KR101313323B1 - 전지 캡과 전지 셀 케이스의 결합구조가 개선된 전지 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전지 팩은, 내부에 전지 셀과 전해질을 포함하고, 상부 표면에 전극 단자가 형성되어 있으며, 상기 전극 단자가 형성된 상부 표면의 둘레를 따라 슬리브(sleeve)가 형성되어 있고, 상기 슬리브에 복수의 결합 홈이 형성된 전지 셀 케이스; 내부에 전지 보호회로를 포함하고, 하부 표면의 상기 전지 셀 케이스의 전극 단자와 대응하는 위치에 연결 전극이 형성되어 있으며, 상부 표면에 외부 기기의 단자에 연결되는 외부 단자가 형성된 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈을 수납하는 수납공간이 형성되고, 상부에는 상기 보호회로모듈의 외부 단자에 대응하는 위치에 상기 외부 단자를 노출시키는 단자 홈이 형성되어 있으며, 상기 전지 셀 케이스의 복수의 결합 홈에 대응하는 위치에 복수의 결합 돌기가 형성된 전지 캡;을 구비하여, 상기 전지 캡에 상기 보호회로모듈을 수납한 상태에서 상기 전지 캡을 상기 전지 셀 케이스의 슬리브 내부로 밀어넣음으로써 상기 결합 돌기를 상기 결합 홈에 끼워 상기 전지 캡과 전지 셀 케이스를 기계적으로 결합한다.

Description

전지 캡과 전지 셀 케이스의 결합구조가 개선된 전지 팩{Battery Pack Improved in Mounting Structure of Battery Cap onto Battery Cell Case}

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보호회로모듈을 포함하는 전지 캡과 전지 셀 케이스의 결합구조를 개선한 전지 팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는 그 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬이온 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 또한, 이차전지가 외부기기에 장착되는 형태에 따라 일반적으로 외장형 전지 팩(hard pack)과 내장형 전지 팩(inner pack)으로 분류된다. 외장형 전지 팩은 그것이 장착되는 외부기기의 외형 일부를 형성하므로 사용시 외부기기에 장착하기 용이한 장점을 가지지만, 전지 셀을 내장한 상태에서 케이스를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 떨어지는 문제점이 있다.

반면에, 내장형 전지 팩은 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 덮개를 덮어 사용하므로, 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성이 좋다는 장점을 가진다.

내장형 전지 팩의 본체인 전지 셀로는 각형 전지와 파우치형 전지가 많이 사용된다. 각형 전지는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 전지 셀 케이스 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이며, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스 내부에 전극 조립체가 내장되어 있다.

한편, 이차전지는 사용후 다시 충전하여 반복적인 사용이 가능한데, 충전시의 과충전이나 반복적인 사용에 따른 전해질의 분해 등에 의해 과열, 발화, 또는 폭발의 위험성이 존재한다. 따라서, 통상의 이차전지는 이러한 사고를 방지하기 위해, 전지의 온도가 일정 온도 이상 상승하면 전류를 차단하는 PTC(정온도계수) 소자와 회로보호모듈(이하, 통칭하여 보호회로모듈이라 한다)을 구비하고 있다. 보호회로모듈은 통상, 필요한 회로 소자들을 실장한 회로 기판을 수지제 사출 성형물로 감싼 캡 또는 케이스(이하 전지 캡이라 한다)의 형태로 제작되고, 전지 셀 케이스와 전기적, 기계적으로 결합되어 전지 팩을 이룬다.

보호회로모듈을 포함하는 전지 캡을 특히 각형 전지 셀 케이스와 전기적, 기계적으로 결합할 때는 통상, 전지 셀의 전극 단자와 보호회로모듈의 연결 전극을 용접이나 납땜으로 상호 연결하고, 전지 캡을 전지 셀 케이스에 접착제로 본딩하거나 전지 캡과 전지 셀 케이스를 초음파 용착하거나 또는 전지 셀 케이스와 전지 캡을 라벨이라 불리는 외장 필름으로 함께 감싸서 고정함으로써 전지 캡과 전지 셀 케이스를 전기적, 기계적으로 결합한다. 따라서, 전지 캡과 전지 셀 케이스를 결합하는 작업은 매우 번거롭고, 용접이나 납땜 불량, 본딩 불량, 용착 불량, 라벨 접착 불량 등의 불량이 발생할 여지가 많다. 또한, 전지 캡과 전지 셀 케이스의 본딩, 초음파 용착, 라벨 접합은 그 결합력이 낮아 외력에 의해 쉽게 전지 캡과 전지 셀 케이스가 분리되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보호회로모듈을 포함하는 전지 캡과 전지 셀을 포함하는 전지 셀 케이스를 간편하게 결합할 수 있고 외력에 의해 쉽게 분리되지 않는 결합 구조를 가지는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 전지 팩은, 내부에 전지 셀과 전해질을 포함하고, 상부 표면에 전극 단자가 형성되어 있으며, 상기 전극 단자가 형성된 상부 표면의 둘레를 따라 슬리브(sleeve)가 형성되어 있고, 상기 슬리브에 복수의 결합 홈이 형성된 전지 셀 케이스; 내부에 전지 보호회로를 포함하고, 하부 표면의 상기 전지 셀 케이스의 전극 단자와 대응하는 위치에 연결 전극이 형성되어 있으며, 상부 표면에 외부 기기의 단자에 연결되는 외부 단자가 형성된 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈을 수납하는 수납공간이 형성되고, 상부에는 상기 보호회로모듈의 외부 단자에 대응하는 위치에 상기 외부 단자를 노출시키는 단자 홈이 형성되어 있으며, 상기 전지 셀 케이스의 복수의 결합 홈에 대응하는 위치에 복수의 결합 돌기가 형성된 전지 캡;을 구비하고, 상기 전지 캡에 상기 보호회로모듈을 수납한 상태에서 상기 전지 캡을 상기 전지 셀 케이스의 슬리브 내부로 밀어넣음으로써 상기 결합 돌기를 상기 결합 홈에 끼워 상기 전지 캡과 전지 셀 케이스를 결합한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 결합 돌기와 상기 결합 홈은 서로 위치를 달리하여 형성된다.

본 발명에 의하면, 전지 셀 케이스와 보호회로모듈을 포함하는 전지 캡을, 용접이나 납땜, 본딩, 초음파 용착 등에 의하지 않고, 전지 캡에 형성된 결합 돌기와 전지 셀 케이스에 형성된 결합 홈에 의해 기계적으로 결합한다. 따라서, 전지 캡과 전지 셀 케이스의 결합이 매우 간편하게 이루어지고 결합 공정에 드는 비용이 현저하게 감소한다. 또한, 결합 돌기와 결합 홈에 의한 기계적 결합이므로 그 결합력이 매우 강하여 외력에 의해 쉽게 전지 캡과 전지 셀 케이스가 분리되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전지 팩이 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전지 팩의 겹합부 단면을 도시한 일부 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 그 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 겹합부 단면을 도시한 일부 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩은 크게, 전지 셀 케이스(10), 보호회로모듈(20) 및 전지 캡(30)을 구비한다.

전지 셀 케이스(10)는 알루미늄이나 스테인리스 스틸 등의 금속판재로 이루어지고, 내부에 전지 셀과 전해질을 포함한다. 또한, 전지 셀 케이스(10)의 상부 표면에 내부의 전지 셀의 각 양극 및 음극 단자들과 연결된 양극 및 음극의 전극 단자(11, 12)가 소정 두께로 돌출되어 형성되어 있다. 또한, 전극 단자(11, 12)가 형성된 전지 셀 케이스(10)의 상부 표면의 둘레를 따라 전지 셀 케이스를 구성하는 금속판재가 위로 연장되어 슬리브(13)가 형성되어 있다. 이 슬리브(13)에는 적당한 간격을 두고 복수의 결합 홈(14)이 형성되어 있는데, 이 결합 홈(14)에는 후술하는 전지 캡(30)의 결합 돌기(33)가 각각 끼워진다.

보호회로모듈(20)은 내부에 통상의 전지 보호회로를 포함하고, 그 하부 표면에는 연결 전극(21, 22)이 형성되어 있다. 이 연결 전극(21, 22)은 보호회로모듈(20)의 내부에서 전지 보호회로와 전기적으로 연결되어 있으며, 전지 캡(30)의 수납공간(31)에 보호회로모듈(20)을 수납하고 전지 셀 케이스(10)에 결합했을 때 전극 단자(11, 21)와 긴밀하게 면접촉하도록 전극 단자(11, 12)와 대응하는 위치에 소정 두께로 돌출되어 형성된다. 또한, 보호회로모듈(20)의 상부 표면는에 본 실시예에 따른 전지 팩을 사용하는 휴대전화나 충전기 등 외부 기기의 단자에 연결되는 외부 단자(23)가 형성되어 있다.

전지 캡(30)은 수지제 사출 성형물로 이루어질 수 있고, 그 내부에는 보호회로모듈(20)을 수납하는 수납공간(31)이 형성되고, 상부에는 보호회로모듈(32)의 외부 단자(23)에 대응하는 위치에 외부 단자(23)를 노출시키기 위한 단자 홈(32)이 형성되어 있다. 또한, 전지 캡(30)의 하부는 전지 셀 케이스(10)의 슬리브(13) 안에 끼워넣어지도록 상부보다 그 폭 및 두께가 약간 작게 되어 있다. 또한, 전지 캡(30)의 하부에는 전지 셀 케이스(10)의 슬리브(13)에 형성된 복수의 결합 홈(14)에 대응하는 위치에 복수의 결합 돌기(33)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 전지 팩의 각 구성요소는 다음과 같이 조립되어 결합됨으로써 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 전지 팩으로 완성된다.

먼저, 전지 캡(30)의 수납공간(31)에 보호회로모듈(20)을 수납한다. 이때 도시하지는 않았지만, 보호회로모듈(20)의 외부 단자(23)가 형성된 부분을 제외한 상부 표면에 양면 테이프를 부착하고 수납공간(31)에 수납하게 되면 보호회로모듈(20)이 전지 캡(30)의 수납공간(31)에 안정적으로 고정된다. 또한, 보호회로모듈(20)의 외부 단자(23)는 전지 캡(30)의 단자 홈(32)을 통해 외부로 노출된다.

이와 같이, 보호회로모듈(20)을 전지 캡(30)에 수납한 상태에서 전지 캡(30)을 전지 셀 케이스(10)의 슬리브(13) 내부로 밀어넣는다. 그러면, 전지 캡(30)의 하부에 형성된 결합 돌기(33)가 슬리브(13)에 형성된 결합 홈(14)에 끼워지게 되어 전지 캡(30)과 전지 셀 케이스(10)가 본딩이나 초음파 용착 등의 복잡하고 고비용이 드는 공정을 거치지 않고 기계적으로 견고하게 결합된다. 이때, 보호회로모듈(20)의 연결 전극(21, 22)은 각각 전지 셀 케이스(10)의 상부 표면에 형성된 전극 단자(11, 12)와 용접이나 납땜 등의 공정을 거치지 않고 면접촉에 의해 긴밀하게 결합된다.

한편, 도시하지는 않았지만, 전지 셀 케이스(10)의 하부에도 상부와 마찬가지의 슬리브와 결합 홈들을 형성하고 그에 대응되는 하부 캡을 결합하거나, 하부 캡을 단순히 양면 테이프를 이용하여 전지 셀 케이스(10)의 하부에 부착함으로써 고정할 수 있다.

나아가, 전지 팩에 관한 정보를 인쇄한 외장 필름(라벨)을 준비하여, 도 2에 도시된 바와 같은 전지 팩의 4 측면을 감싸 접착함으로써 전지 팩의 측면에 돌출된 결합 돌기(33)들을 가릴 수도 있다.

한편, 상기 결합 돌기(33)와 결합 홈(14)은 그 형성 위치를 달리할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (2)

1. 내부에 전지 셀과 전해질을 포함하고, 상부 표면에 전극 단자가 형성되어 있으며, 상기 전극 단자가 형성된 상부 표면의 둘레를 따라 슬리브가 형성되어 있고, 상기 슬리브에 복수의 결합 홈이 형성된 전지 셀 케이스;
   내부에 전지 보호회로를 포함하고, 하부 표면의 상기 전지 셀 케이스의 전극 단자와 대응하는 위치에 연결 전극이 형성되어 있으며, 상부 표면에 외부 기기의 단자에 연결되는 외부 단자가 형성된 보호회로모듈; 및
   상기 보호회로모듈을 수납하는 수납공간이 형성되고, 상부에는 상기 보호회로모듈의 외부 단자에 대응하는 위치에 상기 외부 단자를 노출시키는 단자 홈이 형성되어 있으며, 상기 전지 셀 케이스의 복수의 결합 홈에 대응하는 위치에 복수의 결합 돌기가 형성된 전지 캡을 구비하고;
   상기 전지 캡에 상기 보호회로모듈을 수납한 상태에서 상기 전지 캡을 상기 전지 셀 케이스의 슬리브 내부로 밀어넣음으로써 상기 결합 돌기를 상기 결합 홈에 끼워 상기 전지 캡과 전지 셀 케이스를 결합한 것을 특징으로 하는 전지 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 결합 홈은 상기 전지 캡에 형성되고,
   상기 결합 돌기는 상기 전지 셀 케이스에 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.

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