KR20190056170A - 커버레이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 단위 셀들이 적층된 단위 셀 적층체; 상기 단위 셀들에 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 이상 절곡된 커버레이; 및 상기 커버레이에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트; 를 포함하고, 상기 커버레이는 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 상기 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 상기 전지 관리 시스템과 상기 커버레이가 전기적으로 연결되는 전지팩에 관한 것이다.

Description

커버레이를 포함하는 전지팩{Battery Pack Comprising coverlay}
본 발명은 커버레이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이차 전지는 그것이 사용되는 외부 기기의 종류에 따라, 단일 전지셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 단위 셀들을 전기적으로 연결한 전지셀 적층체의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지셀 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 고출력 및 고용량의 문제로 전지셀 적층체를 포함하는 전지팩의 사용이 요구된다.
이러한 전지팩은 다수의 단위 셀들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 전지셀 적층체에 안전 제어 장치 등을 연결함으로써 제조된다. 단위 셀로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극 단자들을 버스 바 등의 접속 부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위 전지로서 유리하다.
그러나, 고출력 및 고용량을 요구하는 전지팩의 경우, 다수의 전지셀들을 연결하는 접속 부재 및 각종 안전 제어 장치들이 포함되어야 하므로 전지팩의 전체 부피와 무게가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지팩이 절곡된 커버레이(COVERLAY)를 포함하고, 커버레이는 전지 관리 시스템(BattEry management system) 접속부를 포함하고, 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 전지 관리 시스템에 커버레이가 전기적으로 연결되며, 연장부, 최외각 전극 단자 말단부, 및 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 전지 관리 시스템 플레이트는 전지 관리 시스템 장착부에 위치함으로써, 별도의 연결 부재들을 필요로 하지 않으므로 전지팩의 부피 및 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트한 전지팩을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은 복수의 단위 셀들이 적층된 단위 셀 적층체, 상기 단위 셀들에 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 이상 절곡된 커버레이, 및 상기 커버레이에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트를 포함하고, 상기 커버레이는스 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 상기 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 상기 전지 관리 시스템과 상기 커버레이가 전기적으로 연결된다.
상기 전지 관리 시스템 접속부와 상기 전지 관리 시스템 플레이트가 결합된다.
상기 커버레이는 폭 대비 길이가 긴 판상형으로 형성된 적어도 둘 이상의 커버레이부를 포함하고, 상기 커버레이부는 상기 단위 셀들의 전극 단자가 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다.
상기 커버레이는 적어도 하나 이상의 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부는 상대적으로 폭이 줄어드는 절취부을 포함한다.
상기 커버레이는 전극 단자 연결부와 절연층을 포함하고, 상기 절연층에 상기 전극 단자 연결부가 합지되어 있다.
상기 전극 단자 연결부에 의해 상기 단위 셀들이 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결되어 있다.
상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이의 길이방향을 기준으로 상기 커버레이의 중앙에 위치한다.
상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이로부터 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장된 연장부를 포함한다.
상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 연장부의 말단에 형성된 접속 단자를 더 포함한다.
상기 접속 단자는 상기 연장부가 연장된 방향에서 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되어 있다.
상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 최외각 전극 단자 말단부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되어 있다.
상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 전원 공급 단자부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되어 있다.
상기 연장부, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 상기 전지 관리 시스템 플레이트는 상기 전지 관리 시스템 장착부에 위치한다.
상기 접속 단자, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부는 상기 전지 관리 시스템 플레이트의 측면과 상부면을 감싸고 있다.
상기 전지 관리 시스템 플레이트의 상부면에 위치하는 외부 커넥터를 더 포함한다.
상기 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 탄성 부재를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩은 복수의 단위 셀들이 적층된 단위 셀 적층체, 상기 단위 셀들에 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 이상 절곡된 커버레이, 상기 커버레이에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트, 및 딱한 리지드층을 포함하고, 상기 커버레이는 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 상기 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 상기 전지 관리 시스템과 상기 커버레이가 전기적으로 연결된다.
상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이로부터 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부의 말단에는 접속 단자가 형성되어 있으며, 상기 접속 단자는 상기 연장부가 연장된 방향에서 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되고, 상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 최외각 전극 단자 말단부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되며, 상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 전원 공급 단자부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되고, 상기 연장부, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 상기 전지 관리 시스템 플레이트는 상기 전지 관리 시스템 장착부에 위치하며, 상기 접속 단자, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부는 상기 전지 관리 시스템 플레이트의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다.
상기 전지 관리 시스템 플레이트의 상부면에 위치하는 외부 커넥터를 더 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 무인 비행체, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거, 에너지 저장 시스템 또는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 중에서 선택되는 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 전지팩은 단위 셀들에 전기적으로 연결되는 절곡된 커버레이를 포함하고, 커버레이는 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 전지 관리 시스템에 전기적으로 연결되며, 연장부, 최외각 전극 단자 말단부, 및 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 전지 관리 시스템 플레이트는 전지 관리 시스템 장착부에 위치하도록 구성함으로써, 전지팩의 부피 및 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트한 전지팩을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 2는 도 1의 커버레이의 모식도이다;
도 3은 도 2의 커버레이가 절곡되기 전 단위 셀들과 연결되어 있는 형상을 나타내는 모식도이다;
도 4는 도 2의 커버레이 상에 형성된 전지 관리 시스템 장착부를 나타내는 모식도이다;
도 5는 도 3의 절곡되기 전의 커버레이에 전지 관리 시스템을 연결한 모식도이다
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다. 도 2는 도 1의 커버레이의 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지팩(10)은 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)이 적층된 단위 셀 적층체(100), 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)에 전기적으로 연결되고, 절곡된 구조의 커버레이(200) 및 커버레이(200)에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트(300)를 포함한다. 특히, 커버레이(200)는 전지 관리 시스템 접속부(210)를 포함하고, 전지 관리 시스템 접속부(210)를 통해서 전지 관리 시스템에 전기적으로 연결되고, 전지 관리 시스템 접속부(210)에 의해 커버레이(200)와 전지 관리 시스템 플레이트(300)가 직접 결합될 수 있다.
도 3은 도 2의 커버레이가 절곡되기 전 단위 셀들에 연결되어 있는 형상을 나타내는 모식도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 커버레이(200)는 전극 단자 연결부(230: 230a, 230b, 230c, 230d, 230e)와 절연층(220)을 포함하고, 절연층(220)에 전극 단자 연결부(230)가 합지되어 있다. 절연층(220)은 전극 단자 연결부(230)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 커버레이(200)는 폭 대비 길이가 긴 판상형의 커버레이부들(241, 242, 243, 244, 245, 246)을 더 포함하고, 커버레이부들(241, 242, 243, 244, 245, 246)은 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 전극 단자들(111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 161, 162)이 연장된 방향과 수직으로 교차하는 방향으로 연장되어 있다.
전극 단자 연결부(230)에 의해 동일한 크기와 형상을 가진 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 구체적으로, 전극 단자 연결부(230a)에 의해 직렬 연결된 인접한 단위 셀들(110, 120)은 단위 셀들(110, 120)의 전면부들(113, 123)이 서로 대면하도록 적층되어 있다. 전극 단자 연결부(230c)에 의해 직렬 연결된 인접한 단위 셀들(130, 140)은 단위 셀들(130, 140)의 전면부들(133, 143)이 서로 대면하도록 서로 적층되어 있다. 마찬가지로, 전극 단자 연결부(230e)에 의해 직렬 연결된 인접한 단위 셀들(150, 160)은 단위 셀들(150, 160)의 전면부들(153, 163)이 서로 대면하도록 적층되어 있다. 하지만, 전극 단자 연결부(230b)에 의해 직렬 연결된 인접한 단위 셀들(120, 130)은 단위 셀들(120, 130)의 전면부들(120, 130)이 서로 대향하도록 적층되어 있다. 마찬가지로, 전극 단자 연결부(230d)에 의해 직렬 연결된 인접한 단위 셀들(140, 150)은 단위 셀들(140, 150)의 전면부들(143, 153)이 서로 대향하도록 적층되어 있다.
전지팩(10)의 출력, 용량 및 형상에 따라 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 개수가 결정될 수 있고, 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 직렬뿐만 아니라 병렬 및 직렬/병렬 등 전극 단자 연결부(230)에 의해 다양한 구조로 연결될 수 있다. 또한, 전지팩(10)이 장착되는 디바이스의 내부 공간을 고려하여 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 형상 및 크기를 다양하게 형성할 수 있다.
단위 셀(110)의 전극 단자(112)와 단위 셀(120)의 전극 단자(121)는 별도의 연결 부재 없이 전극 단자 연결부(230a)에 직접 연결된다. 단위 셀(120)의 전극 단자(122)와 단위 셀(130)의 전극 단자(131)는 별도의 연결 부재 없이 전극 단자 연결부(230b)에 직접 연결된다. 단위 셀(130)의 전극 단자(132)와 단위 셀(140)의 전극 단자(141)는 별도의 연결 부재 없이 전극 단자 연결부(230c)에 직접 연결된다. 단위 셀(140)의 전극 단자(142)와 단위 셀(150)의 전극 단자(151)는 별도의 연결 부재 없이 전극 단자 연결부(230D)에 직접 연결된다. 단위 셀(150)의 전극 단자(152)와 단위 셀(160)의 전극 단자(162)는 별도의 연결 부재 없이 전극 단자 연결부(230e)에 직접 연결된다. 전극 단자들(112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 162)은 전극 단자 연결부(230)에 납땜 등으로 연결될 수 있다. 다른 실시 예에서는 별도의 연결 부재를 통해서 전극 단자들(112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 162)이 전극 단자 연결부(230)에 연결될 수 있다. 하나의 예로서, 상기 연결 부재는 "U" 형상으로 절곡된 도전성 판상 부재가 사용될 수 있다. 상기 연결 부재의 내측으로 형성된 공간에 대응하는 상기 전극 단자가 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 연결 부재에 삽입된 전극 단자들(112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 162)은 납땜 및 레이저 용접 등으로 고정될 수 있다.
커버레이(200)는 절곡부들(A1, A2, A3, A4)을 포함한다. 절곡부들(A1, A2, A3, A4)은 커버레이(200)가 180도로 접히면서 두 개의 각진 모서리들이 형성된 "ㄷ" 형상이다. 절곡부들(A1, A2, A3, A4)의 형상은 "ㄷ" 형상에만 국한되지 않으며, 커버레이(200)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 절곡부들(A1, A2, A3, A4)의 개수는 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 개수 및 커버레이(200)의 절곡 형상에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 절곡부들(A1, A2, A3, A4)의 상기 두 개의 각진 모서리들에는 상대적으로 폭이 줄어드는 절취부들(B1, B2, B3, B4, B5)가 형성되어 있다. 절취부들(B1, B2, B3, B4, B5)에 의해 커버레이(200)가 용이하기 절곡될 수 있다. 또한, 절취부를(B1, B2, B3, B4, B5) 대신하여 노치를 형성하여 동일한 효과를 이룰 수도 있다.
커버레이(200)는 폭 대비 길이가 긴 판상형의 커버레이부들(241, 242, 243, 244, 245, 246)을 포함한다. 커버레이부들(241, 242)은 절곡부(A1)의 두 개의 각진 모서리들에서 각각 연장되어 있고, 단위 셀들(110, 120)의 적층된 높이만큼 서로 평행하게 이격되어 있다. 커버레이부(241)은 단위 셀(110)의 전극 단자들(111, 112)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 마찬가지로, 커버레이부(242)는 단위 셀(120)의 전극 단자들(121, 122)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다.
커버레이부들(243, 244)은 절곡부(A3)의 두 개의 각진 모서리들에서 각각 연장되어 있고, 단위 셀들(130, 140)의 적층된 높이만큼 서로 평행하게 이격되어 있다. 커버레이부(243)은 단위 셀(130)의 전극 단자들(131, 132)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 마찬가지로, 커버레이부(244)는 단위 셀(140)의 전극 단자들(141, 142)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다.
커버레이부들(245, 246)은 절곡부(A4)의 두 개의 각진 모서리들에서 각각 연장되어 있고, 단위 셀들(130, 140)의 적층된 높이만큼 서로 평행하게 이격되어 있다. 커버레이부(243)은 단위 셀(130)의 전극 단자들(131, 132)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 마찬가지로, 커버레이부(244)는 단위 셀(140)의 전극 단자들(141, 142)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있다.
커버레이부들(242, 243)은 절곡부(A2)의 두 개의 각진 모서리들에서 각각 연장되어 있고, 단위 셀들(120, 130)이 이격된 거리만큼 서로 평행하게 이격되어 있다. 마찬가지로, 커버레이부들(244, 245)은 절곡부(A4)의 두 개의 각진 모서리들에서 각각 연장되어 있고, 단위 셀들(140, 150)이 이격된 거리만큼 서로 평행하게 이격되어 있다.
커버레이(200)는 전지 관리 시스템 접속부(210)를 더 포함한다. 전지 관리 시스템 접속부(210)는 커버레이(200)가 절곡되기 전의 형상(도 3 참조)에서 길이방향을 기준으로 중앙에 위치한다. 전지 관리 시스템 접속부(210)의 위치는 특별히 한정되지 않으나, 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 개수 및 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 형상에 따라 결정될 수 있다.
전지 관리 시스템 접속부(210)는 커버레이(200)로부터 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 전극 단자들(111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 161, 162)이 연장된 방향으로 연장된 연장부(211)를 포함한다. 연장부(211)는 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)을 연결하는 전극 단자 연결부(230a, 230b, 230d, 230e)의 일부가 전지 관리 시스템 접속부(210)를 형성하기 위해 커버레이(200)의 길이 방향에 따라 연장된 부분이 전극 단자 연결부(203c)의 일부와 함께 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 전극 단자들(111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152, 161, 162)이 연장된 방향으로 더 연장되어 형성된 것이다. 연장부(211)의 일면에는 절연층(220)이 형성되어 있고, 절연층(220)은 연장부(211)를 따라 연장되어 있다.
연장부(220)의 말단에는 접속 단자(230)가 형성되어 있다. 접속 단자(230)는 연장부(220)가 연장된 방향에서 전지팩(10)의 내측 방향으로 절곡되어 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 접속된다. 접속 단자(230)는 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다. 접속 단자(200)에는 절연층(220)이 형성되어 있지 않다.
커버레이(200)는 길이방향 양측에 위치하는 최외각 전극 단자 연결부들(231, 232)을 더 포함한다. 최외각 전극 단자 연결부(231)는 단위 셀 적층체(100)의 최외각에 위치하는 단위 셀(110)의 전극 단자(111)에 전기적으로 연결된다. 최외각 전극 단자 연결부(231)는 전극 단자(111)가 연장된 방향으로 연장되고 전지팩(10)의 내측 방향으로 절곡되어 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 접속된다. 최외각 전극 단자 연결부(231)은 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다.
최외각 전극 단자 연결부(232)는 최외각 전극 단자 연결부(231)가 형성된 단위 셀 적층체(100)의 일면에 대향하는 타면에 형성되어 있다. 최외각 전극 단자 연결부(232)는 최외각에 위치하는 단위 셀(160)의 전극 단자(161)에 전기적으로 연결된다. 최외각 전극 단자 연결부(232)는 전극 단자(161)가 연장된 방향으로 연장되고 전지팩(10)의 내측 방향으로 절곡되어 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 접속된다. 최외각 전극 단자 연결부(232)은 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다.
커버레이(200)는 길이방향 양측에 위치하는 전원 공급 단자부들(233, 234)을 더 포함한다. 전원 공급 단자부들(233, 234)은 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 상부면에 위치하는 외부 커넥터(310)을 통해서 전지팩(10)이 장착되는 디바이스에 전력을 공급한다. 전원 공급 단자부(233)는 단위 셀 적층체(100)의 최외각에 위치하는 단위 셀(110)의 전극 단자(111)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급 단자부(233)는 전극 단자(111)가 연장된 방향으로 연장되고 전지팩(10)의 내측 방향으로 절곡되어 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 접속된다. 전원 공급 단자부(233)는 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다.
전원 공급 단자부(234)는 전원 공급 단자부(233)가 형성된 단위 셀 적층체(100)의 일면에 대향하는 타면에 형성되어 있다. 전원 공급 단자부(234)는 최외각에 위치하는 단위 셀(160)의 전극 단자(161)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급 단자부(234)는 전극 단자(161)가 연장된 방향으로 연장되고 전지팩(10)의 내측 방향으로 절곡되어 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 접속된다. 전원 공급 단자부(234)은 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다.
도 4는 도 2의 커버레이 상에 형성된 전지 관리 시스템 장착부를 나타내는 모식도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 전지 관리 시스템 접속부(210), 최외각 전극 단자 연결부(231, 232), 및 전원 공급 단자부들(233, 234)이 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 측면과 상부면을 감싸는 구조로 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해 커버레이(200) 상에 전지 관리 시스템 장착부(330: 도 4 참조)가 형성되고, 전지 관리 시스템 프레이트(300)는 별도의 결속부재 없이 전지 관리 시스템 장착부(330)에 견고하게 위치할 수 있다.
커버레이(200)는 딱딱한 리지드층(250)을 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 딱딱한 리지드층은 커버레이부들(241, 242, 243, 244, 245, 246)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 딱딱한 리지드층(250)은, 전지 관리 시스템 장착부(330)에 전지 관리 시스템 플레이트(300)가 장착할 때, 전지 관리 시스템 플레이트(300)를 견고하게 지지할 수 있다.
전지 관리 시스템 프레이트(300)는 상태 감시부, 알고리즘 연산부, 명령 제어부, 보호 회로부 그리고 통신부를 포함한다. 상태 감시부에서는 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 전압, 전류, 온도 등을 측정하며, 알고리즘 연산부에서는 SOC(Sate of Charge), SOH(State of Health) 그리고 다양한 셀 밸런싱(Cell Balancing) 알고리즘을 연산한다. 명령 제어부에서는 셀 밴런싱 또는 보호 기능을 수행하기 위해 스위치에 제어 신호를 보내는 기능을 담당하며, 보호 회로부는 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 전압 또는 전류를 제어함으로써 과전압, 과전류, 과충전, 과방전, 단락, 역전압 등을 감시하고 차단하여 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)을 보호하는 기능을 담당한다. 상기 보호 회로부는 전계 효과 능동 소자(field effect transistor), 집적회로(integrated circuit), 양성온도소자(positive temperature coefficient), 스위칭 소자등을 포함한다. 그리고 통신부에서는 마스트(Master)와 슬래이브(Slave)간에 CAN(Controller Area Network) 통신을 하거나, 마스트에서 외부기기로 RS??232C 통신 등을 할 수 있도록 구성된다. 전지 관리 시스템 플레이트(300)의 상부면에는 외부 커넥터(310)가 형성되어 있어 외부기기와의 통신 및 전력 공급 단자로 이용된다.
도 1을 참조하면, 전지팩(10)은 탄성 부재들(400, 410, 420, 430, 440)을 더 포함한다. 탄성 부재(400)는 단위 셀들(110, 120) 사이에 개재되어 있고, 탄성 부재(410)는 단위 셀들(120, 130) 사이에 개재되어 있으며, 탄성 부재(420)는 단위 셀들(130, 140) 사이에 개재되어 있고, 탄성 부재(430)는 단위 셀들(110, 120) 사이에 개재되어 있으며, 탄성 부재(440)는 단위 셀들(110, 120) 사이에 개재되어 있다. 탄성 부재들(400, 410, 420, 430, 440)은 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 충방전 시 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 부피 변화를 수용할 수 있는 탄성력을 가지고 있다. 또한, 탄성 부재들(400, 410, 420, 430, 440)은 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)을 고정하기 위한 접착 테이프일 수 있다.
도 5는 도 3의 절곡되기 전의 커버레이에 전지 관리 시스템 플레이트를 연결한 모식도이다. 도 2, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 전지팩을 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 나타난 것과 같이 절곡되기 전의 커버레이(200)에 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)을 전기적으로 연결한다. 그리고, 도 5에 나타난 것과 같이 전지 관리 시스템 접속부(210)에 전지 관리 시스템 플레이트(300)을 연결한다. 그리고, 도 2에 나타난 것과 같이 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)을 적층하여 단위 셀 적층체(100)을 형성하며 커버레이(200)을 절곡한다. 그런 다음, 전지 관리 시스템 플레이트(300)를 90도로 절곡하여 절곡된 커버레이(200) 상에 형성된 전지 관리 시스템 장착부(330)에 전지 관리 시스템 플레이트(300)을 장착한다. 마지막으로, 최외각 전극 단자 연결부들(231, 232)과 전원 공급 단자부들(233, 234)을 절곡하여 전지 관리 시스템 플레이트(300)에 연결한다.
본 발명에서 상기 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 스택형, 스택/폴딩형, 또는 라미네이션??스택형으로 형성될 수 있으나, 이들이 둘 이상의 조합된 형태로 하나의 전지케이스에 내장된 형태도 가능함은 물론이다. 상기 스택/폴딩형 구조의 전극군에 대한 자세한 내용은 한국 특허출원공개 제2001??0082058호, 제2001??0082059호 및 제2001??0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
상기 전지케이스는 상기 전극조립체가 수납되어 제조되는 단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 부피를 최소화할 수 있도록, 그것의 내면 구조가 상기 전극조립체의 외면에 대응하게 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 전지케이스의 외면 구조도 상기 전극조립체의 외면에 대응하여 부피를 최소화한 구조일 수 있다.
상기 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스일 수도 있고 금속 캔일 수도 있다.
상기 금속 캔 형의 전지케이스는 금속 소재의 중공형 구조로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 파우치형 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 상기 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 캔 형 전지케이스의 경우에는, 전극조립체의 도입을 위해 개방된 일측 또는 양측 공간이 덮개로 덮혀진 상태에서 용접하는 방식으로 밀봉될 수 있고, 파우치형 전지케이스의 경우에는 수납부의 외주면을 열융착하는 방식으로 밀봉할 수 있다.
상기 라미네이트 시트의 전지케이스와 상기 금속 캔에는, 본 발명에 따른 특이한 구조의 전극조립체가 내장되는 수납부가 형성되어 있을 수 있으며, 상기 수납부는 본 발명에 따른 특이한 구조의 전극조립체의 형상에 대응하는 폭과 높이가 있는 단차 구조의 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 전지케이스가 라미네이트 시트의 전지케이스일 경우, 상기 라미네이트 시트의 전지케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 상호 결합되어 밀봉된 공간 상에 적층된 전극조립체들이 수용될 수 있도록 전극조립체들의 적층 외형에 대응하여 수납부들이 형성될 수 있다.
단위 셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 단위 셀들이 적층된 단위 셀 적층체;
    상기 단위 셀들에 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 이상 절곡된 커버레이; 및
    상기 커버레이에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 커버레이는 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 상기 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 상기 전지 관리 시스템과 상기 커버레이가 전기적으로 연결되는 전지팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 접속부와 상기 전지 관리 시스템 플레이트가 결합되는 전지팩.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 커버레이는 폭 대비 길이가 긴 판상형으로 형성된 적어도 둘 이상의 커버레이부를 포함하고,
    상기 커버레이부는 상기 단위 셀들의 전극 단자가 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있는 전지팩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 커버레이는 적어도 하나 이상의 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부는 상대적으로 폭이 줄어드는 절취부을 포함하는 전지팩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 커버레이는 전극 단자 연결부와 절연층을 포함하고, 상기 절연층에 상기 전극 단자 연결부가 합지되어 있는 전지팩.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극 단자 연결부에 의해 상기 단위 셀들이 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결되는 전지팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이의 길이방향을 기준으로 상기 커버레이의 중앙에 위치하는 전지팩.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이로부터 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장된 연장부를 포함하는 전지팩.
  9. 제8 항에 있어서
    상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 연장부의 말단에 형성된 접속 단자를 더 포함하는 전지팩.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 접속 단자는 상기 연장부가 연장된 방향에서 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되는 전지팩.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 최외각 전극 단자 말단부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되는 전지팩.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 전원 공급 단자부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되는 전지팩.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 연장부, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 상기 전지 관리 시스템 플레이트는 상기 전지 관리 시스템 장착부에 위치하는 전지팩.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 접속 단자, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부는 상기 전지 관리 시스템 플레이트의 측면과 상부면을 감싸는 전지팩.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 플레이트의 상부면에 위치하는 외부 커넥터를 더 포함하는 전지팩.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 탄성 부재를 더 포함하는 전지팩.
  17. 복수의 단위 셀들이 적층된 단위 셀 적층체;
    상기 단위 셀들에 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 이상 절곡된 커버레이;
    상기 커버레이에 전기적으로 연결되는 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 관리 시스템 플레이트;
    및
    딱딱한 리지드층;
    을 포함하고,
    상기 커버레이는 전지 관리 시스템 접속부를 포함하고, 상기 전지 관리 시스템 접속부를 통해서 상기 전지 관리 시스템과 상기 커버레이가 전기적으로 연결되는 전지팩.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 접속부는 상기 커버레이로부터 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장된 연장부를 포함하고,
    상기 연장부의 말단에는 접속 단자가 형성되어 있으며,
    상기 접속 단자는 상기 연장부가 연장된 방향에서 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되고,
    상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 최외각 전극 단자 말단부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되며,
    상기 커버레이의 길이방향 양측에 위치하는 전원 공급 단자부는 상기 단위 셀의 전극 단자가 연장된 방향으로 연장되고 상기 전지팩의 내측 방향으로 절곡되어 상기 전지 관리 시스템 플레이트에 결합되고,
    상기 연장부, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부에 의해서 전지 관리 시스템 장착부가 형성되고, 상기 전지 관리 시스템 플레이트는 상기 전지 관리 시스템 장착부에 위치하며,
    상기 접속 단자, 상기 최외각 전극 단자 말단부, 및 상기 전원 공급 단자부는 상기 전지 관리 시스템 플레이트의 측면과 상부면을 감싸는 전지팩.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템 플레이트의 상부면에 위치하는 외부 커넥터를 더 포함하는 전지팩.
  20. 제1 항 또는 제17항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
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