KR102056362B1 - 전지팩의 셀 모듈 및 그 조립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정해진 개수로 배열되고 메탈 플레이트에 의해 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀; 상기 복수개의 셀 중 적어도 어느 하나의 셀 바디에 배치되는 온도센서; 상기 복수개의 셀을 지지하는 절연성 소재의 셀 프레임; 및 상기 셀 프레임에서 연장되어 상기 온도센서를 고정하는 고정부;를 포함하는 전지팩의 셀 모듈을 개시한다.

Description

전지팩의 셀 모듈 및 그 조립 방법{CELL MODULE FOR SECONDARY BATTERY PACK AND ASSEMBLY METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 전지팩의 셀 모듈 및 그 조립 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 장착되어 있는 전지팩의 셀 모듈 및 그 조립 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전지팩은 다수의 단위셀들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속하여 제조된다.

단위 셀로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스바 등의 접속부재로 연결하여 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 이차전지가 단위전지로서 유리하다.

반면에, 원통형 셀은 일반적으로 각형 및 파우치형 이차전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 셀의 외형적 특성상 적층구조로의 배열이 용이하지 않다. 이러한 원통형 셀은 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 경우 각형 또는 파우치형 셀에 비해 구조적으로 유리한 점도 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC, 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스의 경우에는 다수의 원통형 셀들을 직렬방식 또는 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다.

병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 셀들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.

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 셀들의 전기적 연결 작업시에는 일반적으로 메탈 플레이트와 같은 얇은 접속부재를 사용하여 스폿 용접(Spot welding)을 행하고 있다. 즉, 원통형 셀들은 소정의 셀 프레임을 통해 정해진 개수로 배열되고 메탈 플레이트에 의해 전기적으로 서로 연결됨으로써 하나의 셀 모듈을 이룬다. 이렇게 조립된 셀 모듈들은 정해진 개수가 모여서 하나의 전지팩을 이루게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 전지팩의 셀 모듈에 대한 구성을 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 전지팩의 셀 모듈은 메탈 플레이트(11)에 의해 전기적으로 연결되는 복수개의 원통형 셀(10)과, 셀(10)들을 지지하는 절연성 소재의 셀 프레임(12)과, 적어도 어느 하나의 셀(10)에 고정되는 온도센서(14)를 포함한다.

온도센서(14)로는 일반적으로 서미스터(Thermistor) 소자가 채용되고, 도선(13)을 통해 복수개의 셀(10) 중 적어도 어느 하나의 바디 측면 상으로 도입되어 서미스터의 헤드 부분이 테이프(15)에 의해 덮여서 셀(10)의 바디 외부면에 부착됨으로써 고정된다. 하지만, 이러한 고정 방식은 테이핑 작업이 번거로와 작업효율이 좋지 않을 뿐만 아니라 테이프(15)가 부착된 이후에 셀(10)의 발열이나 외력 등에 의해 테이프(15)가 쉽게 떨어지는 문제가 있다.

온도센서의 고정 기술과 관련하여, 특허문헌 1에는 별도의 접착제나 테이프 등을 필요로 하지 않도록 온도센서의 일측 표면에 접착층이 형성된 전지팩용 온도 센서가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 탄성체를 포함하는 지지몸체를 서미스터에 구비하고 서미스터를 보호회로모듈에 장착하여 베어셀에 밀착시킨 구조를 가진 이차전지 팩이 개시되어 있다.

한국 공개실용신안공보 제2010-0006491호 한국 공개특허공보 제2012-0053458호

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 셀 프레임을 이용하여 간편히 온도센서를 고정할 수 있는 구조를 가진 전지팩의 셀 모듈 및 그 조립 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정해진 개수로 배열되고 메탈 플레이트에 의해 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀; 상기 복수개의 셀 중 적어도 어느 하나의 셀과 접하도록 배치되는 온도센서; 상기 복수개의 셀을 지지하는 절연성 소재의 셀 프레임; 및 상기 셀 프레임에서 연장되어 상기 온도센서를 고정하는 고정부;를 포함하는 전지팩의 셀 모듈을 제공한다.

상기 셀 프레임은 절연성 소재의 사출물로 이루어지고, 상기 고정부는 상기 셀 프레임의 가장자리로부터 돌출되어 상기 온도센서의 적어도 헤드 부분을 덮는 돌기 구조물인 것이 바람직하다.

상기 돌기 구조물에 있어 상기 온도센서의 헤드 부분에 대응하는 부분에는 통공이 형성되고, 상기 통공에 글루가 투입되는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 온도센서로는 서미스터 소자가 채용될 수 있다.

상기 셀은 원통형 셀이고 측면이 서로 인접하도록 평행하게 배열되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전지팩의 셀 모듈 조립 방법에 있어서, (a) 서로 전기적으로 연결되고 절연성 소재의 셀 프레임에 의해 지지되는 복수개의 셀을 구비하는 단계; 및 (b) 상기 복수개의 셀 중 적어도 어느 하나의 셀과 접하도록 온도센서를 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 단계 (b)에서, 상기 셀 프레임에서 연장된 돌기 구조물을 이용해 상기 온도센서를 고정하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 셀 모듈 조립 방법이 제공된다.

상기 단계 (b)에서, 상기 돌기 구조물에 있어 상기 온도센서의 헤드 부분에 대응하는 부분에는 통공이 형성되어 있고, 상기 통공에 글루를 투입하여 상기 온도센서를 고정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 셀 프레임에서 연장된 돌기 구조물을 이용하여 온도센서를 고정하으로써 기존의 테이핑 방식에 비해 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 돌기 구조물이 셀 프레임에 일체로 형성되므로 발열이나 외부 충격이 가해지더라도 안정적으로 온도센서에 대한 고정상태를 유지할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 전지팩의 셀 모듈에 대한 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 셀 모듈에 대한 구성을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 셀 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 셀 모듈은 복수개의 셀(100)과, 적어도 어느 하나의 셀(100)과 접하도록 배치되는 온도센서(110)와, 복수개의 셀(100)을 지지하는 셀 프레임(102)과, 셀 프레임에서 연장되어 온도센서(110)를 고정하는 고정부(103)를 포함한다.

복수개의 셀(100)은 모듈 단위로 미리 정해진 개수가 채용되어 소정의 행과 열을 이루며 배열된다. 셀(100)들의 배열 형상은 도면에 도시된 예에 한정되지 않고 다양한 변형예가 있을 수 있음은 물론이다. 바람직하게, 셀(100)은 통상의 리튬이온 원통형 셀로 이루어지고, 복수개의 셀(100)은 측면이 서로 인접하도록 평행하게 배열된다.

메탈 플레이트(101)는 각각의 셀(100)에 마련된 전극단자와 스폿 용접되어 셀(100)들을 서로 전기적으로 연결한다. 바람직하게, 메탈 플레이트(101)는 복수개의 셀(100)들을 서로 직렬방식 또는 병렬 및 직렬방식으로 연결한다. 메탈 플레이트(101)는 소정 형상을 가진 얇은 도체판으로 이루어진다.

온도센서(110)는 셀 모듈을 이루는 복수개의 셀(100) 중 적어도 어느 하나의 셀의 바디 측면에 접하도록 배치된다. 이러한 온도센서(110)로는 통상의 서미스터 소자가 채용되는 것이 바람직하다.

셀 프레임(102)은 복수개의 셀(100)과 결합되어 각각의 셀(100)들을 지지한다. 셀 프레임(102)은 배열된 셀(100)들의 길이방향 앞뒤 부분에 각각 대응하도록 배치된다. 이러한 셀 프레임(102)은 플라스틱과 같은 절연성 수지를 재료로 하는 사출성형에 의해 형성된다.

고정부(103)는 셀 프레임에서 연장되어 온도센서(110)를 덮어서 고정함으로써 온도센서(110)가 셀(100)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

고정부(103)는 셀 프레임(102)과 일체로 성형되는 것으로서, 셀 프레임(102)의 가장자리 적어도 일부에서 셀(100)의 길이방향으로 소정 길이만큼 돌출된 돌기 구조물로 이루어진다. 이때, 고정부(103)의 폭은 적어도 온도센서(110)의 헤드 부분, 즉 센서 칩이 위치한 부분을 덮을 수 있는 정도가 되어야 한다. 고정부(103)를 이루는 돌기 구조물에 있어 온도센서(110)의 헤드 부분에 대응하는 부분에는 통공(103a)이 형성되어 있다. 이 통공(103a)에는 소정의 글루(Glue)가 투입되어 셀(100)과 고정부(103) 사이에 온도센서(110)를 더욱 견고히 접착한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 셀 모듈은 정해진 개수의 원통형 셀(100)을 준비하여 셀(100)들이 서로 평행하도록 배열하고, 셀 프레임(102)에 대한 결합과 메탈 플레이트(101)에 대한 용접을 수행한 이후에, 적어도 어느 하나의 셀(100)의 바디 측면에 온도센서(110)를 장착하는 과정을 통해 조립이 이루어진다.

메탈 플레이트(101)의 용접 공정에서는 정해진 행과 열을 이루며 서로 평행하게 배열된 복수개의 원통형 셀(100)을 고정한 상태에서 메탈 플레이트(101)를 전극단자들 위에 올려놓고 스폿 용접을 수행한다.

온도 센서의 장착 공정에서는 셀(100)들의 바디 측면 상으로 도선(111)을 배선함과 아울러 도선(111)의 끝부분에 접속되어 있는 온도센서(110)를 셀 프레임(102)에서 돌출된 돌기 구조물인 고정부(103) 밑으로 삽입하고, 고정부(103)에 형성된 통공(103a)으로 글루를 투입하여 온도센서(110)를 고정한다.

이러한 조립 방법에 의해 온도센서(110)를 설치하는 작업성이 기존에 비해 개선될 수 있으며, 외력 등에 의해 온도센서(110)가 셀(100)에서 이탈되는 문제를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 101: 메탈 플레이트
102: 셀 프레임 103: 고정부
103a: 통공 110: 온도센서
111: 도선

Claims (7)

1. 정해진 개수로 배열되고 메탈 플레이트에 의해 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀;
   상기 복수개의 셀 중 적어도 어느 하나의 셀과 접하도록 배치되는 온도센서;
   상기 복수개의 셀을 지지하는 절연성 소재의 셀 프레임; 및
   상기 셀 프레임에서 연장되어 상기 온도센서를 고정하는 고정부;를 포함하며,
   상기 셀 프레임은 절연성 소재의 사출물로 이루어지고,
   상기 고정부는 상기 셀 프레임의 가장자리로부터 돌출되어 상기 온도센서의 적어도 헤드 부분을 덮는 돌기 구조물이며,
   상기 돌기 구조물에 있어 상기 온도센서의 헤드 부분에 대응하는 부분에는 통공이 형성되고,
   상기 통공에 글루가 투입되어 있으며,
   상기 고정부는,
   상기 셀 프레임과 일체로 성형되며, 상기 셀 프레임의 가장자리 적어도 일부에서 상기 복수개의 셀의 길이방향으로 소정 길이만큼 돌출되게 형성되며,
   상기 고정부의 폭은,
   상기 온도센서의 센서 칩이 위치한 부분을 덮을 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 셀 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 온도센서는 서미스터 소자인 것을 특징으로 하는 전지팩의 셀 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 셀은 원통형 셀이고 측면이 서로 인접하도록 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 셀 모듈.
6. 전지팩의 셀 모듈 조립 방법에 있어서,
   (a) 서로 전기적으로 연결되고 절연성 소재의 셀 프레임에 의해 지지되는 복수개의 셀을 구비하는 단계; 및
   (b) 상기 복수개의 셀 중 적어도 어느 하나의 셀과 접하도록 온도센서를 배치하는 단계;를 포함하고,
   상기 단계 (b)에서, 상기 셀 프레임에서 연장된 돌기 구조물을 이용해 상기 온도센서를 고정하며,
   상기 돌기 구조물에 있어 상기 온도센서의 헤드 부분에 대응하는 부분에는 통공이 형성되어 있고,
   상기 통공에 글루를 투입하여 상기 온도센서를 고정하며,
   상기 돌기 구조물은,
   상기 셀 프레임과 일체로 성형되며, 상기 셀 프레임의 가장자리 적어도 일부에서 상기 복수개의 셀의 길이방향으로 소정 길이만큼 돌출되게 형성되며,
   상기 돌기 구조물의 폭은,
   상기 온도센서의 센서 칩이 위치한 부분을 덮을 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 셀 모듈 조립 방법.
7. 삭제

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