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KR101814106B1 - 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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KR101814106B1
KR101814106B1 KR1020130118752A KR20130118752A KR101814106B1 KR 101814106 B1 KR101814106 B1 KR 101814106B1 KR 1020130118752 A KR1020130118752 A KR 1020130118752A KR 20130118752 A KR20130118752 A KR 20130118752A KR 101814106 B1 KR101814106 B1 KR 101814106B1
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battery cell
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battery cells
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박흥근
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 셀은 적어도 일면에 결합홈이 형성된 복수의 배터리 셀; 및 판 형상의 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 돌출되도록 형성되는 복수의 돌출부;를 구비하여, 상기 복수의 배터리 셀에 형성된 결합홈에 상기 돌출부가 각각 끼움 방식으로 결합하는 접속부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 셀은 배터리 셀과 접속부재를 끼움 방식으로 결합함으로써, 단순한 결합 방식으로 설비 투자 비용이 감소할 뿐만 아니라, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩{Connector and battery pack including the same}
본 발명은 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 구체적으로는 복수개의 배터리 셀을 용접 과정 없이 끼움 방식으로 결합함으로써, 작업을 간소화할 수 있는 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차전지는 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류되는데, 이 중 원통형 전지는 주로 금속 재질의 케이스를 사용하여 다른 형태의 배터리 셀에 비해 안전성이 뛰어나다. 또한, 전극 조립체를 둥글게 말아서 제조하기 때문에, 부피당 에너지 밀도가 높을뿐만 아니라, 복수의 단위 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 대용량의 전력 저장 장치를 구성하기 쉽다는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 원통형 배터리 셀(110)의 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 배터리 셀(110)은 원통형상의 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑부(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)와 같은 안전 소자(12), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(13)를 전류차단부재(15)로부터 전기적으로 분리시키는 제1 가스켓(14), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(15)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 제2 가스켓(16)에 장착된 상태로 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(15), 안전 벤트(13) 및 안전 소자(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다.
그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(30) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 안전 벤트(13)는 그 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전 벤트(13)가 전류차단부재(15)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않게 되어 배터리 셀의 안전성이 확보된다.
이때, 배터리 셀(110)은 용량 및 출력을 증가 시키기 위하여 다수의 배터리 셀(110)이 결합되며, 이때, 다수의 배터리 셀(110)은 용접 방식으로 결합될 수 있다.
도 2는 다수의 배터리 셀이 용접 방식으로 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 다수의 배터리 셀(110)은 니켈 플레이트와 같은 금속 플레이트(60)를 사용하여 스팟 용접(S) 또는 솔더링 공정을 통해 전기적으로 결합하고 있다.
그러나, 스팟 용접 또는 솔더링 공정은 작업자의 숙련된 기술과 노하우를 필요로 하고, 스팟 용접의 강도를 결정하기 위한 파라미터들의 관리를 지속적으로 수행하여야 하므로 생산 공정이 복잡해지고 비용이 증가하게 되어 생산 효율을 저해하는 요인으로 작용한다.
또한, 배터리 셀에 직접 스팟 용접 또는 솔더링을 행하는 과정에서 용접부위에 단락이 발생할 수 있고, 배터리 셀과 접속부재 사이에 전기적 또는 열적인 손상이 초래되어 전지의 안전성을 위협하고 제품의 불량률을 높이는 원인이 된다. 더욱이, 스팟 용접 또는 솔더링은 제조과정이 복잡하여 설비투자비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 전지의 안정성을 위협하고 복잡한 작업공정을 요구하는 스팟 용접, 솔더링 등을 통한 접속방식을 대체할 수 있으며, 동시에 설비투자비용을 감소시키고, 생산성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 셀과 접속부재의 구조를 변경하여, 용접 과정 없이 끼움 방식만으로 배터리 셀과 접속부재를 결합할 수 있는 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 일면에 결합홈이 형성된 복수의 배터리 셀; 및 판 형상의 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 돌출되도록 형성되는 복수의 돌출부를 구비하여, 상기 복수의 배터리 셀에 형성된 결합홈에 상기 돌출부가 각각 끼움 방식으로 결합하는 접속부재;를 포함한다.
바람직하게는 상기 접속부재는 상기 플레이트부와 상기 돌출부의 적어도 일부가 전기 전도성 재질로 구성되어, 상기 돌출부에 의해 결합된 배터리 셀 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 결합홈과 상기 돌출부는 서로 대응되는 형상으로 형성되어, 끼움 결합할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 결합홈은 상기 배터리 셀의 외측에 위치하는 외측 단부보다 상기 배터리 셀의 내측에 위치하는 내측 단부가 크게 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부와 접촉하는 하측 단부보다 반대 측에 위치하는 상측 단부가 크게 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부의 일측면에 둘 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부의 일측면 및 타측면에 각각 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부의 개수는 상기 배터리 셀의 개수와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 배터리 셀은 원통형으로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 접속부재는 적어도 일면에 결합홈이 형성된 복수의 배터리 셀을 연결하는 접속부재에 있어서, 판 형상의 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 돌출되도록 형성되는 복수의 돌출부를 구비하여, 상기 복수의 배터리 셀에 형성된 결합홈에 상기 돌출부가 각각 끼움 방식으로 결합하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 플레이트부와 상기 돌출부의 적어도 일부는 전기 전도성 재질로 구성되어, 상기 돌출부에 의해 결합된 배터리 셀 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 결합홈과 상기 돌출부는 서로 대응되는 형상으로 형성되어, 끼움 결합할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 결합홈은 상기 배터리 셀의 외측에 위치하는 외측 단부보다 상기 배터리 셀의 내측에 위치하는 내측 단부가 크게 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부와 접촉하는 하측 단부보다 반대 측에 위치하는 상측 단부가 크게 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부의 일측면에 둘 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부는 상기 플레이트부의 일측면 및 타측면에 각각 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부의 개수는 상기 배터리 셀의 개수와 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩은 배터리 셀과 접속부재를 용접 과정 없이 끼움 방식으로 결합함으로써, 작업 공정이 간소화되기 때문에 설비 투자 비용이 감소할 뿐만 아니라, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수개의 배터리 셀을 끼움 방식으로 결합함으로써, 6개의 배터리 셀, 9개의 배터리 셀 등의 표준 코어팩(core pack)의 제작이 용이할 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 배터리 셀의 부분의 단면도이다.
도 2는 다수의 배터리 셀이 용접 방식으로 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 접속부재가 결합되기 전의 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 배터리 셀과 접속부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀과 접속부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3 내지 도 7를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 접속부재가 결합되기 전의 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 배터리 셀과 접속부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀과 접속부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 셀(110) 및 접속부재(120)를 포함한다.
배터리 셀(110)은 복수개로 구비되며, 복수의 배터리 셀(110)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 본 발명이 배터리 셀(110)의 형상을 한정하는 것은 아니나, 본 발명에서는 원통형으로 설명하기로 한다.
일반적으로, 고출력, 대용량의 전지 팩을 구성하기 위해서는 다수의 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결할 필요가 있으며, 배터리 셀 팩의 성능을 균일하게 유지하기 위하여, 단자 접속부위의 저항 변화를 최소화하기 위한 안정적인 결합방식이 요구된다. 따라서, 본 발명은 별도의 솔더링 또는 스팟 용접 없이 끼움 방식으로 이루어진 접속부재(120)를 사용하여, 복수의 배터리 셀(110)을 직렬 또는 병렬로 연결한다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(110)은 적어도 일면에 결합홈(111)이 형성된다.
여기서, 결합홈(111)은 외측 단부(111a)와 내측 단부(111b)를 포함한다. 외측 단부(111a)는 배터리 셀(110)의 외측에 위치하며, 내측 단부(111b)는 배터리 셀(110)의 내측에 위치한다. 이때, 결합홈(111)은 외측에 위치하는 외측 단부(111a)보다 내측에 위치하는 내측 단부(111b)가 크게 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 결합홈(111)과 접속부재(120)가 결합될 때, 강하게 끼움 결합하여 쉽게 분리되지 않도록 하기 위함이다. 다만, 본 발명에 있어서 결합홈(111)의 형태를 상기 형태로 한정하는 것은 아니며, 결합홈(111)과 돌출부(122)가 결합할 수 있는 형상이면 결합홈(111)은 그 밖의 다양한 형태로도 형성될 수 있다.
접속부재(120)는 복수개의 배터리 셀(110)을 직렬 및 병렬로 연결한다. 특히, 본 발명에 있어서 접속부재(120)는 플레이트부(121)와 돌출부(122)를 포함한다.
접속부재(120)는 이러한 플레이트부(121)와 돌출부(122)의 적어도 일부가 전기 전도성 재질로 구성되어, 돌출부(122)에 의해 결합된 배터리 셀(110)의 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
플레이트부(121)는 판형으로 형성될 수 있다. 그리고, 플레이트부(121)는 배터리 셀(110)과 접촉하여, 복수개의 배터리 셀(110)을 지지한다.
돌출부(122)는 플레이트부(121)에 돌출되도록 형성되며, 배터리 셀(110)의 결합홈(111)과 끼움 방식으로 체결되는 부분이다.
이때, 돌출부(122)는 복수개로 형성되며, 배터리 셀(110)의 개수와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 하나의 돌출부(122)에 하나의 배터리 셀(110)이 결합할 수 있기 때문이다.
또한, 바람직하게는 상기 돌출부(122)는 결합홈(111)과 대응되는 형상으로 형성되어 끼움 결합하는 것이 좋다. 이는 돌출부(122)가 결합홈(111)과 결합된 후에 쉽게 빠지지 않도록 할 수 있기 때문이다. 이처럼, 돌출부(122)와 결합홈(111)이 서로 대응되는 형상으로 형성되는 구성의 일례에 대해서는, 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 돌출부(122)는 하측 단부(122a), 상측 단부(122b) 및 연결부(122c)를 포함한다.
여기서, 하측 단부(122a)는 플레이트부(121)와 접촉하는 부분이고, 상측 단부(122b)는 하측 단부(122a)의 반대측에 위치한 단부로서 플레이트부(121)에서 가장 먼 측의 단부이다. 이때, 상측 단부(122b)는 플레이트부(121)와 접촉하는 하측 단부(122a)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 돌출부(122)와 배터리 셀(110)이 끼움 결합된 후에 쉽게 빠지지 않으며, 고정될 수 있다.
연결부(122c)은 하측 단부(122a)와 상측 단부(122b)의 양측 단부를 각각 연결한다.
바람직하게는, 돌출부(122)는 플레이트부(121)의 일측면 및 타측면에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플레이트부(121)의 일측면 및 타측면에 각각 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되면, 복수의 배터리 셀(110)들을 직렬 및 병렬방식으로 연결할 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀(110)들을 직렬 및 병렬방식으로 결합함으로써, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 다수의 배터리 셀(110)들을 직렬 및 병렬방식으로 연결한 전지 팩을 사용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 돌출부(122)는 플레이트부(121)의 일측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 형성된 바와 같이, 플레이트부(121)의 일측면에 둘 이상의 돌출부(122)가 형성되면, 복수의 배터리 셀(110)들을 병렬방식으로 연결할 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀(110)들을 병렬방식으로 결합함으로써, 전지팩을 사용할 수 있다. 여기서, 병렬방식의 연결 구조는 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 배터리 셀들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 연결함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 배터리 셀들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.
이때, 도 7에 도시된 돌출부(122)는 사다리꼴로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 삼각형, 사각형, 원형 등의 다양한 형태로 형성되어, 배터리 셀(110)의 결합홈(111)과 끼워질 수 있는 형상이면 가능하다.
본 발명에 따른 접속부재 및 이를 포함하는 배터리 팩은 용접 없이 배터리 셀과 접속부재를 끼움 결합함으로써, 작업 공정이 단순화 되기 때문에 설비 투자 비용이 감소할 뿐만 아니라, 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀을 끼움 방식으로 결합함으로써, 6개의 배터리 셀, 9개의 배터리 셀 등의 표준 코어팩의 제작도 용이한 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 캡조립체 20: 전지 캔
30: 전극 조립체 31: 양극리드
40: 비딩부 50: 클림핑부
60: 금속 플레이트
100: 배터리 팩
110: 배터리 셀 111: 결합홈
120: 접속부재 121: 플레이트부
122: 돌출부

Claims (17)

  1. 적어도 일면에 결합홈이 형성된 복수의 배터리 셀; 및
    판 형상의 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 수직한 방향으로 돌출되며 상기 결합홈과 대응되는 형상을 갖도록 형성되는 복수의 돌출부를 구비하여, 상기 복수의 배터리 셀에 형성된 결합홈에 상기 돌출부가 각각 끼움 방식으로 결합하는 전도성 재질의 접속부재;를 포함하며,
    상기 돌출부는, 상기 플레이트부에 수직한 방향을 따라 결합홈 내에 끼움 결합되어 상기 결합홈의 내측면과 접함으로써 상기 접속부재와 배터리 셀 사이를 전기적으로 연결함과 동시에 상기 접속부재와 배터리 셀 사이를 체결시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결합홈은
    상기 배터리 셀의 외측에 위치하는 외측 단부보다 상기 배터리 셀의 내측에 위치하는 내측 단부가 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는
    상기 플레이트부와 접촉하는 하측 단부보다 반대 측에 위치하는 상측 단부가 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는
    상기 플레이트부의 일측면에 둘 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는
    상기 플레이트부의 일측면 및 타측면에 각각 적어도 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 개수는
    상기 배터리 셀의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은
    원통형인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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  16. 삭제
  17. 삭제
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