KR20190043796A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 배터리 팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 셀이 2단으로 적층되고, 적층된 배터리 셀의 사이에 보호회로모듈을 수직 방향으로 위치시킴으로써, 전체 팩 면적 대비 셀 면적의 비율을 높여, 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1전방면으로부터 연장된 제1테라스 및 상기 제1테라스로부터 연장된 제1셀탭을 포함하는 제1배터리 셀; 제2전방면으로부터 연장된 제2테라스 및 상기 제2테라스로부터 연장된 제2셀탭을 포함하고, 상기 제1배터리 셀에 적층된 제2배터리 셀; 및 상기 제1배터리 셀의 제1테라스와 상기 제2배터리 셀이 제2테라스의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치되고, 상기 제1배터리 셀에 상기 제1셀탭을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 제2배터리 셀에 상기 제2셀탭을 통해 전기적으로 연결된 보호회로모듈을 포함하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명의 다양한 실시예는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 충전하여 재사용이 가능한 이차 전지는 모바일 기기, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원으로 사용된다. 이들 이차 전지는 전극 조립체와 이를 수용하는 케이스로 이루어진다. 이때, 사용되는 케이스의 종류에 따라, 이차 전지는 각형, 원통형 또는 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있으며, 또한, 내부에 수납되는 전극 조립체는 그 구조에 따라 권취형 또는 스택형 전극 조립체로 분류될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 배터리 셀이 2단으로 적층되고, 적층된 배터리 셀의 사이에 보호회로모듈을 수직 방향으로 세워 위치시킴으로써, 전체 팩 면적 대비 셀 면적의 비율을 높여, 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예는 배터리 셀의 셀탭을 보호회로모듈의 도전성 패드에 레이저 용접할 때, 레이저 빔이 배터리 셀쪽으로 입사되지 않도록 보호회로모듈을 덮는 모듈 커버를 구비함으로써, 제조 공정 불량을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예는 플라스틱 사출물인 모듈 커버가 배터리 셀에 직접 밀착되지 않고 탄성부재를 통해 배터리 셀에 밀착됨으로써, 모듈 커버에 의한 배터리 셀의 손상 현상을 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩은 제1전방면으로부터 연장된 제1테라스 및 상기 제1테라스로부터 연장된 제1셀탭을 포함하는 제1배터리 셀; 제2전방면으로부터 연장된 제2테라스 및 상기 제2테라스로부터 연장된 제2셀탭을 포함하고, 상기 제1배터리 셀에 적층된 제2배터리 셀; 및 상기 제1배터리 셀의 제1테라스와 상기 제2배터리 셀이 제2테라스의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치되고, 상기 제1배터리 셀에 상기 제1셀탭을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 제2배터리 셀에 상기 제2셀탭을 통해 전기적으로 연결된 보호회로모듈을 포함할 수 있다.
상기 제1,2배터리 셀은 각각 파우치 타입 또는 폴리머 타입을 포함할 수 있다.
상기 제1테라스는 하면과 상면을 갖고, 상기 제1테라스의 하면은 상기 제1배터리 셀의 하면과 동일면을 이루고, 상기 제1테라스의 상면은 상기 제1배터리 셀의 하면과 상면 사이에 위치되고, 상기 제1셀탭은 상기 제1테라스의 하면과 상면 사이인 제1선단면으로부터 돌출되어 연장되고, 상기 제2테라스는 상면과 하면을 갖고, 상기 제2테라스의 상면은 상기 제2배터리 셀의 상면과 동일면을 이루고, 상기 제2테라스의 하면은 상기 제2배터리 셀의 상면과 하면 사이에 위치되고, 상기 제2셀탭은 상기 제2테라스의 상면과 하면 사이인 제2선단면으로부터 돌출되어 연장된다.
상기 보호회로모듈과 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면 사이에 개재된 모듈 커버를 더 포함할 수 있다. 상기 모듈 커버는 상기 보호회로모듈의 후면을 덮는 동시에, 상기 제1,2셀탭과 각각 접촉하는 제1평면, 상기 제1,2테라스의 제1,2선단면과 각각 접촉하는 제2평면, 상기 제1,2테라스의 상면 및 하면과 각각 접촉하는 제3평면 및 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면과 평행한 제4평면을 포함할 수 있다. 상기 모듈 커버와 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면 사이에 개재된 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1,2셀탭은 각각 상기 보호회로모듈의 전면에 구비된 제1,2패드에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 보호회로모듈의 전면 및 상기 제1,2셀탭을 덮는 전방 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩은 제1,2배터리 셀이 2단으로 적층되고, 적층된 제1,2배터리 셀의 사이에 보호회로모듈을 수직 방향으로 위치시킴으로써, 전체 팩 면적 대비 셀 면적의 비율을 높여, 에너지 밀도를 높일 수 있도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩은 제1,2배터리 셀의 제1,2셀탭을 보호회로모듈의 제1,2패드에 레이저 용접할 때, 레이저 빔이 제1,2배터리 셀쪽으로 입사되지 않도록 보호회로모듈을 덮는 모듈 커버를 구비함으로써, 제조 공정 불량을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩은 플라스틱 사출물인 모듈 커버가 제1,2배터리 셀에 직접 밀착되지 않고 탄성부재를 통해 제1,2배터리 셀에 밀착됨으로써, 모듈 커버에 의한 제1,2배터리 셀의 손상 현상을 억제할 수 있도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 중에서 배터리 셀의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 중에서 라벨을 제거한 상태 및 전방 케이스를 제거한 상태를 도시한 측면도 및 부분 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 사시도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 제1배터리 셀(100A)과, 제1배터리 셀(100A)에 수직 방향(상부)으로 적층된 제2배터리 셀(100B)과, 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치되고 제1,2배터리 셀(100A,100B)에 전기적으로 연결된 보호회로모듈(130)을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 모듈 커버(140)와, 탄성 부재(150)와, 전방 케이스(160)와, 후방 케이스(170)와, 하부 라벨(181)과, 상부 라벨(182)을 더 포함할 수 있다.
제1배터리 셀(100A)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 파우치 타입 또는 폴리머 타입 배터리를 포함할 수 있다. 이러한 제1배터리 셀(100A)은 수평 방향으로 다수개가 배열될 수 있다. 도 1b에서 제1배터리 셀(100A)은 3개가 수평 방향으로 배열됨을 도시하고 있다.
제1배터리 셀(100A)은 제1전방면(121A)으로부터 연장된 제1테라스(125A)와, 제1테라스(125A)의 제1선단면(126A)으로부터 전방으로 연장된 후 상부 방향으로 절곡된 제1셀탭(114A)(예를 들면, 양극 셀탭 및 음극 셀탭)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1전방면(121A) 및 제1선단면(126A)이 수직면으로 정의되면, 제1테라스(125A)의 상면 및 하면은 수평면으로 정의될 수 있다.
또한, 제1테라스(125A)는 제1배터리 셀(100A)의 제1전방면(121A) 중 상대적으로 하부 영역으로부터 전방을 향해 일정 길이 연장되어 있다. 이러한 제1배터리 셀(100A)의 구성은 아래에서 다시 설명하기로 한다.
제2배터리 셀(100B)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 파우치 타입 또는 폴리머 타입 배터리를 포함할 수 있다. 이러한 제2배터리 셀(100B)은 수평 방향으로 다수개가 배열될 수 있다. 도 1b에서 제2배터리 셀(100B)은 3개가 수평 방향으로 배열됨을 도시하고 있다.
제2배터리 셀(100B)은 제2전방면(121B, 도 3a 및 도 3b 참조)으로부터 연장된 제2테라스(125B)와, 제2테라스(125B)의 제2선단면(126B)으로부터 전방으로 연장된 후 하부 방향으로 절곡된 제2셀탭(114B)(예를 들면, 양극 셀탭 및 음극 셀탭)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2전방면(121B) 및 제2선단면(126B)이 수직면으로 정의되면, 제2테라스(125B)의 상면 및 하면은 수평면으로 정의될 수 있다.
또한, 제2테라스(125B)는 제2배터리 셀(100B)의 제2전방면(121B) 중 상대적으로 상부 영역으로부터 전방을 향해 일정 길이 연장되어 있다.
보호회로모듈(130)은 제1배터리 셀(100A)의 제1테라스(125A)와 제2배터리 셀(100B)의 제2테라스(125B)의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치된다. 이러한 보호회로모듈(130)은 전면에 형성된 제1패드(131) 및 제2패드(132)와, 후면에 실장된 전기전자 부품(133)(도 3b 참조)을 포함한다. 또한, 보호회로모듈(130)은 전면에 실장된 커넥터(134)를 더 포함할 수 있다.
보호회로모듈(130)의 제1패드(131)에 제1배터리 셀(100A)의 제1셀탭(114A)이 전기적으로 연결되고, 보호회로모듈(130)의 제2패드(132)에 제2배터리 셀(100B)의 제2셀탭(114B)이 전기적으로 연결된다.
이러한 보호회로모듈(130)은 제1,2배터리 셀(100A,100B)을 과충전, 과방전 및/또는 과전류로부터 보호하는 역할을 하며, 이를 위해 후면에 다수의 전기전자 부품(133)이 실장된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 제1,2배터리 셀(100A,100B)이 2단으로 수직 적층되고, 적층된 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 사이 즉, 제1,2테라스(125A,125B)의 사이에 보호회로모듈(130)이 수직 방향으로 세워져 위치됨으로써, 전체 팩 면적 대비 셀 면적의 비율을 높여, 에너지 밀도를 높일 수 있도록 한다.
계속해서, 모듈 커버(140)는 보호회로모듈(130)의 후면을 덮는다. 특히, 모듈 커버(140)는 보호회로모듈(130)과 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B) 사이에 개재된다. 따라서, 모듈 커버(140)로 인하여, 보호회로모듈(130)의 제1,2패드(131,132)에 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2셀탭(114A,114B)이 레이저 용접될 때, 레이저 빔이 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)으로 입사되지 않는다. 만약, 모듈 커버(140)가 없다면, 레이저 용접 시 레이저 빔이 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)에 입사되어 제1,2배터리 셀(100A,100B)을 손상시킬 수 있다. 이러한 모듈 커버(140)는 통상의 플라스틱 수지가 사출 성형되어 형성될 수 있다.
탄성 부재(150)는 모듈 커버(140)와 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B) 사이에 더 개재될 수 있다. 탄성 부재(150)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 일면 또는 양면에 접착제 또는 점착제가 코팅된 포론 폼(poron foam), 포론 테이프, 포론 시트, 포론 필름 또는 포론 스폰지 등을 포함할 수 있다. 이러한 탄성 부재(150)는 플라스틱 수지 사출물인 모듈 커버(140)가 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)에 직접 접촉되어 제1,2전방면(121A,121B)을 손상시키는 현상을 방지한다.
전방 케이스(160)는 보호회로모듈(130)의 전면 및 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2셀탭(114A,114B)을 덮음으로써, 이들이 외부 환경으로부터 보호되도록 한다. 전방 케이스(160)는 커넥터(134)가 전방으로 돌출될 수 있도록 형성된 개구(161)를 더 포함할 수 있다. 이러한 전방 케이스(160) 역시 플라스틱 수지가 사출 성형되어 형성될 수 있다.
후방 케이스(170)는 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 후방을 덮음으로써, 배터리 팩(100)의 후방 영역이 외부의 기계적/전기적/화학적 환경으로부터 보호되도록 한다.
하부 라벨(181)은 제1배터리 셀(100A)의 하면을 덮고, 상부 라벨(182)은 제2배터리 셀(100B)의 상면을 덮음으로써, 배터리 팩(100)의 하면 및 상면이 외부의 기계적/전기적/화학적 환경으로부터 보호되도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 중에서 배터리 셀(100A)의 일례에 대한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 중에서 배터리 셀(100A)은 전극 조립체(110) 및 파우치(120)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 제1전극(111), 제2전극(112) 및 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되는 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(110)는 제1전극(111)과 세퍼레이터(113) 및 제2전극(112)의 적층제를 권취하여 형성될 수 있다. 비록 도면에서, 일례로 권취형 또는 젤리롤 타입의 전극 조립체(110)가 도시되어 있으나, 본 발명에서 다른 예로 스택형 전극 조립체가 이용될 수도 있다.
제1전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하나, 이하에서는 제1전극(111)이 양극으로 작용하고 제2전극(112)이 음극으로 작용하는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
제1전극(111)은, 한정하는 것은 아니지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 호일(foil) 또는 메쉬로 이루어진 제1전극 집전체의 양면에 코팅된 제1전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제1전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 칼코게나이트(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일례로, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있다. 제1전극 집전체에 제1전극 활물질층이 형성되지 않은 제1전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 셀탭(114A)(제1전극탭, 114)이 형성될 수 있다. 즉, 제1전극탭(114)의 일단은 제1전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타탄은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제1전극탭(114)에는 절연 부재(114a)가 부착되어, 제1전극탭(114)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
제2전극(112)은, 한정하는 것은 아니지만, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리 또는 니켈 호일이나 메쉬로 이루어진 제2전극 집전체의 양면에 코팅된 제2전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제2전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 제2전극 집전체에 제2전극 활물질층이 형성되지 않은 제2전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 셀탭(제2전극탭, 115)이 형성될 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)의 일단은 제2전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타단은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제2전극탭(115)에는 절연 부재(115a)가 부착되어, 제2전극탭(115)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되어 제1전극(111)과 제2전극(112)의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(113)는, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 다공성 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 간의 단락을 방지하기 위해 제1전극(111) 및 제2전극(112) 보다 폭을 넓게 형성할 수 있다. 더불어, 세퍼레이터는, 한정하는 것은 아니지만, 고체 전해질(예를 들면, Perovskite계, NASICON계, LISICON계, Sulfide계, Garnet계 또는 Glass계와 같은 무기계 세라믹 기반 전해질 또는 고분자 기반 전해질)을 포함하는 개념으로써, 이 경우 액체 전해질이 생략될 수 있다.
파우치, 파우치 외장재 또는 라미네이트 외장재(120)는 전극 조립체(110)를 수용하며, 전극 조립체(110)의 외주연을 실링하여 형성된다. 파우치(120)는 실질적으로 전극 조립체(110)를 수용할 수 있도록 일정 깊이의 리세스(123)를 갖는 제1외장부(121)와, 제1외장부(121)에 일단이 연결되고 전극 조립체(110)를 덮는 제2외장부(122)를 포함할 수 있다.
더불어, 파우치(120)는 전극 조립체(110)의 외주연에 상응하는 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 열융착되어 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부(124) 및 하나의 폭 방향 실링부(125)를 포함할 수 있다. 즉, 한쌍의 길이 방향 실링부(124)는 전극 조립체(110)의 길이 방향에 대략 평행한 방향으로 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 실링되어 형성되고, 하나의 폭 방향 실링부(125)는 전극 조립체(110)의 폭 방향에 대략 평행한 방향으로 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 실링되어 형성된다. 여기서, 길이 방향 실링부(124) 및 폭 방향 실링부(125)는 상호간 대략 수직한 관계를 갖는다. 즉, 한쌍의 길이 방향 실링부(124)와 하나의 폭 방향 실링부(125)는 대략 "∩" 형태를 한다.
이러한 파우치(120)의 길이 방향 실링부(124) 및 폭 방향 실링부(125)에 의해 전극 조립체(110)가 파우치(120)의 내부에서 안전하게 보호되고 또한 전해액이 누액되지 않게 된다.
전극 조립체(110)의 제1,2전극탭(114,115)은 제1외장부(121)와 제2외장부(122)가 실링된 폭 방향 실링부(125)를 통하여 외부로 인출된다. 이때, 제1,2전극탭(114,115)에 형성된 절연 부재(114a,115b)가 폭 방향 실링부(125)에 함께 실링된다. 즉, 절연 부재(114a,115b)는 제1,2전극탭(114,115)과 폭 방향 실링부(125)가 접촉하는 부분에 형성되어 제1,2전극탭(114,115)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지한다.
여기서, 제1,2외장부(121,122)는 폭 방향 실링부(125)와 대응하는 영역에 형성된 테라스(125A)를 더 포함한다. 즉, 제1,2전극탭(114,115)이 인출되는 폭 방향 실링부(125)의 표면이 테라스부(125A)로 정의될 수 있다. 더불어, 테라스부(125A)가 연장되기 시작하는 제1외장부(121)의 영역이 전방면(121A)으로 정의될 수 있다. 테라스부(125A)는 대체로 전방면(121A)으로부터 수직 방향으로 절곡된 형태를 한다. 이는 전방면(121A)이 리세스(124)에 의해 형성된 영역이기 때문이다.
파우치(120)는, 한정하는 것은 아니지만, 제1절연층(120a), 금속층(120b) 및 제2절연층(120c)을 갖는 다층 구조로 형성될 수 있다. 물론, 이밖에도 다양한 접착층이나 기능층이 더 추가될 수 있으나, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록, 이에 대한 설명은 생략한다.
제1절연층(120a)은 파우치(120)의 내측면으로, 절연성 및 열접착성을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 제1절연층(120a)은 금속층(120b)의 일면에 형성되며, 전극 조립체(110)와 대향하는 파우치(120)의 내측면을 이룬다. 제1절연층(120a)은, 한정하는 것은 아니지만, 전해액 등과 반응하지 않는 캐스티드 폴리프로핀렌(Casted Polypropylene:CPP) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다. 제1외장부(121)의 리세스(123)에 전극 조립체(110)를 수용하고 제2외장부(122)로 덮으면, 파우치(120)의 제1절연층(120a)이 서로 접촉하게 된다. 따라서, 실링부(124,125)를 열융착시키면, 제1절연층(120a)이 서로 접착되어 파우치(120)가 밀봉된다.
금속층(120b)은 제1절연층(120a)과 제2절연층(120c) 사이에 개재되어 있으며, 외부로부터 수분과 산소가 유입되는 것을 막고, 만약 파우치(120)의 내부에 전해액이 채워진다면, 이의 외부 유출을 방지하는 역할을 한다. 또한, 금속층(120b)은 파우치(120)의 기계적 강도를 유지하는 역할을 한다. 일반적으로 금속층(120b)은, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금으로 형성될 수 있다. 이러한 금속층(120b)은 리세스(123)의 형성 공정 중 연신되고, 특히, 연신이 많이 이루어진 부분의 두께는 얇아져서 크랙되어 방습성이 저하될 수 있다(즉, 투습성이 증가할 수 있다). 따라서, 이러한 리세스(123)의 성형 공정 중 연신되는 금속층(120b)의 두께 관리는 매우 중요하다.
제2절연층(120c)은 파우치(120)의 외측면으로, 외부 전자기기와의 기계적, 화학적 충격을 완화하는 역할을 한다. 또한, 제2절연층(120c)은 금속층(120b)의 타면에 형성되며, 파우치(120)의 외측면을 이룬다. 제2절연층(120c)은, 한정하는 것은 아니지만, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100) 중에서 라벨(181,182)을 제거한 상태 및 전방 케이스(160)를 제거한 상태의 측면도 및 부분 측단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 4에서 본 발명의 이해를 위해 하부에 위치된 제1배터리 셀(100A)은 도시되지 않았다.
도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 보호회로모듈(130)은 제1배터리 셀(100A)의 제1테라스(125A)와 제2배터리 셀(100B)이 제2테라스(125B)의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치된다. 또한, 보호회로모듈(130)에 제1배터리 셀(100A)의 제1셀탭(114A)이 전기적으로 연결되고, 제2배터리 셀(100B)의 제2셀탭(114B)이 전기적으로 연결된다.
이를 좀더 구체적으로 설명한다.
제1배터리 셀(100A)의 제1테라스(125A)는 대략 평평한 하면(125AB)과 이의 반대면으로서 대략 평평한 상면(125AT)을 포함하고, 제1테라스(125A)의 하면(125AB)은 대체로 제1배터리 셀(100A)의 하면(100AB)과 동일면을 이루고, 제1테라스(125A)의 상면(125AT)은 제1배터리 셀(100A)의 하면(100AB)과 상면(100AT) 사이에 위치된다. 즉, 제1테라스(125A)의 상면(124AT)은 제1배터리 셀(100A)의 상면(100AT)보다 낮게 위치된다. 더불어, 제1셀탭(114A)은 제1테라스(125A)의 하면(125AB)과 상면(125AT) 사이인 제1선단면(126A)으로부터 전방으로 돌출 및 연장되되, 보호회로모듈(130)의 전면에서 상부 방향으로 즉, 제1패드(131) 위로 절곡되어 있다. 또한, 제1셀탭(114A)은 보호회로모듈(130)의 전면에 구비된 제1패드(131) 위에 레이저, 초음파 또는 저항 용접 등의 방식으로 연결되어 있다. 더불어, 이러한 제1테라스(125A)는 대체로 제1배터리 셀(100A)에 구비된 제1전방면(121A) 중에서 하부 영역으로부터 전방으로 연장된 형태를 하는데, 제1배터리 셀(100A)의 제1전방면(121A) 및 제1테라스(125A)의 제1선단면(126A)이 수직면으로 정의되면, 제1테라스(125A)의 하면(125AB) 및 상면(125AT)은 수평면으로 정의될 수 있다.
제2배터리 셀(100B)의 제2테라스(125B)는 대략 평평한 상면(125BT)과 이의 반대면으로서 대략 평평한 하면(125BB)을 포함하고, 제2테라스(125B)의 상면(125BT)은 대체로 제2배터리 셀(100B)의 상면(100BT)과 동일면을 이루고, 제2테라스(125B)의 하면(125BB)은 제2배터리 셀(100B)의 상면(100BT)과 하면(100BB) 사이에 위치된다. 즉, 제2테라스(125B)의 하면(125BB)은 제2배터리 셀(100B)의 하면(100BB)보다 높게 위치된다. 더불어, 제2셀탭(114B)은 제2테라스(125B)의 상면(125BT)과 하면(125BB) 사이인 제2선단면(126B)으로부터 전방으로 돌출 및 연장되되, 보호회로모듈(130)의 전면에서 하부 방향으로 즉, 제2패드(132) 위로 절곡되어 있다. 또한, 제2셀탭(114B)은 보호회로모듈(130)의 전면에 구비된 제2패드(132) 위에 레이저, 초음파 또는 저항 용접 등의 방식으로 연결되어 있다. 더불어, 이러한 제2테라스(125B)는 대체로 제2배터리 셀(100B)에 구비된 제2전방면(121B) 중에서 상부 영역으로부터 전방으로 연장된 형태를 하는데, 제2배터리 셀(100B)의 제2전방면(121B) 및 제2테라스(125B)의 제2선단면(126B)이 수직면으로 정의되면, 제2테라스(125B)의 상면(125BT) 및 하면(125BB)은 수평면으로 정의될 수 있다.
이와 같이 하여, 제1배터리 셀(100A)의 상면(100AT) 및 제2배터리 하면(100BB)은 상호간 밀착된 형태를 하며, 또한 제1테라스(125A)의 상면(125AT) 및 제2테라스(125B)의 하면(125BB)은 상호간 이격된 채 마주보는 형태를 한다. 즉, 제1테라스(125A)의 상면(125AT)과 제2테라스(125B)의 하면(125BB) 사이의 영역에는 보호회로모듈(130), 모듈 커버(140) 및/또는 탄성 부재(150)가 위치될 수 있도록 소정 공간이 구비된다.
모듈 커버(140)는 보호회로모듈(130)과 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B) 사이에 개재되어, 보호회로모듈(130)의 후면(전자 부품(133)의 실장면)을 대체로 덮는다. 이러한 모듈 커버(140)는 플라스틱 수지가 사출 성형되어 형성될 수 있으며, 이는 제1,2셀탭(114A,114B)(더욱 정확하게는 제1,2셀탭을 덮는 절연부재)과 각각 접촉하는 제1평면(141), 제1,2테라스(125A,125B)의 제1,2선단면과 각각 접촉하는 제2평면(142), 제1,2테라스(125A,125B)의 상면 및 하면과 각각 접촉하는 제3평면(143) 및 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)과 대체로 평행한 제4평면(144)을 포함할 수 있다. 모듈 커버(140)의 제1평면(141)이 제1,2셀탭(114A,114B)의 사이에 위치되고, 모듈 커버(140)의 제3,4평면이 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2테라스(125A,125B)의 사이에 위치된다. 따라서, 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2테라스(125A,125B) 사이에 소정 공간이 구비되고, 또한 외력에 의해 제1,2테라스(125A,125B)가 휘어지지 않게 된다.
또한, 모듈 커버(140)의 제1평면(141), 제2평면(142), 제3평면(143) 및 제4평면(144)이 반대면이 이루는 전방의 공간에 보호회로모듈(130)이 세워진 채 안정적으로 위치된다.
더불어, 제1,2셀탭(114A,114B)이 보호회로모듈(130)의 제1,2패드(131,132)에 레이저 용접될 때, 레이저 빔이 모듈 커버(140)에 의해 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)으로 입사되지 않게 되고, 이에 따라 제조 공정 중 레이저 빔에 의한 불량 현상(배터리 셀의 손상 현상)이 방지된다.
탄성 부재(150)는 모듈 커버(140)와 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B) 사이에 개재된다. 일례로, 한정하는 것은 아니지만, 탄성 부재(150)는 모듈 커버(140)의 후면에 접착되거나, 또는 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)에 접착될 수 있다. 물론, 탄성 부재(150)는 모듈 커버(140)의 후면과 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2전방면(121A,121B)에 모두 접착될 수도 있다.
전방 케이스(160)는 보호회로모듈(130)의 전면 및 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2셀탭(114A,114B)을 덮음으로써, 이들을 외부 환경으로부터 안전하게 보호한다. 이때, 전방 케이스(160)에 형성된 개구(161)를 통해 보호회로모듈(130)에 구비된 커넥터(134)가 외부로 노출/돌출됨으로써, 배터리 팩(100)이 부하 또는 충전기에 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 제1,2배터리 셀(100A,100B)이 2단으로 적층되고, 적층된 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 사이에 보호회로모듈(130)을 수직 방향으로 위치시킴으로써, 전체 팩 면적 대비 셀 면적의 비율을 높여, 에너지 밀도를 높일 수 있도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 제1,2셀탭(114A,114B)을 보호회로모듈(130)의 제1,2패드(131,132)에 레이저 용접할 때, 레이저 빔이 제1,2배터리 셀(100A,100B)쪽으로 입사되지 않도록 보호회로모듈(130)을 덮는 모듈 커버(140)를 구비함으로써, 제조 공정 불량을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 플라스틱 사출물인 모듈 커버(140)가 제1,2배터리 셀(100A,100B)에 직접 밀착되지 않고 탄성 부재(150)를 통해 제1,2배터리 셀(100A,100B)에 밀착됨으로써, 모듈 커버(140)에 의한 제1,2배터리 셀(100A,100B)의 손상 현상을 억제할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 배터리 팩
100A; 제1배터리 셀 121A; 제1전방면
125A; 제1테라스 126A; 제1선단면
114A; 제1셀탭 100B: 제2배터리셀
121B; 제2전방면 125B; 제2테라스
126B; 제2선단면 114B; 제2셀탭
130; 보호회로모듈 131; 제1패드
132; 제2패드 133; 전자 부품
140; 모듈 커버 141; 제1평면
142; 제2평면 143; 제3평면
144; 제4평면 150; 탄성 부재
160; 전방 케이스 161; 개구
170; 후방 케이스 181; 하부 라벨
182; 상부 라벨

Claims (8)

  1. 제1전방면으로부터 연장된 제1테라스 및 상기 제1테라스로부터 연장된 제1셀탭을 포함하는 제1배터리 셀;
    제2전방면으로부터 연장된 제2테라스 및 상기 제2테라스로부터 연장된 제2셀탭을 포함하고, 상기 제1배터리 셀에 적층된 제2배터리 셀; 및
    상기 제1배터리 셀의 제1테라스와 상기 제2배터리 셀이 제2테라스의 사이에 수직 방향으로 세워져 위치되고, 상기 제1배터리 셀에 상기 제1셀탭을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 제2배터리 셀에 상기 제2셀탭을 통해 전기적으로 연결된 보호회로모듈을 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2배터리 셀은 각각 파우치 타입 또는 폴리머 타입을 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1테라스는 하면과 상면을 갖고, 상기 제1테라스의 하면은 상기 제1배터리 셀의 하면과 동일면을 이루고, 상기 제1테라스의 상면은 상기 제1배터리 셀의 하면과 상면 사이에 위치되고, 상기 제1셀탭은 상기 제1테라스의 하면과 상면 사이인 제1선단면으로부터 돌출되어 연장되고,
    상기 제2테라스는 상면과 하면을 갖고, 상기 제2테라스의 상면은 상기 제2배터리 셀의 상면과 동일면을 이루고, 상기 제2테라스의 하면은 상기 제2배터리 셀의 상면과 하면 사이에 위치되고, 상기 제2셀탭은 상기 제2테라스의 상면과 하면 사이인 제2선단면으로부터 돌출되어 연장된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호회로모듈과 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면 사이에 개재된 모듈 커버를 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모듈 커버는 상기 보호회로모듈의 후면을 덮는 동시에, 상기 제1,2셀탭과 각각 접촉하는 제1평면, 상기 제1,2테라스의 제1,2선단면과 각각 접촉하는 제2평면, 상기 제1,2테라스의 상면 및 하면과 각각 접촉하는 제3평면 및 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면과 평행한 제4평면을 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 모듈 커버와 상기 제1,2배터리 셀의 제1,2전방면 사이에 개재된 탄성 부재를 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2셀탭은 각각 상기 보호회로모듈의 전면에 구비된 제1,2패드에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 전면 및 상기 제1,2셀탭을 덮는 전방 케이스를 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
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