KR20120059951A - 배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케이스 내면에 부착된 압착부재에 의해 온도측정소자를 베어셀에 용이하게 밀착시킬 수 있는 배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 베어셀; 상기 베어셀 외측에 위치되며, 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(PCM); 상기 보호회로모듈에 일측이 고정되고, 타측이 상기 베어셀 외주면에 위치되는 온도측정소자; 및 상기 베어셀, 보호회로모듈 및 온도측정소자를 하우징하는 케이스;를 포함하되, 상기 케이스와 상기 온도측정소자 사이에는 상기 온도측정소자를 가압하는 압착부재를 더 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 제작 공정이 단축되어 제작효율이 향상될 뿐만 아니라 원가를 절감시킬 수 있다.

Description

배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩{Battery case and battery pack using the same}
본 발명은 배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제작 효율이 향상된 배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 등의 산업의 급속한 발전으로, 모바일 전자 기기의 보급이 증가하고 있다. 이러한 모바일 전자 기기의 전원으로는 경제성을 고려하여 이차 전지가 널리 사용되고 있다. 또한, 이차 전지는 휴대폰이나 노트북뿐 아니라, 고출력 및 고전력을 필요로 하는 전동 공구, 전동 자전거 및 자동차 등의 중대형 장치에도 사용될 수 있다. 이와 같은 중대형 장치에 이용되는 이차 전지는 복수 개의 베어셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 하나의 전원으로 사용하는 배터리 팩으로 사용된다.
이와 같이, 복수 개의 베어셀을 포함하는 배터리 팩은 안전성을 위하여 다양한 보호소자 등을 더 포함한다. 보호소자 중 온도측정소자는 배터리 팩의 온도를 측정하여 보호회로모듈로 전달한다. 이러한 온도측정소자는 설정된 온도가 감지되면, 이를 보호회로모듈에 전달하여 전류가 끊어지도록 한다. 이에 의해 배터리 팩이 발열 또는 발화하지 않도록 한다.
본 발명은 케이스와 온도측정소자 사이에 부착된 압착부재에 의해 온도측정소자를 베어셀에 용이하게 밀착시킬 수 있는 배터리 케이스 및 이를 이용한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 베어셀; 상기 베어셀 외측에 위치되며, 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(PCM); 상기 보호회로모듈에 일측이 고정되고, 타측이 상기 베어셀 외주면에 위치되는 온도측정소자; 및 상기 베어셀, 보호회로모듈 및 온도측정소자를 하우징하는 케이스;를 포함하되, 상기 케이스와 상기 온도측정소자 사이에는 상기 온도측정소자를 가압하는 압착부재를 더 포함한다.
여기서, 상기 압착부재는 상기 케이스와 일체로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 압착부재는 탄성체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 탄성체는 스폰지 또는 고무를 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도측정소자는 상기 베어셀의 온도를 감지하는 온도감지부, 상기 보호회로모듈과 연결되는 접속부, 및 상기 온도감지부와 상기 접속부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 온도감지부는 상기 베어셀의 굴곡부에 위치될 수 있다.
여기서, 상기 굴곡부는 병렬로 인접하게 배치되는 하나의 베어셀과 다른 베어셀의 외주면 사이에 형성되는 공간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 압착부재는 상기 온도감지부에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 연결부 상부면에 고정부재를 더 포함하되, 상기 고정부재의 양단은 베어셀의 외주면에 고정할 수 있다.
이때, 상기 고정부재는 접착테이프를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 베어셀과 상기 온도감지부 사이에는 접착수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 접착수단은 접착제를 포함할 수 있다.
게다가, 상기 베어셀과 상기 온도감지부 사이에는 열전달수단을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열전달수단은 써멀 실리콘(Thermal silicon)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도측정소자는 상기 온도감지부 및 상기 연결부를 감싸는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
이러한 상기 온도측정소자는 필름 타입을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 온도측정소자의 접속부와, 상기 보호회로모듈은 납땜에 의해 연결될 수 있다.
본 발명에 의하면 케이스와 온도측정소자 사이에 부착된 압착부재에 의해 온도측정소자를 베어셀에 용이하게 밀착시킴으로써, 제작 공정이 단축되어 제작효율이 향상될 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 내부에 위치되는 코어 팩을 나타내는 사시도.
도 3은 도 1의 A-A'를 나타내는 단면도.
도 4는 도 3에 절연테이프가 더 포함된 상태를 나타내는 단면도.
도 5는 도 3에 써멀 실리콘이 더 포함된 상태를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도.
도 7은 도 6의 B-B'를 나타내는 단면도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
일반적으로 배터리 팩의 온도를 측정하기 위한 온도측정소자는 일측이 보호회로모듈에 납땜되어 고정되고, 타측이 베어셀의 측면에 위치하며 배터리 팩의 온도를 감지한다. 이때, 배터리 팩의 온도를 감지하는 타측은 별도의 접착수단에 의해 베어셀의 외주면에 고정된다. 그러나, 온도측정소자의 타측을 별도의 접착수단을 이용하여 베어셀에 고정하는 방법은 공정이 복잡하며, 온도측정소자의 타측을 베어셀에 밀착하여 부착하기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 배터리 팩에서는 제작효율성 저하 및 베어셀에 온도측정소자가 밀착되지 않는 문제를 해결할 수 있는 방안이 필요하게 된다. 이하에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로서 관련도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 내부에 위치되는 코어 팩을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 원통형 베어셀(10), 베어셀(10) 외측에 위치되는 보호회로모듈(40, PCM:Printed circuit module), 온도측정소자(30) 및 이들을 하우징하는 케이스(50)를 포함한다. 복수의 베어셀(10)은 직렬 또는 병렬로 연결되어, 보호회로모듈(40)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 온도측정소자(30)는 베어셀(10)의 온도를 측정하여 보호회로모듈(40)로 전달한다. 이러한 온도측정소자(30)의 일측은 보호회로모듈(40)에 고정되고, 타측은 베어셀(10) 외주면에 위치된다. 이때, 보호회로모듈(40)과 온도측정소자(30)의 일측은 납땜에 의해 연결될 수 있다.
베어셀(10)은 내부에 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하여 형성된 전극조립체와, 전해액이 수납된 케이스로 구성된다. 이러한 베어셀(10)은 전극조립체와 전해액의 화학적 반응에 의하여 외부로 전기 에너지를 공급하며, 예컨대, 리튬 이차 전지일 수 있다.
보호회로모듈(40)은 인쇄회로기판(Printed circuit board) 및 보호회로소자 등을 포함할 수 있다. 이 중, 인쇄회로기판에는 베어셀(10)과 외부 전자 기기를 연결시켜주는 하나 이상의 소자가 실장되어 있다. 이러한 보호회로모듈(40)은 단자탭(20)에 의하여 베어셀(10)과 전기적으로 연결되며, 단자탭(20)은 니켈 또는 구리 등으로 형성될 수 있다.
또한, 보호회로모듈(40)은 일측에 커넥터(41)를 더 포함할 수 있다. 커넥터(41)는 외부 전자 기기와 체결되는 부분으로, 커넥터(41)에 의하여 외부 전자 기기와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 온도측정소자(30)는 일반적으로 코발트, 구리, 망간, 철, 니켈, 타이타늄 등의 산화물을 적당한 저항률과 온도계수를 가지도록 2~3종류 혼합하여 소결한 반도체이다.
이와 같은 온도측정소자(30)는 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항 온도계수의 특성을 가지는 NTC(Negative temperature coefficient)와, 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 정저항 온도계수의 특성을 가지는 PTC(Positive temperature coefficient)로 구분할 수 있다. 이러한 온도측정소자(30)는 열용량이 적어서 미세한 온도 변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로 온도제어용 센서로 많이 이용된다.
본 발명에 따른 온도측정소자(30)는 복수의 베어셀(10)의 온도를 감지하여 보호회로모듈(40)로 전달한다. 이러한 온도측정소자(30)는 베어셀(10)의 온도를 감지하는 온도감지부(31), 보호회로모듈(40)과 연결되는 접속부(33), 및 온도감지부(31)와 접속부(33)를 연결하는 연결부(32)를 구비한다.
온도측정소자(30) 중, 온도감지부(31)는 베어셀(10a,10b)의 굴곡부에 위치될 수 있다. 여기서, 굴곡부는 병렬로 인접하게 배치되는 복수의 베어셀(10a,10b)의 외주면 사이에 형성되는 공간일 수 있다. 즉, 온도감지부(31)는 하나의 베어셀(10a)과 다른 베어셀(10b)의 외주면 상호 간에 형성된 오목한 부분에 위치될 수 있다.
그리고, 온도측정소자(30)의 접속부(33)는 보호회로모듈(40)에 납땜되며, 온도감지부(31) 및 연결부(32)는 베어셀(10)의 길이 방향에 수직하도록 베어셀(10)의 굴곡부에 위치된다. 이때, 베어셀(10)의 외주면이 라운드 형상이므로, 온도측정소자(30)가 베어셀(10) 외주면으로부터 들뜰 수 있기 때문에 온도측정소자(30)를 용이하게 고정하기 위하여 압착부재(51, 도 3 참조)가 더 구비될 수 있다.
압착부재(51)는 코어 팩(200)을 하우징하는 케이스(50)와 온도측정소자(30) 사이에 위치되어, 온도측정소자(30)를 가압하도록 할 수 있다. 압착부재(51)에 대한 상세한 설명은 이하의 도면을 참조하여 후술한다.
그리고, 온도측정소자(30)는 연결부(32)에 의해 보호회로모듈(40)에 납땜된 접속부(33)와 베어셀(10)의 온도를 측정하는 온도감지부(31)를 연결할 수 있다. 이러한 온도측정소자(30)는 온도감지부(31) 및 연결부(32)의 외면을 감싸도록 평평한 형상의 절연부재(34)가 더 형성된 필름 타입일 수 있다. 이에 의해 온도측정소자(30)가 베어셀(10)에 밀착되므로, 꼬임이 방지되어 코어 팩(200)의 제조관리 및 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 A-A'를 나타내는 단면도이다. 도 3에서는 도 1 및 도 2와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 베어셀(10)과, 베어셀(10) 외측에 위치되며, 베어셀(10)과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(40)을 포함한다. 또한, 보호회로모듈(40)에 일측이 연결되고, 타측이 베어셀(10) 외주면에 위치되는 온도측정소자(30)를 포함한다. 그리고, 이러한 복수의 베어셀(10), 보호회로모듈(40) 및 온도측정소자(30)를 하우징하는 케이스(50)를 더 포함한다.
여기서, 온도측정소자(30)는 앞서 설명한 바와 같이 베어셀(10)의 온도를 감지하는 온도감지부(31), 보호회로모듈(40)에 납땜 고정되는 접속부(33), 및 온도감지부(31)와 접속부(33)를 연결하는 연결부(32)를 포함할 수 있다. 이러한 온도측정소자(30)는 보호회로모듈(40)에 접속부(33)가 고정되고, 베어셀(10) 외주면에 온도감지부(31)가 위치되며, 연결부(32)는 베어셀(10)의 길이 방향과 수직하도록 베어셀(10a)의 외주면을 따라 위치된다.
이 중, 온도감지부(31)는 복수의 베어셀(10) 중 병렬로 연결된 2개의 베어셀(10a,10b)의 굴곡부에 위치될 수 있다. 보다 상세하게, 굴곡부는 병렬로 인접하게 배치되는 하나의 베어셀(10a)과 다른 베어셀(10b)의 외주면 사이에 형성되는 공간을 의미한다. 이러한 코어 팩을 하우징하는 케이스(50)는 하나의 베어셀(10a)과 다른 베어셀(10b)의 외주면 사이에 형성되는 공간에 압착부재(51)를 더 포함할 수 있다. 즉, 압착부재(51)는 케이스(50)와 온도측정소자(30) 사이에 형성되어, 온도측정소자(30)를 가압함에 의해 베어셀(10a) 외주면에 밀착되도록 할 수 있다.
여기서, 압착부재(51)는 케이스(50)와 일체형으로 형성되거나, 별도로 제작되어 온도감지부(31)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 압착부재(51)는 탄성체로 형성될 수 있으며, 예컨대, 탄성체는 스폰지 또는 고무를 포함할 수 있다.
이와 같이, 압착부재(51)가 온도측정소자(30), 특히 온도감지부(31)를 가압함에 의해 베어셀(10a) 외주면으로부터 온도측정소자(30)의 들뜸이 방지되어, 베어셀(10a)에 용이하게 밀착될 수 있다. 이에 따라, 압착부재(51)를 이용하여 온도측정소자(30)를 베어셀(10a)에 고정함으로써, 배터리 팩(100)의 제작 공정이 단축되어 제작효율이 향상될 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있다.
도 4는 도 3에 절연테이프가 더 포함된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 온도측정소자(30)의 연결부(32) 상부면에 접착테이프와 같은 고정부재(52)를 더 형성할 수 있다. 즉, 고정부재(52)의 양단을 베어셀(10a)의 외주면에 고정하여, 연결부(32)가 베어셀(10a)에 부착되도록 할 수 있다. 이에 의해 온도측정수단(30)의 온도감지부(31) 뿐만 아니라 연결부(32)를 베어셀(10a)의 외주면에 밀착시킬 수 있다. 이처럼 연결부(32)에 고정부재(52)를 형성함으로써, 온도측정소자(30)를 보다 견고하고 안정적으로 베어셀(10a)에 고정할 수 있다.
도 5는 도 3에 써멀 실리콘이 더 포함된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 베어셀(10a)의 굴곡부에는 온도감지부(31)가 위치되고, 이는 압착부재(51)에 의해 가압되며 고정된다. 이때, 온도감지부(31)와 베어셀(10a) 사이에는 접착제 등의 접착수단(53)이 형성될 수 있다. 이와 같은 접착수단(53)에 의해 온도감지부(31)가 베어셀(10a)에 보다 견고하게 고정될 수 있다.
또한, 온도감지부(31)와 베어셀(10a) 사이에는 써멀 실리콘 등의 열전달수단이 형성될 수도 있다. 이에 의해 베어셀(10a)로부터 발생되는 열을 보다 정확하게 온도감지부(31)로 전달할 수 있다. 동시에 열전달수단에 의해 온도감지부(31)가 베어셀(10a)의 굴곡부에 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 B-B'를 나타내는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 팩(300)은 복수의 각형 베어셀(10'), 보호회로모듈(40') 및 온도측정소자(30')를 포함한다. 그리고 배터리 팩(400)은 각형 베어셀(10'), 보호회로모듈(40') 및 온도측정소자(30')를 하우징하는 케이스(50')를 더 포함한다. 여기서, 각형 베어셀(10')은 길이 방향의 단면이 타원형으로 형성될 수 있다.
온도측정소자(30')의 일측은 보호회로모듈(40')에 연결되며, 타측은 베어셀(10')의 베어셀(10')의 외주면에 위치된다. 다시 말하면, 온도측정소자(30')의 접속부(33')가 보호회로모듈(40')에 수직하게 연결된다. 그리고, 이와 같이 연결된 온도측정소자(30')는 굽어짐이 없이 베어셀(10')의 길이 방향에 수직하도록 베어셀(10')의 외주면에 위치된다. 이에 의해 접속부(33')와 온도감지부(31')를 연결하는 연결부(32')는 베어셀(10') 외주면과 접하며 위치될 수 있다.
그리고, 케이스(50')와 온도측정소자(30') 사이에는 온도측정소자(30')를 가압할 수 있는 압착부재(51')를 더 포함한다. 이러한 압착부재(51')는 온도측정소자(30') 중 온도감지부(31')에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 여기서, 온도감지부(31')는 병렬로 인접하게 배치되는 베어셀(10a')과 베어셀(10b')의 외주면 사이에 형성되는 공간인 굴곡부에 위치될 수 있다. 보다 바람직하게, 온도감지부(31')는 굴곡부 중 베어셀(10a')의 외주면 측에 위치될 수 있다.
압착부재(51')는 케이스(50') 내면과 일체형으로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 케이스(50')와 온도측정소자(30') 사이에 위치될 수도 있다. 압착부재(51')가 케이스(50')와 일체형으로 형성되는 경우, 베어셀(10')에 케이스(50')를 하우징함과 동시에 온도측정소자(30')를 압착부재(51')에 의해 간편하게 베어셀(10a') 외면에 고정할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
10 : 베어셀 20 : 단자탭
30 : 온도측정소자 31 : 온도감지부
32 : 연결부 33 : 접속부
34 : 절연부재 40 : 보호회로모듈
50 : 케이스 51 : 압착부재
52 : 제1 접착수단 53 : 제2 접착수단

Claims (17)

  1. 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 베어셀;
    상기 베어셀 외측에 위치되며, 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(PCM);
    상기 보호회로모듈에 일측이 연결되고, 타측이 상기 베어셀 외주면에 위치되는 온도측정소자; 및
    상기 베어셀, 보호회로모듈 및 온도측정소자를 하우징하는 케이스;를 포함하되,
    상기 케이스와 상기 온도측정소자 사이에는 상기 온도측정소자를 가압하는 압착부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압착부재는 상기 케이스와 일체로 형성되는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압착부재는 탄성체를 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성체는 스폰지 또는 고무를 포함하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정소자는 상기 베어셀의 온도를 감지하는 온도감지부, 상기 보호회로모듈과 연결되는 접속부, 및 상기 온도감지부와 상기 접속부를 연결하는 연결부를 포함하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도감지부는 상기 베어셀의 굴곡부에 위치되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 굴곡부는 병렬로 인접하게 배치되는 하나의 베어셀과 다른 베어셀의 외주면 사이에 형성되는 공간을 포함하는 배터리 팩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 압착부재는 상기 온도감지부에 대응하는 위치에 형성되는 배터리 팩.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 연결부 상부면에 고정부재를 더 포함하되, 상기 고정부재의 양단은 베어셀의 외주면에 고정되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정부재는 접착테이프를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 베어셀과 상기 온도감지부 사이에는 접착수단을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착수단은 접착제를 포함하는 배터리 팩.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 베어셀과 상기 온도감지부 사이에는 열전달수단을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전달수단은 써멀 실리콘(Thermal silicon)을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정소자는 상기 온도감지부 및 상기 연결부를 감싸는 절연부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 온도측정소자는 필름 타입을 포함하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정소자의 접속부와, 상기 보호회로모듈은 납땜에 의해 연결되는 배터리 팩.
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