KR101016815B1 - 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 베어셀; 회로기판을 구비하는 보호회로모듈; 및 상기 베어셀과 상기 보호회로모듈의 회로기판을 결합시키는 구조강화 지지체를 포함하며, 상기 구조강화 지지체는 상기 보호회로모듈에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지가 제공된다.
이차전지, 베어셀, 지지체, 용접, 회로기판

Description

보호회로모듈을 구비하는 이차 전지 {SECONDARY BATTERY WITH PROTECTION CIRCUIT MODULE}
본 발명은 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 휴대용 전자기기의 보급이 늘어나고 있다. 휴대용 전자기기의 전원으로는 재충전이 가능한 이차 전지가 주로 사용되고 있다.
현재 팩 형태의 전지가 이차 전지로서 널리 사용되고 있다. 팩 형태의 전지는 전기 에너지원을 제공하는 베어셀과 베어셀의 충방전을 제어하는 보호회로모듈(PCM : Protection Circuit Module)이 하나의 유닛으로 통합된 형태이다. 보호회로모듈은 각종 회로 소자가 실장되는 회로기판을 구비한다. 보호회로모듈은 일반적으로 회로기판에 마련된 전극탭이 레이저 용접에 의해 베어셀에 결합되어 회로기판과 베어셀이 전기적으로 연결된다. 이러한 방식의 경우 보호회로모듈이 외부 충격에 의해 용접부위가 베어셀로부터 종종 분리되기도 하여 개선이 요구된다.
본 발명의 목적은 보호회로모듈과 베어셀 사이의 결합력이 강화된 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면,
베어셀; 회로기판을 구비하는 보호회로모듈; 및 상기 베어셀과 상기 보호회로모듈의 회로기판을 결합시키는 구조강화 지지체를 포함하며, 상기 구조강화 지지체는 상기 보호회로모듈에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지가 제공된다.
상기 구조강화 지지체는 상기 베어셀에 결합되는 결합판과, 상기 보호회로모듈의 회로기판의 제1 면에 결합된 제1, 제2 결합 플랜지와, 상기 결합판과 상기 제1, 제2 플랜지 각각을 연결하는 제1, 제2 지지벽을 구비할 수 있다.
상기 회로기판은 길이방향을 따라 길게 연장된 형상이며, 상기 구조강화 지지체의 제1 지지벽 및 제2 지지벽은 서로 마주보며 상기 회로기판의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 베어셀은 전해액 주입공을 막는 마개를 구비하며, 상기 구조강화 지지체의 결합판에는 상기 베어셀의 마개와 대응하는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 이차전지는 상기 보호회로모듈의 회로기판을 내부에 수용하며, 상기 베어셀에 결합되는 상부 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 보호회로모듈의 회로기판을 내부에 수용하며, 상기 베어셀에 결합되는 상부 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전 지.상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 구조강화 지지체의 제1 결합 플랜지와 제2 결합 플랜지가 각각 결합되며 서로 나란하게 연장된 제1 연장 막대와 제2 연장 막대를 구비하며, 상기 제1 연장 막대와 제2 연장 막대 사이에는 상기 구조강화 지지체의 결합판이 노출되는 관통 구멍이 형성될 수 있다.
상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 제1 연장 막대와 제2 연장 막대를 연결하는 연결부를 구비할 수 있다.
상기 이차전지는 상기 베어셀에 결합되며 내부에 상기 보호회로모듈과 구조강화 지지체가 수용되는 수지몰딩부를 더 포함하며, 상기 구조강화 지지체의 두 지지벽 중 적어도 하나에는 상기 수지몰딩부의 수지가 채워지는 적어도 하나의 통로구멍이 형성될 수 있다.
상기 구조강화 지지체는 금속 재질의 판 부재가 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 구조강화 지지체는 상기 보호회로모듈의 회로기판에 리플로우 솔더링에 의해 고정될 수 있다.
상기 구조강화 지지체는 상기 베어셀에 레이저 용접으로 결합될 수 있다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 따르면, 보호회로모듈의 회로기판에 일체로 고정된 구조강화 지지체가 베어셀에 결합되므로 보호회로모듈과 베어셀 사이의 결합력이 강화된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도2는 도1에 도시한 이차전지의 분해 사시도이며, 도3은 도1에 도시한 이차전지의 상부 케이스와, 하부 케이스와, 라벨을 A-A선을 따라 절단하여 그 내부를 도시한 정면도이다. 도4는 도2에 도시한 보호회로모듈의 평면도이고, 도5는 도2에 도시한 구조강화 지지체의 사시도이다.
도1 내지 도5를 참조하면, 이차 전지(100)는 베어셀(bare cell)(110)과, 보호회로모듈(120)과, 구조강화 지지체(130)와, 상부 케이스(top case)(140)와, 하부 케이스(bottom case)(150)와, 라벨(160)을 구비한다.
베어셀(110)은 전기 에너지원을 제공하는 구성으로서, 전극 조립체(미도시)와, 개구부(111a)를 통해 전극 조립체가 내부에 수용되는 캔(111)과, 캔(111)의 개구부(111a)를 덮는 캡 조립체(114)로 이루어진다.
도시되지는 않았으나, 전극 조립체는 양극판, 음극판, 및 두 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된다. 양극판 및 양극판에는 각각 양극탭 및 음극탭이 결합된다.
캔(111)은 상단에 개구부(111a)가 형성된 대체로 직육면체 형상을 갖는 금속 재질의 용기이다. 캔(111)은 내부에 전극 조립체와 전해액이 수용되는 공간을 제공 하며, 양극탭과 전기적으로 연결되어 양극 단자의 역할도 수행하게 된다. 캔(111)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 금속 딥 드로잉(deep drawing)과 같은 방법으로 가공하여 제작되는 것이 바람직하다. 캔(111)은 대체로 직사각형 형상인 바닥판(112)과, 바닥판(112)의 가장자리로부터 위로 연장된 측벽(113)을 구비한다.
캡 조립체(114)는 캡 플레이트(115)와, 전극 단자(116)를 구비한다. 캡 플레이트(115)는 대체로 직사각형 형태로서, 캔(111)의 상단에 형성된 개구부(111a)를 폐쇄한다. 캡 플레이트(115)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 전기 전도성 금속 재질로 이루어진다. 캡 플레이트(115)에는 전극 조립체의 양극탭이 전기적으로 연결되어, 캡 플레이트(115)는 양극 단자의 역할을 수행하게 된다. 전극 단자(116)는 캡 플레이트(115)의 대체로 중앙에 위치하며, 캡 플레이트(115)를 관통한다. 전극단자(116)는 전극 단자(116)를 에워싸는 절연 가스켓(117)에 의해 캡 플레이트(115)와 절연된다. 캡 플레이트(115)에는 캔(111)에 전해액을 주입하는 통로인 전해액 주입공(미도시)이 마련되는데, 전해액 주입공(미도시)은 마개(118)에 의해 폐쇄된다. 캡 플레이트(115)에서 마개(118)는 돌출되어 형성된다. 전극 단자(116)에는 전극 조립체의 음극탭이 전기적으로 연결되어, 전극 단자(116)는 음극 단자의 역할을 수행하게 된다. 본 실시예에서는 캡 플레이트(115)가 양극 단자가 되고 전극 단자(116)가 음극 단자의 역할을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 전극 조립체의 양극탭 및 음극탭과의 연결 형태에 따라, 캡 플레이트(115)가 음극 단자의 역할을 수행하고, 전극 단자(116)가 양극 단자의 역할을 수행할 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
보호회로모듈(120)은 회로기판(121)과, 제1 전극 탭(122)과, 제2 전극 탭(123)을 구비한다. 보호회로모듈(120)은 베어셀(110)과 결합되어 충방전을 포함하는 이차 전지(100)의 작동을 제어한다.
회로기판(121)은 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서, X축 방향으로 따라 길게 연장된 얇은 판형상이다. 회로기판(121)의 중앙부에는 제1 전극 탭(122)의 용접을 위해 형성된 제1 관통 구멍(121a)이 마련된다. 회로기판(121)의 길이방향(X축) 일측 단부에는 회로기판(121)의 길이방향(X축)을 따라 나란하게 연장된 제1 연장 막대(121b)와 제2 연장 막대(121c)가 마련된다. 제1 연장 막대(121b)와 제2 연장 막대(121c)에 구조강화 지지체(130)가 결합된다. 제1 연장 막대(121b)와 제2 연장 막대(121c)의 사이에 구조강화 지지체(130)의 용접을 위한 제2 관통 구멍(121d)이 형성된다. 회로기판(121)은 제1 면(121e)과, 제1 면(121e)의 반대쪽 면인 제2 면(121f)을 구비한다. 제1 면(121e)의 중앙부에는 제1 전극 탭(122)이 결합되어 있고, 제1 면(121e)의 양 단부에는 각각 제2 전극 탭(122)과 구조강화 지지체(130)가 결합되어 있다. 제1 면(121e)은 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)와 이격된 거리를 두고 서로 마주본다. 회로기판(121)의 제1 면(121e)에는 전기회로소자(121g)가 실장되어 있다. 전기회로소자(121g)는 제어 IC, 충방전 스위치 등의 소자로 이루어진다. 회로기판(121)의 제2 면(121c)에는 외부 부하 또는 충전기와 전기적으로 연결되는 외부단자(121h)가 마련된다.
제1 전극 탭(122)은 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 회로기 판(121)에 전기적으로 연결된다. 제1 전극 탭(122)은 회로기판(121)을 베어셀(110)에 전기적으로 연결시킨다. 제1 전극 탭(122)은 회로기판(121)의 제1 면(121e)의 중앙부에 결합되어 있다. 제1 전극 탭(122)은 회로기판(121)의 제1 관통구멍(121a)에 대응하여 위치한다. 제1 전극 탭(122)은 용접에 의해 베어셀(110)의 전극 단자(116)에 결합된다.
제2 전극 탭(123)은 회로기판(121)의 길이방향 일측 단부에 위치한다. 제2 전극 탭(123)은 회로기판(121)을 베어셀(110)에 전기적으로 연결시킨다. 제2 전극 탭(123)은 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 용접에 의해 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)에 결합된다.
구조강화 지지체(130)는 결합판(131)과, 제1, 제2 지지벽(132, 133)과, 제1, 제2 결합 플랜지(134, 135)를 구비한다. 구조강화 지지체(130)는 보호회로모듈(120)이 베어셀(110)에 견고하게 결합된 상태를 유지시킨다. 구조강화 지지체(130)는 금속 재질의 판부재가 절곡되어 형성되며, 리플로우 솔더링(reflow soldering)과 같은 방법에 의해 보호회로모듈(120)의 회로기판(121)에 일체로 고정된다. 구조강화 지지체(130)가 니켈과 같은 전기 전도성이 우수한 재질로 이루어질 경우, 회로기판(121)과 베어셀(110)을 전기적으로 연결하는 전극 탭으로서의 역할을 할 수도 있다.
결합판(131)은 대체로 직사각형의 판 형상으로서, 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)에 레이저 용접과 같은 방법에 의해 결합된다. 결합판(131)의 전체 영역이 회로기판(121)에 형성된 제2 관통 구멍(121d)에 의해 노출되므로, 결합판(131)의 전체 영역에 대한 용접이 가능해진다. 따라서, 보호회로모듈(120)과 베어셀(110) 사이의 결합력이 강화된다. 결합판(131)에는 관통홀(131a)이 형성된다. 관통홀(131a)에 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)에 돌출되어 형성된 마개(118)가 위치한다.
제1 지지벽(132)과 제2 지지벽(133)은 서로 마주보며 각각 결합판(131)의 양측으로부터 위로 연장되어 형성된다. 제1 지지벽(132)과 제2 지지벽(133)은 회로기판(120)의 제1 면(121e)과 베어셀(110)의 캡 플레이트(115) 사이의 적절한 거리를 유지시킨다. 제1 지지벽(132)과 제2 지지벽(133)은 각각 회로기판(121)의 길이방향(X축)을 따라 연장된다.
제1 결합 플랜지(134)와 제2 결합 플랜지(135)는 각각 제1 지지벽(132)과 제2 지지벽(133)으로부터 바깥쪽으로 연장되어 형성된다. 제1 결합 플랜지(134)는 보호회로모듈(120)의 회로기판(121)의 제1 연장 막대(121b)에 결합되고, 제2 결합 플랜지(135)는 보호회로모듈(120)의 회로기판(121)의 제2 연장 막대(121c)에 결합된다.
상부 케이스(140)는 보호회로모듈(120)을 내부 공간에 수용하며, 보호회로모듈(120)을 보호한다. 상부 케이스(140)는 덮개판(141)과, 덮개판(141)으로부터 아래로 연장된 측벽(144)을 구비한다.
덮개판(141)은 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)과 대체로 일치하는 형상을 갖는다. 덮개판(141)에는 관통 구멍(145)이 형성된다. 관통 구멍(145)은 보호회로모듈(120)의 외부단자(121h)를 외부로 노출시킨다. 덮개판(141)의 내면은 보호회로모듈(120)의 회로기판(121)의 제2 면(121f)과 마주 접한다.
측벽(144)은 그 끝단(144a)이 베어셀(110)의 캡 플레이트(115)와 접하며 탑 케이스(140)를 지지한다. 측벽(144)의 끝단(144a) 일부분에는 외주부가 아래로 더 연장되어 형성된 연장부(146)가 마련된다. 연장부(146)는 베어셀(110)의 캔(111)의 측벽(113)의 상부를 덮는다.
하부 케이스(150)는 바닥판(151)과, 바닥판(151)으로부터 위로 연장된 두 연장부(152)를 구비한다. 바닥판(151)은 베어셀(110)의 바닥판(112)과 대체로 동일한 형상으로서, 접착부재(153)에 의해 베어셀(110)의 바닥판(112)에 부착된다. 두 연장부(152)는 베어셀(110)의 캔(111)의 측벽(113)의 하부를 덮는다.
라벨(160)은 베어셀(110)의 측면(130)을 감싸도록 부착된다. 라벨(160)은 상부 케이스(140)에 형성된 연장부(146)와 하부 케이스(150)의 연장부(152) 위를 덮는다.
다음에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈을 설명한다.
도6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈이 구조강화 지지체와 함께 도시되어 있다. 도6을 참조하면, 보호회로모듈(220)은 회로기판(221)과, 제1 전극 탭(122)과, 제2 전극 탭(123)을 구비한다. 회로기판(221)은 제1 연장 막대(121b)와 제2 연장 막대(121c)를 구조적으로 연결하는 연결부(221k)를 구비한다. 연결부(221k)에 의해 회로기판(221)의 구조가 더욱 강화된다. 연결부(221k)는 구조강화 지지체(130)에서 용접이 이루어지지 않는 부분인 관통홀(131a)과 대응하는 위치에 형성된다. 회로기판(221)에서 연결부(221k)를 제외한 나머지 구성은 도2에 도시된 회로기판(121)과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명한다. 도7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도가 도시되어 있고, 도8에는 도7의 구조강화 지지체의 사시도가 도시되어 있다.
도7을 참조하면, 이차 전지(300)는 베어셀(bare cell)(110)과, 보호회로모듈(120)과, 구조강화 지지체(330), 수지몰딩부(340)를 구비한다. 베어셀(110)과 보호회로모듈(120)의 구성은 도2에 도시한 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도7 및 도8을 참조하면, 구조강화 지지체(330)는 결합판(331)과, 제1, 제2 지지벽(332, 333)과, 제1, 제2 결합 플랜지(334, 335)를 구비한다. 제1 지지벽(332)과 제2 지지벽(333)에는 다수의 통로구멍(332a, 333a)이 마련된다. 이 통로구멍(332a, 333a)에 수지몰딩부(340)의 수지가 채워져서, 보호회로모듈(120)이 베 어셀(110)에 더욱 견고하게 결합된다. 구조강화 지지체(330)에서 통로구멍(332a, 333a)을 제외한 나머지 구성은 도5에 도시한 구조강화 지지체(130)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
수지몰딩부(340)는 내부에 보호회로모듈(120)과 구조강화 지지체(330)가 수용되도록 베어셀(110)의 상부에 결합되어 있다. 수지몰딩부(340)의 수지가 구조강화 지지체(330)에 형성된 통로구멍(332a, 333a)에 채워져, 구조강화 지지체(330)와의 결합이 견고해진다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도2는 도1에 도시한 이차전지의 분해 사시도이다.
도3은 도1에 도시한 이차전지의 상부 케이스와, 하부 케이스와, 라벨을 A―A선을 따라 절단하여 그 내부를 도시한 정면도이다.
도4는 도2에 도시한 보호회로모듈의 평면도이다.
도5는 도2에 도시한 구조강화 지지체의 사시도이다.
도6은 도2에 도시한 회로기판의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도로서, 몰딩부의 일부를 제거하여 내부를 도시한 것이다.
도8은 도7에 도시한 구조강화 지지체의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이차전지 110 : 베어셀
120 : 보호회로모듈 121 : 회로기판
130 : 구조강화 지지체 340 : 수지몰딩부

Claims (11)

  1. 베어셀;
    회로기판을 구비하는 보호회로모듈; 및
    상기 베어셀과 상기 보호회로모듈의 회로기판을 결합시키는 구조강화 지지체를 포함하며,
    상기 구조강화 지지체는 상기 보호회로모듈에 일체로 형성되고,
    상기 구조강화 지지체는 상기 베어셀에 결합되는 결합판과, 상기 보호회로모듈의 회로기판의 제1 면에 결합된 제1, 제2 결합 플랜지와, 상기 결합판과 상기 제1, 제2 플랜지 각각을 연결하는 제1, 제2 지지벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은 길이방향을 따라 길게 연장된 형상이며,
    상기 구조강화 지지체의 제1 지지벽 및 제2 지지벽은 서로 마주보며 상기 회로기판의 길이방향을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베어셀은 전해액 주입공을 막는 마개를 구비하며,
    상기 구조강화 지지체의 결합판에는 상기 베어셀의 마개와 대응하는 위치에 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 회로기판을 내부에 수용하며, 상기 베어셀에 결합되는 상부 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 구조강화 지지체의 제1 결합 플랜지와 제2 결합 플랜지가 각각 결합되며 서로 나란하게 연장된 제1 연장 막대와 제2 연장 막대를 구비하며,
    상기 제1 연장 막대와 제2 연장 막대 사이에는 상기 구조강화 지지체의 결합판이 노출되는 관통 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 제1 연장 막대와 제2 연장 막대를 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베어셀에 결합되며 내부에 상기 보호회로모듈과 구조강화 지지체가 수용되는 수지몰딩부를 더 포함하며,
    상기 구조강화 지지체의 두 지지벽 중 적어도 하나에는 상기 수지몰딩부의 수지가 채워지는 적어도 하나의 통로구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구조강화 지지체는 금속 재질의 판 부재가 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구조강화 지지체는 상기 보호회로모듈의 회로기판에 리플로우 솔더링에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 구조강화 지지체는 상기 베어셀에 레이저 용접으로 결합되는 것을 특징 으로 하는 보호회로모듈을 구비하는 이차전지.
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