KR101293591B1 - 이차전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 출원에 기재된 이차전지 팩은 밀봉 잉여부를 포함하는 일면 상에 음극단자 및 양극단자가 형성되어 있는 전지셀; 및 상기 음극단자 및 양극단자를 통해 상기 전지셀과 전기적으로 접속되는 보호회로 모듈(PCM)를 포함하며, 상기 PCM은, 보호회로가 형성되어 있고 상기 음극단자 및 양극단자와 접속하는 양극단자 접속부와 음극단자 접속부가 위치하는 기판과, 개방된 일면을 통해 상기 기판을 수납하여 감싸도록 구성된 PCM 케이스를 포함하며, 상기 기판은 상기 음극단자 및 양극단자 접속부를 통하여 상기 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 결합하고, 상기 기판이 전지셀과 평행하게 놓여진 상태에서 PCM 케이스가 상기 기판을 수납하며, 상기 기판을 수납한 PCM 케이스가 상기 전지셀의 밀봉 잉여부에 탑재되고, 상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑을 포함한다.

Description

이차전지 팩 {Secondary Battery Pack}
본 발명은 이차전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지의 구조에는 그것이 사용되는 디바이스의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 착탈식 구조와 디바이스의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조가 있다. 예를 들어, 종래의 모바일 디바이스에 사용되는 이차전지는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능하도록 구성되는 반면에, 일부 휴대폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 디바이스에 사용되는 이차전지는 내장형으로 구성되기도 한다.
이러한 이차전지로는 리튬 이차전지가 많이 사용되고 있으며, 이들 이차전지에는 그것이 장착되는 디바이스와 전기적으로 연결되는 음극 및 양극 단자들과, 이차전지의 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자 등을 포함한다. 안전소자의 예로는, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) , 퓨즈(fuse), TCO 등이 있다.
일반적으로, PCM과 같은 안전소자들은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방법으로 음극 및 양극단자들을 포함하는 전지셀에 연결된다. 예를 들어, 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하고, 양면 테이프의 일측에는 PCB(printed circuit board)를 용접하고 타측에는 보호 테이프를 부착하여 전지셀에 밀착시킨 상태에서, PCB의 전극 탭과 니켈 플레이트를 용접하는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 따라서, PCM을 비롯한 각각의 부재에 대해 절연성 테이프를 부착하고, 그 외에도 전지셀 케이스의 실링부 일부를 절곡하여 절연성 테이프를 부착하거나, 바코드를 프린트하는 등의 매우 복잡한 과정을 거치게 된다.
이와 같이, 안전소자와 전지셀 간의 안전한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수의 절연성 테이프 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한, 외부에서 충격이 가해질 경우, 전지팩은 기계적 강성이 낮은 절연성 테이프의 사용으로 인해, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점을 야기할 수도 있다.
본 발명은 이차 전지셀의 보호회로 기판을 전기절연성의 케이스로 커버함으로써 외부의 충격 등으로부터 보호회로 기판의 보호 및 절연이 가능하며, 이차 전지셀의 전극단자가 외부에 노출되는 것을 방지하는 이차전지 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 전지팩을 구성함에 있어서 소요되는 부품 수를 줄여 조립공정을 간소화하고, 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있는 이차전지 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 보호회로 기판과 이를 수납하는 케이스로 구성된 PCM을 전지셀의 외주면에 탑재하여, 동일한 규격에서 최대 용량을 제공할 수 있는 이차전지 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 외부 충격으로부터 안전소자를 보호하고, 치수 안정성이 뛰어나며 전지팩의 외면에 주름이 형성되는 것을 방지하는 보호회로 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩은 밀봉 잉여부를 포함하는 일 면상에 음극단자 및 양극단자가 형성되어 있는 전지셀과, 음극단자 및 양극단자를 통해 상기 전지셀과 전기적으로 접속되는 보호회로 모듈(PCM)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 PCM은 보호회로가 형성되어 있고 상기 음극단자 및 양극단자와 접속하는 양극단자 접속부와 음극단자 접속부가 위치하는 기판과, 개방된 일면을 통해 상기 기판을 수납하여 감싸도록 구성된 PCM 케이스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 음극단자 및 양극단자 접속부를 통하여 상기 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 결합하고, 상기 기판이 전지셀과 평행하게 놓여진 상태에서 PCM 케이스가 상기 기판을 수납하며, 상기 기판을 수납한 PCM 케이스가 상기 전지셀의 밀봉 잉여부에 탑재될 수 있다.
일 실시예에서 상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑이 포함될 수 있다.
일 실시예에서 상기 PCM 케이스와 뚜껑은 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합될 수 있으며, 상기 PCM 케이스에는 뚜껑과 결합하기 위한 하나 이상의 체결홈이 형성되어 있고, 뚜껑에는 상기 체결홈에 대응하는 체결돌기가 형성되어 있을 수 있다.
일 실시예에서 상기 전지셀은 판상형 전지셀이고, 상기 음극단자 및 양극단자는 판상형의 도전성 부재일 수 있다.
일 실시예에서 상기 기판은 외부입출력단자를 더 포함 할 수 있으며, 외부입출력단자는 연결부를 통해서 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판에 형성될 수 있다.
또한, 상기 외부입출력단자는 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 외부입출력단자는 상기 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판의 타면에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 PCM 케이스는 개방된 일면과 접하는 면에 외부입출력단자가 외부로 도출될 수 있도록 개구를 더 포함하도록 구성일 수 있다. 상기 개구의 일 예로서 슬릿형 개구가 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 밀봉 잉여부의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프가 추가로 부착되어 있을 수 있으며, 상기 절연 테이프는 예를 들어 양면 테이프일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 PCM 케이스의 외면 중 적어도 일면에 절연 테이프를 추가로 더 붙일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전지셀은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판이 상기 밀봉 잉여부의 연장 방향과 동일한 연장 방향으로 전지셀과 평행한 상태에서 PCM 케이스에 수납되는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판의 양극단자 접속부와 결합되는 양극단자의 일면에는 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트가 추가로 장착될 수 있다.
일 실시예에서, 이차전지 팩은 전지셀을 감싸는 라벨을 더 포함할 수 있으며, 상기 라벨은 전지셀의 측면의 밀봉 외주면을 감싸는 구조로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈은 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 각각 접속하는 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부를 포함하는 보호회로 기판과 개방된 일면을 통해서 상기 보호회로 기판을 수납하도록 구성된 케이스를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 보호회로 모듈에서, 상기 보호회로 기판은 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부를 통하여 상기 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 접속하고, 상기 기판은 전지셀과 평행하게 놓여진 상태에서 PCM 케이스에 수납된 후, 상기 PCM 케이스가 상기 전지셀의 밀봉 잉여부 상으로 놓여질 수 있다.
일 실시예에 따른 보호회로 모듈에서, 상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑을 장착할 수 있다.
일 실시예에 따른 보호회로 모듈에서, 상기 PCM 케이스와 뚜껑은 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합될 수 있으며, 상기 PCM 케이스에는 뚜껑과 결합하기 위한 하나 이상의 체결홈이 형성되어 있고, 뚜껑에는 상기 체결홈에 대응하는 체결돌기가 형성되어 있을 수 있다. 이와 반대로, PCM 케이스에는 하나 이상의 체결돌기 (예를 들어, 후크)가 형성되어 있고, 뚜껑에는 상기 체결돌기에 대응하는 체결홈이 형성되어 있거나 체결돌기와 체결홈이 교호형태로 형성될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 알 수 있을 것이다. 즉, PCM 케이스와 뚜껑을 결합하게 하는 구성이라면 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따른 보호회로 모듈에서, 상기 케이스는 일면이 개방된 중공형의 박스 구조로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 보호회로 모듈에서, 상기 보호회로 기판은 상기 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판에 연결부를 통해 결합되어 있는 외부입출력단자를 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 케이스는 상기 개방된 일면과 접하는 일면 상에 상기 연결부가 통과하는 개구를 더 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 케이스는 예를 들어 슬릿형 개구를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 팩을 제조하는 방법은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체를 전지케이스에 밀봉하며 전지셀을 형성하며, 상기 전지셀의 상기 밀봉 외주면 중 일면의 밀봉면은 잉여부를 포함하는 것인 전지셀 형성 과정과 상기 기판을, 상기 밀봉 잉여부의 연장 방향과 동일한 연장 방향으로 전지셀과 평행한 상태에서, 일면이 개구된 케이스 내에 수납하도록 하는 과정과 상기 전지셀의 밀봉 잉여부 상으로 상기 케이스를 탑재하는 과정과 상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑을 장착하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 팩은 밀봉 잉여부를 포함하는 일 면상에 음극단자 및 양극단자가 형성되어 있는 전지셀과, 음극단자 및 양극단자를 통해 상기 전지셀과 전기적으로 접속되는 보호회로 모듈(PCM)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 PCM은, 보호회로가 형성되어 있고 상기 음극단자 및 양극단자와 접속하는 양극단자 접속부와 음극단자 접속부가 위치하는 기판과, 개방된 일면을 통해 상기 기판을 수납하여 감싸도록 구성된 PCM 케이스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 기판은 상기 음극단자 및 양극단자 접속부를 통하여 상기 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 결합하고, 상기 기판이 전지셀과 수직으로 놓여진 상태에서 PCM 케이스가 상기 기판을 수납하며, 상기 기판을 수납한 PCM 케이스가 상기 전지셀의 밀봉 잉여부에 탑재될 수 있으며, 상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑이 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은 본 발명에 따른 이차전지 팩은, PCM 케이스에 PCB 등을 삽입한 구조의 PCM을 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재한 구조로 이루어져 있으므로, 종래의 내장형 이차전지 팩과 비교하여, PCM을 효과적으로 보호할 수 있고, 부품수가 현저히 줄어들어, 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 PCM 케이스가 PCB가 삽입 방식으로 장착되는 구조로 구성되어 있으므로, 종래의 테이프를 사용하여 PCM을 절연하는 내장형 전지 팩과 비교하여, 부품수가 현저히 줄어들어 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있게 되므로, 작업이 용이하고 불량률이 상대적으로 감소하며 전지팩의 외면에 주름없는 깔끔한 외관 구현이 가능한 장점이 있다.
더욱이, PCB를 전지셀에 대해 직각으로 세운 상태로 전지셀의 본체 상단에 대면하는 방향으로 밀봉 잉여부 상에 탑재하는 구조로 이루어져 있어서, PCB를 밀봉 잉여부에 평행하게 탑재하는 구조에 비하여, 밀봉 잉여부를 짧게 구성할 수 있고, 이차전지 팩의 단위 부피당 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 9는 도 1의 이차전지 팩을 제조하는 과정을 나타내는 사시도들이다.
도 10은 도 8의 “A” 부위를 확대한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 팩의 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩은 네 개의 외주면이 밀봉되어 있는 전지셀과 상기 외주면 중 잉여부를 지닌 밀봉 외주면 상에 탑재된 안전소자를 포함하여 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자는 제 1 안전소자 및 제 2 안전소자로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 안전소자로서, 보로회로 일 수 있으며, 상기 제 2 안전소자로서, PTC, FUSE 또는 TCO 등 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 안전소자는 PCM 내에 부품의 형태로 포함 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자로는 보호회로모듈 (PCM)이 있으며, 이 PCM은 보호회로 기판과 이를 수납하는 케이스로 구성될 수 있고, 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 본 기재에서는 안전소자로서 PCM을 채택하고 이고, PCM은 보호회로 기판, 즉, PCB를 포함하는 것으로 되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자는 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 도 1를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩을 살펴보기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도를 모식적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 이차전지 팩(700)은 음극단자(120)와 양극단자(110), 전지셀(100), PCM(500), 및 라벨(400)로 구성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(100)은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 파우치형으로서 이루어져 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
도 1를 참조하면, 전지셀(100)은, 일 면에 형성되어 있는 밀봉 잉여부(130)와, 이 밀봉 잉여부(130) 쪽으로 노출되어 위치하는 음극단자(120) 및 양극단자(110)를 포함한다. 본 기재에서 사용되는 용어 “면”이란 대략적으로 네 개의 면을 지닌 사면체에서 임의의 면을 칭하는 것으로, 측면, 단면 혹은 단부를 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 본 기재에서는, 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉될 때 형성되는 밀봉된 외주면들 중, 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 밀봉부를 밀봉 잉여부(130)라 한다. 하지만, 동일한 의미를 내포하는 것이라면, 상기 밀봉 잉여부는 실링 잉여부, 열융착 잉여부, 실링 테라스, 밀봉 테라스 등과 같은 용어로 대체될 수 있음은 본 기술분야에서 일반적인 지식을 지닌 자라면 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기절연성의 뚜껑(600)은 PCM 케이스(300)의 개방된 일면을 밀폐하는 구조로 되어 있다. 도 1에 도시하듯이, 전기절연성의 뚜껑(600)은 PCM 케이스(300)의 체결홈들(320)에 대응하는 후크들(610)이 형성되어 있고, PCM 케이스(300)에는 전기절연성의 뚜껑(600)의 후크들(610)에 대응하는 체결홈들(320)이 형성되어 있어서, PCM 케이스(300)와 전기절연성의 뚜껑(600)은 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극단자(120) 및 양극단자(110)는 판상형의 도전성 부재로서, 아래에서 설명하는 PCM(500)의 PCB(200)와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCM(500)은 보호회로가 형성되어 있는 PCB(200)와 PCB(200)가 수납되는 전기절연성의 PCM 케이스(300) 및 외부입출력단자(210)를 포함 할 수 있다.
도 1을 참조하면, PCB(200)는 보호회로를 포함하는 기판으로서, 보호회로기판 혹은 기판으로 칭할 수 있다. PCB(200)는 전지의 과충전, 과장전, 과전류 등을 제어하는 보호회로 이외에 전지셀(100)의 음극단자(120)와 양극단자(110)에 각각 접속하는 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)를 기판 상에 더 포함할 수 있다. PCB(200)는 상기와 같은 보호회로와 두 개의 접속부(220, 230)외에, 도 1에 도시하듯이, 기판의 일 단부에 연결된 연결부(211)를 통해, 기판과 연결된 외부입출력단자(210)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부입출력단자(210)는 PCB(200)와 전기적으로 연결되어, 충전기 등과 같은 외부 디바이스로부터 전지셀(100)로 전류를 공급하거나 또는 전지셀(100)로부터 휴대폰, MP3 등과 같은 외부 디바이스에 전류를 제공할 수 있는 형태라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 단부에 커넥터(212)가 장착되어 있는 플레이트 구조로 이루어질 수 있다.
또한 도 1에 도시한 실시예에서와 달리, 외부입출력단자는 연결부를 통해서 PCB(200)에 연결되지 않고, 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판 상에 형성될 수도 있다. 이 경우에 따른 본 발명의 이차전지 팩을 도 11에 도시하였다. 외부입출력단자가 PCB 상에 형성되는 경우에는 PCB를 수납하는 PCM 케이스(예를 들어 도 11의 420)에 상기 외부입출력단자(예를 들어 도 11의 430)에 해당하는 부위에 개구가 형성되며, 그 개구를 통해서 외부입출력단자와 외부 디바이스를 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)는 PCB(200)에 결합되는 부분과, 전지셀(100)의 음극단자(120)와 양극단자(110)와 연결되는 과정에서 절곡 가능한 연장부로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부입출력단자(210)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 일 단부에 커넥터(212)가 장착되어 있는 플레이트 구조로 이루어져 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 도 1에는, 외부입출력단자(210)가 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)와 반대방향을 향하도록 구성되어 있으나, 이는 일 예일뿐, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부입출력단자(210)는 음극단자 접속부(220) 및 양극단자 접속부(230)와 같은 방향을 향하도록 구성될 수도 있으며, 위치 또한 양극단자 접속부 쪽에 위치할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCM 케이스(300)는 PCB(200)가 수납 장착될 수 있도록 일 면이 개방되어 있는 중공형의 박스 구조로 이루어져 있다. 따라서, 치수 안정성이 뛰어나고 장착시간 및 공정을 크게 단축시킬 수 있다. 여기서 장착시간이란, PCM 케이스(300) 내부에 PCB(200)를 수납하여 조립하는 조립 공정에 소요되는 시간을 의미이다. 따라서, 장착시간이 단축된다는 의미는 조립 공정에 소요되는 시간이 단축된다는 의미이므로, 공정을 크게 단축시킬 수 있다.
PCM 케이스(300)의 크기와 사이즈는 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130)상에 탑재되어진 PCB(200)를 수납하여 감쌀 수 있는 크기와 사이즈로 적절하게 구성될 수 있다. 아울러 도 1에 도시한 바와 같이 PCB(200)가 연결부(211)를 통해서 외부입출력단자(210)를 포함하여 구성되는 경우에는, PCM 케이스(300)의 상기 개방된 일 면과 접하는 면에 외부입출력단자(210)가 노출될 수 있는 개구, 예를 들어, 슬릿형 개구(310)가 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 팩은, 전지셀의 음극단자 및 양극단자 중 적어도 하나의 전극단자와 PCB 사이에 안전소자가 추가로 장착되는 구성을 지닐 수도 있다. 이 경우 안전소자는, 예를 들어, 전지셀의 음극단자와 PCB사이에 위치하는 구조일 수 있으며, 상기 안전소자는 PCB와 함께 PCM 케이스에 수납 장착되어 구조적 안정성을 담보할 수 있다.
따라서, 형상 변형이나 기타 부재를 추가적으로 사용하지 않고, 전지셀의 양극단자를 PCB의 양극단자 접속부에 직접 연결하고, 음극단자를 안전소자의 일측과 연결된 상태에서 안전소자의 타측을 PCB의 동일면에 위치한 안전소자 접속부에 연결할 수 있어서, 구조적 강도 등이 취약한 안전소자를 안정적으로 PCB에 탑재하여 제조 공정에서의 불량 가능성을 줄일 수 있고 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
상기 안전소자는 전지셀의 온도 상승시 전류를 차단하여 안전성을 확보하기 위한 부재로서, 예를 들어, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 소자 또는 온도 상승 시 단전되는 퓨즈일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이하 도 2 내지 도 10를 참조하여 도 1에 도시한 이차전지 팩을 구성하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 2 내지 도 10은 이차전지 팩을 제조하는 과정을 설명하기 위한 이차전지 팩의 다양한 사시도들이다.
우선 도 2를 참조하면, 전지셀(100)의 밀봉면 중 일 밀봉면에 잉여부, 즉 밀봉 잉여부(130)를 형성하고 이 밀봉 잉여부(130) 상에 전지셀(100)의 음극단자(120) 및 양극단자(110)를 위치시킨다. 밀봉 잉여부(130)의 크기는 PCB(200)와 PCM 케이스(300)가 결합된 PCM(500)을 수납할 수 있는 정도의 크기이고, PCM 케이스(300)의 크기가 밀봉 잉여부(130)의 길이보다 더 길거나 짧게 형성 될 수 있음은 물론이며, 전지셀의 용량과 모양에 따라 적절하게 조정될 수 있음은 이 기술분야에서 일반적인 지식을 지닌 자라면 알 수 있을 것이다.
다음으로 도 2에 도시하듯이, 양극단자(110)의 일부분 상에 니켈 플레이트(140)가, 예를 들어 초음파 용접에 의해 결합될 수 있다. 니켈 플레이트(140)를 추가로 양극단자(110)에 장착하는 것에 의해, 일반적으로 알루미늄으로 구성된 전지셀의 양극단자와 니켈로 구성된 PCB 양극단자 접속부 사이에 서로 다른 특성으로 인해 용접성이 떨어지는 단점을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기에서 설명했듯이, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 음극단자(120)와 음극단자 접속부(220) 사이에 PTC 등과 같은 추가적인 안전소자를 선택적으로 장착하여 안정성을 강화할 수도 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, PCB(200)에 형성되어 있는 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)를, 예를 들어 스팟 용접에 의해 전지셀(100)의 음극단자(120)와 양극단자(110)에 각각 용접한다. 도 2에 도시한 바와 같이 니켈 플레이트(140)가 양극단자(110)에 용접되어 있는 경우에는, 상기 양극단자 접속부(230)는 니켈 플레이트(140)와 용접하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)는 PCB(200)에 결합되어 있는 부분과 절곡 가능한 연장부로 구성되어 있기 때문에, 도 3에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, PCB(200)는 밀봉 잉여부(130)가 형성된 전지셀(100)의 일 면과 마주보는 형태로 PCB(200)의 음극단자 접속부(220) 및 양극단자 접속부(230)가 전지셀(100)의 음극단자(120) 및 양극단자(110)와 용접 결합될 수 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)를 절곡한 후, 전지셀(100) 본체의 밀봉 잉여부(130)의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프 역할을 하는 접착 테이프(160)를 부착할 수 있다. 이와 같이 상기 밀봉 잉여부(130)의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프를 추가로 부착함으로써, 전극단자 노출 부위의 절연성을 더욱 효과적으로 달성할 수 있다. 또한, 상기 절연 테이프가 양면 테이프일 경우에는, 상기 양면 테이프는 PCM 케이스를 PCB에 장착 할 때 PCM 케이스와 밀봉 잉여부 사이에 결합력을 제공하여 구조적 안정성을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부를 통해서 전지셀(100)과 접속한 PCB(200)는 전지셀(100)과 평행한 상태에서 PCM 케이스에 수납되어 전지셀(100)의 밀봉 잉여부 상에 탑재될 수 있다. 여기서, PCB가 전지셀과 평행한 상태에 놓여있다는 것은, 예를 들어, 도 4에 도시하듯이 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 각각 접속한 음극전자 접속부(220) 및 양극전자 접속부(230)가 위를 향하도록 놓여지는 것을 칭할 수 있다. 이 때, 도 4에 도시하듯이, PCB(200)가 길이방향으로 밀봉잉여부가 형성된 전지셀의 단부와, 상기 음극단자 및 양극단자와 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 접속되어 있는 만큼 떨어져서, 병렬로 나열되어 있는 것을 칭할 수 있을 것이다.
다른 말로 말해서, 도 4에 도시하듯이, PCB(200)가 전지셀과 평행하게 놓여질 경우에는, PCB(200)의 음극단자 접속부(220) 및 양극단자 접속부(230)가 위치한 면이 위로 향하게 됨으로써, PCB(200)의 외형을 이루고 있는 네면들 중 가장 넓은 면 두 곳이 위 방향과 아래 방향으로 위치하게 된다. 또한, 전지셀(100)의 외형을 이루고 있는 네 면들 중 가장 넓은 면 두 곳이 위 방향과 아래 방향으로 위치함으로써, PCB(200)와 전지셀(100)은 각각의 가장 넓은 면 두 곳이 각각 같은 방향을 향하도록 위치하게 된다. 따라서, PCB(200)가 전지셀(100)과 평행한 방향으로 놓여진다는 의미는, 상기와 같은 서로의 위치관계를 포함하는 의미로 이해될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 기판이 상기 밀봉 잉여부의 연장 방향과 동일한 연장 방향으로 전지셀과 평행한 상태에서 PCM 케이스에 수납될 수 있다. 상기에서 도 1과 관련해서 설명했듯이, PCB 케이스(300)는 PCB(200)를 수납할 수 있도록 일 면이 개방되어 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, PCB(200)의 접속부에 연결부를 통해 외부입출력단자(210)가 포함된 경우에는 이를 외부로 노출하기 위해서 PCB(210)의 연결부(211)에 해당하는 PCB 케이스(300)의 일 면에 개구, 예를 들어 슬릿형 개구(310)가 형성될 수 있다. 이 슬릿형 개구(310)를 통해서 PCB(200)의 연결부(211)가 통과할 수 있으므로, 연결부(211)에 연결된 외부입출력단자(210)는 외부로 노출되게 된다.
또한, PCM 케이스의 부가 방향은 도 1에서와 같이 개구부가 위를 향하게 부가될 수도 있고, 도 5와 같이 화살표 방향으로 부가될 수 있음은 물론이다. 또한, 기판은 전술한 바와 같이 전지셀과 평행한 상태 뿐 아니라, 전지셀과 수직한 상태에 놓여 있는 채로 PCM케이스가 부가 될 수 있다.
도 6을 도 1 및 도 8과 함께 참조하면, PCB 케이스(300)를 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 장착하기 위해서, 음극단자(120) 및 양극단자(110)를 밀봉 잉여부(130)가 형성된 전지셀의 일면 방향으로 절곡하도록 한다.
이상과 같이 PCB(200)가 전지셀(100)의 일면에 형성된 밀봉 잉여부(130) 상에 탑재될 때, 밀봉 잉여부(130) 상에 수직으로 장착되므로, 충분한 크기의 밀봉 잉여부(130)를 구성할 수 없을 때에는 PCB(200)를 작게 하더라도 무방하다.
도 7 및 도 8을 도10과 함께 참조하면, 상기 기판을 수납한 PCM 케이스(300)는 일면이 개방되어 있다. 상기에서 도 1과 관련해서 설명했듯이, PCM 케이스(300)의 개방된 일면은 전기절연성의 뚜껑(600)에 의해 밀폐될 수 있다. 또한, 도 7에 도시하듯이, 전기절연성의 뚜껑(600)은 PCM 케이스(300)의 체결홈들(320)에 대응하는 후크들(610)이 형성되어 있고, PCM 케이스(300)에는 전기절연성의 뚜껑(600)의 후크들(610)에 대응하는 체결홈들(320)이 형성되어 있어서, PCM 케이스(300)와 전기절연성의 뚜껑(600)은 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합될 수 있다.
또한, 체결홈과 체결돌기 (예를 들어, 후크)의 형성 위치와 형성 형태에 대해서는 전술한 바와 같이 PCM 케이스와 뚜껑을 결합하게 하는 구성이라면 이에 제한되지 않는다.
도 9는 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130)상에 탑재된 PCB(200)를 PCM 케이스(300)가 수납한 상태에서, 이 위에 라벨(400)를 씌운 모습을 도시한다. 본 발명에 따른 라벨(400)은 상기 PCM 케이스(300) 외면 및 전지셀(100)의 밀봉 외주면을 감싸면서도(도 9에서 화살표 방향 참조), 외부입출력단자가 외부로 노출될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시하듯이, 외부로 노출된 외부입출력단자(210)를 제외한 PCM(500)의 외면과 전지셀의 외주면을 감싸는 형태로 라벨(400)이 부착될 수 있다.
라벨(400)을 전지셀에 부착함에 따라, 전반적으로 절연 상태를 유지하면서, 전지셀의 밀봉 외주면을 전지셀 본체 상에 안정적으로 고정하며, 전지셀의 전극단자와 PCB의 전기적 연결 상태를 더욱 안정적으로 담보할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 외부입출력단자를 PCB 상에 장착한 이차전지 팩의 사시도를 도시한다. 위에서 설명하였듯이, 도 11를 참조하면, 이차전지 팩(800)에서, 외부접속단자(430)는 PCB (도시하지 않음)의 일면에 형성되어 있고, PCM 케이스(420)를 통해 외부로 노출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지셀의 양극단자와 음극단자에 전기적으로 연결된 보호회로 기판을 케이스에 수납하여 장착하는 구조의 PCM(500)을 전지셀의 일면에 형성된 밀봉 잉여부 상에 탑재하므로, 종래의 이차전지 팩과 비교하여, PCM을 효과적으로 보호할 뿐만 아니라, 부품수가 현저히 줄어들어, 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 보호회로 기판이 전기절연성의 케이스에 수납되어 장착되므로, 보호회로 기판을 포함한 PCM의 보호 및 절연이 가능하고, 별도의 부재를 사용하여 전극단자를 절연하지 않고도 전극단자가 외부에 노출되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 보호회로 기판이 케이스에 내장되는 구조로 이루어져 있으므로, 종래의 테이프를 사용하여 PCM을 절연하는 전지팩과 비교하여 작업이 용이하고 불량률이 상대적으로 감소하며 전지팩의 외면에 주름 없는 깔끔한 외관 구현이 가능한 장점이 있다.
더 나아가, 보호회로 기판을 전지셀 일면에 형성된 밀봉 잉여부 상에 탑재하는 구조로 이루어져 있어서, 종래의 전지셀 구조에 비하여, 밀봉 잉여부를 짧게 구성할 수 있고, 전지팩의 단위 부피당 용량을 증가시킬 수 있다.
아울러, 일반적인 이차전지 팩의 조립 과정에서는 앞서 설명한 바와 같이, 접속부재, PCM 등을 결합하고 각 단계마다 절연성 테이프를 부착하는 과정으로 전지셀 상에 PCM 어셈블리를 설치한다. 따라서, 다수의 부품 등을 이용하여 PCM 어셈블리를 전지셀 상에 장착하므로, 다수의 공정이 요구되며, 기계적 강성뿐만 아니라 구조적 안정성이 낮은 문제점들이 유발된다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 보호회로 기판이 케이스에 장착된 구조로 이루어져 있으므로, 전지팩의 구조적 안정성이 향상되고, 전지팩의 제조공정을 크게 간소화시킬 수 있으며, 우수한 절연성을 담보하고, 종래와 동일한 규격의 전지팩에서 전지셀의 용량을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 라벨 또는 절연 테이프와 같은 별도의 부재 없이, 케이스 및 뚜껑을 사용하여 PCM의 보호와 절연을 가능하게 하고, 전극단자에 보호회로 기판을 전기적으로 접속하고 절곡 공정이 완료된 뒤 케이스를 장착함으로써, 절곡 공정에서 발생할 수 있는 노출 부위가 없어 별도의 절연 부재를 필요로 하지 않는다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 각각 접속하는 음극단자 및 양극단자 접속부를 포함하는 보호회로 기판과;
    개방된 일면을 통하여 상기 보호회로 기판을 수납하도록 구성된 케이스를 포함하며,
    상기 보호회로 기판은 상기 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부를 통하여 상기 전지셀의 음극단자 및 양극단자와 접속하고, 상기 기판은 전지셀과 평행하게 놓여진 상태에서 PCM 케이스에 수납된 후, 상기 PCM 케이스가 상기 전지셀의 밀봉 잉여부에 탑재되며,
    상기 PCM 케이스의 개방된 일면을 밀폐하는 전기절연성의 뚜껑을 장착하는 것인
    보호회로 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PCM 케이스와 뚜껑은 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합되는 것인 보호회로 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 PCM 케이스에는 뚜껑과 결합하기 위한 하나 이상의 체결홈이 형성되어 있고, 뚜껑에는 상기 체결홈에 대응하는 체결돌기가 형성되어 있는 것인 보호회로 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 일면이 개방된 중공형의 박스 구조로 이루어진 것인 보호회로 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로 기판은 상기 음극단자 접속부 및 양극단자 접속부가 형성된 기판에 연결부를 통해 결합되어 있는 외부입출력단자를 더 포함하는 것인 보호회로 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 케이스는 상기 개방된 일면과 접하는 일면 상에 상기 연결부가 통과하는 개구를 더 포함하는 것인 보호회로 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 케이스는 슬릿형 개구를 포함하는 것인 보호회로 모듈.
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