KR20180106071A

KR20180106071A - 동시 수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩

Info

Publication number: KR20180106071A
Application number: KR1020170033645A
Authority: KR
Inventors: 김석호; 김희중; 김태신; 김광진; 김민정
Original assignee: 세방전지(주)
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-01
Also published as: KR101936414B1

Abstract

본 발명은 양과 음의 전원을 출력하는 한 쌍의 전지탭을 구비한 베어셀 및 베어셀을 사이에 두고 상호 체결되는 제1케이스와 제2케이스를 포함하고, 베어셀은 복 수개로서, 제1케이스와 제2케이스에 의해 동시 수납되는 것을 특징으로 하는 동시수납 구조를 갖는 전지셀을 특징으로 한다.

Description

동시 수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩{BATTERY CELL HAVING A STRUCTURE FOR SIMULTANEOUS STORAGE AND BATTERY PACK USING THE BATTERY CELL}

본 발명은 동시수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩에 관한 것이다.

일반적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형 셀(pouched type)(이하 '베어셀'로 총칭함)셀로로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.

종래에는 이와 같은 리튬 전지들을 보다 견고하고 안정적으로 적층하고, 이들을 신뢰성 있게 직렬 연결할 수 있도록 베어셀과 이를 수납하는 케이스를 연결하는 구조로서 전지팩을 구성하는 기술에 중점을 두고 있으며, 구성부품의 숫자를 줄일 수 있도록 셀케이스들 사이에 베어셀이 수용되는 전지셀 구조를 제안하였다.

이와 같은 구조는 케이스의 숫자를 줄일 수 있다는 점에서 효과적이나, 하나의 베어셀만을 수납 하는것 이기에 고용량의 전지팩을 제공하기 위해서는 많은 숫자의 전지셀이 추가되어야 한다.

즉, 종래의 전지팩은 복 수개의 전지셀이 모듈화된 전지모듈을 복 수개 이상 구비하고, 복 수개의 전지모듈은 베어셀을 수납하는 케이스로 이루어진 전지셀들이다 수개 연결하여 조립된다.

여기서, 종래의 전지셀은 두 개의 케이스를 이용하여 하나의 베어셀을 수납하여 하나의 전지셀을 이루기 때문에 다 수개의 전지셀들로 이루어진 복 수개의 전지모듈들을 전장부품등에 연결하는 하네스(배선) 연결작업이 복잡하고, 시간이 많이 소요된다.

또한, 하이브리드 자동차등에 탑재되는 종래의 마일드 하이브리드 48V 전지팩의 경우에 최소 6~12개의 전지셀로 이루어진 전지모듈을 2개 이상 탑재시켜야 하기에 사이즈가 커지기 때문에 공간 활용도가 떨어져서 중형차 이상에만 탑재될 수 있다.

즉, 종래의 전지팩은 용량을 증대와 비례하여 전체 사이즈가 커지기 때문에 대상물의 크기를 고려해야 되고, 조립성이 떨어지는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제10-2012-0077635호(2012.07.10)

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 케이스에 두 개 이상의 베어셀을 동시 수납할 수 있어 전지셀(110)의 수납용량을 증대시킬 수 있는 동시수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 하이브리드 자동차용 전지팩을 보다 소형화 시킬 수 있어 공간활용도를 높일 수 있는 동시수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩을 제공함에 있다.

그러므로, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예는 양과 음의 전원을 출력하는 한 쌍의 전지탭을 구비한 베어셀 및 베어셀을 사이에 두고 상호 체결되는 제1케이스와 제2케이스를 포함하고, 베어셀은 복 수개로서, 제1케이스와 제2케이스에 의해 동시 수납되는 것을 특징으로 하는 동시수납 구조를 갖는 전지셀을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 위 실시예의 전지모듈과, 전지모듈의 상면에 적층되는 고정판넬과, 고정판넬 및 전지모듈을 연통하여 고정판넬 및 전지모듈을 고정시키는 제1고정핀과, 고정판넬과 이격된 공간을 사이에 두고 고정되어 전지셀들의 셀밸런싱 및 이상 전압을 감지하는 전장부품이 실장되는 회로기판과, 회로기판을 연통하여 고정판넬과 이격되도록 고정시키는 제2고정핀과, 전지셀과 전지셀, 양쪽의 최외각측 전지셀들과 회로기판 사이를 전기적으로 통전 가능하게 연결하는 복 수개의 부스바를 포함하고, 전지셀은 양과 음의 전원을 출력하는 한 쌍의 전지탭을 각각 구비한 복 수개의 베어셀과, 복 수개의 베어셀을 사이에 두고 상호 체결되어 상기 복 수개의 베어셀을 동시 수납하는 제1케이스와 제2케이스를 포함하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩을 제공할 수 있다.

그러므로 본 발명은 두 개 이상의 베어셀을 하나의 케이스에 수납할 수 있어 수납용량을 증대시킬 수 있어 고용량의 전지팩을 보다 작은 사이즈로서 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 용량 대비 적은 사이즈의 전지팩을 제조할 수 있어 하이브리드 자동차와 같은 한정된 공간에 탑재될 경우에 공간 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 셀조립체를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 고정판넬을 도시한 사시도이다.
도 5는 전지셀의 분해 사시도이다.
도 6은 전지셀들의 결합관계를 도시한 사시도이다.
도 7은 셀조립체의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 부스바 조립부재를 도시한 사시도이다.
도 9는 부스바 조립부재의 분해사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 전지모듈의 다른 실시예를 도시한 배면도이다.
도 11은 본 발명에서 전지셀의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

이하에서는 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않으며, 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 동시수납구조를 갖는 전지셀과 이를 이용한 전지팩의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 동시수납구조를 갖는 전지셀 케이스를 이용한 전지팩을 도시한 사시도, 도 2는 셀조립체를 도시한 사시도, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 동시수납구조를 갖는 전지셀 케이스를 이용한 전지팩은 커버(10)와, 수납공간을 이루는 하우징(20)과, 하우징(20)의 내측에 조립된 셀조립체를 구비한다.

커버(10)는 하우징의 상부를 밀폐시키고, 전후 방향으로 회전되는 손잡이(11)를 구비한다.

하우징(20)은 내측에 셀조립체가 수용되는 공간을 형성하며, 상단에서 셀조립체로부터 공급된 전원을 출력하는 양과 음의 전원단자를 구비할 수 있다. 또한, 하우징(20)은 하우징의 벽면에서 복 수개의 방열공(도면번호 미도시)을 구비할 수 있다. 방열공(도면번호 미도시)은 복 수개로서 하우징(20)의 벽면을 관통하여 형성된다.

이와 같은 방열공은 외부 공기가 내부로 유입되고, 가열된 공기가 외부로 유출될 수 있는 공기의 유로를 형성함에 따라 별도의 냉각장치가 없는 자연냉각 구조를 구현할 수 있다.

셀조립체는 다 수개의 전지셀(110)로 이루어진 복 수개의 전지모듈(100)과, 전지모듈(100)들의 이상을 감지하는 전장부품이 실장되는 회로기판(400)과, 각각의 전지모듈(100)과 회로기판(400)을 연결하는 부스바(500)와, 회로기판(400)을 전지모듈(100)로부터 이격되도록 지지하여 절연시키는 고정판넬(200)과, 전지모듈(100)에 연통삽입되어 고정시키는 제1고정핀(300)과, 회로기판(400)을 고정판넬(200)에 고정시키는 제2고정핀(600)을 포함한다.

전지모듈(100)은 복 수개의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이때, 전지셀(110)들은 복 수개의 베어셀이 하나의 케이스에 수납됨에 따라 전지탭들이 도시된 바와 같이 복 수개의 열로서 정렬될 수 있다.

여기서, 본 발명은 하나의 케이스의 2 이상의 베어셀을 수납할 수 있어 복 수개의 전지모듈(100)이 일체형으로 구성될 수 있다. 즉, 도면에서 도시된 바를 예로 들자면, 2개의 베어셀을 하나의 케이스에 수납할 경우라면, 일측의 베어셀들의 적층된 구조를 제1전지모듈(100), 타측 베어셀들의 적층구조를 제2전지모듈(100)로 구분할 수 있다. 즉, 본 발명은 종래에서 복 수개로 구분되는 전지모듈(100)을 하나의 조립체로 완성할 수 있다.

부스바(500)는 제1전지모듈(100)에서 회로기판(400)으로 연결되는 제1부스바(510)와, 제2전지모듈(100)에서 회로기판(400)으로 연결되는 제2부스바(520)와, 제1전지모듈(100)과 제2전지모듈(100)에서 각 전지셀(110)들간을 연결시키는 복 수개의 제3부스바(530)와, 제1전지모듈(100)과 제2전지모듈(100)을 연결하는 제4부스바(540)와, 회로기판(400)에서 하우징(20)의 전원단자로 연결하는 제5부스바(550)와 제6부스바(560)를 포함한다.

여기서, 본 발명은 전지모듈(100)의 높이와 회로기판(400)의 위치, 또는 하우징(20)의 변형에 범용적으로 사용할 수 있도록 분할된 부스바(500)를 상호 연결시키는 부스바 조립부재(700)(도 8과 도 9 참조)를 더 포함할 수 있다. 이는 후술한다.

제1부스바(510)와 제2부스바(520)는 제1전지모듈(100)과 제2전지모듈(100)의 최상측에 적층된 전지셀(110)의 전지탭에 각각 연결되어 양(+) 또는 음(-) 전원을 각각 회로기판(400)으로 통전시킨다.

제3부스바(530)는 다 수개로서 상하측에 인접된 두 개의 전지탭을 연결시키도록 전지탭들을 사이에 두고 체결되는 두 개의 전도성 금속판으로 이루어진다. 이때, 제3부스바(530)는 두 개의 전도성 금속판을 연통 삽입된 고정수단(도시되지 않음)에 의해 전지탭을 고정시킨다.

제4부스바(540)는 제1전지모듈(100)과 제2전지모듈(100)의 최하측에 위치된 전지탭들 사이에 연결된다. 예를 들면, 제4부스바(540)는 제1전지모듈(100)의 최하측에 위치된 전지셀(110)의 음(-)이 전지탭, 제2전지모듈(100)의 최하측에 위치된 전지셀(110)의 양(+)의 전지탭 사이를 연결한다.

제5부스바(550)와 제6부스바(560)는 회로기판(400)에서 하우징(20)의 전원단자로 연결되어 서로 다른 극성의 전원을 각각 전달한다.

회로기판(400)은 전지모듈(100)당 하나(예를 들면, 제1기판(410)과 제2기판(420))가 배치되어 각각의 전장부품(예를 들면, BMS, 커넥터 및 회로소자)이 실장된다. 예를 들면, 제1기판(410)은 제1전지모듈(100)에 설치되고, 제2기판(420)은 제2전지모듈(100)에 설치된다. 제1기판(410)과 제2기판(420)에 실장되는 전장부품들은 설계자의 의도에 따라 선택될 수 있다.

여기서, 회로기판(400)은 제2고정핀(600)에 의해 고정판넬(200)에 이격되어 설치된다.

고정판넬(200)은 제1전지모듈(100)과 제2전지모듈(100)의 상측에서 각각 설치되어 제1기판(410)과 제2기판(420)을 전지모듈(100)과 이격되도록 고정시킨다. 즉, 고정판넬(200)은 회로기판(400)과 전지모듈(100)을 절연시킨다. 구체적인 구성은 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 고정판넬을 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 고정판넬(200)은 복 수개로서, 예를 들면, 제1전지모듈(100)과 제1기판(410)을 절연시키는 제1판넬(210)과, 제2전지모듈(100)과 제2기판(420)을 절연시키는 제2판넬(220)을 포함한다. 이중 제1판넬(210)을 예로 들어 설명한다.

제1판넬(210)은 중심부에 개구 형성된 개구창(215)을 중심으로 가로 및 세로 방향으로 각각 연장 및 연결되는 프레임 구조로 형성된다. 보다 구체적으로는 제1판넬(210)은 상호 이격되어 연장된 제1지지바(211)와 제3지지바(213), 제1지지바(211)와 제3지지바(213)의 양측 끝단을 상호 연결시키는 제2지지바(212)와 제4지지바(214)를 포함한다.

제1지지바(211)와 제3지지바(213)는 개구창(215) 측으로 돌출되어 제2고정핀(600)이 삽입되는 제2고정공(도면번호 부여되지 않음)을 구비하는 고정편(211a)을 하나 이상 포함한다.

또한, 제2지지바(212)와 제4지지바(214)는 제1지지바(211)와 제3지지바(213)의 양측 끝단에서 단차 형성되며, 제1고정핀(300)이 연통되는 제1고정공(212a)을 포함한다.

즉, 제1지지바(211)와 제3지지바(213)는 체결된 제2고정핀(600)에 의해 상측의 회로기판(400)과 이격된 상태에서 지지하고, 또한, 제2지지바(212)와 제4지지바(214)에서 제1지지바(211) 및 제3지지바(213)와 단차 형성되어 전지모듈(100)과 이격된 상태로 고정될 수 있다.

전지셀(110)은 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 5는 전지셀의 분해 사시도, 도 6은 전지셀들의 결합관계를 도시한 사시도, 도 7은 도 2의 측면도이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 전지셀(110)은 양과 음의 전지탭을 구비한 베어셀(113, 114)과, 베어셀(113, 114)의 일면을 가압하여 수납하는 제1케이스(111)와, 베어셀(113, 114)의 반대면을 가압하여 수납하는 제2케이스(112)를 포함한다. 즉, 제1케이스(111)와 제2케이스(112)는 베어셀(113, 114)을 사이에 두고 상호 체결되며, 상호 대칭된 수납구조를 이루어 베어셀(113, 114)을 수납한다.

예를 들면, 제1케이스(111)의 제1면(A)은 제2케이스(112)의 제2면(B)과 동일한 구조로 형성되고, 제1케이스(111)의 제2면(B)은 제2케이스(112)의 제1면(A)과 동일한 구조를 형성한다. 여기서 제1케이스(111)의 제2면(B)과 제2케이스(112)의 제1면(A)은 베어셀(113, 114)의 일면과 반대면에 직접 접촉된다. 또한, 제1케이스(111)의 제1면(A)은 타 전지셀(110)의 제2케이스(112)의 제2면(B)과 연계되고, 제2케이스(112)의 제2면(B)은 또 다른 전지셀(110)의 제1케이스(111)의 제1면(A)과 연계된다.

이와 같은 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 구조는 하기에서 보다 상세히 설명한다.

먼저, 베어셀(113, 114)은, 예를 들면, 각형 파우치 타입으로서 두 개 또는 그 이상이 하나의 케이스에 수납된다. 아울러, 베어셀(113, 114)은 본체에서 돌출되는 한 쌍의 전지탭(113a, 114a)과, 본체(113c, 114c)의 단부를 따라 연장되는 걸림단(113b, 114b)을 포함한다. 여기서 전지탭(113a, 114a)은 한 쌍으로서 베어셀(113, 114)의 일측 단부에서 상호 이격되도록 돌출되거나 양측에서 각각 돌출될 수 있다.

제1케이스(111)는 베어셀(113, 114)의 일면을 노출시키도록 가로 및 세로방향으로 연장되는 프레임 구조를 이루며, 구체적으로는 상호 마주보는 위치에서 가로 방향으로 연장되는 한 쌍의 가로바(111a, 111b)(예를 들면, 제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)), 가로바(111a, 111b)들 사이에 연결되어 베어셀(113, 114)들의 수납공간을 구획하는 복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)와 제1고정핀(300)이 삽입되는 제1체결공(111f)을 포함한다.

제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)는 이격되어 상호 마주보는 위치에서 동일 방향으로 연장된다.

복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)는, 예를 들면, 제1세로바(111c) 내지 제3세로바(111e)로서 제1베어셀(113)과 제2베어셀(114)이 수용되는 공간을 구획한다. 즉, 제1세로바(111c)와 제2세로바(111d)는 제1가로바(111a)와 제2가로바(111b) 사이에서 각각 연장되되, 그 사이가 제1베어셀(113)이 수용된 만큼 이격된다.

마찬가지로, 제2세로바(111d)와 제3세로바(111e)는 제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)의 중심부와 타측 끝단에서 각각 연결되어 제2베어셀(114)이 수용되는 공간을 구획한다. 이때, 제2세로바(111d)와 제3세로바(111e)는 제2베어셀(114)의 폭을 수용할 수 있도록 이격된다.

즉, 복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)들은 베어셀(113, 114)을 수용할 수 있는 길이만큼 상호 이격되고, 베어셀(113, 114)의 숫자에 따라 더 추가될 수있다.

또한, 복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)는 제1면(A)에서 타 전지셀의 제2케이스(112)와 연계되어 방열구(W)를 형성할 수 있도록 음각된 방열홈(111h)을 형성한다.

제2케이스(112)는 이격되어 상호 마주보는 방향으로 연장되는 한 쌍의 가로바(112a, 112b)와, 한 쌍의 가로바(112a, 112b) 사이를 연결하여 베어셀(113, 114)들의 수납구간을 구획하는 복 수개의 세로바(112c, 112d, 112e)를 포함한다. 또한, 제2케이스(112)는 제1면(A)에서 베어셀(113, 114)의 단부를 따라 연장되는 걸림단(113b, 114b)을 지지할 수 있도록 걸림홈(112i)과, 전지탭(113a, 114a)이 인출되는 돌출홈(112g)과, 베어셀(113, 114)의 탈부착이 용이하도록 걸림홈(112i)에 내향된 인출홈(112j)과, 제1고정핀(300)이 삽입되는 제2체결공(112f)을 포함한다.

복 수개의 세로바(112c, 112d, 112e)는 한 쌍의 가로바(112a, 112b)들 사이를 연결하되, 베어셀(113, 114)의 수납공간을 구획한다. 즉, 제1세로바(112c)는 제1가로바(112a)와 제2가로바(112b)의 일측 끝단에 각각 연결되고, 제2세로바(112d)는 제1가로바(112a)와 제2가로바(112b)의 중심측에 각각 연결되고, 제3세로바(112e)는 제1가로바(112a)와 제2가로바(112b)의 타측 끝단에 각각 연결된다.

걸림홈(112i)은 제1면(A)에서 한 쌍의 가로바(112a, 112b)중에서 전지탭(113a, 114a)과 반대측에 위치된 가로바(112a, 112b)(예를 들면, 제1가로바(111a))와 세로바(112c, 112d, 112e)들에 연장형성된다. 즉, 걸림홈(112i)은 제1가로바(112a)에서 제1세로바(112c)와 제2세로바(112d)의 제1면(A)에서 하향된 단차를 이루어 베어셀(113, 114)의 걸림단(113b, 114b)을 지지한다.

돌출홈(112g)은 제2가로바(112b)에서 음각된 홈으로 형성된다. 여기서, 돌출홈(112g)은 걸림홈(112i)과 편평한 면을 이루도록 동일한 높이에 형성된다.

인출홈(112j)은 단차 형성된 걸림홈(112i)에서 가로바(112a, 112b)와 세로바(112c, 112d, 112e), 또는 가로바(112a, 112b)와 세로바(112c, 112d, 112e)가 만나는 모서리측으로 내향되어 베어셀(113, 114)을 이탈시키기 위한 집게나 바늘을 포함하는 치구의 끝단이 삽입되는 공간을 형성한다.

즉, 인출홈(112j)은 작업자가 베어셀(113, 114)을 제2케이스(112)로부터 인출시키기 위하여 치구를 삽입할 수 있는 공간을 형성한다.

여기서, 상기와 같은 제1케이스(111)의 제1면(A)의 구조는 제2케이스(112)의 제2면(B)과 동일하고, 제2케이스(112)의 제1면(A)의 구조는 제1케이스(111)의 제2면(B)과 동일한 구조를 갖는다.

즉, 제2케이스(112)의 세로바(112c, 112d, 112e)들은 제2면(B)에서 제1케이스(111)의 세로바(111c, 111d, 111e)들의 제1면(A)에 형성되는 방열홈(111h)과 동일한 방열홈(112h)이 형성된다. 또한, 제1케이스(111)의 가로바(111a, 111b)와 세로바(111c, 111d, 111e)들의 제2면(B)에는 제2케이스(112)의 걸림홈(112i)과 인출홈(112j)과 동일한 걸림홈(111i)과 인출홈(112j)이 형성된다.

이와 같은 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 대칭 구조는 적층된 전지모듈(100)에서 전지셀들(110~130) 사이에 방열구(W)를 형성하도록 연계시키기 위함이다. 이는 도 6과 도 7을 참조하여 설명하되, 복 수개의 전지셀(110)들이 적층된 제1전지모듈(100)에서 제1 내지 제3전지셀(110~130)을 예로 들어 설명한다.

제1 내지 제3전지셀(110~130)은 각각 복 수개의 베어셀(113, 114, 123, 124, 133, 134)을 수납하는 제1 및 제2케이스에서 가로바(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b)와 세로바(111c~111e, 121c~121e, 131c~131e), 방열홈(111h, 121h, 131h)과 인출홈(111j, 112j) 및 걸림홈(111i, 112j)을 각각 포함한다.

그러므로, 제1전지셀(110)은 제2케이스(112)의 제2면(B)이 제2전지셀(120)의 제1케이스의 제1면(A)과 연계되어 방열구(W)를 형성하고, 제2전지셀(120)의 제2케이스는 제3전지셀(130)의 제1케이스와 연계되어 방열구(W)를 형성한다.

즉, 방열구(W)는 앞서 설명드린 바와 같이 제1케이스의 세로바(111c, 111d, 111e)들의 제1면(A)과, 제2케이스의 세로바(112c, 112d, 112e)들의 제2면(B)에서 각각 형성된 방열홈(111h, 112h)에 의해 형성된다.

부스바 조립부재(700)는 도 8과 9를 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 부스바 조립부재를 도시한 사시도, 도 9는 부스바 조립부재의 분해사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 부스바 조립부재는

부스바 조립부재(700)는 상호 분할된 부스바(500)를 연결하기 위하여 구성된다. 예를 들면, 제1부스바(510)(및/또는 제2부스바(520), 제4부스바(540), 제5부스바(550), 제6부스바(560))는 높이와 폭이 다른 전지모듈(100)들에 범용적으로 사용할 수 있도록 상호 분할된 제1분할바(511)와 제2분할바(512)를 포함한다.

부스바 조립부재(700)는 이와 같이 분할된 부스바(511, 512)들을 통전 가능하도록 상호 연결하기 위한 것을 특징으로 한다.

먼저, 제1분할바(511)와 제2분할바(512)는 끝단(511a, 512a)에서 관통형성되는 제1결합공(511b, 512b)과, 제2결합공(511c, 512c)을 포함한다.

제1결합공(511b, 512b)과 제2결합공(511c, 512c)은 직경이 상이하며, 이는 부스바 조립부재(700)를 연통하여 삽입하는 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)의 직경과, 제1분할바(511)와 제2분할바(512)의 끝단의 길이에 따라 선택될 수 있다. 즉, 제1분할바(511)와 제2분할바(512)는 끝단의 길이가 서로 다를 경우에, 예를 들면, 제1분할바(511)의 제1결합공(511b), 제2분할바(512)의 제2결합공(512c)에 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)이 연통되어 부스바 조립부재(700)에 고정될 수 있다. 또는 고정수단(도시되지 않음)의 직경에 따라 제1결합공(511b, 512b)과 제2결합공(511c, 512c)중에서 선택될 수 있다.

부스바 조립부재(700)는 전도성 금속판으로서 제1분할바(511)와 제2분할바(512)에 밀착되어 양측을 통전시키는 전도판(730)과, 제1분할바(511)와 제2분할바(512) 및 전도판(730)을 내측에 수용하도록 상호 체결되는 제1조립판(710)과 제2조립판(720)을 포함한다.

제1조립판(710)은 길이방향으로 연장되는 판재로서 일면에서 제1분할바(511)와 제2분할바(512)의 일면을 가압하는 제1판재(711)와, 제1판재(711)의 양측변에서 각각 돌출되는 복 수개의 가압돌기(712)와, 제1결합공(511b, 512b) 또는 제2결합공(511c, 512c)과 연통되도록 관통되는 제1판재공(713)을 포함한다.

제1판재(711)는 길이방향으로 연장되는 판재로서 가압돌기(712)에 의해 가해지는 압력 및/또는 고정수단(도시되지 않음)에 의한 압력으로 제1분할바(511)와 제2분할바(512)의 일면에 밀착된다.

가압돌기(712)는 제1판재(711)의 양측 테두리에서 각각 돌출 및 탄성력에 의한 회전 가능하도록 형성된다. 따라서, 가압돌기(712)는 끝단이 제2조립판(720)에 밀착되면서 외측 방향으로 회전된 후 탄성력에 의해 원 위치되면서 상기 제2조립판(720)의 후면을 가압한다.

제1판재공(713)은 제1결합공(511b, 512b) 또는 제2결합공(511c, 512c)과 연통되도록 관통형성 되며, 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)이 연통삽입된다.

제2조립판(720)은 일방향으로 연장되는 제2판재(721)와, 제2판재(721)에서 양측 테두리에서 각각 돌출되어 제1분할바(511)와 제2분할바(512)가 끼움되는 상호 이격된 한 쌍의 끼움돌기(722)와, 제1판재공(713)과 일치된 위치에서 관통형성된 제2판재공(723)을 포함한다.

제2판재(721)는 길이방향으로 연장되어 전도판(730)의 일면에 밀착된다. 즉, 제2판재(721)는 가압돌기(712)가 배면에 체결되면서 가해지는 압력에 의해 제1판재(711) 사이에 위치되는 전도판(730) 및 제1분할바(511)와 제2분할바(512)를 가압한다.

끼움돌기(722)는 제2판재(721)의 상측과 하측에서 각각 한 쌍이 형성된다. 한 쌍의 끼움돌기(722)는 상호 이격되며, 그 사이로 제1분할바(511)와 제2분할바(512)의 양측 단부가 밀착되도록 끼움된다.

제2판재공(723)은 제2판재(721)의 상하측에 적어도 하나가 관통형성되며, 제1판재공(713)과, 제1결합공(511b, 512b) 또는 제2결합공(511c, 512c) 및 전도판(730)을 연통하는 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)이 체결된다.

이때, 전도판(730)과 제1분할바(511)와 제2분할바(512)는 별도의 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)에 의해 체결되는 것이 아니라 제1판재(711)와 제2판재(721) 사이에서 가압돌기(712)의 가압력만으로 고정될 수 있다.

또는, 전도판(730)과 제1분할바(511) 및 제2분할바(512)는 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)에 의해 체결될 수도 있고, 방열을 위하여 별도의 방열공을 추가 형성함도 가능하다.

전도판(730)은 제1분할바(511)의 끝단(511a)에 밀착되는 머리부(731)와, 제2분할바(512)의 끝단(512a)에 밀착되는 꼬리부(732)와, 머리부(731)와 꼬리부(732) 사이에서 연장되는 연장부(733)를 포함할 수 있다.

머리부(731)는 일측에서 절개되어 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)이 연통되는 제1홈(731a)이 형성되어 제2판재(721)의 일면과 제1분할바(511) 사이에 위치된다. 따라서 머리부(731)는 제1판재(711)와 제2판재(721)가 가압돌기(712)에 의해 가압되면서 제1분할바(511)에 밀착되고, 연통 삽입된 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)에 의해 고정된다.

꼬리부(732)는 하측에서 상향되도록 절개된 제2홈(732a)이 형성되어 제2판재(721)의 일면과 제2분할바(512) 사이에 위치된다. 따라서, 꼬리부(732)는 제1조립판(710)의 가압돌기(712)가 제2판재(721)에 체결되면, 제2분할바(512)에 밀착된다. 여기서 제2홈(732a)은 하측에서 상향 되도록 절개되어 제2결합공(511c, 512c)(512c) 및 제1판재공(713)을 통하여 삽입된 고정수단(도시되지 않음)(도시되지 않음)을 연통시킨다.

연장부(733)는 머리부(731)와 꼬리부(732) 사이에서 연결되어 제1분할바(511)와 제2분할바(512)간의 전기적 통전을 가능케 한다.

또한, 본 발명은 전지모듈(100)에서 위에서 설명한 바와 같이 전지셀(110) 케이스들간의 연계에 의하여 전지모듈(100)의 측면에 방열구(W)를 형성하였으며, 이의 다른 실시예로서 전지모듈(100)의 측면과 배면에 모두 방열구(W)를 형성함도 가능하다. 이는 도 10과 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에서 셀조립체를 도시한 배면도, 도 11은 본 발명에서 전지셀의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

도 10과 도 11을 참조하면, 본 발명에서 전지셀(110)은 양과 음의 전지탭을 구비한 복 수개의 베어셀(113, 114)과, 복 수개의 베어셀(113, 114)의 일면을 가압하여 수납하는 제1케이스(111)와, 복 수개의 베어셀(113, 114)의 반대면을 가압하여 수납하는 제2케이스(112)를 포함한다.

여기서, 제1케이스(111)와 제2케이스(112)는 복 수개의 베어셀(113, 114)을 동시 수납하고, 상호 대칭된 수납구조를 이루어 타 전지셀(110)의 케이스와 연계를 통항 측면과 배면에서 방열구(W)를 형성한다. 즉, 제1케이스(111)의 제1면(A)은 제2케이스(112)의 제2면(B)과 동일한 구조로 형성되고, 제1케이스(111)의 제2면(B)은 제2케이스(112)의 제1면(A)과 동일한 구조를 형성한다.

이때 다른 실시예의 전지셀(110)들은 상호 연계에 의해 측면과 배면에서 모두 방열구(W)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 다른 실시예의 구조는 하기에서 보다 상세히 설명한다.

베어셀(113, 114)은, 예를 들면, 각형 파우치 타입으로서 두 개 또는 그 이상이 하나의 케이스에 수납되며, 본체(113ㅊ, 114c)의 일측에서 돌출되는 한 쌍의 전지탭(113a, 114a)과, 단부를 따라 연장되는 걸림단(113b, 114b)을 포함할 수 있다.

제1케이스(111)는 베어셀(113, 114)의 일면을 노출시키도록 가로 및 세로방향으로 연장되는 프레임 구조를 이루며, 구체적으로는 상호 마주보는 위치에서 가로 방향으로 연장되는 한 쌍의 가로바(111a, 111b)(제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)), 가로바(111a, 111b)들 사이에 연결되어 베어셀(113, 114)들의 수납공간을 구획하는 복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)와 제1고정핀(300)이 삽입되는 제1체결공(111f)을 포함한다.

복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)는, 예를 들면, 제1세로바(111c) 내지 제3세로바(111e)로서 제1베어셀(113)과 제2베어셀(114)이 수용되는 공간을 구획한다. 이때, 복 수개의 세로바(111c, 111d, 111e)는 제1면(A)에서 타 전지셀(110)의 제2케이스(112)와 연계되어 방열구(W)를 형성할 수 있도록 내향된 제1방열홈(111h)을 형성한다.

또한, 제1케이스(111)의 제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)는 이격되어 상호 마주보는 위치에서 동일 방향으로 연장된다. 여기서, 제1가로바(111a)와 제2가로바(111b)는 제1면(A)에서 내향된 홈으로 형성된 제2방열홈(112k)을 형성한다.

여기서, 제1방열홈(111h, 112h)은 타 전지셀(110)들과 연계되어 전지모듈(100)의 측면에 방열구(W)를 형성하기 위한 것이며, 제2방열홈(111k)은 타 전지셀(110)들과 연계되어 전지모듈(100)의 배면에 방열구(W)를 형성한다.

아울러, 제2케이스(112)는 상술한 바와 같이 제1케이스(111)와 대칭구조를 갖으므로, 제2면(B)에서 제1케이스(111)의 제1면(A)과 동일한 구조를 갖는다.

즉, 제2케이스(112)는 제2면(B)에서 가로바(112a, 112b)에서 내향된 제2방열홈(도면번호 표시되지 않음, 111k 참조)이 형성되며, 이는 타 전지셀(110)의 제1케이스(111) 제1면(A)에 형성된 제2방열홈(111k)과 연계되어 배면에 방열구(W)를 형성하도록 한다.

그러므로 전지모듈(100)은, 예를 들면, 제1전지셀(110)의 제2케이스(112)의 제2면(B)에 형성된 제1방열홈(111h, 112h)과 제2방열홈(111k)은 제2전지셀(120)의 제1케이스(111)의 제1면(A)에 형성된 제1방열홈(111h, 112h)과 제2방열홈(111k)과의 연계를 통하여 제1전지셀(110)과 제2전지셀(120) 사이에 방열구(W)를 측부면과 배면에 각각 형성한다.

또한 제2전지셀(120)과 제3전지셀(130)은 제2전지셀(120)의 제2케이스(112)의 제2면(B)에 형성된 제1방열홈(111h, 112h)과 제2방열홈(111k), 제3전지셀(130)의 제1케이스(111)의 제1면(A)에 형성된 제1방열홈(111h, 112h)과 제2방열홈(111k)의 연계에 의해 전지모듈(100)의 측면과 배면에 각각 방열구(W)를 형성한다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성을 통하여 달성되는 조립의 용이성을 설명한다.

먼저, 작업자는 복 수개의 베어셀(113, 114)들을 제2케이스(112)에서 세로바(112c, 112d, 112e)들에 의해 구획된 수납공간에 각각 수납한다. 이때 베어셀(113, 114)들은 제1면(A)에서 제1가로바(112a)와 세로바(112c, 112d, 112e)에 단차 형성된 걸림홈(112i)에 걸림단(113b, 114b)이 걸쳐지도록 놓여진다. 이후, 작업자가 제1케이스(111)를 제2케이스(112)에 가압하여 체결하여 하나의 전지셀에 복 수개의 베어셀(113, 114)을 동시에 수납한다.

이와 같은 과정으로 조립된 복 수개의 전지셀(110~130)들을 순차적으로 적층시킨 뒤에 고정판넬(200)을 전지모듈(100)의 상측에 각각 설치한다. 제1고정핀(300)은 고정판넬(200)과 전지셀(110~130)들의 체결공(111f, 212a))을 연통하여 삽입된다. 따라서, 제1고정핀(300)은 전지모듈(100) 및 고정판넬(200)을 고정시킨다. 여기서, 고정판넬(200)의 제2지지바(212)와 제4지지바(214)는 제1지지바(211)와 제3지지바(213)와 상향된 단차를 이루기 때문에 전지모듈(100)과 이격된다.

또한, 회로기판(400)은 고정판넬(200)이 고정된 이후에 연통되는 제2고정핀(600)에 의해 고정판넬(200)과 이격된 상태로 고정된다.

그리고 작업자는 회로기판(400)의 조립작업이 완료되면, 또는 그 이전에 전지모듈(100)에 부스바(500)들을 체결한다. 제1부스바(510)는 일측에서 적층된 베어셀(113, 114)들중 최외측에 위치된 전지탭중 어느 하나, 제2부스바(520)는 타측에서 적층된 베어셀(113, 114)들중 최외측에 위치된 전지탭중 어느 하나에 일측 끝단이 연결되고, 타측 끝단은 회로기판(400)에 연결된다. 여기서, 제1부스바(510)와 제2부스바(520)는 서로 다른 극성을 출력하는 전지탭에 연결된다.

제3부스바(530)는 인접한 서로 다른 전지셀(110)들의 전지탭들을 상호 통전시키도록 연결한다. 예를 들면, 제3부스바(530)는 분리된 두 개의 전도판으로서 그 사이에 서로 다른 전지셀(110)에서 인출된 전지탭들을 겹쳐진 상태로 놓인 후 고정수단(도시되지 않음)으로 연통시켜 고정한다.

또한, 작업자는 제4부스바(540)를 일측의 전지셀(110)들과 타측의 전지셀(110)들을 상호 통전시키도록 제1부스바(510)와 제2부스바(520)가 연결된 전지탭들과 정반대에 위치된 전지탭들 사이를 연결시킨다.

그리고, 작업자는 제5부스바(550)와 제6부스바(560)를 각각 회로기판(400)과 하우징(20)의 전원 단자로 연결하여 셀조립체의 조립을 완료한다.

이와 같은 셀조립체의 조립은 하나의 케이스에 복 수개의 베어셀(113, 114)을 동시 수납함에 동일한 용량을 갖는 전지팩들과 비교하여 조립시간의 단축될 수 있고, 그 크기를 보다 소형화할 수 있어 하이브리드 자동차와 같이 한정된 공간을 갖는 대상물에 적합하다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 하며, 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 하우징 20 : 커버
30 : 전원 단자 100 : 전지모듈
110, 120, 130 : 전지셀 111 : 제1케이스
111a, 111b : 가로바 111c, 111d, 111e : 세로바
111f, 112f : 체결공 111g, 112g : 돌출홈
111h, 112h, 111k : 방열홈 111i, 112i : 걸림홈
111j, 112j : 인출홈 200 : 고정판넬
210 : 제1판넬 220 : 제2판넬
211~214 : 지지바 211a : 고정편
212a : 제1고정공 215 : 개구창
300 : 제1고정핀 400 : 회로기판
410 : 제1기판 420 : 제2기판
500 : 부스바 510 : 제1부스바
520 : 제2부스바 530 : 제3부스바
540 : 제4부스바 550 : 제5부스바
560 : 제6부스바 600 : 제2고정핀
700 : 부스바 조립부재

Claims

양과 음의 전원을 출력하는 한 쌍의 전지탭을 구비한 베어셀; 및
상기 베어셀을 사이에 두고 상호 체결되는 제1케이스와 제2케이스;를 포함하고,
상기 베어셀은 복 수개로서, 상기 제1케이스와 제2케이스에 의해 동시 수납되는 것을 특징으로 하는 동시수납 구조를 갖는 전지셀.
제1항에 있어서, 상기 제1케이스와 제2케이스는
상호 이격되어 연장되는 제1가로바와 제2가로바;
상호 이격되어 상기 제1가로바와 제2가로바 사이를 연결하여 상기 베어셀들의 수납공간을 구획하는 복 수개의 세로바;
상기 제1가로바 또는 상기 세로바들에 단차 형성되어 상기 베어셀의 단부에서 돌출되어 연장되는 걸림단을 지지하는 걸림홈; 및
상기 제1가로바와 제2가로바중 적어도 하나는 일면에서 음각형성되어 상기 베어셀의 전지탭을 외측으로 인출시키는 인출홈;을 포함하는 동시 수납구조를 갖는 전지셀.
제2항에 있어서, 상기 전지셀은
상기 걸림홈에서 내향되어 상기 베어셀을 인출시키기 위한 치구가 삽입되는 공간을 형성하는 인출홈;을 더 포함하는 동시 수납구조를 갖는 전지셀.
복 수개의 전지셀을 구비한 전지모듈;
상기 전지모듈의 상면에 적층되는 고정판넬;
상기 고정판넬 및 전지모듈을 연통하여 상기 고정판넬 및 전지모듈을 고정시키는 제1고정핀;
상기 고정판넬과 이격된 공간을 사이에 두고 고정되어 상기 전지셀들의 셀밸런싱 및 이상 전압을 감지하는 전장부품이 실장되는 회로기판;
상기 회로기판을 연통하여 상기 고정판넬과 이격되도록 고정시키는 제2고정핀; 및
상기 전지셀과 전지셀, 양쪽의 최외각측 전지셀들과 회로기판 사이를 전기적으로 통전 가능하게 연결하는 복 수개의 부스바;를 포함하고,
상기 전지셀은
양과 음의 전원을 출력하는 한 쌍의 전지탭을 각각 구비한 복 수개의 베어셀; 및
상기 복 수개의 베어셀을 사이에 두고 상호 체결되어 상기 복 수개의 베어셀을 동시 수납하는 제1케이스와 제2케이스;를 포함하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제4항에 있어서, 상기 전지모듈은
상기 전지셀에 복 수개의 베어셀이 수납됨에 따라 복 수개의 열로서 상기 베어셀이 정렬되고,
상기 부스바는
일열의 최외측에 위치된 베어셀의 전지탭중 어느 하나에서 상기 회로기판을 연결하는 제1부스바;
다른 열의 최외측에 위치된 베어셀의 전지탭중 어느 하나에서 상기 회로기판에 연결되는 제2부스바;
최외측 사이의 베어셀들의 전지탭들을 연결하는 제3부스바;
상기 제1부스바와 제2부스바가 연결되는 전지탭들과 반대쪽 최외측에 위치되는 베어셀의 전지탭들을 상호 연결시키는 제4부스바;
상기 회로기판에서 하우징의 전원단자로 연결시키는 제5부스바와 제6부스바;를 포함하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제4항에 있어서, 상기 제1케이스와 제2케이스는
상호 이격되어 연장되는 제1가로바와 제2가로바;
상호 이격되어 상기 제1가로바와 제2가로바 사이를 연결하여 상기 베어셀들의 수납공간을 구획하는 복 수개의 세로바;
상기 제1가로바 또는 상기 세로바들에 단차 형성되어 상기 베어셀의 단부에서 돌출되어 연장되는 걸림단을 지지하는 걸림홈; 및
상기 제1가로바와 제2가로바중 적어도 하나는 일면에서 음각형성되어 상기 베어셀의 전지탭을 외측으로 인출시키는 인출홈;을 포함하는 동시 수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제4에 있어서, 상기 전지셀은
상기 걸림홈에서 내향되어 상기 베어셀을 인출시키기 위한 치구가 삽입되는 공간을 형성하는 인출홈;을 더 포함하는 동시 수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제4항에 있어서, 상기 전지모듈은
상기 전지셀과 전지셀 사이에 개방된 홈을 이루어 방열구가 형성되는 것을 특징으로 하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제6항에 있어서, 상기 세로바들중 적어도 하나는 타 전지셀을 지향하는 일면에서 내외측이 연통되도록 내향된 제1방열홈을 구비하고,
타 전지셀의 제1방열홈과 연계되어 방열구를 형성하는 것을 특징으로 하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.
제6항에 있어서, 상기 가로바들중 적어도 하나는 타 전지셀을 지향하는 일면에서 내외측이 연통되도록 내향된 제2방열홈을 구비하고,
타 전지셀의 제2방열홈과 연계되어 방열구를 형성하는 것을 특징으로 하는 동시수납구조를 갖는 전지셀을 이용한 전지팩.