KR20190055609A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 내구성 및 안전성 향상을 위하여, 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치되며, 각각이 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는, 복수개의 단위 전지들; 상기 복수개의 단위 전지들 상부에 배치된 보호회로모듈; 및 상기 제1 방향을 따라 상기 복수개의 단위 전지들 상에 배치되고, 제1 온도소자, 제2 온도소자, 상기 제1 온도소자와 제2 온도소자를 연결하는 제1 플레이트 및 일단부가 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고 타단부가 상기 제1 온도소자와 상기 제2 온도소자 사이의 제1 플레이트와 전기적으로 연결된 제2 플레이트를 포함하는, 온도소자부를 구비하는, 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
무선인터넷이나 통신기술의 발달로 인하여 전원공급장치 없이 전지를 사용하여 운용 가능한 휴대용 전자기기의 사용이 보편화 되고 있다. 그 중 휴대용 컴퓨터는 소형이며 휴대가 간편하여 이동성이 뛰어난 장점이 있어 업무용 또는 개인용으로 널리 사용되고 있다. 휴대용 컴퓨터가 전원공급장치에 구애됨 없이 여러 장소에서 사용되기 위하여 배터리 팩을 구비할 수 있다. 배터리 팩은 충분한 출력을 제공하기 위하여 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 다수의 단위 전지들을 구비할 수 있다.
본 발명은 배터리 팩의 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1 방향(+x 방향)을 따라 서로 나란하게 배치되며, 각각이 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는, 복수개의 단위 전지들; 상기 복수개의 단위 전지들 상부에 배치된 보호회로모듈; 및 상기 제1 방향(+x 방향)을 따라 상기 복수개의 단위 전지들 상에 배치되고, 제1 온도소자, 제2 온도소자, 상기 제1 온도소자와 제2 온도소자를 연결하는 제1 플레이트 및 일단부가 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고 타단부가 상기 제1 온도소자와 상기 제2 온도소자 사이의 제1 플레이트와 전기적으로 연결된 제2 플레이트를 포함하는, 온도소자부를 구비하는, 배터리 팩이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 플레이트를 통해 흐르는 제1 전류, 상기 제2 플레이트와 상기 제1 플레이트가 접하는 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제1 온도소자 측으로 흐르는 제2 전류 및 상기 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제2 온도소자 측으로 흐르는 제3 전류를 포함하고, 상기 제1 전류는 상기 제2 전류와 상기 제3 전류의 합과 같을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 전류는 상기 제1 온도소자를 통과하고 상기 제3 전류는 상기 제2온도소자를 통과하며, 상기 제2 전류와 상기 제3 전류는 동일할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트는 제1 금속(Ni)을 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속(Cu)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 저항이 더 낮을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 열전도율이 더 높을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 용접으로 접합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 단자와 전기적으로 연결되는 제1 탭 및 상기 제2 단자와 전기적으로 연결되는 제2 탭을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도소자는 양단에 각각 배치된 제1 서브리드 및 제2 서브리드를 포함하고, 상기 제2 온도소자는 양단에 각각 배치된 제3 서브리드 및 제4 서브리드를 포함하며, 상기 제1 플레이트의 일단은 상기 제1 서브리드와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 플레이트의 타단은 상기 제3 서브리드와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 탭은 상기 제2 서브리드와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 탭은 상기 제4 서브리드와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 탭 및 상기 제2 탭은 제1 금속(Ni)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도소자의 상기 제1 서브리드 및 상기 제2 서브리드, 상기 제2 온도소자의 상기 제3 서브리드 및 상기 제4 서브리드는 상기 제2 금속(Cu)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트와 연결된 제3 온도소자를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제3 온도소자 측으로 흐르는 제4 전류를 더 포함하며, 상기 제4 전류는 상기 제2 전류 및 상기 제3 전류와 동일할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 동일한 재질을 포함하는 일체(一體)형일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 플레이트의 폭은 상기 제1 플레이트의 폭보다 넓을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 플레이트의 두께는 상기 제1 플레이트의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩의 내구성 및 안전성이 향상된 배터리 팩을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
아울러 본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터 도출될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 2은 도 1의 배터리 팩의 온도소자부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 3는 도 2의 온도소자부를 A-A선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2의 온도소자부를 개략적으로 도시하는 분해사시도이다.
도 5은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 7은 도 6의 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 분해사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩은 복수개의 단위 전지(100)들, 복수개의 단위 전지(100)들 상부에 배치된 보호회로모듈(200), 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340), 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)를 포함하는 온도소자부(300)를 구비한다.
다수의 단위 전지(100)들은 제1 방향(+x 방향)을 따라 나란하게(side-by-side) 배치될 수 있다. 예컨대, 단위 전지(100)들은 일 측면, 예컨대 전면이 동일한 방향을 향하도록 나란하게 배치될 수 있다. 이웃하는 단위 전지(100)들은 측면끼리 서로 마주볼 수 있다. 단위 전지(100)는 재충전이 가능한 이차전지로서 리튬-이온 전지로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
복수개의 단위 전지(100)들 각각은 전지 케이스(110) 및 상기 전지 케이스(110)에 전해액과 함께 밀봉되는 전극 조립체(미도시)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(미도시)는 전극 활물질이 도포된 제1 전극판과 제2 전극판, 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극판은 양극판일 수 있고, 제2 전극판은 음극판일 수 있다. 전극 조립체는, 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 후 젤리롤 형태가 되도록 권취하여 제작될 수 있다. 본 실시예에서는 전극 조립체가 젤리롤 형태를 갖는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또 다른 실시예로서, 전극 조립체는, 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 적층체일 수 있다.
복수개의 단위 전지(100)들 각각은 전지 케이스(110)　외부로 연장되는 단자(111)을 포함하며, 상기 단자(111)는 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 제1 단자(112), 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 제2 단자(113)를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 제1 단자(112)와 제2 단자(113)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 단자(111)에 의해 단위 전지에서 발생한 전기화학적 에너지가 외부로 전달될 수 있다.
전지 케이스(110)는 전극조립체를 감싸는 부재로서 내부에 전극조립체를 수납할 수 있다. 따라서 전지 케이스(110)는 전극 조립체의 형태 및 크기에 대응하도록 구비될 수 있다.
복수개의 단위 전지(100)들 상부에는 보호회로모듈(200)이 배치될 수 있다. 보호회로모듈(200)은 복수개의 단위 전지(100)들과 전기적으로 연결되어 단위 전지(100)들의 충방전을 제어할 수 있으며, 과충전, 과방전 또는 과전류로 인해 발생되는 과열 및 폭발을 방지할 수 있다. 단위 전지(100)들의 전면에 구비된 제1,2 단자(112, 113)가　보호회로모듈(200)에 연결됨으로써 단위 전지(100)들과　보호회로모듈(200)은 전기적으로 연결될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 회로기판(210), 회로기판(210)에 마운트된 보호 소자들(220) 및 온도센서(230) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로기판(210)은 다수의 단위 전지(100)들의 배열 방향을 따라 길게 연장될 수 있다. 보호 소자(220)는 회로기판(210)의 저항 및 콘덴서와 같은 수동소자나 전계트랜지스터와 같은 능동소자로 이루어지는 안전 소자, 또는 집적 회로들이 선택적으로 형성될 수 있다.
회로기판(210)에는 단위 전지(100)를 직렬 또는/및 병렬로 연결할 수 있는 회로패턴이 형성되어 있다. 따라서, 각각의 단위 전지(100)의 단자(111)가 회로기판(210)에 직접 연결됨으로써, 복수개의 단위 전지(100)들은 보호 소자(220)의 구동에 따라 충방전 제어를 받을 수 있는 동시에 직렬 또는/및 병렬로 연결될 수 있다.
온도 센서(230)는 회로기판 상에 배치될 수 있으며, 단위 전지(100)의 온도를 센싱할 수 있다. 예컨대, 온도 센서(230)는 써미스터일 수 있다. 온도 센서(230)가 와이어형으로 구비되는 경우에는 온도 센서(230)는 케이블(미도시) 및 케이블의 일단에 구비된 본체(미도시)를 포함할 수 있다. 온도 센서(230)의 케이블의 타단은　보호회로모듈(200)에 전기적으로 연결되고, 본체에 의해 센싱된 온도 정보는 케이블을 통해　보호회로모듈(200)로 전달될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 팩은 제1 방향(+x 방향)을 따라 복수개의 단위 전지(100)들 상에 배치되는 온도소자부(300)를 포함한다. 온도소자부(300)는 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340), 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)를 포함할 수 있다. 이러한 온도소자부(300)에 대하여 이하의 도면들에서 자세히 설명한다.
도 2은 도 1의 배터리 팩의 온도소자부(300)를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 3는 도 2의 온도소자부(300)를 A-A선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이며, 도 4는 도 2의 온도소자부(300)를 개략적으로 도시하는 분해사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 온도소자부(300)는 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340), 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)를 전기적으로 연결하는 제1 플레이트(310) 및 보호회로모듈(200)과 제1 플레이트(310)를 전기적으로 연결하는 제2 플레이트(320)를 포함할 수 있다.
제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)는 단위 전지(100)의 온도가 기준치를 초과하는 경우 전류를 차단하는 퓨즈로서의 기능을 수행할 수 있다. 예컨대,　온도소자들(330, 340)는　TCO(thermal cutoff)일 수 있다. 제1 온도소자(330)는 양단에 각각 배치된 제1 서브리드(331) 및 제2 서브리드(332)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 온도소자(340)는 양단에 각각 배치된 제3 서브리드(341) 및 제4 서브리드(342)를 포함할 수 있다.
제1 플레이트(310)는 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340)를 전기적으로 연결하도록 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340) 사이에 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 플레이트(310)가 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340) 사이에 배치된다고 함은, 제1 플레이트(310)의 일단(310a)이 제1 온도소자(330)의 제1 서브리드(331)와 전기적으로 연결되고 제1 플레이트(310)의 타단(310b)이 제2 온도소자(340)의 제2 서브리드(332)와 전기적으로 연결되는 것을 의미할 수 있다. 이러한 제1 플레이트(310)는 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340)를 전기적으로 연결하기 위하여 금속성 소재로 형성될 수 있다.
제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(310) 상부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 예컨대 용접 방식을 통해 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 연결될 수 있다. 본 실시예에 따른 제2 플레이트(320)는 보호회로모듈(200)과 제1 플레이트(310)를 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 제2 플레이트(320)의 일단(320a)은 보호회로모듈(200)의 회로기판과 전기적으로 연결되고, 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340)를 연결하는 제1 플레이트(310)와 연결될 수 있다. 이때 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 제1 플레이트(310)의 일단(310a)과 타단 사이에 접촉될 수 있다.
도 4에서는 제2 플레이트(320)의 타단(320b)이 제1 플레이트(310)의 정중앙부가 아닌 제1 온도소자(330) 측으로 소정 간격 치우쳐서 접촉되는 것으로 도시되어 있으나, 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340) 사이의 제1 플레이트(310)에 접촉되면 족하다.
한편, 도 3를 참조하면, 상술한 것과 같이 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 제1 플레이트(310)에 부착될 수 있으며, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 연결되는 부분은 분기부(BP)로 정의될 수 있다. 분기부(BP)는 제2 플레이트(320)를 통해 흐르는 전류가 제1 플레이트(310)로 전달되는 부분으로 이해될 수 있으며, 분기부(BP)를 기준으로 제1 플레이트(310)에 전달된 전류는 각각 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340) 측으로 분기될 수 있다.
이러한 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320) 사이에는 제1 절연 필름(350)이 개재될 수 있다. 제1 절연 필름(350)은 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 접촉하는 분기부(BP)를 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다. 즉, 제1 절연 필름(350)은 분기부(BP)를 제외한 영역에서 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)를 전기적으로 절연시키는 기능을 할 수 있다.
또한 제2 플레이트(320) 상에는 제2 절연 필름(352)이 배치될 수 있다. 제2 절연 필름(352)은 제2 플레이트(320) 상에 위치하여, 제2 플레이트(320) 상부를 절연시킬 수 있다. 경우에 따라, 이러한 제1 절연 필름(350) 및 제2 절연 필름(352)은 일면 또는 양면에 접착 물질을 포함할 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)는 전기전도성을 갖는 금속성 소재로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(310)는 제1 금속을 포함할 수 있고, 제2 플레이트(320)는 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다. 이때 제2 금속은 제1 금속보다 저항이 낮을 수 있으며, 또한 열전도율은 더 높을 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 있어서, 제1 금속은 니켈(Ni)일 수 있고, 제2 금속은 구리(Cu)일 수 있다. 이 경우 구리(Cu)는 니켈(Ni)에 비해 약 4배 정도 낮은 저항을 갖는바, 상대적으로 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)를 제1 플레이트(310) 대비 저항이 낮은 물질로 형성할 수 있다. 이를 통해 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)의 발열 현상을 개선할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3를 참조하면, 제1 플레이트(310)의 일단(310a)은 제1 온도소자(330)와 연결되고, 제1 플레이트(310)의 타단(310b)은 제2 온도소자(340)와 연결될 수 있다. 제1 온도소자(330)는 양단에 각각 배치된 제1 서브리드(331) 및 제2 서브리드(332)를 포함할 수 있으며, 제1 온도소자(330)는 제1 서브리드(331)를 통해 제1 플레이트(310)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 온도소자(340)는 양단에 각각 배치된 제3 서브리드(341) 및 제4 서브리드(342)를 포함할 수 있으며, 제1 온도소자(330)는 제3 서브리드(341)를 통해 제1 플레이트(310)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제2 서브리드(332)에는 제1 탭(362)이 연결될 수 있다. 또한, 제4 서브리드(342)에는 제2 탭(364)이 연결될 수 있다. 제1 탭(362) 및 제2 탭(364)은 각각 복수개의 단위 전지(100)들의 제1 단자(112) 및 제2 단자(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 탭(362) 및 제2 탭(364)의 상부에는 각각 절연 필름(361, 363)이 배치될 수 있다.
한편, 도 3에서는 제1 플레이트(310), 제2 플레이트(320) 및 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340)를 지나는 전류량을 나타내고 있다.
도 3를 참조하면, 상술한 것과 같이 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)는 분기부(BP)에서 서로 접촉할 수 있다. 분기부(BP)를 제외한 나머지 부분에는 도 4에 도시된 것과 같이 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320) 사이에 제1 절연 필름(350)이 개재되어 전기적으로 절연될 수 있다.
전류의 전달 과정을 살펴보면, 먼저 보호회로모듈(200)에서 온도소자부(300)로 유입되는 전류를 초기전류(C0)라고 정의할 때, 초기전류(C0)가 제2 플레이트(320)로 유입될 수 있다. 제2 플레이트(320)에 있어서, 전류가 유입되는 부분을 제2 플레이트(320)의 일단(320a) 으로, 분기부(BP) 부분을 제2 플레이트(320)의 타단(320b) 으로 정의할 때, 제2 플레이트(320)의 일단(320a)에서 타단(320b)으로 제1 전류(C1)가 흐를 수 있다. 이때 초기전류(C0)와 제1 전류(C1)는 동일할 수 있다.
또한, 제1 플레이트(310)에 있어서, 제2 플레이트(320)와 제1 플레이트(310)가 접하는 분기부(BP)를 기준으로 제1 플레이트(310)를 통해 제1 온도소자(330) 측으로 제2 전류(C2)가 흐를 수 있다. 또한, 분기부(BP)를 기준으로 제1 플레이트(310)를 통해 제2 온도소자(340) 측으로 제3 전류(C3)가 흐를 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제2 전류(C2)와 제3 전류(C3)의 합은 제1 전류(C1)와 같을 수 있다. 즉, 제2 플레이트(320)를 통해 흐르는 제1 전류(C1)는 분기부(BP)를 통해 제1 플레이트(310)로 흐를 수 있고, 분기부(BP)를 통해 제1 플레이트(310)로 유입된 전류는 각각 제1 온도소자(330)가 위치한 제1 플레이트(310)의 일단(310a)과, 제2 온도소자(340)가 위치한 제2 플레이트(320)의 타단(320b)으로 흐를 수 있다.
따라서, 결국 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340) 측으로 흐르는 제2 전류(C2) 및 제3 전류(C3)는 제2 플레이트(320)로부터 제1 플레이트(310)로 유입되는 제1 전류(C1)보다 작을 수 있다. 제2 전류(C2) 및 제3 전류(C3)의 크기는 제1 플레이트(310)의 일단(310a)과 타단(310b) 사이에 위치하는 분기부(BP)의 위치 및 저항에 따라 차이가 나겠지만, 제2 전류(C2)와 제3 전류(C3) 자체는 제1 전류(C1)보다 작으며, 이들의 합은 제1 전류(C1)와 동일하다. 이와 같은 구조를 통해 보호회로모듈(200)로부터 복수개의 단위 전지(100)들로 흐르는 전류 대비 제1 온도소자(330)와 제2 온도소자(340)로 흐르는 전류를 작게 구현할 수 있어, 보호회로모듈(200)로부터 큰 전류가 유입되더라도 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)가 큰 전류에 의해 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
충방전이 가능한 배터리 팩의 경우, 급속 충전을 위해 높은 전류가 가해져야 하는 경우가 있는데, 이때 보호회로모듈과 복수개의 단위 전지(100)들을 연결하는 통로인 온도소자부의 일부에 고 전류가 흐르게 되어 발열이 발생하고, 이로 인해 온도소자가 손상되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서는, 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)를 제1 플레이트(310)의 분기부(BP)에 전기적으로 연결하여 제1 플레이트(310)에 흐르는 전류가 분기되도록 함으로써, 제1 플레이트(310)의 일단(310a)과 타단(310b)에 위치한 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)에 상대적으로 작은 전류가 흐르도록 하여 급속 충전 시 온도소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상대적으로 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)를 제1 플레이트(310) 대비 저항이 낮은 물질로 형성하여, 고 전류가 흐르는 부분의 발열 현상을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
도 5은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩은 복수개의 단위 전지(100)들, 복수개의 단위 전지(100)들 상부에 배치된 보호회로모듈(200), 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340), 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)를 포함하는 온도소자부(300')를 구비한다. 본 실시예에 따른 배터리 팩은 온도소자부(300')의 형상, 특히 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)의 형상에 있어서 전술한 실시예와 차이가 있다. 이를 제외한 나머지 구성은 전술한 실시예와 동일한 바, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
본 실시예에 있어서, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 별개의 부재가 아닌, 동일한 재질로 형성되는 일체(一體)의 부재일 수 있다. 즉, 도 5에서 도시된 것과 같이, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 보호회로모듈(200)과, 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)를 전기적으로 연결하는 부재로 이해될 수 있으며, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 각각의 폭으로써 구획될 수 있다. 또한, 제1 플레이트(310)는 양단이 각각 제1 온도소자(330) 및 제2 온도소자(340)와 전기적으로 연결되어 있고, 제2 플레이트(320)는 일단이 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결되어 있으며 타단은 제1 플레이트(310)의 중앙부와 연결될 수 있다. 이러한 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)의 상부에는 절연 필름(350)이 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 플레이트(320)의 폭은 제1 플레이트(310)의 폭보다 넓을 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같이, 제2 플레이트(320)의 폭(W2)은 제1 플레이트(310)의 폭(W1) 보다 넓을 수 있다.
제2 플레이트(320)를 통해 제1 전류(C1)가 흐를 수 있고, 제2 플레이트(320)와 제1 플레이트(310)가 연결되는 분기부(BP)를 기준으로 제1 전류(C1)는 각각 제1 온도소자(330) 측으로 흐르는 제2 전류(C2) 및 제2 온도소자(340) 측으로 흐르는 제3 전류(C3)로 분기되어 흐를 수 있다. 따라서, 제2 전류(C2) 및 제3 전류(C3)에 비하여 제1 전류(C1)의 크기가 상대적으로 클 수밖에 없는데, 이때 제2 플레이트(320)의 폭을 넓게 함으로써 고 전류가 흐르는 부분의 발열 현상을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
다른 실시예로, 제2 플레이트(320)의 두께를 제1 플레이트(310)의 두께를 두껍게 형성할 수도 있다. 이 경우에도 제2 플레이트(320)의 두께를 두껍게 함으로써 고 전류가 흐르는 부분의 발열 현상을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 7은 도 6의 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 분해사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩은 복수개의 단위 전지(100)들, 복수개의 단위 전지(100)들 상부에 배치된 보호회로모듈(200), 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340), 제3 온도소자(370), 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)를 포함하는 온도소자부(300'')를 구비한다. 본 실시예에 따른 배터리 팩은 온도소자부(300'')의 형상에 있어서 전술한 실시예와 차이가 있다. 이를 제외한 나머지 구성은 전술한 실시예와 동일한 바, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
본 실시예에 있어서, 제1 플레이트(310)는 제1 온도소자(330), 제2 온도소자(340) 및 제3 온도소자(370)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 플레이트(310)는 제1 브랜치(311), 제2 브랜치(312) 및 제3 브랜치(313)를 포함할 수 있으며, 각각의 브랜치들(311, 312, 313) 끝 단에 온도소자들(330, 340, 370)이 배치될 수 있다. 이때, 제3 브랜치(313)는 제2 온도소자(340)를 회피하기 위한 설계로서 중앙부가 절곡된 형상일 수 있으나, 제3 브랜치(313)의 형상은 다양한 설계를 통해 변경될 수 있다.
한편, 제3 브랜치(313)는 제1 브랜치(311)와 제2 브랜치(312)를 연결하는 중앙부로부터 연장되어 형성될 수 있으며, 제3 브랜치(313)가 시작되는 부분에 제2 플레이트(320)가 부착될 수 있다. 제2 플레이트(320)의 일단(320a)은 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 상술한 것과 같이 제1 플레이트(310)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 예컨대 용접 방식을 통해 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 연결될 수 있다.
제1 온도소자(330)는 제1 플레이트(310)의 제1 브랜치(311) 끝단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 플레이트(310)의 제1 브랜치(311)의 끝단에 제1 온도소자(330)의 제1 서브리드(331)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 온도소자(330)의 제2 서브리드(332)는 제1 탭(362)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 온도소자(340)는 제1 플레이트(310)의 제2 브랜치(312) 끝단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 플레이트(310)의 제2 브랜치(312)의 끝단에 제2 온도소자(340)의 제3 서브리드(341)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 온도소자(340)의 제4 서브리드(342)는 제2 탭(364)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 온도소자(370)는 제1 플레이트(310)의 제3 브랜치(313) 끝단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 플레이트(310)의 제3 브랜치(313)의 끝단에 제3 온도소자(370)의 제5 서브리드가 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 온도소자(370)의 제6 서브리드는 제3 탭(366)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 탭(362), 제2 탭(364) 및 제3 탭(366)의 상부에는 각각 절연 필름(361, 363, 365)이 배치될 수 있다. 또한 도시되어 있지는 않으나, 제1 탭(362), 제2 탭(364) 및 제3 탭(366)은 각각 단위 전지(100)들의 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 7에는 도시되어 있지 않으나, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320) 사이에는 절연 필름(미도시)가 더 개재될 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 상술한 것과 같이 제2 플레이트(320)의 타단(320b)은 제1 플레이트(310)에 부착될 수 있으며, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 연결되는 부분을 분기부(BP)로 정의할 수 있다. 분기부(BP)는 제2 플레이트(320)를 통해 흐르는 전류가 제1 플레이트(310)로 전달되는 부분으로 이해될 수 있으며, 분기부(BP)를 기준으로 제1 플레이트(310)에 전달된 전류는 각각 제1 브랜치(311), 제2 브랜치(312) 및 제3 브랜치(313)로 분기되어 흐를 수 있다. 따라서 분기부(BP)는 제1 플레이트(310)의 제1 브랜치(311), 제2 브랜치(312) 및 제3 브랜치(313)가 서로 만나는 지점에 형성될 수 있다.
전류의 전달 과정을 살펴보면, 먼저 보호회로모듈(200)에서 초기전류(C0)(C0)가 제1 플레이트(310)로 유입되며, 제1 플레이트(310)에는 제1 전류(C1)가 흐를 수 있다. 물론 이때 초기전류(C0)와 제1 전류(C1)는 동일할 수 있다. 제1 전류(C1)는 제1 플레이트(310)의 일단(310a)에서 타단으로 흐를 수 있으며, 분기부(BP)를 통해 제2 플레이트(320)로 전달될 수 있다. 제2 플레이트(320)로 유입된 전류는 각각의 브랜치들(311, 312, 313)로 분기되어 흐를 수 있는데, 제1 브랜치(311)를 통해 제2 전류(C2)가, 제2 브랜치(312)를 통해 제3 전류(C3)가, 제3 브랜치(313)를 통해 제4 전류(C4)가 흐를 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제2 전류(C2), 제3 전류(C3), 제4 전류(C4)의 합은 제1 전류(C1)와 동일할 수 있다.
충방전이 가능한 배터리 팩의 경우, 급속 충전을 위해 높은 전류가 가해져야 하는 경우가 있는데, 이때 보호회로모듈과 복수개의 단위 전지들을 연결하는 통로인 온도소자부의 일부에 고 전류가 흐르게 되어 발열이 발생하고, 이로 인해 온도소자가 손상되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서는, 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)를 제1 플레이트(310)의 분기부(BP)에 전기적으로 연결하여 제1 플레이트(310)에 흐르는 전류가 분기되도록 함으로써, 제1 플레이트(310)의 각 브랜치들(311, 312, 313)의 끝 단에 연결된 온도소자들(330, 340, 370)에 상대적으로 작은 전류가 흐르도록 하여 급속 충전 시 온도소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상대적으로 고 전류가 흐르는 제2 플레이트(320)를 제1 플레이트(310) 대비 저항이 낮은 물질로 형성하여, 고 전류가 흐르는 부분의 발열 현상을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.
100: 단위 전지
110: 전지 케이스
111: 단자
200: 보호회로모듈
300, 300’, 300'': 온도소자부
310: 제1 플레이트
320: 제2 플레이트
330: 제1 온도소자
340: 제2 온도소자
350: 제1 절연 필름
352: 제2 절연 필름
362: 제1 탭
364: 제2 탭
366: 제3 탭
370: 제3 온도소자

Claims (17)

  1. 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치되며, 각각이 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는, 복수개의 단위 전지들;
    상기 복수개의 단위 전지들 상부에 배치된 보호회로모듈; 및
    상기 제1 방향을 따라 상기 복수개의 단위 전지들 상에 배치되고, 제1 온도소자, 제2 온도소자, 상기 제1 온도소자와 제2 온도소자를 연결하는 제1 플레이트 및 일단부가 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고 타단부가 상기 제1 온도소자와 상기 제2 온도소자 사이의 제1 플레이트와 전기적으로 연결된 제2 플레이트를 포함하는, 온도소자부;
    를 구비하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플레이트를 통해 흐르는 제1 전류, 상기 제2 플레이트와 상기 제1 플레이트가 접하는 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제1 온도소자 측으로 흐르는 제2 전류 및 상기 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제2 온도소자 측으로 흐르는 제3 전류를 포함하고, 상기 제1 전류는 상기 제2 전류와 상기 제3 전류의 합과 같은, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전류는 상기 제1 온도소자를 통과하고 상기 제3 전류는 상기 제2온도소자를 통과하며, 상기 제2 전류와 상기 제3 전류는 동일한, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 제1 금속(Ni)을 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속(Cu)을 포함하는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 저항이 더 낮은, 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 열전도율이 더 높은, 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 용접으로 접합되는, 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자와 전기적으로 연결되는 제1 탭 및 상기 제2 단자와 전기적으로 연결되는 제2 탭을 더 포함하는, 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 온도소자는 양단에 각각 배치된 제1 서브리드 및 제2 서브리드를 포함하고, 상기 제2 온도소자는 양단에 각각 배치된 제3 서브리드 및 제4 서브리드를 포함하며,
    상기 제1 플레이트의 일단은 상기 제1 서브리드와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 플레이트의 타단은 상기 제3 서브리드와 전기적으로 연결되는, 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 탭은 상기 제2 서브리드와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 탭은 상기 제4 서브리드와 전기적으로 연결되는, 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 탭 및 상기 제2 탭은 제1 금속(Ni)을 포함하는, 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 온도소자의 상기 제1 서브리드 및 상기 제2 서브리드, 상기 제2 온도소자의 상기 제3 서브리드 및 상기 제4 서브리드는 상기 제2 금속(Cu)을 포함하는, 배터리 팩.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 연결된 제3 온도소자를 더 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분기부를 기준으로 상기 제1 플레이트를 통해 상기 제3 온도소자 측으로 흐르는 제4 전류를 더 포함하며, 상기 제4 전류는 상기 제2 전류 및 상기 제3 전류와 동일한, 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 동일한 재질을 포함하는 일체(一體)형인, 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 플레이트의 폭은 상기 제1 플레이트의 폭보다 넓은, 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 플레이트의 두께는 상기 제1 플레이트의 두께보다 두꺼운, 배터리 팩.
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