KR20210127417A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀과, 배터리 셀 상에서 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치된 전열 편과, 전열 편 상에 결합된 리드부와 상기 리드부와 연결된 본체부를 포함하며, 배터리 셀의 온도 정보를 입수하기 위한 회로기판과, 리드부 상에 배치된 온도 센서와, 온도 센서 상에 형성된 방습층과, 방습층 상에 형성된 충격보호층을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도를 정확하게 감지할 수 있으며, 온도 감지를 위한 온도 센서가 충실히 보호될 수 있도록 온도 센싱 구조가 개선된 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 배터리 셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 배터리 셀들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 배터리 팩의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 배터리 팩이 선호되며, 배터리 팩은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 배터리 셀의 온도를 정확하게 감지할 수 있으며, 온도 감지를 위한 온도 센서가 충실히 보호될 수 있도록 온도 센싱 구조가 개시된 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
적어도 하나의 배터리 셀;
상기 배터리 셀 상에서 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치된 전열 편;
상기 전열 편 상에 결합된 리드부와 상기 리드부와 연결된 본체부를 포함하며, 상기 배터리 셀의 온도 정보를 입수하기 위한 회로기판;
상기 리드부 상에 배치된 온도 센서; 및
상기 온도 센서 상에 형성된 방습층과, 상기 방습층 상에 형성된 충격보호층을 포함한다.
예를 들어, 상기 전열 편은, 상기 배터리 셀의 케이스를 형성하는 일면 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 전열 편은, 상기 배터리 셀의 케이스를 형성하는 면들 중에서, 전극이 형성된 전극면 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 전열 편은, 상기 전극 위치를 벗어난 전극면 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 회로기판은, 상기 배터리 셀의 전극면과 마주하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 회로기판은, 상기 온도 센서와 연결되는 도전 패턴과, 상기 도전 패턴을 절연하기 위한 절연 필름을 포함하는 가요성의 연성회로기판을 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 전열 편은, 배터리 셀과 결합을 형성하는 제1 결합부와, 회로기판의 리드부와 결합을 형성하는 제2 결합부를 포함하며,
상기 제1, 제2 결합부는 서로 겹쳐지지 않은 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
상기 제1, 제2 결합부는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀 상으로는, 상기 전열 편과 리드부가 순차적으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 결합부는, 상기 전열 편과 배터리 셀 간의 용접 결합부를 포함하며,
상기 제2 결합부는, 상기 전열 편과 회로기판의 리드부 간의 솔더링 결합부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전열 편은, 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 금속 플레이트를 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 온도 센서는 상기 리드부 상에 배치되되, 상기 리드부의 배터리 셀을 향하는 면과, 배터리 셀과 반대되는 면 중에서, 배터리 셀과 반대되는 면 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀 상으로는, 상기 전열 편, 리드부, 및 온도 센서가 순차적으로 배치되며,
상기 온도 센서는, 배터리 셀로부터 상기 전열 편과 리드부를 통하여 배터리 셀의 온도를 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드부는, 상기 회로기판의 본체부에 연결된 일단과, 상기 전열 편에 연결된 타단과, 상기 일단과 타단 사이의 절곡부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
상기 절곡부는, 상기 전열 편과 본체부 사이에서 제1 방향을 따르는 리드부의 신축을 제공하도록, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 적어도 일부가 서로 겹쳐지도록 절곡될 수 있다.
예를 들어, 상기 방습층 및 충격보호층은, 상기 배터리 셀과 반대되는 편에서 상기 온도 센서를 둘러쌀 수 있다.
예를 들어, 상기 방습층 및 충격보호층은, 각각 상대적으로 경성 소재와 상대적으로 연성 소재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 방습층 및 충격보호층 사이에는 서로 다른 이종 소재 간의 불연속적인 경계면이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 방습층 및 충격보호층은, 각각 온도 센서와 상대적으로 가까운 내측 위치와 온도 센서로부터 상대적으로 먼 외측 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
상기 제1 방향을 따라 회로기판의 본체부 일부에는 배터리 셀의 벤트 홀을 차단하지 않도록 오프닝이 형성되며, 회로기판의 본체부의 다른 부분은 배터리 셀의 벤트 홀을 차단하지 않도록 두 갈래로 분기된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도를 정확하게 감지할 수 있으며, 온도 감지를 위한 온도 센서가 충실히 보호될 수 있도록 온도 센싱 구조가 개선된 배터리 팩이 제공된다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 도 2에 도시된 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는, 도 3에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 5에는, 도 3의 V-V 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6c에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 형성을 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 도 2에 도시된 배터리 팩의 일부를 확대하여 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는, 도 3에 도시된 배터리 팩의 일부에 관한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는, 도 3의 V-V 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6c에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 형성을 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이 도시되어 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀(B)과, 상기 배터리 셀(B) 상에서 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치된 전열 편(30)과, 상기 전열 편(30) 상에 결합된 리드부(25)와 상기 리드부(25)와 연결된 본체부(21)를 포함하며 상기 배터리 셀(B)의 온도 정보를 입수하기 위한 회로기판(20)과, 상기 리드부(25) 상에 배치된 온도 센서(T)와, 상기 온도 센서(T) 상에 형성된 코팅층(C)을 포함할 수 있으며, 상기 코팅층(C)은, 온도 센서(T)와 가까운 내측 위치의 방습층(C1)과, 온도 센서(T)로부터 먼 외측 위치의 충격보호층(C2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(B)은, 케이스(10)와, 케이스(10) 내에 수용된 전극 조립체(미도시)를 포함할 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 전극 조립체는, 서로 다른 극성의 제1 극판 및 제2 극판과, 상기 제1, 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체의 제1, 제2 극판은, 배터리 셀(B)의 서로 다른 제1, 제2 전극(E1,E2)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 셀(B)의 제1, 제2 전극(E1,E2)은 케이스(10) 상에 형성될 수 있다. 상기 배터리 셀(B)의 충, 방전 경로는, 케이스(10) 상에 형성된 제1, 제2 전극(E1,E2)을 통하여 케이스(10) 내부의 전극 조립체(미도시)와 연결될 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 케이스(10) 상에 형성된 제1, 제2 전극(E1,E2)은 버스 바(50)를 통하여 서로 다른 배터리 셀(B)과 전기적으로 연결될 수 있다. 본 명세서를 통하여 배터리 팩의 충, 방전 경로는, 서로 다른 배터리 셀(B)을 전기적으로 연결하는 버스 바(50)와, 버스 바(50)와 연결된 배터리 셀(B)에서 제1, 제2 전극(E1,E2)과 전극 조립체를 경유하는 경로를 의미할 수 있으며, 충, 방전 경로의 양단에 형성된 제1, 제2 입출력 단자(51,52) 사이에 형성되어 각각의 배터리 셀(B)의 전극 조립체와 연결되는 충, 방전 전류의 패스를 의미할 수 있다.
상기 배터리 셀(B) 내지는 배터리 셀(B)의 케이스(10)는, 대략 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 셀(B)은, 제1, 제2 전극(E1,E2)이 형성된 전극면(11)과, 상기 전극면(11)과 반대되는 바닥면(12)과, 상기 전극면(11)과 바닥면(12) 사이를 연결하는 것으로, 상대적으로 넓은 면적으로 형성된 주된 면(13)의 쌍과, 상대적으로 좁은 면적으로 형성된 측면(14)의 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(B)은 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있으며, 이때, 서로 이웃하는 배터리 셀(B)은 주된 면(13)끼리 서로 마주하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(B)의 케이스(10)를 형성하는, 전극면(11), 바닥면(12), 주된 면(13), 그리고, 측면(14)은, 충, 방전 경로를 형성하지 않는다. 상기 배터리 셀(B)의 케이스(10)는, 배터리 셀(B)의 외관을 형성하는 것으로, 외부로 노출되어 있는 전극면(11), 바닥면(12), 주된 면(13), 측면(14) 상으로 충, 방전 전류가 흐를 경우, 외부 환경과의 전기적인 간섭이나 전기적인 단락의 위험이 야기될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극(E1,E2)은, 전극면(11) 상에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 절연 가스켓(미도시)을 개재하여 절연된 상태로 전극면(11)에 조립될 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 전극(E1,E2)은, 전극 조립체(미도시)와 전기적으로 연결되는 충, 방전 경로를 형성하되, 상기 제1, 제2 전극(E1,E2)이 형성된 전극면(11)은, 충, 방전 경로를 형성하지 않을 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(B)의 온도 정보를 감지하기 위한 전열 편(30)은, 배터리 셀(B) 상에서 충, 방전 경로 상에서 벗어난 위치에 배치될 수 있는데, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 케이스(10) 상에 배치될 수 있으며, 제1, 제2 전극(E1,E2) 위치를 벗어난 전극면(11) 상에 배치될 수 있다.
상기 제1, 제2 전극(E1,E2)은, 배터리 셀(B)이 배열된 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전극(E1,E2)이 배열된 제2 방향(Z2)은, 다수의 배터리 셀(B)이 배열된 제1 방향(Z1)과 교차하는 방향에 해당될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 방향(Z2)은, 제1 방향(Z1)과 수직으로 교차하는 방향에 해당될 수 있다. 한편, 상기 제1, 제2 전극(E1,E2) 사이에는 벤트 홀(15)이 형성될 수 있다. 상기 벤트 홀(15)은, 배터리 셀(B)의 내부에서 발생된 가스가 임계 압력 이상으로 축적되면 파단되면서 배터리 셀(B)의 내부 압력을 해소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩을 형성하는 다수의 배터리 셀(B)은, 버스 바(50)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 이웃한 배터리 셀(B)은, 버스 바(50)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀(B) 중에서 양단의 배터리 셀(B)에는 입출력 단자(51,52)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 입출력 단자(51,52)는, 서로 전기적으로 연결된 배터리 셀(B)의 충, 방전 경로의 양단을 형성하는 일단의 배터리 셀(B)의 최저 전위의 전극(제1, 제2 전극 E1,E2 중 일 전극)과, 타단의 배터리 셀(B)의 최고 전위의 전극(제1, 제2 전극 E1,E2 중 타 전극)과 직접 연결되거나 또는 이들 최저 전위의 전극(제1, 제2 전극 E1,E2 중 일 전극)과 최고 전위의 전극(제1, 제2 전극 E1,E2 중 타 전극)과 연결된 버스 바(50)와 연결될 수 있다.
본 명세서를 통하여 배터리 셀(B)의 충, 방전 경로는, 배터리 셀(B)의 충, 방전 전류가 흐르는 경로를 의미하는 것으로, 충, 방전 경로의 양단에 형성된 제1, 제2 입출력 단자(51,52) 사이에 배치된 다수의 버스 바(50)와, 상기 버스 바(50)와 연결되는 각 배터리 셀(B)의 제1, 제2 전극(E1,E2) 및 제1, 제2 전극(E1,E2) 사이의 전극 조립체(미도시)를 연결하는 충, 방전 전류의 패스를 형성할 수 있다.
상기 다수의 배터리 셀(B) 중에서 적어도 하나의 배터리 셀(B)에는 전열 편(30)이 결합될 수 있다. 상기 전열 편(30)은, 온도 측정 대상이 되는 배터리 셀(B) 상에 배치될 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(B) 중에서 일부 배터리 셀(B) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제조 비용의 측면을 고려하여, 다수의 배터리 셀(B) 각각에 대응하여 다수의 전열 편(30)을 배치하기 보다는 제1 방향(Z1)을 따라 간헐적으로 일부의 배터리 셀(B)에 전열 핀을 배치할 수 있으며, 예를 들어, 제1 방향(Z1)을 따라 일정한 배수 위치에 해당되는 배터리 셀(B) 마다 전열 편(30)을 배치할 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)은, 제1 방향(Z1)을 따라 양단 위치의 배터리 셀(B)과, 중앙 위치의 배터리 셀(B) 상에 배치될 수 있다.
상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B) 상에서, 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 케이스(10) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 케이스(10)를 형성하는 전극면(11), 바닥면(12), 주된 면(13), 또는 측면(14) 상에 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)은 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 전극면(11) 중에서, 충, 방전 경로를 형성하는 제1, 제2 전극(E1,E2)을 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 온도 정보를 감지하기 위한 것으로, 배터리 셀(B)의 전압 정보와 달리, 배터리 셀(B)과 전기적인 연결을 형성할 필요가 없고, 배터리 셀(B)과 열적으로 연결되어 배터리 셀(B)의 온도 정보를 감지할 수 있다.
본 발명과 대비되는 비교예에서, 배터리 셀(B)의 온도 정보를 감지하기 위한 전열 편(30)은, 버스 바(50) 상에 배치될 수 있다. 상기 버스 바(50)는, 충, 방전 전류가 소통되는 충, 방전 경로 상에 형성되므로, 충, 방전 전류에 의한 줄-발열(joule-heating)에 따라 배터리 셀(B)의 온도를 정확하게 감지하기 어려울 수 있다. 즉, 상기 비교예에서는, 버스 바(50) 상에 배치된 전열 편(30)으로, 충, 방전 전류가 집중되는 버스 바(50)의 온도를 감지하게 되므로, 배터리 셀(B)의 온도를 정확하게 감지하기 어려울 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치된 전열 편(30)을 통하여, 충, 방전 전류에 의한 줄-발열(joule-heating)에 영향을 받지 않고 배터리 셀(B)의 온도를 민감하게 감지해낼 수 있다.
상기 전열 편(30)은, 충, 방전 경로를 벗어난 배터리 셀(B)의 케이스(10) 상에 배치될 수 있으며, 케이스(10)를 형성하는 전극면(11)은 물론이고, 바닥면(12), 주된 면(13), 또는 측면(14)에 배치될 수도 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30) 상으로는, 회로기판(20)의 본체부(21)로부터 연장되는 리드부(25)가 연결되므로, 회로기판(20)과의 연결 길이를 단축하기 위하여, 상기 전열 편(30)은, 회로기판(20)과 마주하는 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 금속 플레이트로 마련될 수 있다. 상기 전열 편(30)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 금속 소재의 케이스(10, 예를 들어, 전극면 11) 상에 용접 결합될 수 있으며(용접부 W, 도 4 참조), 배터리 셀(B)의 전극면(11)과의 용접성을 고려하여, 니켈 또는 니켈 합금 소재로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)과 전극면(11) 사이의 용접부(W, 도 4 참조)는, 레이저 용접으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 제1 방향(Z1)을 따라 쌍을 이루어 나란하게 연장되는 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
상기 회로기판(20)은, 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상에 배치될 수 있으며, 다수의 배터리 셀(B)을 가로질러 연장되는 본체부(21)와, 상기 본체부(21)로부터 연장되는 리드부(25)를 포함할 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 회로기판(20)은, 충, 방전 전류와 같은 대전류가 아닌, 센서 신호(ex. 온도 센서 T)와 같은 소전류의 소통을 위한 도전 패턴(미도시)과, 상기 도전 패턴(미도시)을 절연하기 위한 절연 필름(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 회로기판(20)은, 전체적으로 필름 형태로 형성되어 플렉서블한 가요성의 연성회로기판으로 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(20)은 배터리 셀(B)의 온도 정보를 입수할 수 있으며, 이를 위해, 상기 회로기판(20)은 도전 패턴(미도시)을 통하여 온도 센서(T)와 전기적으로 연결될 수 있고, 도전 패턴(미도시) 상에 배치되는 절연 필름(미도시)을 통하여 도전 패턴(미도시)을 절연시킬 수 있다.
상기 회로기판(20)의 본체부(21)로부터 연장되는 리드부(25)는, 전열 편(30) 상에 연결될 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상으로는 전열 편(30)과 리드부(25)가 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 케이스(10, ex. 전극면 11)와 결합을 형성하는 제1 결합부(31)와, 회로기판(20)의 리드부(25)와 결합을 형성하는 제2 결합부(32)를 포함할 수 있으며, 제1, 제2 결합부(31,32)는 서로 겹쳐지지 않은 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 결합부(31,32)는, 배터리 셀(B)이 배열되는 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리드부(25)는, 전열 편(30)의 제2 결합부(32) 상에서 솔더링 결합될 수 있다(솔더링부 S, 도 4 참조). 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 편(30)의 제1 결합부(31)는, 배터리 셀(B)의 케이스(10, 전극면 11)와 용접부(W, 도 4 참조)를 형성할 수 있고, 상기 전열 편(30)의 제2 결합부(32)는, 회로기판(20)의 리드부(25)와 솔더링부(S, 도 4 참조)를 형성할 수 있다.
상기 리드부(25) 상에는 온도 센서(T)가 배치될 수 있다. 상기 온도 센서(T)는, PTC(positive temperature coefficient thermistor) 또는 NTC(negative temperature coefficient thermistor)와 같이, 온도에 따라 저항이 증가 또는 감소하는 특성을 이용하여 온도를 측정하는 서미스터로 마련될 수 있다. 상기 온도 센서(T)는 리드부(25) 상에 솔더링 결합될 수 있으며, 솔더링 마운팅을 통하여 리드부(25) 상에 직접 탑재될 수 있는 칩형 서미스터로 마련될 수 있다. 온도 센서(T)의 센서 신호는, 리드부(25)를 통하여 회로기판(20)의 본체부(21)로 전달될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로기판(20)의 본체부(21)가 연장되는 제1 방향(Z1)을 따라 일단부(CN, 도 1 참조)를 통하여 BMS(배터리 관리 시스템, Battery Management System, 미도시)로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 온도 센서(T)는, 리드부(25) 상에 배치되며, 보다 구체적으로, 리드부(25)의 양면, 그러니까, 배터리 셀(B)을 향하는 면과, 배터리 셀(B)과 반대되는 면 중에서, 배터리 셀(B)과 반대되는 면 상에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상으로는, 전열 편(30), 리드부(25), 그리고 온도 센서(T)가 순차적으로 배치될 수 있으며, 온도 센서(T)는, 배터리 셀(B)의 전극면(11)으로부터 전열 편(30)과 리드부(25)를 통하여 배터리 셀(B)의 온도를 감지할 수 있다.
본 발명과 대비되는 비교예에서, 상기 온도 센서(T)는, 배터리 셀(B)을 향하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 온도 센서(T)는, 리드부(25) 상에서 배터리 셀(B)을 향하는 면에 배치될 수 있다. 이러한 비교예에서, 상기 온도 센서(T)는, 배터리 셀(B)의 전극면(11) 또는 전극면(11) 상의 전열 편(30)과 마주하게 배치되므로, 외부 유해성분이나 외부 충격으로부터 온도 센서(T)를 보호하기에 구조 상으로 취약한 문제가 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 온도 센서(T)는 리드부(25) 상에서, 배터리 셀(B)과 반대되는 면 상으로 노출되도록 형성되므로, 온도 센서(T) 상으로 외부 유해물질의 침투를 차단하기 위한 방습층(C1)과, 외부 충격을 흡수하기 위한 충격보호층(C2)이 형성될 수 있으며, 온도 센서(T)가 충실하게 보호될 수 있는 구조가 제공될 수 있다.
상기 비교예에서, 상기 온도 센서(T)는 리드부(25)의 양면 중에서 배터리 셀(B)을 향하는 면 상에 배치되어, 리드부(25)를 경유하지 않고 배터리 셀(B)의 온도를 감지할 수 있으나, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리드부(25)는 필름 형태로 형성된 회로기판(20)의 일부로서 박판의 두께로 형성되며, 리드부(25)에는 금속 패턴이 형성되므로, 리드부(25)를 경유하여 배터리 셀(B)의 온도를 감지하더라도, 배터리 셀(B)의 온도를 민감하게 감지할 수 있다.
상기 리드부(25)는, 회로기판(20)의 본체부(21)로부터 연장되어 전열 편(30) 상에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리드부(25)는, 본체부(21)에 연결된 일단(25a)과, 전열 편(30)에 연결된 타단(25b)을 포함할 수 있으며, 일단(25a)과 타단(25b) 사이의 절곡부(25c)를 포함할 수 있다. 상기 절곡부(25c)는 전열 편(30)과 본체부(21) 사이에서 리드부(25)가 연결하는 연결 길이의 신축을 제공할 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 연결 길이의 신축을 제공함으로써, 배터리 셀(B)의 스웰링(swelling)에 수반되는 제1 방향(Z1)에 따르는 배터리 셀(B)의 위치 이동을 흡수할 수 있으며, 예를 들어, 전열 편(30)과 본체부(21) 사이의 연결 거리가 변동됨에 따른 리드부(25)의 손상을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절곡부(25c)는, 제1 방향(Z1)을 따르는 연결 길이의 신축을 제공하도록 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 적어도 일부가 서로 겹쳐지도록 절곡된 형태를 가질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 온도 센서(T) 상에는, 방습층(C1)과 충격보호층(C2)이 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 방습층(C1)과 충격보호층(C2)은, 상기 배터리 셀(B)과 반대되는 편에서, 상기 온도 센서(T)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 온도 센서(T) 상에는, 온도 센서(T)를 덮도록 방습층(C1)이 형성될 수 있으며, 상기 방습층(C1) 상으로는 상기 방습층(C1)을 덮도록 충격보호층(C2)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)은, 각각 상대적으로 경성 소재와 상대적으로 연성 소재로 형성될 수 있으며, 상기 방습층(C1) 및 충격보호층(C2) 사이에는 서로 다른 이종 소재 간의 불연속적인 경계면(C3)이 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)은, 각각 온도 센서(T)와 상대적으로 가까운 내측 위치와 온도 센서(T)로부터 상대적으로 먼 외측 위치에 형성될 수 있다.
이하, 상기 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 이하와 같다. 즉, 상기 방습층(C1)은 외부 유해물질을 침투를 차단하기 위한 것으로, 상대적으로 치밀한 조직을 갖는 경성 소재로 형성될 수 있다. 상기 방습층(C1)은, 외부 유해물질의 침투를 충분히 차단할 수 있도록 충분한 두께(t1)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 충격보호층(C2)은, 외부 충격을 흡수할 수 있도록 충분한 두께(t2)로 형성될 수 있다.
상기 온도 센서(T) 상에 형성되는 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)은, 온도 센서(T)의 보호를 위한 것으로, 온도 센서(T)를 향한 열 전달을 목적으로 하지 않으며, 또한, 온도 센서(T)로 전달된 열을 유지하기 위한 보온(절연)을 목적으로 하지 않을 수 있다. 상기 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)은, 온도 센서(T) 중에서 배터리 셀(B)과 반대되는 편에 형성되어, 배터리 셀(B)로부터의 열 전달에 관여하지 않으므로, 배터리 셀(B)로부터의 열 전달을 방해하지 않을 수 있고, 이에 따라, 방습층(C1) 및 충격보호층(C2)을 위한 소재의 선택에서, 소재의 열적인 특성은 고려하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 온도 센서(T) 상으로는 서로 다른 소재로 형성된 두 개의 층, 그러니까, 방습층(C1)과 충격보호층(C2)이 순차적으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상대적으로 경성 소재의 방습층(C1)은, 온도 센서(T)와 상대적으로 가까운 내측 위치에 형성되고, 상대적으로 연성 소재의 충격보호층(C2)은, 온도 센서(T)로부터 상대적으로 먼 외측 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이 소재의 특성에 따라 서로 다른 내측 위치와 외측 위치에, 각각 방습층(C1)과 충격보호층(C2)을 형성함으로써, 외부 유해물질이 방습층(C1)과 충격보호층(C2)이 형성하는 불연속적인 경계면(C3)에서 효과적으로 차단될 수 있고, 외부 충격이 내부의 온도 센서(T)로 전달되기 이전에 효과적으로 흡수될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 회로기판(20)의 본체부(21)는, 배터리 셀(B)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 다수의 배터리 셀(B)을 가로질러 연장될 수 있으며, 전극면(11)의 중앙을 가로질러 연장될 수 있다. 이때, 제1 방향(Z1)을 따라 회로기판(20)의 본체부(21) 일부에는 배터리 셀(B)의 벤트 홀(15)을 차단하지 않도록 오프닝(20`)이 형성될 수 있으며, 본체부(21)의 다른 부분은 두 갈래로 분기된 형태로 형성되어 배터리 셀(B)의 벤트 홀(15)을 차단하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(B)과 회로기판(20) 사이에는 버스 바 홀더(H)가 개재될 수 있다. 상기 버스 바 홀더(H) 상에는, 서로 다른 배터리 셀(B)을 전기적으로 연결하기 위한 다수의 버스 바(50)와, 상기 회로기판(20)이 안착될 수 있으며, 상기 버스 바 홀더(H)는, 다수의 버스 바(50)와 회로기판(20)의 조립 위치를 정렬시켜줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제2 방향(Z2)을 따라 버스 바 홀더(H)의 양편으로는, 서로 다른 버스 바(50)의 열이 배치될 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 버스 바 홀더(H)의 중앙 위치에는, 회로기판(20)이 배치될 수 있다. 상기 버스 바 홀더(H)에는 배터리 셀(B)의 벤트 홀(15)을 가로막지 않도록 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 오프닝(V)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 버스 바 홀더(H)에는, 버스 바 홀더(H) 상에 배치된 회로기판(20)과 연결된 전열 편(30)을 배터리 셀(B)의 전극면(11)에 대해 노출시키기 위한 관통 홀(H`)이 형성될 수 있다. 상기 관통 홀(H`)을 통하여 노출된 전열 편(30)은, 배터리 셀(B)의 전극면(11) 상에 결합될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
E1: 제1 전극 E2: 제2 전극
B: 배터리 셀 10: 케이스
11: 전극면 12: 바닥면
13: 주된 면 14: 측면
15: 벤트 홀 20: 회로기판
21: 본체부 25: 리드부
25c: 절곡부 30: 전열 편
31: 제1 결합부 32: 제2 결합부
50: 버스 바
C: 코팅층 C1: 방습층
C2: 충격보호층 T: 온도 센서
W: 용접부 S: 솔더링부

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀 상에서 충, 방전 경로를 벗어난 위치에 배치된 전열 편;
    상기 전열 편 상에 결합된 리드부와 상기 리드부와 연결된 본체부를 포함하며, 상기 배터리 셀의 온도 정보를 입수하기 위한 회로기판;
    상기 리드부 상에 배치된 온도 센서; 및
    상기 온도 센서 상에 형성된 방습층과, 상기 방습층 상에 형성된 충격보호층을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전열 편은, 상기 배터리 셀의 케이스를 형성하는 일면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전열 편은, 상기 배터리 셀의 케이스를 형성하는 면들 중에서, 전극이 형성된 전극면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전열 편은, 상기 전극 위치를 벗어난 전극면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회로기판은, 상기 배터리 셀의 전극면과 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은, 상기 온도 센서와 연결되는 도전 패턴과, 상기 도전 패턴을 절연하기 위한 절연 필름을 포함하는 가요성의 연성회로기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전열 편은, 배터리 셀과 결합을 형성하는 제1 결합부와, 회로기판의 리드부와 결합을 형성하는 제2 결합부를 포함하며,
    상기 제1, 제2 결합부는 서로 겹쳐지지 않은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 제1, 제2 결합부는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀 상으로는, 상기 전열 편과 리드부가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 결합부는, 상기 전열 편과 배터리 셀 간의 용접 결합부를 포함하며,
    상기 제2 결합부는, 상기 전열 편과 회로기판의 리드부 간의 솔더링 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전열 편은, 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 금속 플레이트를 구비는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 리드부 상에 배치되되, 상기 리드부의 배터리 셀을 향하는 면과, 배터리 셀과 반대되는 면 중에서, 배터리 셀과 반대되는 면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 셀 상으로는, 상기 전열 편, 리드부, 및 온도 센서가 순차적으로 배치되며,
    상기 온도 센서는, 배터리 셀로부터 상기 전열 편과 리드부를 통하여 배터리 셀의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 리드부는, 상기 회로기판의 본체부에 연결된 일단과, 상기 전열 편에 연결된 타단과, 상기 일단과 타단 사이의 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 절곡부는, 상기 전열 편과 본체부 사이에서 제1 방향을 따르는 리드부의 신축을 제공하도록, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 적어도 일부가 서로 겹쳐지도록 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 방습층 및 충격보호층은, 상기 배터리 셀과 반대되는 편에서 상기 온도 센서를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 방습층 및 충격보호층은, 각각 상대적으로 경성 소재와 상대적으로 연성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 방습층 및 충격보호층 사이에는 서로 다른 이종 소재 간의 불연속적인 경계면이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 방습층 및 충격보호층은, 각각 온도 센서와 상대적으로 가까운 내측 위치와 온도 센서로부터 상대적으로 먼 외측 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 제1 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 제1 방향을 따라 회로기판의 본체부 일부에는 배터리 셀의 벤트 홀을 차단하지 않도록 오프닝이 형성되며, 회로기판의 본체부의 다른 부분은 배터리 셀의 벤트 홀을 차단하지 않도록 두 갈래로 분기된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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