KR101147203B1

KR101147203B1 - 이차 전지 팩 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101147203B1
Application number: KR1020100068509A
Authority: KR
Inventors: 김영준
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-05-25
Also published as: US20120015215A1; KR20120007802A

Abstract

본 발명의 일 측면은 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀의 온도를 감지하여, 셀팩의 온도 보호 기능을 제대로 작동시키는 이차 전지 팩을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩은, 이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 연결한 셀팩, 상기 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈, 및 상기 단위 셀들 중 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착되어, 상기 보호 회로 모듈에 연결되는 온도센서를 포함한다.

Description

이차 전지 팩 및 그 제조 방법 {RECHARGEABLE BATTERY PACK AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 기재는 온도 상승에 대한 보호 기능을 가지는 이차 전지 팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 이차 전지는 사용되는 기기의 종류에 따라 단위 셀로 사용될 수도 있고, 단위 셀들을 전기적으로 연결한 팩으로 사용될 수도 있다.

예를 들면, 이차 전지 팩은 복수의 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한 셀팩(cell pack)과, 보호 회로 부품들을 실장하여 셀팩을 보호하는 보호 회로 모듈(PCM, Protection Circuit Module)을 포함한다. 보호 회로 모듈은 과충전, 과방전, 과전류 및 쇼트로부터 셀팩을 보호하도록 보호 부품들을 실장하여 형성된다.

또한, 보호 회로 모듈은, 과전류에 의하여 셀팩의 온도가 상승할 때, 셀팩을 전기적으로 차단하여 충전 및 방전 작용을 정지시킴으로써 더 이상의 온도 상승을 방지하는 온도 보호 기능을 가진다. 이를 위하여, 이차 전지 팩은 셀팩 중 1개 단위 셀에 설치되는 1개 써미스터(thermistor)를 포함한다. 써미스터는 보호 회로 모듈에 전기적으로 연결된다. 따라서 써미스터의 온도 감지에 따라 보호 회로 모듈은 셀팩을 전기적으로 차단한다.

셀팩에서, 단위 셀들의 온도 상승 속도는 서로 다르다. 따라서 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 써미스터를 설치하지 않은 경우, 단위 셀들이 손상될 때까지 온도 보호 기능이 작동되지 않을 수 있다. 따라서 셀팩의 온도 보호 기능이 제대로 작동되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 측면은 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀의 온도를 감지하여, 셀팩의 온도 보호 기능을 제대로 작동시키는 이차 전지 팩 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩은, 이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 연결한 셀팩, 상기 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈, 및 상기 단위 셀들 중 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착되어, 상기 보호 회로 모듈에 연결되는 온도센서를 포함한다.

상기 온도센서는 써미스터로 형성될 수 있다.

상기 온도센서는, 상기 단위 셀들 중, 내부 저항이 가장 낮은 단위 셀에 부착될 수 있다.

상기 온도센서는, 상기 단위 셀들 중, 출력 전류량이 가장 많은 단위 셀에 부착될 수 있다.

상기 온도센서는, 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에서, 양극 단자 측에 부착될 수 있다.

상기 단위 셀은, 원통형 이차 전지 및 각형 이차 전지 중 하나로 형성될 수 있다.

상기 온도센서는, 상기 원통형 이차 전지의 캔의 곡면에 대응하여 휘어진 곡면으로 부착될 수 있다.

상기 온도센서는, 상기 각형 이차 전지의 캔의 평면에 대응하여 평평한 평면으로 부착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩의 제조 방법은, 이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 온도 상승 속도에 따라 분류하는 분류 단계, 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀을 온도센서에 연결될 위치에 배치하여 분류된 단위 셀들을 전기적으로 서로 연결하여 셀팩을 형성하는 셀팩킹 단계, 및 보호 회로 모듈에 연결된 온도센서를 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 설치하여, 상기 셀팩의 단자를 상기 보호 회로 모듈에 연결하는 연결 단계를 포함한다.

상기 분류 단계는, 상기 단위 셀들을 내부 저항에 따라 분류할 수 있다.

상기 분류 단계는, 상기 단위 셀들을 출력 전류량에 따라 분류할 수 있다.

상기 연결 단계는, 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀의 양극 단자 측에 상기 온도센서를 부착할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀팩을 형성하는 단위 셀들 중 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 온도센서를 부착하여 여기서 감지된 온도 신호로 보호 회로 모듈이 셀팩을 전기적으로 제어할 수 있다. 따라서 셀팩의 온도 보호 기능을 원활하게 수행하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지 팩에 적용되는 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 팩의 사시도이다.
도 5는 도 4의 이차 전지 팩에 적용되는 이차 전지의 단면도이다.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 팩의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 이차 전지 팩(100)은 이차 전지로 이루어지는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 직렬로 연결한 셀팩, 셀펙의 단자에 연결되어 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈(4), 및 제1 단위 셀(1)에 부착되고 보호 회로 모듈(4)에 전기적으로 연결되는 온도센서(5)를 포함한다.

편의상, 제1 실시예는 3개의 단위 셀들, 즉 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 직렬로 연결한 셀팩을 예시한다. 도시하지는 않았지만, 셀팩은 2개의 단위 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하거나, 3개 이상의 단위 셀들을 직렬 및 병렬로 연결하여, 형성될 수 있다.

제1 실시예의 셀팩의 도 1에서, 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3) 사이에 제공되는 연결 탭이 도시 생략되어 있다. 실제로, 셀팩을 구성하는 경우, 제1, 제2 단위 셀들(1, 2) 사이 및 제2, 제3 단위 셀들(2, 3) 사이에 연결 탭이 각각 적용된다. 연결 탭은 서로 이웃하는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 서로 연결하고, 또한 보호 회로 모듈(4)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 2는 도 1의 이차 전지 팩에 적용되는 이차 전지의 단면도이다. 이차 전지로 형성되는 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3)은 동일 구조를 가지므로, 편의상, 제1 단위 셀(1)을 예로 들어 이차 전지를 설명한다. 도 2를 참조하면, 제1 단위 셀(1)은 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 캔(20), 및 캔(20)에 결합되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30)를 포함한다.

전극 조립체(10)는 순차적으로 적층 배치되는 제1 전극(11, 이하, "양극"이라 한다), 세퍼레이터(12) 및 제2 전극(13, 이하, "음극"이라 한다)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(13) 및 이들 사이에 배치되는 절연체인 세퍼레이터(12)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다. 일례로서, 전극 조립체(10)는 원통으로 형성될 수 있다. 원통형 전극 조립체(10)의 중심에는 섹터 핀(14)이 배치된다. 섹터 핀(14)은 전극 조립체(10)를 원통 형상으로 유지시킨다.

양극(11)과 음극(13)은 얇은 금속판으로 형성되는 집전체의 양면에 활물질을 도포한 영역의 코팅부(11a, 13a), 및 활물질을 도포하지 않아 집전체가 노출된 영역이며 서로 반대측에 위치되는 무지부(11b, 13b)를 포함한다. 젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 양극 집전판(11d)은 전극 조립체(10)의 일측에서 양극(11)의 무지부(11b)에 연결되고, 음극 집전판(13d)은 전극 조립체(20)의 반대측에서 음극(13)의 무지부(13b)에 연결된다.

캔(20)은 전극 조립체(10)를 외부로부터 삽입할 수 있도록 일측에 개구를 형성하고, 원통형 전극 조립체(10)를 수용하도록 원통으로 형성된다. 캔(20)은 음극 집전판(13d)에 연결되어, 제1 단위 셀(1)에서 음극 단자로 작용하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금 강과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다.

캡 조립체(30)는 개스킷(40)을 개재하여 캔(20)의 개구에 결합되어, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 캔(20)을 밀폐한다. 캡 조립체(30)는 전류차단장치를 구비하며, 전류차단장치를 통하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 캡 조립체(30)는 외측에서 캔(20)의 내측으로 가면서 순차적으로 배치되는, 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(PTC, positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 절연판(33), 서브 플레이트(34), 및 미들 플레이트(38)를 포함한다.

캡 플레이트(31)는 최종적으로 양극 집전판(11d)에 연결되어, 제1 단위 셀(1)에서 양극 단자로 작용한다. 캡 플레이트(31)는 캔(20)의 외부로 돌출되는 돌출부(31a)와, 돌출부(31a)의 측방으로 개방되는 배기구(31b)를 형성한다.

실질적으로, 전류차단장치는 벤트 플레이트(32), 서브 플레이트(34) 및 이들의 연결부로 형성된다. 예를 들면, 전류차단장치의 연결부는 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 용접으로 형성될 수 있다. 전류차단장치의 일측을 형성하는 벤트 플레이트(32)는 캡 플레이트(31)의 내측에 설치되어, 전류차단장치의 다른 일측을 형성하는 서브 플레이트(34)에 전기적으로 연결된다. 또한, 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a)를 포함하며, 벤트(32a)는 기설정된 압력 조건에서 파손되어, 제1 단위 셀(1) 내부의 가스를 방출하고 서브 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단할 수 있도록 형성된다.

전류차단장치 작동시, 즉 벤트(32a)의 파손으로 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 연결부가 분리시, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(31)는 전기적으로 서로 분리된다. 예를 들면, 벤트(32a)는 벤트 플레이트(32)에서 캔(20)의 내측을 향하여 돌출 형성된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a) 주위에 벤트(32a)의 파손을 안내하는 노치(32b)를 구비한다. 캔(20) 내에서 발생되는 가스에 의하여 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(32b)는 미리 파손되어 가스를 배출함으로써 제1 단위 셀(1)의 폭발을 방지할 수 있다.

양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 제1 단위 셀(1)의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다. 내부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 상태에서, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 이로 인하여, 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.

충전 또는 방전 구동에 따른 내부 온도 상승은 단위 셀, 즉 제1 단위 셀(1)의 온도 상승으로 나타난다. 내부 온도에 따라 양성 온도 소자(35)의 전기 저항이 변화한다. 따라서 양성 온도 소자(35)는 제1 단위 셀(1)의 다른 구성 요소들에 비하여 내부 저항의 결정에 가장 큰 영향을 미칠 수 있다. 즉 내부 온도가 상승함에 따라 양성 온도 소자(35)의 전기 저항이 증가하고, 이에 따라 제1 단위 셀(1)의 내부 저항이 증가된다. 환언하면, 내부 저항이 증가함에 따라 내부 온도가 상승하고, 이에 따라 제1 단위 셀(1)의 외부 온도가 상승한다. 즉 셀팩을 형성하는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3) 각각의 내부 저항을 측정함으로써, 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)의 상대적인 온도 상승 속도가 예측될 수 있다. 내부 저항이 작을수록 온도 상승 속도가 커진다.

서브 플레이트(34)는 절연판(33)을 사이에 두고 벤트 플레이트(32)와 마주하여, 벤트(32a)에 전기적으로 연결된다. 미들 플레이트(38)는 절연판(33)과 서브 플레이트(34) 사이에 배치된다. 절연판(33)과 미들 플레이트(38)의 관통구들을 통하여 돌출되는 벤트(32a)는 서브 플레이트(34)에 연결된다. 따라서 미들 플레이트(38)에서 일측이 서브 플레이트(34) 및 벤트(32a)를 통하여 벤트 플레이트(32)에 전기적으로 연결되고, 다른 일측이 연결부재(37)를 통하여 양극 집전판(11d)에 연결된다. 결국, 양극 집전판(11d)은 연결부재(37), 미들 플레이트(38), 서브 플레이트(34), 벤트(32a), 벤트 플레이트(32) 및 양성 온도 소자(35)를 통하여 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.

이와 같이 형성되는 캡 조립체(30)는 캔(20)의 개구에 끼워진 후, 클램핑 공정을 통하여 캔(20)에 고정되어 제1 단위 셀(1)을 완성한다. 이때, 개구 측에서 캔(20)은 비딩부(21)와 클램핑부(22)를 형성한다.

다시 도 1을 참조하면, 보호 회로 모듈(4)은 셀팩을 전기적으로 보호할 수 있도록 구성되어, 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3)로 형성되는 셀펙의 전극 단자에 연결된다. 예를 들면, 보호 회로 모듈(4)은 회로 기판에 보호 회로 부품들을 실장하여 형성되어, 셀팩을 과충전, 과방전, 과전류 및 쇼트로부터 보호한다.

다시 도 1과 도 2를 참조하면, 온도센서(5)는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3) 중에서 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착된다. 예를 들면, 제1 실시예는 제1 단위 셀(1)이 제2, 제3 단위 셀들(2, 3)에 비하여 더 빠른 온도 상승 속도를 가지는 경우이다.

예를 들면, 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)의 온도 상승 속도는 내부 저항(internal resistance) 또는 전류량에 의하여 결정될 수 있다. 상대적으로 내부 저항이 작거나, 전류량이 많을 때, 온도 상승 속도가 빠르게 나타난다. 또한, 상대적으로 내부 저항이 크거나, 전류량이 적을 때, 온도 상승 속도가 느리게 나타난다.

제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)은 동일 구조로 형성되지만, 서로 다른 내부 저항을 가지거나, 서로 다른 전류량을 가진다. 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3)의 내부 저항을 측정하거나 전압-전류를 측정함으로써, 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3) 사이의 상대적인 온도 상승 속도를 예측할 수 있다.

셀팩을 형성하는 단위 셀들은 내부 저항에 따라 2 내지 3가지 등급으로 분류되거나 전류량에 따라 2 내지 3가지 등급으로 분류될 수 있다. 따라서 내부 저항이 작은 단위 셀에 온도센서(5)를 설치할 수 있고, 전류량이 많은 단위 셀에 온도센서(5)를 설치할 수도 있다.

설치 구조를 보면, 온도센서(5)는 온도 상승 속도가 가장 빠른 제1 단위 셀(1)의 캔(20)의 외표면에 접촉되며, 제1 단위 셀(1)의 온도에 따라 전기 저항이 변화하는 써미스터로 형성될 수 있다. 즉, 온도센서(5)가 설치되는 제1 단위 셀(1)은 제2, 제3 단위 셀(2, 3)에 비하여, 내부 저항이 가장 낮거나, 출력 전류량이 가장 많다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 3을 참조하면, 온도센서(5)는 이차 전지의 캔(20)의 곡면에 대응하여 휘어진 곡면으로 부착되어, 넓은 면접촉 구조를 형성하여, 제1 단위 셀(1)의 외표면 온도를 효과적으로 감지할 수 있다. 온도센서(5)는 유연회로(51)를 통하여 보호 회로 모듈(4)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 온도센서(5)는 테이프 또는 실리콘(silicone)과 같은 실링부재(52)에 의하여 곡면 캔(20)에 부착 상태를 유지할 수 있다.

보호 회로 모듈(4)은 온도센서(5)에 의한 제1 단위 셀(1)의 온도를 근거로 셀팩을 제어한다. 이때, 제2, 제3 단위 셀(2, 3)은 열적으로 여전히 안전한 상태를 유지하고 있음에도 불구하고, 온도 상승 속도가 가장 빠른 제1 단위 셀(1)의 온도를 근거로 셀팩이 제어된다. 따라서 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)은 온도 상승으로부터 보호될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 온도소자(5)는 제1 단위 셀(1)에서 양성 온도 소자(35)를 내장하는 캔(20)의 양극 단자 측에 부착될 수 있다. 내부 온도의 상승으로 양성 온도 소자(35)의 저항이 증가하는 도중에도 양성 온도 소자(35)를 통하여 전류가 흐른다. 따라서 양성 온도 소자(35) 부근에서 내부 온도가 계속 상승된다. 즉 제1 단위 셀(1)에서, 양극 단자 측의 온도 상승 속도가 음극 단자 측의 온도 상승 속도보다 더 크게 나타난다.

또한, 과충전시, 전극 조립체(10)의 양극(11) 코팅부(11a)의 활물질에서 산소가 발생하고, 이 산소가 전해액과 반응하여 열을 발생시킨다. 양극 코팅부(11a)에서 온도가 먼저 상승하고, 양극(11)에 연결되는 양극 집전판(11d)의 온도가 상승된다.

따라서 제1 실시예는 온도센서(5)를 단위 셀에서 양극 단자 측에 부착함으로써, 제1 단위 셀(1) 내에서 가장 빠른 온도 상승 속도를 가지는 부분의 온도를 근거로 셀펙을 제어하므로 셀팩을 더 효과적으로 보호할 수 있다.

이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하며, 제1 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 팩의 사시도이다. 제1 실시예의 이차 전지 팩(100)은 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 원통형 이차 전지로 형성하지만, 제2 실시예의 이차 전지 팩(200)은 제1, 제2, 제3 단위 셀들(41, 42, 43)을 각형 이차 전지로 형성한다.

원통형 이차 전지의 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)은 양성 온도 소자(35)를 양극 단자 측에 구비하여, 내부 온도에 따라 전류을 단속한다. 이에 비하여, 각형 이차 전지의 제1, 제2, 제3 단위 셀들(41, 42, 43)은 내부 온도에 따라 전류를 단속하는 구성을 포함하지 않는다.

도 5는 도 4의 이차 전지 팩에 적용되는 이차 전지의 단면도이다. 이차 전지로 형성되는 제1, 제2, 제3 단위 셀(41, 42, 43)은 동일 구조를 가지므로, 편의상, 제1 단위 셀(41)을 예로 들어 이차 전지를 설명한다. 도 5를 참조하면, 제1 단위 셀(41)은 전극 조립체(410), 세퍼레이트(42)의 양면에 양극(44)과 음극(46)을 구비하는 전극 조립체(410)를 전해액과 함께 내부에 수용하는 캔(420), 및 캔(420)의 일측에 형성되는 개구를 밀봉하는 캡 조립체(430)를 포함한다.

캔(420)은 일측에 형성된 개구를 통하여 전극 조립체(410)를 수용하며, 전극 단자 역할을 할 수 있도록 도전체로 형성된다. 예를 들면, 캔(40)은 전극 조립체(410)의 양극(44)에 전기적으로 연결되어 양극 단자로 작용한다. 이때, 캡 조립체(430)에 구비된 전극 단자(431)는 전극 조립체(410)의 음극(46)에 전기적으로 연결되어 음극 단자로 작용한다.

캡 조립체(430)는 캔(420)의 개구에 고정되는 캡 플레이트(432), 절연 개스킷(433)을 개재하여 캡 플레이트(432)의 단자홀에 삽입되는 전극 단자(431), 전극 단자(431)의 하단에 전기적으로 연결되는 단자 플레이트(454), 캡 플레이트(432)와 단자 플레이트(454) 사이에 위치하는 절연 플레이트(436), 및 전극 조립체(410)와 캡 조립체(430)를 절연시키는 절연 케이스(437)를 포함한다. 절연 개스킷(433)은 전극 단자(431)와 캡 플레이트(432)를 전기적으로 절연하고, 절연 플레이트(436)는 단자 플레이트(454)와 캡 플레이트(432)를 전기적으로 절연한다.

전극 조립체(410)의 양극(44)에 고정되는 양극 리드탭(411)은 캡 플레이트(432)의 내면에 용접되어, 양극(44)의 전류를 캡 플레이트(432) 및 캔(420)으로 전달한다. 즉 캔(420)이 양극 단자로 작용한다. 전극 조립체(410)의 음극(46)에 고정되는 음극 리드탭(412)은 단자 플레이트(454)의 하면에 용접되어, 음극(46)의 전류를 단자 플레이트(454) 및 전극 단자(431)로 전달한다. 즉 전극 단자(431)가 음극 단자로 작용한다. 제2 실시예에서 양극 리드탭(411)과 음극 리드탭(412)이 같은 방향으로 인출되어 있으나, 양극 리드탭(411)과 음극 리드탭(412)이 서로 반대 방향으로 인출될 수도 있다(미도시).

다시 도 4를 참조하면, 제2 실시예의 이차 전지 팩(200)은 각형 이차 전지의 제1, 제2, 제3 단위 셀들(41, 42, 43)로 형성되는 셀팩에서도 온도 상승 속도가 가장 빠른 제1 단위 셀(41)에 온도센서(45)를 부착되어, 셀팩을 온도 상승으로부터 보호할 수 있다.

도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 6을 참조하면, 온도센서(45)는 제1 단위 셀(41)의 각형 캔(420)의 평면에 대응하여 평평한 평면으로 부착되어, 넓은 면접촉 구조를 형성하여, 제1 단위 셀(41)의 온도를 효과적으로 감지할 수 있다. 온도센서(45)는 유연회로(51)를 통하여 보호 회로 모듈(4)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 온도센서(45)는 테이프 또는 실리콘(silicone)과 같은 실링부재(52)에 의하여 평면 캔(420)에 부착 상태를 유지할 수 있다.

제1 실시예의 이차 전지 팩(100)은 원통형 이차 전지에 온도센서(5)를 설치하여 보호 회로 모듈(4)에 연결하는 구성을 예시하고, 제2 실시예의 이차 전지 팩(200)은 각형 이차 전지에 온도센서(45)를 설치하여 보호 회로 모듈(4)에 연결하는 구성을 예시한다.

또한, 보호 회로 모듈 및 온도센서는 평판 형상의 이차 전지(예를 들면, 리튬이온 폴리머 이차 전지)들로 형성되는 이차 전지 팩에도 적용될 수 있다(미도시). 즉, 단위 셀을 형성하는 리튬이온 폴리머 이차 전지는 리튬이온을 통과시키는 폴리머 고체 전해질 필름을 사이에 두고, 필름의 양면에 양극과 음극을 적층하여 전극 조립체를 형성하며, 외장재로 전극 조립체를 감싸는 구조로 형성된다. 이때 온도센서는 평평한 외장재에 부착될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1의 제1 실시예 및 도 7을 참조하면, 이차 전지 팩(100) 제조 방법은 분류 단계(ST10), 셀팩킹 단계(ST20) 및 보호 회로 모듈 연결 단계(ST30)를 포함한다.

분류 단계(ST10)는 이차 전지로 이루어지는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 온도 상승 속도에 따라 분류한다. 예를 들면, 분류 단계(ST10)는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)의 내부 저항을 측정하거나 출력 전류량을 측정하여, 내부 저항 또는 전류량에 따라 분류할 수 있다.

예를 들면, 분류 단계(ST10)는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)로부터 내부 저항이 가장 작거나 전류량이 가장 많은 제1 단위 셀(1)을 분류한다. 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3) 간에 전압적인 특성 차이가 크면 셀팩에서 단위 셀간의 균형 불량이 발생될 수 있다.

따라서 분류 단계(ST10)는 더 많은 단위 셀들로부터 제1, 제2, 제3 단위 셀(1, 2, 3)을 선택하는 경우, 전압적인 특성이 설정된 범위 이내로 분류되는 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)로 이차 전지 팩(100)을 제조할 수 있게 한다.

셀팩킹 단계(ST20)는 내부 저항이나 전류량에 의하여, 온도 상승 속도가 가장 빠른 제1 단위 셀(1)을 배치함에 있어서, 온도센서(5)에 연결될 위치에 배치하여, 분류된 제1, 제2, 제3 단위 셀들(1, 2, 3)을 전기적으로 서로 연결하여 셀팩을 형성한다. 온도센서(5)는 유연회로(51)로 보호 회로 모듈(4)에 연결되며, 셀팩에 대한 위치가 고정되어 있다. 따라서 제1 단위 셀(1)을 온도센서(5)가 부착될 위치에 배치한다.

연결 단계(ST30)는 셀팩에 보호 회로 모듈(4)을 연결한다. 즉 연결 단계(ST30)는 분류된 단위 셀, 즉 온도 상승 속도가 가장 빠른 제1 단위 셀(1)에 온도센서(5)를 설치하고, 셀팩의 단자를 보호 회로 모듈(4)에 납땜으로 연결한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1, 2, 3 : 제1, 제2, 제3 단위 셀 4 : 보호 회로 모듈
5, 45 : 온도센서 10, 410 : 전극 조립체
11, 44 : 제1 전극(양극) 11a, 13a : 코팅부
11b, 13b : 무지부 11d : 양극 집전판
12 : 세퍼레이터 13, 46 : 제2 전극(음극)
13d : 음극 집전판 14 : 섹터 핀
20, 420 : 캔 21 : 비딩부
22 : 클램핑부 30, 430 : 캡 조립체
31, 432 : 캡 플레이트 31a : 돌출부
31b : 배기구 32a : 벤트
32b : 노치 32 : 벤트 플레이트
33 : 절연판 34 : 서브 플레이트
35 : 양성 온도 소자(PTC) 38 : 미들 플레이트
41, 42, 43 : 제1, 제2, 제3 단위 셀 51 : 유연회로
100, 200 : 이차 전지 팩 411 : 양극 리드탭
412 : 음극 리드탭 431 : 전극 단자
454 : 단자 플레이트 436 : 절연 플레이트
437 : 절연 케이스 432 : 캡 플레이트

Claims

이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 연결한 셀팩;
상기 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈; 및
상기 단위 셀들 중 내부 저항이 가장 낮은 단위 셀에 부착되어, 상기 보호 회로 모듈에 연결되는 온도센서를 포함하는 이차 전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 온도센서는 써미스터로 형성되는 이차 전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 온도센서는,
상기 단위 셀들 중, 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착되는 이차 전지 팩.
이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 연결한 셀팩;
상기 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈; 및
상기 단위 셀들 중 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착되어, 상기 보호 회로 모듈에 연결되는 온도센서를 포함하며,
상기 온도센서는,
상기 단위 셀들 중, 출력 전류량이 가장 많은 단위 셀에 부착되는 이차 전지 팩.
이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 연결한 셀팩;
상기 셀팩을 전기적으로 보호하는 보호 회로 모듈; 및
상기 단위 셀들 중 온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에 부착되어, 상기 보호 회로 모듈에 연결되는 온도센서를 포함하며,
상기 온도센서는,
온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀에서, 양극 단자 측에 부착되는 이차 전지 팩.
제3 항에 있어서,
상기 단위 셀은,
원통형 이차 전지 및 각형 이차 전지 중 하나로 형성되는 이차 전지 팩.
제6 항에 있어서,
상기 온도센서는,
상기 원통형 이차 전지의 캔의 곡면에 대응하여 휘어진 곡면으로 부착되는 이차 전지 팩.
제6 항에 있어서,
상기 온도센서는,
상기 각형 이차 전지의 캔의 평면에 대응하여 평평한 평면으로 부착되는 이차 전지 팩.
이차 전지로 이루어지는 단위 셀들을 내부 저항에 따라 분류하는 분류 단계;
내부 저항이 가장 낮은 단위 셀을 온도센서에 연결될 위치에 배치하여 분류된 단위 셀들을 전기적으로 서로 연결하여 셀팩을 형성하는 셀팩킹 단계; 및
보호 회로 모듈에 연결된 온도센서를 내부 저항이 가장 낮은 단위 셀에 설치하여, 상기 셀팩의 단자를 상기 보호 회로 모듈에 연결하는 연결 단계를 포함하는 이차 전지 팩 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 분류 단계는,
상기 단위 셀들을 온도 상승 속도에 따라 분류하는 이차 전지 팩 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 분류 단계는,
상기 단위 셀들을 출력 전류량에 따라 분류하는 이차 전지 팩 제조 방법.
제10 항에 있어서,
상기 연결 단계는,
온도 상승 속도가 가장 빠른 단위 셀의 양극 단자 측에 상기 온도센서를 부착하는 이차 전지 팩 제조 방법.