KR101426612B1 - 전지팩의 전지탭 연결장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지팩의 전지탭 연결장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지탭과 버스바의 접착시에 전체 영역이 아닌 일부 영역만을 가열하여 접착시킬 수 있도록 전지탭의 형상을 변형시켜 과열에 의한 소손을 방지할 수 있는 전지팩의 전지탭 연결장치에 관한 것이다.

Description

전지팩의 전지탭 연결장치{Tab connecting apparatus for battery pack}
본 발명은 전지팩의 전지탭 연결장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지탭과 버스바의 접착시에 전체 영역이 아닌 일부 영역만을 가열하여 접착시킬 수 있도록 전지탭의 형상을 변형시켜 과열에 의한 소손을 방지할 수 있는 전지팩의 전지탭 연결장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들이 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들을 전기적으로 연결한 소형 전지팩을 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩을 사용한다.
중대형 전지팩에 사용되는 단위전지는 대략 원통형, 각형 및 파우치형 전지로 분류된다. 초기의 중대형 전지팩에서는 단위전지로서 원통형 전지를 주로 사용하였다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2004-247320호에는 각각의 원통형 전지를 특정한 형상의 고정 플레이트에 장착하고 횡방향으로 연결하고 이를 다시 접속링과 절연링을 사용하여 종방향으로 연결하여 전지팩을 제조하는 기술을 제시하고 있다.
그러나, 상기 출원에서 보는 바와 같이, 전지팩의 제조를 위해 다수의 원통형 전지들을 연결하는 작업은 원통형 전지의 구조적 특성으로 인해 많은 연결부재를 필요로 하고 조립과정이 복잡하여, 전지팩의 제조비용이 증가하는 문제점을 가지고 있다.
더욱이, 원통형 전지들 사이에 많은 사공간(dead space)이 존재하므로, 콤팩트한 구조의 전지팩에 대한 최근을 수요를 고려할 때 근본적인 한계를 가진다.
따라서, 전지팩을 구성함에 있어서, 연결부재의 수가 적으며 조립이 용이하고 높은 밀집도로 충적될 수 있는 각형 전지, 파우치형 전지 등의 판상형 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있으며, 그 중에서도 경량이며 제조비용이 낮은 파우치형 전지에 대한 관심이 높다.
판상형 전지는 그것의 구조적 특징으로 인해 사공간의 크기를 크게 줄인 상태로 적은 수의 연결부재에 의해 용이하게 전지팩을 제조할 수 있는 장점을 가지고 있다. 반면에, 판상형 전지, 특히, 파우치형 전지는 기계적 강성이 크지 않으므로, 예를 들어, 1 내지 5 개 단위로 기계적 강성이 있는 케이스에 내장하거나 별도의 부재로 연결하여 전지모듈로 구성하고, 이러한 전지모듈을 소망하는 용량 및 출력에 따라 다수 개 적층하여 전지팩을 제조한다.
그러한 대표적인 예가 본 출원인의 한국 특허공개 제2005-0036751호와, 기타 일본 특허출원공개 제2004-31049호, 일본 특허출원공개 제2004-554492호, 미국 특허출원공개 제2003-170535호 등에 개시되어 있다.
이들 출원들은 단위전지로서 판상형 전지를 사용하여 전지팩을 구성함에 있어서 나름대로의 장점을 가지고 있다. 이들 출원들은 모두 판상형 단위전지들을 종방향 또는 횡방향으로 배열하여 기계적 및 전기적으로 연결함으로써 전지모듈을 구성하고, 이러한 전지모듈들을 다시 횡방향 또는 종방향으로 배열하여 기계적 및 전기적으로 연결함으로써 중대형 전지팩을 구성한다.
이와 같은 종래의 전지팩을 일예로서 도 1에 도시하였다.
도 1은 종래의 전지팩을 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지팩은 상부 커버와 하나 이상의 전지셀이 상호 체결되는 전지모듈(3)과 상기 전지모듈(3)의 상면에서 상기 전지모듈(3)의 전지탭(3c)을 전기적으로 통전가능하도록 지지하는 회로기판(3a)과, 상기 전지모듈(3)의 전면과 양측면에 밀착되어 체결됨에 따라서 상기 전지모듈(3)을 내측에서 수용하는 모듈케이스(4)를 포함한다.
상기 회로기판(3a)은 상기 전지셀(3b)에서 전원이 통전되는 전지탭(3c)이 상방으로 돌출되도록 형성되며, 상기 전지탭(3c) 사이를 전기적으로 통전가능하도록 버스바 또는 납땝으로 용접되었다.
상기 전지모듈(3)은 하나 이상의 전지셀(3b)이 별도의 고정수단이나 셀케이스(4)와 같은 부품을 통하여 체결되어 모듈화되었다. 상기 전지모듈(3)은 상기 전지셀(3b)의 전지탭(3c)의 전기적으로 연결되도록 서로 다른 극성이 번갈아가면서 나타날 수 있도록 전지탭(3b)의 위치를 설정하였다.
즉, 종래의 전지팩은 하나 이상의 전지셀(3b)이 순차적으로 연결 및 조립되어 전지모듈(3)을 형성하되, 상기 전지셀(3b)에서 각각 양극과 음극의 전원이 통전되는 전지탭(3c)이, 예를 들면, 일측에서 양극과 음극이 번갈아가면서 위치되도록하고, 반대쪽에서는 음극과 양극 순서로 지그재그식으로 배치되었다.
따라서 종래의 회로기판(3a)은 상기와 같이 지그 재그식으로 서로 다른 극성을 갖는 전지탭(3c)이 번갈아 가면서 위치되면, 서로 다른 극성의 탭 사이에 버스바를 용접시켜 각 전지탭(3c)사이를 전기적으로 연결시킬 수 있었다.
그러나 이와 같은 종래의 전지팩의 전지탭간 연결구조는 일측과 타측에서 각각 서로 다른 극성의 전지탭이 위치되도록 지그재그식으로 위치시키다 보니, 버스바의 용접이나 기타 조립과정에서 금속성물질이 접촉되어 쇼트가 빈번히 발생되는 문제점이 있었다.
또한 종래에는 상기 전지셀의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 상기 회로기판의 배면에 부착되어 각각의 전지셀의 온도를 각각 측정하기 위한 온도센서가 상기 회로기판의 배면에 하나 이상이 설치된다. 상기 온도센서는 와이어를 통하여 회로기판의 일측에서 위치된 하나의 데이타커넥터에 연결된다.
그러나 종래에는 상기와 같이 다 수개의 온도센서가 하나의 데이타커넥터에 와이어를 통하여 연결되기 때문에 온도센서별로 연장되는 와이어를 회로기판에 부착해야되는 작업이 추가되고, 연장되는 하나 이상의 와이어 때문에 회로기판의 배면이 매우 복잡해지는 문제점이 있다.
또한 종래에는 전지탭이 일자형으로 형성됨에 따라서 버스바에 납땜으로 접착시키는 경우에 전지탭의 테두리 전체에 열을 가했기 때문에 회로기판이 과열되어 전지셀 또는 온도센서가 과열로 인하여 소손될 수 있는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동일극성을 갖는 전지탭을 동일방향으로 배열하고, 회로기판에서 서로 다른 극성을 갖는 전지탭을 전기적으로 연결할 수 있도록 버스바를 연장형성시켜 쇼트의 발생을 방지할 수 있도록 전지팩의 전지탭 연결장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 전지탭의 형상을 변형시켜 부분적인 가열만으로 버스바에 접착시켜 전지셀에 전달되는 열을 감소시킬 수 있어서 과열에 의한 전지셀의 소손을 방지할 수 있는 전지팩의 전지탭 연결장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명의 제1실시예는 양극과 음극의 전원이 각각 입출력되는 전지탭을 구비하는 하나 이상의 전지셀이 체결되는 전지모듈; 상기 전지탭이 돌출되도록 관통형성되는 하나 이상의 관통공과, 상기 관통공에서 타 관통공으로 연장되어 전지탭의 전기적신호를 통전시키는 하나 이상의 버스바를 구비하여 상기 전지모듈의 상면에 고정되는 회로기판; 및 상기 회로기판에 연결되어 상기 전지모듈의 과충전, 과방전 및 과열온도를 측정하는 배터리보호회로;를 포함하고, 상기 전지탭은 하나 이상이 상호 이격되어 돌출 및 연장되는 접착돌기와, 상기 접착돌기 사이에서 낮은 단면을 이루는 단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 상기 전지탭은 상기 버스바에 밀착되면, 상기 접착돌기의 단면이 가열되어 상기 버스바에 접착되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3실시예에 있어서, 상기 전지탭은 동일 극성을 갖는 전지탭끼리 동일 방향으로 배치되고, 상기 버스바는 서로 다른 극성을 갖는 전지탭이 돌출되는 관통공 사이에서 연장형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4실시예에 있어서, 상기 버스바는 서로 다른 극성을 갖는 전지탭이 돌출되는 관통공 사이에서 연장형성되되, 그 끝단에서 상호 이격되어 전기적으로 차단상태를 유지하도록 연결영역이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5실시예에 있어서, 상기 회로기판은 배면에서 상기 전지셀의 온도를 측정하도록 고정되는 하나 이상의 온도센서에 측정된 온도감지신호를 상기 배터리보호회로에 송신하도록 상기 배터리보호회로와 상기 온도센서에 각각 연결되는 하나 이상의 온도센싱커넥터가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6실시예에 있어서, 상기 연결영역은 서로 다른 극성을 갖고 서로 다른 열에 위치된 전지탭 사이에서 각각 대각선 방향으로 연장된 끝단에서 상호 이격된 빈공간을 갖도록 형성되어 납땜 또는 버스바가 접착되면서 상기 전지탭 사이를 통전가능하도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7실시예에 있어서, 상기 전지팩의 전지탭 연결장치는 상기 관통공에서 돌출되는 상기 전지탭의 출력 전압을 측정 및 송신하도록 상기 회로기판에 고정되는 데이타커넥터와, 상기 데이타커넥터에서 측정되는 전지탭의 출력전압을 확인하여 각 전지셀의 저항값을 조절하여 상기 전지팩의 출력전압 레벨을 설정된 레벨로 유지시키는 밸런싱보드를 더 포함한다.
본 발명의 제8실시예에 있어서, 상기 회로기판은 상기 온도센서와 상기 온도센싱커넥터 사이에 전기적으로 통전가능하도록 연결시키는 패턴이 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9실시예에 있어서, 상기 회로기판은 상기 관통공에서 상기 데이타커넥터에 연결되는 패턴이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 실시예를 통하여 전지탭의 전체가 아닌 일부영역만을 가열하여 접착하기 때문에 과열에 의한 전지셀의 소손이 방지되고, 전지모듈의 조립 및/또는 배열공정에서 동일극성의 전지탭이 동일방향으로 배열되고, 버스바가 전기적으로 차단된 상태에서 조립 및 배열과정이 이루어지기 때문에 조립공정에서의 쇼트가 발생되지 않아 때문에 불량품 및 안전사고가 방지될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 전지팩을 도시한 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치의 제1실시예를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 전지셀을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제1실시예의 회로기판을 도시한 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제1실시예의 전지탭을 도시한 부분사시도,
도 6은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예의 회로기판을 도시한 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예의 전지탭을 도시한 부분사시도,
도 9는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 회로기판의 패턴을 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치의 제1실시예를 도시한 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 전지셀를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제1실시예의 회로기판을 도시한 평면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치의 제1실시예는 하나 이상의 전지셀(200)이 전기적으로 통전가능하도록 체결되는 전지모듈(100)과, 상기 전지모듈(100)의 상측으로 돌출되는 전지탭(230)을 전기적으로 통전가능하도록 지지하는 회로기판(300)과, 상기 전지모듈을 내측에서 수용하도록 빈공간을 형성하는 케이스(400)를 포함한다. 여기서 전지팩의 상부커버(1)와 배터리안전회로(BMS) 및 그외 구성은 공지된 전지팩의 구성을 동일하게 적용할 수 있기에 도면 및 상세한 설명에서 생략하였다.
상기 전지모듈(100)은 하나 이상의 전지셀(200)이 상호 체결되어 모듈화되는 것으로서, 각각의 전지셀(200)은 전면케이스(210)와 배면케이스(220) 사이에 베어셀(도면번호 미표시)이 수용된다. 여기서 상기 베어셀은 상기 회로기판(300)의 상방으로 돌출되는 양극과 음극의 전원이 입출력되는 전지탭(230)이 각각 형성된다.
상기 전지탭(230)은 하나 이상으로 돌출형성되는 접착돌기(230a)와, 상기 접착돌기(230a) 사이에서 함몰되는 낮은 위치에서 상면을 이루는 단부(230b)를 포함한다. 즉, 상기 전지탭(230)은 하나 이상의 접착돌기(230a)가 돌출형성되며, 그사이에 보다 낮은 단면을 갖도록 형성되는 하나 이상의 단부(230b)가 형성된다.
상기 접착돌기(230a)는 상기 전지탭(230)이 후술되는 버스바(310, 310')의 상면으로 절곡되어 밀착되어 납땝시에 가열되어 상기 버스바(310, 310')와 접착된다. 여기서 상기 전지탭(230)과 버스바(310, 310')의 접착은 상기 접착돌기(230a)의 단면만을 가열하여 납땝으로 접착된다.
즉, 본 발명은 전지탭(230)의 접착시에 국부적으로 상기 접착돌기(230a)의 상단면에 해당되는 영역만을 가열하여 납땜으로 접착시키기 때문에 종래와 같이 전지탭(230)의 전체 테두리 영역을 가열하지 않기 때문에 납땜시간이 감소되고, 버스바의 가열에 의하여 발생된 열이 회로기판이나 전지탭(230)을 통하여 전지셀에 전달되는 열이 종래에 비하여 감소된다.
또한 상기 전지탭(230)은 상기 회로기판(300)에서 하나 이상의 열을 이루되, 각 열은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전지탭(230)을 이루며, 각 열에서 길이방향으로 위치된 전지탭(230)의 극성이 동일하다.
예를 들면, 제1열에 배치되는 한 쌍의 전지탭(230)은 제1전지셀의 양극과 음극의 제1 및 제2전지탭(231, 231')이며, 제2열에 배치되는 제3 및 제4전지탭(232, 232')은 제2전지셀의 양극과 음극의 전지탭(232, 232')이며, 제3열에 배치되는 제5 및 제6전지탭(233, 233')은 제3전지셀의 양극과 음극의 전지탭(233, 233')이다.
그리고 상기 제1열 내지 제3열에서 일측에 위치되어 길이방향으로 동일한 위치의 전지탭(230)은 양극의 전지탭(231~233)이며, 제1열 내지 제3열에서 타측에 위치되어 길이방향으로 동일한 위치의 전지탭(231'~233')은 음극의 전지탭(230)이다.
상기 회로기판(300)은 상기 전지탭(230)이 돌출되도록 관통형성되는 하나 이상의 관통공(341~346)과, 상기 관통공(341~346)사이에서 대각선 방향으로 연장되는 하나 이상의 버스바(310, 310')와, 상기 전지셀(200)의 온도 측정신호를 배터리보호회로(BMS)에 송신하는 온도센싱커넥터(320)와, 전지탭의 출력전압을 측정 및 송신하는 데이타커넥터(330)와, 상기 데이타커넥터(330)에서 수신된 각 전지탭의 출력전압을 확인하여 각 전지셀(200)의 저항값을 조절하여 전지팩의 출력전압을 설정레벨로 유지하도록 제어하는 밸런싱보드(500)를 포함한다.
상기 관통공(340)은 하나의 전지셀(200)에서 상향 돌출되는 양극과 음극의 전지탭(231~233, 231'~233')이 각각 돌출되는 한 쌍이 일 열을 이루어 다 수개가 정렬된다. 여기서 상기 관통공(340)은 각각 양극과 음극의 극성을 표시하되, 일측에 양극, 타측에 음극의 전지탭(230)이 돌출되도록 각각의 극성이 표시되는 것이 바람직하다.
상기 관통공(340)은, 예를 들면, 제1관통공(341)과 제2관통공(342)이 수평으로 일치되는 위치에서 각각 형성되어 제1전지셀의 양극의 전지탭(231)과 음극의 전지탭(231')이 각각 돌출되며, 제3관통공(343)과 제4관통공(343)은 수평으로 일치되는 위치에 형성되어 제2전지셀의 양극과 음극의 전지탭(232, 232')이 각각 돌출되고, 제5관통공(345)과 제6관통공(346)은 제3전지셀의 양극과 음극의 전지탭(233, 233')이 각각 돌출되도록 한 쌍을 이루어 배치된다.
여기서 제1관통공(341)과 제3관통공(343) 및 제5관통공(345)은 양극의 전지탭(231~233)이 돌출되며, 상기 제2관통공(342)과 제4관통공(344) 및 제6관통공(346)은 음극의 전지탭(231'~233')이 돌출된다.
즉, 본 발명은 동일한 극성을 갖는 전지탭(230)이 동일 방향으로 정렬되도록 배치되어서 대각선 방향에 위치된 전지탭(230)끼리 연결시킬 수 있다.
상기 버스바(310)는 도전성 금속판으로 이루어져 상기 회로기판(300)의 상면에 적층되어 상기 관통공(340) 사이에서 서로 다른 극성을 갖는 전지탭(230)이 돌출되는 한 쌍의 관통공(340) 사이로 연장형성된다.
상기 버스바(310)는, 예를 들면, 상기 제1관통공(341)에서 대각선으로 연장되어 제3관통공(343)에 연결되고, 제2관통공(342)에서 대각선으로 연장되어 제4관통공(344)에 연결된다.
이를 볼 때, 본 발명은 동일극성을 갖는 전지탭(230)을 동일방향으로 정렬시키되, 상기 버스바(310)를 상기 서로 다른 극성을 갖는 전지탭(230) 끼리 연결시키도록 대각선으로 연장형성하였다.
상기 온도센싱커넥터(320)는 상기 회로기판(300)의 배면측에서 상기 전지셀의 온도를 측정하는 온도센서(도면에 도시되지 않음)로부터 연결되는 전선 또는 회로기판에 구현되는 패턴(331)과 연결되어 상기 온도센서에서 측정된 신호를 배터리보호회로(도면에 도시되지 않음)에 전달한다.
즉, 본 발명에 따른 온도센싱커넥터(320)는 종래에서 온도센서(도면에 표시되지 않음)로 연결된 전선이 상기 데이타커넥터(330)를 거쳐 배터리보호회로(도면에 표시되지 않음)에 연결되다 보니 전선이 길어지면서 상기 회로기판(300)의 배면과 상측으로 연결되는 와이어에 의하여 복잡한 환경을 제공한다. 그러나 본 발명은 각 전지셀(200)이 위치된 회로기판(300)의 배면에서 온도센서를 부착하고, 상기 온도센서별로 배터리보호회로에 연결되는 패턴을 형성하여 상기 온도센서와 상기 온도센싱커넥터(320)에 연결함에 따라서 상기 온도센서에서 연장되는 패턴이나 와이어의 길이를 단축할 수 있다.
더욱 바람직하게로는 상기 온도센서와 커넥터를 일체로 형성하여 회로기판(300)의 배면으로 연장되는 와이어 또는 패턴을 형성하지 않도록 하는 것이다.
상기 데이타커넥터(330)는 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 데이타커넥터에 연결되는 회로패턴을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 데이타커넥터(330)는 상기 회로기판의 패턴(331)에 의하여 형성된 회로를 통하여 상기 전지탭(230)의 전압을 센싱하여 밸런싱보드(500)에 인가한다. 여기서 상기 회로기판(300)은 상기 하나 이상의 관통공(340)에서 상기 데이타커넥터(330)에 연장되는 다 수개의 패턴이 형성되었다. 따라서 상기 데이타커넥터(330)는 상기 전지탭(230)이 접착되는 관통공(340)에 연장된 패턴(331)을 통하여 상기 전지탭(230)의 전압을 측정하여 밸런싱보드(500)에 인가할 수 있다.
상기 밸런싱보드(500)는 상기 데이타커넥터(330)를 통하여 인가되는 전지탭(230)의 측정전압을 수신하여 상기 전지팩의 전체 출력을 균일하게 유지하도록 각 전지셀(200)의 저항값을 조절한다. 예를 들면, 어느 하나의 전지셀(200)에서 전압이 높게 출력되면, 다른 하나 이상의 전지셀의 저항값을 높여서 전체적으로 출력전압의 레벨을 설정범위 이내로 조절함이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예는 상기와 같은 구성을 포함하며 이하에서는 상기의 구성을 통하여 제1실시예의 작용을 상세히 설명한다.
먼저 작업자는 양극과 음극의 전원이 입출력되는 전지탭(230)을 상방으로 노출될 수 있도록 베어셀의 전면과 배면에서 전면케이스(210)와 배면케이스(220)를 각각 체결하여 하나의 전지셀(200)을 조립한다. 이후에 작업자는 상기 하나 이상의 전지셀(200)을 각각 체결하여 모듈화시키고, 상면에서 상기 회로기판(300)을 고정시킨다.
여기서 상기 회로기판(300)은 제1열의 제1전지탭(231)과 제2전지탭(231'), 제2열의 제3전지탭(232)과 제4전지탭(232'), 제3열의 제5전지탭(233)과 제6전지탭(233') 또는 그 이상의 전지탭(234, 234')이 쌍을 이루어 열로서 배치된다.
아울러 상기 버스바(310)는 상기 제1전지탭(231)에서 제4전지탭(232'), 제3전지탭(232)에서 제6전지탭(233')으로 연결된다. 아울러 제1열의 전지탭(231, 231')은 제1전지셀의 양과 음극의 전지탭(230)이며, 제2열의 전지탭(232, 232')은 제2전지셀의 양극과 음극의 전지탭(230)이고, 제3열의 전지탭(233, 233')은 제3전지셀의 양극과 음극의 전지탭(230)이다.
아울러 동일방향으로 배치되는 제1전지탭(231)과 제3전지탭(232')은 동일 극성이며, 제2전지탭(231')과 제4전지탭(232') 역시 동일 극성이다.
즉, 본 발명은 하나 이상의 전지셀이 체결되어 전지모듈을 이루되, 각 전지셀은 동일 극성의 전지탭(230)이 동일방향으로 정렬되도록 연결된다. 따라서 상기 버스바(310, 310')는 제1전지셀의 양극에서 제2전지셀의 음극, 제2전지셀의 양극에서 제3전지셀의 음극 전지탭(230) 사이를 통전가능 하도록 각각 연결시킨다.
이와 같이 동일방향의 전지탭(230)은 동일극성을 갖도록 전지모듈(200)과 회로기판(300)을 고정한 이후에, 작업자는 도구를 이용하여 상기 전지탭(230)을 버스바(310)에 밀착시킨 뒤에 납땝으로 접착시킨다.
여기서 상기 전지탭(230)은 하나 이상의 접착돌기(230a)가 단부(230b)를 사이에 두고 돌출형성됨에 따라서 작업자는 상기 접착돌기(230a)의 단면에만 납땝하여 접착시킨다. 이는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5는 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭(230) 연결장치의 제1실시예에서 상기 전지탭(230)은 상호 이격되어 돌출형성되는 하나 이상의 접착돌기(230a)의 단면에서 상기 버스바(310)의 상면과 납땜에 의하여 접착된다.
즉, 제1전지탭(231)은 제2열의 제4전지탭(232')으로 연장되는 버스바(310)의 상면에 밀착되어 상기 접착돌기(230a)의 단면이 가열되면서 접착되고, 제3전지탭(232)은 제3열의 제6전지탭(233')으로 연장되는 버스바(310')의 상면에 밀착되어 접착된다. 마찬가지로 상기 제5전지탭(233)은 제4열의 제8전지탭(234')으로 연장되는 버스바(310, 310')의 상면에서 밀착된다.
여기서 상기 전지탭(230)은 전체적으로 가열되지 않고 상기 접착돌기(230a)의 단면에서 한정적으로 가열됨에 따라서 전지셀(200)에 전달되는 열은 미약하다.
따라서 본 발명은 상술한 바와 같이 접착돌기(230a)에 의한 부분가열로 인하여 종래와 달리 전지탭(230)의 전체 단면을 따라서 가열되어 전지셀과 회로기판(300)에 과다한 열이 전달되는 종래와 달리 부분적 가열에 의한 접착으로 전달되는 열이 감소되기 때문에 전지셀(200)의 소손이 발생되지 않는다.
이와 같은 과정을 통하여 전지모듈과 회로기판(300)의 체결이 완료되면, 작업자는 상기 데이타커넥터(330)와 온도센싱커넥터(320)에 각각 와이어를 연결하여 배터리보호회로(도면에 도시되지 않음)에 연결하고, 상부커버를 안착시켜 상기 케이스(400)의 내측을 밀폐시킨다.
상기와 같은 조립공정을 통하여 제조된 전지팩은 상기 배터리보호회로(도면에 도시되지 않음)에서 사용자가 사용중에 상기 회로기판(300)의 온도나 과충전, 과방전을 감지하여 상기 전지셀의 이상유무를 확인하고 이를 경보할 수 있다.
즉, 상기 배터리보호회로(도면에 도시되지 않음)는 상기 온도센서커넥터를 통하여 상기 회로기판(300)의 온도를 감지 및/또는 각 열을 구성하는 전지셀의 온도를 측정하여 과열로 인한 화재의 위험을 방지할 수 있도록 적절한 제어 및 경보를 할 수 있다. 상기 제어 및 경보를 수행하는 구성은 일반적으로 공지된 구성 및 작용을 수행함에 따라서 구체적인 설명을 생략한다.
여기서 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 회로기판(300)의 상면에서 전지탭(230)의 각 열마다 상기 온도센싱커넥터(320)와 데이타커넥터(330)를 설치하였다. 또한 각 열의 전지탭(230)은 동일한 전지셀의 양극과 음극의 전지탭(230)이기 때문에 상기 전지탭(230)의 각열마다 온도센싱커넥터(320)를 배치하여 각 전지셀의 온도를 감지하였다.
그리고 상기 전지탭(230)이 돌출되는 관통공(340)은 상기 데이타커넥터(330)에 연결되는 회로패턴(331)이 형성됨에 따라서 상기 데이타커넥터(330)를 통하여 밸런싱보드(500)에서 각 전지탭(230)의 출력전압을 수신 및 확인할 수 있다. 상기 밸런싱보드(500)는 전지탭(230)의 출력전압을 확인하여 각 전지셀의 저항값을 조절하여 전지팩의 출력전압을 설정레벨로 유지한다.
또한 본 발명은 상술한 제1실시예의 구성외에 상기 버스바(310, 310')가 분할된 형상의 제2실시예를 더 포함한다. 이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 구성을 첨부된 도 6 내지 8을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예를 도시한 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예의 회로기판을 도시한 평면도, 도 8은 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치에서 제2실시예의 전지탭을 도시한 부분사시도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩의 전지탭 연결장치의 제2실시예는 하나 이상의 전지셀(200)이 전기적으로 통전가능 하도록 체결되는 전지모듈(100)과, 상기 전지모듈(100)의 상측으로 돌출되는 전지탭(230)을 통전가능하도록 지지하는 회로기판(300)을 포함한다.
상기 전지모듈(100)은 하나의 전지셀(200)이 2 이상 체결되는 것으로서 각각의 전지셀(200)은 전면케이스(210)와 배면케이스(220) 사이에 베어셀(도면번호 미표시)이 수용된다. 여기서 상기 베어셀은 상기 회로기판(300)의 상방으로 돌출되는 양극과 음극의 전원이 입출력되는 전지탭(230)이 각각 형성된다.
상기 회로기판(300)은 상기 전지모듈의 상면에서 고정되며, 각 전지셀(200)의 양극과 음극의 전지탭(230)이 돌출되도록 관통형성되어 정렬되는 하나 이상의 관통공(340)과, 상기 관통공(340) 사이를 대각선으로 연결되어 전원을 통전시키는 도전성 금속판으로 이루어지는 버스바(310)와, 상기 전지셀(200)의 온도를 측정하여 배터리보호회로(BMS)에 온도감지신호를 송신하는 온도센서와 연결되는 하나 이상의 온도센싱커넥터(320)와, 배터리의 과충전과 과방전과 셀밸런싱에 대한 데이타를 출력하는 데이타커넥터(330)를 포함한다.
아울러 상기 관통공(340)은 하나의 전지셀(200)에서 상향 돌출되는 양극과 음극의 전지탭(230)이 각각 돌출되도록 한 쌍이 일 열을 이루어 다 수개가 정렬된다. 여기서 상기 관통공(340)은 각각 양극과 음극의 극성을 표시하되, 일측에 양극, 타측에 음극의 전지탭(230)이 돌출되도록 각각의 극성이 표시되는 것이 바람직하다.
상기 전지탭(230)은 제1전지셀에서 상향 돌출되는 양극과 음극의 전지탭(231, 231')이 제1열을 이루고, 제2전지셀에서 상향 돌출되는 양극과 음극의 전지탭(232, 232')이 제2열을 이루고, 제3전지셀에서 상향돌출되는 양극과 음극의 전지탭(233, 233')이 제3열을 이룬다.
여기서 상기 제1 내지 제3전지셀의 양극 전지탭(231~233)과 음극 전지탭(231'~233')은 상기 회로기판(300)에 표시된 극성과 동일하게 배치된다.
아울러 상기 전지탭(230)은 상기 회로기판(300)의 관통공(340)을 통하여 상측으로 돌출되고, 이후에 상기 버스바(310)의 상면에 밀착되어 납땝으로 접착된다. 이때 상기 전지탭(230)은 버스바(310)와의 접착시에 최소가열온도를 통하여 접착될 수 있도록 상호 이격되어 돌출연장되는 하나 이상의 접착돌기(230a)와, 상기 접착돌기(230a) 사이에서 단면을 이루는 단부(230b)를 포함한다.
상기 접착돌기(230a)는 버스바(310)의 상면으로 밀착되어 가열되어 상기 버스바(310)와 접착된다. 여기서 상기 전지탭(230)과 버스바(310)의 접착은 상기 접착돌기(230a)의 단면만을 가열하기 때문에 회로기판(300)에 전달되는 열이 줄어들기 때문에 전지셀(200)에 전달되는 열이 줄어든다.
상기 버스바(310)는 도전성 금속판이 상기 회로기판(300)에서 적층되어 서로 다른 극성을 갖는 전지탭(230)이 돌출되는 관통공(340) 사이로 연장형성된다. 예를들면, 상기 버스바(310, 310')는 제1전지셀의 양극 전지탭(231)이 돌출되는 관통공(340)에서 상기 제2전지셀의 음극 전지탭(231')이 돌출되는 관통공(340)으로 연장형성된다.
여기서 상기 버스바(310)는 서로 다른 극성의 전지탭(231~233, 231'~233')이 돌출되는 관통공(340) 사이에서 연장형성되되, 그 사이에 이격된 공간을 이루어 상호 분리되어 연장형성된다. 즉, 제1버스바(311)는, 예를 들면, 제1전지탭(231)이 돌출되는 관통공(341)에서 제4전지탭(232')이 돌출되는 관통공(344)으로 연장되고, 제2버스바(312)는 제4전지탭(232')이 돌출되는 관통공(344)에서 제1전지탭(231)이 돌출되는 관통공(341)을 향해 연장된다. 그러나 상기 제1버스바(311)와 제2버스바(312)는 그 끝단 사이에 상호 이격된 빈공간인 연결영역(350)을 사이에 두고 분리형성된다.
여기서 상기 연결영역(350)은 조립과정에서의 쇼트를 방지하기 위하여 분할 시킨 것으로 전지셀(200)과 전지모듈(100) 및 회로기판(300)의 조립과, 상기 전지탭(230)을 버스바(310)에 접착시킨 이후에 납땜 또는 다른 버스바(310)를 접착시켜 전기적으로 통전시킨다.
즉, 상기 버스바(310)는 서로 다른 극성의 전지탭(230) 사이를 연결하되, 중간부분이 차단되도록 형성되어 이후에 추가적인 납땝이나 버스바(310)의 접착을 통하여 통전가능하도록 연결시킨다.
본 발명의 제2실시예는 상기와 같은 구성을 포함하며 이하에서는 상기의 구성을 통하여 달성되는 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.
먼저 작업자는 하나 이상의 전지셀을 체결하여 전지모듈을 조립하고, 상기 전지모듈의 상면에 회로기판(300)을 고정시킨다. 여기서 상기 회로기판(300)은 나사나 기타 고정수단에 의하여 상기 케이스(400)의 상단에 고정되면서 상기 전지모듈의 상면에 안착된다.
이때 상술한 바와 같이 상기 하나 이상의 전지셀(200)에서 상기 회로기판(300)의 상면으로 돌출되는 한 쌍의 전지탭(230)은 상기 한 쌍의 관통공(340)을 통하여 각각 돌출된다. 여기서 상기 전지탭(230)은 동일 극성을 갖는 전지탭(231~233)(231'~233')이 일방향으로 정렬되도록 배치된다.
즉, 제1전지셀에서 연장된 양극의 제1전지탭(231), 제2전지셀의 양극의 제3전지탭(232), 제3전지셀의 양극의 제5전지탭(233)은 동일방향으로 정렬되고, 마찬가지로 제1 내지 제3 전지셀의 각 음극 전지탭(231', 232', 233')도 동일방향으로 정렬된다.
여기서 작업자는 상기 전지탭(230)이 상기 회로기판(300)의 관통공을 통하여 돌출되고, 상기 회로기판(300)이 전지모듈(100)의 상면에 고정되면, 작업자는 상기 전지탭(230)을 절곡시켜 상기 버스바(310)의 상면에 밀착시킨 뒤에 납땝으로 상기 전지탭(230)과 버스바(310)를 접착시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 작업자는 상기 접착돌기(230a)의 단면에 열을 가하여 상기 버스바(310)와 접착시킨다.
이때, 상기 제1버스바(311)와 제2버스바(312)는 중간에 연결영역(350)을 통하여 상호 분리됨에 따라서 마지막 단계로서 상기 연결영역(350)에 버스바(310, 310') 또는 납땝을 통하여 상기 제1버스바(311)와 제2버스바(312)를 연결시킨다.
따라서 상기 회로기판(300)은 상기 제1전지셀의 양극의 제1전지탭(231)은 제1버스바(311)를 통하여 제2전지셀의 음극의 제4전지탭(232')에 연장된 제2버스바(312)에 연결된다. 마찬가지로 제2전지셀의 양극의 제3전지탭(232)은 제3전지셀의 음극의 제6전지탭(233')과 연결되고, 제3전지셀의 양극의 제7전지탭(234)은 제4전지셀의 음극의 제10전지탭(도시되지 않음)과 연결된다.
이와 같은 본 발명의 제2실시예는 조립과정에 발생되는 동일 극성의 전지탭(230) 사이의 접촉으로 인한 쇼트발생을 방지할 수 있고, 아울러 하나 이상의 접착돌기(230a)를 통하여 부분적인 납땝으로 버스바(310, 310')와 전지탭(230)을 접착시킬 수 있어 납땜 과정에서 발생된 열에 의한 전지셀(200)의 과열을 방지할 수 있다.
본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 즉 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 필수 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 전지모듈 200 : 전지셀
210 : 전면케이스 220 : 배면케이스
230 : 전지탭 230a : 접착돌기
230b : 단부 231 : 제1전지탭
232 : 제3전지탭 232' : 제4전지탭
233 : 제5전지탭 233' : 제6전지탭
234 : 제7전지탭 234' : 제8전지탭
235 : 제8전지탭 235' : 제9전지탭
300 : 회로기판 310, 310' : 버스바
311 : 제1버스바 312 : 제2버스바
320 : 온도센싱커넥터 330 : 데이타커넥터
340 : 관통공 341 : 제1관통공
342 : 제2관통공 343 : 제3관통공
344 : 제4관통공 345 : 제5관통공
346 : 제6관통공 350 : 연결영역
400 : 케이스

Claims (9)

  1. 양극과 음극의 전원이 각각 입출력되는 전지탭을 구비하는 하나 이상의 전지셀이 체결되는 전지모듈;
    상기 전지탭이 돌출되도록 관통형성되는 하나 이상의 관통공과, 상기 관통공에서 타 관통공으로 연장되어 전지탭의 전기적신호를 통전시키는 하나 이상의 버스바를 구비하여 상기 전지모듈의 상면에 고정되는 회로기판; 및
    상기 회로기판에 연결되어 상기 전지모듈의 과충전, 과방전 및 과열온도를 측정하는 배터리보호회로;를 포함하고,
    상기 전지탭은 하나 이상이 상호 이격되어 돌출 및 연장되는 접착돌기와, 상기 접착돌기 사이에서 낮은 단면을 이루는 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지탭은
    상기 버스바에 밀착되면, 상기 접착돌기의 단면이 가열되어 상기 버스바에 접착되는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전지탭은
    동일 극성을 갖는 전지탭끼리 동일 방향으로 배치되고,
    상기 버스바는 서로 다른 극성을 갖는 전지탭이 돌출되는 관통공 사이에서 연장형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 버스바는
    서로 다른 극성을 갖는 전지탭이 돌출되는 관통공 사이에서 연장형성되되, 그 끝단에서 상호 이격되어 전기적으로 차단상태를 유지하도록 연결영역이 형성되는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회로기판은
    배면에서 상기 전지셀의 온도를 측정하도록 고정되는 하나 이상의 온도센서에 측정된 온도감지신호를 상기 배터리보호회로에 송신하도록 상기 배터리보호회로와 상기 온도센서에 각각 연결되는 하나 이상의 온도센싱커넥터가 구비된 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 연결영역은
    서로 다른 극성을 갖고 서로 다른 열에 위치된 전지탭 사이에서 각각 대각선 방향으로 연장된 끝단에서 상호 이격된 빈공간을 갖도록 형성되어 납땜 또는 버스바가 접착되면서 상기 전지탭 사이를 통전가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전지팩의 전지탭 연결장치는
    상기 관통공에서 돌출되는 상기 전지탭의 출력 전압을 측정 및 송신하도록 상기 회로기판에 고정되는 데이타커넥터와, 상기 데이타커넥터에서 측정되는 전지탭의 출력전압을 확인하여 각 전지셀의 저항값을 조절하여 상기 전지팩의 출력전압 레벨을 설정된 레벨로 유지시키는 밸런싱보드를 더 포함하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 회로기판은
    상기 온도센서와 상기 온도센싱커넥터 사이에 전기적으로 통전가능하도록 연결시키는 패턴이 구현된 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 회로기판은
    상기 관통공에서 상기 데이타커넥터에 연결되는 패턴이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 전지탭 연결장치.

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