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KR102459620B1 - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

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KR102459620B1
KR102459620B1 KR1020150169982A KR20150169982A KR102459620B1 KR 102459620 B1 KR102459620 B1 KR 102459620B1 KR 1020150169982 A KR1020150169982 A KR 1020150169982A KR 20150169982 A KR20150169982 A KR 20150169982A KR 102459620 B1 KR102459620 B1 KR 102459620B1
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South Korea
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protection circuit
circuit module
top case
battery cell
wide area
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김재민
문대연
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 셀의 길이 방향과 수직하게 배치된 보호회로모듈에서, 큰 부품이 실장된 보호회로모듈의 광폭 영역과 대응하는 탑 케이스에 개구부를 형성함에 의해 체적이용률을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 배터리 셀 상부면에 안착되는 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈이 안착된 상기 배터리 셀의 상단부를 커버하는 탑케이스;를 포함하되, 상기 보호회로모듈은 적어도 하나의 광폭 영역 및 협폭 영역을 포함하며, 상기 보호회로모듈의 광폭 영역에 대응되는 상기 탑케이스에는 개구부가 형성된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 체적이용률을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는 충전과 방전을 거듭하여 반복 사용할 수 있으므로, 일회용 전지에 비해 경제적이다. 또한, 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 개인용 컴퓨터 및 휴대전화 등의 전자기기, 전동차량, 전동공구 등은 하나의 배터리 셀만 가지고서는 전원 용도로 사용하기가 어렵다. 따라서, 상기와 같은 기기에 채택되는 전원장치는 원하는 전압 및 용량을 얻기 위해 다수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 형태를 취하여 배터리 모듈을 구성한다.
이러한 배터리 모듈에는 충ㆍ방전 제어회로 및/또는 보호회로와 같은 보호회로모듈(PCM:Protective Circuit Module)이 연결될 수 있다. 이와 같이 보호회로모듈이 연결된 적어도 하나의 배터리 모듈은 외장 케이스에 의해 하우징되어 배터리 팩을 형성한다.
본 발명은 배터리 셀의 길이 방향과 수직하게 배치된 보호회로모듈에서, 큰 부품이 실장된 보호회로모듈의 광폭 영역과 대응하는 탑 케이스에 개구부를 형성함에 의해 체적이용률을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 배터리 셀 상부면에 안착되는 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈이 안착된 상기 배터리 셀의 상단부를 커버하는 탑 케이스;를 포함하되, 상기 보호회로모듈은 적어도 하나의 광폭 영역 및 협폭 영역을 포함하며, 상기 보호회로모듈의 광폭 영역에 대응되는 상기 탑 케이스에는 개구부가 형성된다.
여기서, 상기 보호회로모듈은 회로기판의 폭 방향이 상기 배터리 셀의 길이 방향과 수직하도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 탑 케이스의 내측면과 상기 보호회로모듈의 협폭 영역은 일정 간격 이격될 수 있다.
또한, 상기 보호회로모듈의 광폭 영역의 양단부는 상기 탑 케이스의 개구부를 통해 외부로 노출되되, 상기 탑 케이스의 외측면보다 내측에 위치될 수 있다.
더욱이, 상기 탑 케이스 및 상기 배터리 셀의 적어도 일 측면을 감싸는 라벨을 더 포함할 수 있다.
게다가, 상기 라벨은 상기 탑 케이스의 개구부를 커버하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호회로모듈의 광폭 영역과 상기 라벨은 일정 간격 이격될 수 있다.
또한, 상기 보호회로모듈의 협폭 영역과 상기 탑 케이스 내측면 간의 갭(G1)은 상기 보호회로모듈의 광폭 영역과 상기 라벨 간의 갭(G2)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호회로모듈의 적어도 하나의 광폭 영역에는 커넥터가 실장되며, 상기 라벨은 상기 커넥터와 대응하는 상기 탑 케이스의 개구부를 제외하고 커버하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면 보호회로모듈의 광폭 영역과 대응하는 탑 케이스에 개구부를 형성함에 의해 체적이용률을 향상시킴으로써, 보호회로모듈의 구조 최소화를 통하여 재료비가 절감될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 배터리 팩 자체의 폭 치수가 감소됨으로써, 설계자유도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 결합사시도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 보호회로모듈을 나타내는 평면도.
도 4는 도 1의 A-A'에 따른 단면도.
도 5는 도 1의 B-B'에 따른 단면도.
도 6은 도 1의 C-C'에 따른 단면도.
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 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 결합사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀(10)과, 배터리 셀(10) 상부면에 안착되는 보호회로모듈(20) 및 보호회로모듈(20)이 안착된 배터리 셀(10)의 상단부를 커버하는 탑 케이스(30a)를 포함한다. 이때, 보호회로모듈(20)은 적어도 하나의 광폭 영역(24) 및 협폭 영역(25)을 포함한다. 그리고, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)에 대응되는 탑 케이스(30a)에는 개구부(31)가 형성된다.
여기서, 보호회로모듈(20)은 회로부품이 실장된 보호회로기판과, 보호회로기판에 연결된 이차보호소자로 구성될 수 있다. 보호회로기판에는 도선 패턴이 실장되며, 회로부품은 다양한 크기로 형성되어, 도선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 큰 회로부품이 실장되는 보호회로기판의 일 영역은 광폭으로 형성되며, 작은 회로부품이 실장되는 보호회로기판은 타 영역은 협폭으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 보호회로모듈(20)에서 광폭 영역(24) 및 협폭 영역(25)을 포함하는 구성은 실질적으로 보호회로기판이지만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 보호회로모듈(20)이 광폭 영역(24) 및 협폭 영역(25)을 포함하는 것으로 설명하기로 한다.
일반적으로, 배터리 팩에서 보호회로모듈의 폭은 대략 6mm의 직사각형 형상을 이룬다. 이때, 배터리 셀의 두께가 6mm 이하일 경우, 보호회로모듈을 수직 형상 즉, 배터리 셀의 길이 방향과 보호회로모듈의 회로기판이 수직하게 배치되는 것에 제한이 있다. 다시 말하면, 보호회로모듈의 폭이 배터리 셀의 두께보다 더 크기 때문에 탑 케이스로 배터리 셀을 감싸는 구조를 구현하기가 어렵다.
배터리 셀의 두께가 6mm 이하인 경우에, 배터리 셀의 길이 방향과 보호회로모듈의 회로기판을 수평으로 배치하였으나, 배터리 팩의 체적이용률이 저하되는 문제가 있다.
보호회로모듈은 탑 케이스에 삽입되어 용접 또는 솔더링 방식으로 결합된다. 즉, 탑 케이스에 보호회로모듈을 삽입한 다음 각각 용접 또는 솔더링 하는 방법으로 보호회로모듈을 탑 캡 어셈블리에 연결하여 배터리 셀 상에 결합함으로써, 배터리 팩을 제조한다.
본 발명에서는 보호회로모듈(20)에 실장되는 부품의 크기에 따라 보호회로모듈(20)의 폭을 다르게 형성하고, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역에 대응하는 탑 케이스(30a)를 제거하여 개구부(31)를 형성한다. 이에 따라, 보호회로모듈(20)의 폭이 배터리 셀(10)의 두께보다 더 크게 형성되더라도, 보호회로모듈(20)의 회로기판의 폭 방향이 배터리 셀(10)의 길이 방향에 대하여 수직하게 배치할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 배터리 팩은 라벨(40)을 더 포함하며, 라벨(40)은 탑 케이스(30a) 및 배터리 셀(10)의 적어도 일 측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 이러한 라벨(40)은 탑 케이스(30a)의 개구부(31)를 커버하도록 형성될 수 있다. 다만, 보호회로모듈의 적어도 하나의 광폭 영역에는 커넥터(21)가 실장되며, 커넥터(21)가 실장된 영역과 대응하는 탑 케이스(30a)의 개구부(31)에는 라벨(40)이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명은 배터리 팩의 체적이용률을 향상시키기 위하여, 보호회로모듈(20)을 배터리 셀(10)의 길이 방향에 대하여 수직하게 배치하고, 큰 회로부품이 실장되는 보호회로모듈(20)의 적어도 일 영역을 국부적으로 큰 폭으로 형성한다. 그리고, 국부적으로 상이한 폭을 가지는 보호회로모듈(20)을 수용할 수 있도록 탑 케이스(30a)에 개구부(31)를 형성한다. 이때, 개구부(31)는 라벨(40)에 의해 감싸질 수 있으며, 이에 의해 배터리 팩의 유동 시에도 보호회로모듈(20)이 노출되지 않도록 설계되어 보호회로모듈(20)을 보호할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 배터리 팩을 구성하는 각 구성에 대하여 간략하게 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 배터리 셀(10)과, 배터리 셀(10) 상부면에 안착되는 보호회로모듈(20) 및 보호회로모듈(20)이 안착된 배터리 셀(10)의 상단부를 커버하는 탑 케이스(30a)를 포함한다. 그리고, 배터리 셀(10)의 하단부를 커버하는 바텀 케이스(30b)를 더 포함한다.
배터리 셀(10)은 파우치 타입으로 형성되어, 내부에 전극조립체(미도시)를 수용할 수 있으며, 외부에 전극단자(미도시)가 노출되어 보호회로모듈(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 적층되어, 젤리롤(jelly roll)의 형상으로 권취되어 배터리 셀(10)의 내부에 수납될 수 있다.
전극단자는 제1 전극단자 및 제2 전극단자를 포함할 수 있으며, 제1 전극단자는 배터리 셀(10)의 일단에서 노출될 수 있다. 그리고, 제1 전극단자는 양극판 또는 음극판과 전기적으로 연결되며, 전기적으로 양극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극단자는 베어셀의 일단에서 노출되어, 양극판 또는 음극판과 전기적으로 연결되며, 제1 전극단자와 전기적으로 반대의 극성일 수 있다.
보호회로모듈(20)은 충방전 제어 소자와 스위칭 소자를 포함하는 다수의 회로부품(22)이 실장되며, 과충전 또는 과방전 시 회로를 오픈하여 배터리 팩을 보호할 수 있다. 그리고, 보호회로모듈(20)에는 외부기기와의 연결을 위한 커넥터(21)를 더 포함할 수 있다. 또한, 보호회로모듈(20)은 실장되는 회로부품(22)의 크기에 따라 적어도 하나의 광폭 영역(24, 도 3 참조) 및 협폭 영역(25, 도 3 참조)을 포함한다.
도면에는 도시되지 않았지만, 각 배터리 셀(10) 사이에는 스페이서(미도시)가 형성될 수 있으며, 스페이서와 바텀 케이스(30b)는 보호회로모듈(20)이 배터리 셀(10) 상부에 장착 시 발생되는 압착력을 견딜 수 있도록 하는 구성일 수 있다.
탑 케이스(30a)는 보호회로모듈(20) 및 배터리 셀(10)의 상단부를 커버할 수 있으며, 이때, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)에 대응되는 탑 케이스(30a)의 일 영역에는 개구부(31)가 형성된다. 개구부(31)는 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)을 노출시킬 수 있다.
그리고, 라벨(40)은 탑 케이스(30a) 및 배터리 셀(10)의 적어도 일 측면에 형성되며, 라벨(40)의 상부 및 하부는 각각 탑 케이스(30a) 및 바텀 케이스(30b)의 외면을 감싸도록 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 보호회로모듈을 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 보호회로모듈(20)은 적어도 하나의 광폭 영역(24) 및 협폭 영역(25)이 포함될 수 있다. 즉, 큰 회로부품(22a, 도 4 참조)이 실장되는 보호회로모듈(20)의 일 영역이 광폭으로 형성되고, 작은 회로부품(22b, 도 5 참조)이 실장되는 보호회로모듈(20)의 타 영역이 협폭으로 형성될 수 있다. 여기서, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)에는 커넥터(21)가 형성될 수 있다.
협폭 영역(25)에 해당되는 보호회로모듈(20)의 폭을 W1이라 하고, 광폭 영역(24)에 해당되는 보호회로모듈(20)의 폭을 W2라 한다. 협폭 영역(25)의 폭(W1)을 4.5mm로 형성하고, 큰 회로부품(22a)이 실장되는 광폭 영역(24)의 폭(W2)을 5.2mm로 형성할 수 있다. 이때, 광폭 영역(24)에 해당되는 부분은 탑 케이스(30a)의 개구부(31)에 의해 오픈될 수 있으며, 개구부(31)는 라벨(40, 도 4 참조)로 감싸질 수 있다. 이에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
그리고, 보호회로모듈(20)에 회로부품(22)이 실장되지 않는 영역에는 일정 간격을 두고 연결홀(23)이 형성될 수 있다. 이러한 연결홀(23)은 배터리 셀(10, 도 1 참조)과 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결하는 리드(미도시)가 삽입되어 납땜 연결되는 영역일 수 있다.
도 4는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 5는 도 1의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 라벨(40)은 탑 케이스(30a) 및 배터리 셀(10)의 적어도 일 측면을 감쌀 수 있다. 보호회로모듈(20)은 큰 회로부품(22a)이 실장되는 광폭 영역(24, 도 3 참조)과, 작은 회로부품(22b)이 실장되는 협폭 영역(25, 도 3 참조)를 포함한다. 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)의 양단부는 탑 케이스(30a)의 개구부(31)를 통하여 외부로 노출되지만, 라벨(40)에 의하여 탑 케이스(30a)의 개구부(31)가 커버될 수 있다.
도 4를 참조하면, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)의 양단부는 탑 케이스(30a)의 외측면보다 내측에 위치될 수 있다. 이에 의해 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)의 양단부와, 개구부(31)를 감싸는 라벨(40) 사이는 일정 간격 이격될 수 있다. 그리고, 도 5에서 보는 바와 같이, 탑 케이스(30a)의 내측면과 보호회로모듈(20)의 협폭 영역(25, 도 3 참조)의 양단부는 일정 간격 이격될 수 있다.
도 6은 도 1의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 6을 참조하면, 보호회로모듈(20)의 협폭 영역(25)과 탑 케이스(30a)의 내측면 간의 갭(G1)은, 보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)과 라벨(40) 간의 갭(G2)보다 작게 형성될 수 있다.
이는 외부에서 충격 발생 시, 보호회로모듈(20)의 유동을 최소화하기 위한 것으로, 이에 의해 보호회로모듈(20)의 협폭 영역(25)과 탑 케이스(30a)의 내측면 간의 갭(G1)만큼만 보호회로모듈(20)이 유동되도록 할 수 있다.
보호회로모듈(20)의 광폭 영역(24)과 라벨(40) 간의 갭(G2)보다 보호회로모듈(20)의 협폭 영역(25)과 탑 케이스(30a)의 내측면 간의 갭(G1)이 더 큰 경우, 보호회로모듈(20)이 유동될 시, 라벨(40)이 손상되어 라벨(40) 외측으로 보호회로모듈(20)이 노출될 수 있다.
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 : 보호회로모듈
21 : 커넥터 22 : 회로부품
23 : 연결홀 24 : 광폭 영역
25 : 협폭 영역 30a : 탑 케이스
30b : 바텀 케이스 31 : 개구부
40 : 라벨

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 상기 배터리 셀 상부면에 안착되는 보호회로모듈; 및
    상기 보호회로모듈이 안착된 상기 배터리 셀의 상단부를 커버하는 탑 케이스;를 포함하되,
    상기 보호회로모듈은 적어도 하나의 광폭 영역 및 협폭 영역을 포함하며, 상기 보호회로모듈의 광폭 영역에 대응되는 상기 탑 케이스에는 개구부가 형성되고,
    상기 개구부는,
    배터리 셀의 길이 방향과 교차하는 보호회로모듈의 폭 방향을 따라 보호회로모듈의 광폭 영역과 마주하는 탑 케이스의 측면이 개방되어 형성되되, 보호회로모듈의 광폭 영역으로부터 배터리 셀을 향하는 하방으로 개방된 형태로 형성된 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 회로기판의 폭 방향이 상기 배터리 셀의 길이 방향과 수직하도록 배치되는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탑 케이스의 내측면과 상기 보호회로모듈의 협폭 영역은 일정 간격 이격되는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 광폭 영역의 양단부는 상기 탑 케이스의 개구부를 통해 외부로 노출되되, 상기 탑 케이스의 외측면보다 내측에 위치되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탑 케이스 및 상기 배터리 셀의 적어도 일 측면을 감싸는 라벨을 더 포함하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 라벨은 상기 탑 케이스의 개구부를 커버하도록 형성되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 광폭 영역과 상기 라벨은 일정 간격 이격되는 배터리 팩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 협폭 영역과 상기 탑 케이스 내측면 간의 갭(G1)은 상기 보호회로모듈의 광폭 영역과 상기 라벨 간의 갭(G2)보다 작게 형성되는 배터리 팩.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 적어도 하나의 광폭 영역에는 커넥터가 실장되며, 상기 라벨은 상기 커넥터와 대응하는 상기 탑 케이스의 개구부를 제외하고 커버하도록 형성되는 배터리 팩.
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