KR20090118197A - 향상된 생산성과 안전성 구조의 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조의 전지팩을 제공한다.
Description
본 발명은 향상된 생산성과 안전성 구조의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조의 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.
전지팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결하고 보호회로 모듈 등을 부가한 코어 팩을 팩 케이스의 내부에 장착함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위전지로서 유리하다.
반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층 구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 이점이 있다.
따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다. 그러한 전지팩에 사용되는 코어 팩의 구조로서, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다.
병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태 에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 버스 바로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.
직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들이 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열한 후, 버스 바로 용접함으로써 달성된다.
이러한 원통형 전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트와 같은 얇은 판상형 버스 바를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다. 또한, 병렬 및/또는 직렬방식의 연결로 이루어진 코어 팩에 보호회로 모듈을 연결하여 전지팩을 제조한다.
예를 들어, 도 1에는 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel)-3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정이 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 그러한 전기적 연결을 이룬 코어 팩의 형상이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 6 개의 원통형 전지들(20, 21)은 각각 양극이 좌측을 향하도록 2개씩 배열되어 총 3 개의 전지 쌍을 구성하고 있으며, 그 사이에 배치되는 니켈 플레이트(30)에 의해 전기적 접속을 이루고 있다. 즉, 니켈 플레이트(30)는 그것의 양면에 위치하는 2 쌍의 전지들이 스팟 용접에 의해 결합됨으로써, 세로 방향으로 인접한 전지들(뱅크)이 병렬 연결을 이루고, 가로 방향으로 인접한 전지들이 직렬 연결을 이루게 된다. 따라서, 전체적으로 2P-3S 연결 구조가 만들어진 다.
또한, 각각의 전지들(20, 21)은 니켈 플레이트(30)에 연결된 양극 와이어(60)와 음극 와이어(70) 및 검출신호용 와이어(80)를 통해 보호회로 모듈(90)에 연결되어 있다. 각각의 와이어들(60, 70, 80)에 대한 보호회로 모듈(90)의 전기적 연결은 일반적으로 솔더링에 의해 수행되고, 전지팩은 코어 팩(50)을 팩 케이스(도시하지 않음)의 내부에 탑재함으로써 완성된다.
그러나, 이러한 구조의 전지팩은 많은 문제점을 가지고 있다.
첫째, 상기 보호회로 모듈은 코어 팩의 측면에 밀착된 상태로 팩 케이스의 내부에 탑재되므로, 팩 케이스의 내부에서 전지셀로부터 전해액이 누출되었을 경우, 극성이 높은 전해액에 의해 보호회로 모듈의 회로가 손상되면서 작동 불량 또는 쇼트가 발생하는 문제점이 있다.
둘째, 상기 전지팩은 접속부재와 보호회로 모듈을 전기적으로 연결하기 위해 솔더링을 수행할 때, 전지셀 또는 보호회로 모듈의 손상이 유발될 수 있다. 더욱이, 구조적으로 보호회로 모듈과 접속부재를 정위치에 고정시키기 어려우므로, 솔더링 공정의 자동화가 용이하지 않고, 비록 자동화를 하더라도 고가의 장비가 요구되는 등의 문제점이 있다.
셋째, 상기 전지팩의 내부에서 이상 발생시 전지팩 전체를 폐기하여야 하는 문제점이 있다. 전지팩의 제조 공정에서는 여러 차례의 검사 과정을 거치는 바, 예를 들어, 코어팩 제조 후의 검사, 초기 충방전 수행 후의 검사, 최종 제품 완성 후의 검사 등을 거친다. 그런데, 후반부의 검사에서 불량이 발생하면, 이는 완성 된 전지팩의 불량 발생을 의미하므로, 전지팩 자체의 폐기가 불가피하다. 예를 들어, 보호회로 모듈은 정상적인 제품이라 하더라도 전지팩을 제조하는 과정에서 불량이 발생하는 경우가 있고, 경우에 따라서는 보호회로 모듈의 내재적인 불량 요소가 전지팩의 제조 과정에서 불량을 유발하는 경우도 있다. 따라서, 전지팩이 완성된 상태에서 보호회로 모듈의 불량은 전지팩의 불량으로 직결되는 문제점이 있다.
넷째, 상기 전지팩은 수요에 따른 공급량 조절이 어렵다는 문제점이 있다. 코어팩의 제조 단계에 보호회로 모듈을 전지셀에 연결하는 과정이 포함되어 있으므로, 소정의 시기에 발생한 전지팩 수요를 맞추기 위해서는 일련의 작업 공정을 수행하여 전지팩을 제조하는 공정을 거쳐야 한다. 결과적으로, 전지팩 수급 조절이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있도록 생산성과 안전성이 우수한 구조로 이루어진 전지팩의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩의 안전성을 향상시키고, 자동화를 용이하게 달성할 수 있으며, 전지팩의 이상 발생시 비용 손실을 최소화할 수 있고, 전지팩의 수급 조절이 용이할 수 있는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 다양한 구조의 전지팩들을 디자인하여 이를 바탕으로 한 생산성과 안전성을 고려한 바람직한 구조를 검토하여 본 결과, 보호회로 모듈을 전지셀들로부터 격리시키는 형태로 장착하되 실질적으로 최종단계에서 상기 보호회로 모듈을 장착하여 전기적으로 연결하는 방식으로 제조할 수 있는 구조의 전지팩이 상기 소망하는 목적들을 모두 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기에서 '물리적으로 격리되어 있는 상태로 전기적으로 연결되어 있다'는 것은, 소정의 접속부재에 의해 전지셀들과 보호회로 모듈은 전기적으로 연결되어 있지만, 전지셀들이 내장되어 있는 상부 및 하부 케이스들의 내부 공간과 모듈 수납부 간에 물질의 이동이 일어나지 않도록, 접속부재를 제외하고는 전지팩 내부 공간과 모듈 수납부가 서로 분리되어 있음을 의미한다. 이는 전지셀들을 팩 케이스에 장착하는 과정과 보호회로 모듈을 팩 케이스에 장착하는 과정이 분리되는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 보호회로 모듈을 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착하는 구조로 이루어져 있으므로, 보호회로 모듈을 전지셀들과 격리된 상태를 유지할 수 있으며, 비록 팩 케이스 내부에서 전지셀로부터 전해액이 누출되더라도 전해액에 의해 보호회로 모듈이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 보호회로 모듈이 팩 케이스의 내부가 아닌 팩 케이스의 외면에 형성된 모듈 수납부에 장착되는 구조이므로, 비록 전지팩에 불량이 발생하더라도 불량을 초래한 팩 케이스(전지셀 내장) 또는 보호회로 모듈만을 교체함으로써, 불량에 따른 비용 증가를 최소화할 수 있다. 이는 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩 중간품을 제조하는 공정과, 상기 중간품에 보호회로 모듈을 장착하여 최종적인 전지팩을 제조하는 공정을 분리할 수 있음을 의미하므로, 전지팩 중간품 만을 다량 생산해 놓은 상태에서 전지팩 수요에 따라 용이하게 공급을 맞출 수 있음을 의미한다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 팩 케이스에는 보호회로 모듈이 모듈 수납부에 장착된 상태에서 상기 보호회로 모듈을 밀폐하기 위한 커버(수납부 커버)가 추가로 포함되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에 의해, 외부 충격으로부터 보호회로 모듈을 보호하고 이물질이 모듈 수납부에 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 수납부 커버는 팩 케이스와의 결합이 용이한 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 팩 케이스에 기계적 체결 방식으로 결합될 수 있다. 기계적 체결 방식의 결합 구조는, 최종적으로 제조된 전지팩에서 불량이 발생하였 을 때, 보호회로 모듈의 분리를 용이하게 해 준다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 수납부 커버와 그에 대응하는 팩 케이스 또는 모듈 수납부에는 하나 또는 둘 이상의 체결용 관통구가 연통된 구조로 형성되어 있고, 상기 체결용 관통구에 나사를 삽입하여 기계적 체결을 이룰 수 있다. 예를 들어, 모듈 수납부와 수납부 커버의 하단 양측에 형성되어 있는 한 쌍의 체결용 관통구에 나사를 순차적으로 삽입함으로써, 모듈 수납부와 수납부 커버의 기계적 체결을 용이하게 달성할 수 있다.
한편, 상기 모듈 수납부의 일측 외면에는 보호회로 모듈을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위한 소켓형 접속 단자가 위치할 수 있다. 모듈 수납부의 일측 외면에 형성되어 있는 소켓형 접속 단자는 보호회로 모듈과 외부 디바이스의 용이한 전기적 연결을 가능하게 해 준다.
상기 소켓형 접속 단자는 바람직하게는 보호회로 모듈 상에 형성되어 있고, 수납부 커버에는 상기 소켓형 접속 단자가 외부로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 보호회로 모듈은 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 구조로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하기 위한 슬릿 홈이 팩 케이스의 길이방향으로 내면 하단에 형성되어 있어서, 보호회로 모듈이 슬릿 홈에 안정적으로 장착될 수 있고, 슬릿 홈에 장착된 보호회로 모듈의 정위치 이탈을 미연에 방지할 수 있다.
종래의 전지팩 구조에서는 보호회로 모듈을 전지셀들 상에 위치시킨 상태에서 솔더링을 수행하여야 하므로, 솔더링의 자동화를 위해서는 전지셀들과 보호회로 모듈을 안정적으로 정위치 고정시켜야 하지만, 전지셀들과 보호회로 모듈의 구조적 한계로 인해 그것이 용이하지 않았다. 결과적으로, 대상체들의 상호 위치 고정과 솔더링 작업을 동시에 수행할 수 있는 복잡한 구조의 고가의 장비가 필요하였다.
반면에, 본 발명에서는 전지셀들이 소정 형태의 팩 케이스에 내장되어 있고 보호회로 모듈이 모듈 수납부에 정위치 고정된 상태에서 장착되어 있으므로, 별도로 대상체들의 상호 위치 고정을 수행할 필요가 없어서 그만큼 솔더링 작업이 용이하다는 장점이 있다. 더욱이, 보호회로 모듈의 정위치 장착을 위한 상기 슬릿 홈 구조는 보호회로 모듈을 모듈 수납부에 정위치로 고정시키므로, 전지셀들과 전기적으로 연결된 접속부재와 보호회로 모듈의 솔더링 작업의 자동화를 더욱 용이하게 해 준다.
하나의 예로서, 상기 모듈 수납부는 보호회로 모듈을 안정적으로 장착할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 상부 개방 구조로 하부 케이스 상에 형성될 수 있다. 따라서, 보호회로 모듈을 개방 상부를 통해 삽입하는 방식으로 모듈 수납부에 용이하게 장착할 수 있다.
모듈 수납부를 팩 케이스 내부 공간으로부터 물리적으로 격리시키는 바람직한 예로서, 상기 모듈 수납부에는 전지셀에 대면하는 부위에 전지셀 장착 공간과의 격리를 위한 격벽이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 전지셀들을 보호회로 모듈에 전기적으로 연결하는 접속부재 는 상기 격벽에 결합된 상태로 장착되는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 보호회로 모듈의 양측 전면 상부에는 전기적으로 연결된 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 접속부재(전극단자용 접속부재)들이 접속되는 단자 접속부들이 형성되어 있어서, 전지셀들은 전극단자용 접속부재 및 단자 접속부를 경유하여 보호회로 모듈과 통전된다.
또한, 전지셀들의 전압 및/또는 온도 검출 신호를 전달하기 위한 접속부재(검출신호용 접속부재)가 연결되는 센싱 접속부가 추가로 형성되어 있을 수 있다.
상기 접속부재는 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 구조일 수 있다. 예를 들어, 전극단자 접속용 회로와 적어도 하나의 검출신호 전송용 회로가 함께 포함되어 있는 FPCB로 이루어질 수 있다. 전극단자용 접속부재는 양극과 음극용으로 단지 2 개만 사용되지만, 검출신호용 접속부재는 추가로 요구될 수 있으므로, 초과되는 검출신호용 접속부재로서 와이어, 금속 스트립 등이 추가로 사용될 수 있음은 물론이다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 FPCB 구조의 접속부재는 충방전을 위해 전지셀의 최종 양극 또는 음극단자에 접속되는 단자가 일측 단부에 형성되어 있고, 전지셀들 간 접속부위의 전압을 측정하기 위한 단자가 타측 단부에 형성되어 있으며, 상기 전지셀측 접속 단자들을 보호회로 모듈에 연결하는 단자가 대향측 단부에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전지셀측 접속 단자들과 보호회로 모듈측 접속 단자들은 회로적으로 연결되어 있다.
바람직하게는, 보호회로 모듈측 단자가 상기 격벽의 상단을 경유하여 보호회 로 모듈의 단자 접속부에 접속될 수 있도록 격벽의 형상에 대응하여 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
보호회로 모듈의 단자 접속부에 대한 접속부재의 접속은 상호간의 전기적 연결을 이루어질 수 있는 방식이라면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 기계적 체결 방식, 솔더링 방식 등에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 솔더링에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 팩 케이스에 내장되어 있는 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지라면 그것의 형태와 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 원통형 구조의 리튬 이차전지일 수 있다. 리튬 이차전지는 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 고전압의 방전 특성을 발휘하므로 바람직하다.
상기 구조에서, 팩 케이스에는 다수의 원통형 이차전지들이 1 열 또는 2 열로 전지팩의 양측 단부에 평행하게 배열되어 장착되어 있을 수 있다. 즉, 상기 원통형 이차전지들은 그것의 길이방향을 기준으로 전지팩의 양측 단부에 평행하도록 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 외부 디바이스의 종류는 전원으로서의 상기 전지팩이 장착되는 구조를 포함하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 노트북 컴퓨터일 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 노트북 컴퓨터를 제공한다. 다수의 이차전지들을 내장하고 있는 전지팩을 사용하는 노트북 컴퓨터는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한 다.
본 발명은, 또한, 상기 구조로 이루어진 전지팩을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로는,
(a) 팩 케이스의 내부에 전기적으로 연결한 상태로 전지셀들을 장착하고, 접속부재의 단부가 모듈 수납부 방향으로 노출된 상태로 상부 케이스와 하부 케이스를 결합하는 과정;
(b) 상기 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정;
(c) 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재의 단부를 보호회로 모듈의 단자 접속부에 솔더링에 의해 결합하는 과정; 및
(d) 상기 모듈 수납부를 수납부 커버에 의해 밀폐하는 과정;
으로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 제조 방법은, 앞서 언급한 바와 같이, 전지팩의 구조적 특징에 의해 안전성이 향상될 뿐만 아니라, 전지팩의 제조과정에서 불량 발생시 비용 증가를 최소화할 수 있고, 공정의 자동화가 용이하며, 전지팩의 수요에 따른 공급량 조절이 용이하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 전기적으로 연결된 전지셀들 및 상부 케이스를 하부 케이스에 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 원통형 전지셀들(500)이 전기적으로 연결된 상태로 내장되어 있는 팩 케이스(200), 원통형 전지셀들(500)의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈(300), 보호회로 모듈(300)을 삽입하기 위해 팩 케이스(200)의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부(230), 보호회로 모듈(300)의 일측 외면에 돌출된 형태로 형성되어 있는 소켓형 접속 단자부(240), 및 보호회로 모듈(300)이 모듈 수납부(230)에 삽입된 상태에서 보호회로 모듈(300)을 밀폐하기 위한 수납부 커버(400)로 구성되어 있다.
팩 케이스(200)는 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)로 이루어져 있고, 모듈 수납부(230)의 하단 양측에는 한 쌍의 체결용 관통구(232)가 형성되어 있다.
모듈 수납부(230)는 보호회로 모듈(300)을 상부로부터 삽입할 수 있도록 상부가 개방된 구조로 하부 케이스(220) 상에 형성되어 있고, 원통형 전지셀(500)에 대면하는 부위에 원통형 전지셀 장착 공간(222)과의 물리적 격리를 위해 격벽(234)이 형성되어 있으며, 내면 하단에 보호회로 모듈(300)을 장착하기 위한 슬릿 홈(232)이 팩 케이스(200)의 길이 방향으로 형성되어 있다.
소켓형 접속 단자부(240)는 모듈 수납부(230)로부터 외부로 돌출된 형태로 장착되어 있고, 모듈 수납부(230)의 일측 외면에 형성된 접속 단자 수납부(242)에 소켓형 접속 단자(244)가 삽입된 구조로 이루어져 있다.
수납부 커버(400)는 소켓형 접속 단자부(240)가 외부로 노출될 수 있도록 소켓형 접속 단자부(240)의 대응 부위에 개구(402)가 형성되어 있다.
보호회로 모듈(300)은 PCB 구조로 이루어져 있고, 양측 전면 상부에 양극단자용 접속부재(510)와 음극단자용 접속부재(520)가 접속되는 단자 접속부들(310, 330)이 형성되어 있으며, 단자 접속부들(310, 330) 사이에는 검출신호용 접속부재(530)와 연결되는 센싱 접속부(320)가 형성되어 있다.
원통형 전지셀들(500)은 2P-3S 구조로 전기적 연결되어 있고, 원통형 전지셀들(500)의 외면 양측에는 전지셀들(500)의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재들(510, 520)이 밀착되어 있고, 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 사이에는 전지셀들(500)의 전압 및 온도를 검출하기 위한 검출 신호용 접속부재(530)가 밀착되어 있다.
원통형 전지셀들(500)의 양극단자들과 음극단자들 사이의 전기적 직렬 및 병렬 연결은 기계적 접촉 방식의 접속부재들(540, 550)에 의해 탄력적으로 달성되므로 용접 작업을 별도로 필요로 하지 않는다. 이러한 접속부재들(540, 550)에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2007-0053274호, 제2007-0066841호, 제2007-0066897호, 제2007-0070318호, 제2007-0103286호 및 제2007-0103290호에 자세히 기재되어 있으며, 이들 출원들은 참조로서 본 명세서에 합체된다.
전극단자용 접속부재들(510, 520)은 FPCB 구조로 이루어져 있으며, 보호회로 모듈(300)에 연결되는 단자들(512, 522)이 격벽(234)의 형상에 대응하여 절곡되어 있어서, 격벽(234)의 상단을 경유하여 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 용이하게 접속된다.
이와 관련한 더욱 자세한 내용은 하나의 실시예에 따른 전극단자용 접속부재가 도시되어 있는 도 5에서 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전극단자용 접속부재(510)는 FPCB 구조로 이루어져 있고, 충방전을 위해 전지셀(도시하지 않음)의 최종 양극 또는 음극단자에 접속되는 단자(511)가 일측 단부에 형성되어 있고, 전지셀들 간 접속부위의 전압을 측정하기 위한 단자(513)가 타측 단부에 형성되어 있다. 또한, 이들 단자(511, 513)를 보호회로 모듈(도시하지 않음)에 연결하는 단자들(512, 514)이 각각 대향측 단부에 형성되어 있다. 전지셀측 접속 단자들(511, 513)은 회로적으로 연결되어 있고, 마찬가지로 보호회로 모듈측 접속 단자들(512, 514)도 회로적으로 연결되어 있다.
보호회로 모듈측 단자들(512, 514)은 모듈 수납부의 격벽(도시하지 않음)의 상단을 경유하여 보호회로 모듈의 단자 접속부(도시하지 않음)에 접속될 수 있도록 격벽의 형상에 대응하여 절곡되어 있다.
따라서, 도 4에서와 같이, 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 대한 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 전기적 접속은, 예를 들어, 자동화된 솔더링 작업에 의해 달성될 수 있다.
도 6에는 도 4의 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 모듈 수납부에 수납부 커버를 밀폐하는 과정의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 4와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩을 제조하는 방법 은, 먼저, 팩 케이스(200)의 내부에 전기적으로 연결한 상태로 원통형 전지셀들(500)을 장착하고, 접속부재의 단자들(512, 522)이 모듈 수납부(230) 방향으로 노출된 상태로 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)를 결합한다.
다음으로, 팩 케이스(200)의 모듈 수납부(230)에 보호회로 모듈(300)을 장착하고, 원통형 전지셀들(500)의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재들(510, 520)의 단자들(512, 522)을 보호회로 모듈(300)의 단자 접속부들(310, 330)에 솔더링에 의해 결합한다.
마지막으로, 모듈 수납부(230)를 수납부 커버(400)로 덮고, 나사(234)를 모듈 수납부(230)의 하단 양측에 형성되어 있는 체결용 관통구(232)에 삽입함으로써 전지팩 조립을 완성하게 된다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 보호회로 모듈이 팩 케이스의 내부에 내장되어 있는 전지셀들과 격리된 구조로 구성되어 있어서, 팩 케이스 내부에서 전해액의 누출시 극성이 높은 전해액과 보호회로 모듈의 접촉을 방지함으로써 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 보호회로 모듈을 정위치에 위치시킬 수 있으므로 솔더링 자동화를 용이하게 달성할 수 있으며, 전지팩의 불량 발생시 전지셀이 내장되어 있는 팩 케이스 또는 보호회로 모듈을 교체함으로써 비용 발생을 최소화할 수 있고, 전지팩의 수요에 따른 공급량 조절이 용이하다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel) - 3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정의 모식도이다;
도 2는 도 1에서 원통형 이차전지들을 전기적으로 연결하여 제조된 코어 팩의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 모식도이다;
도 4는 전기적으로 연결된 전지셀들 및 상부 케이스를 하부 케이스에 장착하는 과정의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 전지팩에 사용되는 하나의 실시예에 따른 전극단자용 접속부재의 모식도이다;
도 6은 도 4의 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정의 모식도이다;
도 7은 도 6의 모듈 수납부에 수납부 커버를 밀폐하는 과정의 모식도이다.
Claims (22)
- 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태에서 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩으로서, 상기 전지셀들의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로 모듈을 포함하고 있고, 상기 팩 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들과 물리적으로 격리된 상태로 전기적으로 연결되어 팩 케이스의 일측 외면에 형성되어 있는 모듈 수납부에 장착되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스에는 보호회로 모듈이 모듈 수납부에 삽입된 상태에서 상기 보호회로 모듈을 밀폐하기 위한 커버(수납부 커버)가 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 2 항에 있어서, 상기 수납부 커버는 팩 케이스에 기계적 체결 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 3 항에 있어서, 상기 수납부 커버와 그에 대응하는 팩 케이스 또는 모듈 수납부에는 하나 또는 둘 이상의 체결용 관통구가 연통된 구조로 형성되어 있고, 상기 체결용 관통구에 나사를 삽입하여 기계적 체결을 이루는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 수납부의 일측 외면에는 보호회로 모듈을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위한 소켓형 접속 단자가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 5 항에 있어서, 상기 소켓형 접속 단자는 보호회로 모듈 상에 형성되어 있고, 수납부 커버에는 상기 소켓형 접속 단자가 외부로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하기 위한 슬릿 홈이 팩 케이스의 길이방향으로 내면 하단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 수납부는 상부 개방 구조로 하부 케이스 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 모듈 수납부를 팩 케이스 내부 공간으로부터 물리적으로 격리시키기 위하여, 상기 모듈 수납부에는 전지셀에 대면하는 부위에 전지셀 장착 공간과의 격리를 위한 격벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 10 항에 있어서, 전지셀들을 보호회로 모듈에 전기적으로 연결하는 접속부재가 상기 격벽에 결합된 상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 11 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈의 양측 전면 상부에는 전기적으로 연결된 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 접속부재(전극단자용 접속부재)들이 접속되는 단자 접속부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 12 항에 있어서, 전지셀들의 전압 및/또는 온도 검출 신호를 전달하기 위한 접속부재(검출신호용 접속부재)가 연결되는 센싱 접속부가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 12 항에 있어서, 상기 접속부재는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 14 항에 있어서, 상기 FPCB는 전극단자 접속용 회로와 적어도 하나의 검출신호 전송용 회로가 함께 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 15 항에 있어서, 상기 FPCB는 충방전을 위해 전지셀의 최종 양극 또는 음극단자에 접속되는 단자가 일측 단부에 형성되어 있고, 전지셀들 간 접속부위의 전압을 측정하기 위한 단자가 타측 단부에 형성되어 있으며, 상기 전지셀측 접속 단자들을 보호회로 모듈에 연결하는 단자가 대향측 단부에 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 16 항에 있어서, 보호회로 모듈측 단자가 상기 격벽의 상단을 경유하여 보호회로 모듈의 단자 접속부에 접속될 수 있도록 격벽의 형상에 대응하여 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 17 항에 있어서, 보호회로 모듈의 단자 접속부에 대한 접속부재의 접속은 솔더링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스에 내장되어 있는 전지셀은 원통형 구조의 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 19 항에 있어서, 상기 팩 케이스에는 다수의 원통형 이차전지들이 1 열 또는 2 열로 전지팩의 양측 단부에 평행하게 배열되어 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 따른 전지팩이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 제조하는 방법으로서,(a) 팩 케이스의 내부에 전기적으로 연결한 상태로 전지셀들을 장착하고, 접속부재의 단부가 모듈 수납부 방향으로 노출된 상태로 상부 케이스와 하부 케이스를 결합하는 과정;(b) 상기 팩 케이스의 모듈 수납부에 보호회로 모듈을 장착하는 과정;(c) 전지셀들의 양극단자와 음극단자에 각각 연결된 전극단자용 접속부재의 단자를 보호회로 모듈의 단자 접속부에 솔더링에 의해 결합하는 과정; 및(d) 상기 모듈 수납부를 수납부 커버에 의해 밀폐하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 제조방법.
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