KR20170101604A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀더케이스의 일 영역에 절개부를 형성함에 의해 별도의 접착제나 테이프 없이 써미스터를 배터리 셀의 외주면에 용이하게 접촉시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 양단에 전극부를 구비하며, 길이 방향으로 평행하게 배치된 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 홀더케이스; 및 상기 홀더케이스 외면에 장착되며, 상기 홀더케이스와 대면하는 일 영역으로부터 연장된 온도측정소자를 구비하는 보호회로모듈;을 포함하되, 상기 온도측정소자와 대응하는 위치의 홀더케이스에는 상기 홀더케이스의 일부가 제거된 삽입부가 형성되고, 상기 온도측정소자가 상기 삽입부를 통해 삽입되어 상기 배터리 셀의 외주면에 안착된다. 이러한 구성에 의하여, 배터리 셀의 온도 측정의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라, 조립이 단순화되어 생산성이 향상될 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제조경쟁력을 강화할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 배터리 셀의 출력과 용량으로 일정시간 동안 작동이 가능하다. 그러나, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량을 높일 수 있도록 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 대용량의 배터리 팩을 구성한다.
이때, 복수의 배터리 셀은 이웃한 배터리 셀과 연결탭에 의하여 전기적으로 연결된다. 그리고, 이러한 배터리 팩은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
이와 같이, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩은 안전성을 위하여 다양한 보호소자 등을 더 포함한다. 이 중 온도측정소자는 배터리 셀의 온도를 측정하는 부품으로서, 배터리 셀의 온도가 상승하는 것을 센싱하고, 배터리 팩이 발열 또는 발화하기 전에 이를 보호회로모듈에 전달하여 배터리 팩에 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
본 발명은 홀더케이스의 일 영역에 삽입부를 형성함에 의해 별도의 접착제나 테이프 없이 온도측정소자를 배터리 셀의 외주면에 용이하게 접촉시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 양단에 전극부를 구비하며, 길이 방향으로 평행하게 배치된 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 홀더케이스; 및 상기 홀더케이스 외면에 장착되며, 상기 홀더케이스와 대면하는 일 영역으로부터 연장된 온도측정소자를 구비하는 보호회로모듈;을 포함하되, 상기 온도측정소자와 대응하는 위치의 홀더케이스에는 상기 홀더케이스의 일부가 제거된 삽입부가 형성되고, 상기 온도측정소자가 상기 삽입부를 통해 삽입되어 상기 배터리 셀의 외주면에 안착된다.
이때, 상기 온도측정소자는 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 사이에 위치될 수 있다.
그리고, 상기 온도측정소자가 위치된 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격이 상이하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 삽입부에 인접한 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격은 상기 온도측정소자의 단부가 위치된 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격보다 더 크게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 온도측정소자는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 타입으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀더케이스는 상기 복수의 배터리 셀의 측면 및 상기 측면으로부터 상기 복수의 배터리 셀의 양단에 위치된 상기 전극부를 향하는 면으로 절곡되어 상기 전극부의 둘레까지 형성될 수 있다.
게다가, 상기 전극부 둘레에 위치된 상기 홀더케이스는 상기 온도측정소자와 대응하는 상기 홀더케이스의 일 영역이 제거된 노출부를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 노출부는 힌지부로 커버되되, 상기 힌지부에는 상기 배터리 셀에 상기 온도측정소자가 안착된 영역이 오픈된 홀부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀의 전극부에는 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 연결탭이 형성되고, 상기 연결탭 상에는 절연부재가 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면 홀더케이스의 절개부에 써미스터를 삽입하여 배터리 셀의 외주면에 온도측정소자를 접촉시킴으로써, 배터리 셀의 온도 측정의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라, 조립이 단순화되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 전면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 후면 사시도.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도.
도 5는 도 4의 B 부분에 대한 확대도.
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 구성의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제 구성의 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 전면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 후면 사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 배터리 셀(10)과, 복수의 배터리 셀(10)을 수용하는 홀더케이스(20)와, 보호회로모듈(30) 및 복수의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하는 연결탭(40)을 포함한다. 이때, 보호회로모듈(30)은 홀더케이스(20) 외면에 장착되며, 홀더케이스(20)와 대면하는 일 영역으로부터 연장된 온도측정소자(31)를 구비할 수 있다.
먼저, 복수의 배터리 셀(10)은 양단에 전극부를 구비하며, 길이 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 배터리 셀(10) 각각은 충방전 가능한 원통형의 배터리 셀을 사용한다. 본 발명의 실시예에 따른 복수의 배터리 셀(10)은 5직렬 2병렬(5S * 2P)구조로 배열된다. 즉, 2개의 배터리 셀(10)이 병렬로 연결된 한 조의 배터리 셀(10) 그룹이 연결탭(40)에 의해 직렬로 5그룹이 형성될 수 있다. 연결탭(40)은 구리와 같은 전도성 소자 등으로 형성되어 복수의 배터리 셀(10) 그룹을 전기적으로 연결할 수 있다.
이하에서는 복수의 배터리 셀(10) 그룹의 연결 관계를 보다 상세하게 설명한다. 기본적으로 2개의 배터리 셀(10)이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 배터리 셀(10)들은 제1 단부인 일단이 제1 극성을 갖고 제2 단부인 타단이 제2 극성을 가질 수 있다. 배터리 셀(10)의 제1 단부의 전극부는 연결탭(40a, 40b)에 의해 전기적으로 연결되고, 배터리 셀(10)의 제2 단부의 전극부는 연결탭(40c, 40d)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 복수의 배터리 셀(10)의 제1 극성은 연결탭(42a)을 통해 보호회로모듈(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 복수의 배터리 셀(10)의 제2 극성은 연결탭(42b)을 통해 이웃하는 배터리 셀(10)들의 제1 극성과 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
이와 같이, 총 5그룹의 배터리 셀(10)들이 직렬 연결되며 마지막 배터리 셀(10)들의 제2 극성은 연결탭(42b)을 통해 보호회로모듈(30)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 상기 실시예는 5직렬 2병렬(5S*2P) 구조를 예시하여 설명하였으나, 상기 구조에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 연결 구조에 채용될 수 있음은 물론이다.
일반적으로 배터리 셀(10)은 그 내부에 양극 집전체와 음극 집전체 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체를 포함할 수 있으며, 전극조립체에 연결되어 외부로 노출되는 양극 전극단자와 음극 전극단자를 양단에 각각 구비할 수 있다. 이러한 양극 전극단자와 음극 전극단자는 본 발명에서 전극부에 해당될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 도면부호 42a 및 42b는 (+)대전류 탭 및 (-) 대전류 탭을 가리키며, 직병렬 연결된 복수의 배터리 셀(10)에서 양 끝단의 전원부를 나타낸다. 즉, (+)대전류 탭은 양극 전원부로서 최고 전위단, (-)대전류 탭은 음극 전원부로서 최저 전위단을 나타낼 수 있다. 이때, 보호회로모듈(30)에는 (+)대전류 탭(42a) 및 (-)대전류 탭(42b)이 관통되어 납땜 연결될 수 있도록 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 홀더케이스(20)는 복수의 배터리 셀(10)의 측면 및 측면으로부터 복수의 배터리 셀(11)의 양단에 위치된 전극부를 향하는 면으로 절곡되어, 전극부의 둘레까지 형성될 수 있다. 이러한 홀더케이스(20)는 외부로부터의 충격과 낙하 및 진동에 의한 배터리 팩의 내구성을 향상시킬 수 있다.
보호회로모듈(30)은 홀더케이스(20) 외면에 장착되어, 홀더케이스(20)와 대면하는 일 영역으로부터 연장된 온도측정소자(31)를 구비할 수 있다. 이러한 보호회로모듈(30)은 전자부품 등을 실장하고, 보호회로 등을 구성할 수 있으며, 이러한 보호회로모듈(30)은 홀더케이스(20)에 나사 결합되거나, 다른 체결수단에 의해 고정될 수 있다.
그리고, 보호회로모듈(30)에는 각 배터리 셀(10)과 연결하기 위한 단자가 구비된다. 각 배터리 셀(10)은 니켈 탭 등의 전기적 도선 역할을 하는 연결탭(40)을 통하여 보호회로모듈(30)에 구비된 단자와 연결된다. 연결 단자 등 본 발명과 직접적인 관련이 없는 구성에 대하여는 도면 상에서 생략하였다.
이때, 온도측정소자(31)와 대응하는 위치의 홀더케이스(20)에는 삽입부(21)가 형성될 수 있으며, 삽입부(21)는 홀더케이스(20)의 일부가 제거된 영역으로, 온도측정소자(31)가 삽입부(21)를 통하여 삽입됨에 의해 배터리 셀(20)의 외주면에 온도측정소자(31)의 일단부가 안착될 수 있다. 이와 같이, 온도측정소자(31)의 일단부를 삽입부(21)에 끼워넣는 방식으로 조립함으로써, 조립이 단순화될 뿐만 아니라 배터리 팩의 생산성이 향상될 수 있다.
이러한 온도측정소자(31)는 홀더케이스(20)와 배터리 셀(10)의 외주면 사이에 위치될 수 있다. 이때, 온도측정소자(31)가 위치된 홀더케이스(20)와 배터리 셀(10) 외주면 간의 간격이 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 삽입부(21)에 인접한 홀더케이스(20)와 배터리 셀(10) 외주면 간의 간격은, 온도측정소자(31)의 단부가 위치된 홀더케이스(20)와 배터리 셀(10) 외주면 간의 간격보다 더 크게 형성될 수 있다.
이와 같이, 삽입부(21) 측의 홀더케이스(20)와, 배터리 셀(10) 간의 간격이 더 크게 형성됨으로써, 온도측정소자(31)가 홀더케이스(20)의 삽입부(21)를 통하여 용이하게 삽입될 수 있다. 그리고, 온도측정소자(31)의 단부가 위치된 측의 홀더케이스(20)와, 배터리 셀(10) 간의 간격이 삽입부(21) 측보다 좁게 형성됨으로써, 온도측정소자(31)의 단부가 유동되는 것을 최소화할 수 있다. 이때, 온도측정소자(31)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 타입으로 형성될 수 있다. 이에 의해 배터리 셀(10)의 외주면을 따라 용이하게 밀착될 수 있다.
이때, 삽입부(21) 측의 홀더케이스(20)와, 배터리 셀(10) 간의 간격이 너무 넓게 형성되면, 온도측정소자(31)가 배터리 셀(10)의 외주면에 밀착되지 않을 수 있으므로, 가능한 오차 범위 이내로 형성되는 것이 바람직하다.
일반적으로 전지를 전원으로 하여 사용하는 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자기기에는 복수의 전지를 소정의 전압과 전류를 갖도록 병렬 또는 직렬로 연결시켜 일정 형상의 케이스에 조립한 배터리 팩(battery pack)이 사용된다. 이 경우 배터리 셀의 온도가 너무 높은 경우에는 배터리 셀의 손상을 유발할 수 있다. 또한, 배터리의 폭발로 인해 배터리 셀의 전원을 공급받는 시스템의 손상을 초래할 수도 있기 때문에 배터리 셀로부터 시스템에 전원을 공급하는 경우 그 배터리 셀의 온도를 제어하는 것이 통상적으로 매우 중요하다.
배터리 팩에 사용되는 온도측정소자로는 충전종료 조건으로 정해진 온도를 감지하기 위한 서미스터(Thermistor)가 있다. 배터리 셀이 일정 온도 이상이 되면 회로를 차단하고, 다시 일정 온도 이하가 되면 회로를 연결하는 서모 스탯, 배터리 셀이 소정의 온도 이상이 되면 회로를 차단하는 열 퓨즈, 배터리 셀이 소정의 온도 이상이 되면 급격하게 저항이 증가하는 양극온도계수소자 등을 예로 들 수 있다.
이러한 온도측정소자가 배터리 셀에 밀착되지 않는 경우, 배터리 셀에서 이상이 발생하더라도 정확한 온도를 측정할 수 없거나 온도 전달이 늦어지게 되어 보호회로의 동작이 뒤늦게 조치될 수 있으므로, 문제가 발생될 여지가 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 보호회로모듈(30)의 일면으로부터 연장된 온도측정소자(31)가 홀더케이스(20)의 삽입부(21)를 통해 삽입됨으로써, 접착제 또는 테이프 등의 별도의 부재 없이도 배터리 셀(10) 외주면에 안착 가능하도록 할 수 있다.
온도측정소자(31)는 일반적으로 코발트·구리·망가니즈·철·니켈·타이타늄 등의 산화물을 적당한 저항률과 온도계수를 가지도록 2~3종류 혼합하여 소결한 반도체일 수 있다. 그리고, 이와 같은 온도측정소자(31)는 일반적인 금속과는 달리, 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지고 있는데, 이것을 NTC(negative temperature coefficient)나 thermistor)라 한다. 반대로 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 정저항온도계수의 특성을 갖고 있는 온도측정소자(31)를 PTC(positive temperature coefficient)로 구분할 수 있다.
이와 같은 온도측정소자(31)는 열용량이 적어서 미소한 온도 변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로, 온도제어용 센서로 많이 이용될 수 있다. 온도측정소자(31)는 일반적으로 지지몸체의 단부에 온도센서(미도시)가 형성되고, 온도센서에서 센싱한 정보를 보호회로모듈(30)로 전달하는 전달부(미도시)가 형성될 수 있다.
그리고, 온도측정소자(31)는 패턴화된 배선을 통하여 보호회로모듈(30)에 연결될 수 있다. 또한, 보호회로모듈(30)의 여러 가지 특성을 배터리의 여러 가지 특성을 전압 및 전류 등 전기적인 신호로 입력받아 배터리를 보호하는 제어신호를 발생시키는 마이컴(미도시, Micom, Micro-computer)과 같은 제어부가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 B 부분에 대한 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 배터리 셀(10)의 전극부 둘레에 위치된 홀더케이스(20)는 온도측정소자(31)와 대응하는 홀더케이스(20)의 일 영역이 제거된 노출부(24)를 더 포함할 수 있다. 이러한 노출부(24)는 힌지부(22)로 커버되되, 힌지부(22)에는 배터리 셀(10)에 온도측정소자(31)가 안착된 영역이 오픈된 홀부(23)가 형성될 수 있다.
이에 의해 온도측정소자(31)가 배터리 셀(10)에 밀착되었는지 여부를 홀부(23)를 통하여 용이하게 확인할 수 있다. 이에 따라, 온도측정소자(31)가 배터리 셀(10)에 접촉되지 않는 경우, 힌지부(22)를 오픈하여 온도측정소자(31)의 안착 위치를 정확하게 조절할 수 있다.
이와 같이, 홀더케이스(20)에 삽입부(21)에 보호회로모듈(30)의 온도측정소자(31)가 삽입됨에 의해 별도의 부재 없이 온도측정소자(31)가 배터리 셀(10)에 밀착되도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(10)에서 발생하는 열을 보다 정확하게 감지할 수 있음으로써, 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 원통형 이차 전지에 대하여 설명하였으나, 원통형 이차 전지 외에 캔형, 파우치형 등 다양한 형태의 이차 전지에 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
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 : 배터리 셀 20 : 홀더케이스
21: 삽입부 22 : 힌지부
23 : 홀부 24 : 노출부
30 : 보호회로모듈 31 : 온도측정소자
40 : 연결탭 50 : 절연부재

Claims (9)

  1. 양단에 전극부를 구비하며, 길이 방향으로 평행하게 배치된 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 홀더케이스; 및
    상기 홀더케이스 외면에 장착되며, 상기 홀더케이스와 대면하는 일 영역으로부터 연장된 온도측정소자를 구비하는 보호회로모듈;을 포함하되,
    상기 온도측정소자와 대응하는 위치의 홀더케이스에는 상기 홀더케이스의 일부가 제거된 삽입부가 형성되고, 상기 온도측정소자가 상기 삽입부를 통해 삽입되어 상기 배터리 셀의 외주면에 안착되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정소자는 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 사이에 위치되는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도측정소자가 위치된 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격이 상이하게 형성되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 삽입부에 인접한 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격은 상기 온도측정소자의 단부가 위치된 상기 홀더케이스와 상기 배터리 셀 외주면 간의 간격보다 더 크게 형성되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정소자는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 타입으로 형성되는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀더케이스는 상기 복수의 배터리 셀의 측면 및 상기 측면으로부터 상기 복수의 배터리 셀의 양단에 위치된 상기 전극부를 향하는 면으로 절곡되어 상기 전극부의 둘레까지 형성되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극부 둘레에 위치된 상기 홀더케이스는 상기 온도측정소자와 대응하는 일 영역이 제거된 노출부를 더 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노출부는 힌지부로 커버되되, 상기 힌지부에는 상기 배터리 셀에 상기 온도측정소자가 안착된 영역이 오픈된 홀부가 형성되는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 전극부에는 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결시키는 연결탭이 형성되고, 상기 연결탭 상에는 절연부재가 형성되는 배터리 팩.
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