KR20100082677A - 신규한 구조의 대용량 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 적층되어 있는 전지셀 적층체; 전지셀 적층체의 상단면에 장착되는 절연성 소재의 프레임 본체와, 상기 전지셀들을 병렬 또는 직렬로 연결하고 동시에 하기 보호회로모듈(PCM)에 전기적으로 접속되는 접속부재들을 포함하고 있는 절연성 장착부재; 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되며, 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 보호회로 모듈(PCM); 상기 전지셀들의 충방전에 따른 체적 변화를 수용하는 공간을 제공하면서 전지셀들의 상호 대면 부위에 결합되는 스페이서; 및 상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀 적층체의 상단부에 결합되는 절연성 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있는 전지팩을 제공한다.
Description
본 발명은 신규한 구조의 대용량 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체, 전지셀을 연결하고 동시에 보호회로모듈에 전기적으로 접속되는 접속부재를 포함하는 절연성 장착부재, 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 보호회로 모듈(PCM), 전지셀들의 상호 대면 부위에 결합되는 스페이서, 및 상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀 적층체의 상단부에 결합되는 절연성 캡을 포함하는 것으로 구성된 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
일반적으로 PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다. 즉, PCM의 전극 탭에 니켈 플레이트를 각각 용접 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 이러한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수 개의 절연성 장착부재 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 상대적으로 전지셀을 수납하는 공간이 감소하게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전지팩을 구성하기 위하여 다수의 용접 또는 솔더링이 요구되며, 이러한 용접 등은 이차전지의 작은 구조로 인해 매우 정밀한 작업으로 진행되어야 하므로, 그만큼 불량의 가능성이 높다. 더욱이, 제품의 제조공정 중에 이러한 공정의 추가로 인하여 제품단가가 상승하는 요인으로 작용한다.
따라서, PCM과 도전성 니켈 플레이트의 상호 전기적 연결하는 과정에서 용접 또는 솔더링 회수를 최소화할 수 있는 구조, 또는 용접이나 솔더링 이외의 방법으 로 전기적 연결을 달성할 수 있는 구조가 절실히 요구되고 있다.
한편, 모바일 기기를 장시간 사용하기 원하는 소비자의 요구에 따라, 모바일 기기에 장착되는 전지셀도 고출력 및 대용량을 필요로 한다. 그러나, 이러한 대용량의 전지셀을 신규로 개발하기 위해서는 개발비와 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 전지셀을 사용하여 용량을 증가시키면서, 동시에 전지팩에 장착되는 부품들의 수를 감소시켜 조립공정을 단순화하고, 전지셀 상단부에 탑재되는 부재들을 상호간 안정적으로 결합시키면서 용접을 최소화할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 고출력 또는 대용량의 특성을 발휘할 수 있도록 둘 또는 그 이상의 기존 전지셀을 포함하면서, 구조적 안정성이 향상된 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 용이한 방법으로 제조되며, 부품 수를 감소시킴으로써 제조비용을 절감할 수 있는 대용량의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
(b) 전지셀 적층체의 상단면에 장착되는 절연성 소재의 프레임 본체와, 상기 전지셀들을 병렬 또는 직렬로 연결하고 동시에 하기 보호회로모듈(PCM)에 전기적으로 접속되는 접속부재들을 포함하고 있는 절연성 장착부재;
(c) 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되며, 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 보호회로 모듈(PCM);
(d) 상기 전지셀들의 충방전에 따른 체적 변화를 수용하는 공간을 제공하면서 전지셀들의 상호 대면 부위에 결합되는 스페이서; 및
(e) 상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀 적층체의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하는 것으로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은, 소망하는 전지팩 용량에 따라 기존의 전지셀들에 스페이서를 개재한 상태로 적층하고, 접속부재를 사용하여 전지셀들을 병렬 또는 직렬로 전기적 연결함으로써, 대용량 또는 고출력의 전지팩을 간단한 제조방법으로 용이하게 제조할 수 있다.
예를 들어, 3 개의 전지셀들로 전지팩을 구성하는 경우 2 개의 스페이서를 각각 전지셀들 사이에 개재하는 방식으로 3 개의 전지셀들을 연속적으로 적층하고, 절연성 장착부재, PCM, 및 절연성 캡을 전지셀 적층체의 상단에 순차적으로 장착하여 소망하는 전지팩을 제조할 수 있다.
또한, 고출력이 필요한 전지팩의 경우 전지셀 적층체의 전극단자들을 전기적 직렬 연결하고, 장시간 사용이 필요한 전지팩의 경우에는 전지셀 적층체의 전극단자들을 전기적 병렬 연결함으로써, 소망하는 전지팩을 필요와 용도에 따라 선택적으로 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀들이 상호 대면하는 부위에 스페이서를 장착한 구조로 이루어져 있으므로, 전지셀들의 충방전에 따른 체적 변화를 적절히 수용함과 동시에 전지셀들을 견고히 결합할 수 있으며, 이는 전지팩의 구조적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 앞서 언급한 바와 같이 소망하는 전지팩의 용량에 따라 다수의 전지셀들을 적층하여 구성될 수 있으며, 일 예로, 휴대용 전자 디바이스의 장시간 사용이 가능하면서 또한 휴대 편의성을 감안할 때 2 개의 전지셀들로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전지셀들은 본 발명의 전지팩을 장착하는 디바이스의 소망하는 출력과 용량에 따라 직렬 또는 병렬 연결을 선택할 수 있다. 예를 들어, 장시간 사용을 위해 대용량이 요구되는 경우에 상기 전지셀들의 전기적 연결은 병렬 연결일 수 있으며, 이러한 병렬 연결은 동일한 전극단자가 인접하도록 동일 배향으로 전지셀들을 적층한 상태에서 소정의 접속부재로 간단히 연결하여 달성할 수 있다.
상기 스페이서는, 전지셀들 사이에 개재되어 전지셀들을 상호 연결하고 충방전에 따른 체적 변화를 수용할 수 있는 공간을 제공하는 형상이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는, 상호 대면하는 전지셀들의 외주면 부위에 대응하는 프레임 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 프레임 형상으로 이루어진 스페이서는 중앙 부위가 비어 있는 상태로 상호 대면하는 전지셀들의 외주면을 지지하는 구조를 제공하므로, 전지셀의 충방전에 따른 팽창 또는 수축과 같은 체적 변화를 수용할 수 있어서 바람직하다. 즉, 충방전 과정에서 팽창 또는 수축의 체적 변화가 가장 크게 나타나는 부위는 전지셀의 중앙을 중심으로 양 측면 부위므로, 전지셀들의 외주면을 지지하는 스페이서는 상기 체적 변화를 효과적으로 수용할 수 있는 공간을 제공한다.
상기 프레임 형상으로 이루어진 스페이서의 구조에서, 스페이서의 양측 단부는 만곡 형상의 전지셀 외주면에 대응하여 수직 단면상으로 쐐기 형상의 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 구조는 스페이서를 전지셀들의 양 측면에 밀착시키면서, 전지셀들을 정위치에 위치시킨 상태에서 고정할 수 있고, 외력의 인가시 전지셀이 정위치에서 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 스페이서는 전지셀 적층체의 하단부에 결합되는 하단 캡과 일체형으로 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 이러한 일체형 구조는 전지팩의 조립 구조 및 조립 공정을 간소화시킬 수 있다.
바람직하게는, 전지셀들의 외주면과 접하는 상기 스페이서의 상면과 하면에는 전지셀들과의 결합을 위한 접착제가 소정의 두께로 도포되어 있거나, 또는 양면 접착테이프가 부착되어 있어서, 스페이서와 전지셀들의 결합을 더욱 견고하게 할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 상단면에 대한 절연성 장착부재의 결합은, 절연성 장착부재의 접속부재들을 전지셀의 전극단자에 연결하는 과정에서 자동적으로 달성되지만, 전지팩 조립 공정의 용이성 및 더욱 안정적인 결합 상태를 확보할 수 있도록, 예를 들어, 접착(Bonding) 방식에 의해 별도로 결합될 수 있다.
상기 접속부재는 전지셀 전극단자에 용접방식으로 결합되는 도전성 플레이트들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접속부재는 니켈 등의 금속 플레이트로 이루어질 수 있고, 이러한 금속 플레이트는 상기 전지셀 전극단자 및 보호회로모듈을 전기적으로 연결하며, 이러한 전기적 연결은 절연성 장착부재상의 접속용 관통구를 통해 바람직하게는 용접에 의해 달성될 수 있다. 상기 용접의 예로는 레이저 용접, 저항 용접 등을 들 수 있다.
상기 접속부재의 도전성 플레이트와 보호회로모듈을 연결하는 방식은 다양할 수 있으며, 예를 들어, 용접 또는 솔더링에 의해 고정하는 방식, 또는 서로 접하는 보호회로모듈의 단자와 접속부재의 부위에 별도의 체결부재를 장착하거나 또는 해당부위를 체결구조로 형성하여 기계적으로 체결하는 방식 등을 들 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 도전성 플레이트들의 일측 단부에는 접속용 돌기가 상향 돌출되어 있고, 보호회로 모듈의 양측 단부에는 상기 접속용 돌기가 삽입되어 결합되고 보호회로에 연결되는 접속용 홈들이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 이러한 도전성 플레이트와 보호회로 모듈의 구조는 도전성 플레이트의 접속용 돌기를 보호회로 모듈의 접속용 홈에 삽입함으로써 보호회로 모듈과 도전성 플레이트를 별도의 용접 작업 없이 전기적으로 연결할 수 있으므로 바람직하다.
상기 절연성 장착부재의 프레임 본체와 도전성 플레이트들이 결합되는 구조는 다양한 방법을 통해 달성될 수 있으며, 예를 들어, 기계적 체결, 부착, 성형 등의 방법이 사용될 수 있다.
이러한 결합 구조의 하나의 예로서, 상기 절연성 장착부재의 프레임 본체의 양측 단부에는 홈이 형성되어 있고, 도전성 플레이트들의 일측 단부 하면에 상기 홈과 대응하는 돌기가 형성되어 있어서, 상기 홈과 돌기의 결합에 의해 프레임 본체에 대한 도전성 플레이트의 결합이 이루어지는 구조를 들 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 도전성 플레이트는 적어도 일부가 프레임 본체에 매립된 형태로 결합되어 있는 구조일 수 있다. 예를 들어, 이러한 도전성 플레이트의 일부가 프레임 본체에 매립된 구조는 인서트 사출 성형에 의해 프레임 본체를 성형함과 동시에 도전성 플레이트를 제조할 수 있으므로 제조 공정수를 절감할 수 있다.
상기 도전성 플레이트들 중의 적어도 하나에는 전지셀 적층체의 과열에 따른 안전성을 향상시키기 위해 PTC 소자가 연결될 수 있다. PTC 소자는, 전지셀 적층체의 온도가 상승하면 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하고, 반대로 온도가 하강하면 저항의 감소에 의해 전류를 통전시키는 일종의 안전소자이다. 이러한 PTC 소 자는 전지셀 적층체의 전극단자들과 PCM 사이의 연결 회로상에 위치하여, 전지셀 적층체의 온도에 따라 단전과 통전 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 도전성 플레이트들은 전지셀 적층체의 음극단자들과 결합되는 제 1 도전성 플레이트와 전지셀 적층체의 양극단자와 결합되는 제 2 도전성 플레이트로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이러한 구조에서 전지셀들의 음극단자들은 제 1 도전성 플레이트에 의해 상호 병렬로 전기적 연결되고, 전지셀들의 양극단자들은 제 2 도전성 플레이트에 의해 상호 병렬로 전기적 연결될 수 있다.
한편, 상기 절연성 장착부재에는 전지셀 적층체의 돌출단자들이 삽입될 수 있는 관통구들이 중앙에 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로는, 절연성 장착부재의 중앙에는 관통구들이 형성되어 있고, 상기 관통구에는 도전성 플레이트가 위치하며, 전지셀 적층체의 돌출단자(예를 들어, 음극 단자)가 상기 관통구에 삽입되어 상기 도전성 플레이트의 일부와 접촉되고, 이러한 접촉된 부위를 용접으로 결합시키는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 구조는, 접속부재가 전지 셀과 PCM 사이에 설치되었을 때, 상기 접속부재의 특정한 부위, 즉, 도전성 플레이트의 일부를 제외하고 전지 셀과 PCM이 절연성 장착부재에 의해 전기적으로 절연될 수 있도록 해 준다.
경우에 따라서는, 상기 PCM은 인서트 사출 성형에 의해 절연성 캡과 일체로 형성될 수도 있는 바, 이러한 일체 구조는 본 출원인의 한국 특허출원 제2003-88528호에 자세히 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 PCM은 절연성 장착부재의 일측 상단에 장착되는 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전지셀 적층체의 전지셀들을 병렬로 연결하는 경우, 각각의 전극단자들은 동일한 전극끼리 병렬 연결되어 있으므로 전지셀들 각각에 PCM을 장착할 필요 없이 하나의 전지셀 상단에만 PCM을 장착할 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 전지팩의 부피를 감소시키고 제조 비용을 절감할 수 있으므로 매우 바람직하다.
상기 전지셀의 전지케이스는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도가 요구되므로, 금속 소재의 캔일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 캔 또는 스테인리스 스틸 캔일 수 있다.
상기 절연성 캡은 전지셀 적층체를 외부의 충격으로부터 보호하고 전지셀 적층체의 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완함과 동시에 전기적 절연상태를 유지하는 역할을 수행하게 된다.
바람직하게는, 전지셀 적층체에 대한 결합력을 향상시킬 수 있도록, 상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀 적층체의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장된 구조일 수 있다.
이러한 효과를 극대화하기 위하여, 상기 절연성 캡의 하향 연장부는 전지셀 적층체의 상단부 외면에 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 결합되어 있는 구조가 바람직하다.
상기 전지셀 적층체의 외면에는 외장 필름이 부착될 수 있으며, 이를 통해 외부 충격으로부터 전지셀 적층체를 보호하고 전기적 절연 상태를 유지할 수 있다. 바람직하게는 상기 외장 필름은 절연성 캡의 하향 연장부를 감싸는 구조로 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 각형 리튬 이차전지를 전지셀로서 포함하는 전지팩에 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩이 장착되어 있는 휴대용 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 이러한 휴대용 전자 디바이스의 바람직한 예로는 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 휴대용 네비게이터, 휴대용 게임기 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
그러나, 전지셀의 개수를 가변적으로 조절하여 디바이스가 소망하는 출력과 용량을 제공하기 위한 전지팩을 용이하게 제조할 수 있으므로 휴대용 전자 디바이스뿐만 아니라, 가변적인 전지 용량을 필요로 하는 다양한 디바이스에 적용할 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 3에는 스페이서를 포함하고 있는 전지셀 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있 다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들(200)이 두 개 적층되어 있는 전지셀 적층체(250), 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어하는 PCM(300), 상부에 PCM(300)이 탑재되며 전지셀 적층체(250)의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재(400), PCM(300)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(400)를 감싸면서 전지셀 적층체(250)의 상단부에 결합되는 절연성 캡(500), 전지셀 적층체(250)의 하단부에 결합되는 하단 캡(510), 및 전지셀 적층체(250)의 외면을 감싸며 부착되는 외장 필름(520), 전지셀들(200)의 상호 대면 부위에 결합되는 스페이서(600)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
스페이서(600)의 상면과 하면에는 스페이서(600)와 전지셀들(200)의 결합을 위하여 양면 접착테이프(630)가 부착되어 있다.
전지셀 적층체(250)의 상단면(210)에는 전지케이스(240)와 절연된 상태에서 상부로 돌출된 음극단자들(220)이 형성되어 있고, 음극단자들(220)을 제외한 나머지 부위는 양극단자들을 형성한다. 양극단자들 상에는 니켈 클래드(225)가 부착되어 있으며, 대향 측에는 금속볼 및 고분자 수지 등에 의해 밀봉된 전해액 주입부(230)가 평면상 원형 형상으로 돌출되어 있다.
절연성 장착부재(400)는 접착 방식으로 전지셀 적층체(250)의 상단면(210)에 결합되고, 절연성 캡(500)은 절연성 장착부재(400) 상에 PCM(300)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(400)를 감싸면서 전지셀 적층체(250)의 상단부에 결합되며, 전 지셀 적층체(250)의 상단부 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있고, 상단면 일측에는 A/S 라벨(502)이 부착되어 있다.
전지셀 적층체(250)의 외면에는 외부와 전기적 절연상태를 확보하고 제품의 정보를 표시하는 외장 필름(520)이 부착되어 있다. 열수축성 소재로 이루어진 외장 필름(520)은 튜브 형태로 제조되어 전지셀 적층체(250)의 외면을 감싼 후 열을 가하여 전지셀 적층체(250)의 표면에 수축되면서 밀착되는 구조로 부착된다. 그러나, 다른 구조의 외장 필름도 사용될 수 있음은 물론이다.
도 4에는 도 2의 절연성 장착부재의 확대도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 평면 투시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 도 2의 PCM의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 절연성 장착부재(400)는 전지셀 적층체(250)의 상단면에 장착되는 절연성 소재의 프레임 본체(410), 전지셀들(200)을 병렬로 전기적 연결하고 동시에 PCM(300)에 전기적으로 접속되는 도전성 플레이트들(420, 450)로 구성되어 있다.
도전성 플레이트들(420, 450)은 전지셀 적층체(250)의 음극 단자들(220)과 용접에 의해 전기적 연결되는 제 1 도전성 플레이트(420)와, 전지셀 적층체(250)의 양극 단자인 니켈 클래드(225)와 용접에 의해 전기적 연결되는 제 2 도전성 플레이트(450)로 이루어져 있다.
또한, 제 1 도전성 플레이트(420)와 제 2 도전성 플레이트(450)의 일부는 인서트 사출 성형에 의해 프레임 본체(410)에 매립되어 있고, 제 2 도전성 플레이 트(450)에는 전지셀의 온도에 따라 단전과 통전 기능을 수행하는 PTC 소자(440)가 연결되어 있다.
절연성 장착부재(400)의 중앙에는 관통구들(430)이 형성되어 있고, 관통구들(430)에는 제 1 도전성 플레이트(420)가 위치하고 있다. 전지셀 적층체(250)의 음극 단자들(220)은 관통구들(430)에 각각 삽입되어 제 1 도전성 플레이트(420)의 일부와 접촉되고, 이러한 접촉된 부위를 절연성 장착부재(400)의 상부로부터 관통구들(430)을 통해 용접함으로써, 전지셀 적층체(250)의 음극 단자들(220)과 제 1 도전성 플레이트(420)는 상호 전기적으로 연결된다.
전지셀 적층체(250)의 니켈 클래드들(225)과 대응하는 부위에는 제 2 도전성 플레이트(450)가 위치하고 있으며, 제 2 도전성 플레이트(450)의 일측 단부들과 니켈 클래드들(225)은 절연성 장착부재(400)의 상부로부터 개구를 통해 용접함으로써 상호 전기적으로 연결된다.
제 1 도전성 플레이트(420)와 제 2 도전성 플레이트(450)의 일측 단부에는 접속용 돌기들(422)이 각각 상향 돌출되어 있다. PCM(300)의 양측 단부에는, 제 1 도전성 플레이트(420)와 제 2 도전성 플레이트(450)의 접속용 돌기들(422)에 대응하는 위치에 접속용 돌기들(422)이 삽입되어 결합되고 보호회로(도시하지 않음)에 연결되어 있는 접속용 홈(322)이 형성되어 있다.
따라서, 제 1 도전성 플레이트(420)와 제 2 도전성 플레이트(450)의 접속용 돌기들(422)은 PCM(300)의 접속용 홈들(322)에 삽입됨으로써, 전지셀 적층체(250)의 음극단자들(220), 제 1 도전성 플레이트(420), 및 PCM(300)은 상호 전기적 연결 되고, 전지셀 적층체(250)의 니켈 클래드들(225), 제 2 도전성 플레이트(450), 및 PCM(300)이 상호 전기적 연결되는 구조로 이루어져 있다.
또한, 전지셀 적층체(250)의 전극단자들(220, 225)은 각각 동일한 전극끼리 제 1 도전성 플레이트(420) 및 제 2 도전성 플레이트(450)에 의해 상호 전기적 병렬 연결되어 있고, 이러한 병렬 연결구조에 의해 PCM(300)은 절연성 장착부재(400)의 일측 상단에만 장착될 수 있다.
도 7에는 도 2의 스페이서의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 도 2와 함께 참조하면, 스페이서(600)는 상호 대면하는 전지셀들(200)의 외주면 부위에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 스페이서(600)의 양측 단부는 만곡 형상의 전지셀들(200)의 외주면에 대응하여 수직 단면상으로 쐐기 형상(610)의 구조로 형성되어 있다.
또한, 스페이서(600)는 전지셀(200)의 충방전에 따른 체적 변화를 수용할 수 있도록 중앙 부위(620)가 개방된 프레임 구조로 형성되어 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스페이서의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 도 2와 함께 참조하면, 스페이서(600a)는 전지셀 적층체의 하단부에 결합되는 하단 캡(510)과 일체형으로 형성되어 있어서 전지팩(100)의 조립 공정수를 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 기존의 전지셀들을 스페이서를 개재한 상태로 적층하고, 각각의 전극단자들을 병렬 또는 직렬로 연결함으로써, 소망하는 대용량 또는 고출력의 전지팩을 필요에 따라 간단하고 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 전지셀 적층체의 전지셀들을 병렬로 연결하는 경우, 전지셀들에 각각 PCM을 장착할 필요 없이 하나의 PCM만 장착하여 전지팩을 제조할 수 있으므로 부품 수를 감소시키고, 이는 전지팩의 부피 및 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 사시도이다;
도 3은 스페이서를 포함하고 있는 전지셀 적층체의 사시도이다;
도 4는 도 2의 절연성 장착부재의 확대도이다;
도 5는 도 4의 평면 투시도이다;
도 6은 도 2의 PCM의 확대도이다;
도 7은 도 2의 스페이서의 확대도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스페이서의 확대도이다.
Claims (22)
- (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 적층되어 있는 전지셀 적층체;(b) 전지셀 적층체의 상단면에 장착되는 절연성 소재의 프레임 본체와, 상기 전지셀들을 병렬 또는 직렬로 연결하고 동시에 하기 보호회로모듈(PCM)에 전기적으로 접속되는 접속부재들을 포함하고 있는 절연성 장착부재;(c) 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되며, 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 보호회로 모듈(PCM);(d) 상기 전지셀들의 충방전에 따른 체적 변화를 수용하는 공간을 제공하면서 전지셀들의 상호 대면 부위에 결합되는 스페이서; 및(e) 상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀 적층체의 상단부에 결합되는 절연성 캡;을 포함하는 것으로 구성되어 있는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 2 개의 전지셀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들의 전기적 연결은 병렬 연결인 것을 특징으 로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 상호 대면하는 전지셀들의 외주면 부위에 대응하는 프레임 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서의 양측 단부는 만곡 형상의 전지셀 외주면에 대응하여 수직 단면상 쐐기 형상의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서는 전지셀 적층체의 하단부에 결합되는 하단 캡과 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서의 상면과 하면에는 전지셀들과의 결합을 위한 접착제가 소정의 두께로 도포되어 있거나, 또는 양면 접착테이프가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체의 상단면에 대한 절연성 장착부재의 결합은 접착(Bonding) 방식에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 전지셀 전극단자에 용접방식으로 결합되 는 도전성 플레이트들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트들의 일측 단부에는 접속용 돌기가 상향 돌출되어 있고, 보호회로 모듈의 양측 단부에는 상기 접속용 돌기가 삽입되어 결합되고 보호회로에 연결되어 있는 접속용 홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 프레임 본체의 양측 단부에는 홈이 형성되어 있고, 도전성 플레이트들의 일측 단부 하면에 상기 홈과 대응하는 돌기가 형성되어 있어서, 상기 홈과 돌기의 결합에 의해 프레임 본체에 대한 도전성 플레이트의 결합이 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트들은 적어도 일부가 프레임 본체에 매립된 형태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트들 중의 적어도 하나에는 PTC 소자가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트들은 전지셀 적층체의 음극단자들과 결합되는 제 1 도전성 플레이트와 전지셀 적층체의 양극단자와 결합되는 제 2 도전 성 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재에는 전지셀 적층체의 돌출단자들이 삽입될 수 있는 관통구들이 중앙에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PCM은 인서트 사출 성형에 의해 절연성 캡과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PCM은 절연성 장착부재의 일측 상단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 캡은 전지셀 적층체 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀 적층체의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체의 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 따른 전지팩이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 디바이스.
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