JP5774232B2 - 新規構造のスイッチングボード及びそれを含んでいる電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、新規構造のスイッチングボード及びそれを含んでいる電池モジュールに関し、より詳細には、単位電池に電気的に連結される回路が印刷されている基板（ＰＣＢ）に温度測定のためのスイッチング素子が実装されているスイッチングボードであって、前記回路に電気的に連結された状態で一対のスイッチング素子が形成されており、前記各スイッチング素子間に温度検出素子及び一つ以上の垂直貫通口が形成されている上部基板；及び前記垂直貫通口及び温度検出素子に対応する位置にヒーティングパッドが装着されている下部基板；を含むスイッチングボードに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しており、その結果、多様な要求に応じられる二次電池に対する多くの研究が行われている。
代表的に、電池の材料の面では、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性のリチウム二次電池に対する需要が高く、形状の面では、薄い厚さで携帯電話などの製品に適用することができ、高い集積度で積層されて製造される電池モジュールの電池としても使用可能な角形電池とパウチ型電池に対する需要が高い。
しかし、リチウム二次電池は、前記のような長所を有する一方、安全性が低いという根本的な問題を有する。例えば、電池が過充電される場合は、電極における電解液分解反応の促進によって可燃性ガスが発生し、内部短絡などの多様な原因によってもたらされた過電流は電池の温度を上昇させ、電池構成要素の分解反応を誘発する。電池は、このような過充電、過電流などによって発火しやすく、場合に応じては爆発する可能性もある。また、過電流でないとしても、その他の原因による温度上昇は前記のような問題を誘発する。したがって、リチウム二次電池には、このような問題を解決するための多様な安全素子が内蔵されている。
具体的に、二次電池の保護回路は、主に電圧、電流及び温度を感知し、電池の状態を点検して作動するようになり、一般に、電池セルの温度とＦＥＴ素子の温度を感知し、一定温度以上になると保護機能を動作させる。
図１は、従来のスイッチングボードの一部を示した写真である。図１を参照すると、スイッチングボード１０においては、一対のスイッチング素子１２間に温度検出素子（図示せず）が位置しており、温度検出素子（図示せず）上に熱性接着剤（thermal glue）１５が塗布されている。
したがって、このような熱性接着剤１５を通じて各スイッチング素子１２の温度を測定するようになる。しかし、前記構造によると、前記接着剤の熱伝逹係数に応じて測定温度が変わり得る。また、接着剤自体の放熱効果により、正確な温度の測定が難しくなり得る。また、ＢＭＵ（Battery Management Unit）の製作時、製造工程の増加によって製造費用及び不良率が増加し得るという問題がある。
したがって、電池の製造費用を低下させると同時に、所望の水準の安全性及び正確な温度測定を確保できる技術に対する必要性が高まっている。
本発明は、前記のような従来技術の問題と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本発明の目的は、垂直貫通口及びヒーティングパッドを含む新規のスイッチングボードを形成することによって、熱伝逹係数に応じて測定温度が変わることを防止し、不良率を減少させ得る構造のスイッチングボードを提供することにある。
このような目的を達成するための本発明に係るスイッチングボードは、電池モジュールを構成する単位電池に電気的に連結される回路が印刷されている基板（ＰＣＢ）に温度測定のためのスイッチング素子が実装されているスイッチングボードであって、
前記回路に電気的に連結された状態で一対のスイッチング素子が形成されており、前記各スイッチング素子間に温度検出素子及び一つ以上の垂直貫通口が形成されている上部基板；及び
前記垂直貫通口及び温度検出素子に対応する位置にヒーティングパッドが装着されている下部基板；
を含んで構成されている。
従来のスイッチングボードは、熱性接着剤を温度検出素子上に塗布することによって、熱伝逹係数に応じて測定温度に差が発生し、その結果、正確な温度測定が難しいという問題を有していた。
このような従来技術のスイッチングボードと比較すると、本発明に係るスイッチングボードは、前記熱性接着剤を使用しないので、熱伝達係数に影響を受けないだけでなく、前記接着剤の放熱効果による不正確な温度測定を未然に防止することができる。
前記スイッチング素子は、電池モジュールを構成する各単位電池に電気的に接続され、電池に流れる電流を制御するスイッチング素子であって、電池の電圧及び／または電流を検出し、前記スイッチング素子を制御する保護回路に連結されている。このようなスイッチング素子としては、過充電、過放電、過電流などを制御できる素子であれば特別に制限されなく、例えば、ＦＥＴ素子、トランジスタなどを使用することができ、望ましくは、ＦＥＴ素子を使用することができる。
本発明に係る前記上部基板及び下部基板は、望ましくは、上部基板と下部基板とが一体に成形されている構造であり得る。上部基板と下部基板の一体化は多様な方式で達成することができ、例えば、二つの基板を互いに熱融着または接着したり、インサート射出成形するなどの方法を考慮することができる。
一つの望ましい例において、前記ヒーティングパッドは、スイッチング素子で発生した熱を感知して温度検出素子に伝達する役割をすることができる。すなわち、スイッチングボードが垂直貫通口及びヒーティングパッドを含む新規構造で形成されており、前記垂直貫通口によって伝達された温度がヒーティングパッドを介して前記温度検出素子に伝達されることによって、正確な温度測定が可能である。
前記ヒーティングパッドの素材は、スイッチング素子で発生する熱がより容易に伝達されるように、望ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金などの高い熱伝導性の金属板材からなり得る。
他の望ましい例において、前記温度検出素子は、例えば、チップサーミスタ（chip thermistor）であり得る。
また、本発明は、前記スイッチングボードを含んで構成された電池モジュールと、このような電池モジュールを含む電池パックとを提供する。
本発明に係る電池パックは、中大型デバイスの電源として使用することができ、前記中大型デバイスは、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵用システムであり得る。
スイッチングボードを含む電池モジュール及びこれを含む中大型電池パックの構造及びその製作方法は当業界に公知となっているので、本明細書では、それに対する詳細な説明は省略する。
従来のスイッチングボードの一部を示した部分平面図である。 本発明の一つの実施例に係るスイッチングボードの分解斜視図である。 図２の写真の一部を示した部分平面図である。
以下では、本発明の実施例を図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであって、本発明の範疇がそれによって限定されることはない。
図２は、本発明に係るスイッチングボードの分解斜視図で、図３は、図２のスイッチングボードの写真の一部を示す。
これら図面を参照すると、スイッチングボード１００は、上部基板１１０及び下部基板１２０を含んでおり、上部基板１１０には一対のＦＥＴ素子１１１が形成されており、各ＦＥＴ素子１１１間にはチップサーミスタ素子１１２及び一つ以上の垂直貫通口１１５が形成されている。説明の便宜上、図２は、これらが互いに分離された状態を表現したが、上述したように、多様な方式で一体化することもできる。
下部基板１２０には、垂直貫通口１１５及びチップサーミスタ素子１１２に対応する位置に熱伝導性の高い素材のヒーティングパッド１２５が装着されている。
したがって、ヒーティングパッド１２５は、ＦＥＴ素子１１１で発生した熱を感知してチップサーミスタ素子１１２に容易に伝達することによって、熱伝達係数に影響を受けないだけでなく、正確に温度を測定することができる。
以上では、本発明の実施例を図面を参照して説明したが、本発明の属した分野で通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上説明したように、本発明に係るスイッチングボードは、垂直貫通口及びヒーティングパッドを含むことによって、熱伝逹係数に応じて測定温度が変わることを防止し、正確な温度を検出し、不良率を減少させることができる。
１００ スイッチングボード
１１０ 上部基板
１１１ ＦＥＴ素子
１１２ チップサーミスタ素子
１１５ 垂直貫通口
１２０ 下部基板
１２５ ヒーティングパッド

Claims (9)

  1. 電池モジュールを構成する単位電池に電気的に連結される回路が印刷されている基板（ＰＣＢ）に温度測定のためのスイッチング素子が実装されているスイッチングボードであって、
    前記回路に電気的に連結された状態で一対のスイッチング素子が形成されており、前記各スイッチング素子間に温度検出素子及び一つ以上の垂直貫通口が形成されている上部基板；及び
    前記垂直貫通口及び温度検出素子に対応する位置にヒーティングパッドが装着されている下部基板；
    を含み、
    前記ヒーティングパッドが、スイッチング素子で発生した熱を感知して温度検出素子に伝達することを特徴とするスイッチングボード。
  2. 前記スイッチング素子はＦＥＴ素子であることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチングボード。
  3. 前記上部基板及び下部基板は一体に成形されていることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチングボード。
  4. 前記ヒーティングパッドは熱伝導性の高い素材からなることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチングボード。
  5. 前記温度検出素子はチップサーミスタであることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチングボード。
  6. 請求項５に記載のスイッチングボードを含んで構成された電池モジュール。
  7. 請求項６に記載の電池モジュールを含むことを特徴とする電池パック。
  8. 前記電池パックは中大型デバイスの電源として使用されることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記中大型デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵用システムであることを特徴とする、請求項８に記載の電池パック。
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