KR101342603B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전극 조립체, 전해질, 및 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 캔을 포함하며, 캔은, 캔의 개구부와 결합하는 캡 플레이트와, 캡 플레이트 상에 형성된 오목부, 및 캡 플레이트와 다른 소재를 포함하고, 오목부에 임베디드되며, 적어도 일면에 복수의 홈을 포함하는 금속 플레이트를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터와 같은 모바일 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 대표적인 이차전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다.
이차전지는 전자 제품에 실장되기 위하여 충격에 따른 안정성 여부를 평가하는 신뢰성 테스트를 진행하게 된다. 만약, 이차전지에 낙하와 같은 충격이 가해져 이차전지를 구성하는 각종 부품들 간의 물리적 또는 전기적 연결이 끊어지거나, 이차전지의 내부에 밀봉된 물질들의 누액이 발생하는 경우 이차전지가 정상적으로 동작할 수 없다. 따라서, 전해질의 누액 또는 부품들간 연결이 끊어지는 것을 방지하여 이차전지의 신뢰성을 향상시키는 것이 중요하다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체; 전해질; 및 상기 전극 조립체 및 상기 전해질을 수용하는 캔을 포함하며, 상기 캔은, 상기 캔의 개구부와 결합하는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트 상에 형성된 오목부; 및 상기 캡 플레이트와 다른 소재를 포함하고, 상기 오목부에 임베디드되며, 적어도 일면에 복수의 홈을 포함하는 금속 플레이트;를 포함하는, 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 회로기판에 연결된 적어도 하나의 보호 소자, 상기 회로기판에 연결된 제1 리드 탭, 및 상기 회로기판에 연결된 제2 리드 탭을 포함하는 보호회로모듈을 더 포함하고, 상기 금속 플레이트는 상기 제2 리드 탭과 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 복수의 홈은 상기 금속 플레이트의 주변부를 따라 주로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체와 연결되는 전극 단자가 관통하는 관통홀을 더 포함하며, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연체가 배치되며, 상기 보호회로모듈은 상기 제2 리드 탭이 상기 메탈 플레이트와 용접되도록 제1 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 오목부는 상기 금속 플레이트의 상기 복수의 홈과 대응되는 복수의 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈은 상기 제1 리드 탭이 상기 전극 단자와 용접되도록 제2 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 플레이트는, 제1 금속층; 및 상기 제1 금속층 상에 접착되는 제2 금속층;을 포함하고, 상기 제1 금속층은 상기 제2 금속층과 다른 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 금속층은 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 포함하고, 상기 제2 금속층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 금속층은 상기 제2 리드 탭과 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 금속층은 상기 캡 플레이트와 동일한 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 플레이트는 상기 캡 플레이트와 초음파 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 리드 탭은 상기 금속 플레이트와 저항 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1,2 금속층은 각각 적어도 일면에 복수의 홈을 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 플레이트는 니켈 또는 니켈 합금의 단일층을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 플레이트는 상기 캡 플레이트와 초음파 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속층은 상기 제2 리드 탭과 동일한 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 리드 탭은 상기 금속 플레이트와 저항 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 홀은 상기 전극 단자와 대응되며 상기 보호회로모듈의 대략 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 복수의 홈은, 주로 상기 금속 플레이트의 주변부를 따라 상기 캡 플레이트가 용접됨에 따라 상기 금속 플레이트 및 상기 캡 플레이트의 오목부 간의 용접 위치를 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 플레이트에 대한 상기 제2 리드 탭의 용접 영역과 상기 캡 플레이트의 상기 오목부와 상기 금속 플레이트의 용접 영역은 오버랩 되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접을 수행하지 않고 보호회로모듈의 리드 탭과 캡 플레이트를 전기적으로 연결하므로, 레이저 용접시 발생할 수 있는 전해액의 누액의 문제를 예방할 수 있다.
또한, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트를 통해 보호회로모듈의 리드 탭과 베어셀의 캡 플레이트 간의 용접을 용이하게 할 수 있고, 이들 사이의 결합력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩에 충격이 가해지더라도 용접 부분이 분리되는 문제를 예방할 수 있으므로 배터리 팩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 효과는 이에 국한되지 아니하며, 구체적 효과는 후술할 상세한 설명 중의 기재를 통해서 보다 명확하게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타낸다.
도 2d는 도 2a의 Ⅱd-Ⅱd 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3a는 도 2a의 금속 플레이트의 상부면도이다.
도 3b는 도 3a의 금속 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타낸다.
도 4e는 도 4a의 Ⅳe-Ⅳe 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5a는 도 4a의 Ⅴa-Ⅴa 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5b는 도 4d의 Ⅴb-Ⅴb 선을 따라 취한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타낸다.
도 6d는 도 6a의 Ⅵd-Ⅵd 선을 따라 취한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타낸다.
도 7d는 도 7a의 Ⅶd-Ⅶd 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8a는 도 7a의 Ⅷa-Ⅷa 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8b는 도 7d의 Ⅷb-Ⅷb 선을 따라 취한 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로모듈을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 보호회로모듈의 하부를 나타낸 평면도이다.
도 10은 베어셀 상에 보호회로모듈이 배치된 상태에서 용접이 수행되는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에 개시된 구성요소의 두께 및 크기는 본 발명의 실시예에 따른 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 두께 및 크기가 제한되어서는 안될 것이다.
도면에서, 층, 필름, 패널, 영역 등의 두께는 명확성을 위해 다소 과장되어 나타날 수 있으며, 동일한 부재 번호는 본 명세서에 걸쳐 동일한 부재를 나타낸다. 층, 필름, 영역 또는 기판과 같은 어느 구성요소가 다른 구성요소 상에 배치된다 함은, 다른 구성요소의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성요소가 구비된 경우도 포함한다. 또는, 어느 구성요소가 다른 구성요소의 바로 위에 있다고 함은 그 중간에 다른 구성요소가 구비되지 않는 경우를 나타낸다.
본 발명의 명확성을 위해, 상세한 설명 외의 구성요소는 본 실시예에서 생략되었다.
몇몇의 실시예에서, 동일한 배열을 갖는 구성요소는 동일한 부재 븐호를 사용하는 제1 실시예에서 대표적으로 설명하고, 제1 실시예에서 설명된 구성 요소과 다른 구성요소는 다른 실시예로서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 전지 셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서 이종재질을 포함하는 캡 플레이트를 형성하는 과정을 나타내며, 도 2d는 도 2a의 Ⅱd-Ⅱd 선을 따라 취한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩은 베어셀(110), 보호회로모듈(120), 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150), 및 라벨(170)을 포함한다.
베어셀(110)은 전극 조립체(미도시)와 전극 조립체를 수용하는 캔(111), 및 캔(111)의 개구부를 덮는 캡 플레이트(112)를 포함한다.
전극 조립체는 양극판(미도시)과 음극판(미도시) 사이에 세퍼레이터(미도시)를 개재하여 적층체를 형성한 후 권취하여 젤리롤 형태로 제작할 수 있다. 양극판과 음극판 각각에는 양극탭(미도시)과 음극탭(미도시)이 결합될 수 있다.
캔(111)의 일단은 개방된 형상으로 전체적으로 직육면체의 형상을 가지며, 전극 조립체와 전해액이 수용되는 공간을 제공한다. 캔(111)은 도전성의 금속성 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 캔(111)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 캔(111)은 전극 조립체의 양극판과 결합된 양극탭(미도시)과 전기적으로 연결되어 양극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 캡 플레이트(112)는 캔(111)의 개구부의 형상을 따라 제작되어 개구부를 밀봉한다. 캡 플레이트(112)가 캔(111)의 상부를 밀봉한 상태에서 전해액이 주입될 수 있도록 캡 플레이트(112)의 일측에는 전해액 주입구가 구비될 수 있다. 전해액이 주입된 이후에 전해액 주입구는 마개(117)에 의해 밀봉된다.
캡 플레이트(112)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도전성의 금속성 소재를 포함할 수 있다. 캡 플레이트(112)는 전극 조립체의 양극판과 결합된 양극 탭과 전기적으로 연결되어, 캔(111)과 마찬가지로 양극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다.
전극 단자(113)는 캡 플레이트(112)를 관통하도록 구비될 수 있다. 전극 단자(113)는 전극 조립체의 음극판과 결합된 음극탭(미도시)과 전기적으로 연결되어 음극 단자로서 기능을 수행할 수 있다. 양극 단자로 기능하는 캡 플레이트(112)와 음극 단자로 기능하는 전극 단자(113) 간의 전기적 절연을 위해, 전극 단자(113)와 캡 플레이트(112) 사이에는 절연체(114)가 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 캡 플레이트(112) 및 캔(111)이 양극 단자로, 전극 단자(113)가 음극 단자로 기능하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 양극 탭과 음극 탭의 전기적 연결 상태에 따라, 캡 플레이트(112) 및 캔(111)이 음극 단자로, 전극 단자(113)가 양극 단자로의 기능을 수행할 수 있음은 물론이다.
캡 플레이트(112)는 베어셀(110)과 보호회로모듈(120)의 연결을 위해 이종재질을 포함할 수 있다. 예컨대, 캡 플레이트(112)를 구성하는 소재와 다른 소재를 포함하는 금속판(115)이 캡 플레이트(112)와 일체화될 수 있다. 캡 플레이트(112) 상면에는 금속판(115)이 안착될 수 있는 오목부(recess, 116)가 마련될 수 있다. 오목부(116)에 금속층(115)이 안착됨으로써 캡 플레이트(112)의 전체 두께를 얇게 형성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 금속판(115)은 오목부(116)에 안착된 상태에서 초음파 용접을 통해 캡 플레이트(112)와 일체화될 수 있다. 금속판(115)은 둘 이상의 금속층을 포함할 수 있다. 예컨대, 금속판(115)은 서로 다른 소재를 포함하는 클래드 금속층(115a, 115b)으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하며 캡 플레이트(112)와 결합하는 제1 금속층(115a)과, 니켈 또는 니켈 합금을 포함하며 리드 탭(123)과 결합하는 제2 금속층(115b)을 포함할 수 있다. 제1 금속층(115a)과 제2 금속층(115b)은 열융착을 통해 일체화될 수 있다.
제1 금속층(115a)은 캡 플레이트(112)와 동일한 소재를 포함하므로 금속판(115)의 제1금속층(115a)과 캡 플레이트(112) 사이의 용접은 용이하며, 이들 사이의 결합력도 강화된다. 오목부(116)에 안착된 금속판(115)의 캡 플레이트(112)에 대한 고정 및 융착 강도를 더욱 상승시키기 위하여 금속판(115)에는 복수의 오목한 홈(g)이 형성될 수 있으며, 홈(g)이 형성된 지점을 중심으로 초음파 용접이 수행될 수 있다. 홈(g)의 깊이(d1)는 금속판(115)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1,2 금속층(115a, 115b) 각각에 홈(g)이 형성된 경우 홈(g)의 깊이는 각각의 금속층(115a, 115b)의 두께보다 작게 형성될 수 있다.
용접기(WL)는 금속판(115)에 형성된 홈(g)의 배치 상태와 대응되는 팁을 구비한다. 용접기(WL)을 금속판(115) 상에 배치한 후 초음파의 진동을 금속판(115)에 가하면, 홈(g)에는 응력(stress)이 집중된다. 금속판(115)의 표면 기복은 금속판(115)에 국소적인 응력 집중을 야기하기 때문이다. 홈(g)의 중심으로 홈(g)의 주변부는 초음파 진동에 의한 에너지가 집중되어 쉽게 온도가 높아져 용융되고, 금속판(115)은 홈(g)을 중심으로 오목부(116)의 면에 용착될 수 있다. 이 후, 용접기(WL)의 초음파 진동은 금속판(115) 전체로 전달되어 오목부(116)의 면과의 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 홈(g)이 라운드진 오목한 형상인 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 홈(g)의 형상은 금속판(115)의 표면에 기복을 가할 수 있는 형상이면 그 구체적 형상을 불문할 것이다.
도 3a는 도 2a의 금속 플레이트의 상부면도이고, 도 3b는 도 3a의 금속 플레이트의 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 금속판(115)의 가장자리에 복수의 홈(g)이 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 홈(g)은 제1,2 금속층(115a, 115b)에 각각 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, 도시되지는 않았으나 복수의 홈(g)은 제1,2 금속층(115a, 115b) 중 어느 하나의 층 또는 두개의 층 모두에 형성될 수 있다.
홈(g)은 금속판(115)은 주변부, 즉 가장자리에 배치될 수 있다. 금속판(115)은 오목부(116)에 접착된 후 보호회로모듈(120)의 제2 리드 탭(123)과 용접을 통해 융착될 수 있다. 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)의 용접은 제2 리드 탭(123)이 금속판(115) 상에 접촉된 상태에서 이루어지며, 용접 지점은 금속판(115)의 중심 영역이 된다. 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)의 용접 지점과 금속판(115)과 오목부(116)의 용접 지점이 겹치는 경우 강도가 저하될 수 있으므로, 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)의 용접 지점과의 간섭을 피하기 위해 홈(g)은 가장자리에 배치된다.
또한, 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)의 용접 지점과 금속판(115)과 오목부(116)의 용접 지점이 겹치지 않으므로 금속판(115)의 용접 지점은 그 수가 상대적으로 많아진다. 따라서, 금속판(115)의 융착 강도도 향상될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 보호회로모듈(120)의 리드 탭(123)은 캡 플레이트(112)의 금속판(115)과 저항 용접을 통해 융착되며, 금속판(115)과 리드 탭(123)의 융착을 통해 베어셀(110)과 보호회로모듈(120)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이 때, 금속판(115)의 제2 금속층(115b)은 리드 탭(123)과 동일한 소재를 포함하므로 리드 탭(123)과 금속판(115)의 제2 금속층(115b) 사이의 용접은 용이하며, 이들 사이의 결합력도 강화된다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타내며, 도 4e는 도 4a의 Ⅳe-Ⅳe 선을 따라 취한 단면도이다. 도 5a는 도 4a의 Ⅴa-Ⅴa 선을 따라 취한 단면도이고, 도 5b는 도 4d의 Ⅴb-Ⅴb 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 금속판(115')은 제1,2 금속층(115a', 115b')를 포함할 수 있으며, 제1 금속층(115a')과 제2 금속층(115b')은 열융착을 통해 일체화될 수 있다. . 제1 금속층(115a')은 캡 플레이트(112')와 동일한 소재를 포함하고, 제2 금속층(115b')은 리드 탭(123)과 동일한 소재를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 금속판(115')에는 홈이 형성되어 있지 않는다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 오목부(116')에 홈(g)이 형성되어 있는 점에서 앞서 도 2a 내지 도 3b를 참조하여 설명한 실시예와 차이를 보인다.
이종재질을 포함하는 캡 플레이트(112)가 형성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 금속판(115')을 오목부(116')에 안착시킨 후, 금속판(115') 상에 용접기(WL)을 배치한다. 이 때 용접기(WL)는 오목부(116')에 형성된 홈(g')의 배치 상태와 대응되는 팁을 구비할 수 있다. 용접기(WL)에 의해 소정의 압력 및 초음파의 진동이 금속판(115')에 가해지면 응력(stress)은 금속판(115')을 통해 홈(g')에 집중될 수 있다. 따라서, 홈(g')을 중심으로 초음파 진동에 의한 에너지가 집중되어 온도가 높아지고 용융되어 금속판(115')은 홈(g')을 중심으로 오목부(116')의 면에 용착된다. 이후, 용접기(WL)의 초음파 진동은 금속판(115')과 오목부(116')의 면 전체로 전달되어 이들 사이의 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.
이 때, 금속판(115')과 오목부(116') 사이의 용접 지점인 홈(g')은 금속판(115')과 제2 리드 탭(123) 사이에서 이루어지는 용접과의 간섭을 방지하기 위해 가장자리에 형성될 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
홈(g')의 깊이(d2)는 금속판(115')의 두께와 실질적으로 동일하거나 그보다 작게 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4d, 및 도 5b를 참조하면, 용접 전 평평한 형상의 금속판(115')은 용접된 후 용접기(WL)의 팁과 대응되는 형상의 홈(g")이 형성될 수 있다. 이 때 용접기(WL)의 팁은 오목부(116')의 홈(g')과 대응되도록 구비되므로 금속판(115')에 형성된 홈(g")과 오목부(116')의 홈(g')은 겹치는 위치에 구비될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 것으로서 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타낸 사시도이며, 도 6d는 도 6a의 Ⅵd-Ⅵd 선을 따라 취한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 캡 플레이트(112)와 일체화되는 금속판(315)은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 단일의 금속층일 수 있다. 이 경우, 캡 플레이트(112)에 형성된 오목부(116)의 깊이는 앞서 도 2b를 참조하여 설명한 캡 플레이트(112)의 오목부(116)의 깊이보다 얕게 형성될 수 있다. 금속판(315)은 캡 플레이트(112)의 오목부(116)에 안착된 후, 초음파 용접을 통해 캡 플레이트(112)와 일체화될 수 있다.
금속판(315)은 리드 탭(123)과의 용접이 용이하도록 리드 탭(123)과 동일한 소재를 포함할 수 있다. 금속판(315)이 리드 탭(123)과 동일한 소재를 포함하므로 리드 탭(123)과 금속판(315) 사이의 용접은 용이하고 결합력도 강화된다. 리드 탭(123)과 금속판(315) 사이의 용접은 저항 용접이 수행될 수 있다. 예컨대, 금속판(315)에 형성된 홈(g)의 배치 상태와 대응되는 팁을 구비한 용접기(WL)을 금속판 상에 배치한다. 용접기(WL)을 통해 초음파의 진동이 금속판(315)에 가해지면 응력(stress)이 홈(g)에 집중된다. 홈(g)의 중심으로 홈(g)의 주변부는 초음파 진동에 의한 에너지가 집중되어 쉽게 온도가 높아져 용융되고, 금속판(115)은 홈(g)을 중심으로 오목부(116)의 면에 용착될 수 있다. 이후, 용접기(WL)의 초음파 진동은 금속판(315) 전체로 전달되어 오목부(316)의 면과의 결합을 더욱 강화시킬 수 있다. 이 때, 홈(g)이 금속판(315)의 가장자리에 배치됨으로써 금속판(115')과 제2 리드 탭(123) 사이에서 이루어지는 용접과의 간섭을 방지할 수 있다.
캡 플레이트(112)의 금속판(315)과 보호회로모듈(120)의 리드 탭(123)은 용접을 통해 융착되므로, 베어셀(110)과 보호회로모듈(120)이 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베어셀의 상부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트가 형성되는 과정을 나타내며, 도 7d는 도 7a의 Ⅶd-Ⅶd 선을 따라 취한 단면도이다. 도 8a는 도 7a의 Ⅷa-Ⅷa 선을 따라 취한 단면도이고, 도 8b는 도 7c의 Ⅷb-Ⅷb 선을 따라 취한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 금속판(315')은 단일의 금속층으로서 리드 탭(123)과 동일한 소재를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 금속판(315')에는 홈이 형성되어 있지 않는다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트(112')의 오목부(116')에는 홈(g)이 형성되어 있는 점에서 앞서 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한 실시예와 차이를 보인다.
이종재질을 포함하는 캡 플레이트(112)가 형성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 금속판(315')을 오목부(116')에 안착시킨 후, 금속판(315') 상에 용접기(WL)을 배치한다. 이 때 용접기(WL)는 오목부(116')에 형성된 홈(g')의 배치 상태와 대응되는 팁을 구비할 수 있다. 용접기(WL)에 의해 소정의 압력 및 초음파의 진동이 금속판(315')에 가해지면 응력(stress)은 금속판(315')을 통해 홈(g')에 집중될 수 있다. 따라서, 홈(g')을 중심으로 초음파 진동에 의한 에너지가 집중되어 온도가 높아지고 용융되어 금속판(315')은 홈(g')을 중심으로 오목부(116')의 면에 용착되며, 이후, 용접기(WL)의 초음파 진동은 금속판(315')과 오목부(116')의 면 전체로 전달되어 이들 사이의 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.
이 때, 금속판(315')과 오목부(316') 사이의 용접 지점인 홈(g')은 금속판(315')과 제2 리드 탭(123) 사이에서 이루어지는 용접과의 간섭을 방지하기 위해 가장자리에 형성될 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
도 7a 및 도 7c, 도 8b를 참조하면, 용접 전 평평한 형상의 금속판(315')은 용접된 후 용접기(WL)의 팁과 대응되는 형상의 홈(g")이 형성될 수 있다. 이 때 용접기(WL)의 팁은 오목부(116')의 홈(g')과 대응되도록 구비되므로 금속판(315')에 형성된 홈(g")과 오목부(116')의 홈(g')은 동일 위치에 겹쳐지도록 형성될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로모듈을 발췌하여 나타낸 사시도이고, 도 9b는 보호회로모듈의 하부면도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 보호회로모듈(120)은 베어셀(110)과 전기적으로 연결되며, 베어셀(110)의 과충전 및 과방전, 과전류를 제어한다. 보호소자(125)는 저항과 콘덴서와 같은 수동 소자와, 전계효과 트랜지스터를 포함하는 능동소자와 같은 안전 소자 및 집적회로들이 선택적으로 구비될 수 있다. 보호소자(125)는 회로기판(121)의 어느 일측면 상에 배치될 수 있다. 또는, 보호소자(125)는 회로모듈로서 인쇄회로기판에 프린트될 수 있다.
보호회로모듈(120)은 회로기판(121)과 제1 리드 탭(122) 및 제2 리드 탭(123)을 포함한다. 회로기판(121)은 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서 일방향을 따라 길게 연장된 판상이다. 회로기판(121)의 중앙 하부에는 제1 리드 탭(122)이 구비되어 있으며, 일단 하부에는 제2 리드 탭(123)이 구비될 수 있다.
제1 리드 탭(122)은 베어셀(110)의 음극 단자로서 기능하는 전극 단자(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 제1 리드 탭(122)과 전극 단자(113)의 용접을 위해 제1 리드 탭(122)과 대응되는 위치, 즉 회로기판(121)의 중앙에는 제1 관통구멍(H1)이 구비될 수 있다.
제2 리드 탭(123)은 베어셀(110)의 양극 단자로서 기능하는 캡 플레이트(112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 제2 리드 탭(123)과 캡 플레이트(112)의 용접을 위해 제2 리드 탭(123)과 대응되는 위치, 즉 회로기판(121)의 일단에는 제2 관통구멍(H2)이 구비될 수 있다.
도 10은 베어셀 상에 보호회로모듈이 배치된 상태에서 용접이 수행되는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 취한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 보호회로모듈(120)을 베어셀의 캡 플레이트(112) 상에 배치한 후, 용접봉(500)을 이용하여 제1 리드 탭(122)과 전극 단자(113)를 용접하고, 제2 리드 탭(123)과 캡 플레이트(112)를 용접할 수 있다. 용접을 통해서 제1 리드 탭(122)과 전극 단자(113)는 물리적으로 접촉될 뿐만 아니라 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 리드 탭(123)과 캡 플레이트(112)도 물리적으로 접촉될 뿐만 아니라 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 용접이 이루어지는 지점은 금속판(115)을 기준으로 보았을 때 중심 부분이 된다. 초음파 용접과 저항 용접 간의 간섭을 방지하기 위해 금속판(115)과 캡 플레이트(112)의 용접 지점인 홈(g)과 겹치지 않도록 하기 위함이다.
보호회로모듈(120)을 베어셀(110)의 캡 플레이트(112) 상에 배치하면, 보호회로모듈(120)의 중앙 하부면에 구비된 제1 리드 탭(122)은 전극 단자(113)와 접촉하게 된다. 이 상태에서, 용접봉(500)을 제1 관통구멍(H1)에 삽입하여, 제1리드 탭(122)과 전극 단자(113)를 융착시킬 수 있다. 용접은 제1 리드 탭(122)과 전극 단자(113)가 접촉된 상태에서 소정의 간격 이격된 두 지점에 대하여 수행될 수 있다. 이 때, 제1 리드 탭(122)과 전극 단자(113) 간의 결합력을 강화할 수 있도록 저항 용접을 수행할 수 있다.
보호회로모듈(120)을 베어셀(110)의 캡 플레이트(112) 상에 배치하면, 보호회로모듈(120)의 일측 하부면에 구비된 제2 리드 탭(123)은 금속판(115)과 접촉하게 된다. 용접은 소정의 간격 이격된 두 지점을 중심으로 수행될 수 있는데, 용접봉(500)을 제2 관통구멍(H2)에 삽입하여 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)을 융착시킬 수 있다. 이 후, 용접봉(500)을 제2 관통구멍(H2)에서 오른쪽으로 이동시킨 후 다시 제2 리드 탭(123)과 금속판(115)을 융착시킬 수 있다. 제2 리드 탭(123)과 캡 플레이트(112)의 금속판(115) 사이의 용접도 이들 사이의 결합력을 강화할 수 있도록 저항 용접을 수행할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상부 케이스(140)는 보호회로모듈(120)을 감싸며 상부에서 베어셀(110)과 결합된다. 상부 케이스(140)는 베어셀(110)과 결합될 때 보호회로모듈(120)을 커버하도록 내부에 보호회로모듈(120)이 수용될 수 있는 공간이 형성되어 있다. 상부 케이스(140)는 사출 성형을 통해 제작될 수 있다.
상부 케이스(140)에는 보호회로모듈(120)에 형성된 외부 단자(121T)를 외부로 노출시키도록, 외부 단자(121T)와 대응되는 위치에 개구(143)가 형성될 수 있다(도 1 및 도 9참조).
상부 케이스(140)의 일 측벽(142)은 베어셀(110)을 향하여 연장될 수 있다. 상부 케이스(140)가 베어셀(110)과 결합될 때 일방향으로 연장된 측벽(142)은 베어셀(110)의 캔(111)의 상부 측벽을 덮을 수 있다.
하부 케이스(150)는 바닥면(151)과 바닥면(151)으로부터 베어셀(110)을 향해 연장된 측벽(152)을 구비할 수 있다. 바닥면(151)은 베어셀(110)의 하부면과 대략 동일한 형상으로서, 양면 테이프와 같은 접착 부재(160)에 의해 베어셀(110)의 바닥면과 접착될 수 있다. 하부 케이스(150)의 측벽(152)은 베어셀(110)의 캔(111)의 하부 측벽을 덮을 수 있다.
라벨(170)은 베어셀(110)의 측면을 감쌀 수 있다. 예컨대, 라벨(170)의 베어셀(10)과 대향하는 면에는 접착물질이 도포되어 베어셀(110)의 측면에 부착될 수 있다. 라벨(170)은 상부 케이스(140)에 형성된 일방향으로 연장된 측벽(142) 및 하부 케이스(150)의 측벽(152)의 위를 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접을 수행하지 않고 보호회로모듈(120)의 리드 탭(122, 123)과 캡 플레이트(112)를 전기적으로 연결하므로, 레이저 용접시 발생할 수 있는 전해액의 누액의 문제를 예방할 수 있다.
또한, 이종재질을 포함하는 캡 플레이트(112)를 통해 보호회로모듈(120)의 리드 탭(123)과 베어셀(110)의 캡 플레이트(112) 간의 용접을 용이하게 할 수 있고, 이들 사이의 결합력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩에 충격이 가해지더라도 용접 부분이 분리되는 문제를 예방할 수 있으므로 배터리 팩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
110: 베어셀 111: 캔
112: 캡 플레이트 113: 전극 단자
115, 315: 금속판 115a: 제1 금속층
115b: 제2 금속층 116, 116': 오목부
120: 보호회로모듈 122: 제1 리드 탭
123: 제2 리드 탭 H1: 제1 관통구멍
H2: 제2 관통구멍 g: 홈
140: 상부 케이스 150: 하부 케이스
170: 라벨

Claims (20)

  1. 전극 조립체;
    전해질; 및
    상기 전극 조립체 및 상기 전해질을 수용하는 캔;을 포함하며,
    상기 캔은,
    상기 캔의 개구부와 결합하는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트 상에 형성된 오목부;
    상기 캡 플레이트와 다른 소재를 포함하고, 상기 오목부에 임베디드되며, 적어도 일면에 복수의 홈을 포함하는 금속 플레이트; 및
    회로기판에 연결된 적어도 하나의 보호 소자, 상기 회로기판에 연결된 제1 리드 탭, 및 상기 회로기판에 연결된 제2 리드 탭을 포함하는 보호회로모듈;을 포함하며,
    상기 금속 플레이트는 상기 제2 리드 탭과 전기적으로 접속되는, 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 상기 금속 플레이트의 주변부를 따라 형성된, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체와 연결되는 전극 단자가 관통하는 관통홀을 더 포함하며, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연체가 배치되며, 상기 보호회로모듈은 상기 제2 리드 탭이 상기 금속 플레이트와 용접되도록 제1 홀을 포함하는, 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 금속 플레이트의 상기 복수의 홈과 대응되는 복수의 홈을 포함하는, 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 상기 제1 리드 탭이 상기 전극 단자와 용접되도록 제2 홀을 포함하는, 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는,
    제1 금속층; 및
    상기 제1 금속층 상에 접착되는 제2 금속층;을 포함하고,
    상기 제1 금속층은 상기 제2 금속층과 다른 소재로 구성된, 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 포함하고, 상기 제2 금속층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는, 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 상기 제2 리드 탭과 용접되는, 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 상기 캡 플레이트와 동일한 소재를 포함하는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 상기 캡 플레이트와 초음파 용접되는, 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 리드 탭은 상기 금속 플레이트와 저항 용접되는, 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1,2 금속층은 각각 적어도 일면에 복수의 홈을 구비하는, 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 니켈 또는 니켈 합금의 단일층을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는, 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 상기 캡 플레이트와 초음파 용접되는, 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 상기 제2 리드 탭과 동일한 소재를 포함하는, 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 리드 탭은 상기 금속 플레이트와 저항 용접되는, 배터리 팩.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 제2 홀은 상기 전극 단자와 대응되며 상기 보호회로모듈의 중심에 배치되는, 배터리 팩.
  19. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 홈은, 상기 금속 플레이트의 주변부를 따라 상기 캡 플레이트가 용접됨에 따라 상기 금속 플레이트 및 상기 캡 플레이트의 오목부 간의 용접 위치를 나타내는, 배터리 팩.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트에 대한 상기 제2 리드 탭의 용접 영역과 상기 캡 플레이트의 상기 오목부와 상기 금속 플레이트의 용접 영역은 오버랩 되지 않는, 배터리 팩.
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