KR102254020B1 - 4직렬 전지팩 장치 - Google Patents
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Abstract
PCB 어셈블리와 리튬 전지류의 접촉 불량을 차단할 수 있는 4직렬 전지팩 장치가 개시된다. 4직렬 전지팩 장치는, 제1 단위전지, 제2 단위전지, 제3 단위전지 및 제4 단위전지를 포함하는 리튬 전지류; 및 상기 리튬 전지류를 둘러싸도록 배치되어 상기 리튬 전지류에서 전원을 제공받아 외부 장치에 공급하는 PCB 어셈블리를 포함한다. 여기서, 상기 PCB 어셈블리는, 상기 리튬 전지류의 높이에 대응하는 높이와 상기 전지의 직경 2배에 대응하는 폭을 갖는 PCB 기판; 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 상부 전극 연결부재; 및 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 하부 전극 연결부재를 포함한다.
Description
본 발명은 4직렬 전지팩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCB 어셈블리와 리튬 전지류의 접촉 불량을 차단할 수 있는 4직렬 전지팩 장치에 관한 것이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터와 같이 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지팩을 내장하고 있다. 내장된 전지팩은 상기 휴대용 전기/전자장치를 일정 기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나 이상의 베어 전지셀들이 서로 연결되어 패키지화된 형태를 갖는다.
한편, 리튬 팩전지로 사용되는 리튬(리튬타이오닐 또는 Li/SOCl2)전지는 고출력, 고용량, 우수한 저온특성 및 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 이유로 최근 군용 전원 뿐만 아니라 민수용으로도 상용화되어 주로 채용되고 있다.
상기 리튬 일차 전지는 전자제품의 소형화가 진행되어 다양한 제품을 휴대할 수 있으며, 휴대용 전자제품은 그 전원으로 사용된다.
리튬 일차 전지의 장점은 용량이 커서 오래 사용할 수 있다는 것이다. 또한 다른 전지보다 가볍다는 특징이 있다. 그러나 다른 전지보다 위험하며, 안전성 문제로 인하여 고전류를 흘릴 수 있는 고출력(high power) 팩전지를 만들기가 힘들다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
따라서, 전지의 성능을 유지하고 안전성(safety)을 유지하기 위하여 다른 전지에서는 사용되지 않는 보호회로가 사용된다. 리튬 전지팩은 복수의 직렬연결 베어 전지셀(또는 단위전지)들과 팩 전극들을 보호회로로 연결한 구조를 말한다.
이러한 리튬 일차전지를 복수개 직렬 연결시켜 대용량의 전지팩을 구성하여 사용되는 경우, 전지팩의 과도한 방전 또는 강제 과방전은 전지셀(또는 단위전지)이 완전방전에 이르게 함에 따라 내부단락으로 인해 발생될 수 있는 폭발 위험을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 과도한 방전을 차단하기 위해 상기한 보호회로를 구비시켜 과도한 방전이 이루어지기 전에 상기한 방전 동작을 차단하고 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 리튬 전지류와 PCB 어셈블리를 스포트 용접으로 연결시킨 후 수납케이스에 배치시킴으로써, PCB 어셈블리와 리튬 전지류의 접촉 불량을 차단할 수 있는 4직렬 전지팩 장치를 제공하는 것이다.
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상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치는, 제1 단위전지, 제2 단위전지, 제3 단위전지 및 제4 단위전지를 포함하는 리튬 전지류; 및 상기 리튬 전지류를 둘러싸도록 배치되어 상기 리튬 전지류에서 전원을 제공받아 외부 장치에 공급하는 PCB 어셈블리를 포함한다. 여기서, 상기 PCB 어셈블리는, 상기 리튬 전지류의 높이에 대응하는 높이와 상기 전지의 직경 2배에 대응하는 폭을 갖는 PCB 기판; 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 상부 전극 연결부재; 및 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 하부 전극 연결부재를 포함한다.
일실시예에서, 상기 상부 전극 연결부재 및 상기 하부 전극 연결부재들 각각은 플렉서블한 도전성 재질을 포함하고, 상기 상부 전극 연결부재 및 상기 하부 전극 연결부재들 각각은 상기 제1 내지 제4 단위전지들의 정극성 및 부극성에 스포트 용접될 수 있다.
일실시예에서, 상기 상부 전극 연결부재는, 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제1 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제1 전극 연결부재; 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제2 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제2 전극 연결부재; 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제3 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제3 전극 연결부재; 및 상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제2 방향의 반대인 제3 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제4 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제4 전극 연결부재를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극 연결부재들 각각은 I-자 형상을 갖고, 상기 제3 및 제4 전극 연결부재들 각각은 L-자 형상을 가질 수 있다.
일실시예에서, 상기 하부 전극 연결부재는, 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제1 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제5 전극 연결부재; 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제2 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제6 전극 연결부재; 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제3 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제7 전극 연결부재; 및 상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제2 방향의 반대인 제3 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제4 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제8 전극 연결부재를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제5 및 제6 전극 연결부재들 각각은 I-자 형상을 갖고, 상기 제7 및 제8 전극 연결부재들 각각은 L-자 형상을 가질 수 있다.
일실시예에서, 4직렬 전지팩 장치는, 사각 박스 형상을 갖고서 상기 리튬 전지류, 상기 PCB 어셈블리를 수납하는 수납케이스; 및 사각 형상을 갖고서 상기 수납케이스의 상부를 덮는 수납커버를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 PCB 기판에는 과방전 또는 완전 방전에 따른 전지 폭발 위험을 방지하기 위해 방전 말기에는 전류 출력을 차단하는 보호회로가 탑재되고, 상기 보호회로는, 4직렬 전지팩의 방전 시 단위전지의 전압이 기준전압(또는 과방전 전압) 이하시 차단하는 방전차단소자; 외부로부터 입력전류 및 입력전압을 차단하는 다이오드; 4직렬 전지팩 내부 온도가 일정 온도 이상 상승하면 차단하는 써멀 스위치; 4직렬 전지팩의 방전 시 전류가 임의 전류 이상 발생되면 출력을 차단하는 퓨즈; 완전방전회로로써 사용 후 전지팩 폐기시 사용되는 폐기 스위치; 4직렬 전지팩의 초기 방전 시 순간전압강하(transient minimum voltage, TMV) 현상에 대하여 일정 시간 동안 차단시간을 지연하는 차단 캐패시터; 및 보호회로의 초기화 스위치 기능을 수행하는 초기화 스위치가 탑재될 수 있다.
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이러한 4직렬 전지팩 장치에 의하면, 리튬 전지류와 PCB 어셈블리를 스포트 용접으로 연결시킨 후 수납케이스에 배치시킴으로써, PCB 어셈블리와 리튬 전지류의 접촉 불량을 차단할 수 있다. 즉, PCB 어셈블리에 연결된 상부 전극 연결부재 및 하부 전극 연결부재를 리튬 전지류의 정극성 및 부극성 각각에 스포트 용접으로 연결시킨 후 수납케이스에 배치시킴으로써, PCB 어셈블리와 리튬 전지류의 접촉 불량을 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 PCB 어셈블리를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 4직렬 전지팩 장치의 보호회로를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치의 조립 방법을 설명하기 위한 사진들이다.
도 2는 도 1에 도시된 PCB 어셈블리를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 4직렬 전지팩 장치의 보호회로를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치의 조립 방법을 설명하기 위한 사진들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치는 리튬 전지류(110), PCB 어셈블리(120), 수납케이스(130) 및 수납커버(140)를 포함한다. 본 실시예에서, 리튬전지류(110)는 모든 리튬 일차 전지가 해당된다.
리튬 전지류(110)는 제1 단위전지(112), 제2 단위전지(114), 제3 단위전지(116) 및 제4 단위전지(118)를 포함한다. 제1 단위전지(112) 및 제2 단위전지(114)는 PCB 어셈블리(120)에 가깝게 배치되고, 제3 단위전지(116) 및 제4 단위전지(118)는 PCB 어셈블리(120)에서 멀게 배치된다. 도 1에서, 제1 내지 제4 단위전지(118)는 원통형 전지인 것을 도시하였으나, 사각 기둥형 전지 등과 같이 다양한 형태도 가능하다.
PCB 어셈블리(120)는 리튬 전지류(110)를 둘러싸도록 배치되어 리튬 전지류(110)에서 전원을 제공받아 외부 장치에 공급한다. PCB 어셈블리(120)에는 과방전 또는 완전 방전에 따른 전지 폭발 위험을 방지하기 위해 방전 말기에는 전류 출력을 차단하는 보호회로가 탑재될 수 있다. 또한 PCB 어셈블리(120)에는 외부 장치에 전원을 공급하기 위해 전선(미도시) 및 커넥터(미도시) 등이 구비될 수 있다.
구체적으로, PCB 어셈블리(120)는 PCB 기판(122), PCB 기판(122)에 연결된 상부 전극 연결부재(124) 및 PCB 기판(122)에 연결된 하부 전극 연결부재(126)를 포함한다.
PCB 기판(122)은 리튬 전지류(110)의 높이에 대응하는 높이와 전지의 직경 2배에 대응하는 폭을 갖는다. PCB 기판(122)은 리튬 전지류(110)의 측면에 인접하게 배치된다. 즉, PCB 기판(122)은 수직하게, 즉 Z-축과 평행하게 배치된다.
상부 전극 연결부재(124)는 PCB 기판(122)의 상측변에 연결되고 제1 방향(즉, X-축 방향)으로 절곡되어, 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118) 각각의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다. 상부 전극 연결부재(124)는 플렉서블한 도전성 재질을 포함하고, 상부 전극 연결부재(124)는 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118)의 정극성에 스포트 용접된다.
상부 전극 연결부재(124)는, 제1 전극 연결부재(124a), 제2 전극 연결부재(124b), 제3 전극 연결부재(124c) 및 제4 전극 연결부재(124d)를 포함한다.
구체적으로, 제1 전극 연결부재(124a)는 I-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 제1 단위전지(112)의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제2 전극 연결부재(124b)는 I-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 제2 단위전지(114)의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제3 전극 연결부재(124c)는 L-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 상측변에 연결되고 제1 방향(예를 들어, X-축 방향)으로 절곡된 후 종단부에서 제1 방향에 수직한 제2 방향(예를 들어, Y-축 방향)으로 굴곡되어 종단부를 통해 제3 단위전지(116)의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제4 전극 연결부재(124d)는 L-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 제2 방향의 반대인 제3 방향(예를 들어, -Y-축 방향)으로 굴곡되어 종단부를 통해 제4 단위전지(118)의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
상부 전극 연결부재(124)는 제1 전극 연결부재(124a)의 일부, 제2 전극 연결부재(124b)의 일부, 제3 전극 연결부재(124c)의 일부 및 제4 전극 연결부재(124d)의 일부에 부착된 제1 테이핑 부재(125)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 전극 연결부재들(124a, 124b, 124c, 124d)이 서로 평행 상태를 유지하여 서로 전기적으로 접하여 접촉하는 문제를 해결할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 테이핑 부재(125)가 부착되지 않아 노출된 제1 내지 제4 전극 연결부재들(124a, 124b, 124c, 124d) 각각은 스포트 용접을 통해 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118)의 정극성에 용접된다.
하부 전극 연결부재(126)는 PCB 기판(122)의 하측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어, 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118) 각각의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다. 하부 전극 연결부재(126)는 플렉서블한 도전성 재질을 포함하고, 하부 전극 연결부재(126)는 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118)의 부극성에 스포트 용접된다.
하부 전극 연결부재(126)는, 제5 전극 연결부재(126a), 제6 전극 연결부재(126b), 제7 전극 연결부재(126c) 및 제8 전극 연결부재(126d)를 포함한다.
구체적으로, 제5 전극 연결부재(126a)는 I-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 하측변에 연결되고 제1 방향(예를 들어, X-축 방향)으로 절곡되어 종단부를 통해 제1 단위전지(112)의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제6 전극 연결부재(126b)는 I-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 하측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 제2 단위전지(114)의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제7 전극 연결부재(126c)는 L-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 하측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 제1 방향(즉, X-축 방향)에 수직한 제2 방향(예를 들어, Y-축 방향)으로 굴곡되어 종단부를 통해 제3 단위전지(116)의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
제8 전극 연결부재(126d)는 L-자 형상을 갖고서, PCB 기판(122)의 하측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 제2 방향의 반대인 제3 방향(예를 들어, -Y-축 방향)으로 굴곡되어 종단부를 통해 제4 단위전지(118)의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된다.
이처럼, PCB 기판(122)은 리튬 전지류(110)의 측면부에 대응하고, 상부 전극 연결부재(124)는 리튬 전지류(110)의 상측부에 대응하고, 하부 전극 연결부재(126)는 리튬 전지류(110)의 하측부에 대응하므로, 전체적으로 보았을 때 리튬 전지류(110)는 PCB 어셈블리(120)에 의해 둘러싸이는 형상을 갖고서 수납케이스(130) 내부에 배치된다.
수납케이스(130)는 사각 박스 형상을 갖고서 상기 리튬 전지류(110), 상기 PCB 어셈블리(120)를 수납한다.
수납커버(140)는 사각 형상을 갖고서 상기 수납케이스(130)의 상부를 덮는다. 수납커버(140)에는 PCB 어셈블리(120)에 구비되는 전선(미도시)이나 커넥터(미도시)의 외부 인출을 위한 홀(미도시)이 형성될 수 있다.
하부 전극 연결부재(126)는 제5 전극 연결부재(126a)의 일부, 제6 전극 연결부재(126b)의 일부, 제7 전극 연결부재(126c)의 일부 및 제8 전극 연결부재(126d)의 일부에 부착된 제2 테이핑 부재(127)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제5 내지 제8 전극 연결부재들(126a, 126b, 126c, 126d)이 서로 평행 상태를 유지하여 서로 전기적으로 접하여 접촉하는 문제를 해결할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 테이핑 부재(127)가 부착되지 않아 노출된 제5 내지 제8 전극 연결부재들(126a, 126b, 126c, 126d) 각각은 스포트 용접을 통해 제1 내지 제4 단위전지들(112, 114, 116, 118)의 부극성에 용접된다.
이상에서 설명된 바와 같이 리튬 전지류(110)와 PCB 어셈블리(120)를 스포트 용접으로 연결시킨 후 수납케이스에 배치시킴으로써, PCB 어셈블리와 리튬 전지류(110)의 접촉 불량을 완전히 차단할 수 있다. 즉, PCB 어셈블리(120)에 연결된 상부 전극 연결부재(124) 및 하부 전극 연결부재(126)를 리튬 전지류(110)의 정극성 및 부극성 각각에 스포트 용접으로 연결시킨 후 수납케이스(130)에 배치시킴으로써, PCB 어셈블리(120)와 리튬 전지류(110)의 접촉 불량을 완전히 차단할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 4직렬 전지팩 장치의 보호회로를 설명하기 위한 구성도이다. 상기한 4직렬 전지팩 장치의 보호회로는 PCB 기판에 탑재된다.
도 3을 참조하면, 4직렬 전지팩 장치의 보호회로는 방전차단소자(310), 다이오드(320), 써멀 스위치(330), 퓨즈(340), 폐기 스위치(350), 차단 캐패시터(360) 및 초기화 스위치(370)를 포함하고, 단위전지들과 외부의 부하 사이에 연결되어 리튬 전지에서 출력되는 전압이 방전말기의 전압인 경우 전류를 차단시켜 완전 방전에 따라 발생될 수 있는 폭발 위험을 방지한다.
방전차단소자(310)는 4직렬 전지팩의 방전 시 단위전지들 각각의 전압이 기준전압, 즉 과방전 전압 이하시 출력 전류를 차단한다.
다이오드(320)는 방전차단소자(310)의 출력단에 연결된 애노드와 부하측에 연결된 캐소드를 포함하고, 부하측에서 유입되는 입력전류 및 입력전압을 차단한다.
써멀 스위치(330)는 다이오드(320)의 캐소드에 연결되어 4직렬 전지팩 내부 온도가 일정 온도 이상 상승했을 시 단위전지와 부하간의 전송 경로를 차단한다. 써멀 스위치(330)는 PTC 소자(Positive temperature coefficient device) 또는 써멀 퓨즈 (thermal fuse)일 수 있다.
퓨즈(340)는 써멀 스위치(330)에 직렬 연결되어 4직렬 전지팩의 방전 시 전류가 전류 임계치 이상 발생시 출력을 차단한다.
폐기 스위치(350)는 단위전지의 정극성과 부극성 사이에 연결되어 완전 방전회로로서 사용후 전지팩을 폐기할 때 사용된다. 부가적으로 폐기 스위치(350)와 단위전지의 부극성 사이에 발광 다이오드 및 이에 병렬 연결된 저항을 포함할 수 있다.
차단 캐패시터(360)는 4직렬 전지팩의 초기 방전 시 순간전압강하(transient minimum voltage, TMV) 현상을 방지하기 위해 일정 시간 동안 차단시간을 지연한다.
초기화 스위치(370)는 방전차단소자(310)의 양단에 연결되어 4직렬 전지팩 장치의 보호회로를 초기화한다. 일반적으로, 리튬 전지는 전압이 높고, 사용할 수 있는 온도 범위가 넓고, 오랫동안 저장한 후에도 사용이 가능하며, 에너지 밀도가 커서 다른 전지보다 훨씬 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 리튬 리튬 전지는 일반적으로 널리 사용되고 있는 망간 전지나 알라라인 전지와 다르게 리튬이라는 에너지 밀도가 아주 큰 금속을 전극물질로 사용하기 때문에 잘못 사용할 경우 뜻하지 않는 사고가 발생할 수 있다. 특히, 리튬 전지는 사용기기에 장착되어 사용 중에 과다 사용에 따른 완전 방전으로 인하여 전지가 폭발되어 해당 사용기기의 망실뿐만 아니라, 사용자에게도 위험을 줄 수 있다.
하지만, 본 발명에 따른 보호회로를 채용하므로써 방전말기에서는 전류 출력을 차단시킴으로써, 과방전 또는 완전 방전에 따른 전지 폭발 위험을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4직렬 전지팩 장치의 조립 방법을 설명하기 위한 사진들이다.
도 4를 참조하면, 커버 조립품과 제1 내지 제4 단위전지들을 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결한다(단계 S110). 즉, 상기 PCB 기판의 하측변에 연결된 하부 전극 연결부재들 각각과 상기 제1 단위전지, 상기 제2 단위전지, 상기 제3 단위전지 및 상기 제4 단위전지 각각의 부극성을 스포트 용접한다. 또한, PCB 기판의 상측변에 연결된 상부 전극 연결부재들 각각과 제1 단위전지, 제2 단위전지, 제3 단위전지 및 제4 단위전지 각각의 정극성을 스포트 용접하여 연결한다.
이어, 커버 조립품, 스포트 용접 방식으로 제1 내지 제4 단위전지들의 부극성에 연결된 하부 전극 연결부재들 각각, 스포트 용접 방식으로 제1 내지 제4 단위전지들의 정극성에 연결된 상부 전극 연결부재들 각각을 수납케이스에 삽입한다(단계 S120). 이에 따라, 수납케이스 내부에는 제1 내지 제4 단위전지들, 상기 제1 내지 제4 단위전지들에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 상기 PCB 기판이 배치된다.
이어, 4직렬 전지팩 장치의 완전방전 작동을 검사한다(단계 S130).
이어, 수납커버를 상기 수납케이스에 결합한다(단계 S140).
이어, 상기 수납커버에 형성된 홀을 통해 퓨즈와 커넥터를 외부로 인출하여 정리한다(단계 S150).
이어, 외부로 퓨즈와 커넥터 등이 유출되지 않도록 휴즈함 커버를 수납커버에 조립하여 4직렬 전지팩 장치의 완료품을 완성한다(단계 S160).
이상에서는 하부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 부극성을 스포트 용접한 후, 상부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 정극성을 스포트 용접하는 것을 설명하였으나, 상부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 정극성을 스포트 용접한 후, 하부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 부극성을 스포트 용접할 수도 있다.
또한, 하부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 부극성을 스포트 용접하고 상부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 정극성을 스포트 용접한 후 수납케이스에 배치하는 것을 설명하였으나, 하부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 부극성을 스포트 용접하고, 수납케이스에 배치한 후, 상부 전극 연결부재들 각각과 단위전지들의 정극성을 스포트 용접할 수도 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 리튬 전지류 112 : 제1 단위전지
114 : 제2 단위전지 116 : 제3 단위전지
118 : 제4 단위전지 120 : PCB 어셈블리
122 : PCB 기판 124 : 상부 전극 연결부재
124a : 제1 전극 연결부재 124b : 제2 전극 연결부재
124c : 제3 전극 연결부재 124d : 제4 전극 연결부재
125 : 제1 테이핑 부재 126 : 하부 전극 연결부재
126a : 제5 전극 연결부재 126b : 제6 전극 연결부재
126c : 제7 전극 연결부재 126d : 제8 전극 연결부재
127 : 제2 테이핑 부재 130 : 수납케이스
140 : 수납커버 310 : 방전차단소자
320 : 다이오드 330 : 써멀 스위치
340 : 퓨즈 350 : 폐기 스위치
360 : 차단 캐패시터 370 : 초기화 스위치
114 : 제2 단위전지 116 : 제3 단위전지
118 : 제4 단위전지 120 : PCB 어셈블리
122 : PCB 기판 124 : 상부 전극 연결부재
124a : 제1 전극 연결부재 124b : 제2 전극 연결부재
124c : 제3 전극 연결부재 124d : 제4 전극 연결부재
125 : 제1 테이핑 부재 126 : 하부 전극 연결부재
126a : 제5 전극 연결부재 126b : 제6 전극 연결부재
126c : 제7 전극 연결부재 126d : 제8 전극 연결부재
127 : 제2 테이핑 부재 130 : 수납케이스
140 : 수납커버 310 : 방전차단소자
320 : 다이오드 330 : 써멀 스위치
340 : 퓨즈 350 : 폐기 스위치
360 : 차단 캐패시터 370 : 초기화 스위치
Claims (11)
- 제1 단위전지, 제2 단위전지, 제3 단위전지 및 제4 단위전지를 포함하는 리튬 전지류; 및
상기 리튬 전지류를 둘러싸도록 배치되어 상기 리튬 전지류에서 전원을 제공받아 외부 장치에 공급하는 PCB 어셈블리를 포함하고, 상기 PCB 어셈블리는,
상기 리튬 전지류의 높이에 대응하는 높이와 상기 전지의 직경 2배에 대응하는 폭을 갖는 PCB 기판;
상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 상부 전극 연결부재; 및
상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어, 상기 제1 내지 제4 단위전지들 각각의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 하부 전극 연결부재를 포함하되, 상기 상부 전극 연결부재는,
상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제1 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제1 전극 연결부재;
상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제2 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제2 전극 연결부재;
상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제3 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제3 전극 연결부재; 및
상기 PCB 기판의 상측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제2 방향의 반대인 제3 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제4 단위전지의 정극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제4 전극 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치. - 제1항에 있어서, 상기 상부 전극 연결부재 및 상기 하부 전극 연결부재들 각각은 플렉서블한 도전성 재질을 포함하고, 상기 상부 전극 연결부재 및 상기 하부 전극 연결부재들 각각은 상기 제1 내지 제4 단위전지들의 정극성 및 부극성에 스포트 용접된 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극 연결부재들 각각은 I-자 형상을 갖고, 상기 제3 및 제4 전극 연결부재들 각각은 L-자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 연결부재는,
상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제1 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제5 전극 연결부재;
상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡되어 종단부를 통해 상기 제2 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제6 전극 연결부재;
상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제3 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제7 전극 연결부재; 및
상기 PCB 기판의 하측변에 연결되고 상기 제1 방향으로 절곡된 후 종단부에서 상기 제2 방향의 반대인 제3 방향으로 굴곡되어 종단부를 통해 상기 제4 단위전지의 부극성에 스포트 용접 방식으로 전기적으로 연결된 제8 전극 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치. - 제5항에 있어서, 상기 제5 및 제6 전극 연결부재들 각각은 I-자 형상을 갖고, 상기 제7 및 제8 전극 연결부재들 각각은 L-자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치.
- 제1항에 있어서, 사각 박스 형상을 갖고서 상기 리튬 전지류, 상기 PCB 어셈블리를 수납하는 수납케이스; 및
사각 형상을 갖고서 상기 수납케이스의 상부를 덮는 수납커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치. - 제1항에 있어서, 상기 PCB 기판에는 과방전 또는 완전 방전에 따른 전지 폭발 위험을 방지하기 위해 방전 말기에는 전류 출력을 차단하는 보호회로가 탑재되고, 상기 보호회로는,
4직렬 전지팩의 방전 시 단위전지의 전압이 기준전압(또는 과방전 전압) 이하시 차단하는 방전차단소자;
외부로부터 입력전류 및 입력전압을 차단하는 다이오드;
4직렬 전지팩 내부 온도가 일정 온도 이상 상승하면 차단하는 써멀 스위치;
4직렬 전지팩의 방전 시 전류가 임의 전류 이상 발생되면 출력을 차단하는 퓨즈;
완전방전회로로써 사용 후 전지팩 폐기시 사용되는 폐기 스위치;
4직렬 전지팩의 초기 방전 시 순간전압강하(transient minimum voltage, TMV) 현상에 대하여 일정 시간 동안 차단시간을 지연하는 차단 캐패시터; 및
보호회로의 초기화 스위치 기능을 수행하는 초기화 스위치가 탑재된 것을 특징으로 하는 4직렬 전지팩 장치. - 삭제
- 삭제
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