KR102327049B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 온도 센서를 포함하는 전지모듈로서, 상기 온도 센서가 장착되어 있는 플렉서블 인쇄회로기판, 상기 온도 센서가 장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판 부분과 중첩하는 전지셀 및 상기 플렉서블 인쇄회로기판 위에 위치하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트 일부가 절개되어 형성된 탄성 부재가 상기 온도 센서가장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판 부분을 가압하여 상기 전지셀과 상기 플렉서블 인쇄회로기판이 서로 접하도록 한다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 탄성 부재를 갖는 상부 플레이트를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있도록 이차 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차 전지는 형상에 따라 원통형 이차 전지, 각형 이차 전지, 파우치형 이차 전지로 분류되고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차 전지들은 작동 과정에서 계속적인 충방전을 반복하게 되고, 이 과정에서 다량의 열을 발생함과 동시에 전지의 출력 전압 상태가 변할 수 있다. 이러한 발열로 인한 온도 상승과, 출력 전압의 변화는 해당 전지를 사용하는 소자의 오작동을 유발하고, 작동 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 전지의 수명을 크게 단축시키는 원인이 된다.
또한, 전지팩에는 다수의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지 모듈 구조를 포함하고 있으므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열되는 경우에는 전지팩의 안전성과 작동 효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 온도 센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하면서 제어하고 있다. 다만, 온도 센서가 전지셀에 접촉된 정도에 따라 온도 측정의 오차가 생길 수 있다.
실시예들은 온도 센서가 전지셀 방향으로 힘이 가해져서 온도 센서가 전지셀에 안정적으로 접하게 됨으로써 전지셀 온도 측정의 정확성을 높이기 위한 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 온도 센서를 포함하는 전지모듈로서, 상기 온도 센서가 장착되어 있는 플렉서블 인쇄회로기판, 상기 온도 센서가 장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판 부분과 중첩하는 전지셀 및 상기 플렉서블 인쇄회로기판 위에 위치하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트 일부가 절개되어 형성된 탄성 부재가 상기 온도 센서가장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판 부분을 가압하여 상기 전지셀과 상기 플렉서블 인쇄회로기판이 서로 접하도록 한다.
상기 상부 플레이트와 상기 플렉서블 인쇄회로기판 사이에 위치하는 압축 패드를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 압축 패드와 상기 상부 플레이트 사이에 위치하는 제1 접착층 및 상기 압축 패드와 상기 플렉서블 인쇄회로기판 사이에 위치하는 제2 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 접착층 및 상기 제2 접착층은 각각 양면 테이프일 수 있다.
상기 탄성 부재가 갖는 탄성력에 의해 상기 전지셀 방향으로 힘이 작용하여 상기 온도 센서와 상기 전지셀의 접촉을 유지시킬 수 있다.
상기 온도 센서는 써미스터 소자일 수 있다.
상기 탄성 부재와 상기 전지셀 사이의 간격은 상기 상부 플레이트와 상기 전지셀 사이의 간격 대비하여 작을 수 있다.
상기 전지셀은 복수개 배열되어 있고, 상기 복수개 배열된 전지셀의 적층 방향은 상기 상부 플레이트의 상부면과 평행하며, 상기 플렉서블 인쇄회로기판은 상기 전지셀의 측면과 접할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 상부 플레이트에서 복수개 형성되고, 각각의 탄성 부재가 서로 다른 전지셀에 접할 수 있다.
상기 압축 패드는 폴리 우레탄폼으로 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상부 플레이트에 형성된 탄성 부재를 사용하여 온도 센서가 전지셀 방향으로 힘이 가해져서 온도 센서가 전지셀에 안정적으로 붙어 있도록 함으로써 전지셀 온도 측정의 정확성을 높인 전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다.
도 3은 도 1의 "A" 부분의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 도면이다.
도 4는 도 2의 절단선 I-I'을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1에서 상부 플레이트를 일부 노출하여 복수의 전지셀 배열을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(1000)은 전지셀 적층체(110), 제1, 2 엔드 플레이트(100a, 100b), 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(미도시)를 포함한다. 전지셀 적층체(110)는 셀커버(300)로 덮일 수 있다.
본 실시예에서 상부 플레이트(200) 일부가 절개되어 탄성 부재(210)가 형성될 수 있다. 이러한 탄성 부재(210)는 복수개 형성될 수 있고, 탄성 부재(210)는 전지셀 적층체(110)를 향해 구부러질 수 있다. 본 실시예에 따른 탄성 부재(210)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다. 도 3은 도 1의 "A" 부분의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 도면이다. 도 4는 도 2의 절단선 I-I'를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 탄성 부재(210)는 상부 플레이트(200)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상부 플레이트(200) 일부분에 "ㄷ"자 모양으로 절개부(220)가 형성되고, 절개부(220)로 감싸진 부분에 남아 있는 상부 플레이트(200) 부분이 탄성 부재(210)가 된다. 절개부(220)는 상부 플레이트(200)에서 복수개 형성될 수 있고, 각각의 절개부(220)에 탄성 부재(210)가 형성되므로 탄성 부재(210)도 복수개 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 탄성 부재(210) 하단에 플렉서블 인쇄회로기판(250)이 위치한다. 플렉서블 인쇄회로기판(250)의 일단부는 탄성 부재(210)가 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있고, 탄성 부재(210)의 대부분은 도 1의 Z축 방향으로 플렉서블 인쇄회로기판(250)과 중첩할 수 있다.
본 실시예에서 탄성 부재(210)와 플렉서블 인쇄회로기판(250)의 일단부 사이에는 압축 패드(230)가 위치한다. 압축 패드(230)는 폴리 우레탄폼으로 형성될 수 있다. 압축 패드(230)가 추가되어 탄성 부재(210)의 내구성이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 후술하는 전지셀의 측면부가 상부 플레이트(200)의 상부면과 완전히 평행한 모양을 가지지 않을 때도, 압축 패드(230)의 쿠션 효과로 인해 플렉서블 인쇄회로기판(250)이 전지셀과 접촉하는 면적이 커질 수 있다. 즉, 폴리 우레탄폼 등으로 형성된 본 실시예에 따른 압축 패드(230)는 치수 안정성을 가져 평탄하지 않은 면에서도 사용 가능하고, 접촉면 또는 접촉성을 증대시키며, 내구성 또한 가짐으로써 진동 및 충격에 대한 성능을 보장할 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 플렉서블 인쇄회로기판(250)에 온도 센서(260)가 장착되어 있다. 온도 센서(260)가 장착된 플렉서블 인쇄회로기판(250) 부분은 Z축 방향으로 도 1의 전지셀 적층체(110)에 포함된 전지셀들 중 하나인 전지셀(110e)과 중첩한다.
본 실시예에서 탄성 부재(210)는 온도 센서(260)가 장착된 플렉서블 인쇄회로기판(250) 부분을 가압하여 전지셀(110e)과 플렉서블 인쇄회로기판(250)이 접하도록 한다. 다시 말해, 전지셀(110e)과 플렉서블 인쇄회로기판(250) 사이에 개재된 부재 없이 전지셀(110e)과 플렉서블 인쇄회로기판(250)이 접촉하도록 하여, 전지셀(110e)에서 발생한 열 등을 온도 센서(260)가 정확히 측정할 수 있도록 한다.
탄성 부재(210)는 전지셀(110e)을 향해 Z축 방향을 따라 구부러져 있고, 탄성 부재(210)가 갖는 탄성력에 의해 전지셀(110e) 방향으로 힘이 작용하므로 온도 센서(260)와 전지셀(110e)의 접촉이 안정적으로 유지될 수 있다.
추가로, 압축 패드(230)의 상부면과 하부면에는 각각 접착층(240)이 형성될 수 있다. 압축 패드(230)와 탄성 부재(210) 사이에 제1 접착층(240a)이 위치하고, 압축 패드(230)와 플렉서블 인쇄회로기판(250) 사이에 제2 접착층(240b)이 위치할 수 있다. 제1 접착층(240a) 및 제2 접착층(240b)은 양면 테이프일 수 있다. 이러한 양면 테이프를 사용하여 플렉서블 인쇄회로기판(250)을 탄성 부재(210)에 결합시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 탄성 부재(210)와 전지셀(110e) 사이의 간격은 상부 플레이트(200)와 전지셀(110e) 사이의 간격보다 작다.
온도 센서(260)는 써미스터(thermistor) 소자를 이용하여 구현될 수 있다. 써미스터는 온도에 따라 저항값이 달라지는 현상을 이용한 반도체 소자로서, 구리, 망간, 니켈, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물을 혼합 및 소결하는 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 써미스터는, 크기가 작고, 빠른 온도 변화나 세밀한 온도 변화에도 측정이 가능하다는 장점이 있다.
이와 같이 온도 센서(260)에 의해 측정된 온도 정보는, 전지 모듈 외부의 다른 장치로 전달될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(260)에 의해 온도가 측정되면, 측정된 온도 정보는 전지 모듈 외부의 BMS(전지 관리 시스템)로 전달되어, 전지 모듈을 제어하는데 이용될 수 있다. 이를 위해, 전지 모듈은, 온도 센서(260)에 일단이 연결된 온도 측정용 케이블(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 케이블의 타단에는 커넥터가 구비될 수 있으며, 이러한 커넥터는 BMS와 같은 외부 장치에 접속될 수 있다.
도 5는 도 1에서 상부 플레이트를 일부 노출하여 복수의 전지셀 배열을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참고하면, 도 1의 전지셀 적층체(110)는 복수의 전지셀(110a, 110b)을 포함하고, 복수의 전지셀(110a, 110b)이 배열되어 있는 방향은 상부 플레이트(200)의 상부면에 평행한 X축 방향과 동일할 수 있다. 전지셀(110a, 110b)은 각각 Y축 방향의 길이와 Z축 방향의 폭을 갖는 직사각형일 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 상부 플레이트(200)에 적어도 2개 이상의 탄성 부재(210a, 210b)가 형성되어 있고, 탄성 부재(210a, 210b) 각각은 서로 다른 전지셀의 측면과 접하는 플렉서블 인쇄회로기판을 가압할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000: 전지 모듈
210: 탄성 부재
220: 절개부
230: 압축 패드
240: 접착층
250: 플렉서블 인쇄회로기판
260: 온도 센서

Claims (10)

  1. 온도 센서를 포함하는 전지모듈로서,
    상기 온도 센서가 상면에 장착되어 있는 플렉서블 인쇄회로기판,
    상기 온도 센서가 장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판 부분과 중첩하는 전지셀 및
    상기 플렉서블 인쇄회로기판 위에 위치하는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 상부 플레이트 일부가 절개되어 형성된 탄성 부재가 상기 온도 센서가장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판의 상면 부분을 가압하여 상기 전지셀과 상기 플렉서블 인쇄회로기판의 하면이 서로 접하도록 하며,
    상기 온도 센서가 장착된 상기 플렉서블 인쇄회로기판의 단부에서, 상기 상부 플레이트와 상기 플렉서블 인쇄회로기판의 상면 사이에 위치하는 압축 패드를 더 포함하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 압축 패드와 상기 상부 플레이트 사이에 위치하는 제1 접착층 및
    상기 압축 패드와 상기 플렉서블 인쇄회로기판 사이에 위치하는 제2 접착층을 더 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 접착층 및 상기 제2 접착층은 각각 양면 테이프인 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 탄성 부재가 갖는 탄성력에 의해 상기 전지셀 방향으로 힘이 작용하여 상기 온도 센서와 상기 전지셀의 접촉을 유지시키는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 온도 센서는 써미스터 소자인 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 탄성 부재와 상기 전지셀 사이의 간격은 상기 상부 플레이트와 상기 전지셀 사이의 간격보다 작은 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 전지셀은 복수개 배열되어 있고, 상기 복수개 배열된 전지셀의 적층 방향은 상기 상부 플레이트의 상부면과 평행하며, 상기 플렉서블 인쇄회로기판은 상기 전지셀의 측면과 접하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 탄성 부재는 상기 상부 플레이트에서 복수개 형성되고, 각각의 탄성 부재가 서로 다른 전지셀에 접하고 있는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 압축 패드는 폴리 우레탄폼으로 형성되는 전지 모듈.
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