KR101039518B1 - 전지셀 접속부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 원통형 전지셀(이차전지)들을 포함하는 전지팩에서, 측면방향의 전지셀들을 병렬로 연결하면서 길이방향의 전지셀들을 직렬로 연결하는 부재(접속부재)로서, 상기 접속부재는 길이방향의 전지셀들을 물리적 접촉방식에 의해 전기적 연결하는 한 쌍의 직렬 접속단들과, 측면방향으로 배열된 상기 직렬 접속단들을 전기적으로 연결하는 하나의 병렬 접속단으로 이루어져 있고, 상기 직렬 접속단은, 소정의 폭으로 하부 전지셀 전극단자에 접촉되는 하단 접촉부; 상기 하단 접촉부로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 중앙 탄성부; 및 단부가 중앙 탄성부 방향(내측 방향)으로 완만하게 절곡되어 있는 둘 이상의 연장 접촉부;를 포함하는 것으로 구성된 전지셀 접속부재를 제공한다.

Description

전지셀 접속부재 {Electrical Connecting Member for Battery Cells}

본 발명은 전지셀 접속부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 원통형 전지셀(이차전지)들을 포함하는 전지팩에서, 측면방향의 전지셀들을 병렬로 연결하면서 길이방향의 전지셀들을 직렬로 연결하는 부재(접속부재)로서, 상기 접속부재는 길이방향의 전지셀들을 물리적 접촉방식에 의해 전기적 연결하는 한 쌍의 직렬 접속단들과, 측면방향으로 배열된 상기 직렬 접속단들을 전기적으로 연결하는 하나의 병렬 접속단으로 이루어져 있고, 상기 직렬 접속단은, 하단 접촉부, 중앙 탄성부, 및 둘 이상의 연장 접촉부를 포함하는 것으로 구성된 전지셀 접속부재에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.

이러한 전지팩은 다수의 단위전지(이차전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 이차전지 팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 이차전지가 단위전지로서 유리하다.

반면에, 원통형 이차전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 이차전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 이차전지의 외형적 특성상 적층 구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 이차전지 팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 이점이 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 이차전지들을 직렬방식 또는 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다. 그러한 전지팩에 사용되는 코어 팩의 구조로서, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조, 1P-3S의 선형 구조, 1P-3S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다.

병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태 에서 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 이차전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.

직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들을 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.

이러한 원통형 이차전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트 등과 같은 얇은 접속부재(예를 들어, 금속 플레이트)를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다.

도 1에는 스팟 용접에 의한 전기적 연결작업을 완료한 상태에서 2P-3S의 판상형 구조의 전지팩을 구성한 상태에서의 모식도가 도시되어 있다. 도 1은 이해의 편의를 위하여 그러한 2P-3S의 판상형 구조의 전지팩의 결합 관계를 분해도로서 표시하였다.

도 1에서와 같이, 각각 병렬로 연결된 이차전지들(20, 21)의 3 개의 전지 쌍들은 금속 플레이트(30)를 통해 직렬로 연결되어, 코어 팩(10)을 형성한다.

도 2에는 도 1의 코어 팩에 보호회로 모듈을 연결한 전지모듈(50)의 모식도가 도시되어 있다.

도 2에서 보는 바와 같이, 각각의 이차전지들(20, 21)은 금속 플레이트(30)에 연결된 양극 도선(60)과 음극 도선(70) 및 온도 검출부재(80)를 통해 보호회로 모듈(90)에 연결되어 있다. 금속 플레이트(30)에 대한 보호회로 모듈(90)의 전기적 연결은 주로 솔더링에 의해 이루어진다.

일반적으로, 이차전지를 단위전지로 사용하는 전지팩은 사용 과정에서 수많은 충전과 방전을 반복적으로 수행하며, 외부 충격, 낙하, 침상 관통, 과충전, 과전류 등과 같은 조건에서 안전성에 문제가 있는 리튬 이차전지 등이 단위전지로서 사용되므로, 이러한 안전성 문제를 해결하기 위한 보호회로 모듈 등의 안전소자가 부가되어 있다. 상기 안전소자는 전지팩의 해당 단자 접속부위에서 전압 등의 정보를 획득하여 소정의 안전화 과정을 수행함으로써 전지팩의 안전성을 담보한다. 따라서, 당해 부위의 접속상태가 가변적인 경우, 예를 들어, 진동 등에 의해 단자 접속부위의 저항 값이 변화되는 경우, 검출 정보의 부정확성으로 인해, 안전소자는 소망하는 과정을 수행하지 못하게 된다. 따라서, 일반적으로 전지팩에서 전지셀과 보호회로 간의 전기적 접속은 솔더링 등으로 이루어진다.

또한, 고출력, 대용량의 전지팩을 구성하기 위해서는 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬로 연결할 필요가 있으며, 전지팩의 성능을 균일하게 유지하게 위하여, 단자 접속부위의 저항 변화를 최소화하기 위한 안정적인 결합방식이 요구된다. 이러한 전지셀들 간의 전기적 연결은 솔더링 또는 용접, 바람직하게는 스팟 용접을 통해 이루어지는 것이 일반적이다.

그러나, 전지셀들 사이의 용접 또는 솔더링 공정 등은 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.

구체적으로, 용접 또는 솔더링 공정은, 작업자의 숙련된 기술과 노하우를 필 요로 하고, 용접의 강도를 결정하기 위한 파라미터들의 관리를 지속적으로 수행하여야 하므로, 생산 공정이 복잡해지고 비용이 증가하게 되어 생산 효율을 저해시키는 요인으로 작용한다. 또한, 전지셀에 직접 용접 또는 솔더링을 행하는 과정에서, 전지팩의 진동 또는 외부 충격으로 인하여 용접부위의 단락(쇼트)이 발생할 수 있고, 전지셀과 연결부재 사이에 전기적 또는 열적 손상이 가해지므로, 전지의 안전성을 위협하고 제품의 불량률을 높이는 원인이 된다. 더욱이, 제조과정 또는 사용 중에 일부 전지셀(들)에 불량이 발생하였을 때, 전지팩을 구성하는 모든 전지셀을 폐기하여야 하는 문제점도 존재한다.

따라서, 전지의 안정성을 위협하고 복잡한 작업공정을 요구하는 용접, 솔더링 등을 통한 접속방식을 대체할 수 있으며, 동시에 전지셀들 간의 안정적인 접속구조를 확보하면서 일부 전지셀(들)의 불량시 나머지 전지셀들을 재사용할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

한편, 일차전지를 사용하는 전지팩 분야에서, 접속방식의 전기적 연결구조에 대한 다양한 시도들이 행해진 바 있다. 예를 들어, 한국 특허등록 제0413381호에는 배터리의 전기적 연결을 위해 배터리 케이스의 좌우측 양단에 도전성 코일을 장착하는 기술 내용이 개시되어 있으며, 미국 특허등록 제525037호에는 전지팩의 양단에 탄성을 가지도록 구부린 금속판을 설치하여 전기적 연결을 행하는 기술 내용이 개시되어 있다.

그러나, 상기 기술들은 전지셀을 고정하고 전극단자와의 안정적인 접속을 위해서는 접속부재가 충분한 탄성을 가지고 있어야 하므로, 그렇지 못한 소재에 대하 여는 사용이 제한되는 문제점이 있다. 특히, 상기 도전성 코일을 사용하는 기술은 코일을 구성하는 와이어의 단면적이 좁고 접속길이가 상대적으로 길기 때문에 전기 저항이 클 수 밖에 없으며, 증가된 저항은 전력 손실을 유발하고 발열량이 커지면서 전지의 안정적인 접속을 저해할 수 있다.

또한, 상기 탄성을 갖도록 구부린 금속판을 사용하는 기술은, 전지셀을 팩 케이스에 삽입하는 과정에서 과도한 힘을 가하거나 반복적인 사용으로 인해, 금속판이 탄성을 잃게 되거나 파괴되면서, 전지셀에 외부 충격이 인가시 이탈되는 현상 또는 전기적 접속이 끊어지는 현상이 발생할 수 있으므로, 상기와 같은 접속부재는 해당 부위에서의 가변적인 접속상태로 인해, 앞서 설명한 바와 같은 이차전지 팩에 적용하기에는 한계가 있다.

더욱이, 용접 또는 솔더링 등에 의하지 않고 기계적 접촉방식으로 전기적 접속을 달성하기 위해서는, 상기 선행기술들에서와 같이, 접속부재가 팩 케이스에 장착되기 위한 격벽이 전지셀들 사이에 위치하는 것이 일반적으로 요구된다. 그러나, 격벽의 존재는 전지팩의 크기 증가를 초래하므로, 소형 경박화 되어가고 있는 최근의 경향에 바람직하지 않다. 또한, 다수의 전지셀들을 포함하는 전지팩은 작동 효율 측면에서 균일한 작동조건 상에 놓이는 것이 바람직하다. 그러나, 격벽은 외부 충격의 인가시 격벽에 의해 구획된 각각의 수납부들에 장착된 전지셀들의 작동 조건이 수납부 별로 서로 다르게 만드는 경향도 있다.

이러한 측면에서, 격벽이 존재하지 않는 상태로 기계적 접촉방식의 접속부재를 전지셀들 사이에 매우 높은 탄성 가압력으로 장착하는 방안도 고려할 수는 있지 만, 팩 케이스를 구성하는 고분자 수지 등의 소재는 장기간의 사용 과정에서 응력에 의해 서서히 변형되는 현상, 즉, 크립프(creep) 현상이 발생한다. 따라서, 접속부재의 지나치게 높은 탄성 가압력은 팩 케이스에 응력을 초래하여 크립프 현상이 일어나게 되고, 결과적으로, 전지셀들 사이의 간격이 점차적으로 벌여지면서 전기적 접속상태가 불안정해진다. 이러한 현상은 특히 장기간의 사용이 요구되는 디바이스에서 심각할 수 있으므로, 일차전지에 기반한 접속방식을, 반복적인 충방전에 의해 장기간의 사용이 요구되는 이차전지 기반의 전지팩에 그대로 적용할 수는 없다.

한편, 원통형 이차전지는 일반적으로 금속 캔에 젤리-롤이 내장되어 있고 일측 단부에 돌출형의 양극단자가 형성되어 있으며 타측 단부에 평면 상의 음극단자가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극단자 부위는 젤리-롤의 상단에 캡 어셈블리가 클링핑 방식으로 장착되어 있으므로 외력에 대해 소정의 구조적 안정성을 나타낸다. 반면에, 음극단자 부위는 젤리-롤이 캔의 내면 하단과 직접 대면하고 있으므로, 외력에 의해 음극단자(즉, 캔의 하단면)가 변형되어, 젤리-롤의 극판들 사이에 단락을 유발하는 경향이 있다.

다수의 전지셀들이 장착되어 있는 전지팩에서 이러한 단락은 안전성 측면에서 매우 심각한 문제점을 유발한다. 본 발명자들이 실험적으로 확인한 바로는, 니켈 플레이트 등의 접속부재를 전지셀 전극단자에 용접 방식으로 결합시킨 구조에서 상기와 같은 단락이 유발되는 것으로 확인되었다.

따라서, 용접, 솔더링을 통한 접속방식을 대체할 수 있고, 전지팩의 크기 증 가를 유발하지 않으면서 전지셀들 간의 안정적인 접속구조 및 전지의 안전성을 담보할 수 있는 이차전지용 접속부재에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

즉, 본 발명의 목적은, 접속부재 전체에 탄력성을 용이하게 제공하고 접속부재의 상부와 하부에 위치하는 전지셀 간의 접속상태를 보장할 수 있도록, 중앙 탄성부가 하단 접촉부로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 구조로 이루어진 전지셀 접속부재를 제공하는 것이다.

또한, 복잡한 작업 공정이 요구되는 솔더링, 용접 등을 행하지 않고서도 둘 이상의 이차전지 셀들을 안정적으로 연결할 수 있으며, 전기적 연결이 가능하면서 조립공정이 용이하고 필요에 따라 탈부착이 자유로운 특정한 구조의 전지셀 접속부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전지팩의 크기 증가를 초래하지 않으면서 장기간의 사용시에도 안정적인 접속상태를 유지할 수 있고 외력에 대해 안전성을 담보할 수 있는 전지셀 접속부재를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 접속부재는,

다수의 원통형 전지셀(이차전지)들을 포함하는 전지팩에서, 측면방향의 전지셀들을 병렬로 연결하면서 길이방향의 전지셀들을 직렬로 연결하는 부재(접속부재)로서,

상기 접속부재는 길이방향의 전지셀들을 물리적 접촉방식에 의해 전기적 연결하는 한 쌍의 직렬 접속단들과, 측면방향으로 배열된 상기 직렬 접속단들을 전기적으로 연결하는 하나의 병렬 접속단으로 이루어져 있고,

상기 직렬 접속단은,

(A) 직렬 접속단의 하부에 위치하는 전지셀(하부 전지셀) 전극단자의 외면 형상에 대응하여, 소정의 폭으로 하부 전지셀 전극단자에 접촉되는 하단 접촉부;

(B) 전지셀 전극단자들 사이 또는 전지셀 전극단자와 전지팩 측벽 사이에 장착된 접속부재 전체에 탄력성을 제공하도록, 상기 하단 접촉부로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 중앙 탄성부; 및

(C) 상기 하단 접촉부의 외주면으로부터 외측 방향으로 연장되어 있고, 적어도 일부가 하단 접촉부에 대응하는 접촉면(a)과 중앙 탄성부에 대응하는 접촉면(b)을 제공하면서 단부가 중앙 탄성부 방향(내측 방향)으로 완만하게 절곡되어 있는 둘 이상의 연장 접촉부;

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀 접속부재는 중앙 탄성부가 하단 접촉부로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 접속부재 전체에 탄력성을 용이하게 제공할 수 있고, 이는 접속부재의 상부와 하부에 위치하는 전지셀들 간의 접속상태를 보장한다.

또한, 상기 전지셀 접속부재는, 전지셀 전극단자들 상호간의 전기적 접속에 솔더링, 용접 공정을 필요로 하지 않고, 접속부재의 장착만으로 안정적인 접속구조를 유지하게 되므로, 솔더링, 용접 과정 등에서 발생할 수 있는 단락 가능성을 방지하고, 외부 충격 등에 의해서도 접속 부위의 저항 변화가 신뢰수준을 벗어나지 않도록 할 수 있으며, 하부 전지셀 전극단자의 함몰에 의한 단락을 방지함과 동시에 전지팩의 조립공정을 용이하게 하고, 전지셀 전극단자들 간의 안정적인 결합력을 제공할 수 있다.

더욱이, 전지팩의 조립과정 또는 사용 중에 불량이 발생하였을 때, 전지셀을 용이하게 분리할 수 있으므로, 일부 전지셀 또는 접속부재의 불량으로 인해 전지팩을 구성하는 모든 전지셀을 폐기하여야 하는 문제점을 해소할 수 있고, 전지팩의 제조시, 전지셀들 사이에 접속부재의 장착을 위한 격벽을 필요로 하지 않으므로, 접속부재가 용접, 솔더링 등에 의하지 않고 전지셀의 전극단자에 접속되어 있음에도 불구하고, 전지팩의 크기 증가를 초래하지 않는다.

또한, 접속부재가 다소 가압된 상태에서 탄력적으로 전지셀의 전극단자에 접속되어 있으므로, 외부 충격 등이 전지팩에 인가되더라도 접속 부위의 저항 변화가 소망하는 신뢰수준을 벗어나지 않는다. 즉, 상기와 같은 구조는 BMU (Battery Management Unit)와 같은 제어부재가 전지셀의 온도, 전압 등에 대한 정확한 센싱을 가능하게 하도록 함으로써, 전지의 정상적인 작동 상태를 확보할 수 있다. 반 면에, 해당 부위에 장착된 접속부재의 탄력적인 가압 상태는, 앞서 설명한 바와 같은, 팩 케이스의 크립프 현상을 초래할 정도로 크지는 않다.

하나의 바람직한 예로서, 상기 직렬 접속단들의 일부가 상호 연결되어 접속부재는 전체적으로 일체형 구조를 이루고, 상기 연결 부위가 병렬 접속단을 형성하는 구조일 수 있다.

구체적으로는, 상기 접속부재는 상부 전지셀과 하부 전지셀이 직렬 접속단에 의해 연결되는 구조로 이루어지며, 전지셀의 직렬 연결과 동시에 병렬 연결을 이루기 위하여, 측면 방향으로 배열된 전지셀들의 전극 단자에 대응하는 위치에 2 개의 직렬 접속단이 형성되고, 이들 접속단들을 병렬 접속단으로 연결함으로써, 전지셀들의 직렬 및 병렬 연결을 동시에 이룰 수 있다. 이러한 직렬 접속단들이 병렬 접속단으로 연결된 구조는 다양한 방법에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들어 하나의 판재를 가압 변형하여 일체로 제조된 일체형 구조로 형성될 수 있다.

상기 접속부재는 상부 전지셀 및 하부 전지셀을 직렬로 연결하는 구조에 사용될 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 하부 전지셀과 연결되면서 전지팩의 측벽에 지지되는 구조로도 사용될 수 있다.

예를 들어, 상부 전지셀 및 하부 전지셀을 직렬로 연결하는 구조에서는, 상기 접속부재의 하단 접촉부가 하부 전지셀의 음극단자와 접속되고, 중앙 탄성부는 상부 전지셀의 양극단자와 접속되는 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 하부 전지셀 전극단자는 음극이고 상부 전지셀 전극단자는 양극인 구조로 이루어질 수 있다.

상기 접속부재가 전지셀과 측벽 사이에 위치하는 구조에서는, 접속부재의 중앙 탄성부 또는 하단 접촉부가 하부 전지셀의 음극단자와 접속되고, 접속부재의 하단 접촉부 또는 중앙 탄성부가 전지팩의 측벽에 탄력적으로 지지될 수 있다. 이 경우, 상기 접속부재는 하부 전지셀의 전극단자에 물리적 접촉방식으로 접속되어 있고, 전지팩 측벽에 지지되는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 접속부재는, 특히 원통형 전지셀에 바람직하게 사용될 수 있으며, 이 경우, 상기 접속부재의 중앙 탄성부 및 하단 접촉부는 원심원 구조로서, 원통형 전지셀의 전극단자 면의 형상에 대응하는 형상이므로 상호간의 접촉면을 극대화할 수 있다.

상기 구조에서, 하단 접촉부는 하부 전지셀 전극단자의 표면적에 대해 20% 내지 70%의 접촉 계면을 형성하는 것이 바람직하며, 접촉 계면이 너무 작으면, 작은 접촉면적에 의해 접촉부위의 저항이 증가하거나 안정적인 접속 구조를 이루기 어려운 단점이 있고, 접촉 계면이 너무 크면 상대적으로 중앙 탄성부 등 나머지 부위의 크기가 작아져서 소정의 탄성력을 발휘하기 어려우므로 바람직하지 않다.

상기 중앙 탄성부는 하단 접촉부에 대해 탄력적인 상향 돌출 구조로 이루어져 있어서, 상기 접속부재에 의해 상부 전지셀과 하부 전지셀을 탄력적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 상기 중앙 탄성부는 하단 접촉부로부터 소정의 높이를 가지고 상향 테이퍼된 구조로 이루어져 있어서, 상부 전지셀의 전극단자와 하부 전지셀의 전극단자 사이가 탄력적으로 접속되는 구조를 이룰 수 있다.

상기 연장 접촉부는 직렬 접속단의 중심축을 기준으로 대칭 방사형 구조로 형성되어 있어서, 접속부재의 탄성력을 더욱 보강하고 전지팩에 진동 또는 굽힘 등과 같은 외력의 인가시 전극단자가 순간적으로 단락되는 것을 방지하여 준다.

이러한 연장 접촉부는 하단 접촉부의 외측으로부터 연장된 구조로서, 연장 접촉부의 단부가 중앙 탄성부 방향으로 완만하게 절곡되어 있으므로, 상부 전지셀의 전극단자 및 하부 전지셀의 전극단자를 탄력적으로 지지하고, 전극단자들의 접속된 상태를 안정적으로 유지하므로, 앞서 설명한 바와 같은 외력의 인가시 불안정한 접속 상태로 인해 순간적인 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 연장 접촉부는, 중앙 탄성부에 대한 지지와 전극단자에 대한 안정적인 접속 상태를 유지할 수 있으면 개수에 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 3 개로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 접속부재의 일측에는 보호회로 등의 외부 회로와 연결하기 위한 회로연결용 단자부가 위치하는 측면 연장부가 추가로 형성되어 있을 수 있다. 상기 측면 연장부는, 예를 들어, 하단 접촉부의 외주면 일부로부터 연장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 접속부재는, 앞서 언급한 바와 같이, 하나의 도전성 판재를 가압 변형하여 일체로서 제조될 수 있다. 즉, 하나의 도전성 판재를 접속부재의 형상에 적합하게 펀칭 및 압연 가공하여, 하부 전지셀의 전극단자에 접촉되는 하단 접촉부, 하부 전지셀에 탄력적인 접지력을 제공하는 중앙 탄성부, 중앙 탄성부 방향으로 완만하게 절곡되어 있는 연장 접촉부 등을 용이하고 간단한 방법으로 제조할 수 있다.

본 발명에서 상기 접속부재들은 전기 전도성 및 탄성력을 가지는 소재이면 특별히 한정되지 않으며, 가공의 용이성 등을 고려하여 금속 판재를 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 니켈, 황동, 알루미늄, 구리 및 이들의 선택적인 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한, 전지셀 전극단자들 사이 또는 전지셀 전극단자와 전지팩 측벽 사이에 본 발명에 따른 전지셀 접속부재가 장착되어 전지셀들의 전기적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

상기 전지팩은 고출력 대용량을 필요로 하는 휴대용 DVD, 소형 PC 등과 같은 가정용 전자기기의 전원으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 노트북 컴퓨터의 전원으로 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 노트북 컴퓨터를 제공한다.

노트북 컴퓨터의 일반적인 구조와 그것의 제조방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 이에 대한 추가적인 설명을 본 명세서에서는 생략한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 접속부재의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A에 따른 수직 단면 모식도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 접속부재를 사용하여 전지셀들을 연결한 구조의 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀 접속부재(100)는 길이방향의 전지셀들(210, 220)을 물리적 접촉방식에 의해 전기적 연결하는 한 쌍의 직렬 접속단들(110, 120)과, 측면방향으로 배열된 직렬 접속단들(110, 120)을 전기적으로 연결하는 하나의 병렬 접속단(140)으로 이루어져 있다.

직렬 접속단(110)은, 하부에 위치하는 전지셀(220) 전극단자의 외면 형상에 대응하여, 소정의 폭으로 하부 전지셀(220) 전극단자에 접촉되는 하단 접촉부(112), 접속부재(100) 전체에 탄력성을 제공하도록 하단 접촉부(112)로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 중앙 탄성부(114), 및 하단 접촉부(112)의 외주면으로부터 외측 방향으로 연장되어 있는 연장 접촉부(116)로 구성되어 있다.

하단 접촉부(112)는 원통형 전지셀의 전극단자 형상에 대응하도록 원심원 구조로 이루어져 있고, 하부 전지셀(220) 전극단자의 표면적(w)을 기준으로 대략 30%의 접촉 계면을 형성하고 있다.

중앙 탄성부(114)는 하단 접촉부(112)로부터 상부로 돌출되어 있고, 소정의 높이(h)를 가지며 상향 테이퍼된 구조로 이루어져 있어서, 상부 전지셀(210)의 전극단자와 하부 전지셀(220)의 전극단자를 탄력적으로 접속하고 있으며, 중앙 탄성부(114)의 중심 부위는 탄력성을 향상시키기 위하여 만입된 구조로 이루어져 있다.

연장 접촉부(116)는 하단 접촉부(112)로부터 외측 방향으로 연장되어 있고, 하단 접촉부(112)에 대응하는 접촉면(a)과 중앙 탄성부(114)에 대응하는 접촉면(b) 를 제공하면서 단부가 내측 방향으로 절곡된 구조로 이루어져 있다.

따라서, 상부 전지셀(210)의 전극단자 및 하부 전지셀(220)의 전극단자를 탄력적으로 지지하고, 전극단자들의 접속된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 이러한 연장 접촉부들(116)은 각각의 직렬 접속단(110, 120)의 중심축을 기준으로 대칭 방사형 구조로 3개가 형성되어 있다.

또한, 측면 연장부(150)는 하단 접촉부(112)의 외주면 일부로부터 연장되어 있고, 측면 연장부(150)의 단부에는 외부 회로와 연결하기 위한 회로연결용 단자부(152)가 위치하고 있다. 여기서 외부 회로 연결용 단자부는 입출력용 단자일 수도 있고, 전압 등의 센싱을 위한 검출 단자일 수도 있으며, 이들의 병행 단자일 수도 있다.

도 6에는 본 발명의 접속부재가 전지셀과 측벽 사이에 위치하는 구조의 모식도가 도시되어 있다.

도 6을 도 4와 함께 참조하면, 접속부재(100)의 중앙 탄성부(114) 및 연장 접촉부(116)의 접촉면(b)가 전지셀들(230, 232)의 음극단자와 물리적 접촉방식으로 접속되면서 측면 방향의 2 개의 전지셀들(230, 232)을 서로 전기적 병렬로 연결하고 있고, 접속부재(100)의 하단 접촉부(112)는 팩 케이스(300)의 측벽(310)에 탄력적으로 지지되는 구조로 이루어져 있다.

도 7에는 본 발명의 접속부재를 사용하여 제조된 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 전지팩(400)은, 다수의 원통형 전지셀들(210, 212, 220, 222)이 접속부재들(100)에 의해 전기적 접속을 이루고 있는 구조로 이루어져 있다.

구체적으로, 전지팩(400)은 2 개의 원통형 전지셀들(210, 212)이 측면방향으로 접하면서 장착되어 있고, 동시에 길이방향으로 2 개의 원통형 전지셀들(210, 220)이 장착되어 있으며, 전체적으로 2P-2S의 판상형 구조를 이루고 있다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지셀 접속부재는 구조적 특징으로 인해 접속부재 전체에 탄력성을 용이하게 제공하여, 접속부재의 상부와 하부에 위치하는 전지셀 간의 안정적인 접속상태를 보장한다.

또한, 전지셀 전극단자들의 전기적 접속을 위해 용접, 솔더링 공정 등을 필요로 하지 않으므로 용접과정에서 발생할 수 있는 전지의 단락 가능성을 방지하고 불량률을 크게 감소시킬 수 있으며, 이차전지 셀의 전극단자들 간의 안정적인 결합구조에 의해 접속부위의 저항 변화를 최소화 할 수 있다.

더욱이, 전지팩에 낙하, 진동 등과 같은 외력이 인가되는 경우에도 전지셀의 단락을 유발하지 않고, 용접 등을 사용하지 않은 전기적 접속방식으로 이루어져 있음에도 불구하고, 전지팩의 크기 증가를 유발하지 않으면서, 장기간의 사용에도 안정적인 접속상태를 유지할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 접속부재인 금속 플레이트에 의해 전기적으로 연결된 전지들의 결합 방식을 보여주는 분해도이다;

도 2는 도 1의 코어 팩에 보호회로 모듈을 연결한 전지모듈의 모식도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 접속부재의 모식도이다;

도 4는 도 3의 A-A에 따른 수직 단면 모식도이다;

도 5는 도 3의 접속부재를 사용하여 전지셀들을 연결한 구조의 모식도이다;

도 6은 도 3의 접속부재가 전지셀과 측벽 사이에 위치하는 구조의 모식도이다;

도 7은 본 발명 접속부재를 사용하여 제조된 전지팩의 사시도이다.

Claims (14)

1. 다수의 원통형 전지셀(이차전지)들을 포함하는 전지팩에서, 측면방향의 전지셀들을 병렬로 연결하면서 길이방향의 전지셀들을 직렬로 연결하는 부재(접속부재)로서,

   상기 접속부재는 길이방향의 전지셀들을 물리적 접촉방식에 의해 전기적 연결하는 한 쌍의 직렬 접속단들과, 측면방향으로 배열된 상기 직렬 접속단들을 전기적으로 연결하는 하나의 병렬 접속단으로 이루어져 있고,

   상기 직렬 접속단은,

   (A) 직렬 접속단의 하부에 위치하는 전지셀(하부 전지셀) 전극단자의 외면 형상에 대응하여, 소정의 폭으로 하부 전지셀 전극단자에 접촉되는 하단 접촉부;

   (B) 전지셀 전극단자들 사이 또는 전지셀 전극단자와 전지팩 측벽 사이에 장착된 접속부재 전체에 탄력성을 제공하도록, 상기 하단 접촉부로부터 상향 돌출된 상태로 중심이 만입되어 있는 중앙 탄성부; 및

   (C) 상기 하단 접촉부의 외주면으로부터 외측 방향으로 연장되어 있고, 적어도 일부가 하단 접촉부에 대응하는 접촉면(a)과 중앙 탄성부에 대응하는 접촉면(b)을 제공하면서 단부가 중앙 탄성부 방향(내측 방향)으로 완만하게 절곡되어 있는 둘 이상의 연장 접촉부;

   를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 직렬 접속단들의 일부가 상호 연결되어 접속부재는 전체적으로 일체형 구조를 이루며, 상기 연결 부위가 병렬 접속단을 형성하는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 하부 전지셀의 전극단자에 물리적 접촉방식으로 접속되어 있고, 전지팩 측벽에 지지되는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 전지셀 전극단자는 음극이고 상부 전지셀 전극단자는 양극인 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하단 접촉부는 원심원 구조로서, 하부 전지셀 전극단자의 표면적에 대해 20% 내지 70%의 접촉 계면을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 탄성부는 하단 접촉부에 대해 탄력적인 상향 돌출 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 연장 접촉부들은 직렬 접속단의 중심축을 기준으로 대칭 방사형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 연장 접촉부는 3개로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재의 일측에는 외부 회로와 연결하기 위한 회로연결용 단자부가 위치하는 측면 연장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 측면 연장부는 하단 접촉부의 외주면 일부로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 하나의 도전성 판재를 가압 변형하여 일체로서 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 접속부재는 니켈, 황동, 알루미늄, 구리 및 이들의 선택적인 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 접속부재.
13. 전지셀 전극단자들 사이 또는 전지셀 전극단자와 전지팩 측벽 사이에 제 1 항에 따른 전지셀 접속부재가 장착되어 전지셀들의 전기적 연결을 이루는 것을 특 징으로 하는 전지팩.
14. 전원으로서 제 13 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 노트북 컴퓨터.

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