KR100883920B1 - 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈 및 그것을 포함하는전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 인쇄되어 있는 기판(PCB), 상기 보호회로에 전기적으로 접속된 상태로 PCB의 하단에 부착되어 있는 한 쌍의 샤프트, 상기 샤프트에 결합되는 와셔, 및 상기 와셔를 탄력적으로 지지하는 상태로 PCB와 와셔 사이에 장착되는 압축 스프링을 포함하는 것으로 구성된 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈과, 그것을 포함하는 전지팩을 제공한다.

Description

무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈 및 그것을 포함하는 전지팩 {Protection Circuit Module of No-welding, Contacting-connection Type and Battery Pack Employed with the Same}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보호회로 모듈의 분해 사시도이다;

도 2는 도 1의 보호회로 모듈을 전지셀에 탑재하는 과정의 모식도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다.

본 발명은 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈 및 그것을 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이차전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 인쇄되어 있는 기판(PCB), 상기 보호회로에 전기적으로 접속된 상태로 PCB의 하단에 부착되어 있는 한 쌍의 샤프트, 상기 샤프트에 결합되는 와셔, 및 상기 와셔를 탄력적으로 지지하는 상태로 PCB와 와셔 사이에 장착되는 압축 스프링을 포함하는 것으로 구성된 보호회로 모듈을 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 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 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 내장되어 있다.

PCM은 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 능동소자(FET; Field Effect Transistor)와, 전압 검출기, 저항 및 축전기 등의 수동소자로 구성되어 있으며, 전지의 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 역전압 등을 차단하여, 전지의 폭발이나 과열 또는 누액 및 충방전 특성의 악화를 방지하고, 전기적 성능의 저하와 물리화학적 이상거동을 억제함으로써, 위험 요소를 제거하고 사용수명을 연장시킨다. 이러한 PCM은 주로 인쇄회로 기판의 형태로 이루어져 있으며, 상기 안정소자들이 그것의 외면에 탑재되어 있다.

일반적으로 PCM은 전도성 니켈 플레이트를 매개로 하여, 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다. 즉, PCM의 단자에 니켈 플레이트를 용접 또는 솔더링하여 연결한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 용접 또는 솔더링하는 것으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.

이러한 경우, 전지팩을 구성하기 위하여 다수의 용접 또는 솔더링이 요구되며, 이러한 용접 등은 이차전지의 작은 구조로 인해 매우 정밀한 작업으로 진행되어야 하므로, 그 만큼 불량의 가능성이 높다. 게다가, 제품의 제조공정 중에 이러한 공정의 추가로 인하여 제품단가가 상승하는 요인으로 작용한다.

따라서, 스팟 용접이나 솔더링 공정을 거치지 않으면서 PCM과 전지셀을 조립하는 방법이 절실히 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명의 목적은 전지셀과 PCM의 전기적 접속시 많은 시간과 숙련된 기술을 요하는 용접 또는 솔더링 공정을 생략하여 전지팩의 조립공정 및 작업시간을 단축시킴으로써, 궁극적으로 제조비용을 낮출 수 있는 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 안정적인 결합 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈은, 이차전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 인쇄되어 있는 기판(PCB), 상기 보호회로에 접속된 상태로 PCB의 하단에 부착되어 있는 한 쌍의 샤프트(shaft), 상기 샤프트에 결합되는 와셔(washer), 및 상기 와셔를 탄력적으로 지지하는 상태로 PCB와 와셔 사이에 장착되는 압축 스프링을 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은 보호회로 모듈을 구성하는 PCB의 하단에 형성된 샤프트와 그것에 탄력적으로 결합되어 있는 와셔에 의해 전지셀의 전극단자에 접촉방식에 의해 접속되므로, 니켈 플레이트 등의 접속부재를 용접 또는 솔더링하지 않더라도 전기적 연결을 행할 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 PCB는, 이차전지(전지셀)의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 기판 형태의 수지 복합체에 인쇄되어 있는 구조로서, 필요에 따라 수동소자 및/또는 능동소자 등이 그것의 외면 일부에 탑재되어 있다. 상기 수지 복합체의 대표적인 예로는 에폭시 수지 복합체를 들 수 있다. PCB의 상단면에는 외부 입출력 단자들이 형성되어 있고, 샤프트는 그것의 대향면, 즉, 하단면에 부착되어 있다.

상기 샤프트는 PCB의 보호회로에 접속되어 있으며, 전지셀의 양극과 음극 단자에 각각 연결될 수 있도록 한 쌍이 구비되어 있다. 두 개의 샤프트가 부착되는 위치는 전지셀에서 전극단자들의 위치에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 일반적인 각형 전지에서 음극단자는 돌출된 형태로 중앙에 위치하고 양극단자는 그것에 절연된 상태로 전지셀 상단면 전체로 이루어지므로, 이러한 전지셀 구조에서 샤프트들 중의 하나는 중앙에, 나머지 하나는 그것으로부터 소정의 거리만큼 이격된 위 치에서 PCB의 하단면에 부착된다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 샤프트는 PCB에 대면하는 단부가 상대적으로 큰 직경으로 이루어져 있어서 PCB에 대한 부착이 더욱 안정적으로 달성될 수 있다.

PCB에 대한 샤프트의 부착 형태는 다양할 수 있으며, 예를 들어, 용접, 솔더링, 일체 성형 방식으로 부착될 수 있다.

또한, 와셔와 접하는 샤프트의 결합 단부는 바람직하게는 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 돌기형 구조로 이루어질 수 있다.

상기 와셔는 샤프트의 일측 단부에 결합된 상태로 전지셀의 전극단자에 접촉되어 전기적 연결을 이루게 되는데, 전지셀로부터 PCB로의 통전은 주로 와셔와 샤프트를 경유하여 달성된다.

샤프트에 대한 와셔의 결합 형태는 다양할 수 있으며, 상기 억지끼움 결합 방식에서, 샤프트의 단부("결합 단부")에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 와셔의 중앙에 관통구가 형성되어 있다.

하나의 바람직한 예에서, 와셔는 샤트프의 결합 단부가 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 중앙에 관통구가 형성되어 있는 본체와, 샤프트에 결합된 상태에서 샤트프의 결합 단부가 돌출되지 않도록 상기 본체보다 큰 직경의 접속 연장부로 이루어진 구조일 수 있다.

PCB와 와셔 사이에 장착된 상기 압축 스프링은 샤프트에 결합된 와셔를 탄력적으로 지지하는 역할을 한다. 바람직하게는, 압축 스프링 역시 금속 소재로 이루어져 있어서 와셔와 샤프트를 통한 통전을 보조하도록 할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 전지팩을 제공한다.

일반적으로, 전지팩은 충방전이 가능한 전지셀에 보호회로 모듈을 탑재하고 그것의 외부를 팩 케이스로 감싼 구조로 이루어져 있다.

상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해질이 함침된 상태에서 셀 케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 본 발명의 전지팩에는 각형의 금속 캔 또는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀이 바람직하게 사용될 수 있다. 특히, 각형의 금속 캔에 전극조립체가 내장되어 있는 각형 전지셀이 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 팩 케이스는 다양한 구조가 가능하며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 보호회로 모듈과 전지셀을 박스형 또는 프레임형 팩 케이스에 장착하여 조립함으로써 전지팩을 제조할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 보호회로 모듈과 전지팩을 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보호회로 모듈의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 보호회로 모듈(100)은 보호회로 기판(PCB: 110)과, 한 쌍의 샤프트(120), 와셔(130) 및 압축 스프링(140)으로 이루어져 있다. PCB(110)는 소정 두께의 전기절연성 기판에 전지셀(도시하지 않음)의 과충전, 과방전, 과전류 등을 제어하는 보호회로가 인쇄되어 있다. PCB(110)의 상단면에는 외부 입출력 단자(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

PCB(110)의 하단면에는 중앙과 그로부터 이격된 거리에 한 쌍의 샤프트(120)가 부착되어 있다. 샤프트(120)는 PCB(110)에 대면하는 단부(122)가 상대적으로 큰 직경으로 이루어져 있어서 PCB(110)에 대한 부착이 더욱 안정적으로 달성될 수 있다. 또한, 샤프트(120)의 대향 단부 또는 결합 단부(124)는 다소 굵은 돌기형 구조로 이루어져 있어서, 억지끼움 방식으로 조립된 와셔(130)와의 안정적인 결합을 제공한다.

와셔(130)는 대략적으로 확성기의 형태로 이루어져 있고, 샤트프(120)의 단부(124)가 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 중앙에 관통구(132)가 형성되어 있는 본체(134)와, 샤프트(120)에 결합된 상태에서 그것의 단부(124)가 돌출되지 않도록 본체(134)보다 큰 직경의 접속 연장부(136)로 구성되어 있다.

따라서, 압축 스프링(140)을 개제한 상태에서 샤프트(120)의 단부(124)에 와셔(130)의 관통구(132)를 삽입하여 조립하면, 와셔(130)는 압축 스프링(140)에 의한 탄성 지지력에 의해 탄력적으로 샤프트(120)에 결합된다. 이와 같이 조립된 보호회로 모듈(100)을 전지셀(도시하지 않음)에 탑재하면, 와셔(130)는 전지셀의 전극단자에 접촉 방식으로 전기적 연결을 이루게 되고, 그러한 전극단자로부터 PCB(110)로의 통전은 주로 와셔(130)와 샤프트(120)에 의해 달성되고 압축 스프링(140)에 의한 통전에 의해 보조된다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 전지셀에 보호회로 모듈을 탑재하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.

전지셀(200)은 각형의 금속 캔(210)의 내부에 전해질이 함침된 전극조립체를 밀봉한 구조로 이루어져 있고, 그것의 상단에 전극단자들(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한, 금속 캔(210)의 외면에는 내부에서 생성된 가스에 의해 전지셀(200)이 팽창할 때 이를 효과적으로 배출할 수 있도록 안전벤트(220)가 형성되어 있다.

보호회로 모듈(100)은 전지셀(200)의 상단에 탑재하는 것으로, 앞서 설명한 바와 같은 과정으로 전지셀(200)과의 전기적 연결을 이룰 수 있다. 또한, 보호회로 모듈(100)과 전지셀(200)의 접속부위가 압축 스프링(140)에 의해 탄력적으로 지지되므로, 외부 충격 등이 인가될 때에도 안정적인 접속 상태를 유지할 수 있다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 형상이 모식적으로 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 전지팩(300)은 장방형의 프레임(310)이 전지셀(200)의 외주면을 감싸는 구조로 이루어져 있다. 즉, 도 2에서와 같은 과정으로, 전지셀(200)의 상단에 보호회로 모듈(도시하지 않음)을 탑재하여 프레임(310)에 장착함으로써 전지팩(300)을 제조할 수 있다. 따라서, 니켈 플레이트 등의 접속부재를 용접 또는 솔더링하지 않고도 전지셀(200)에 대한 보호회로 모듈의 전기적 접속을 이룰 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속 한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 보호회로 모듈은 전지셀과의 전기적 접속시 많은 시간과 숙련된 기술을 요하는 용접 또는 솔더링 공정을 생략하여 전지팩의 조립공정 및 작업시간을 단축시켜 궁극적으로 제조비용을 낮출 수 있고, 조립과정의 자동화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 전지팩의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 무용접 접촉 연결방식의 보호회로 모듈로서, 이차전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 인쇄되어 있는 기판(PCB), 상기 보호회로에 접속된 상태로 PCB의 하단에 부착되어 있는 한 쌍의 샤프트(shaft), 상기 샤프트에 결합되는 와셔(washer), 및 상기 와셔를 탄력적으로 지지하는 상태로 PCB와 와셔 사이에 장착되는 압축 스프링을 포함하고 있고, 상기 샤프트는 PCB에 대면하는 단부가 상대적으로 큰 직경으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 와셔와의 결합 단부가 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 돌기형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 샤프트의 결합 단부가 억지끼움 방식으로 결합될 수 있는 상기 와셔의 중앙에 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 와셔는 샤트프의 결합 단부가 억지끼움 방식으로 결합될 수 있도록 중앙에 관통구가 형성되어 있는 본체와, 샤프트에 결합된 상태에서 샤트프의 결합 단부가 돌출되지 않도록 상기 본체보다 큰 직경의 접속 연장부로 이루어진 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
6. 제 1 항에 따른 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 전지팩.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전지팩은 각형의 금속 캔에 전극조립체가 내장되어 있는 각형 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전지팩은 보호회로 모듈과 전지셀을 박스형 또는 프레임형 팩 케이스에 장착하여 조립함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 전지팩.

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