KR20160120996A

KR20160120996A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20160120996A
Application number: KR1020150050323A
Authority: KR
Inventors: 이상일
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-19
Also published as: US20160301056A1; KR102317503B1; US10164236B2

Abstract

안전성이 향상된 배터리 팩에 관한 것으로, 전극부를 구비하며, 일 방향으로 정렬되는 복수의 베어셀, 상기 복수의 베어셀을 수용하는 홀더케이스, 및 상기 복수의 베어셀에 전기적으로 연결된 몸체부, 상기 복수의 베어셀의 전극부에 각각 위치되는 슬릿부와 상기 슬릿부와 인접하게 위치되며, 상기 베어셀의 전극부에 용접되는 적어도 하나 이상의 용접부를 구비하는 연결탭을 포함하되, 상기 슬릿부는 일정간격 이격되게 구비되는 제1 및 제2 슬릿, 제1 및 제2 슬릿의 끝단 간에 각각 구비되는 제1 및 제2 브릿지와 상기 제1 및 제2 슬릿의 일 지점을 가로지르는 용접 슬릿을 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 배터리 팩은 제1 또는 제2 브릿지 중 어느 하나가 단차지게 형성됨으로써, 과충전, 과방전 등의 사고 시, 전류의 흐름을 신속 용이하게 차단시킬 수 있으므로 안전성이 향상될 수 있다.

Description

배터리 팩 {Battery Pack}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.

최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 대용량의 전력을 발생할 수 있는 전원에 대한 소비 시장의 요구는 점점 커지고 있는 추세이다.

이러한 대용량화의 방안으로는, 통상 베어셀 자체의 크기를 증대시키는 방안과, 복수의 베어셀을 이용하여 하나의 배터리 팩으로 구성하는 방안이 있다. 이들 중, 베어셀의 크기를 증대시키는 방안은 구현가능한 전력이 제한적이므로, 통상 복수의 베어셀을 이용하여 하나의 배터리 팩으로 구성하고, 연결탭을 이용하여 상기 배터리 팩의 성능을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 안전성이 향상된 구조의 배터리 팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연결탭과 베어셀의 상단부가 접촉되어 단락되는 현상을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연결탭과 용접부 간의 용접 강도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩은 전극부를 구비하며, 일 방향으로 평행하게 정렬되는 복수의 베어셀, 상기 복수의 베어셀을 수용하는 홀더케이스, 및 상기 복수의 베어셀에 전기적으로 연결된 몸체부, 상기 복수의 베어셀의 전극부에 각각 위치되는 슬릿부와 상기 슬릿부와 인접하게 위치되며, 상기 베어셀의 전극부에 용접되는 적어도 하나 이상의 용접부를 구비하는 연결탭을 포함하되, 상기 슬릿부는 일정간격 이격되게 구비되는 제1 및 제2 슬릿, 제1 및 제2 슬릿의 끝단 간에 각각 구비되는 제1 및 제2 브릿지와 상기 제1 및 제2 슬릿의 일 지점을 가로지르는 용접 슬릿을 포함한다.

이때, 상기 제1 및 제2 브릿지는 상기 몸체부와 일체로 형성되고, 상기 제1 및 제2 브릿지 중 적어도 어느 하나는 단차지게 형성될 수 있다.

또 상기 제1 및 제2 슬릿은 서로 마주보도록 구비될 수 있다.

또 상기 제1 슬릿의 중심과 상기 제2 슬릿의 중심 간의 거리는 상기 베어셀의 직경보다 작을 수 있다.

또 상기 용접 슬릿의 길이는 상기 제1 슬릿의 중심과 상기 제2 슬릿의 중심 간의 거리보다 더 길 수 있다.

또 상기 용접부는 상기 용접 슬릿을 기준으로 상기 용접 슬릿의 일측 및 타측에 각각 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

또 상기 용접부는 상기 베어셀의 전극부 방향으로 일정 깊이 들어간 홈 또는 엠보 형상일 수 있다.

또 상기 용접부는 저항 용접에 의해 상기 베어셀의 전극부에 연결될 수 있다.

또 상기 연결탭은 상기 몸체부의 일 영역으로부터 연장되어, 상기 홀더케이스의 외면에 장착된 보호회로모듈과 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 베어셀은 원통형 또는 각형일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 제1 또는 제2 브릿지 중 어느 하나가 단차지게 형성됨으로써, 과충전, 과방전 등의 사고 시, 전류의 흐름을 신속 용이하게 차단시킬 수 있으므로 안전성이 향상될 수 있다.

또 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 베어셀의 전극부에 대응되는 영역에 각각 슬릿부가 구비됨으로써 연결탭을 캡조립체에 용접하여 연결할 경우, 연결탭이 캡조립체에 인접한 원통형 캔의 상단부에 접촉되어 단락 등이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 용접부와 인접한 영역에 용접 슬릿이 구비됨으로써 용접시 무효 전류가 감소됨과 동시에, 용접 강도는 향상될 수 있으므로 일의 효율성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 배터리 팩을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부분을 분해한 분해 사시도 ,
도 3은 본 발명의 연결탭을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 A-A' 단면도,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부를 나타낸 단면도,
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접부를 나타낸 단면도.

이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 1은 본 발명의 배터리 팩을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부분을 분해한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 연결탭을 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 전극부(11, 12b)를 구비하며, 일 방향으로 평행하게 정렬되는 복수의 베어셀(10), 상기 복수의 베어셀(10)을 수용하는 홀더케이스(20), 및 상기 복수의 베어셀(10)에 전기적으로 연결된 몸체부(51), 상기 복수의 베어셀의 전극부(11, 12b)에 각각 위치되는 슬릿부(52)와 상기 슬릿부(52)와 인접하게 위치되며, 상기 베어셀의 전극부(11, 12b)에 용접되는 적어도 하나 이상의 용접부(53)를 구비하는 연결탭(50)을 포함한다.

여기서, 슬릿부(52)는 일정간격 이격되게 구비되는 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b), 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)의 끝단 간에 각각 구비되는 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)와 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)의 일 지점을 가로지르는 용접 슬릿(52e)을 포함하는데, 이때, 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)은 서로 마주보도록 구비될 수 있다. 그리고, 용접부(53)는 상기 용접 슬릿(52e)을 기준으로 용접 슬릿(52e)의 일측 및 타측에 각각 적어도 하나 이상 구비되며, 베어셀의 전극부(11, 12b) 방향으로 일정 깊이 들어간 홈 또는 엠보 형상일 수 있다.

먼저, 도 2를 살펴보면, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)을 구성하는 베어셀(10)이 원통형으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 베어셀(10)은 충방전이 가능한 이차 전지로, 그 형태는 배터리 팩(100)의 설계에 따라 원통형 또는 각형 등으로 적절하게 변형가능하다. 본 실시예에서는 원통형으로 도시하였다.

베어셀(10)은 상부가 개방된 전지 케이스(12)에 전극 조립체와 전해액을 수납시키고, 상부를 캡조립체(11)에 의하여 밀폐시킴으로써 제작될 수 있다. 이때, 상기 전지 케이스(12)는 원통형 캔(12)일 수 있다. 원통형 캔(12)은 원통형 캔(12)에 구비되는 캡조립체(11)의 이탈을 방지하기 위하여, 원통형 캔(12)을 지그를 이용하여 크림핑시킴으로써 내부로 굴곡된 형태의 상단부(12a)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 베어셀(10)에서, 상기 캡조립체(11)의 반대면은 원통형 캔(12)의 바닥부(12b)일 수 있다.

상기 전극 조립체는 양극판 및 음극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지며, 이들 극판들은 전해액과 반응하여 전기 화학적인 에너지를 발생할 수 있다. 또한, 양극판은 캡조립체(11)에 연결되고, 음극판은 원통형 캔(12)의 바닥부(12b)에 연결되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 캡조립체(11) 및 바닥부(12b)는 전극부로 작용할 수 있고, 예컨대, 캡 조립체(11)는 양극 단자로, 원통형 캔(12), 특히 바닥부(12b)는 음극 단자로 작용할 수 있으며, 서로 상반되는 극성을 갖는 캡조립체(11)와 원통형 캔(12) 사이에는 단락 등을 방지하기 위하여 가스켓 등이 개재될 수 있다. 상기 베어셀(10)의 개수 및 배열은 도 1에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 필요에 따라 변경 가능하다.

복수의 베어셀은 전극부(11, 12b)를 구비하며, 일 방향으로 평행하게 정렬되고, 이러한 복수의 베어셀(10)은 홀더케이스(20)에 수용될 수 있다. 홀더케이스(20)는 상부 및 하부 홀더케이스(20a, 20b)로 구성되고, 상부 홀더케이스(20a)는 베어셀(10)의 전극부(11, 12b)에 해당하는 캡조립체(11) 또는 바닥부(12b)를 노출하며, 베어셀(10)의 외측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 상부 및 하부 홀더케이스(20a, 20b) 각각의 내면에는 베어셀들(10)이 일정 간격 이격되게 수용될 수 있도록 수용홀(20c)이 형성되며, 이러한 수용홀(20c)은 베어셀들(10)이 외부 충격에 의해 유동하는 것이 방지되게 원통형 베어셀(10)의 형상과 대응되게 구비될 수 있다. 또한, 수용홀(20c)의 내주면에는 베어셀(10)을 보다 더 안정적으로 수용하기 위하여 탄성 재질의 완충면이 더 구비될 수 있다.

그리고, 홀더케이스(20)의 일측에는 보호회로모듈(30)이 설치될 수 있다. 이러한 보호회로모듈(30)은 전자부품 등을 실장하고, 보호회로 등을 구성한다. 보호회로모듈(30)은 홀더케이스(20)에 나사 또는 후크 결합을 통해 고정될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 복수의 베어셀과 연결탭의 연결관계를 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 연결탭(50)은 복수의 베어셀(10)을 직렬 또는 병렬로 연결하도록 복수의 베어셀(10)의 상부에 구비될 수 있다. 이러한 연결탭(50)은 베어셀(10)과 전기적으로 연결되는 몸체부(51), 베어셀의 전극부(11, 12b)와 대응되는 영역에 형성되는 슬릿부(52), 및 베어셀의 전극부(11, 12b)에 용접되는 용접부(53)를 포함할 수 있다. 또한, 연결탭(50)은 몸체부(51)의 일 영역으로부터 연장되어 보호회로모듈(30)에 연결되는 연결부(60)를 더 포함할 수 있다. 연결탭(50)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 본 실시예에 한정되는 것은 아니고, 연결하는 베어셀(10)의 개수 및 연결 형태 등에 의하여 적절하게 변형될 수 있다.

통상, 배터리 팩(100)은 전자 기기의 전원으로 채용되는 데, 채용되는 전자 기기는 그 사양에 따라 다양한 전력량을 필요로 한다. 이러한 전력량은 연결탭(50)을 통해 배터리 팩 (100)을 구성하는 복수의 베어셀(10)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 달성될 수 있다.

몸체부(51)는 니켈 또는 구리 등의 전기적 도체인 금속으로 제작될 수 있으며, 몸체부(51)는 용접부에 의하여 베어셀(10)의 전극부에 해당하는 캡조립체(11) 또는 바닥부(12b)에 연결되어 전류의 통로가 될 수 있다. 몸체부(51)의 최외측으로부터 연장되어 형성되는 연결부(60)는 선형으로 연장되어 홀더케이스(20)의 외면에 장착된 보호회로모듈(30)과 연결될 수 있으며, 연결부(60)의 일측은 보호회로모듈(30)과 용이하게 체결되도록 절곡 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결부(60)는 몸체부(51)와 일체로 형성될 수 있다.

슬릿부(52)는 제1 슬릿(52a), 제1 슬릿(52a)과 마주보게 구비되는 제2 슬릿(52b), 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)의 일 지점을 가로지르는 용접 슬릿(52e)을 포함할 수 있는데, 이때, 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)은 서로 일정 간격 이격되게 구비되고, 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)의 끝단 간에는 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)가 각각 구비될 수 있다. 이때, 제1 슬릿(52a)의 중심과 제2 슬릿(52b)의 중심 간의 거리(L2)는 연결탭(50)이 원통형 캔의 상단부(12a)에 접촉되어 단락이 발생되는 것이 방지되도록 베어셀(10)의 직경(L1)보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 용접 슬릿(52e)의 길이(L3)는 용접시 전류의 흐름을 최단 거리로 유도할 수 있도록 제1 슬릿(52a)의 중심과 제2 슬릿(52b)의 중심 간의 거리(L2)보다 더 길게 형성될 수 있다.

상기 상술한 바와 같은 길이로 용접 슬릿(52e)을 구비함으로써, 용접 시 전류가 용접 슬릿(52e)의 일측에 위치하는 용접부(53)에서 용접 슬릿(52e)의 타측에 위치하는 용접부(53)로 흐를 수 있도록 유도되므로 무효전류를 감소시킬 수 있다. 또한, 용접이 이루어지는 용접부(53)에만 열을 집중시킬 수 있으므로 용접 효율이 높아질 수 있다.

용접부(53)는 용접 슬릿(52e)을 기준으로 상기 용접 슬릿(52e)의 일측 및 타측에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 일 예로, 용접부(53)는 용접 슬릿(52e)과 인접하게 위치되고, 용접 슬릿(52e)을 기준으로 좌 우에 각각 2개씩 형성될 수 있다.

도 3에서는 위에서 내려다 본 평면도에서 용접부(53)의 형상을 타원형으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 형상은 작업자가 변경가능한 사항이다.

도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제1 또는 제2 브릿지(52c, 52d)는 과충전 또는 과방전 발생시, 연결탭(50)과 베어셀의 전극부(11, 12b) 간의 전기적 연결이 차단 가능하도록 단차지게 형성한다. 예컨대, 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)은 서로 대칭되게 구비되고, 제1 및 제2 슬릿(52a, 52b)의 끝단 간에는 각각 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)가 구비되며, 제1 또는 제2 브릿지(52c, 52d) 중 적어도 어느 하나는 단차지게 구비되거나 제1 또는 제2 브릿지(52c, 52d) 중 적어도 어느 하나에는 노치가 형성될 수 있다. 이에 과충전 또는 과방전 발생시, 제1 또는 제2 브릿지(52c, 52d)가 끊어진 후, 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)가 베어셀의 전극부(11, 12b)와 다시 접촉되지 않도록 함으로써 배터리 팩(100)의 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)는 연결탭(50)의 몸체부(51)와 일체로 형성되고, 베어셀(1)로부터 발생되는 전류가 안정적으로 흐르도록 소정의 강도를 갖음과 동시에 전류가 흐를 때 발생하는 열에 의한 손상이 방지되도록 내열성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 브릿지(52c, 52d)는 베어셀들(10)의 이상이 감지될 시, 즉시 전류의 차단이 가능하도록 연결탭(50)의 몸체부(51) 보다는 낮은 강도 또는 두께로 형성될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부를 나타낸 단면도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접부를 나타낸 단면도이다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 용접부(53)는 베어셀의 전극부(11, 12b) 방향으로 일정 깊이 들어간 홈 형상(53) 또는 엠보 형상(153)을 나타낸다. 상기와 같이 용접부(53)가 홈 또는 엠보 형상으로 형성됨으로써, 베어셀의 전극부(11, 12b)와 연결탭(50) 간의 밀착성을 높일 수 있으며, 용접 후 용접부(53)의 측면이 파단되는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 용접부(53)는 예를 들면, 베어셀(10)이 원통형인 경우, 베어셀의 전극부(11, 12b)에 해당하는 캡조립체(11) 또는 바닥부(12b)와 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, 용접에 의해 베어셀의 전극부(11, 12b)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 용접부(53)에 용접시 소정의 전류가 용접 슬릿(52e)을 기준으로 일측에 위치하는 용접부(53)에서 타측에 위치하는 용접부(53)로 흐를 수 있는데, 이때, 베어셀의 전극부(11, 12b)와 연결탭(50) 사이에서 발생하는 저항으로 열이 발생됨으로써 용접이 이루어질 수 있다.

상기 용접은 저항 용접일 수 있고, 여기서 저항 용접은 홈 또는 엠보 형상의 용접부(53)의 형상에 의해 전류 통로가 제한됨으로써 용접되는 프로젝션 용접 방법일 수 있다.

또한, 용접부(53)의 형상은 도 5a, 및 5b에 도시된 형상으로 제한되는 것은 아니다. 원형, 세모 등 다양한 홈 형상도 적용 가능하다.

이와 같이 배터리 팩은 베어셀의 전극부에 대응되는 영역에 각각 제1 및 제2 슬릿, 제1 및 제2 슬릿 간에 단차지게 형성되는 제1 또는 제2 브릿지가 구비됨으로써, 과충전, 과방전 등의 사고 시, 전류의 흐름을 신속 용이하게 차단시킬 수 있으며, 연결탭이 원통형 캔의 상단부에 접촉되어 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있으므로 배터리 팩의 안전성이 향상될 수 있다.

또한, 용접부와 인접한 영역에 용접 슬릿이 구비됨으로써 용접시 무효 전류가 감소됨과 동시에, 용접 강도는 향상될 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 배터리 팩 10 : 베어셀
20 : 홀더케이스 30 : 보호회로모듈
50 : 연결탭 51 : 몸체부
52 : 슬릿부 52a, 52b : 제1 및 제2 슬릿
52c, 52d : 제1 및 제2 브릿지 52e : 용접 슬릿
53, 153 : 용접부 60 : 연결부

Claims

전극부를 구비하며, 일 방향으로 정렬되는 복수의 베어셀,
상기 복수의 베어셀을 수용하는 홀더케이스, 및
상기 복수의 베어셀에 전기적으로 연결된 몸체부, 상기 복수의 베어셀의 전극부에 각각 위치되는 슬릿부와 상기 슬릿부와 인접하게 위치되며, 상기 베어셀의 전극부에 용접되는 적어도 하나 이상의 용접부를 구비하는 연결탭을 포함하되,
상기 슬릿부는 일정간격 이격되게 구비되는 제1 및 제2 슬릿, 제1 및 제2 슬릿의 끝단 간에 각각 구비되는 제1 및 제2 브릿지와 상기 제1 및 제2 슬릿의 일 지점을 가로지르는 용접 슬릿을 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 브릿지는 상기 몸체부와 일체로 형성되고,
상기 제1 및 제2 브릿지 중 적어도 어느 하나는 단차지게 형성되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 슬릿은 서로 마주보도록 구비되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 제1 슬릿의 중심과 상기 제2 슬릿의 중심 간의 거리는 상기 베어셀의 직경보다 작은 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 용접 슬릿의 길이는 상기 제1 슬릿의 중심과 상기 제2 슬릿의 중심 간의 거리보다 더 긴 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 용접부는 상기 용접 슬릿을 기준으로 상기 용접 슬릿의 일측 및 타측에 각각 적어도 하나 이상 구비되는 배터리 팩.
제6항에 있어서,
상기 용접부는 상기 베어셀의 전극부 방향으로 일정 깊이 들어간 홈 또는 엠보 형상인 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 용접부는 저항 용접에 의해 상기 베어셀의 전극부에 연결되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 연결탭은 상기 몸체부의 일 영역으로부터 연장되어, 상기 홀더케이스의 외면에 장착된 보호회로모듈과 연결되는 연결부를 더 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베어셀은 원통형 또는 각형인 배터리 팩.