KR101182150B1 - Battery Pack of Structure of Improved Productivity and Stability - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조의 전지팩을 제공한다. The present invention provides a battery pack in which two or more battery cells are embedded in a pack case, and includes a protection circuit module for controlling overcharge, overdischarge, and overcurrent of the battery cells, wherein the pack case includes an upper case and a lower case. Consists of a case, the protection circuit module is electrically connected in a state that is physically isolated from the battery cells to provide a battery pack having a structure mounted on the module receiving portion formed on one side of the pack case.
Description
본 발명은 향상된 생산성과 안전성 구조의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조의 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack having an improved productivity and safety structure, and more particularly, a battery pack in which two or more battery cells are embedded in a pack case, to control overcharging, overdischarging, and overcurrent of the battery cells. It includes a protective circuit module, wherein the pack case is composed of an upper case and a lower case, the protective circuit module is electrically connected in a state that is physically isolated from the battery cells are formed on one side of the pack case The present invention relates to a battery pack having a structure mounted to a module accommodating portion.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.
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.The secondary battery may be used in the form of a single battery, or in the form of a battery pack in which a plurality of unit cells are electrically connected, depending on the type of external device in which the secondary battery is used. For example, a small device such as a mobile phone can operate for a predetermined period of time with the output and capacity of one battery, while a medium or large size such as a notebook computer, a portable DVD, a small PC, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or the like. Large devices require the use of battery packs due to power and capacity issues.
전지팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결하고 보호회로 모듈 등을 부가한 코어 팩을 팩 케이스의 내부에 장착함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위전지로서 유리하다.The battery pack is manufactured by connecting a plurality of unit cells arranged in series and / or in parallel and mounting a core pack including a protection circuit module and the like inside the pack case. In the case of using a rectangular or pouch type battery as a unit cell, it can be easily manufactured by stacking the wide surfaces to face each other and then connecting the electrode terminals by a connection member such as a bus bar. Therefore, in the case of manufacturing a three-dimensional battery pack having a hexahedral structure, a square or pouch type battery is advantageous as a unit cell.
반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층 구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 이점이 있다. On the other hand, the cylindrical battery generally has a larger capacitance than the square and pouch type batteries, but due to the external characteristics of the cylindrical battery is not easy to arrange in a laminated structure. However, when the shape of the battery pack is a linear or plate-like structure as a whole, there is a structural advantage over the square or pouch type.
따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 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 등이 사용되고 있다. Therefore, in the case of a notebook computer, a portable DVD, a small PC, and the like, battery packs in which a plurality of cylindrical batteries are connected in parallel and in series are used. As the structure of the core pack used for such a battery pack, for example, a linear structure of 2P (parallel) -3S (serial), a plate structure of 2P-3S, a linear structure of 2P-4S, a plate structure of 2P-4S, and the like. Is being used.
병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태 에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 버스 바로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.A parallel connection structure is achieved by arranging two or more cylindrical cells adjacent in their lateral direction with the electrode terminals oriented in the same direction, and welding the bus bars. Such parallel cylindrical cells are also referred to as "banks".
직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들이 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열한 후, 버스 바로 용접함으로써 달성된다.In series connection structure, two or more cylindrical cells are arranged in a lateral direction while two or more cylindrical cells are arranged long so that electrode terminals of opposite polarity are continuous or the electrode terminals are arranged in opposite directions. This is achieved by arranging adjacently in the furnace and then welding the bus bar.
이러한 원통형 전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트와 같은 얇은 판상형 버스 바를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다. 또한, 병렬 및/또는 직렬방식의 연결로 이루어진 코어 팩에 보호회로 모듈을 연결하여 전지팩을 제조한다.In the electrical connection of such cylindrical cells, spot welding is generally performed using a thin plate-shaped bus bar such as a nickel plate. In addition, a battery pack is manufactured by connecting a protection circuit module to a core pack consisting of a parallel and / or series connection.
예를 들어, 도 1에는 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel)-3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정이 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 그러한 전기적 연결을 이룬 코어 팩의 형상이 모식적으로 도시되어 있다.For example, FIG. 1 schematically illustrates a process of combining six cylindrical secondary batteries in a 2P (Parallel) -3S (Serial) electrical connection method, and FIG. 2 illustrates a shape of a core pack having such electrical connection. This is schematically illustrated.
이들 도면을 참조하면, 6 개의 원통형 전지들(20, 21)은 각각 양극이 좌측을 향하도록 2개씩 배열되어 총 3 개의 전지 쌍을 구성하고 있으며, 그 사이에 배치되는 니켈 플레이트(30)에 의해 전기적 접속을 이루고 있다. 즉, 니켈 플레이트(30)는 그것의 양면에 위치하는 2 쌍의 전지들이 스팟 용접에 의해 결합됨으로써, 세로 방향으로 인접한 전지들(뱅크)이 병렬 연결을 이루고, 가로 방향으로 인접한 전지들이 직렬 연결을 이루게 된다. 따라서, 전체적으로 2P-3S 연결 구조가 만들어진 다. Referring to these drawings, the six
또한, 각각의 전지들(20, 21)은 니켈 플레이트(30)에 연결된 양극 와이어(60)와 음극 와이어(70) 및 검출신호용 와이어(80)를 통해 보호회로 모듈(90)에 연결되어 있다. 각각의 와이어들(60, 70, 80)에 대한 보호회로 모듈(90)의 전기적 연결은 일반적으로 솔더링에 의해 수행되고, 전지팩은 코어 팩(50)을 팩 케이스(도시하지 않음)의 내부에 탑재함으로써 완성된다. In addition, each of the
그러나, 이러한 구조의 전지팩은 많은 문제점을 가지고 있다.However, such a battery pack has many problems.
첫째, 상기 보호회로 모듈은 코어 팩의 측면에 밀착된 상태로 팩 케이스의 내부에 탑재되므로, 팩 케이스의 내부에서 전지셀로부터 전해액이 누출되었을 경우, 극성이 높은 전해액에 의해 보호회로 모듈의 회로가 손상되면서 작동 불량 또는 쇼트가 발생하는 문제점이 있다.First, since the protection circuit module is mounted inside the pack case in a state of being in close contact with the side of the core pack, when the electrolyte leaks from the battery cell inside the pack case, the circuit of the protection circuit module is prevented by the electrolyte having high polarity. There is a problem that a malfunction or short occurs while being damaged.
둘째, 상기 전지팩은 접속부재와 보호회로 모듈을 전기적으로 연결하기 위해 솔더링을 수행할 때, 전지셀 또는 보호회로 모듈의 손상이 유발될 수 있다. 더욱이, 구조적으로 보호회로 모듈과 접속부재를 정위치에 고정시키기 어려우므로, 솔더링 공정의 자동화가 용이하지 않고, 비록 자동화를 하더라도 고가의 장비가 요구되는 등의 문제점이 있다.Second, when the battery pack is soldered to electrically connect the connection member and the protection circuit module, damage to the battery cell or the protection circuit module may occur. Furthermore, since it is difficult to structurally fix the protection circuit module and the connection member in place, there is a problem that automation of the soldering process is not easy and expensive equipment is required even if the automation is performed.
셋째, 상기 전지팩의 내부에서 이상 발생시 전지팩 전체를 폐기하여야 하는 문제점이 있다. 전지팩의 제조 공정에서는 여러 차례의 검사 과정을 거치는 바, 예를 들어, 코어팩 제조 후의 검사, 초기 충방전 수행 후의 검사, 최종 제품 완성 후의 검사 등을 거친다. 그런데, 후반부의 검사에서 불량이 발생하면, 이는 완성 된 전지팩의 불량 발생을 의미하므로, 전지팩 자체의 폐기가 불가피하다. 예를 들어, 보호회로 모듈은 정상적인 제품이라 하더라도 전지팩을 제조하는 과정에서 불량이 발생하는 경우가 있고, 경우에 따라서는 보호회로 모듈의 내재적인 불량 요소가 전지팩의 제조 과정에서 불량을 유발하는 경우도 있다. 따라서, 전지팩이 완성된 상태에서 보호회로 모듈의 불량은 전지팩의 불량으로 직결되는 문제점이 있다. Third, when an abnormality occurs in the battery pack, there is a problem that the entire battery pack must be discarded. In the battery pack manufacturing process, a plurality of inspection processes are performed, for example, inspection after core pack manufacture, inspection after performing initial charge and discharge, inspection after completion of final product, and the like. By the way, if a failure occurs in the inspection of the second half, which means that the failure of the finished battery pack, it is inevitable to discard the battery pack itself. For example, even if the protection circuit module is a normal product, a defect may occur in the process of manufacturing the battery pack, and in some cases, an inherent failure factor of the protection circuit module may cause a defect in the manufacturing process of the battery pack. In some cases. Therefore, the defect of the protection circuit module in the state that the battery pack is completed there is a problem directly connected to the defect of the battery pack.
넷째, 상기 전지팩은 수요에 따른 공급량 조절이 어렵다는 문제점이 있다. 코어팩의 제조 단계에 보호회로 모듈을 전지셀에 연결하는 과정이 포함되어 있으므로, 소정의 시기에 발생한 전지팩 수요를 맞추기 위해서는 일련의 작업 공정을 수행하여 전지팩을 제조하는 공정을 거쳐야 한다. 결과적으로, 전지팩 수급 조절이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다. Fourth, the battery pack has a problem that it is difficult to control the supply amount according to the demand. Since the manufacturing process of the core pack includes a process of connecting the protection circuit module to the battery cell, in order to meet the demand for the battery pack generated at a predetermined time, it is necessary to go through a process of manufacturing a battery pack by performing a series of working processes. As a result, the battery pack supply and demand control is not easy.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있도록 생산성과 안전성이 우수한 구조로 이루어진 전지팩의 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a battery pack made of a structure having excellent productivity and safety to fundamentally solve these problems.
본 발명은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩의 안전성을 향상시키고, 자동화를 용이하게 달성할 수 있으며, 전지팩의 이상 발생시 비용 손실을 최소화할 수 있고, 전지팩의 수급 조절이 용이할 수 있는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to improve the safety of the battery pack, to easily achieve the automation, to minimize the cost loss in the event of an abnormal battery pack, it is easy to control the supply and demand of the battery pack It is to provide a battery pack.
본 발명자들은 다양한 구조의 전지팩들을 디자인하여 이를 바탕으로 한 생산성과 안전성을 고려한 바람직한 구조를 검토하여 본 결과, 보호회로 모듈을 전지셀들로부터 격리시키는 형태로 장착하되 실질적으로 최종단계에서 상기 보호회로 모듈을 장착하여 전기적으로 연결하는 방식으로 제조할 수 있는 구조의 전지팩이 상기 소망하는 목적들을 모두 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have designed a battery pack having a variety of structures, and reviewed a preferable structure in consideration of productivity and safety based on this, and as a result, the protective circuit module is mounted in a form that isolates the battery cells from the battery cells, but substantially in the final step. The present invention was completed by confirming that a battery pack having a structure that can be manufactured by mounting a module to be electrically connected can satisfy all of the desired objects.
따라서, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.Accordingly, the battery pack according to the present invention for achieving the above object is a battery pack in which two or more battery cells are built in a pack case, and a protection circuit module for controlling overcharge, overdischarge and overcurrent of the battery cells. The pack case includes an upper case and a lower case, and the protection circuit module is electrically connected to the battery cells in a physically isolated state, and is formed in a module accommodating portion formed on one outer surface of the pack case. Consists of a mounted structure.
상기에서 '물리적으로 격리되어 있는 상태로 전기적으로 연결되어 있다'는 것은, 소정의 접속부재에 의해 전지셀들과 보호회로 모듈은 전기적으로 연결되어 있지만, 전지셀들이 내장되어 있는 상부 및 하부 케이스들의 내부 공간과 모듈 수납부 간에 물질의 이동이 일어나지 않도록, 접속부재를 제외하고는 전지팩 내부 공간과 모듈 수납부가 서로 분리되어 있음을 의미한다. 이는 전지셀들을 팩 케이스에 장착하는 과정과 보호회로 모듈을 팩 케이스에 장착하는 과정이 분리되는 것을 의미한다. In the above, 'electrically connected in a physically isolated state' means that the battery cells and the protection circuit module are electrically connected by a predetermined connection member, but the upper and lower cases in which the battery cells are built-in. This means that the battery pack inner space and the module accommodating part are separated from each other, except for the connection member, so that material does not move between the inner space and the module accommodating part. This means that the process of mounting the battery cells in the pack case and the process of mounting the protection circuit module in the pack case are separated.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 보호회로 모듈을 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착하는 구조로 이루어져 있으므로, 보호회로 모듈을 전지셀들과 격리된 상태를 유지할 수 있으며, 비록 팩 케이스 내부에서 전지셀로부터 전해액이 누출되더라도 전해액에 의해 보호회로 모듈이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.Therefore, since the battery pack according to the present invention has a structure in which a protective circuit module is mounted on a module accommodating portion formed on one outer surface of the pack case, the protective circuit module can be kept in an isolated state from the battery cells. Even if the electrolyte leaks from the battery cell inside the pack case, it is possible to prevent the protection circuit module from being damaged by the electrolyte.
또한, 보호회로 모듈이 팩 케이스의 내부가 아닌 팩 케이스의 외면에 형성된 모듈 수납부에 장착되는 구조이므로, 비록 전지팩에 불량이 발생하더라도 불량을 초래한 팩 케이스(전지셀 내장) 또는 보호회로 모듈만을 교체함으로써, 불량에 따른 비용 증가를 최소화할 수 있다. 이는 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩 중간품을 제조하는 공정과, 상기 중간품에 보호회로 모듈을 장착하여 최종적인 전지팩을 제조하는 공정을 분리할 수 있음을 의미하므로, 전지팩 중간품 만을 다량 생산해 놓은 상태에서 전지팩 수요에 따라 용이하게 공급을 맞출 수 있음을 의미한다. In addition, since the protective circuit module is mounted on the module accommodating part formed on the outer surface of the pack case, not inside the pack case, even if a defect occurs in the battery pack, the pack case (built-in battery cell) or the protection circuit module that caused the defect. By replacing bays, the cost increase due to failure can be minimized. This means that the process of manufacturing a battery pack intermediate product in which the battery cell is embedded in the pack case and the process of manufacturing a final battery pack by attaching a protection circuit module to the intermediate product can be separated. This means that the supply can be easily adjusted according to the demand for battery packs with only a large quantity of products produced.
하나의 바람직한 예에서, 상기 팩 케이스에는 보호회로 모듈이 모듈 수납부에 장착된 상태에서 상기 보호회로 모듈을 밀폐하기 위한 커버(수납부 커버)가 추가로 포함되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에 의해, 외부 충격으로부터 보호회로 모듈을 보호하고 이물질이 모듈 수납부에 삽입되는 것을 방지할 수 있다.In one preferred example, the pack case may have a structure in which a cover (a storing part cover) for sealing the protective circuit module is further included in a state in which the protective circuit module is mounted in the module accommodating part. With this structure, it is possible to protect the protection circuit module from external shocks and to prevent foreign substances from being inserted into the module housing.
상기 구조에서, 수납부 커버는 팩 케이스와의 결합이 용이한 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 팩 케이스에 기계적 체결 방식으로 결합될 수 있다. 기계적 체결 방식의 결합 구조는, 최종적으로 제조된 전지팩에서 불량이 발생하였 을 때, 보호회로 모듈의 분리를 용이하게 해 준다. In the above structure, the housing cover is not particularly limited as long as it is easy to be combined with the pack case, for example, may be coupled to the pack case by a mechanical fastening method. The coupling structure of the mechanical fastening method facilitates detachment of the protection circuit module when a failure occurs in the finally manufactured battery pack.
하나의 바람직한 예에서, 상기 수납부 커버와 그에 대응하는 팩 케이스 또는 모듈 수납부에는 하나 또는 둘 이상의 체결용 관통구가 연통된 구조로 형성되어 있고, 상기 체결용 관통구에 나사를 삽입하여 기계적 체결을 이룰 수 있다. 예를 들어, 모듈 수납부와 수납부 커버의 하단 양측에 형성되어 있는 한 쌍의 체결용 관통구에 나사를 순차적으로 삽입함으로써, 모듈 수납부와 수납부 커버의 기계적 체결을 용이하게 달성할 수 있다. In one preferred embodiment, one or two or more fastening through-holes are formed in communication with the accommodating part cover and the pack case or module accommodating part corresponding thereto, and mechanically fastening by inserting a screw into the fastening through-hole. Can be achieved. For example, by sequentially inserting screws into a pair of fastening through-holes formed on both sides of the lower end of the module accommodating part and the accommodating part cover, mechanical fastening of the module accommodating part and the accommodating part cover can be easily achieved. .
한편, 상기 모듈 수납부의 일측 외면에는 보호회로 모듈을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위한 소켓형 접속 단자가 위치할 수 있다. 모듈 수납부의 일측 외면에 형성되어 있는 소켓형 접속 단자는 보호회로 모듈과 외부 디바이스의 용이한 전기적 연결을 가능하게 해 준다. Meanwhile, a socket type connection terminal for electrically connecting the protection circuit module to an external device may be located at one outer surface of the module accommodating part. The socket type connection terminal formed on one outer surface of the module accommodating portion enables easy electrical connection between the protection circuit module and the external device.
상기 소켓형 접속 단자는 바람직하게는 보호회로 모듈 상에 형성되어 있고, 수납부 커버에는 상기 소켓형 접속 단자가 외부로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.The socket type connection terminal is preferably formed on the protective circuit module, the housing cover may have a structure in which an opening is formed so that the socket type connection terminal is exposed to the outside.
상기 보호회로 모듈은 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 구조로 이루어질 수 있다. The protection circuit module may be formed in various structures, for example, may be formed of a printed circuit board (PCB) structure.
바람직하게는, 상기 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하기 위한 슬릿 홈이 팩 케이스의 길이방향으로 내면 하단에 형성되어 있어서, 보호회로 모듈이 슬릿 홈에 안정적으로 장착될 수 있고, 슬릿 홈에 장착된 보호회로 모듈의 정위치 이탈을 미연에 방지할 수 있다.Preferably, a slit groove for mounting the protection circuit module in the module accommodating portion is formed at the lower end of the inner surface in the longitudinal direction of the pack case, so that the protection circuit module can be stably mounted in the slit groove, and mounted in the slit groove. It is possible to prevent deviation of the protection circuit module in place.
종래의 전지팩 구조에서는 보호회로 모듈을 전지셀들 상에 위치시킨 상태에서 솔더링을 수행하여야 하므로, 솔더링의 자동화를 위해서는 전지셀들과 보호회로 모듈을 안정적으로 정위치 고정시켜야 하지만, 전지셀들과 보호회로 모듈의 구조적 한계로 인해 그것이 용이하지 않았다. 결과적으로, 대상체들의 상호 위치 고정과 솔더링 작업을 동시에 수행할 수 있는 복잡한 구조의 고가의 장비가 필요하였다.In the conventional battery pack structure, soldering should be performed while the protection circuit module is positioned on the battery cells. Therefore, the battery cells and the protection circuit module must be stably fixed in place for automation of soldering. It was not easy due to the structural limitations of the protective circuit module. As a result, there was a need for expensive equipment with a complicated structure that can simultaneously perform the mutual positioning and soldering of the objects.
반면에, 본 발명에서는 전지셀들이 소정 형태의 팩 케이스에 내장되어 있고 보호회로 모듈이 모듈 수납부에 정위치 고정된 상태에서 장착되어 있으므로, 별도로 대상체들의 상호 위치 고정을 수행할 필요가 없어서 그만큼 솔더링 작업이 용이하다는 장점이 있다. 더욱이, 보호회로 모듈의 정위치 장착을 위한 상기 슬릿 홈 구조는 보호회로 모듈을 모듈 수납부에 정위치로 고정시키므로, 전지셀들과 전기적으로 연결된 접속부재와 보호회로 모듈의 솔더링 작업의 자동화를 더욱 용이하게 해 준다.On the other hand, in the present invention, since the battery cells are embedded in a pack case of a predetermined type and the protection circuit module is mounted in a fixed position in the module accommodating portion, there is no need to separately perform the mutual position fixing of the objects, so that soldering is performed accordingly. The advantage is easy operation. Furthermore, the slit groove structure for the in-situ mounting of the protection circuit module secures the protection circuit module in place in the module accommodating portion, thereby further automating the soldering operation of the connection member and the protection circuit module electrically connected to the battery cells. Make it easy
하나의 예로서, 상기 모듈 수납부는 보호회로 모듈을 안정적으로 장착할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 상부 개방 구조로 하부 케이스 상에 형성될 수 있다. 따라서, 보호회로 모듈을 개방 상부를 통해 삽입하는 방식으로 모듈 수납부에 용이하게 장착할 수 있다.As one example, the module accommodating portion is not particularly limited as long as it is a structure capable of stably mounting the protection circuit module. For example, the module accommodating portion may be formed on the lower case with an upper open structure. Therefore, the protective circuit module can be easily mounted in the module accommodating portion by inserting the protective circuit module through the open upper portion.
모듈 수납부를 팩 케이스 내부 공간으로부터 물리적으로 격리시키는 바람직한 예로서, 상기 모듈 수납부에는 전지셀에 대면하는 부위에 전지셀 장착 공간과의 격리를 위한 격벽이 형성되어 있는 구조일 수 있다. As a preferable example of physically insulating the module accommodating part from the space inside the pack case, the module accommodating part may have a structure in which a partition wall for separating the battery accommodating space is formed at a portion facing the battery cell.
상기 구조에서, 전지셀들을 보호회로 모듈에 전기적으로 연결하는 접속부재 는 상기 격벽에 결합된 상태로 장착되는 구조일 수 있다.In the above structure, the connection member for electrically connecting the battery cells to the protection circuit module may be a structure mounted in a state coupled to the partition wall.
이 경우, 상기 보호회로 모듈의 양측 전면 상부에는 전기적으로 연결된 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 접속부재(전극단자용 접속부재)들이 접속되는 단자 접속부들이 형성되어 있어서, 전지셀들은 전극단자용 접속부재 및 단자 접속부를 경유하여 보호회로 모듈과 통전된다. In this case, terminal connection parts are formed on both front surfaces of the protection circuit module to connect connection members (electrode terminal connection members) respectively connected to the positive and negative terminals of the electrically connected battery cells. The protective circuit module is energized via the connection member and the terminal connection part.
또한, 전지셀들의 전압 및/또는 온도 검출 신호를 전달하기 위한 접속부재(검출신호용 접속부재)가 연결되는 센싱 접속부가 추가로 형성되어 있을 수 있다.In addition, a sensing connection part to which a connection member (detection signal connection member) for transmitting voltage and / or temperature detection signals of the battery cells may be further formed.
상기 접속부재는 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 구조일 수 있다. 예를 들어, 전극단자 접속용 회로와 적어도 하나의 검출신호 전송용 회로가 함께 포함되어 있는 FPCB로 이루어질 수 있다. 전극단자용 접속부재는 양극과 음극용으로 단지 2 개만 사용되지만, 검출신호용 접속부재는 추가로 요구될 수 있으므로, 초과되는 검출신호용 접속부재로서 와이어, 금속 스트립 등이 추가로 사용될 수 있음은 물론이다. The connection member may have various shapes, and preferably, may have a flexible printed circuit board (FPCB) structure. For example, the circuit board may include an FPCB including an electrode terminal connection circuit and at least one detection signal transmission circuit. Only two connecting members for the electrode terminal are used for the positive electrode and the negative electrode. However, since the connecting member for the detection signal may be additionally required, a wire, a metal strip, or the like may additionally be used as the connecting member for the excess detection signal. .
하나의 바람직한 예에서, 상기 FPCB 구조의 접속부재는 충방전을 위해 전지셀의 최종 양극 또는 음극단자에 접속되는 단자가 일측 단부에 형성되어 있고, 전지셀들 간 접속부위의 전압을 측정하기 위한 단자가 타측 단부에 형성되어 있으며, 상기 전지셀측 접속 단자들을 보호회로 모듈에 연결하는 단자가 대향측 단부에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전지셀측 접속 단자들과 보호회로 모듈측 접속 단자들은 회로적으로 연결되어 있다. In one preferred embodiment, the connection member of the FPCB structure has a terminal connected to the final positive or negative terminal of the battery cell for charging and discharging is formed at one end, the terminal for measuring the voltage of the connection between the battery cells Is formed at the other end, and a terminal for connecting the battery cell side connection terminals to the protection circuit module may be formed at the opposite end. In this structure, the battery cell side connection terminals and the protection circuit module side connection terminals are connected in a circuit.
바람직하게는, 보호회로 모듈측 단자가 상기 격벽의 상단을 경유하여 보호회 로 모듈의 단자 접속부에 접속될 수 있도록 격벽의 형상에 대응하여 절곡되어 있는 구조일 수 있다. Preferably, the protection circuit module side terminal may be bent in correspondence with the shape of the partition wall so as to be connected to the terminal connection portion of the protection circuit module via the upper end of the partition wall.
보호회로 모듈의 단자 접속부에 대한 접속부재의 접속은 상호간의 전기적 연결을 이루어질 수 있는 방식이라면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 기계적 체결 방식, 솔더링 방식 등에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 솔더링에 의해 수행될 수 있다. The connection of the connection member to the terminal connection portion of the protective circuit module is not particularly limited as long as it can be an electrical connection to each other, for example, may be performed by a mechanical fastening method, a soldering method, and the like, preferably in the soldering Can be performed by
한편, 상기 팩 케이스에 내장되어 있는 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지라면 그것의 형태와 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 원통형 구조의 리튬 이차전지일 수 있다. 리튬 이차전지는 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 고전압의 방전 특성을 발휘하므로 바람직하다. On the other hand, the battery cell embedded in the pack case is a secondary battery capable of charging and discharging is not particularly limited in form and type thereof, but preferably may be a lithium secondary battery of cylindrical structure. Lithium secondary batteries are preferred because of their high energy density per unit weight and high discharge characteristics.
상기 구조에서, 팩 케이스에는 다수의 원통형 이차전지들이 1 열 또는 2 열로 전지팩의 양측 단부에 평행하게 배열되어 장착되어 있을 수 있다. 즉, 상기 원통형 이차전지들은 그것의 길이방향을 기준으로 전지팩의 양측 단부에 평행하도록 배열될 수 있다. In the above structure, a plurality of cylindrical secondary batteries may be mounted in the pack case in parallel to both ends of the battery pack in one or two rows. That is, the cylindrical secondary batteries may be arranged to be parallel to both ends of the battery pack based on the longitudinal direction thereof.
본 발명에 따른 외부 디바이스의 종류는 전원으로서의 상기 전지팩이 장착되는 구조를 포함하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 노트북 컴퓨터일 수 있다. The type of external device according to the present invention is not particularly limited as long as it includes a structure in which the battery pack as a power source is mounted, but may preferably be a notebook computer.
따라서, 본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 노트북 컴퓨터를 제공한다. 다수의 이차전지들을 내장하고 있는 전지팩을 사용하는 노트북 컴퓨터는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한 다. Accordingly, the present invention also provides a notebook computer including the battery pack as a power source. Since a notebook computer using a battery pack containing a plurality of secondary batteries is known in the art, detailed description thereof will be omitted herein.
본 발명은, 또한, 상기 구조로 이루어진 전지팩을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a battery pack having the above structure.
구체적으로는, Specifically,
(a) 팩 케이스의 내부에 전기적으로 연결한 상태로 전지셀들을 장착하고, 접속부재의 단부가 모듈 수납부 방향으로 노출된 상태로 상부 케이스와 하부 케이스를 결합하는 과정; (a) mounting the battery cells in an electrically connected state inside the pack case, and coupling the upper case and the lower case with the ends of the connection members exposed in the direction of the module accommodating part;
(b) 상기 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정; (b) attaching a protection circuit module to the module accommodating portion of the pack case;
(c) 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재의 단부를 보호회로 모듈의 단자 접속부에 솔더링에 의해 결합하는 과정; 및(c) bonding the end portions of the electrode terminal connecting members connected to the positive and negative terminals of the battery cells, respectively, by soldering to the terminal connecting portions of the protection circuit module; And
(d) 상기 모듈 수납부를 수납부 커버에 의해 밀폐하는 과정;(d) sealing the module accommodating part by an accommodating part cover;
으로 이루어질 수 있다.Can be made.
따라서, 상기 제조 방법은, 앞서 언급한 바와 같이, 전지팩의 구조적 특징에 의해 안전성이 향상될 뿐만 아니라, 전지팩의 제조과정에서 불량 발생시 비용 증가를 최소화할 수 있고, 공정의 자동화가 용이하며, 전지팩의 수요에 따른 공급량 조절이 용이하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 특징이 있다. Therefore, the manufacturing method, as mentioned above, not only the safety is improved by the structural features of the battery pack, but also can minimize the increase in cost in the event of a failure in the manufacturing process of the battery pack, and the process is easy to automate, It is easy to adjust the supply amount according to the demand of the battery pack has a feature that can greatly improve the productivity.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 전기적으로 연결된 전지셀들 및 상부 케이스를 하부 케이스에 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있다.3 is an exploded schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention, Figure 4 shows a schematic diagram of the process of mounting the electrically connected battery cells and the upper case to the lower case.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 원통형 전지셀들(500)이 전기적으로 연결된 상태로 내장되어 있는 팩 케이스(200), 원통형 전지셀들(500)의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈(300), 보호회로 모듈(300)을 삽입하기 위해 팩 케이스(200)의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부(230), 보호회로 모듈(300)의 일측 외면에 돌출된 형태로 형성되어 있는 소켓형 접속 단자부(240), 및 보호회로 모듈(300)이 모듈 수납부(230)에 삽입된 상태에서 보호회로 모듈(300)을 밀폐하기 위한 수납부 커버(400)로 구성되어 있다.Referring to these drawings, the
팩 케이스(200)는 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)로 이루어져 있고, 모듈 수납부(230)의 하단 양측에는 한 쌍의 체결용 관통구(232)가 형성되어 있다.The
모듈 수납부(230)는 보호회로 모듈(300)을 상부로부터 삽입할 수 있도록 상부가 개방된 구조로 하부 케이스(220) 상에 형성되어 있고, 원통형 전지셀(500)에 대면하는 부위에 원통형 전지셀 장착 공간(222)과의 물리적 격리를 위해 격벽(234)이 형성되어 있으며, 내면 하단에 보호회로 모듈(300)을 장착하기 위한 슬릿 홈(232)이 팩 케이스(200)의 길이 방향으로 형성되어 있다.The module
소켓형 접속 단자부(240)는 모듈 수납부(230)로부터 외부로 돌출된 형태로 장착되어 있고, 모듈 수납부(230)의 일측 외면에 형성된 접속 단자 수납부(242)에 소켓형 접속 단자(244)가 삽입된 구조로 이루어져 있다.The socket type
수납부 커버(400)는 소켓형 접속 단자부(240)가 외부로 노출될 수 있도록 소켓형 접속 단자부(240)의 대응 부위에 개구(402)가 형성되어 있다.In the
보호회로 모듈(300)은 PCB 구조로 이루어져 있고, 양측 전면 상부에 양극단자용 접속부재(510)와 음극단자용 접속부재(520)가 접속되는 단자 접속부들(310, 330)이 형성되어 있으며, 단자 접속부들(310, 330) 사이에는 검출신호용 접속부재(530)와 연결되는 센싱 접속부(320)가 형성되어 있다.The
원통형 전지셀들(500)은 2P-3S 구조로 전기적 연결되어 있고, 원통형 전지셀들(500)의 외면 양측에는 전지셀들(500)의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재들(510, 520)이 밀착되어 있고, 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 사이에는 전지셀들(500)의 전압 및 온도를 검출하기 위한 검출 신호용 접속부재(530)가 밀착되어 있다.The
원통형 전지셀들(500)의 양극단자들과 음극단자들 사이의 전기적 직렬 및 병렬 연결은 기계적 접촉 방식의 접속부재들(540, 550)에 의해 탄력적으로 달성되므로 용접 작업을 별도로 필요로 하지 않는다. 이러한 접속부재들(540, 550)에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2007-0053274호, 제2007-0066841호, 제2007-0066897호, 제2007-0070318호, 제2007-0103286호 및 제2007-0103290호에 자세히 기재되어 있으며, 이들 출원들은 참조로서 본 명세서에 합체된다. The electrical series and parallel connection between the positive and negative terminals of the
전극단자용 접속부재들(510, 520)은 FPCB 구조로 이루어져 있으며, 보호회로 모듈(300)에 연결되는 단자들(512, 522)이 격벽(234)의 형상에 대응하여 절곡되어 있어서, 격벽(234)의 상단을 경유하여 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 용이하게 접속된다.The electrode
이와 관련한 더욱 자세한 내용은 하나의 실시예에 따른 전극단자용 접속부재가 도시되어 있는 도 5에서 확인할 수 있다. More details related to this can be found in FIG. 5, in which a connection member for an electrode terminal according to an exemplary embodiment is illustrated.
도 5를 참조하면, 전극단자용 접속부재(510)는 FPCB 구조로 이루어져 있고, 충방전을 위해 전지셀(도시하지 않음)의 최종 양극 또는 음극단자에 접속되는 단자(511)가 일측 단부에 형성되어 있고, 전지셀들 간 접속부위의 전압을 측정하기 위한 단자(513)가 타측 단부에 형성되어 있다. 또한, 이들 단자(511, 513)를 보호회로 모듈(도시하지 않음)에 연결하는 단자들(512, 514)이 각각 대향측 단부에 형성되어 있다. 전지셀측 접속 단자들(511, 513)은 회로적으로 연결되어 있고, 마찬가지로 보호회로 모듈측 접속 단자들(512, 514)도 회로적으로 연결되어 있다.Referring to FIG. 5, an electrode
보호회로 모듈측 단자들(512, 514)은 모듈 수납부의 격벽(도시하지 않음)의 상단을 경유하여 보호회로 모듈의 단자 접속부(도시하지 않음)에 접속될 수 있도록 격벽의 형상에 대응하여 절곡되어 있다. The protective circuit
따라서, 도 4에서와 같이, 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 대한 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 전기적 접속은, 예를 들어, 자동화된 솔더링 작업에 의해 달성될 수 있다.Thus, as shown in FIG. 4, the electrical connection of the electrode
도 6에는 도 4의 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 모듈 수납부에 수납부 커버를 밀폐하는 과정의 모식도가 도시되어 있다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a process of mounting a protection circuit module to a module accommodating part of the pack case of FIG. 4, and FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a process of sealing the accommodating part cover to the module accommodating part of FIG. 6. .
이들 도면을 도 4와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩을 제조하는 방법 은, 먼저, 팩 케이스(200)의 내부에 전기적으로 연결한 상태로 원통형 전지셀들(500)을 장착하고, 접속부재의 단자들(512, 522)이 모듈 수납부(230) 방향으로 노출된 상태로 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)를 결합한다.Referring to these drawings in conjunction with Figure 4, the method for manufacturing a battery pack according to the present invention, first, mounting the
다음으로, 팩 케이스(200)의 모듈 수납부(230)에 보호회로 모듈(300)을 장착하고, 원통형 전지셀들(500)의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 단자들(512, 522)을 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 솔더링에 의해 결합한다.Next, the
마지막으로, 모듈 수납부(230)를 수납부 커버(400)로 덮고, 나사(234)를 모듈 수납부(230)의 하단 양측에 형성되어 있는 체결용 관통구(232)에 삽입함으로써 전지팩 조립을 완성하게 된다.Finally, the battery pack assembly is covered by covering the
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 보호회로 모듈이 팩 케이스의 내부에 내장되어 있는 전지셀들과 격리된 구조로 구성되어 있어서, 팩 케이스 내부에서 전해액의 누출시 극성이 높은 전해액과 보호회로 모듈의 접촉을 방지함으로써 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the battery pack according to the present invention has a structure in which the protection circuit module is isolated from the battery cells built in the pack case, so that the electrolyte solution with high polarity when the electrolyte leaks inside the pack case is protected. By preventing contact of the circuit module, the safety of the battery pack can be greatly improved.
또한, 보호회로 모듈을 정위치에 위치시킬 수 있으므로 솔더링 자동화를 용이하게 달성할 수 있으며, 전지팩의 불량 발생시 전지셀이 내장되어 있는 팩 케이스 또는 보호회로 모듈을 교체함으로써 비용 발생을 최소화할 수 있고, 전지팩의 수요에 따른 공급량 조절이 용이하다. In addition, since the protection circuit module can be positioned in place, soldering automation can be easily achieved, and in the event of a battery pack failure, cost can be minimized by replacing the pack case or the protection circuit module in which the battery cell is built. It is easy to adjust the supply amount according to the demand of the battery pack.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
도 1은 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel) - 3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정의 모식도이다;FIG. 1 is a schematic diagram of a process of combining six cylindrical secondary batteries by an electrical connection method of 2P (Parallel)-3S (Serial);
도 2는 도 1에서 원통형 이차전지들을 전기적으로 연결하여 제조된 코어 팩의 모식도이다;FIG. 2 is a schematic view of a core pack manufactured by electrically connecting cylindrical secondary batteries in FIG. 1; FIG.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 모식도이다;3 is an exploded schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention;
도 4는 전기적으로 연결된 전지셀들 및 상부 케이스를 하부 케이스에 장착하는 과정의 모식도이다;4 is a schematic diagram of a process of mounting the electrically connected battery cells and the upper case to the lower case;
도 5는 본 발명의 전지팩에 사용되는 하나의 실시예에 따른 전극단자용 접속부재의 모식도이다; 5 is a schematic diagram of a connection member for an electrode terminal according to an embodiment used in the battery pack of the present invention;
도 6은 도 4의 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정의 모식도이다;FIG. 6 is a schematic diagram of a process of mounting a protection circuit module to a module accommodating portion of the pack case of FIG. 4; FIG.
도 7은 도 6의 모듈 수납부에 수납부 커버를 밀폐하는 과정의 모식도이다.FIG. 7 is a schematic view of a process of sealing an accommodating part cover to the module accommodating part of FIG. 6.
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WO2019135627A1 (en) * | 2018-01-08 | 2019-07-11 | 엘지이노텍 주식회사 | Battery module and electronic price indicator comprising same |
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