KR101293943B1 - 강성이 향상된 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(PCM); 상기 전지셀 배열체 및 보호회로 모듈이 탑재되는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있도록, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 장착되는 판상형의 보강부재;를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.

Description

강성이 향상된 전지팩 {Battery Pack Having Improved Strength}
본 발명은 강성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(PCM); 전지셀 배열체 및 보호회로 모듈이 탑재되는 팩 케이스; 및 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있도록, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 장착되는 판상형의 보강부재를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.
리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
한편, 전지셀들을 케이싱하여 전지팩을 제조하는 방법은 다음과 같이 3가지로 분류된다.
첫째, 플라스틱 케이스로 전지셀을 케이싱하는 방법으로서, 이는 노트북 컴퓨터 또는 모바일 폰에 전지팩을 장착한 후 전지팩이 외부로 노출되는 외장형 전지팩에 적합하다. 그러나, 이러한 방법은 두께가 얇은 폴리머 전지팩의 경우 견고성이 상대적으로 떨어지고, 특히, 침상관통 테스트에 취약한 문제점이 있다.
둘째, 절연테이프로 전지셀들을 케이싱하는 방법으로서, 이는 외장 케이스가 테이프이므로 기계적 강도가 취약하여 노트북 컴퓨터 또는 모바일 폰에 전지팩을 장착한 후 플라스틱 케이스로 봉합하는 방식에 적합하다. 이러한 방식을 이너팩 또는 임베디드 팩이라 통칭하기도 한다. 그러나, 이러한 방법은 외장재가 절연 테이프이므로 외장형 전지팩에는 부적합한 문제점이 있다.
셋째, 금속 케이스로 전지셀을 케이싱하는 방법으로서, 이는 노트북 컴퓨터 또는 모바일 폰에 전지팩을 장착한 후 전지팩이 외부로 노출되는 외장형 전지팩에 적합하다. 이러한 방법은 침상 관통 테스트에는 상대적으로 유리하나, 금속 케이스를 사용하므로 무게가 증가하고 복잡한 형상의 제품 구현이 상대적으로 어려운 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 볼트 등을 이용하여 상부와 하부 케이스를 조립하므로 조립 공수가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 특정 구조의 전지팩이 매우 필요한 실정이다. 구체적으로는, 플라스틱 케이스를 사용하는 전지팩에서 헐렁거림, 견고성, 휨과 같은 기계적 강도와 침상 관통 테스트를 보강하기 위한 특정 구 조의 전지팩이 필요하다.
한편, 노트북 컴퓨터에 장착되는 전지팩은 고출력 및 대용량을 필요로 한다. 이를 위하여, 종래에는 다수의 원통형 전지셀들로 구성된 원통형 전지팩이 주로 사용되었으나, 근래에는 노트북 컴퓨터가 소형화되는 관계로 슬림화된 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
따라서, 슬림화된 전지팩을 제조하기 위해 파우치형 전지셀들을 사용하여 용량을 증가시킴과 동시에 팩 케이스와 전지셀들 사이에 보강부재를 장착함으로써, 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 고출력 또는 대용량의 특성을 발휘할 수 있도록 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 포함하고, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 판상형의 보강부재를 장착함으로써, 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 용이한 방법으로 제조되며, 제조과정을 간소화시킴으로써 제조비용을 절감할 수 있는 대용량의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체;
(b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(PCM);
(c) 상기 전지셀 배열체 및 보호회로 모듈이 탑재되는 팩 케이스; 및
(d) 상기 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있도록, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 장착되는 판상형의 보강부재;
를 포함하고 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은, 소망하는 전지팩 용량에 따라 전지셀들을 측면 방향으로 배열시키고, 판상형의 보강부재를 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 장착함으로써, 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있다.
따라서, 전지팩 전체의 중량 및 크기 증가를 최소하하면서, 외력이 외부로부터 전지팩에 인가되는 경우 전지팩의 파손을 최소화하고, 침상관통에 의한 발화를 효과적으로 방지할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 팩 케이스는 플라스틱 소재 또는 시트 부재로 이루어져 있고, 상기 보강부재는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 금속 박판으로 이루어 질 수 있다.
따라서, 팩 케이스가 기계적 강도가 약한 플라스틱 소재 또는 시트 부재로 이루어지더라도, 스테인리스 스틸(SUS) 또는 금속 박판과 같은 보강부재에 의해 전지팩의 기계적 강도를 보강할 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는 금속 케이스로 이루어진 팩 케이스와 비교하여, 전지팩의 무게를 감소시키고 복잡한 형상의 제품도 용이하게 구현할 수 있다.
상기 시트 부재는 전지셀 배열체, 보호회로 모듈, 및 보강부재를 감싸고 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 전지팩은 보강부재를 이용하여 전지셀 배열체의 상부에 위치시킨 후, 플라스틱 케이스를 이용하여 하우징 하지 않고 시트 부재를 사용하여 전지셀 배열체, 보호회로 모듈, 및 보강부재를 함께 하우징 할 수 있다.
상기 시트 부재는 바람직하게는 노맥스(Nomex) 소재로 이루어질 수 있다. 참고로 노맥스(Nomex)는 듀퐁사의 시판 제품이다.
하나의 바람직한 예로서, 상기 보강부재는 스테인리스 스틸 또는 금속 박판과 같은 금속 소재로 이루어져 있으므로, 전지셀 배열체와의 절연을 위해 절연성 물질로 코팅되어 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 보강부재는 전지셀 배열체의 상면 및 하면과 접착제 또는 양면 접착 테이프에 의해 접착되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 보강부재가 정위치 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
바람직하게는, 전지셀 배열체의 유동을 방지할 수 있도록, 전지셀 배열체의 높이에 대응하는 크기로 상기 보강부재의 외주면 일부에 측벽이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 측벽은 전지셀 배열체와의 조립시 위치가 어긋나거나, 조립 후 전지셀 배열체가 유동하는 것을 방지하여 준다.
상기 구조에서, 측벽은 보강부재의 양 측면과 하단부에서 상부 및/또는 하부로 연장되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로는, 전지셀 배열체의 하면에 부착되는 보강부재는 측벽이 보강부재의 양 측면과 하단부에서 상부로 연장되어 있고, 전지셀 배열체의 상면에 부착되는 보강부재는 측벽이 보강부재의 양 측면과 하단부에서 하부로 연장되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서는, 보강부재의 유동을 방지하고 정위치 고정하기 위한 유동방지 돌출부가, 상기 보강부재의 단부에 대응하는 위치에서 팩 케이스의 내면에 형성되어 있을 수 있다.
상기 유동방지 돌출부는 보강부재의 유동을 방지할 수 있는 형상 또는 구조이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 벽(wall), 리브(rib), 또는 돌기가 팩 케이스의 내면에 연속적이거나 비연속적인 구조로 형성되어 있을 수 있다.
한편, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들의 전극단자들과 저항용접에 의해 연결되는 접속단자, 전지셀들을 전기적 연결하는 금속 플레이트, 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 구조의 하나의 바람직한 예로서, 전지셀들을 전기적 연결하기 위한 금속 배선이 보호회로 모듈의 상면에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조 는 전지셀들을 전기적 연결하기 위해 PCM의 보호회로 내부의 레이어(layer)에 금속 배선을 형성한 구조와 비교하여, PCM의 제조 및 전지팩의 조립이 용이하다.
상기 전지셀들은 본 발명의 전지팩을 장착하는 외부 디바이스의 소망하는 출력과 용량에 따라 직렬 또는 병렬 연결을 선택할 수 있다. 예를 들어, 장시간 사용을 위해 대용량이 요구되는 경우에 상기 전지셀들의 전기적 연결은 병렬 연결일 수 있고, 단시간에 고출력이 요구되는 경우에 상기 전지셀들의 전기적 연결은 직렬 연결일 수 있다.
상기 구조의 또 다른 예로서, 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위는, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 구조의 전지팩은 특정한 구조의 도전성 플레이트에 의해 보호회로 모듈의 접속단자와 전지셀들의 전극단자들을 높은 용접 결합력으로 직접 연결하며, 보호회로 모듈에 포함된 금속 플레이트에 의해 전지셀들을 전기적 직렬 및 /또는 병렬 연결함으로써, 대용량 또는 고출력의 전지팩을 간단한 방법으로 용이하게 제조할 수 있다.
예를 들어, 3 개의 전지셀들로 전지팩을 구성하는 경우, 각각의 전지셀들을 측면 방향으로 배열시켜 전지셀 배열체를 구성하고, 전지셀 배열체와 PCM을 팩 케이스에 탑재한 후, 전지셀들의 전극단자와 PCM의 접속단자를 저항용접에 의해 연결함으로써, 소망하는 전지팩을 제조할 수 있다.
또한, 전지셀 배열체의 전극단자들이 PCM의 접속단자와 용접된 상태에서, 고 출력이 필요한 전지팩의 경우 PCM에 포함된 금속 플레이트의 연결 구조를 직렬로 하고, 장시간 사용이 필요한 전지팩의 경우 PCM에 포함된 금속 플레이트의 연결 구조를 병렬로 함으로써, 소망하는 전지팩을 필요와 용도에 따라 선택적으로 제작할 수 있다.
구체적으로는, 상기 도전성 플레이트는 보호회로 모듈의 접속단자 상에 절곡 가능한 형상으로 부착되어 있고, 전지셀들의 양극단자가 도전성 플레이트 상에 위치한 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡된 후, 도전성 플레이트의 절곡면 상부로부터 저항 용접이 수행됨으로써, 보호회로 모듈의 접속단자와 전지셀들의 양극단자 사이에 물리적 결합 및 전기적 연결이 달성되는 구조일 수 있다.
상기 도전성 플레이트의 절곡 가능한 형상은 절곡이 용이한 형상이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 상태에서 "L"자 형상일 수 있다.
상기 도전성 플레이트는 보호회로모듈의 접속단자 상에 부착된 제 1 접속부와 전지셀들의 양극단자 상면에 부착된 제 2 접속부로 이루어져 있어서, 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 접속단자의 접속을 더욱 견고히 할 수 있고, 외력이 인가되는 경우 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 도전성 플레이트는 상기와 같은 용접 형태에 의해 높은 결합력을 제공하는 소재라면 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 니켈 플레이트일 수 있고, 이에 대응하여 전지셀들의 양극단자는 알루미늄 단자로 이루 어질 수 있다.
따라서, 니켈 플레이트와 알루미늄 단자의 저항 용접시 저항 용접봉의 전류가 저항이 높은 니켈 플레이트로부터 저항이 낮은 알루미늄 단자로 흐르게 되므로, 니켈 플레이트와 알루미늄 단자 사이에서 저항 용접이 용이하게 달성될 수 있다.
상기 팩 케이스는, 바람직하게는, 상기 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 탑재하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스로 구성되어 있을 수 있다.
상기 하부 케이스는 전지셀들이 탑재되는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부로 구획되어 있으며, 상기 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있고, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 팩 케이스 구조는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있으므로, 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 부품들이 접촉되는 것을 억제하고, 전지셀로부터 전해액이 누출되는 경우에도 보호회로 모듈 쪽으로 이동하는 것을 억제하여, 결과적으로 단락이 초래되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도 록 개구가 형성되어 있으므로, 개구를 통해 노출된 전지셀들의 전극단자를 보호회로 모듈의 접속단자에 용이하게 용접할 수 있다.
상기 격벽의 높이는, 바람직하게는, 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부를 상호 간에 완전히 차단하는 높이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 보호회로 모듈 장착부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 지지부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 용이하게 지지할 수 있는 구조이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 하나의 예로서, 상향 돌기 구조로 하부 케이스 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 지지부는 바람직하게는 십자형 돌기 구조로 이루어져 있어서, 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 저항용접시 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 전지셀 배열체는, 앞서 언급한 바와 같이 소망하는 전지팩의 용량에 따라 다수의 전지셀들을 측면 방향으로 배열하여 구성될 수 있으며, 일 예로, 노트북 컴퓨터와 같은 디바이스는 장시간 사용이 가능하면서 휴대 편의성이 요구되므로 3 개의 전지셀들로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전지팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 파우치형 이차전지, 더욱 바람직하게는 파우치형 리튬 이차전지를 전지셀로서 포함하는 전지팩에 적용될 수 있다.
경우에 따라서는, 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행 하는 외부 입출력 단자가 보호회로 모듈의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 외부 입출력 단자는 커넥터 구조로 이루어져 있어서, 전지팩이 장착되는 외부 디바이스와 안정적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 노트북 컴퓨터를 제공한다.
그러나, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀의 개수를 가변적으로 조절하여 디바이스가 소망하는 출력과 용량을 제공하도록 제조될 수 있으므로, 노트북 컴퓨터뿐만 아니라, 가변적인 전지 용량을 필요로 하는 다양한 디바이스에 적용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 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 전지팩의 분해도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 3개의 전지셀들(32)이 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체(30), 전지셀 배열체(30)의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(40), 전지셀 배열체(30) 및 보호회로 모듈(40)이 탑재되는 팩 케이스(10, 20), 및 팩 케이스와 전지셀 배열체(30) 사이에 장착되어 있는 보강부재들(50, 52)로 구성되어 있다.
전지셀들(32)은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지셀로서, 전체적으로 판상형 구조로 이루어져 있다.
팩 케이스는 전지셀 배열체(30)와 보호회로 모듈(40)을 탑재하는 하부 케이스(10)와, 하부 케이스(10)를 덮어 전지셀 배열체(30)와 보호회로 모듈(40)을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스(20)로 구성되어 있다.
또한, 상부 케이스(20)와 하부 케이스(10)는 플라스틱 소재로 이루어져 있고, 보강부재들(50, 52)은 스테인리스 스틸로 이루어져 있다.
도 2에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 보강부재를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 보강부재(50)에는, 전지셀 배열체(30)의 유동을 방지할 수 있도록, 전지셀 배열체(30)의 높이에 대응하는 크기로 외주면 일부에 측벽이 형성되어 있다.
보강부재는 측벽이 양 측면(52)과 하단부(51)에서 상부로 연장된 제 1 보강부재(50)와, 측벽이 양 측면(52)과 하단부(51)에서 하부로 연장된 제 2 보강부재(52)로 구성되어 있다.
제 1 보강부재(50)는 전지셀 배열체(30)의 하면과 양면 접착 테이프(60)에 의해 부착되어 있고, 제 2 보강부재(52)는 전지셀 배열체(30)의 상면과 양면 접착 테이프(60)에 의해 부착되어 있다.
도 4에는 전지셀 배열체의 상단에 보강부재를 장착한 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4를 참조하면, 보강부재(50)는 전지셀 배열체(30)와의 절연을 위해 절연성 물질로 적어도 그것의 하면이 코팅되어 있다.
도 5에는 도 1의 전지팩이 조립된 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 A 부위를 확대한 내부 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 제 1 보강부재(50)와 제 2 보강부재(52)의 유동을 방지하고 정위치 고정하기 위한 유동방지 돌출부(22, 12)가, 제 1 보강부재(50)와 제 2 보강부재(52)의 단부에 대응하는 위치에서 하부 케이스(10)와 상부 케이스(20)의 내면에 각각 격벽 형상으로 형성되어 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있는 바, 도 7을 참조하면, 노맥스 소재로 이루어진 시트 부재(24)가 전지셀 배열체(30), 보호회로 모듈(40), 및 보강부재(50)를 감싸고 있다.
도 8에는 하부 케이스에 전지셀 배열체 및 보호회로모듈을 장착한 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 B 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 하기 도 10과 함께 참조하면, 하부 케이스(10)는 전지셀들(32)이 탑재되는 전지셀 장착부(12)와 보호회로 모듈(40)이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부(14)로 구획되어 있다.
전지셀 장착부(12)와 보호회로 모듈 장착부(14)가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽(16)이 형성되어 있고, 격벽(16) 중 전지셀들(32)의 전극단자(34)와 보호회로 모듈(40)의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들(32)의 전극단자(34)가 보호회로 모듈(40) 방향으로 노출될 수 있도록 개구(18)가 형성되어 있다.
격벽(16)의 높이(h)는 전지셀 장착부(12)와 보호회로 모듈(40) 상호간을 완전히 격리하는 높이로 형성되어 있다. 경우에 따라서는, 상기와 같은 격리를 위해, 상부 케이스(도시하지 않음)에 대응하는 격벽이 형성되어 있는 구조일 수도 있다.
도 10에는 하부 케이스의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 11 내지 도 14에는 도 10의 유동 돌출부의 다양한 실시예를 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
도 11 내지 도 14는 도 10의 D 부위에 위치한 유동 돌출부들의 다양한 실시예들로서, 도 11 및 도 12의 유동 돌출부(102, 104)는 리브 형상으로서 보강부재의 단부에 대응하는 위치의 하부 케이스(10)의 전지셀 장착부(12) 내면에 연속적인 구조로 형성되어 있다.
도 13 및 도 14의 유동 돌출부(106, 108)는 돌기 형상으로서 보강부재의 단부에 대응하는 위치의 하부 케이스(10)의 전지셀 장착부(12) 내면에 비연속적인 구조로 형성되어 있다.
도 15에는 도 8의 C 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있고, 도 16에는 도 10의 E 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 8 및 도 10과 함께 참조하면, 하부 케이스(10)의 보호회로 모듈 장착부(14)에는 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자(46)를 탑재하기 위한 외부 입출력 단자 장착부(15)가 형성되어 있다.
또한, 전지셀(32)의 전극단자(34)와 보호회로 모듈(40)의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부(13)가 상향 십자형 돌기 구조로 하부 케이스(10) 상에 격벽(16)에 연결된 상태로 형성되어 있다. 이러한 지지부(13)는 저항 용접 과정에서 전극단자(34) 상에 위치하게 될 용접용 팁(도시하지 않음)에 의해 가해지는 하향 압력을 적절히 지지하여 높은 용접력을 제공한다.
보호회로 모듈(40)은 전지셀(32)의 양극단자(34)와 저항용접에 의해 연결되는 접속단자(42), 접속단자(42) 상호간을 전기적 연결하는 금속 배선(도시하지 않음), 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
전지셀(32)의 양극단자(34)와 보호회로 모듈(40)의 전기적 접속부위(C)는, 보호회로 모듈(40)의 접속단자(42) 상에 부착된 도전성 플레이트(41)가 전지셀의 양극단자(34)를 감싸는 형태로 이루어져 있다.
또한, 니켈 플레이트인 도전성 플레이트(41)는 보호회로 모듈(40)의 접속단자(42) 상에 부착된 제 1 접속부(43)와 알루미늄 단자인 전지셀의 양극단자 상면에 부착되는 제 2 접속부(44)로 이루어져 있다.
구체적으로는, 도전성 플레이트(41)는 보호회로 모듈(40)의 접속단자(42) 상에 'L'자 형상으로 부착되어 있고, 전지셀(32)의 양극단자(34)가 도전성 플레이 트(41)의 제 1 접속부(43) 상에 위치한 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡된 후, 도전성 플레이트(41)의 절곡면인 제 2 접속부(44)의 상부로부터 저항 용접이 수행된다.
한편, 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자인 커넥터(46)는 보호회로 모듈(40)의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있다.
도 17에는 본 발명의 저항용접 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 17을 참조하면, 니켈 플레이트(430)와 알루미늄 단자(420)의 저항 용접시 저항 용접봉(440)으로부터 발생한 전류가, 저항이 높은 니켈 플레이트(430)로부터 저항이 낮은 알루미늄 단자(420)로 흐른 후 다시 니켈 플레이트(430)로 흐르는 과정에서, 알루미늄 단자(420)과 니켈 플레이트(430) 사이의 계면에서 저항차로 인한 열이 발생하여, 니켈 플레이트(430)와 알루미늄 단자(420)의 저항 용접이 용이하게 달성된다.
도 18에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 전지셀들을 전기적 연결하는 구조의 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 19에는 도 18의 PCM을 확대한 평면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀들(32, 34, 36)을 전기적 연결하기 위해 금속 배선(402)이 제 1 전지셀(32)의 음극단자(324)와 제 2 전지셀(34)의 양극단자(342)를 직렬 연결하는 구조로 보호회로 모듈(40)의 상면에 형성되어 있다.
또한, 보호회로모듈(40)은 과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있는 PCM 본체(401), 전지셀들(32, 34, 36)에 대한 직접적인 전기적 연결 을 위해, 전지셀들(32, 34, 36)의 전극단자에 대응하는 위치에 형성되어 있는 접속단자들(404, 407), 접속단자들(404, 407)의 전기적 연결을 위해 상면에 형성되어 있는 금속 배선들(405), 및 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 수행하기 위해 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 외부 입출력 단자(403)로 구성되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 고출력 또는 대용량의 특성을 발휘할 수 있도록 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 포함하고, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 판상형의 보강부재를 장착한 구조로 이루어져 있으므로, 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위가, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되는 구조로 이루어져 있으므로, 용접성이 우수하고 콤팩트한 구조의 전지팩을 제조할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해도이다;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해도이다;
도 3은 도 1의 보강부재를 확대한 모식도이다;
도 4는 전지셀 배열체의 상단에 보강부재를 장착한 구조의 사시도이다;
도 5는 도 1의 전지팩이 조립된 사시도이다;
도 6은 도 5의 A 부위를 확대한 내부 수직 단면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 8은 하부 케이스에 전지셀 배열체 및 보호회로모듈을 장착한 구조의 사시도이다;
도 9는 도 8의 B 부위를 확대한 모식도이다;
도 10은 하부 케이스의 사시도이다;
도 11 내지 도 14는 도 10의 유동 돌출부의 다양한 실시예를 나타내는 모식도들이다;
도 15는 도 8의 C 부위를 확대한 모식도이다;
도 16은 도 10의 E 부위를 확대한 모식도이다;
도 17은 본 발명의 저항용접 구조를 나타내는 모식도이다;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 전지셀들을 전기적 연결하는 구조의 부분 사시도이다;
도 19는 도 18의 PCM을 확대한 평면 모식도이다.

Claims (21)

  1. (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체;
    (b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(PCM);
    (c) 상기 전지셀 배열체 및 보호회로 모듈이 탑재되는 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스는 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 탑재하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스로 구성되어 있고,
    상기 하부 케이스는 전지셀들이 탑재되는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부로 구획되며, 상기 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있고, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있으며,
    상기 보호회로 모듈 장착부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부를 포함하고,
    (d) 상기 팩 케이스의 기계적 강도를 보강할 수 있도록, 팩 케이스와 전지셀 배열체 사이에 장착되는 판상형의 보강부재;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는 플라스틱 소재 또는 시트 부재로 이루어져 있고, 상기 보강부재는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 금속 박판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시트 부재는 전지셀 배열체, 보호회로 모듈,및 보강부재를 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 시트 부재는 노맥스(Nomex) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 전지셀 배열체와의 절연을 위해 절연성 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 전지셀 배열체의 상면 및 하면과 접착제 또는 양면 접착 테이프에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재에는, 전지셀 배열체의 유동을 방지할 수 있도록, 전지셀 배열체의 높이에 대응하는 크기로 외주면 일부에 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측벽은 보강부재의 양 측면과 하단부에서 상부 및/또는 하부로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재의 유동을 방지하고 정위치 고정하기 위한 유동방지 돌출부가, 상기 보강부재의 단부에 대응하는 위치에서 팩 케이스의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들의 전극단자들과 저항용접 에 의해 연결되는 접속단자, 전지셀들을 전기적 연결하는 금속 플레이트, 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지셀들을 전기적 연결하기 위한 금속 배선이 보호회로 모듈의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위는, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트는 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 제 1 접속부와 전지셀들의 양극단자 상면에 부착된 제 2 접속부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트는 니켈 플레이트이고 전지셀들의 양극단자는 알루미늄 단자인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체는 3 개의 전지셀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 1 항에 있어서, 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자가 보호회로 모듈의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 노트북 컴퓨터.
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