KR20160072502A - 전극단자들의 위치가 겹치지 않는 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전극단자들의 위치가 겹치지 않는 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지팩 Download PDF

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KR20160072502A
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Abstract

본 발명은 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 전극단자들이 위치하는 판상형 전지셀들을 둘 이상 포함하는 전지셀 어셈블리; 상기 전극단자들과 대응되는 단자 접속부들을 포함하고, 단자 접속부들을 통해 전지셀들과 전기적으로 연결되어 있으며, 전지셀들의 작동상태를 관리하는 배터리 관리 유닛(battery management unit); 상기 배터리 관리 유닛과 전기적으로 연결되어 있고, 외부 장치와 전기적으로 연결할 수 있도록 구성된 배터리 커넥터(battery connector); 및 상기 전지셀 어셈블리 및 배터리 관리 유닛을 수납하고 있는 팩 케이스;를 포함하고 있고, 상기 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛의 용접 또는 솔더링에 의한 상호 전기적 접속이 용이하도록, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들은 전극단자들이 동일한 방향을 향하면서 판상형 전지셀들의 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층 또는 배열되어 있고, 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하며, 상기 전극단자들에 대응하는 위치에서 단자 접속부들이 배터리 관리 유닛에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.

Description

전극단자들의 위치가 겹치지 않는 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Comprising Battery Cell Assembly Having Electrode Terminals without Position Overlapping}
본 발명은 전극단자들의 위치가 겹치지 않는 전지셀 어셈블리를 포함하는 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.
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), 또는 배터리 관리 유닛(Battery Management Unit: BMU) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
일반적으로, 전지팩은 그것이 장착되는 모바일 디바이스의 구조에 적합한 판상형 전지셀들을 사용하며, 안전소자들은 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다.
전지팩의 고용량화 추세에 따라, 전지팩 내에 하나의 전지셀을 포함하는 경우보다는 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 경우가 많다. 특히, 판상형 전지셀의 경우, 그것의 구조적 특성으로 인해 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하도록 적층하여 사용하는 것이 일반적이다.
전지팩 제조 시 동일한 구조의 판상형 전지셀들을 적층하여 사용하는 경우, 전극단자들의 위치가 겹치게 되므로 일면에서 전극단자와 안전소자를 용접한 후, 이를 뒤집은 다음 대향면에서 다시 전극단자와 안전소자의 용접을 수행해야만 하므로, 제조 공정이 복잡해지고, 제조 비용이 상승하는 문제가 있었다.
한편, 전지팩은 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 착탈식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형(embedded) 구조로 사용되기도 한다.
예를 들어, 종래에는 사용자의 필요에 따라 노트북, 휴대폰 등과 같은 모바일 디바이스에서 전지를 탈착 할 수 있도록 제조하는 경우가 많았다. 반면에, 최근에는 모바일 디바이스들의 소형화 또는 경량화로 인해 그 구조 및 용량에 많은 제약이 있어서 탈착이 불가능한 내장형 전지팩의 사용이 증가하는 추세이다.
이와 같은 내장형 전지팩의 경우, 디바이스에 대한 장착 시 조립의 편의를 위해서, 외부로 돌출된 배터리 커넥터를 사용하는 방식이 알려져 있다.
돌출된 배터리 커넥터는 와이어를 통해 전지셀과 전기적으로 연결되어 있고, 이러한 와이어는 조립 시 편의성을 제공할 수는 있지만, 위치나 형상이 고정되어 있지 않아서, 디바이스 내에서 정위치를 이탈할 수 있고, 경우에 따라서는, 디바이스의 고장을 유발하는 문제가 있었다.
따라서, 전지팩 제조 시 전지셀들의 조립이 간편하고, 와이어로 연결된 배터리 커넥터를 사용하더라도 위치나 형상을 고정시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들이 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하는 경우, 일면에서의 용접만으로 전지셀들의 조립이 가능하고, 공정비용을 현저하게 절감할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 전극단자들이 위치하는 판상형 전지셀들을 둘 이상 포함하는 전지셀 어셈블리; 상기 전극단자들과 대응되는 단자 접속부들을 포함하고, 단자 접속부들을 통해 전지셀들과 전기적으로 연결되어 있으며, 전지셀들의 작동상태를 관리하는 배터리 관리 유닛(battery management unit); 상기 배터리 관리 유닛과 전기적으로 연결되어 있고, 외부 장치와 전기적으로 연결할 수 있도록 구성된 배터리 커넥터(battery connector); 및 상기 전지셀 어셈블리 및 배터리 관리 유닛을 수납하고 있는 팩 케이스;를 포함하고 있고,
상기 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛의 용접 또는 솔더링에 의한 상호 전기적 접속이 용이하도록, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들은 전극단자들이 동일한 방향을 향하면서 판상형 전지셀들의 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층 또는 배열되어 있고, 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하며, 상기 전극단자들에 대응하는 위치에서 단자 접속부들이 배터리 관리 유닛에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기 전지셀 어셈블리에서 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 용접 시 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하여, 모든 전극단자들이 노출되어 있으므로, 일면에서 모든 전극단자들과 단자 접속부들의 용접이 가능하다. 따라서, 일면에서 용접 후, 다시 뒤집어서 용접하는 종래 기술에 비해, 조립시간을 현저하게 단축 할 수 있고, 제조 비용 역시 절감 할 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리는 2개의 판상형 전지셀들을 포함할 수 있고, 하나의 예에서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 상이한 구조일 수 있다.
이 경우, 2개의 판상형 전지셀들 각각은 전극단자들의 위치가 상이하므로, 이들을 적층하더라도 용접 시 모든 전극단자들이 겹치지 않게 위치시키는 것이 용이하다.
다만, 이와 같이 전극단자들의 위치가 상이한 판상형 전지셀들을 이용하는 경우, 서로 다른 구조의 전지셀들을 각각 제조해서 준비해야 하고, 전지팩 조립 공정에서도 이들을 각각 분리해서 관리해야 하므로 다소 불편할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 동일한 구조이고, 용접 방향에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 적층 또는 배열되어 있는 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들의 위치가 비대칭이거나, 또는 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들이 일측으로 편향되어 위치하는 구조일 수 있다.
이와 같이, 전극단자들의 위치가 동일한 구조의 판상형 전지셀들을 이용하는 경우, 동일한 방향으로 적층 또는 배열 시에는 전극단자들의 위치가 완전히 겹치게 되지만, 하나의 전지셀만을 뒤집어서 적층하면, 용접 방향에서 모든 전극단자들이 겹치지 않는다.
따라서, 전극단자들이 겹치지 않도록 하여 조립 시 용접이 용이하도록 할 수 있음은 물론, 서로 다른 종류의 전지셀들을 사용하는 경우에 비해, 한가지 종류의 전지셀만을 제조해서 준비하면 되고, 전지팩 조립 공정에서도 전지셀들을 한꺼번에 관리할 수 있으므로, 조립 공정이 더욱 간소화되어 제조 비용을 더욱 절감할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 어셈블리는 판상형 전지셀들의 계면에 접착부재를 포함할 수 있다.
이와 같이 접착부재를 포함하면, 판상형 전지셀들이 정위치 고정됨에 따라 전극단자들의 위치 역시 정위치 고정되어, 전지셀 어셈블리를 배터리 관리 유닛에 용접하는 공정이 더욱 용이해진다.
이러한 접착부재는 전지셀 케이스에 손상을 주지 않고, 부피를 많이 차지하지 않는 것이면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 고분자 필름의 양면에 점착제가 도포되어 있는 양면 접착 테이프일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 짝수 개의 전지셀 어셈블리들을 포함하는 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 전지팩은 배터리 관리 유닛을 중심으로 양측에 동일한 수의 전지셀 어셈블리가 위치하고 있으며, 전지셀 어셈블리들은 전극단자들이 배터리 관리 유닛을 향하도록 대칭적으로 배치되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리들 각각은 전극단자들이 모두 겹치지 않게 위치하고 있지만, 전지셀 어셈블리들을 복수로 포함하는 경우에, 이들을 적층하면, 전극단자들이 겹치는 문제가 또 다시 발생하게 된다. 따라서, 둘 이상의 전지셀 어셈블리들을 포함하는 경우에는, 이들을 수직으로 적층해서는 안되고, 수평으로 넓게 배치해야만 일면에서 용접이 가능하다.
특히, 짝수 개의 전지셀 어셈블리들을 포함하는 경우에는, 상기 배터리 관리 유닛을 중심으로 양측에 동일한 수의 전지셀 어셈블리들이 위치하도록 배치하면, 전지팩을 가장 콤팩트 하게 구성할 수 있어 불필요한 공간 사용을 줄일 수 있다.
또한, 전지셀 어셈블리들은 전극단자들이 배터리 관리 유닛을 향하도록 대칭적으로 배치하면, 용접 부위들을 가깝게 배치할 수 있어, 용접 수행 시 작업효율성도 높일 수 있다.
한편, 상기 배터리 관리 유닛과 배터리 커넥터는 복수의 와이어들을 포함하는 와이어 하니스에 의해 전기적으로 연결되는 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 배터리 커넥터는 와이어 하니스의 일측 단부에 접속되어 있고, 와이어 하니스의 적어도 일부 및 배터리 커넥터는 팩 케이스의 외부로 돌출되는 구조일 수 있다.
이와 같이, 상기 배터리 커넥터가 와이어 하니스에 의해 외부로 돌출되어 있어서, 전지팩이 장착되는 디바이스에 포함되어 있는 외부장치 커넥터에 배터리 커넥터를 연결하는 것이 보다 용이하다.
다만, 외부장치 커넥터의 위치는 디바이스의 구조 및 전지팩의 내장 위치에 따라 가변적이며, 항상 와이어 하니스의 돌출 방향에 위치해 있는 것은 아니다.
외부장치 커넥터가 와이어 하니스의 돌출 방향 이외에 다른 방향에 위치하는 경우, 와이어 하니스를 절곡시켜야만 배터리 커넥터와 외부장치 커넥터의 연결이 가능하고, 또한, 연결 후에도 절곡 각도가 고정되어 있어야 와이어 하니스가 정위치에서 이탈하여 디바이스의 고장을 일으킬 가능성이 줄어든다.
따라서, 상기 와이어 하니스는 돌출 방향으로부터 절곡된 절곡부를 포함하며, 상기 절곡부에는 절곡 각도를 일정하게 유지하기 위한 고정부재가 부착 내지 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 고정부재는, 절곡부의 절곡 각도를 일정하게 유지해줄 수 있는 것이면 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 고분자 필름의 일면에 점착제가 도포되어 있는 접착 테이프일 수 있다.
상세하게는, 상기 고정부재는, 절곡부의 일면에 부착되는 제 1 접착 테이프와, 절곡부의 타면에 부착되는 제 2 접착 테이프를 포함하고 있고, 상기 제 1 접착 테이프와 제 2 접착 테이프는 절곡부가 내장된 상태에서 양측 단부들이 상호 접착되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 접착 테이프는 무게가 가볍고, 부피를 적게 차지하면서, 와이어 하니스의 각도를 고정하기에 충분한 결합력을 가지고 있으므로 고정부재로서 우수한 성능을 가진다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고분자 필름은, 예를 들어, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 실리콘 수지 및 고무 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 팩 케이스는 전지셀 어셈블리 및 배터리 관리 유닛을 수납한 상태에서 전극단자들과 단자 접속부들을 용접할 수 있도록 일면이 개방된 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 케이스의 개방된 일면을 통해, 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛을 내부에 삽입하고 고정한 후, 용접을 통해 상기 전극단자들과 단자 접속부들을 전기적으로 연결할 수 있다.
이러한 용접 부위가 노출되어 있으면 전지팩 사용 중에 누전 및 감전의 위험이 높으므로, 외부와의 접촉을 방지하거나 절연 상태로 유지하는 것이 필요하고, 따라서, 상기 팩 케이스의 개방된 일면을 커버하는 커버부재를 더 포함할 수 있다.
상기 커버부재는 이와 같은 목적을 달성할 수 있는 구조이면 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 상기 팩 케이스에 결합되는 별도의 케이스, 또는 절연성 라벨 등일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 상세하게는, 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
이러한 리튬 이차전지의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩에 포함되는 전지셀 어셈블리와 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 전지셀 어셈블리는, 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 전극단자들이 위치하는 판상형 전지셀들을 둘 이상 포함하는 전지셀 어셈블리로서, 전지팩 제조 시 상기 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛의 용접 또는 솔더링에 의한 상호 전기적 접속이 용이하도록, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들은 전극단자들이 동일한 방향을 향하면서 판상형 전지셀들의 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층 또는 배열되어 있고, 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하는 구조일 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리는 2개의 판상형 전지셀들을 포함할 수 있고, 상세하게는, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 상이한 구조이거나, 전극단자들의 위치가 서로 동일한 구조일 수 있다.
다만, 상기 판상형 전지셀들 각각의 전극단자들의 위치가 서로 동일한 구조인 경우에는, 용접 방향에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 적층 또는 배열되는 구조일 수 있다.
이때, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들의 위치가 비대칭인 구조이거나, 또는, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들이 일측으로 편향되어 위치하는 구조일 수 있다.
또한, 상기 판상형 전지셀들의 계면에 접착부재를 포함하여, 전지셀 어셈블리 내에서 위치 고정력을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, 스마트폰, MP3, 또는 웨어러블 전자기기 등일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하는 전지셀 어셈블리를 포함하므로, 전지팩 제조 시 일면에서의 용접만으로 전지셀들의 조립이 가능하고, 조립공정을 간소화할 수 있으며, 전지팩 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 와이어 하니스의 절곡부에 고정부재가 부착 내지 장착되어 있어서, 와이어 하니스의 절곡 각도를 일정하게 유지할 수 있고, 와이어 하니스의 정위치 이탈로 인한 디바이스의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 하나의 전지셀 어셈블리를 포함하는 일반적인 전지팩을 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지팩에 포함되는 전지셀 어셈블리를 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 3은 도 1의 전지팩의 배터리 관리 유닛과 전지셀 어셈블리를 전기적으로 연결하는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 5는 도 4의 전지팩에 포함되는 전지셀 어셈블리를 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 6은 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함되는 판상형 전지셀을 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 7은 도 6의 판상형 전지셀들이 부적절하게 적층되어 있는 전지셀 어셈블리를 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 8은 도 4의 전지팩의 배터리 관리 유닛과 전지셀 어셈블리를 전기적으로 연결하는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 어셈블리를 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 10은 도 9의 전지셀 어셈블리에 포함되는 판상형 전지셀을 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 어셈블리를 모식적으로 나타낸 사시도(위) 및 평면도(아래)이다;
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 와이어 하니스를 나타낸 모식도이다;
도 13은 도 12의 와이어 하니스의 단면을 모식적으로 나타낸 수직단면도이다.
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 하나의 전지셀 어셈블리를 포함하는 일반적인 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀 어셈블리(110), 배터리 관리 유닛(150), 배터리 커넥터(170), 및 와이어 하니스(180)를 포함하고 있다.
전지셀 어셈블리(110)는 배터리 관리 유닛(150)에 전기적으로 연결되어 있으며, 배터리 커넥터(170)는 와이어 하니스(180)를 통해 배터리 관리 유닛(150)과 전기적으로 연결되어 있다.
배터리 관리 유닛(150)의 상면에는 2개의 단자 접속부들(151, 152)이 위치하고 있으며, 이와 유사한 구조로 하면에도 2개의 단자 접속부들(도시하지 않음)이 위치하고 있다. 배터리 관리 유닛(150)은 단자 접속부들(151, 152)을 통해 전지셀 어셈블리(110)의 전지셀들과 전기적으로 연결되어 있다.
도 2에는 도 1의 전지팩에 포함되는 전지셀 어셈블리의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀 어셈블리(110)은 2개의 판상형 전지셀들(111, 115)을 포함하고 있으며, 전지셀들(111, 115)은 각각 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 2개의 전극단자들(112, 113, 116, 117)을 포함하고 있다.
전지셀(111)은 평면상으로 전극단자들(112, 113)이 위치한 변을 이등분하는 중심축(119)을 기준으로 전극단자들(112, 113)의 위치가 대칭적이며, 제 2 전지셀(115)도 이와 동일한 구조를 가지고 있다.
또한, 판상형 전지셀들(111, 115)은 전극단자들(112, 113, 116, 117)이 동일하게 좌측을 향하면서, 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층되어 있다.
따라서, 전지셀(111)의 양극단자(112)와 전지셀(115)의 양극단자(116), 및 전지셀(111)의 음극단자(113)와 전지셀(115)의 음극단자(117)은 전지셀들(111, 115)의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 본 평면도상으로 그 위치가 겹치게 되므로, 배터리 관리 유닛과 용접 시 한쪽 방향에서 모든 전극단자들을 용접하는 것이 불가능하다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.
도 3에는 도 1의 전지팩의 배터리 관리 유닛과 전지셀 어셈블리를 전기적으로 연결하는 과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지셀 어셈블리(110)는 2개의 판상형 전지셀들(111, 115)을 포함하고 있고, 판상형 전지셀들(111, 115)의 좌측에는 각각 2개씩 전극단자들(112, 113, 116, 117)이 외향 돌출되어 있다.
배터리 관리 유닛(150)에는 전극단자들(112, 113, 116, 117)에 대응되도록 4개의 단자 접속부들(151, 152, 153, 154)이 위치하고 있다.
우선, 제 1 화살표 방향(11)으로 전지셀 어셈블리(110)를 이동하여 전지셀(111)의 전극단자들(112, 113)과 전지셀(115)의 전극단자들(116, 117) 사이에 배터리 관리 유닛(150)이 위치하도록 한다.
이 상태에서, 배터리 관리 유닛(150)의 상면에 위치한 단자 접속부들(151, 152)은 제 1 전지셀(111)의 전극단자들(112, 113)과 겹쳐지게 되고, 따라서, 제 2 화살표 방향(12)에서는 제 1 전지셀(111)의 전극단자들(112, 113)만이 노출된다.
이와 반대로, 배터리 관리 유닛(150)의 하면에 위치한 단자 접속부들(153, 154)은 전지셀(115)의 전극단자들(116, 117)과 겹쳐지게 되고, 따라서, 제 3 화살표 방향(13)에서는 전지셀(115)의 전극단자들(116, 117)만이 노출된다.
단자 접속부들(151, 152, 153, 154)과 전극단자들(112, 113, 116, 117)의 용접은 전극단자들(112, 113, 116, 117)이 노출된 방향에서 할 수 밖에 없으므로, 예를 들어, 우선적으로 전극단자들(112, 113)과 단자 접속부들(151, 152)의 용접을 제 2 화살표 방향(12)에서 수행한다. 그런 다음, 전지셀 어셈블리(110)와 배터리 관리 유닛(150)을 함께 뒤집고, 제 3 화살표 방향(13)에서 전극단자들(116, 117)과 단자 접속부들(153, 154)의 용접을 수행하게 된다.
이와 같이 양쪽 방향에 전극단자들(112, 113, 116, 117)이 노출되어있는 경우에는, 전지셀 어셈블리(110)와 배터리 관리 유닛(150)을 뒤집는 과정 또는 이에 준하는 과정을 필수적으로 포함해야 하므로, 조립시간 및 제조 비용이 증가하게 된다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지팩(200)은 2개의 전지셀 어셈블리들(210, 220), 배터리 관리 유닛(250), 배터리 커넥터(270), 및 와이어 하니스(280)를 포함하고 있다.
전지셀 어셈블리들(210, 220)은 배터리 관리 유닛(250)에 전기적으로 연결되어 있으며, 배터리 커넥터(270)는 와이어 하니스(280)를 통해 배터리 관리 유닛(250)과 전기적으로 연결되어 있고, 와이어 하니스(280)의 일부 및 배터리 커넥터(270)는 팩 케이스(도시하지 않음)의 외부로 돌출되어 있다.
전지팩(200)의 중심 부위에 배터리 관리 유닛(250)이 위치하고 있고, 그것의 양측에 동일한 개수로 전지셀 어셈블리들(210, 220)이 위치하고 있다. 구체적으로, 배터리 관리 유닛(250)의 우측에는 전지셀 어셈블리(210)가 위치하고 있고, 좌측에는 전지셀 어셈블리(220)가 위치하고 있다. 또한, 전지셀 어셈블리들(210, 220)은 전극단자들이 배터리 관리 유닛(250)을 향하도록 대칭적으로 배치되어 있다.
배터리 관리 유닛(250)의 상면에는 8개의 단자 접속부들(251, 252, 253, 254, 255, 256, 257, 258)이 위치하고 있으며, 배터리 관리 유닛(250)은 우측에 위치하고 있는 4개의 단자 접속부들(251, 252, 253, 254)을 통해 전지셀 어셈블리(210)와 전기적으로 연결되어 있고, 이와 유사하게 좌측에 위치하고 있는 4개의 접속부들(255, 256, 257, 258)을 통해 전지셀 어셈블리(220)와 전기적으로 연결되어 있다.
도 5에는 도 4의 전지팩에 포함되는 전지셀 어셈블리의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함되는 판상형 전지셀의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7에는 도 6의 판상형 전지셀들이 부적절하게 적층되어 있는 전지셀 어셈블리의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있다.
우선, 도 5 및 도 6을 참조하면, 전지셀 어셈블리(210)는 동일한 구조를 갖는 2개의 판상형 전지셀들(211, 215)을 포함하고 있으며, 전지셀들(211, 215)은 각각 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 2개의 전극단자들(212, 213, 216, 217)을 포함하고 있다.
전지셀(211)은 평면상으로 전극단자들(212, 213)이 위치한 변을 이등분하는 중심축(219)을 기준으로 전극단자들(212, 213)의 위치가 비대칭적이며, 전지셀(215)도 이와 동일한 구조를 가지고 있다.
판상형 전지셀들(211, 215)은 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 동일한 방향인 좌측을 향하면서, 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층되어 있다. 이 때, 용접방향인 전지셀들(211, 215)의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 서로 겹치지 않도록 전지셀들(211, 215)이 적층되어 있어, 배터리 관리 유닛과 용접 시 한쪽 방향에서 모든 전극단자들을 용접하는 것이 가능하다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다
도 5와 비교하여 도 7을 참조하면, 전지셀 어셈블리(210)과 전지셀 어셈블리(210x)는 모두 동일한 구조의 판상형 전지셀들(211, 215)을 포함하고 있다. 다만, 전지셀 어셈블리(210x)는 전지셀들(211, 215)의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 양극단자들(212, 216)의 위치가 겹치고, 또한, 음극단자들(213, 217)의 위치도 겹치도록 적층되어 있다.
전지셀 어셈블리(210x)가 전지셀 어셈블리(210)와 동일한 구조를 이루기 위해서는, 전지셀(215)이 화살표(20) 방향으로 180도 회전하여 상면과 하면이 바뀌도록 적층되어야 한다.
도 8에는 도 4의 전지팩의 배터리 관리 유닛과 전지셀 어셈블리를 전기적으로 연결하는 과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3과 비교하여 도 8을 참조하면, 전지셀 어셈블리(210)는 2개의 판상형 전지셀들(211, 215)을 포함하고 있고, 판상형 전지셀들(211, 215)의 좌측에는 각각 2개씩 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 외향 돌출되어 있다.
배터리 관리 유닛(250)의 상면 우측에는 전지셀 어셈블리(210)의 전극단자들(212, 213, 216, 217)에 대응되도록 4개의 단자 접속부들(251, 252, 253, 254)이 위치하고 있고, 좌측에는 또 다른 전지셀 어셈블리(도시하지 않음)의 전극단자들과 대응되도록 4개의 단자 접속부들(255, 256, 257, 258)이 위치하고 있다.
우선, 제 1 화살표 방향(21)으로 전지셀 어셈블리(210)를 이동하여 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 배터리 관리 유닛(250)의 단자 접속부들(251, 252, 253, 254) 위에 위치하도록 한다.
이 상태에서, 배터리 관리 유닛(250)의 단자 접속부들(251, 252, 253, 254)은 전극단자들(212, 213, 216, 217)과 겹쳐지게 되고, 제 2 화살표 방향(22)에서 전극단자들(212, 213, 216, 217) 이 모두 노출된다.
따라서, 제 2 화살표 방향(22)에서 모든 단자 접속부들(251, 252, 253, 254)과 전극단자들(251, 252, 253, 254)의 용접을 수행할 수 있어, 조립 과정에서 전지셀 어셈블리(210)와 배터리 관리 유닛(250)을 뒤집는 과정 등을 포함할 필요가 없으므로, 전지팩 조립시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 어셈블리의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 전지셀 어셈블리에 포함되는 판상형 전지셀의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5 및 도 6과 비교하여 도 9 및 도 10을 참조하면, 전지셀 어셈블리(210a)는 동일한 구조를 갖는 2개의 판상형 전지셀들(211a, 215a)을 포함하고 있는 점, 전지셀들(211a, 215a)은 각각 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 2개의 전극단자들(212, 213, 216, 217)을 포함하고 있는 점, 및 용접방향인 전지셀들(211a, 215a)의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 서로 겹치지 않도록 전지셀들(211a, 215a)이 적층되어 있는 점에서는 전지셀 어셈블리(210)와 동일하다.
다만, 전지셀 어셈블리(210a)의 전지셀(211a)은 전극단자들(212, 213)이 위치한 변을 이등분하는 중심축(219)을 기준으로 전극단자들이 일측으로 편향되어 위치하고 있는 점에서 전지셀 어셈블리(210)의 전지셀(211)과 다소 차이가 있을 뿐이다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 어셈블리의 사시도(위)와 평면도(아래)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5와 비교하여 도 11을 참조하면, 전지셀 어셈블리(210b)는 2개의 판상형 전지셀들(211b, 215b)을 포함하고 있는 점, 전지셀들(211b, 215b)은 각각 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 2개의 전극단자들(212, 213, 216, 217)을 포함하고 있는 점, 및 용접방향인 전지셀들(211b, 215b)의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들(212, 213, 216, 217)이 서로 겹치지 않도록 전지셀들(211b, 215b)이 적층되어 있는 점에서는 전지셀 어셈블리(210)와 동일하다.
다만, 전지셀 어셈블리(210)는 동일한 구조의 전지셀들(211, 215)를 포함하는 반면에, 전지셀 어셈블리(210b)는 서로 다른 구조의 전지셀들(211b, 215b)을 포함하는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 전지셀 어셈블리(210b)의 전지셀(211b)는 전극단자들(212, 213)이 중심축(219)을 기준으로 외측에 대칭적으로 위치하고 있고, 전지셀(215b)은 전극단자들(216, 217)들이 중심축(219)을 기준으로 내측에 대칭적으로 위치하고 있다.
도 12에는 본 발명의 하나의 실시예 따른 와이어 하니스의 모식도가 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 배터리 커넥터(270)는 와이어 하니스(280)의 일측 단부에 접속되어 있고, 와이어 하니스(280)의 대향측 단부는 배터리 관리 유닛(250)에 접속되어 있다. 또한, 와이어 하니스(280)의 일부 및 배터리 커넥터(270)는 팩 케이스(도시하지 않음)의 외부로 돌출되도록 구성되어 있다.
와이어 하니스(280)는 돌출 방향(30)으로부터 절곡된 절곡부(281)를 포함하며, 절곡부(281)는 돌출방향(30)으로부터 약 90도의 절곡 각도를 이루고 있고, 절곡부(281)에는 절곡 각도를 일정하게 유지하기 위한 고정부재(283)가 부착되어 있다.
도 13에는 도 12의 와이어 하니스의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 도 13은 와이어 하니스(280)에 고정부재(283)가 부착되어 있는 구조를 축(289)을 따라 절단한 모식도이며, 와이어 하니스(280)는 7개의 와이어들(286)과 고정부재(283)를 포함하고 있다.
제 1 와이어(286)는 전도성 코어(287)의 외면을 절연부재(288)가 피복하고 있는 구조이며, 나머지 6개의 와이어들도 이와 동일한 구조로 이루어져 있다.
고정부재(283)은 제 1 접착 테이프(284)와 제 2 접착 테이프(285)로 이루어져 있으며, 와이어들(286)이 절곡된 상태로 와이어들(286)의 상면에 제 1 접착 테이프(284)가 부착되어 있고, 하면에 제 2 접착 테이프(285)가 부착되어 있어, 접착 테이프들(284, 285) 사이에 와이어들(286)이 내장되어 있다.
또한, 제 1 접착 테이프(284)의 양측 단부들은 제 2 접착 테이프(285)의 양측 단부들과 상호 접착되어 있어, 절곡부(281)의 절곡 각도를 유지할 수 있는 고정력을 제공한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (27)

  1. 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 전극단자들이 위치하는 판상형 전지셀들을 둘 이상 포함하는 전지셀 어셈블리;
    상기 전극단자들과 대응되는 단자 접속부들을 포함하고, 단자 접속부들을 통해 전지셀들과 전기적으로 연결되어 있으며, 전지셀들의 작동상태를 관리하는 배터리 관리 유닛(battery management unit);
    상기 배터리 관리 유닛과 전기적으로 연결되어 있고, 외부 장치와 전기적으로 연결할 수 있도록 구성된 배터리 커넥터(battery connector); 및
    상기 전지셀 어셈블리 및 배터리 관리 유닛을 수납하고 있는 팩 케이스;
    를 포함하고 있고,
    상기 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛의 용접 또는 솔더링에 의한 상호 전기적 접속이 용이하도록, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들은 전극단자들이 동일한 방향을 향하면서 판상형 전지셀들의 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층 또는 배열되어 있고, 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하며, 상기 전극단자들에 대응하는 위치에서 단자 접속부들이 배터리 관리 유닛에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 2개의 판상형 전지셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 상이한 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 동일한 구조이고, 용접 방향에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 적층 또는 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들의 위치가 비대칭인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들이 일측으로 편향되어 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 판상형 전지셀들의 계면에 접착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 접착부재는 고분자 필름의 양면에 점착제가 도포되어 있는 양면 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 짝수 개의 전지셀 어셈블리들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지팩은 배터리 관리 유닛을 중심으로 양측에 동일한 수의 전지셀 어셈블리가 위치하고 있으며, 전지셀 어셈블리들은 전극단자들이 배터리 관리 유닛을 향하도록 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 관리 유닛과 배터리 커넥터는 복수의 와이어들을 포함하는 와이어 하니스에 의해 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 배터리 커넥터는 와이어 하니스의 일측 단부에 접속되어 있고, 와이어 하니스의 적어도 일부 및 배터리 커넥터는 팩 케이스의 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 와이어 하니스는 돌출 방향으로부터 절곡된 절곡부를 포함하며, 상기 절곡부에는 절곡 각도를 일정하게 유지하기 위한 고정부재가 부착 내지 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 고정부재는 고분자 필름의 일면에 점착제가 도포되어 있는 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 고정부재는, 절곡부의 일면에 부착되는 제 1 접착 테이프와, 절곡부의 타면에 부착되는 제 2 접착 테이프를 포함하고 있고, 상기 제 1 접착 테이프와 제 2 접착 테이프는 절곡부가 내장된 상태에서 양측 단부들이 상호 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 8 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 실리콘 수지 및 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는 전지셀 어셈블리 및 배터리 관리 유닛을 수납한 상태에서 전극단자들과 단자 접속부들을 용접할 수 있도록 일면이 개방된 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 팩 케이스의 개방된 일면을 커버하는 커버부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, 스마트폰, MP3, 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 상대적으로 좁은 면에 외향 돌출된 전극단자들이 위치하는 판상형 전지셀들을 둘 이상 포함하는 전지셀 어셈블리로서,
    전지팩 제조 시 상기 전지셀 어셈블리와 배터리 관리 유닛의 용접 또는 솔더링에 의한 상호 전기적 접속이 용이하도록, 전지셀 어셈블리의 판상형 전지셀들은 전극단자들이 동일한 방향을 향하면서 판상형 전지셀들의 상대적으로 넓은 면이 서로 대면하여 적층 또는 배열되어 있고, 용접 방향인 판상형 전지셀의 상대적으로 넓은 면 쪽에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 2개의 판상형 전지셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 상이한 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들의 위치가 서로 동일한 구조이고, 용접 방향에서 전극단자들이 서로 겹치지 않도록 적층 또는 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들의 위치가 비대칭인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들은 각각 전극단자들이 위치한 변을 이등분하는 중심축을 기준으로 전극단자들이 일측으로 편향되어 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀들의 계면에 접착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
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