WO2018230805A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2018230805A1
WO2018230805A1 PCT/KR2018/001270 KR2018001270W WO2018230805A1 WO 2018230805 A1 WO2018230805 A1 WO 2018230805A1 KR 2018001270 W KR2018001270 W KR 2018001270W WO 2018230805 A1 WO2018230805 A1 WO 2018230805A1
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module case
cell
module
battery pack
circuit module
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PCT/KR2018/001270
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이상주
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삼성에스디아이주식회사
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having improved durability.
  • Secondary batteries which are represented by lithium secondary batteries having high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics, are widely used as energy sources for various mobile devices as well as various electronic products.
  • the secondary battery may be used as a removable structure that can be inserted and detached freely depending on the type of external device in which the secondary battery is used, or may be used as a built-in structure that is embedded in an external device.
  • a device such as a notebook can be inserted and removed from a battery according to a user's needs
  • some devices such as mobile phones require the use of an internal battery pack due to its structure and capacity.
  • the lithium secondary battery has a variety of combustible materials are built, there is a risk of overheating, explosion, etc. due to overcharge, overcurrent, other physical external shocks, etc., has a big disadvantage in safety. Therefore, in the lithium secondary battery, a PTC (Positive Temperature Coefficient) element, a protection circuit module (PCM), or the like is connected to the battery cell as a safety device that can effectively control abnormal conditions such as overcharge and overcurrent.
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • PCM protection circuit module
  • the secondary battery pack of the built-in structure uses a plate-shaped battery cell suitable for the electrical connection structure, PCM, etc. are connected to the battery cell by welding or soldering via a conductive nickel plate.
  • the nickel plate is welded or soldered to the electrode terminal of the battery cell, and the F (flexible) -PCB is welded on one side of the double-sided tape and the protective tape is attached on the other side, and the F-PCB is in close contact with the battery cell.
  • a battery pack is manufactured by connecting a PCM to a battery cell by welding electrode tabs and nickel plates.
  • Such a battery pack has a problem that, when an external shock is applied, the PCM is damaged or the dimensional stability is significantly lowered. Therefore, there is a high demand for a technology that can securely protect the PCM while at the same time stably coupling members mounted on the battery cell.
  • the present invention is to solve the various problems including the above problems, it is an object of the present invention to provide a battery pack with improved durability.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a battery cell comprising an electrode assembly, a sealing case accommodating the electrode assembly, and a first cell tab and a second cell tab having different polarities;
  • a protection circuit module disposed on one side of a battery cell and electrically connected to the first cell tab and the second cell tab; And an opening having one side open and accommodating the protective circuit module through the opening, the module having a shape where the width of both ends is narrower than the width at the center in the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening.
  • a battery pack is provided, including a case.
  • the sealing case may include a sealing terrace that seals the electrode assembly from the outside on one side, and may include an overlapping portion folded to have a chamfer shape at both end edges of the sealing terrace.
  • both ends of the module case may be positioned to correspond to the overlapping portion of the sealing terrace.
  • the module case may have an outer surface exposed to the outside and an inner surface into which the protective circuit module is inserted, and the inner surface may include a locker part for supporting the protective circuit module.
  • the inner side of the module case has a first inner side facing the first side and a second inner side facing the second side, and the locker is positioned on the first inner side. can do.
  • the module case may include an upper end including the first inner side and a lower end including the second inner side, and the upper end may have a first groove.
  • the lower end portion may have a second groove.
  • the width of the second groove may be wider than the width of the first groove.
  • the width of the second grooves may be equal to or larger than the width of the first cell tab or the second cell tab.
  • the module case may include protrusions protruding outwardly from both end portions thereof.
  • the battery cell may further include an insulation member interposed between the battery case and the module case.
  • FIG. 1 is a front view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a front view schematically illustrating a process of assembling the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross section taken along line A-A of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a front view schematically illustrating the module case of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a front view schematically illustrating a part including a module case of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating some manufacturing processes of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the x-axis, y-axis and z-axis are not limited to three axes on the Cartesian coordinate system, but may be interpreted in a broad sense including the same.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a front view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 3 is an assembly process of the battery pack of FIG. 1. It is a front view schematically showing.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery cell 100, a protection circuit module 200 and a protection circuit module 200 electrically connected to the battery cell 100. It includes a module case 300 for receiving.
  • the battery cell 100 may include an electrode assembly (not shown), a sealing case 110 to receive the electrode assembly, and a cell tab 102.
  • the electrode assembly may include a first electrode plate coated with an electrode active material, a second electrode plate, and a separator interposed therebetween.
  • the first electrode plate and the second electrode plate have different polarities.
  • the electrode assembly may be manufactured by winding the first electrode plate, the separator, and the second electrode plate sequentially so as to form a jelly-roll.
  • the electrode assembly may be a stacked electrode assembly in which the first electrode plate, the separator, and the second electrode plate are sequentially stacked.
  • the sealing case 110 may include a storage space for accommodating the electrode assembly.
  • the sealing case 110 may include an opening at one side, and the electrode assembly may be accommodated therein through the opening.
  • the sealed case 110 may be formed of a metal material, for example, may include an aluminum thin film.
  • the sealing case 110 is formed to have a laminated structure covered with a synthetic resin such as nylon, polypropylene or polyethylene on the upper and lower surfaces of a metal thin film, and the inner surface is a heat-adhesive resin for sealing. Is made of. Therefore, the sealing case 110 may be sealed by fusion bonding of the heat-adhesive resin coated on the inner surface by heating and pressing.
  • the sealing case 110 may accommodate the electrode assembly and the electrolyte, and may be a pouched-case having flexibility.
  • the sealing case 110 may include a sealing terrace 110a at one side.
  • the sealing terrace 110a may be understood as a portion having an extra space formed on one surface of the sealed outer circumferential surfaces formed when the electrode assembly is sealed to the sealing case 110 of the laminate sheet.
  • Sealing case 110 includes a sealing terrace (110a) for sealing the electrode assembly from the outside on one side, both edges of the sealing terrace (110a) has a folded portion 110b folded to have a chamfered form It can be provided.
  • the cell tab 102 may include a first cell tab 102a and a second cell tab 102b having different polarities from each other.
  • each of the first cell tab 102a and the second cell tab 102b may be connected to an electrode assembly, for example, the first cell tab 102a may be connected to the first electrode plate and the second cell tab ( 102b may be connected to the second electrode plate so that the first cell tab 102a may have a positive electrode and the second cell tab 102b may have a negative electrode.
  • the first cell tab 102a and the second cell tab 102b may be electrically connected to the protection circuit module 200.
  • the protection circuit module 200 may be disposed on one side of the battery cell 100 and electrically connected to the battery cell 100.
  • the protection circuit module 200 may be electrically connected to the battery cell 100 to control charging and discharging of the battery cell 100, and may prevent overheating and explosion caused by overcharge, overdischarge, or overcurrent.
  • the protection circuit module 200 may include an external terminal 204 extending outwardly.
  • the external terminal 204 may function to electrically connect the battery pack to an external device, and a connector 205 connected to the external device may be positioned at an end of the external terminal 204.
  • the protection circuit module 200 may include a lead tab 202 on one surface thereof, and the lead tab 202 may be connected to the first cell tab 102a and the second cell tab 102b of the battery cell 100, respectively. Can be.
  • the lead tab 202 of the protection circuit module 200 and the cell tab 102 of the battery cell 100 may be connected by, for example, spot welding.
  • the protection circuit module 200 may include a circuit board, protection elements mounted on the circuit board, and a temperature sensor.
  • the circuit board may extend in the longitudinal direction along one side of the battery cell 100.
  • the protection element may be selectively formed of a passive element such as a resistor and a capacitor of a circuit board, a safety element consisting of an active element such as an electric field transistor, or integrated circuits.
  • the module case 300 may have an opening OP open at one side to accommodate the protection circuit module 200.
  • the protection circuit module 200 may be seated in the module case 300 through the opening OP of the module case 300.
  • the module case 300 may function to protect the protection circuit module 200 from an external shock.
  • the module case 300 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.
  • insulating films 511, 512, 513, 514, 515, and 516 may be attached to the outer surface of the battery cell 100.
  • the insulating films 511, 512, 513, 514, 515, and 516 may be adhesive tapes having adhesive strength on one surface thereof.
  • Each of the insulating films 511, 512, 513, 514, 515, and 516 is disposed to cover the front, rear, left, right, top, and bottom of the battery cell 100, in particular, the top of the battery cell 100.
  • the insulating film 515 disposed in the battery cell 100 may function to fix the module case 300 to the battery cell 100.
  • the protection circuit module 200 may be electrically connected to the battery cell 100.
  • the battery cell 100 includes a first cell tab 102a and a second cell tab 102b, and the first cell tab 102a and the second cell tab 102b each lead the protective circuit module 200. May be connected to the tab 202. That is, as shown in FIG. 2, the protection circuit module 200 may be disposed so that the external terminal 204 faces the first direction ( ⁇ z direction) so as to be connected to the cell tabs 102.
  • the protection circuit module 200 is inserted into the module case 300 while being connected to the cell tabs 102 of the battery cell 100.
  • the module case 300 has an opening OP opened at one side.
  • the module case 300 has an opening OP opened at one side. Is positioned to face the first direction (-z direction), and the protection circuit module 200 may be inserted into the module case 300 in that state.
  • the battery cell 100, the protection circuit module 200, and the module case 300 assembled as described above may be provided as shown in FIG. 3. Then, the module case 300 is fixed through the jig (Z) disposed on both sides, it is rotated 180 ° around the rotation axis (RAX).
  • the module case 300 according to the present exemplary embodiment may include protrusions 310 protruding outwardly at both end ends thereof, and the protrusions 310 are formed by a jig Z for rotating the module case 300. It can serve as a handle of the jig (Z) to facilitate the.
  • the module case 300 rotated as described above may be seated on the sealing terrace 110a of the battery cell 100 as shown in FIG. 1. Therefore, the opening OP of the module case 300 may be finally disposed to face the second direction (+ z direction), and the tab of the protection circuit module 200 may also face the second direction (+ z direction). Can be arranged.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross section taken along line A-A of the battery pack of FIG. 1.
  • the battery pack according to the present embodiment packaged through the above-described assembly process may include a module case 300 located on the sealing terrace 110a of the battery cell 100.
  • the module case 300 may have a 'c' shape, and an opening OP at one side thereof may be opposite to the battery cell 100 in a second direction (+ z direction). Can be opened to face.
  • an insulating member 520 may be interposed between the module case 300 and the battery cell 100.
  • the insulating member 520 may be an insulating film.
  • the insulating member 520 prevents heat generated from the battery cell 100 from being transmitted to the module case 300 and the protection circuit module 200, and insulates the module case 300 from the battery cell 100. can do.
  • the module case 300 is illustrated as being spaced apart from the insulating member 520 by a predetermined distance, but the module case 300 may be disposed to directly contact the insulating member 520.
  • the upper insulating film 515 may be positioned on the module case 300.
  • the upper insulating film 515 may be, for example, an insulating tape having an adhesive force on one surface thereof, and may be positioned on the module case 300 to cover the module case 300. As illustrated in FIGS. 1 and 4, the upper insulating film 515 may be partially extended to the battery cell 100, and disposed to cover the module case 300 and a part of the battery cell 100. Thus, the module case 300 may function to fix the battery cell 100.
  • FIG. 5 is a front view schematically showing the module case 300 of the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 6 is a front view schematically showing a part including the module case 300 of the battery pack of FIG. 1.
  • 5 illustrates only the module case 300 separately
  • FIG. 6 illustrates a structure in which the protection circuit module 200 and the module case 300 are mounted in the battery cell 100.
  • the module case 300 includes an opening OP at one side thereof, and has a width in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening OP.
  • the width we may have a shape narrower than the width wc of the central portion 300c.
  • Both end ends 300e of the module case 300 may be positioned to correspond to the overlapping portions 110b of the sealing terrace 110a, as shown in FIG. 6.
  • the sealing case 110 includes a sealing terrace (110a) for sealing the electrode assembly from the outside on one side, both edges of the sealing terrace (110a) has a chamfered form It may be provided with an overlap portion 110b folded to have.
  • the module case 300 is mounted on the sealing terrace 110a. In the module case 300, it is important to avoid the overlapping portion 110b of the sealing terrace 110a. If the module case 300 is not designed to avoid the overlapping portion 110b, the module case 300 may not be compactly mounted on the sealing terrace 110a, and the module case 300 may be lifted to form a protective circuit module ( It is difficult for the 200 to be stably connected to the battery cell 100.
  • the battery cell 100 includes a sealing terrace 110a at one side of the sealing case 110, and the edge of the sealing terrace 110a reduces the external interference and compactly forms the sealing terrace 110a. Both ends of the) may be provided with an overlap portion 110b folded to have a chamfered form.
  • the overlapping portion 110b is formed by folding both edges of the sealing terrace 110a, the overlapping portion 110b may be formed thicker than other portions of the sealing terrace 110a. Therefore, the width (we) of both ends 300e of the module case 300 is formed to be narrower than the width (wc) of the central portion (300c) to avoid the overlapping portion (110b), the module case 300 Can be more stably seated on the sealing terrace (110a) and can implement a battery pack having a compact structure.
  • the module case 300 may have an outer surface 300u exposed to the outside and an inner surface 300i into which the protection circuit module 200 is inserted.
  • the locker part 320 supporting the protection circuit module 200 may be located on the inner side surface 300i of the module case 300.
  • the protection circuit module 200 may include the first surface 200a and the first surface based on the circuit board. It may have two sides 200b.
  • the protection circuit module 200 includes a first surface 200a and a second surface 200b, and the inner surface 300i of the module case 300 is disposed on the first surface 200a of the protection circuit module 200. It may have an opposite first inner surface 300ia and a second inner surface 300ib facing the second surface 200b of the protection circuit module 200.
  • the locker part 320 may be located on the first inner side surface 300ia corresponding to the upper end of the module case 300.
  • the locker unit 320 may support the protection circuit module 200 to prevent the protection circuit module 200 from being separated from the module case 300.
  • the module case 300 may have an upper end 300a including the first inner side surface 300ia and a lower end 300b including the second inner side surface 300ib.
  • the first groove 330 may be located at the upper end 300a of the module case 300.
  • the first grooves 330 may be formed at both sides of the locker part 320 to facilitate fastening of the locker part 320 and the protection circuit module 200.
  • a second groove 340 may be located at the lower end 300b of the module case 300 according to the present embodiment.
  • the second grooves 340 may be disposed on one side and the other side of the lower end 300b symmetrically, respectively.
  • the second groove 340 has a structure in which the cell tab 102 connecting the protection circuit module 200 and the battery cell 100 avoids interference with the module case 300 in which the protection circuit module 200 is inserted. It can be understood as.
  • the width w4 of the second groove 340 may be wider than the width w3 of the first groove 330.
  • the second groove 340 is to avoid interference of the cell tab 102 as described above, and is preferably formed to have a width equal to or greater than that of the cell tab 102.
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating some manufacturing processes of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the battery pack may first insert the protection circuit module 200 into the module case 300 and then connect with the battery cell 100. That is, in the above-described embodiment, if the protection circuit module 200 is pre-connected to the battery cell 100 and then the protection circuit module 200 is inserted into the module case 300 and manufactured, the protection circuit module 200 is protected. After the circuit module 200 is inserted into the module case 300 to be integrated, the circuit module 200 may be manufactured by connecting the circuit module 200 to the battery cell 100. In this case, the cell tab 102 of the battery cell 100 and the lead tab 202 of the protection circuit module 200 may be electrically connected by welding.
  • the protection circuit module 200 may be inserted into the module case 300 along the A direction.
  • the protection circuit module 200 inserted into the module case 300 may be integrated as shown in FIG. 7B. Thereafter, the cell tab 102 of the battery cell 100 and the lead tab 202 of the protection circuit module 200 may be welded to each other.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 내구성 및 안전성 향상을 위하여, 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 밀봉 케이스 및 서로 다른 극성을 갖는 제1 셀 탭 및 제2 셀 탭을 포함하는, 배터리 셀, 배터리 셀의 일측에 배치되며, 상기 제1 셀 탭 및 상기 제2 셀 탭과 전기적으로 연결되는, 보호회로모듈 및 일측이 개방된 개구를 갖고, 상기 개구를 통해 상기 보호회로모듈을 수용하며, 상기 개구의 길이 방향과 수직인 방향의 폭에 있어서 양 끝 단부의 폭이 중앙부에 폭 보다 좁은 형상을 갖는, 모듈 케이스를 구비하는, 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 내구성이 향상된 배터리 팩에 관한 것이다.
에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지로 대표되는 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. 이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 휴대폰 등과 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 배터리 팩의 사용이 요구되기도 한다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 배터리 셀에 접속되어 있다.
일반적으로, 내장형 구조의 이차배터리 팩은 전기적 연결 구조에 적합한 판상형 배터리 셀을 사용하며, PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 배터리 셀에 연결된다. 즉, 니켈 플레이트를 배터리 셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링 하고, 양면 테이프의 일측에는 F(flexible)-PCB를 용접하고 타측에는 보호 테이프를 부착하여 배터리 셀에 밀착시킨 상태에서, F-PCB의 전극탭과 니켈 플레이트가 용접되는 방법으로 PCM을 배터리 셀에 연결하여 배터리 팩을 제조한다.
이러한 배터리 팩은 외부에서 충격이 가해질 경우 기계적 강성이 낮은 PCM 이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점이 있었다. 따라서 배터리 셀에 탑재되는 부재들을 상호간 안정적으로 결합시킴과 동시에 PCM을 보호할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 내구성이 향상된 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 밀봉 케이스 및 서로 다른 극성을 갖는 제1 셀 탭 및 제2 셀 탭을 포함하는, 배터리 셀; 배터리 셀의 일측에 배치되며, 상기 제1 셀 탭 및 상기 제2 셀 탭과 전기적으로 연결되는, 보호회로모듈; 및 일측이 개방된 개구를 갖고, 상기 개구를 통해 상기 보호회로모듈을 수용하며, 상기 개구의 길이 방향과 수직인 방향의 폭에 있어서 양 끝 단부의 폭이 중앙부에 폭 보다 좁은 형상을 갖는, 모듈 케이스를 구비하는, 배터리 팩이 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 밀봉 케이스는 일측에 상기 전극조립체를 외부로부터 밀봉하는 밀봉 테라스를 포함하고, 상기 밀봉 테라스의 양 끝 모서리에 모따기 형태를 갖도록 접힌 중첩부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스의 양 끝 단부는 상기 밀봉 테라스의 중첩부에 대응하도록 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 외부로 노출되는 외측면과, 상기 보호회로모듈이 삽입되는 내측면을 가지며, 상기 내측면에는 상기 보호회로모듈를 지지하는 락커부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 모듈케이스의 상기 내측면은 상기 제1 면에 대향하는 제1 내측면과 상기 제2 면에 대향하는 제2 내측면을 가지며, 상기 락커부는 상기 제1 내측면에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 상기 제1 내측면을 포함하는 상단부 및 상기 제2 내측면을 포함하는 하단부를 포함하고, 상기 상단부는 제1 홈을 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 하단부는 제2 홈을 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제2 홈의 폭은 상기 제1 홈의 폭보다 넓을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제2 홈들의 폭은 상기 제1 셀 탭 또는 상기 제2 셀 탭의 폭 과 동일하거나 더 클 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 상기 양 끝 단부에 외측으로 돌출된 돌출부를 각각 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀과 상기 모듈 케이스 사이에는 개재되는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩의 내구성이 향상된 배터리 팩을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
아울러 본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터 도출될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩을 개력적으로 도시하는 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 조립 과정을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 A-A선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩의 모듈 케이스를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 6은 도 1의 배터리 팩의 모듈 케이스를 포함한 일부를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 제조 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 팩의 조립 과정을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리 셀(100), 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(200) 및 보호회로모듈(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함한다. 배터리 셀(100)은 전극 조립체(미도시), 전극 조립체를 수용하는 밀봉 케이스(110) 및 셀 탭(102)을 포함할 수 있다.
전극 조립체는 전극 활물질이 도포된 제1 전극판, 제2 전극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 제1 전극판과 제2 전극판은 서로 다른 극성을 갖는다. 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 후 젤리롤(jelly-roll) 형태가 되도록 권취하여 제작될 수 있다. 다른 실시예로서, 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 적층형 전극 조립체일 수 있다.
밀봉 케이스(110)는 전극 조립체를 수용할 수 있는 수납공간을 구비할 수 있다. 밀봉 케이스(110)는 일측에 개구를 포함하며, 개구를 통해 전극 조립체가 내부에 수용될 수 있다. 이러한 밀봉 케이스(110)는 금속재로 형성될 수 있으며, 예컨대 알루미늄 박막을 포함할 수 있다. 상세하게는, 밀봉 케이스(110)는 통상적으로 금속 재질의 박막의 상면과 하면에 나일론, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 합성수지로 덮어진 적층구조를 가지도록 형성되고, 밀봉을 위해 내면은 열접착성 수지로 이루어진다. 따라서, 밀봉 케이스(110)는 내면에 코팅된 열접착성 수지가 가열, 가압에 의하여 상호 융착되어 밀봉될 수 있다. 본 실시예에서 밀봉 케이스(110)는 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있으며, 유연성을 가지는 파우치형(Pouched-case)일 수 있다.
본 실시예에 따른 밀봉 케이스(110)는 일측에 밀봉 테라스(110a)를 구비할 수 있다. 밀봉 테라스(110a)는 전극 조립체가 라미네이트 시트의　밀봉 케이스(110)에　밀봉될 때 형성되는　밀봉된 외주면들 중, 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 부분으로 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 밀봉 케이스(110)는 일측에 전극조립체를 외부로부터 밀봉하는 밀봉 테라스(110a)를 포함하고, 밀봉 테라스(110a)의 양 끝 모서리는 모따기 형태를 갖도록 접힌 중첩부(110b)를 구비할 수 있다.
도 2를 참조하면, 셀 탭(102)은 서로 극성이 다른 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)을 포함할 수 있다. 도시되어 있지는 않으나, 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)은 각각 전극 조립체와 연결될 수 있고, 예컨대 제1 셀 탭(102a)은 제1 전극판과 연결되고 제2 셀 탭(102b)은 제2 전극판과 연결되어, 제1 셀 탭(102a)은 양극을 갖고, 제2 셀 탭(102b)은 음극을 가질 수 있다. 이러한 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)은 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)의 일측에 배치되며, 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(100)의 충방전을 제어할 수 있으며, 과충전, 과방전 또는 과전류로 인해 발생되는 과열 및 폭발을 방지할 수 있다. 보호회로모듈(200)은 외측으로 길게 연장된 외부 단자(204)를 포함할 수 있다. 외부 단자(204)는 배터리 팩을 외부 디바이스와 전기적으로 연결하는 기능을 할 수 있으며, 외부 단자(204)의 끝 단에는 외부 디바이스와 연결되는 커넥터(205)가 위치할 수 있다.
보호회로모듈(200)은 일면에 리드탭(202)을 포함할 수 있으며, 리드탭(202)이 각각 배터리 셀(100)의 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)과 연결될 수 있다. 보호회로모듈(200)의 리드탭(202)과 배터리 셀(100)의 셀 탭(102)은, 예컨대 스팟 용접(spot welding)에 의해 접속될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 도시되어 있지는 않으나, 회로기판, 회로기판에 마운트된 보호소자들 및 온도센서를 포함할 수 있다. 회로기판은 배터리 셀(100)의 일 측면을 따르는 길이 방향으로 연장될 수 있다. 보호소자는 회로기판의 저항 및 콘덴서와 같은 수동소자나 전계트랜지스터와 같은 능동소자로 이루어지는 안전 소자, 또는 집적 회로들이 선택적으로 형성될 수 있다.
모듈 케이스(300)는 보호회로모듈(200)을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 개구(OP)를 구비할 수 있다. 보호회로모듈(200)은 모듈 케이스(300)의 개구(OP)를 통해 모듈 케이스(300) 내에 안착될 수 있다. 모듈 케이스(300)는 보호회로모듈(200)을 외부의 충격으로부터 보호하는 기능을 할 수 있다. 모듈 케이스(300)에 관하여는 도 3 내지 도 5에서 자세히 설명하도록 한다.
한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 배터리 셀(100)을 보호하고 외부로부터 절연시키기 위하여, 배터리 셀(100) 외면에 절연필름들(511, 512, 513, 514, 515, 516)이 부착될 수 있다. 예컨대, 절연필름들(511, 512, 513, 514, 515, 516)은 일면에 접착력을 갖는 접착 테이프일 수 있다. 각각의 절연필름들(511, 512, 513, 514, 515, 516)은 배터리 셀(100)의 앞, 뒤, 좌, 우, 상, 하를 커버하도록 배치되며, 특히 배터리 셀(100)의 상부에 배치되는 절연필름(515)은 배터리 셀(100)에 모듈 케이스(300)를 고정시키는 기능을 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩은 먼저, 배터리 셀(100)에 보호회로모듈(200)이 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 셀(100)은 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)을 구비하며, 제1 셀 탭(102a) 및 제2 셀 탭(102b)이 각각 보호회로모듈(200)의 리드탭(202)에 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이, 보호회로모듈(200)은 외부 단자(204)가 제1 방향(-z 방향)을 향하도록 배치되어 셀 탭(102)들과 연결될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)의 셀 탭(102)들과 연결된 상태로 모듈 케이스(300)에 삽입된다. 모듈 케이스(300)는 일측에 개방된 개구(OP)를 구비하는데, 보호회로모듈(200)이 모듈 케이스(300)에 삽입되는 과정에서, 모듈 케이스(300)는 일측에 개방된 개구(OP)가 제1 방향(-z 방향)을 향하도록 위치하며, 그 상태로 보호회로모듈(200)이 모듈 케이스(300)에 삽입될 수 있다.
상술한 것과 같이 조립된 배터리 셀(100), 보호회로모듈(200) 및 모듈 케이스(300)는 도 3과 같이 구비될 수 있다. 그 후, 모듈 케이스(300)는 양 측에 배치된 지그(Z)를 통해 고정되며, 회전축(RAX)을 중심으로 180° 회전하게 된다. 본 실시예에 따른 모듈 케이스(300)는 양 끝 단부에 외측으로 돌출된 돌출부(310)를 각각 포함할 수 있으며, 이러한 돌출부(310)는 지그(Z)가 모듈 케이스(300)를 회전시키는 공정을 용이하기 수행할 수 있도록, 지그(Z)의 손잡이 역할을 할 수 있다.
이와 같이 회전된 모듈 케이스(300)는 도 1에 도시된 것과 같이 배터리 셀(100)의 밀봉 테라스(110a)에 안착할 수 있다. 따라서 모듈 케이스(300)의 개구(OP)는 제2 방향(+z 방향)을 향하도록 최종적으로 배치될 수 있으며, 보호회로모듈(200)의 탭 역시 제2 방향(+z 방향)을 향하도록 배치될 수 있다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 A-A선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 전술한 조립 과정을 거쳐 패키징된 본 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리 셀(100)의 밀봉 테라스(110a) 상에 위치한 모듈 케이스(300)를 구비할 수 있다. 모듈 케이스(300)는 도 4의 단면도에서 도시된 것과 같이 단면이 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있으며, 일측에 개구(OP)는 배터리 셀(100)과 반대 방향인 제2 방향(+z 방향)을 향하도록 개방될 수 있다.
일 실시예로, 모듈 케이스(300)와 배터리 셀(100) 사이에는 절연부재(520)가 개재될 수 있다. 예컨대, 절연부재(520)는 절연필름일 수 있다. 절연부재(520)는 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 모듈 케이스(300) 및 보호회로모듈(200)과 전달되는 것을 방지하고, 모듈 케이스(300)와 배터리 셀(100)을 절연 시키는 기능을 할 수 있다. 도 4에서는, 모듈 케이스(300)가 절연부재(520)와 소정 간격 이격된 것으로 도시되어 있으나, 모듈 케이스(300)는 절연부재(520)와 직접 접촉하도록 배치될 수도 있다.
한편, 모듈 케이스(300) 상에는 상부 절연필름(515)이 위치할 수 있다. 상부 절연필름(515)은 예컨대, 일면에 접착력을 구비한 절연 테이프일 수 있으며, 모듈 케이스(300)를 덮도록 모듈 케이스(300) 상에 위치할 수 있다. 상부 절연필름(515)은 도 1 및 도 4에 도시된 것과 같이, 일부가 배터리 셀(100) 측으로 연장되어 구비될 수 있으며, 모듈 케이스(300)와 배터리 셀(100)의 일부를 덮도록 배치되어 모듈 케이스(300)를 배터리 셀(100)에 고정하는 기능을 할 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 팩의 모듈 케이스(300)를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 6은 도 1의 배터리 팩의 모듈 케이스(300)를 포함한 일부를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 5는 모듈 케이스(300)만을 별도로 도시하고 있으며, 도 6은 보호회로모듈(200) 및 모듈 케이스(300)가 배터리 셀(100)에 장착된 구조를 도시하고 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 모듈 케이스(300)는 일측이 개방된 개구(OP)를 구비하고, 개구(OP)의 길이 방향과 수직인 방향의 폭에 있어서, 양 끝 단부(300e)의 폭(we)이 중앙부(300c)의 폭(wc) 보다 좁은 형상을 가질 수 있다. 모듈 케이스(300)의 양 끝 단부(300e)는 도 6에 도시된 것과 같이, 밀봉 테라스(110a)의 중첩부(110b)에 대응하도록 위치할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 밀봉 케이스(110)는 일측에 전극조립체를 외부로부터 밀봉하는 밀봉 테라스(110a)를 포함하고, 밀봉 테라스(110a)의 양 끝 모서리는 모따기 형태를 갖도록 접힌 중첩부(110b)를 구비할 수 있다. 모듈 케이스(300)는 상기 밀봉 테라스(110a)에 장착되는데, 모듈 케이스(300)에 있어서 밀봉 테라스(110a)의 중첩부(110b)를 회피하여 설계하는 것이 중요하다. 모듈 케이스(300)를 중첩부(110b)를 회피하여 설계하지 않으면, 모듈 케이스(300)가 밀봉 테라스(110a) 상에 컴팩트하기 안착될 수 없으며, 모듈 케이스(300)가 들뜨게 되어 보호회로모듈(200)이 배터리 셀(100)과 안정적으로 연결되기 어렵다.
모듈 케이스(300)의 양 끝 단부(300e)의 폭(we)이 중앙부(300c)의 폭(wc)보다 좁게 형성됨에 따라, 모듈 케이스(300)의 양 끝 단부(300e)에는 잉여 공간(s)이 발생된다. 이러한 잉여 공간(s)은 밀봉 테라스(110a)의 양 끝 모서리에 대응하도록 위치할 수 있다. 본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 밀봉 케이스(110)의 일측에 밀봉 테라스(110a)를 구비하고, 밀봉 테라스(110a)의 모서리를 외부 간섭을 줄이고, 컴팩트하게 형성하기 위해 밀봉 테라스(110a)의 양 끝 모서리를 모따기 형태를 갖도록 접은 중첩부(110b)를 구비할 수 있다. 이러한 중첩부(110b)는 밀봉 테라스(110a)의 양 끝 모서리를 접어서 형성하기 때문에, 밀봉 테라스(110a)의 다른 부분에 비하여 두껍게 형성될 수 있다. 따라서 모듈 케이스(300)의 양 끝 단부(300e)의 폭(we)을 중앙부(300c)의 폭(wc)보다 좁게 형성하여 상기 중첩부(110b)를 회피하도록 설계함에 따라, 모듈 케이스(300)를 밀봉 테라스(110a)에 더욱 안정적으로 안착시킬 수 있으며 컴팩트한 구조를 갖는 배터리 팩을 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 모듈 케이스(300)는 외부로 노출되는 외측면(300u)과, 보호회로모듈(200)이 삽입되는 내측면(300i)을 가질 수 있다. 모듈 케이스(300)의 내측면(300i)에는 보호회로모듈(200)을 지지하는 락커부(320)가 위치할 수 있다.
전술한 것과 같이, 보호회로모듈(200)은 판상 형태의 회로 기판 상에 여러 소자들 및 부재들이 집적되어 형성되므로, 보호회로모듈(200)은 회로 기판을 기준으로 제1 면(200a) 및 제2 면(200b)을 가질 수 있다. 보호회로모듈(200)은 제1 면(200a) 및 제2 면(200b)을 포함하며, 모듈 케이스(300)의 내측면(300i)은 보호회로모듈(200)의 제1 면(200a)에 대향하는 제1 내측면(300ia)과 보호회로모듈(200)의 제2 면(200b)에 대향하는 제2 내측면(300ib)을 가질 수 있다. 도 5를 참조하면, 락커부(320)는 모듈 케이스(300)의 상단부에 대응하는 제1 내측면(300ia)에 위치할 수 있다. 이러한 락커부(320)는 보호회로모듈(200)을 지지하여 보호회로모듈(200)이 모듈 케이스(300)로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 모듈 케이스(300)는 제1 내측면(300ia)을 포함하는 상단부(300a) 및 제2 내측면(300ib)을 포함하는 하단부(300b)를 가질 수 있다. 모듈 케이스(300)의 상단부(300a)에는 제1 홈(330)이 위치할 수 있다. 일 실시예로서, 제1 홈(330)은 락커부(320)의 양측에 각각 형성되어, 락커부(320)와 보호회로모듈(200)의 체결을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 모듈 케이스(300)의 하단부(300b)에는 제2 홈(340)이 위치할 수 있다. 일 실시예로서, 제2 홈(340)은 대칭적으로 각각 하단부(300b)에 일측 및 타측에 배치될 수 있다. 이러한 제2 홈(340)은 보호회로모듈(200)과 배터리 셀(100)을 연결하는 셀 탭(102)이 보호회로모듈(200)이 삽입된 모듈 케이스(300)와의 간섭을 회피하기 위한 구조로 이해될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 홈(340)의 폭(w4)은 제1 홈(330)의 폭(w3)보다 넓게 구비될 수 있다. 제2 홈(340)은 상술한 것과 같이 셀 탭(102)의 간섭을 회피하기 위한 것으로, 셀 탭(102)과 동일하거나 더 큰 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 제조 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 보호회로모듈(200)을 먼저 모듈 케이스(300)에 삽입한 후, 배터리 셀(100)과 연결할 수 있다. 즉, 전술한 실시예에서는 배터리 셀(100)에 보호회로모듈(200)을 선 연결한 후, 보호회로모듈(200)을 모듈 케이스(300)에 삽입하여 제조하는 것이었다면, 본 실시예에서는 보호회로모듈(200)을 모듈 케이스(300)에 삽입하여 일체화 시킨 후, 이를 배터리 셀(100)과 연결하는 방식으로 제조할 수 있다. 이때, 배터리 셀(100)의 셀 탭(102)과 보호회로모듈(200)의 리드탭(202)은 용접 방식을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
먼저, 도 7의 (a)와 같이 A방향을 따라 보호회로모듈(200)을 모듈 케이스(300)에 삽입할 수 있다. 모듈 케이스(300)에 삽입된 보호회로모듈(200)은 도 7의 (b)와 같이 일체화될 수 있다. 그 후, 배터리 셀(100)의 셀 탭(102)과 보호회로모듈(200)의 리드탭(202)을 용접하여 연결할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.

Claims (12)

  1. 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 밀봉 케이스 및 셀 탭을 포함하는, 배터리 셀;
    배터리 셀의 일측에 배치되며, 상기 제1 셀 탭 및 상기 제2 셀 탭과 전기적으로 연결되는, 보호회로모듈; 및
    일측이 개방된 개구를 갖고, 상기 개구를 통해 상기 보호회로모듈을 수용하며, 상기 개구의 길이 방향과 수직인 방향의 폭에 있어서 양 끝 단부의 폭이 중앙부에 폭 보다 좁은 형상을 갖는, 모듈 케이스;
    를 구비하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 케이스는 일측에 상기 전극조립체를 외부로부터 밀봉하는 밀봉 테라스를 포함하고, 상기 밀봉 테라스의 양 끝 모서리에 모따기 형태를 갖도록 접힌 중첩부를 포함하는, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 양 끝 단부는 상기 밀봉 테라스의 중첩부에 대응하도록 위치하는, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 외부로 노출되는 외측면과, 상기 보호회로모듈이 삽입되는 내측면을 가지며,
    상기 내측면에는 상기 보호회로모듈를 지지하는 락커부를 포함하는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모듈케이스의 상기 내측면은 상기 제1 면에 대향하는 제1 내측면과 상기 제2 면에 대향하는 제2 내측면을 가지며,
    상기 락커부는 상기 제1 내측면에 위치하는, 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 제1 내측면을 포함하는 상단부 및 상기 제2 내측면을 포함하는 하단부를 포함하고,
    상기 상단부는 제1 홈을 갖는, 배터리 팩,
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 제1 내측면을 포함하는 상단부 및 상기 제2 내측면을 포함하는 하단부를 포함하고,
    상기 하단부는 제2 홈을 갖는, 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 홈의 폭은 상기 제1 홈의 폭보다 넓은, 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 홈들의 폭은 상기 제1 셀 탭 또는 상기 제2 셀 탭의 폭 과 동일하거나 더 큰, 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 양 끝 단부에 외측으로 돌출된 돌출부를 각각 포함하는, 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 상기 모듈 케이스 사이에는 개재되는 절연부재를 더 포함하는, 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 셀 탭 또는 상기 제2 셀 탭과 대응하는 상기 모듈 케이스의 일 면은 오픈부를 갖는, 배터리 팩.
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