KR20170046223A - 2차 전지 어셈블리 - Google Patents

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KR20170046223A
KR20170046223A KR1020150145974A KR20150145974A KR20170046223A KR 20170046223 A KR20170046223 A KR 20170046223A KR 1020150145974 A KR1020150145974 A KR 1020150145974A KR 20150145974 A KR20150145974 A KR 20150145974A KR 20170046223 A KR20170046223 A KR 20170046223A
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secondary battery
battery cells
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board
housing
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KR1020150145974A
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조희근
이덕규
임철우
김진규
신근수
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안동대학교 산학협력단
한국과학기술원
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—

Abstract

인공위성과 같은 가혹한 환경에서 사용되는 2차 전지 어셈블리가 개시된다. 개시된 2차 전지 어셈블리는, 금속으로 이루어진 하우징(housing), 하우징 내부에 수용되는 것으로, 세워진 상태로 행렬을 이루며 배열되고, 상단 및 하단 중 하나에 양극의 전극(anode)이 형성되고 다른 하나에 음극의 전극(cathode)이 형성된 복수의 2차 전지 셀(battery cell), 금속으로 이루어지며, 복수의 2차 전지 셀의 전극에 전기적으로 연결되는 연결 태그(tag), 플라스틱으로 이루어지고, 복수의 2차 전지 셀의 상단부 및 상단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 상측 홀더 보드(holder board), 플라스틱으로 이루어지고, 복수의 2차 전지 셀의 하단부 및 하단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 하측 홀더 보드, 및 복수의 2차 전지 셀의 충전 및 방전을 제어하기 위한 회로가 형성된 제어용 PCB(printed circuit board)를 구비하고, 하우징은 복수의 2차 전지 셀이 수용된 공간의 상측 및 하측 중 일 측에 제어용 PCB를 내포하고 고정 지지하는 PCB 박스(box)를 구비하는 2차 전지 어셈블리를 제공한다.

Description

2차 전지 어셈블리{Secondary battery assembly}
본 발명은 2차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 2차 전지 셀(cell)과 이들의 충전 및 방전을 제어하는 제어용 PCB가 하우징 내에 포함된 2차 전지 어셈블리에 관한 것이다.
2차 전지는 방전과 충전을 반복하는 전지로서, 모바일 폰(mobile phone)과 같은 소형 전자기기에서부터 자동차, 인공위성과 같은 큰 장치에도 적용된다. 자동차, 인공위성과 같은 장치에 적용되는 2차 전지는 복수 개의 2차 전지 셀(cell)을 모아서 전기적으로 연결하여 스택(stack)을 형성하여 높은 전압, 큰 전력, 및 긴 사용 시간을 충족시키려 하고 있다.
인공위성의 전자 기기에 전기를 공급하는 종래의 2차 전지는 인접한 2차 전지 셀이 빈틈없이 서로 밀착되어 2차 전지 셀이 충전 및 방전 과정에서 부풀어 올라 성능 저하 또는 고장이 발생될 수 있고 폭발 등 안전상 위험이 발생될 수도 있다. 또한, 2차 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 통전 가능하게 연결하는 연결 태그(tag)가 노출되어 있거나 금속 소재의 브라켓(bracket)에 지지되어 누전이나 합선의 우려도 있다. 상기한 문제는 압력이 극히 낮고, 일출 여부에 따라 심한 온도 차가 발생하는 인공 위성의 극한 작동 환경에서 더욱 심각하다.
대한민국 등록특허공보 제10-0501416호 대한민국 등록특허공보 제10-1051446호
본 발명은, 진동, 충격, 온도 변화 등이 심한 가혹한 환경에서 복수의 2차 전지 셀이 안전하게 보호되고, 복수의 2차 전지 셀과, 이들의 충전 및 방전을 제어하는 제어용 PCB가 구분된 공간에 분리 배치되는 2차 전지 어셈블리를 제공한다.
또한 본 발명은, 이웃한 2차 전지 셀 간에 적절한 간격을 유지시켜 주어 2차 전지 셀이 팽창할 수 있는 여유 공간을 제공하고 방열을 촉진하는 2차 전지 어셈블리를 제공한다.
본 발명은, 금속으로 이루어진 하우징(housing), 상기 하우징 내부에 수용되는 것으로, 세워진 상태로 행렬을 이루며 배열되고, 상단 및 하단 중 하나에 양극의 전극(anode)이 형성되고 다른 하나에 음극의 전극(cathode)이 형성된 복수의 2차 전지 셀(battery cell), 금속으로 이루어지며, 상기 복수의 2차 전지 셀의 전극에 전기적으로 연결되는 연결 태그(tag), 플라스틱으로 이루어지고, 상기 복수의 2차 전지 셀의 상단부 및 상기 상단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 상측 홀더 보드(holder board), 플라스틱으로 이루어지고, 상기 복수의 2차 전지 셀의 하단부 및 상기 하단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 하측 홀더 보드, 및 상기 복수의 2차 전지 셀의 충전 및 방전을 제어하기 위한 회로가 형성된 제어용 PCB(printed circuit board)를 구비하고, 상기 하우징은 상기 복수의 2차 전지 셀이 수용된 공간의 상측 및 하측 중 일 측에 상기 제어용 PCB를 내포하고 고정 지지하는 PCB 박스(box)를 구비하는 2차 전지 어셈블리를 제공한다.
상기 하우징은, 상측 및 하측이 개방된 직육면체 형상의 하우징 보디(housing body), 및 상기 하우징 보디의 개방된 하측을 폐쇄하는 베이스(base)를 더 구비하고, 상기 PCB 박스는, 상기 하우징 보디의 개방된 상측을 폐쇄하며 상기 제어용 PCB가 고정 지지되는 PCB 데크(deck), 및 상기 제어용 PCB가 외부에 노출되지 않도록 상기 PCB 데크를 폐쇄하는 커버(cover)를 구비할 수 있다.
상기 상측 홀더 보드에는, 상기 복수의 2차 전지 셀의 상단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 상측 셀 안착 홈, 및 상기 복수의 2차 전지 셀 상단의 전극에 연결된 연결 태그가 끼워지는 상측 태그 탑재 통공이 형성되고, 상기 하측 홀더 보드에는, 상기 복수의 2차 전지 셀의 하단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 하측 셀 안착 홈, 및 상기 복수의 2차 전지 셀 하단의 전극에 연결된 연결 태그가 끼워지는 하측 태그 탑재 통공이 형성될 수 있다.
본 발명의 2차 전지 어셈블리는, 상기 상측 홀더 보드와 겹쳐지게 결합되는 것으로, 상기 상측 태그 탑재 통공에 끼워진 연결 태그를 노출되지 않게 밀폐하는 상측 커버 보드(cover board), 및 상기 하측 홀더 보드와 겹쳐지게 결합되는 것으로, 상기 하측 태그 탑재 통공에 끼워진 연결 태그를 노출되지 않게 밀폐하는 하측 커버 보드를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 2차 전지 어셈블리는, 상기 하우징의 내측면에 고정되며, 상기 상측 홀더 보드를 상기 하우징 내부에서 흔들리지 않게 고정하는 고정 브라켓을 더 구비할 수 있다.
상기 하우징은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 상측 홀더 보드 및 하측 홀더 보드는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어질 수 있다.
상기 연결 태그는, 인접한 한 쌍의 2차 전지 셀 중 일 전지 셀의 양극 전극과 다른 일 전지 셀의 음극 전극에 각각 연결되는 한 쌍의 단자부, 상기 한 쌍의 단자부에 연결되고, 상하 방향의 진동을 완충하도록 지그재그(zigzag)로 연장된 한 쌍의 상하 방향 완충부, 및 상기 한 쌍의 상하 방향 완충부에 양 측단이 연결되고, 수평 방향의 진동을 완충하도록 지그재그로 연장된 수평 방향 완충부를 구비할 수 있다.
본 발명의 2차 전지 어셈블리는, 복수의 2차 전지 셀과 제어용 PCB가 분리 배치되어 외부 충격 또는 외부 불순물의 침입으로부터 보호되며, 복수의 2차 전지 셀의 전극을 연결하는 전선 및 단자들과 제어용 PCB 사이에 단선(short)이 방지되고, 복수의 2차 전지 셀과 상기 제어용 PCB에서 발생하는 열이 합쳐짐으로 인한 과열과, 그로 인한 오작동 및 고장이 방지된다.
또한, 상기 제어용 PCB와 복수의 2차 전지 셀이 커넥터(connector)와 짧은 전선에 의해 전기적으로 연결되므로 노이즈(noise) 발생 가능성이 적고, 물리적 손상 가능성도 적다.
또한 본 발명의 2차 전지 어셈블리는, 복수의 2차 전지 셀을 플라스틱으로 이루어진 상측 홀더 보드와 하측 홀더 보드로 서로 이격되게 지지하고 하우징 내부에 고정하는 구성을 구비하여, 2차 전지 셀이 팽창할 수 있는 여유 공간을 제공하고 방열을 촉진하며, 진동, 충격, 온도 변화 등이 심한 가혹한 환경에서 복수의 2차 전지 셀을 안전하게 보호하고, 누전이나 합선도 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 어셈블리를 도시한 사시도로서, PCB 박스를 분해 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 2차 전지 어셈블리에서 PCB 박스를 제외한 부분을 도시한 분해 사시도로서, 도 2는 위에서 본 도면이고, 도 3은 아래에서 본 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3의 복수의 2차 전지 셀과 상측 지지 보드와 하측 지지 보드를 도시한 분해 사시도로서, 도 4는 위에서 본 도면이고, 도 5는 아래에서 본 도면이다.
도 6은 도 2의 연결 태그(tag)를 대체하는 다른 예의 연결 태그를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 어셈블리를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 어셈블리를 도시한 사시도로서, PCB 박스를 분해 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 2차 전지 어셈블리에서 PCB 박스를 제외한 부분을 도시한 분해 사시도로서, 도 2는 위에서 본 도면이고, 도 3은 아래에서 본 도면이며, 도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3의 복수의 2차 전지 셀과 상측 지지 보드와 하측 지지 보드를 도시한 분해 사시도로서, 도 4는 위에서 본 도면이고, 도 5는 아래에서 본 도면이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 어셈블리(10)는 하우징(housing), 복수의 2차 전지 셀(battery cell)(1), 연결 태그(45, 46), 상측 홀더 보드(holder board)(30), 하측 홀더 보드(20), 상측 커버 보드(cover board)(38), 하측 커버 보드(28), 고정 브라켓(bracket)(60), 및 제어용 PCB(printed circuit board)(74)를 구비한다.
상기 하우징은 상측 및 하측이 개방된 직육면체 형상의 하우징 보디(housing body)(15)와, 하우징 보디(15)의 개방된 하측을 폐쇄하는 직사각형 플레이트(plate) 형상의 베이스(base)(11)와, 하우징 보디(15)의 상측에 배치되고, 제어용 PCB(74)를 내포하는 PCB 박스(box)(70)를 구비한다.
하우징 박스(70)는 상측이 개방된 직육면체 형상의 PCB 데크(deck)(71)와, PCB 데크(71)의 개방된 상측을 폐쇄하는 직사각형 플레이트 형상의 커버(cover)(75)를 구비한다. PCB 데크(71) 내부의 바닥면에는 복수의 2차 전지 셀(1)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 회로가 형성된 제어용 PCB(printed circuit board)(74)가 고정 지지된다. 커버(75)에 의해 PCB 데크(71)가 폐쇄되면 제어용 PCB(71)가 외부에 노출되지 않게 된다.
하우징 보디(15), 베이스(11), 및 PCB 박스(70)는 강한 외부 충격에 견딜 수 있고, 2차 전지 어셈블리(10)가 지지되는 바닥과 접지되도록 금속으로 이루어진다. 바람직하게는, 강성은 유지되면서도 경량으로 제작할 수 있도록 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 베이스(11)의 상측면에는 코너(corner) 부분이 곡선 처리된 직사각형 폐곡선 형상으로 돌출된 리브(rib)(13)가 마련된다. 상기 리브(13)에 의해 한정된 내부의 직사각형 영역에는 하측 홀더 보드(20) 및 하측 커버 보드(28)가 끼워진다. 이로써, 하측 홀더 보드(20) 및 하측 커버 보드(28)가 베이스(11)의 상측면에 지지된 채 흔들리지 않게 된다.
복수의 2차 전지 셀(1)은 각각 세워진 상태로 하우징 내부에 수용된다. 2차 전지 셀(1) 각각은 원통 형상으로 상단 및 하단 중 하나에 양극(+)의 전극(anode)(2)이 형성되고, 다른 하나에 음극(-)의 전극(cathode)(3)이 형성된다. 2차 전지 셀(1)은 사각 기둥 형상의 2차 전지 셀에 비해 출력 전압 대비 무게가 가벼워 복수의 2차 전지 셀(1)을 연결 태그(tag)(45, 46)를 이용하여 직렬 및 병렬로 연결함으로써 출력 전압의 범위와 방전 가능 시간을 다양하게 설계할 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 실시예에서 복수의 2차 전지 셀(1)은 8×6 행렬을 이루며 배열된다. X축과 평행한 방향으로 8개씩의 2차 전지 셀(1)은 직렬 연결 태그(45)를 이용하여 직렬 연결되고, 양 끝 열의 6개씩의 2차 전지 셀(1)은 병렬 연결 태그(46)를 이용하여 병렬로 연결된다. 다만, 도 2 내지 도 5에는 병렬 연결 태그(46)들을 병렬로 연결하는 리드(lead)는 도시되지 않고 생략되어 있다. 예를 들어, 2차 전지 셀(1) 각각은 3.5V의 출력 전압을 나타낼 수 있으며, 8×6 행렬을 이루며 직렬 및 병렬로 연결된 복숭의 2차 전지 셀(1)은 28V의 출력 전압을 나타낼 수 있다.
연결 태그(45, 46)는 금속으로 이루어진 작은 금속 조각(piece) 형상으로서, 예컨대, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다. 직렬 연결 태그(45)는 인접한 한 쌍의 2차 전지 셀(1) 중 하나 양극 전극(2)과 다른 하나의 음극 전극(3)을 연결한다. 병렬 연결 태그(46)는 2차 전지 셀(1)의 양극 또는 음극 전극(2, 3)과 상기 리드(미도시)를 연결한다.
상측 홀더 보드(30)는 코너(corner) 부분이 곡선 처리된 직사각형 보드로서, 복수의 2차 전지 셀(1)의 상단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 상측 셀 안착 홈(31, 34)과, 복수의 2차 전지 셀(1) 상단의 전극(2, 3)에 연결된 연결 태그(45, 46)가 끼워지는 상측 태그 탑재 통공(33, 36)이 형성된다. 상측 셀 안착 홈(31, 34)의 오목한 바닥면(32, 35)의 일 부분이 상측 홀더 보드(30)를 두께 방향으로 관통하도록 더욱 깊게 파여져 상측 태그 탑재 통공(33, 36)이 형성된다.
직렬 연결 태그(45)에 의해 직렬 연결되는 2차 전지 셀(1) 상단부가 끼워지는 상측 셀 안착 홈(31)은 직렬 연결 태그(45)가 끼워지는 상측 태그 탑재 통공(33)에 의해 이어져 있다. 병렬 연결 태그(46)의 일 측단은 상측 태그 탑재 통공(36)에 끼워져 상측 셀 안착 홈(34)에 안착되는 2차 전지 셀(1) 상단의 전극(2, 3)에 연결되고, 병렬 연결 태그(46)의 타 측단은 상측 홀더 보드(30)의 양 측 단부의 상측면에서 음각 형성된 병렬 연결 태그 탑재 홈(37)에 안착된다.
상측 커버 보드(38)는 상측 홀더 보드(30)와 겹쳐지게 결합되며, 상측 태그 탑재 통공(33, 36)에 끼워진 연결 태그(45, 46)를 노출되지 않게 밀폐한다. 상측 커버 보드(38)와 상측 홀더 보드(30)는 볼트(bolt)와 같은 체결구 또는 접착제를 이용하여 결합될 수 있다. 도시되진 않았으나, 상측 커버 보드(38)의 양 측 단부의 하측면에 복수의 병렬 연결 태그(46)의 타 측단과 전기적으로 연결되도록 Y축과 평행하게 연장된 리드(lead)가 마련될 수 있다. 상측 커버 보드(38)에 의해 연결 태그(45, 46)가 노출되지 않으므로 먼지나 이물질에 의한 합선(short) 또는 연결 태그(45, 46)의 손상이 예방된다.
하측 홀더 보드(20)는 코너(corner) 부분이 곡선 처리된 직사각형 보드로서, 복수의 2차 전지 셀(1)의 하단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 하측 셀 안착 홈(21)과, 복수의 2차 전지 셀(1) 하단의 전극(2, 3)에 연결된 연결 태그(45, 46)가 끼워지는 하측 태그 탑재 통공(23)이 형성된다. 하측 셀 안착 홈(21)의 오목한 바닥면(22)의 일 부분이 하측 홀더 보드(20)를 두께 방향으로 관통하도록 더욱 깊게 파여져 하측 태그 탑재 통공(23)이 형성된다.
직렬 연결 태그(45)에 의해 직렬 연결되는 2차 전지 셀(1) 하단부가 끼워지는 하측 셀 안착 홈(21)은 직렬 연결 태그(45)가 끼워지는 하측 태그 탑재 통공(23)에 의해 이어져 있다. 병렬 연결 태그(46)의 일 측단은 하측 홀더 보드(20)의 양 측 단부의 하측면에서 음각 형성된 병렬 연결 태그 탑재 홈(37)에 안착되고, 병렬 연결 태그(46)의 타 측단은 상기 병렬 연결 태그 탑재 홈(37)에 인접한 하측 태그 탑재 통공(23)에 끼워져 하측 셀 안착 홈(21)에 안착되는 2차 전지 셀(1) 하단의 전극(2, 3)에 연결된다.
하측 커버 보드(28)는 하측 홀더 보드(20)와 겹쳐지게 결합되며, 하측 태그 탑재 통공(23)에 끼워진 연결 태그(45, 46)를 노출되지 않게 밀폐한다. 하측 커버 보드(28)와 하측 홀더 보드(20)는 볼트(bolt)와 같은 체결구 또는 접착제를 이용하여 결합될 수 있다. 도시되진 않았으나, 하측 커버 보드(28)의 양 측 단부의 상측면에 복수의 병렬 연결 태그(46)의 일 측단과 전기적으로 연결되도록 Y축과 평행하게 연장된 리드(lead)가 마련될 수 있다. 하측 커버 보드(28)에 의해 연결 태그(45, 46)가 노출되지 않으므로 먼지나 이물질에 의한 합선(short) 또는 연결 태그(45, 46)의 손상이 예방된다.
서로 결합된 하측 홀더 보드(20)와 하측 커버 보드(28)는 베이스(11) 상측면의 리브(13)에 의해 한정되는 직사각형 공간에 안착된다. 이에 따라, 하측 홀더 보드(20)와 하측 커버 보드(28)는 흔들리지 않게 베이스(11)의 상측면에 지지된다.
상측 홀더 보드(30), 하측 홀더 보드(20), 상측 커버 보드(38), 및 하측 커버 보드(28)는 연결 태그(45, 46) 및 2차 전지 셀(1)의 전극(2, 3)과의 누전이나 합선을 예방할 수 있도록 절연성의 플라스틱(plastic)으로 형성된다. 바람직하게는, 외부 충격 및 진동으로부터 2차 전지 셀(1)을 보호하도록 강성이 우수하고 전기 절연성도 우수한 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 2차 전지 어셈블리(10)는, 상측 홀더 보드(30), 하측 홀더 보드(20), 상측 커버 보드(38), 및 하측 커버 보드(28)를 유리섬유강화플라스틱으로 형성하고, 하우징을 구성하는 금속 부재(11, 15, 71, 75)의 두께를 줄임으로써, 복수의 2차 전지 셀(1)을 외부 충격과 진동으로부터 보호하는 충분한 강성을 확보하면서도 무게를 줄일 수 있다.
상기 2차 전지 어셈블리(10)는, 복수의 2차 전지 셀을 플라스틱으로 이루어진 상측 홀더 보드와 하측 홀더 보드로 서로 이격되게 지지하여 2차 전지 셀(1)이 팽창할 수 있는 여유 공간이 마련되고 방열이 촉진되므로 과열 및 폭발 위험이 감소된다. 또한, 플라스틱으로 형성된 하측 및 상측 홀더 보드(20, 30)는 금속으로 형성된 것보다 형태 복원력이 우수하여 반복되는 외부 충격이나 진동에도 셀 안착 홈(21, 31, 34) 및 태그 탑재 통공(23, 33, 36)이 헐거워지지 않으므로, 피로 누적에 의한 2차 전지 셀(1) 및 연결 태그(45, 46)의 손상이 억제되고, 내구성이 향상된다.
고정 브라켓(60)은 하우징 보디(15)의 내측면에 고정되며, 서로 결합된 상측 홀더 보드(30)와 상측 커버 보드(38)를 하우징 내부에서 흔들리지 않게 고정한다. 구체적으로, 고정 브라켓(60)은 하측에 단차진 걸림턱(63)을 구비하고, 상기 결합된 상측 홀더 보드(30)와 상측 커버 보드(38)의 외주 모서리가 상기 단차진 걸림턱(63)에 끼워진다. 고정 브라켓(60)의 외측에서 돌출된 복수의 볼트 체결부(61)는 하우징 보디(15)의 내측면에서 돌출된 복수의 볼트 체결부(18)에 지지되고, 볼트(bolt)(미도시)에 의해 상기 볼트 체결부(18, 61)가 체결되어 고정 브라켓(60)이 하우징 보디(15)에 고정되며, 이에 따라 2차 전지 셀(1)의 상단부를 지지하는 상측 홀더 보드(30)와 이에 결합된 상측 커버 보드(38)도 하우징 내부에서 고정된다. 고정 브라켓(60)은 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 하우징을 구성하는 부재(11, 15, 71, 75)와 마찬가지로 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
첨부된 도면에 도시되진 않았으나, 상기 볼트에 의해 상기 볼트 체결부(18, 61)가 체결된 때 상기 볼트의 헤드(head)와 고정 브라켓(60)의 볼트 체결부(61) 사이에 와셔 스프링(미도시)이 개재될 수 있다. 상기 와셔 스프링은 링(ring) 형상의 판 스프링으로, 2차 전지 어셈블리(10)는 외부에서 강한 충격이나 진동이 발생하더라도 상기 와셔 스프링에 의해 2차 전지 셀(1)에 전달되는 충격이나 진동이 완충된다.
제어용 PCB(71)에 형성된 회로에 의해 복수의 2차 전지 셀(1)의 충전 및 방전을 제어하는, 소위 BMS(battery management system)이라고 불리우는 콘트롤러(controller)가 구현된다. 상기 BMS는 복수의 2차 전지 셀(1)을 균일하게 충전하는 기능을 수행하는 전지 셀 균등화 모듈(CEM: cell equalization module)과, 상기 전지 셀 균등화 모듈을 제어하고 복수의 2차 전지 셀(1)의 상태를 파악하는 기능을 수행하는 전지 제어 모듈(BCM: battery control module)을 구비한다.
전지 셀 균등화 모듈(CEM)은 복수의 2차 전지 셀(3)을 균일하게 충전하는 기능과 함께 2차 전지 셀(1)의 과충전, 과방전, 과전류, 및 단락(short) 방지 기능을 수행한다. 전지 제어 모듈(BCM)은 2차 전지 셀(1)의 상태를 파악하기 위하여 2차 전지 셀(1)의 전압 및 전류를 측정하고, 센서를 통해 2차 전지 셀(1)의 온도를 측정한다. 또한, 전지 제어 모듈(BCM)은 예컨대, 인공 위성과 같은 2차 전지 어셈블리(10)에서 전력을 공급받는 장치에 탑재된 컴퓨터(computer)(미도시)와 전기 신호를 통신하고, 전력 공급기(power supply)로부터 BMS의 작동에 필요한 전력을 공급받는다.
제어용 PCB(71)가 PCB 박스(70) 내부에 수용되어 복수의 2차 전지 셀(1)이 수용된 공간과 분리되므로, 외부 충격 또는 외부 불순물의 침입으로부터 제어용 PCB(71)가 보호되며, 복수의 2차 전지 셀(1)의 전극(2, 3)을 연결하는 연결 태그(45, 46) 및 리드(lead)와 제어용 PCB(71) 사이에 단선(short)이 방지되고, 복수의 2차 전지 셀(1)과 제어용 PCB(71)에서 발생하는 열이 합쳐짐으로 인한 과열과, 그로 인한 오작동 및 고장이 방지된다.
제어용 PCB(71)와 복수의 2차 전지 셀(1)이 커넥터(connector)와 짧은 전선에 의해 전기적으로 연결되므로 노이즈(noise) 발생 가능성이 적고, 물리적 손상 가능성도 적다. 한편, 도 1에 도시된 실시예에서는 PCB 박스(70)가 하우징 보디(15) 위에 결합된 구성이 도시되어 있으나 본 발명의 2차 전지 어셈블리는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, PCB 박스(70)가 하우징 보디(15) 아래에 배치될 수도 있다.
도 6은 도 2의 연결 태그(tag)를 대체하는 다른 예의 연결 태그를 도시한 사시도이다. 도 6을 참조하면, 연결 태그(50)는 도 2의 직렬 연결 태그(45)를 대체하는 직렬 연결 태그로서, 한 쌍의 단자부(51), 한 쌍의 상하 방향 완충부(53), 및 하나의 수평 방향 완충부(52)를 구비한다. 한 쌍의 단자부(51)는 직렬 연결 태그(50)의 양 측 말단에 배치되고, 인접한 한 쌍의 2차 전지 셀(1) 중 일 전지 셀의 양극 전극(2)과 다른 일 전지 셀(1)의 음극 전극(3)에 각각 연결된다.
한 쌍의 상하 방향 완충부(53)는 상기 한 쌍의 단자부(51)에 연결되며, 상하 방향의 진동을 완충하도록 지그재그(zigzag)로 연장된다. 하나의 수평 방향 완충부(52)는 직렬 연결 태그(50)의 중앙에 배치되어 한 쌍의 상하 방향 완충부(53)에 양 측단이 연결되며, 수평 방향의 진동을 완충하도록 지그재그로 연장된다. 상기 직렬 연결 태그(50)도 도 4 및 도 5의 직렬 연결 태그(45)와 마찬가지로, 예컨대, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 상하 방향 완충부(53) 및 수평 방향 완충부(52)에 의해 외부 충격이나 진동이 가해지더라도 직렬 연결 태그(50)의 파손이 억제되며 내구성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 2차 전지 셀 10: 2차 전지 어셈블리
11: 베이스 15: 하우징 보디
20: 하측 홀더 보드 30: 상측 홀더 보드
60: 고정 브라켓 70: PCB 박스
71: PCB 데크 74: 제어용 PCB

Claims (8)

  1. 금속으로 이루어진 하우징(housing); 상기 하우징 내부에 수용되는 것으로, 세워진 상태로 행렬을 이루며 배열되고, 상단 및 하단 중 하나에 양극의 전극(anode)이 형성되고 다른 하나에 음극의 전극(cathode)이 형성된 복수의 2차 전지 셀(battery cell); 금속으로 이루어지며, 상기 복수의 2차 전지 셀의 전극에 전기적으로 연결되는 연결 태그(tag); 플라스틱으로 이루어지고, 상기 복수의 2차 전지 셀의 상단부 및 상기 상단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 상측 홀더 보드(holder board); 플라스틱으로 이루어지고, 상기 복수의 2차 전지 셀의 하단부 및 상기 하단부의 전극에 연결된 연결 태그를 흔들리지 않게 지지하는 하측 홀더 보드; 및, 상기 복수의 2차 전지 셀의 충전 및 방전을 제어하기 위한 회로가 형성된 제어용 PCB(printed circuit board);를 구비하고,
    상기 하우징은 상기 복수의 2차 전지 셀이 수용된 공간의 상측 및 하측 중 일 측에 상기 제어용 PCB를 내포하고 고정 지지하는 PCB 박스(box)를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상측 및 하측이 개방된 직육면체 형상의 하우징 보디(housing body), 및 상기 하우징 보디의 개방된 하측을 폐쇄하는 베이스(base)를 더 구비하고,
    상기 PCB 박스는, 상기 하우징 보디의 개방된 상측을 폐쇄하며 상기 제어용 PCB가 고정 지지되는 PCB 데크(deck), 및 상기 제어용 PCB가 외부에 노출되지 않도록 상기 PCB 데크를 폐쇄하는 커버(cover)를 구비한 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상측 홀더 보드에는, 상기 복수의 2차 전지 셀의 상단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 상측 셀 안착 홈, 및 상기 복수의 2차 전지 셀 상단의 전극에 연결된 연결 태그가 끼워지는 상측 태그 탑재 통공이 형성되고,
    상기 하측 홀더 보드에는, 상기 복수의 2차 전지 셀의 하단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 하측 셀 안착 홈, 및 상기 복수의 2차 전지 셀 하단의 전극에 연결된 연결 태그가 끼워지는 하측 태그 탑재 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 상측 홀더 보드와 겹쳐지게 결합되는 것으로, 상기 상측 태그 탑재 통공에 끼워진 연결 태그를 노출되지 않게 밀폐하는 상측 커버 보드(cover board); 및, 상기 하측 홀더 보드와 겹쳐지게 결합되는 것으로, 상기 하측 태그 탑재 통공에 끼워진 연결 태그를 노출되지 않게 밀폐하는 하측 커버 보드;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내측면에 고정되며, 상기 상측 홀더 보드를 상기 하우징 내부에서 흔들리지 않게 고정하는 고정 브라켓;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 상측 홀더 보드 및 하측 홀더 보드는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 태그는, 인접한 한 쌍의 2차 전지 셀 중 일 전지 셀의 양극 전극과 다른 일 전지 셀의 음극 전극에 각각 연결되는 한 쌍의 단자부, 상기 한 쌍의 단자부에 연결되고, 상하 방향의 진동을 완충하도록 지그재그(zigzag)로 연장된 한 쌍의 상하 방향 완충부, 및 상기 한 쌍의 상하 방향 완충부에 양 측단이 연결되고, 수평 방향의 진동을 완충하도록 지그재그로 연장된 수평 방향 완충부를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 어셈블리.
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