전지 셀 접속 패드, 이를 포함하는 2차 전지의 보호회로 모듈 및 전지 팩 document_id A220623104600

하나 이상의 전지 셀을 포함하는 코어 팩(20)과 2차 전지 보호회로 모듈(10)에 대한 개략적인 회로 구성도인 도 1, 도 1의 Ι 부분을 확대하여 도시한 사시도인 도 2를 통하여 종래기술을 설명하면 다음과 같다. 우선, 도 1을 참조하면 일반적으로 멀티 셀(30)을 갖는 2차 전지를 제조하기 위해서는 복수의 셀(30)을 직/병렬로 연결하여 코어 팩(20)을 형성한다. 그런 다음 솔더링 공정을 통해 코어 팩(20)과 2차 전지 보호회로 모듈(10)을 전기적으로 접속한다. 이를 위해, 코어 팩(20)에 포함된 각 전지 셀(30)의 음극과 양극에는 셀 와이어(40)가 접속되고 셀 와이어(40)의 일단에는 금속 단자인 플레이트(50)가 접속된다. 통상적으로 코어 팩(20)과 솔더링되는 2차 전지 보호회로 모듈(10)은 PCB 기판으로 제조되며, 상기 PCB기판의 일 측에는 솔더링 공정을 통해 상기 금속 플레이트(50)가 접속될 전지 셀 접속 패드(60)가 구비된다. 각 전지 셀 접속 패드(60)는 회로 배선(미도시)을 통해 후술하는 마이크로컨트롤러(M1, M2)에 접속된다. 도 2를 참조하면, 상기 전지 셀 접속 패드(60)에는 금속 플레이트(50)가 삽입될 개구(70)가 구비되며, 금속 플레이트(50)는 상기 개구(70)를 통해 소정 높이로 삽입(방향선 참조)된 후 전지 셀 접속 패드(60)에 솔더링됨으로써 코어 팩(20)과 2차 전지 보호회로 모듈(10)의 전기적 연결 작업이 완료된다. 다시 도 1을 참조하면, 2차 전지 보호회로 모듈(10)은 각 셀(30)과 코어 팩(20) 전체가 과충전 또는 과방전되는 것을 방지하고 단락 등의 이유로 발생되는 과전류로부터 2차 전지를 보호하기 위한 적어도 하나 이상의 마이크로컨트롤러(M1, M2)를 포함한다. 상기 마이크로컨트롤러(M1)는 전지 셀 접속 패드(60)와 접속된 센싱 와이어(45)를 통해 각 전지 셀(30)의 양단 전압을 센싱한 후 특정 셀(30) 또는 코어 팩(20) 전체가 과충전 또는 과방전되는 경우 충전제어 스위치(80) 또는 방전제어 스위치(90)를 제어하여 충전전류 또는 방전전류를 선택적으로 차단시킨다. 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러(M1)는 한계 이상의 과충전 또는 과방전 상태가 유발되거나 센서 저항(100)을 통해 흐르는 전류가 한계 이상의 과전류인 경우, 퓨즈 제어 스위치(110)를 제어하여 퓨즈(120)를 융단시킴으로써 고전압 경로(BAT+ ↔ PACK+)를 비가역적으로 단선시킨다. 이에 따라 2차 전지의 폭발, 전지 셀(30)의 영구적 손상, 2차 전지로부터 전원을 공급받는 부하의 손상을 방지할 수 일다. 상기 마이크로컨트롤러(M2)는 상술한 마이크로컨트롤러(M1)의 기능을 보조하는 보조 수단으로서, 특히 위험한 상황인 2차 전지가 한계 이상으로 과충전되는 경우 2차 전지의 폭발을 방지하기 위해 신속하게 퓨즈 제어 스위치(110)를 별도로 제어하여 퓨즈(120)를 융단시킨다. 상기 마이크로컨트롤러(M1, M2)는 전지 셀 접속 패드(60)를 통해 코어 팩(20)으로부터 동작 전원을 공급받는다. 참고로, 코어 팩(20)의 개별 셀(30)은 소정의 전압으로 예비 충전된 상태에 있다. 즉, 전지 셀 접속 패드(60)는 전지 셀(30)의 전압을 센싱하는 용도뿐만 아니라 코어 팩(20)으로부터 마이크로컨트롤러(M1, M2) 측으로 동작 전원을 공급하기 위한 용도로도 사용된다. 상기 전지 셀 접속 패드(60)의 상기 기능에 대한 설명은 추가적으로 후술된다. 한편 코어 팩(20)과 2차 전지 보호회로 모듈(10)의 솔더링 시에는 솔더링순서가 엄격히 준수되어야 한다. 예를 들어 낮은 전위부터 높은 전위로 가면서 솔더링을 하거나 그 반대로 솔더링을 해야 한다. 이는 마이크로컨트롤러(M1, M2)에 안정적으로 전원을 공급하여 마이크로컨트롤러(M1, M2)의 오동작을 방지하기 위해서이다. 만약 솔더링 순서가 준수되지 않아 전지 셀 접속 패드(60)를 통해 마이크로컨트롤러(M1, M2)에 갑자기 큰 전압이 인가되면(예를 들어, 2개 셀의 합산 전압이 인가되는 경우), 마이크로컨트롤러(M1, M2)는 2차 전지가 과충전되었다고 판단하여 퓨즈 제어 스위치(110)를 제어함으로써 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)에 접속된 퓨즈(120)를 융단시키는 현상이 발생될 수 있다. 또한 경우에 따라서는 마이크로컨트롤러(M1, M2)의 내부 회로가 손상되어 위와 같은 오동작을 유발할 가능성도 있다. 하지만 종래에는 전지 셀 접속 패드(60)의 구조로 인해 솔더링 순서를 엄격하게 준수한다고 하더라도 상기한 퓨즈 융단 현상을 원천적으로 방지할 수 없는 한계가 있었다. 종래의 전지 셀 접속 패드(60)에 금속 플레이트(50)를 삽입하고 나서 솔더링 공정을 수행하기 직전의 모습을 도시한 상부 평면도인 도 3을 참조하면, 종래에는 모든 금속 플레이트(50)를 상응하는 전지 셀 접속 패드(60)의 개구(70)에 일괄 삽입한 상태에서 솔더링 공정을 진행하였다. 그런데 전지 셀 접속 패드(60)의 개구(70)는 금속 플레이트(50)의 용이한 삽입을 위해 금속 플레이트(50)의 단면보다 크게 설계된다. 따라서 금속 플레이트(50)가 전지 셀 접속 패드(60)의 개구(70) 내에서 미세하게 유동할 수 있어 솔더링 공정이 진행되기도 전에 전지 셀 접속 패드(60)와 전기적으로 접촉될 수 있다. 이러한 현상이 수반되면 솔더링 순서를 엄격히 준수하여 공정을 진행하더라도 마이크로컨트롤러(M1, M2)에는 예기치 못한 순서로 전압이 인가되는 결과가 초래될 수 있다. 예를 들어, 1 번째 솔더링을 수행한 후 2 번째 솔더링을 수행하기 직전에 3 번째 솔더링 지점에서 금속 플레이트(50)와 전지 셀 접속 패드(60)의 접촉이 이루어지면 2개 셀의 합산 전압이 마이크로컨트롤러(M1, M2)에 인가될 수 있다. 따라서 종래에는 마이크로컨트롤러(M1, M2)의 오동작에 의한 퓨즈 융단 현상을 방지하기 위해 퓨즈 제어 스위치(110)로부터 퓨즈(120) 측으로 동작 전류가 인가되는 배선 경로(115)를 임시적으로 단선시켜 두었다고 금속 플레이트(50)와 전지 셀 접속 패드(60)의 솔더링이 완료되고 나서 퓨즈(120)의 배선 경로(115)를 솔더링하는 방법을 사용하였다. 하지만 이러한 방법은 퓨즈 융단 현상만을 방지할 수 있을 뿐 마이크로컨트롤러(M1, M2)에 대한 안정적인 전원 공급에는 여전히 문제가 있으므로 마이크로컨트롤러(M1, M2)의 내부 회로 손상에 의한 오동작 가능성을 완전히 배제할 수 없다. 또한 퓨즈(120) 측의 배선 경로(115)를 단선시켰다가 솔더링하는 과정에서 주변 회로에 고열이 인가되어 예기치 못한 회로 손상이 유발될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는, 솔더링 부위와 주변 부품 사이에 충분한 거리(clearance)를 확보해야 하나, 이러한 경우 보호회로 모듈(10)의 크기가 증가되는 부수적 문제가 유발된다. 나아가 퓨즈(120) 측의 솔더링 공정을 검수하기 위해 추가적인 검사 공정이 진행되어야 하므로 제조 원가가 상승하고 공정의 비효율성을 야기하는 문제가 있다. 또한, 앞서 간략히 설명된 바와 같이 상기 전지 셀 접속 패드(60)는 전지 셀의 각 전압을 센싱하기 위한 센싱라인과 마이크로컨트롤러(M1, M2)의 전력 공급을 을 위한 파워라인이 연결되는데, 상기 2차 전지 보호회로 모듈(10)에 구비되는 상기 마이크로컨트롤러의 스펙이나 사양 등에 따라 상기 센싱라인과 파워라인이 함께 마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되어야 하는 경우가 있다. 이러한 전기적 특성을 가지는 마이크로컨트롤러는 상기와 같은 조건이 만족되지 않으면, 오동작하거나 에러가 발생될 수 있다. 상기 센싱라인은 각 전지 셀의 전압의 크기를 센싱하기 위한 라인에 해당하므로 PCB에 구현되는 라인의 폭이 크게 요구되지 않으나, 상기 파워라인은 마이크로컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 라인이므로 안정적 전원 공급을 위하여 최소 2mm 이상이 확보되어야 한다. 즉, 상기와 같은 조건은 만족하기 위해서는 PCB 면적을 더 많이 확보하여야 한다는 문제점을 발생시키며, 이러한 문제점은 PCB에서 최적화된 면적 효율을 실현하는 것을 어렵게 만들게 된다.