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KR101209461B1 - 신규한 구조의 전지셀 접합체 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

신규한 구조의 전지셀 접합체 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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KR101209461B1
KR101209461B1 KR1020100009178A KR20100009178A KR101209461B1 KR 101209461 B1 KR101209461 B1 KR 101209461B1 KR 1020100009178 A KR1020100009178 A KR 1020100009178A KR 20100009178 A KR20100009178 A KR 20100009178A KR 101209461 B1 KR101209461 B1 KR 101209461B1
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KR
South Korea
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battery
protection circuit
circuit module
battery cell
battery pack
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KR1020100009178A
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방승현
김수령
박영선
김춘연
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Priority to US13/576,361 priority patent/US9917294B2/en
Priority to EP11737278.9A priority patent/EP2533319B1/en
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Abstract

본 발명은, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 및 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되어 있는 보호회로 모듈(PCM);을 포함하고 있고, 상기 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있는 전지셀 접합체를 제공한다.

Description

신규한 구조의 전지셀 접합체 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Cell Assembly of Novel Structure and Battery Pack Employed with the Same}
본 발명은 신규한 구조의 전지셀 접합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 및 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되어 있는 보호회로 모듈(PCM)을 포함하고 있고, 상기 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있는 전지셀 접합체에 관한 것이다.
이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
한편, 종래의 노트북용 전지팩은 유연성이 높은 여러 개의 이차전지들을 직렬 또는 병렬로 전기적 연결하고 보호회로에 용접하여 소프트 팩이라 불리는 전지셀 접합체를 제조한 후, 이러한 전지셀 접합체를 외부적인 충격 또는 미관상 외관을 좋게 하기 위하여 플라스틱 팩 케이스로 감싸는 방법으로 제조되었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 노트북용 전지팩 제조 방식은 전지팩 조립 중에 유연성이 높은 이차전지의 특성으로 인해 조립하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 전지팩의 조립을 완성한 후 팩 케이스 내부에서의 이차전지의 유동 방지를 위해 팩 케이스와 이차전지 사이에 본드 또는 양면 테이프를 부착하여 고정하였으나, 이는 부품 및 제조 공정의 증가를 유발시킬 뿐만 아니라 외부 충격에 따른 팩 케이스 내부에서 이차전지가 유동하므로 전지팩의 기능이 오작동하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 노트북용 전지팩의 제조시 발생하는 문제점인 조립의 복잡성 및 팩 케이스의 내부에서 이차전지와 같은 전지셀들의 유동을 방지할 수 있는 특정 구조의 전지셀 접합체 및 이를 포함하는 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
한편, 노트북 컴퓨터에 장착되는 전지팩은 고출력 및 대용량을 필요로 한다. 이를 위해, 종래에는 다수의 원통형 전지셀들로 구성된 원통형 전지팩이 주로 사용되었으나, 최근에는 노트북 컴퓨터가 경박단소화 되는 관계로 슬림화된 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
따라서, 슬림화된 전지팩을 제조하기 위해 고용량의 파우치형 전지셀들을 사용하여 전체적인 전기용량을 증가시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀들 또는 전지셀 배열체에서 전극단자들을 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복함으로써 조립의 복잡성을 간소화하고 팩 케이스의 내부에서 이차전지가 유동하는 것을 방지하는 전지셀 접합체를 제공하는 것이다.
또한, 전지셀들 또는 전지셀 배열체를 수지에 의해 피복함으로써 외력이 인가시 파손이 적게되고 기계적 강성이 우수한 전지셀 접합체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 접합체는,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 및
(b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되어 있는 보호회로 모듈(PCM);
을 포함하고 있고, 상기 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 접합체는 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있으므로, 종래의 전지팩 구조와 비교하여 외부 충격에 대한 기계적 강도가 우수하다.
또한, 종래의 전지팩 구조와 비교하여 보다 용이하게 조립할 수 있고 팩 케이스 내부에서 전지셀들 또는 전지셀 배열체가 유동하는 것을 방지할 수 있다.
상기 수지는 전지셀들 또는 전지셀 배열체를 용이하게 피복할 수 있는 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 고무 또는 플라스틱일 수 있다.
상기 전지셀 접합체는 전지셀 배열체와 보호회로 모듈의 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 고무 또는 플라스틱으로 피복되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전지셀 접합체를 가지고 전지팩을 구성시 별도의 팩 케이스를 사용하지 않고, 전지셀 접합체만으로 전지팩을 구성할 수도 있다.
상기 보호회로 모듈은 전지셀들의 전극단자들과 저항용접에 의해 연결되는 접속단자, 전지셀들을 전기적 연결하는 금속 플레이트, 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 구조의 하나의 바람직한 예로서, 전지셀들을 전기적 연결하기 위한 금속 플레이트가 보호회로 모듈의 상면에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조는 전지셀들을 전기적으로 연결하기 위해 PCM의 보호회로 내부의 레이어(layer)에 금속 배선을 형성한 종래의 전지셀 접합체 구조와 비교하여, PCM의 제조 및 전지셀 접합체의 조립이 용이하다.
상기 구조의 또 다른 예로서, 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위는, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 구조의 전지셀 접합체는 특정한 구조의 도전성 플레이트에 의해 보호회로 모듈의 접속단자와 전지셀들의 양극단자들을 높은 용접 결합력으로 직접 연결하며, 보호회로 모듈에 포함된 금속 플레이트에 의해 전지셀들을 전기적 직렬 연결함으로써, 대용량을 가지는 전지셀 접합체를 간단한 방법으로 용이하게 제조할 수 있다.
예를 들어, 3 개의 전지셀들로 전지셀 접합체를 구성하는 경우, 각각의 전지셀들을 측면 방향으로 배열하여 전지셀 배열체를 구성하고, 전지셀들의 전극단자와 PCM의 접속단자를 저항용접에 의해 연결함으로써, 소망하는 전지셀 접합체를 제조할 수 있다.
구체적으로는, 상기 도전성 플레이트는 보호회로 모듈의 접속단자 상에 절곡 가능한 형상으로 부착되어 있고, 전지셀들의 양극단자가 도전성 플레이트 상에 위치한 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡된 후, 도전성 플레이트의 절곡면 상부로부터 저항 용접이 수행됨으로써, 보호회로 모듈의 접속단자와 전지셀들의 양극단자 사이에 물리적 결합 및 전기적 연결이 달성되는 구조일 수 있다.
상기 도전성 플레이트의 절곡 가능한 형상은 절곡이 용이한 형상이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 상태에서 "L"자 형상일 수 있다.
상기 도전성 플레이트는 보호회로모듈의 접속단자 상에 부착된 제 1 접속부와 전지셀들의 양극단자 상면에 부착된 제 2 접속부로 이루어져 있어서, 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 접속단자의 접속을 더욱 견고히 할 수 있고, 외력이 인가되는 경우 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 도전성 플레이트는 상기와 같은 용접 형태에 의해 높은 결합력을 제공하는 소재라면 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 니켈 플레이트일 수 있고, 이에 대응하여 전지셀들의 양극단자는 알루미늄 단자로 이루어질 수 있다.
따라서, 니켈 플레이트와 알루미늄 단자의 저항 용접시 저항 용접봉의 전류가 저항이 높은 니켈 플레이트로부터 저항이 낮은 알루미늄 단자로 흐르게 되므로, 니켈 플레이트와 알루미늄 단자 사이에서 저항 용접이 용이하게 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀 접합체는, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용 가능하며, 바람직하게는 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조로 이루어진 파우치형 이차전지, 더욱 바람직하게는 파우치형 리튬 이차전지 또는 파우치형 리튬 이온 폴리머 전지를 전지셀로서 포함하는 전지셀 접합체에 적용될 수 있다.
경우에 따라서는, 전지셀 접합체에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자가 보호회로 모듈의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 외부 입출력 단자는 커넥터 구조로 이루어져 있어서, 전지셀 접합체가 장착되는 외부 디바이스와 안정적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 또한, 전지셀 접합체와 전지셀 접합체를 탑재하는 팩 케이스로 구성된 전지팩을 제공한다.
상기 팩 케이스는, 바람직하게는, 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 탑재하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스로 구성되어 있을 수 있다.
상기 하부 케이스는 전지셀들이 탑재되는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부로 구획되어 있으며, 상기 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있고, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 팩 케이스 구조는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있으므로, 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 부품들이 접촉되는 것을 억제하고, 전지셀로부터 전해액이 누출되는 경우에도 보호회로 모듈 쪽으로 이동하는 것을 억제하여, 결과적으로 단락이 초래되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있으므로, 개구를 통해 노출된 전지셀들의 전극단자를 보호회로 모듈의 접속단자에 용이하게 용접할 수 있다.
상기 격벽의 높이는, 바람직하게는, 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부를 상호 간에 완전히 차단하는 높이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 보호회로 모듈 장착부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 지지부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 용이하게 지지할 수 있는 구조이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 하나의 예로서, 상향 돌기 구조로 하부 케이스 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 지지부는 바람직하게는 십자형 돌기 구조로 이루어져 있어서, 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 저항용접시 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 노트북 컴퓨터를 제공한다.
그러나, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀의 개수를 가변적으로 조절하여 디바이스가 소망하는 출력과 용량을 제공하도록 제조될 수 있으므로, 노트북 컴퓨터뿐만 아니라, 가변적인 전지 용량을 필요로 하는 다양한 디바이스에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 또한 전지팩의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들 둘 또는 그 이상의 개수를 측면 방향으로 배열하여 전지셀 배열체를 형성하는 단계;
(b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 보호회로 모듈(PCM)의 접속단자를 전지셀 배열체의 상단부에 위치한 전극단자들과 저항용접하는 단계; 및
(c) 상기 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 하부 케이스에 탑재하고, 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위해 상부 케이스로 상기 하부 케이스를 덮어 전지팩을 완성하는 단계로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은 종래의 전지팩 제조방법과 비교하여 보다 간단한 방법으로 콤팩트한 구조의 전지팩을 용이하게 제조할 수 있다.
상기 전지팩의 제조방법에서, 바람직한 하나의 예로서, 단계(a)는 전지셀들을 각각 금형에 넣고 전극단자를 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함하거나, 또는, 상기 단계(a)는 전지셀 배열체를 금형에 넣고 전극단자들을 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함하고 있어서, 전지셀들의 기계적 강성을 증가시키고 전지셀들이 팩 케이스 내부에서 유동하는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 단계(b)는 PCM을 저항용접한 전지셀 배열체를 금형에 넣고 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 별도의 상부 케이스와 하부 케이스를 사용하지 않고도 바로 완제품의 전지팩으로 사용될 수도 있으므로, 단계(c)의 과정을 생략할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 접합체는, 전지셀들 또는 전지셀 배열체에서 전극단자들을 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복함으로써 조립의 복잡성을 간소화하고 팩 케이스의 내부에서 전지셀들 또는 전지셀 배열체가 유동하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 전지셀들 또는 전지셀 배열체를 수지에 의해 피복하고 있으므로 전지셀 접합체의 기계적 강성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 제조과정을 나타내는 사시도들이다;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 제조과정을 나타내는 사시도들이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 접합체의 사시도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 배열체의 사시도이다;
도 9는 도 8의 A 부위를 확대한 모식도이다;
도 10은 도 8의 B 부위를 확대한 모식도이다;
도 11은 하부 케이스의 사시도이다;
도 12는 도 11의 C 부위를 확대한 모식도이다;
도 13은 본 발명의 저항용접 구조를 나타내는 모식도이다;
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 전지셀들을 전기적 연결하는 구조의 부분 사시도이다;
도 15는 도 14의 PCM을 확대한 평면 모식도이다.
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 1 내지 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 제조과정을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩의 제조과정은 먼저 도 1(a)의 전지셀(31)을 금형에 넣고 전극단자를 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 고무로 피복하여 도 1(b)의 전지셀(32)을 제조한다.
다음으로, 도 1(b)의 전지셀(32) 3개를 도 2(a)와 같이 보호회로와 직렬 및/또는 병렬로 용접하여 도 2 (b)의 전지셀 접합체(50)를 제조한다.
마지막으로, 도 3(a)와 같이 도 2(b)의 전지셀 접합체(50)를 하부 케이스(10)에 탑재하고, 전지셀 접합체(50)를 정위치 고정하기 위해 상부 케이스(20)로 하부 케이스를 덮어 도 3(b)의 전지팩(100)을 완성한다.
구체적으로, 도 2(b)를 참조하면, 전지셀 접합체(50)는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있는 3개의 전지셀들(32)이 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체(30)와 전지셀 배열체(30)의 상단부에 연결되는 보호회로 모듈(40)로 구성되어 있다.
전지셀들(32)은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
도 3(a)를 참조하면, 팩 케이스는 전지셀 배열체(30)와 보호회로 모듈(40)을 탑재하는 하부 케이스(10)와, 하부 케이스(10)를 덮어 전지셀 배열체(30)와 보호회로 모듈(40)을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스(20)로 구성되어 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 제조과정을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩의 제조과정은 먼저 도 4(a)의 전지셀(31) 3개를 도 4(b)와 같이 측면 방향으로 배열하면서 보호회로(40)와 직렬 및/또는 병렬로 용접한다.
다음으로, 전지셀 배열체(30)를 금형에 넣고 보호회로 모듈과 전극단자를 제외한 전지셀 배열체(30)의 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 고무로 피복하여 도 5(b)의 전지셀 접합체(50a)를 제조한다.
마지막으로, 도 6(a)와 같이 도 5(b)의 전지셀 접합체(50a)를 하부 케이스(10)에 탑재하고, 전지셀 접합체(50a)를 정위치 고정하기 위해 상부 케이스(20)로 하부 케이스(10)를 덮어 도 6(b)의 전지팩(100a)을 완성한다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 접합체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 도 7의 전지셀 접합체(50b)는 전지셀 배열체(30)와 보호회로 모듈(40)의 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 고무에 의해 피복되어 있다. 이러한 전지셀 접합체(50b)는 별도의 팩 케이스에 탑재되지 않은 상태 그대로 완성된 전지팩으로 사용될 수도 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 배열체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9 및 도 10에는 도 8의 A 부위와 B부위를 확대한 모식도들이 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 하부 케이스(10c)는 전지셀들(32c)이 탑재되는 전지셀 장착부(12c)와 보호회로 모듈(40c)이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부(14c)로 구획되어 있다.
전지셀 장착부(12c)와 보호회로 모듈 장착부(14c)가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽(16c)이 형성되어 있고, 격벽(16c) 중 전지셀(32c)의 음극단자(34c)와 보호회로 모듈(40c)의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀(32c)의 음극단자(34c)가 보호회로 모듈(40c) 방향으로 노출될 수 있도록 개구(18c)가 형성되어 있다.
격벽(16c)의 높이(h)는 전지셀 장착부(12c)와 보호회로 모듈(40c) 상호간을 완전히 격리하는 높이로 형성되어 있다. 경우에 따라서는, 상기와 같은 격리를 위해, 상부 케이스(도시하지 않음)에 대응하는 격벽이 형성되어 있는 구조일 수도 있다.
보호회로 모듈(40c)은 전지셀(32c)의 양극단자(33c)와 저항용접에 의해 연결되는 접속단자(42c), 접속단자(42c) 상호간을 전기적 연결하는 금속 플레이트(도시하지 않음), 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
전지셀(32c)의 양극단자(33c)와 보호회로 모듈(40c)의 전기적 접속부위(B)는, 보호회로 모듈(40c)의 접속단자(42c) 상에 부착된 도전성 플레이트(41c)가 전지셀의 양극단자(33c)를 감싸는 형태로 이루어져 있다.
또한, 니켈 플레이트인 도전성 플레이트(41c)는 보호회로 모듈(40c)의 접속단자(42c) 상에 부착된 제 1 접속부(43c)와 알루미늄 단자인 전지셀의 양극단자 상면에 부착되는 제 2 접속부(44c)로 이루어져 있다.
구체적으로는, 도전성 플레이트(41c)는 보호회로 모듈(40c)의 접속단자(42c) 상에 'L'자 형상으로 부착되어 있고, 전지셀(32c)의 양극단자(33c)가 도전성 플레이트(41c)의 제 1 접속부(43c) 상에 위치한 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡된 후, 도전성 플레이트(41c)의 절곡면인 제 2 접속부(44c)의 상부로부터 저항 용접이 수행된다.
한편, 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자인 커넥터(46c)는 보호회로 모듈(40c)의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있다.
도 11에는 하부 케이스의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 12에는 도 11의 C 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 8 및 도 10과 함께 참조하면, 하부 케이스(10c)의 보호회로 모듈 장착부(14c)에는 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자(46c)를 탑재하기 위한 외부 입출력 단자 장착부(15c)가 형성되어 있다.
또한, 전지셀(32c)의 양극단자(33c)와 보호회로 모듈(40c)의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부(13c)가 상향 십자형 돌기 구조로 하부 케이스(10c) 상에 격벽(16c)에 연결된 상태로 형성되어 있다. 이러한 지지부(13c)는 저항 용접 과정에서 양극단자(33c) 상에 위치하게 될 용접용 팁(도시하지 않음)에 의해 가해지는 하향 압력을 적절히 지지하여 높은 용접력을 제공한다.
도 13에는 본 발명의 저항용접 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 보호회로 기판(410)의 상면에 위치한 니켈 플레이트(430)와 알루미늄 단자(420)의 저항 용접시 저항 용접봉(440)으로부터 발생한 전류가, 저항이 높은 니켈 플레이트(430)로부터 저항이 낮은 알루미늄 단자(420)로 흐른 후 다시 니켈 플레이트(430)로 흐르는 과정에서, 알루미늄 단자(420)와 니켈 플레이트(430) 사이의 계면에서 저항차로 인한 열이 발생하여, 니켈 플레이트(430)와 알루미늄 단자(420)의 저항 용접이 용이하게 달성된다.
도 14에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 전지셀들을 전기적 연결하는 구조의 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 15에는 도 14의 PCM을 확대한 평면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀들(32d, 34d, 36d)을 전기적 연결하기 위해 금속 플레이트(402d)가 제 1 전지셀(32d)의 음극단자(324d)와 제 2 전지셀(34d)의 양극단자(342d)를 직렬 연결하는 구조로 보호회로 모듈(40d)의 상면에 형성되어 있다.
또한, 보호회로모듈(40d)은 과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있는 PCM 본체(401d), 전지셀들(32d, 34d, 36d)에 대한 직접적인 전기적 연결을 위해, 전지셀들(32d, 34d, 36d)의 전극단자에 대응하는 위치에 형성되어 있는 접속단자들(404d, 407d), 접속단자들(404d, 407d)의 전기적 연결을 위해 상면에 형성되어 있는 금속 플레이트들(405d), 및 전지팩에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 수행하기 위해 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 외부 입출력 단자(403d)로 구성되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 전지셀 접합체와 전지셀 접합체를 탑재하는 팩 케이스로 구성된 것을 특징으로 하는 전지팩으로서,
    상기 전지셀 집합체는,
    (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 및
    (b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되어 있는 보호회로 모듈(PCM);
    을 포함하고 있고, 상기 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있으며,
    상기 팩 케이스는 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 탑재하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위한 상부 케이스로 구성되어 있고,
    상기 하부 케이스는 전지셀들이 탑재되는 전지셀 장착부와 보호회로 모듈이 탑재되는 보호회로 모듈 장착부로 구획되어 있으며,
    상기 전지셀 장착부와 보호회로 모듈 장착부가 접하는 부위에는 구획을 형성하기 위한 격벽이 형성되어 있고, 격벽 중 전지셀들의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위에 대응하는 부위에는 전지셀들의 전극단자가 보호회로 모듈 방향으로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수지는 고무 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 배열체와 보호회로 모듈의 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 고무 또는 플라스틱으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈은 전지셀들의 전극단자들과 저항용접에 의해 연결되는 접속단자, 전지셀들을 전기적 연결하는 금속 플레이트, 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하기 위한 금속 플레이트가 보호회로 모듈의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위는, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트는 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 제 1 접속부와 전지셀들의 양극단자 상면에 부착된 제 2 접속부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 도전성 플레이트는 니켈 플레이트이고, 전지셀들의 양극단자는 알루미늄 단자인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 전지셀 접합체에 대한 전류의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 행하는 외부 입출력 단자가 보호회로 모듈의 전면에 만입된 형태로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈 장착부는 전지셀의 전극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위를 지지하기 위한 지지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 노트북 컴퓨터.
  16. 제 1 항에 따른 전지팩의 제조 방법으로서,
    (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들 둘 또는 그 이상의 개수를 측면 방향으로 배열하여 전지셀 배열체를 형성하는 단계;
    (b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 보호회로 모듈(PCM)의 접속단자를 전지셀 배열체의 상단부에 위치한 전극단자들과 저항용접하는 단계; 및
    (c) 상기 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 하부 케이스에 탑재하고, 전지셀 배열체와 보호회로 모듈을 정위치 고정하기 위해 상부 케이스로 상기 하부 케이스를 덮어 전지팩을 완성하는 단계;
    로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 단계(a)는 전지셀들을 각각 금형에 넣고 전극단자를 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 단계(a)는 전지셀 배열체를 금형에 넣고 전극단자들을 제외한 외면 전부를 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 단계(b)는 PCM을 저항용접한 전지셀 배열체를 금형에 넣고 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복하는 단계를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  20. (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀들이 둘 또는 그 이상의 개수로 측면 방향으로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 및
    (b) 전지팩의 작동을 제어하기 위해 전지셀 배열체의 상단부에 연결되어 있는 보호회로 모듈(PCM);
    을 포함하고, 상기 전지셀들 또는 전지셀 배열체는 전극단자들을 제외한 외면 전부가 인서트 사출 성형에 의해 수지로 피복되어 있고,
    상기 보호회로 모듈은 전지셀들의 전극단자들과 저항용접에 의해 연결되는 접속단자, 전지셀들을 전기적 연결하는 금속 플레이트, 및 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하며,
    상기 전지셀들의 양극단자와 보호회로 모듈의 전기적 접속부위는, 보호회로 모듈의 접속단자 상에 부착된 도전성 플레이트가 전지셀들의 양극단자를 감싸는 형태로 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 접합체.
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