KR20170019707A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20170019707A
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구용락
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삼성에스디아이 주식회사
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

수명이 연장된 배터리 팩에 관한 것으로, 일측면에 단자부를 구비하고, 일방향으로 정렬되는 복수 개의 납 축 전지, 상기 복수 개의 납 축 전지 사이에 각각 위치되는 일측면에 단자부를 구비한 복수 개의 리튬 이온 전지, 및 상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 단자부에 위치하여 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지를 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결탭을 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 배터리 팩은 리튬 이온 전지와 납 축 전지가 서로 교대로 정렬됨으로써 리튬 이온 전지가 과열되는 것을 사전에 예방할 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있고, 납 축 전지를 사용함으로써 용량을 증대시킴과 동시에 비용은 절감할 수 있다.

Description

배터리 팩 {Battery Pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 수년간 전자, 통신 등의 산업이 급속히 성장하면서, 캠코더, 셀룰러폰, 노트북 PC 등의 휴대형 전자 기기의 보급이 증가하고 있다. 이에 이차 전지의 사용량도 증가하고 있다. 상기 이차 전지는 휴대형 전자 기기뿐만 아니라 고출력 및 고 전력을 필요로 하는 전동 공구, 자동차, 보트, 우주 운송 수단, 모토바이크, 스쿠터, 항공 운송 수단 등의 중대형 장치에도 사용될 수 있다. 상기와 같은 중대형 장치에 이용되는 이차 전지는 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 구성한다.
이러한 배터리 팩은 복수 개의 전지로 이루질 수 있는데, 상기 전지로는 일반적으로 리튬 이온 전지를 이용하나, 리튬 이온 전지는 가격적인 면에서 비싸다. 그러므로 리튬 이온 전지의 일부를 리튬 이온 전지에 비하여 가격이 저렴하고, 안전성이 높은 납 축 전지로 교체하여 사용가능한 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 납 축 전지 및 리튬 이온 전지를 함께 사용할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 팩의 과사용을 방지할 수 있는 구조의 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안전장치의 생략이 가능한 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩은 일측면에 단자부를 구비하고, 일방향으로 정렬되는 복수 개의 납 축 전지, 상기 복수 개의 납 축 전지 사이에 각각 위치되는 일측면에 단자부를 구비한 복수 개의 리튬 이온 전지, 및 상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 전극부에 위치하여 복수 개의 납 축 및 리튬 이온 전지를 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결탭을 포함할 수 있다.
또 상기 복수 개의 납 축 전지는 각각 일정 간격 이격되게 배열되고, 서로 인접하게 위치되는 납 축 전지는 복수 개의 연결부에 의해 하부가 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.
이때, 상기 연결부의 길이는 상기 리튬 이온 전지의 폭과 대응되게 형성될 수 있다.
또 상기 리튬 이온 전지와 대면하는 상기 납 축 전지의 일면에는 일정 깊이 들어간 적어도 하나 이상의 홈부가 형성될 수 있다.
이때, 상기 홈부는 상기 납 축 배터리 셀의 장측 방향으로 연장 형성되되, 서로 이웃하는 제1 및 제2 홈부는 일정 간격 이격되어 서로 나란하게 연장될 수 있다.
여기서 상기 홈부에는 외부로부터 유입되는 공기 또는 냉매가 통과될 수 있다.
또 상기 납 축 전지 및 리튬 이온 전지는 상기 연결탭에 의해 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 넓은 면과 대면하는 한 쌍의 엔드 플레이트, 상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 측면을 지지하고, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 측부 플레이트, 및 상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 바닥면을 지지하는 하부 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 리튬 이온 전지와 납 축 전지를 교대로 배열하여 함께 사용함으로써 용량은 증가시키면서 가격은 절감시킬 수 있다.
또 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 리튬 이온 전지 및 납 축 전지 간을 병렬로 연결함으로써 피크 전류의 분산이 가능하여 배터리 팩의 과사용을 방지할 수 있으므로 사용수명이 연장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 납 축 전지가 구비됨에 의해 안전장치의 생략이 가능하므로 배터리 팩의 부피가 감소되고, 조립이 용이하여 일의 효율성이 극대화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 분해한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 분해한 분해 사시도,
도 5는 도 4의 A영역을 확대한 확대도.
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 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 분해한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 일측면에 단자부(11, 12)를 구비하고, 일방향으로 정렬되는 복수 개의 납 축 전지(10), 상기 복수 개의 납 축 전지(10) 사이에 각각 위치되는 일측면에 단자부(21, 22)를 구비한 복수 개의 리튬 이온 전지(20), 및 상기 복수 개의 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 단자부(11, 12, 21, 22)에 위치하여 복수 개의 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)를 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결탭(30)을 포함한다.
여기서, 상기 복수 개의 납 축 전지(10)와 상기 복수 개의 리튬 이온 전지(20)의 일측에는 양극(11, 21) 및 음극(12, 22) 단자가 각각 구비되고, 상기 복수 개의 납 축 전지(10)와 리튬 이온 전지(20)는 교대로 배열될 수 있다.
예컨대, 상기 복수 개의 납 축 전지(10)는 넓은 면이 서로 대면하도록 일정 간격 이격되게 배열되고, 서로 이웃하는 납 축 전지(10) 중 하나를 제1 납 축 전지(10a)이라고 하고, 다른 하나를 제2 납 축 전지(10b)이라고 할 때, 상기 제1 및 제2 납 축 전지(10a, 10b) 간에는 리튬 이온 전지(20)가 위치될 수 있다. 이때, 서로 이웃하는 제1 및 제2 납 축 전지(10a, 10b)의 단자(11, 12)와 리튬 이온 전지(20)의 단자(21, 22)는 연결탭(30)에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으나, 일반적으로는 병렬로 연결된다. 상기와 같이 납 축 전지(10)와 리튬 이온 전지(20)가 연결탭(30)에 의해 병렬로 연결됨으로써, 피크 전류의 분산이 가능하여 배터리 팩(100)의 과사용을 방지할 수 있으므로 배터리 팩(100)의 사용수명이 연장될 수 있다.
상기 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 개수 및 배열은 도 1, 및 도 2에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 상기 연결탭(30)은 알루미늄, 또는 구리와 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 따른 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)는 대전류를 발생시킴으로 이와 같은 대전류가 안정적으로 흐르도록 상기 연결탭(30)은 소정의 강도를 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 리튬 이온 전지(20)와 대면하는 상기 납 축 전지(10)의 일면에는 일정 깊이 들어간 적어도 하나 이상의 홈부(15)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 서로 이웃하는 제1 및 제2 납 축 전지(10a, 10b) 간에는 리튬 이온 전지(20)가 위치되고, 상기 리튬 이온 전지(20)와 대면하는 납 축 전지(10)의 일면에는 홈부(15)가 형성되며, 상기 홈부(15)는 상기 납 축 전지(10a, 10b)의 장측 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 홈부(15)는 복수 개일 수 있으며, 서로 이웃하게 위치하는 제1 및 제2 홈부(15a, 15b)는 서로 중첩되지 않도록 일정 간격 이격되어 서로 나란하게 연장 형성될 수 있다. 상기 홈부(15)에는 외부로부터 유입되는 공기 또는 냉매가 통과됨으로써 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 공냉이 이루어질 수 있다. 이에 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 열화 및 폭발 등이 사전에 예방될 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복수 개의 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)는 상기 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 넓은 면이 서로 대면하도록 일방향으로 정렬될 수 있고, 정렬된 복수 개의 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)는 하우징에 의하여 고정될 수 있다. 상기 하우징은 상기 납 축 전지(10) 또는 리튬 이온 전지(20)의 넓은 면과 대면하는 한쌍의 엔드 플레이트(110, 120)와 상기 한쌍의 엔드 플레이트(110, 120)를 연결하는 측부 플레이트(130) 및 하부 플레이트(140)를 포함할 수 있다. 상기 측부 플레이트(130)는 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 측면을 지지하며, 상기 하부 플레이트(140)는 납 축 전지(10) 및 리튬 이온 전지(20)의 바닥면을 지지할 수 있다. 또한, 상기 한쌍의 엔드 플레이트(110, 120)와 측부 플레이트(130) 및 하부 플레이트(140)는 볼트 및 너트 등과 같은 체결 부재들에 의해 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(200)을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(200)을 분해한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 납 축 전지(210)는 각각 일정 간격 이격되게 배열되고, 서로 인접하게 위치하는 납 축 전지(210)는 복수 개의 연결부(212)에 의해 하부가 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.
예컨대, 서로 이웃하는 납 축 전지(210) 중 하나를 제1 납 축 전지(210a)라고 하고, 다른 하나를 제2 납 축 전지(210b)라고 할 때, 상기 제1 납 축 전지(210a)의 하부 영역에는 연결부(212)의 일측이 연결되고, 제2 납 축 전지(210b)의 하부 영역에는 연결부(212)의 타측이 연결됨으로써 일체로 형성될 수 있다.
이때, 리튬 이온 전지(220)가 제1 및 제2 납축 전지(210a, 210b) 사이에 끼움에 의해 삽입 고정될 수 있도록 상기 연결부(212)의 길이(L1)는 리튬 이온 전지(220)의 폭(W1)에 대응되게 형성될 수 있다. 또한, 연결부(212)는 하기 후술할 리튬 이온 전지(220)의 하중을 견디도록 일정 강도 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 제1 및 제2 납 축 전지(210a, 210b)가 연결부(212)에 의해 연결되어 일체로 형성되고, 상기 리튬 이온 전지(220)가 제1 및 제2 납 축 전지(210a, 210b) 간에 끼움에 의해 삽입되어 고정됨으로써, 추가 고정 부재 및 체결 부재가 필요하지 않으므로 부품의 사용이 최소화되어 배터리 팩의 경량화가 가능할 수 있다.
도 5는 도 4의 A부분의 부분 확대도이다.
이하, 도 4, 및 도 5를 참고하여, 홈부의 구조에 대하여 살펴보도록 한다.
상기 리튬 이온 전지(220)와 서로 대면하는 상기 제1 및 제2 납 축 전지(210a, 210b)의 일면에는 일정 깊이 들어간 적어도 하나 이상의 홈부(15)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 서로 이웃하는 제1 및 제2 납 축 전지(210a, 210b) 간에는 리튬 이온 전지(220)가 위치되고, 상기 리튬 이온 전지(220)와 대면하는 납 축 전지(210)의 일면에는 상기 납 축 전지(210a, 210b)의 장측 방향으로 연장되게 홈부(15)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 홈부(15)는 복수 개일 수 있으며, 서로 이웃하게 위치하는 제1 및 제2 홈부(15a, 15b)는 서로 중첩되지 않도록 일정 간격 이격되어 서로 나란하게 연장 형성될 수 있다. 또한, 상기 홈부(15)에는 외부로부터 유입되는 공기 또는 냉매가 통과됨으로써 납 축 전지(210) 및 리튬 이온 전지(220)의 공냉이 이루어질 수 있다. 이에 납 축 및 리튬 이온 전지(10, 20)의 열화 및 폭발 등이 사전에 예방될 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리 팩(100, 200)은 납 축 전지와 리튬 이온 전지를 함께 사용함으로써 용량은 증가시키면서도 가격은 절감시킬 수 있으며, 안전장치의 생략이 가능하여 배터리 팩의 부피를 감소시킬 수 있다. 또한, 구성이 간단하여 배터리 팩의 조립이 용이하게 이루어질 수 있으므로 일의 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 리튬 이온 전지 및 납 축 전지 간을 병렬로 연결함으로써 피크 전류의 분산이 가능하여 배터리 팩의 과사용을 방지할 수 있으므로 배터리 팩의 사용 수명을 연장할 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, 200 : 배터리 팩 10, 210 : 납 축 전지
20, 220 : 리튬 이온 전지 11, 21 : 양극단자
12, 22 : 음극단자 15 : 홈부
30 : 연결탭 110, 120 : 엔드 플레이트
130 : 측부 플레이트 140 : 하부 플레이트

Claims (8)

  1. 일측면에 단자부를 구비하고, 일방향으로 정렬되는 복수 개의 납 축 전지,
    상기 복수 개의 납 축 전지 사이에 각각 위치되는 일측면에 단자부를 구비한 복수 개의 리튬 이온 전지, 및
    상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 단자부에 위치하여 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지를 전기적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결탭을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 납 축 전지는 각각 일정 간격 이격되게 배열되고, 서로 인접하게 위치되는 납 축 전지는 복수 개의 연결부에 의해 하부가 서로 연결되어 일체로 형성되는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결부의 길이는 상기 리튬 이온 전지의 폭과 대응되게 형성되는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이온 전지와 대면하는 상기 납 축 전지의 일면에는 일정 깊이 들어간 적어도 하나 이상의 홈부가 형성되는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 납 축 전지의 장측 방향으로 연장 형성되되, 서로 이웃하는 제1 및 제2 홈부는 일정 간격 이격되어 서로 나란하게 연장되는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 홈부에는 외부로부터 유입되는 공기 또는 냉매가 통과되는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 납 축 전지 및 리튬 이온 전지는 상기 연결탭에 의해 병렬로 연결되는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 넓은 면과 대면하는 한 쌍의 엔드 플레이트,
    상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 측면을 지지하고, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 측부 플레이트, 및
    상기 복수 개의 납 축 전지 및 리튬 이온 전지의 바닥면을 지지하는 하부 플레이트를 더 포함하는 배터리 팩.
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