당히 상승한 상태에서도 가스를 외부로 배출할 필요가 없는 전자장치, 기계장치가 존재한다.
그러나 상기 공개특허의 경우, 각각의 전자장치, 기계장치가 요구하는 파우치형 이차전지의 가스 배출 기준 압력이 달라지면 실링부의 설계를 변경해야 한다는 불편이 있다.
한편, 특정 전자장치, 기계장치가 요구하는 가스 배출 기준 압력에 맞게 파우치형 이차전지를 제조하여 상기 전자장치, 기계장치에 장착한 상황을 가정하기로 한다. 그러나, 상기 전자장치, 기계장치를 실제로 운용하는 도중에 기존에 설정했던 가스 배출 기준 압력이 적절하지 않은 것으로 밝혀져서, 가스 배출 기준 압력을 높이거나 낮춰야 하는 상황이 발생한다면, 기존의 파우치형 이차전지를 새로 바뀐 가스 배출 기준 압력을 갖는 파우치형 이차전지로 통째로 교환해야 한다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 가스 배출 기준 압력에 따라 파우치형 배터리 셀의 설계를 변경할 필요가 없는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 이미 전자장치, 기계장치에 장착된 배터리 팩에 구비된 파우치형 배터리 셀의 가스 배출 기준 압력을 간단하게 변경할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은: 복수 개의 파우치형 배터리 셀들; 상기 파우치형 배터리 셀들의 두께 방향 팽창을 억제하는 격벽을 가지며, 상기 격벽에 의하여 구획된 공간에 각각의 파우치형 배터리 셀을 수용하는 케이스; 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 표면 중 상기 격벽에 의하여 지지되지 않은 부위를 찌르기 위하여 상기 케이스에 설치되며 상기 파우치형 배터리 셀들의 개수와 동일한 개수의 핀 부재들을 갖는 천공 유닛;을 포함한다.
바람직하게, 상기 파우치형 배터리 셀은, 상기 핀 부재가 설치된 쪽을 향하여 표면에 돌출되어 형성된 돌기부를 갖는다.
바람직하게, 상기 케이스는 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀들의 폭 방향 팽창을 허용하는 공간부를 갖는다.
바람직하게, 상기 핀 부재들은 상기 파우치형 배터리 셀의 표면과의 거리 조절이 가능하도록 상기 케이스에 설치된다.
바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 각각의 핀 부재의 위치를 조절하는 조절 레버들을 갖는다.
바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 핀 부재들의 위치를 동시에 조절하는 조절 레버를 갖는다.
바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 각각의 핀 부재에 연동되어 회전 운동을 상기 핀 부재의 길이방향 직선운동으로 변환하는 제1 기어; 및 복수 개의 제1 기어들과 각각 맞물리는 복수 개의 제2 기어들을 가지며 상기 조절 레버의 회전에 따라 함께 회전하는 조절축;을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 가스 배출 기준 압력에 따라 파우치형 배터리 셀의 설계를 변경할 필요가 없는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 이미 전자장치, 기계장치에 장착된 배터리 팩에 구비된 파우치형 배터리 셀의 가스 배출 기준 압력을 간단하게 변경할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에 구비된 천공 유닛의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2의 천공 유닛에 구비된 핀 부재가 파우치형 배터리 셀 방향으로 접근한 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 종단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩에 구비된 천공 유닛의 부분 확대도이며, 도 3은 도 2의 천공 유닛에 구비된 핀 부재가 파우치형 배터리 셀 방향으로 접근한 상태를 도시한다.
도 1 내지 도 3은 구성요소의 파악이 용이하도록 일부 구성만을 단면으로 표시하였음을 밝혀둔다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 복수 개의 파우치형 배터리 셀들(20)과, 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀들(20)을 수용하는 케이스(10)와, 상기 파우치형 배터리 셀들(20)의 개수와 동일한 개수의 핀 부재들(32)을 갖는 천공 유닛(30)을 포함한다.
파우치형 배터리 셀(20)은, 내부에 전극 조립체를 수용하며, 전극 조립체는 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 가지며, 상기 양극판과 음극판 각각으로부터 연장된 전극탭에 전극 리드가 연결된다. 이러한 구조는 파우치형 배터리 셀(20)의 일반적인 구조에 해당하므로, 도면에 구체적으로 표시하지는 않았음을 밝혀둔다. 도 2 및 도 3이 파우치형 배터리 셀(20)의 점선으로 표시된 영역의 내측에 전극 조립체가 수용된다.
케이스(10)는 파우치형 배터리 셀들(20)의 두께 방향 팽창을 억제하는 격벽(12)을 가지며, 격벽(12)에 의하여 구획된 공간에 각각의 파우치형 배터리 셀(20)이 수용된다.
각각의 파우치형 배터리 셀(20)은 두 개의 격벽(12) 사이에 배치되거나, 하나의 격벽(12)과 케이스(10)의 내측면 사이에 배치된다. 그리고, 파우치형 배터리 셀(20)의 양면은 격벽(12)에 접촉되어 있거나, 케이스(10)의 내측면에 접촉된다.
과충전 또는 내부단락 등의 원인으로 인하여 파우치형 배터리 셀(20) 내부에 가스가 과도하게 발생하여 압력이 높아지면 파우치형 배터리 셀(20)이 팽창하게 된다. 그리고, 격벽(12) 또는 케이스(10)의 내측면에 의하여 파우치형 배터리 셀(20)의 두께 방향 팽창은 억제되기 때문에, 도 1을 기준으로, 파우치형 배터리 셀(20)의 양 단부가 팽창하게 된다. 물론 파우치형 배터리 셀(20)의 양 단부는 폭 방향뿐만 아니라 두께 방향으로도 팽창할 수 있다.
따라서, 격벽(12)이 파우치형 배터리 셀들(20)의 두께 방향 팽창을 억제한다는 것은, 파우치형 배터리 셀(20)의 전 영역에 걸쳐서 두께 방향 팽창을 억제한다는 것을 의미하는 것이라기 보다는, 파우치형 배터리 셀(20)의 전 영역 중 격벽(12)과 접촉되어 있는 영역에서는 파우치형 배터리 셀(20)의 두께 방향 팽창을 억제한다는 것을 의미한다.
한편, 복수 개의 파우치형 배터리 셀들(20)이 폭 방향으로 팽창되는 것을 허용할 수 있도록, 케이스(10)는 공간부(14, 15)를 갖는다.
천공 유닛(30)의 핀 부재(32)는 파우치형 배터리 셀들(20)의 표면 중 격벽(12)에 의하여 지지되지 않은 부위를 찌르기 위하여 케이스(10)에 설치된다. 또한, 핀 부재들(32)은 파우치형 배터리 셀(20)의 표면과의 거리 조절이 가능하도록 상기 케이스(10)에 설치될 수 있다.
예컨대, 조절 레버(36)와 나사산(34)을 이용하여 핀 부재(32)의 위치를 조절할 수 있다. 조절 레버(36)는 회전이 가능하도록 케이스(10)에 설치되며 조절 레버(36)의 단부에는 나사산(34)이 형성되고, 핀 부재(32)의 중앙에는 보어가 형성되며, 이 보어의 내부에 암나사를 형성하고, 나사산(34)을 암나사에 끼워 넣은 상태가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
핀 부재(32)는 케이스(10)를 기준으로 회전하지 않고 파우치형 배터리 셀(20)에 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 직선 상으로만 운동할 수 있도록, 핀 부재(32)의 표면에 키가 형성되고, 케이스(10) 중 이 키에 대응되는 위치에는 키홈이 형성될 수 있다. 또는, 단면이 사각형, 육각형 등을 비롯한 다각형이 되도록 핀 부재(32)를 설계하여 핀 부재(32)의 회전을 방지할 수도 있다.
조절 레버(36)를 회전시키면 나사산(34)이 회전하게 되며, 핀 부재(32)는 회전하지 않기 때문에 핀 부재(32)의 보어에 형성된 암나사는 상기 나사산(34)과 상대 운동을 하게 되어 핀 부재(32)가 파우치형 배터리 셀(20)에 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 직선 상으로 운동하게 된다.
조절 레버(36)는 핀 부재(32)의 위치를 조절하는 구성으로서 각각의 핀 부재(32)마다 조절 레버(36)가 설치되며, 따라서, 핀 부재(32)의 개수와 조절 레버(36)의 개수는 같다.
한편, 파우치형 배터리 셀(20)은, 핀 부재(32)가 설치된 쪽을 향하여 표면에 돌출되어 형성된 돌기부(22)를 가질 수 있다. 돌기부(22)의 폭(W)과 두께(D)는 다양하게 설계가 가능하다. 또한, 돌기부(22)의 폭(W)과 두께(D)를 크게 설계하면 돌기부(22), 파우치형 배터리 셀(20)의 취급 중 부주의로 파우치형 배터리 셀(20)이 핀 부재(32)에 접촉되더라도, 파우치형 배터리 셀(20)에 쉽게 구멍이 나지 않는 장점이 있다.
도 2의 상태에서 도 3의 상태로, 또한 도 3의 상태에서 도 2의 상태로 핀 부재(32)의 위치를 조절할 수 있다. 또한, 조절 레버(36)를 조절하여, 도 2에 도시된 것보다도 핀 부재(32)와 파우치형 배터리 셀(20)의 거리를 더욱 멀게 할 수도 있다.
도 3의 상태에 비하여 도 2의 상태의 경우, 비교적 파우치형 배터리 셀(20)이 많이 팽창되어야만 파우치형 배터리 셀(20)이 핀 부재(32)에 찔려서 파우치형 배터리 셀(20) 내부의 가스가 배출된다. 반대로, 도 2의 상태에 비하여 도 3의 상태의 경우, 비교적 파우치형 배터리 셀(20)이 적게 팽창되더라도 파우치형 배터리 셀(20)이 핀 부재(32)에 찔려서 파우치형 배터리 셀(20) 내부의 가스가 배출된다.
파우치형 배터리 셀(20) 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 기준 압력이 높은 경우에는, 조절 레버(36)를 조작하여 도 3과 같이 핀 부재(32)를 파우치형 배터리 셀(20)에 근접시키면 된다. 반대로, 파우치형 배터리 셀(20) 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 기준 압력이 낮은 경우에는, 조절 레버(36)를 조작하여 도 2와 같이 핀 부재(32)를 파우치형 배터리 셀(20)로부터 비교적 멀리 떨어뜨리면 된다.
즉, 일일이 파우치형 배터리 셀(20) 자체의 설계를 변경할 필요가 없이, 핀 부재(32)의 위치만 조절하는 것만으로도 파우치형 배터리 셀(20)의 다양한 가스 배출 기준에 대응할 수 있다.
또한, 이미 전자장치, 기계장치에 장착된 배터리 팩(100)에 구비된 파우치형 배터리 셀(20)이 가스 배출 기준 압력을 변경해야 하는 경우, 배터리 팩(100) 자체를 교체할 필요가 없이, 조절 레버(36)를 조작하는 것으로 충분히 대응 가능한 장점이 있다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 종단면도이다.
제1 실시예와 공통되는 내용은 중복 설명을 피하기 위하여 대부분 생략하겠으며, 제1 실시예와 차이가 나는 점을 중점적으로 설명함을 밝혀둔다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(100A)은 천공 유닛(30)의 구성에 있어서 차이가 난다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예의 천공 유닛(30)은, 핀 부재(32)와 나사산(34)의 구조는 제1 실시예와 동일하다. 그러나, 제1 실시예의 조절 레버(36)에 해당하는 위치에 조절 레버(36) 대신 제1 기어(38)가 위치해 있다.
상기 제1 기어(38)는 각각의 핀 부재(32)에 연동되어 회전 운동을 핀 부재(32)의 길이방향 직선운동으로 변환하는 구성으로서, 후술할 제2 기어(48)와 맞물려 움직이게 된다.
제2 기어(48)는 제1 기어(38)와 동일한 개수 존재하며, 복수 개의 제2 기어(48)는 가늘고 긴 복수 개의 조절축(42)의 길이 방향을 따라 배치된다. 조절축(42)의 원활한 회전을 위하여 케이스(10)에는 베어링(43, 44)이 설치될 수 있다.
조절축(42)의 일단부에는 조절축(42)에 상대 위치가 고정된 조절 레버(46)가 형성된다. 제1 기어(38)와 제2 기어(48)는 베벨 기어인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 베벨 기어만 사용되어야 할 필요는 없으며, 베벨 기어와 동일한 작용을 수행하는 다양한 구성이 사용될 수 있음은 물론이다.
조절 레버(46)를 회전시키면 조절축(42)이 이에 따라 함께 회전하고, 상기 조절축(42)에 위치 고정된 복수 개의 제2 기어(48)가 회전하게 되며, 제1 기어(38)들과 제2 기어(48)는 서로 맞물려 있으므로 제1 기어(38)도 회전하게 된다.
제1 기어(38)가 회전하면 나사산(34)이 회전하게 되며, 핀 부재(32)는 회전하지 않기 때문에 핀 부재(32)의 보어에 형성된 암나사는 상기 나사산(34)과 상대 운동을 하게 되어 핀 부재(32)가 파우치형 배터리 셀(20)에 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 직선 상으로 운동하게 된다.
즉, 제2 실시예의 경우, 각각의 핀 부재(32)를 하나의 조절 레버(46)를 이용하여 동시에 조절할 수 있다.
<변형 실시예>
상기 제1 실시예와 제2 실시예는 파우치형 배터리 셀(20)에 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 핀 부재(32)의 위치를 조절할 수 있다는 특징이 있다.
그러나, 천공 유닛(30)의 구성 중 핀 부재(32)를 제외한 나머지 구성이 배제된 변형 실시예도 상정해 볼 수 있다.
이 변형 실시예의 경우, 길이가 다양한 핀 부재(32)를 보유한 상태에서, 파우치형 배터리 셀(20)의 가스 배출 기준 압력이 높은 경우에는 상대적으로 짧은 핀 부재(32)를 케이스(10)에 설치하고, 파우치형 배터리 셀(20)의 가스 배출 기준 압력이 낮은 경우에는 상대적으로 긴 핀 부재(32)를 케이스(10)에 설치하면, 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로, 파우치형 배터리 셀(20)의 구조 자체를 변경하지 않고도 다양한 가스 배출 기준 압력에 대응할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 케이스 12 : 격벽
14, 15 : 공간부 20 : 파우치형 배터리 셀
22 : 돌기부 30 : 천공 유닛
32 : 핀 부재 36, 46 : 조절 레버
38 : 제1 기어 42 : 조절축
43, 44 : 베어링 48 : 제2 기어
100, 100A : 배터리 팩

Claims (7)

  1. 복수 개의 파우치형 배터리 셀들;
    상기 파우치형 배터리 셀들의 두께 방향 팽창을 억제하는 격벽을 가지며, 상기 격벽에 의하여 구획된 공간에 각각의 파우치형 배터리 셀을 수용하는 케이스; 및
    상기 파우치형 배터리 셀들의 표면 중 상기 격벽에 의하여 지지되지 않은 부위를 찌르기 위하여 상기 케이스에 설치되며 상기 파우치형 배터리 셀들의 개수와 동일한 개수의 핀 부재들을 갖는 천공 유닛;을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 배터리 셀은, 상기 핀 부재가 설치된 쪽을 향하여 표면에 돌출되어 형성된 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀들의 폭 방향 팽창을 허용하는 공간부를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핀 부재들은 상기 파우치형 배터리 셀의 표면과의 거리 조절이 가능하도록 상기 케이스에 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 핀 부재의 위치를 조절하는 조절 레버들을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 핀 부재들의 위치를 동시에 조절하는 조절 레버를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각각의 핀 부재에 연동되어 회전 운동을 상기 핀 부재의 길이방향 직선운동으로 변환하는 제1 기어; 및
    복수 개의 제1 기어들과 각각 맞물리는 복수 개의 제2 기어들을 가지며 상기 조절 레버의 회전에 따라 함께 회전하는 조절축;을 더 포함하는 배터리 팩.
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