KR100869378B1 - 전지셀의 하단에 전기적 접속을 위한 요철 부위가 형성되어있는 전지팩 - Google Patents

전지셀의 하단에 전기적 접속을 위한 요철 부위가 형성되어있는 전지팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 케이스의 전지셀 하단에 안전소자 또는 접속부재가 전기적으로 연결되고 그러한 전지셀이 팩 케이스에 장착되는 구조의 전지팩으로서, 상기 전지셀의 하단에는 전기적 접속을 용이하게 하기 위한 금속으로 이루어진 접속부('금속 접속부')가 요철구조로 패턴화되어 형성되어 있고, 상기 안전소자 또는 접속부재에는 상기 패턴화된 요철구조에 대응하는 요철부가 형성되어 있는 구조의 전지팩을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 조립공정에서 전지셀의 하단에 안전소자 또는 접속부재를 용이하게 정위치시킨 후 용접 등의 전기적 연결을 행할 수 있다.

Description

전지셀의 하단에 전기적 접속을 위한 요철 부위가 형성되어 있는 전지팩 {Battery Pack with Embossed Portion for Electrical Connection Formed at Bottom of Battery Cell}
도 1은 각형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에서 각형 전지셀과 니켈 플레이트의 접속 구조를 나타내기 위한 평면도이다;
도 3은 도 2의 전지팩에서 각형 전지셀의 하단을 나타내기 위한 평면도이다.
본 발명은 전지셀의 하단에 전기적 접속을 위한 요철 부위가 형성되어 있는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 케이스의 전지셀 하단에 안전소자 또는 접속부재가 전기적으로 연결되고 그러한 전지셀이 팩 케이스에 장착되는 구조의 전지팩으로서, 상기 전지셀의 하단에는 전기적 접속을 용이하게 하기 위한 금속으 로 이루어진 접속부가 요철구조로 패턴화되어 형성되어 있고, 상기 안전소자 또는 접속부재에는 상기 패턴화된 요철구조에 대응하는 요철부가 형성되어 있는 구조의 전지팩을 제공한다.
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 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬이온 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 특히 두께가 얇은 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
도 1에는 각형 전지를 포함하고 있는 종래기술에 따른 전지팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(10)은 각형 전지셀(20)과; 전지셀(20)의 양극 단자(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 과전류, 과방전 및 과충전으로부터 전지를 일차적으로 보호하는 PTC 소자(30)와; 니켈 플레이트(40, 41)를 통하여 양극 단자(도시하지 않음) 및 음극 단자(21)에 접속되어 있고, 전지를 이차적으로 보호하며, 외측에는 해당 기기(도시하지 않음)와 접속 가능하도록 외부 입출력 단자(51)가 형성되어 있는 PCM(50)와; 전지본체(20), PTC 소자(30) 및 PCM(50)을 감싸는 상부 케이스(60); 및 하부 케이스(61)로 이루어져 있다.
이러한 전지팩(10)은, 각형 전지셀(20)의 하단에 PTC 소자(30)를 연결하고, 양극 단자 및 음극 단자(21)가 절연 필름(70)에 의하여 상호 절연된 상태에서 PCM(50)에 연결될 수 있도록 니켈 플레이트(40, 41)를 각각 용접한 뒤, 양면 테이프(80)를 이용하여 상부 케이스(60) 및 하부 케이스(61)의 내부 공간에 전지셀(20)을 고정한 다음, 케이스들(60, 61)을 결합하고, 이들의 결합력을 더욱 높이고 외부의 이물질이 유입되는 것을 막기 위하여 케이스들(60, 61)의 외면을 포장 라벨(40)로 감싸는 과정을 거쳐 완성된다.
각형 전지셀은 그것의 전지케이스 자체가 하단에서 양극 단자를 이루므로, PCT 소자 및 니켈 플레이트가 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 일반적으로, 전지케이스로서 스테인리스 스틸 등의 금속 캔과 PTC 소자 및 니켈 플레이트는 용접이 용이하게 이루어지지 않으므로, 일부 선행기술에서는 전지케이스의 하단에 니켈 금속을 도금하거나, 니켈 금속에 특정 수지 분말 입자를 혼합하여 복합 도금층을 형성하는 방식을 제안하고 있다.
그러나, 이러한 기술에서는 PTC 소자나 니켈 플레이트에 의해 용접 부위가 가려지므로 정확한 용접 부위를 확인할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 즉, 전지셀의 하단에서 도금층이 형성되어 있는 부위를 정확히 인지할 수 없기 때문에, 상기 PTC 소자 및 니켈 플레이트를 정위치시키기 위해서는 작업자의 세심한 주의가 요구되며, 이로 인하여 공정시간이 지연되고 양산 공정에 장애가 될 수 있다. 특히, PTC 소자 및 니켈 플레이트가 정위치에 놓이지 않은 상태에서 용접이 이루어질 경우, 전지팩의 조립과정 또는 사용 중에 단락이 유발되거나 접속부위가 분리될 수 도 있다.
따라서, 전지셀과 접속부재를 용접에 의하여 용이하게 접속시킬 수 있으며, 전지셀의 하단에서 접속부재를 정위치시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 조립공정에서 전지셀의 하단에 안전소자 또는 접속부재를 용이하게 정위치시킬 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전지셀과 안전소자 또는 접속부재를 접속하는 과정에서 용접을 용이하게 달성할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 금속 케이스의 전지셀 하단에 안전소자 또는 접속부재가 전기적으로 연결되고 그러한 전지셀이 팩 케이스에 장착되는 구조의 전지팩으로서, 상기 전지셀의 하단에는 전기적 접속을 용이하게 하기 위한 금속으로 이루어진 접속부('금속 접속부')가 요철구조로 패턴화되어 형성되어 있고, 상기 안전소자 또는 접속부재에는 상기 패턴화된 요철구조에 대응하는 요철부가 형성되어 있는 것으로 구성되어 있다.
상기 전지셀 하단의 패턴화된 요철구조는, 안전소자 또는 접속부재의 용접 등에 의한 전기적 연결을 용이하게 하는 금속 접속부 자체가 상대적으로 돌출된 형태로 형성됨으로써 만들어질 수 있다. 즉, 금속 접속부가 위치하는 부위가 그렇지 않은 부위에 비해 상대적으로 돌출되어 있으므로, 상기 금속 접속부가 형성되어 있는 부위가 돌출형 패턴을 형성하고, 금속 접속부가 형성되어 있지 않은 부위가 오목형 패턴을 형성함으로써, 요철구조를 이룰 수 있다.
상기 안전소자 또는 접속부재에 형성되어 있는 요철부는 전지셀 하단의 상기 패턴화된 요철구조에 맞물릴 수 있는 형태로 이루어져 있다. 이러한 구조로 인해, 본 발명에 따른 전지팩은 그것의 조립과정에서, 전지셀과 안전소자 또는 접속부재를 용이하게 정위치시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 금속 접속부는 소정의 두께를 가진 금속 박막을 용접함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 박막은 그것의 두께만큼 돌출되어 요철구조를 형성할 수 있으며, 금속 박막의 형상이 전체적으로 패턴을 이룰 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 금속 접속부는 소정 두께의 도금층에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 도금층은 소정의 두께만큼 돌출되어 요철구조를 형성할 수 있으며, 도금 부위가 전체적으로 패턴을 이룰 수 있다.
상기 예들에서, 금속 접속부는 전지셀의 하단에서 실제 전기적 연결이 행해지는 부위에서 패턴화되는 것이 바람직하다. 실제 전기적 연결이 행해지는 부위가 한쪽으로 편향되어 있지 않고 일정한 간격을 유지한 상태로 상호 이격될 수 있도 록, 금속 접속부는 전지팩의 폭 방향으로 배향된 둘 또는 그 이상의 스트립 형태로 패턴화되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 안전소자 또는 접속부재의 요철부는 상기 금속 접속부와 대략 동일한 형상을 가지면서 서로 상반되는 양각구조의 패턴으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 전지셀의 하단에서 두 번의 전기적 접속이 행해질 경우, 전지셀의 하단에는 두 개의 금속 박막이 스트립의 형태로 용접되거나, 또는 두 개의 스트립 형태로 도금층이 형성될 수 있다. 상기 두 개의 스트립은 전지셀의 하단으로부터 돌출부를 형성하며, 그 사이에는 자연스럽게 오목부가 형성된다. 이에 대응할 수 있도록, 안전소자 또는 접속단자의 요철부는 상기 오목부에 대응하는 구조로 돌출부를 포함하고 있다.
상기 금속 케이스는 그것 자체로 전지셀의 전극 단자를 이루므로, 전기 전도성이 높은 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 등이 바람직하고, 특히, 높은 전기 전도성을 나타내지만 니켈 플레이트와의 용접이 용이하지 않은 스테인리스 스틸이 더욱 바람직하다.
상기 금속 접속부는 전지셀의 금속 케이스 상에 직접 형성되면서 안전소자 또는 접속부재와 전기적 연결이 행해지는 부위로서, 이러한 전기적 연결이 용이한 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 그 중 니켈이 특히 바람직하다.
상기 안전소자는 과전류, 과방전 및 과충전으로부터 전지를 보호할 수 있는 소자로서, 예를 들어, PTC 소자 또는 퓨즈 등을 들 수 있다. 이러한 안전소자는 금속 케이스의 금속 접속부에 직접 연결될 수 있으며 별도의 접속부재를 통하여 연 결될 수도 있다.
상기 접속부재는 전도성이 높은 소재로 이루어져 있으며, 니켈 플레이트가 일반적으로 사용되고 있다.
상기 안전소자 및 접속부재는 다양한 방법에 의해 상기 금속 접속부와 전기적 연결을 이룰 수 있으며, 바람직하게는 이러한 전기적 연결을 위해 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등의 용접이 행해질 수 있다.
본 발명에서 상기 전지셀은 각형의 금속 케이스로 이루어진 각형 전지셀에서 바람직하게 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에서 각형 전지셀과 니켈 플레이트의 접속 구조를 나타내기 위한 평면도가 모식적으로 도시되어 있다. 편의상 도시되어 있지 않은 나머지 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은, 그것의 상단으로부터 돌출되어 있는 음극 단자(110)와, 양극 단자로서 전지케이스의 하단(120)을 경유하여 PCM(400)에 접속된다. 전지셀(100)의 음극 단자(110)는 직접 또는 별도의 접속부재(도시하지 않음)을 경유하여 근거리에 위치한 PCM(400)에 전기적으로 접속되며, 전지셀(100)의 하단(120)은 별도의 접속부재로서 니켈 플레이트(200)을 통하여 PCM(400)에 접속된다.
스테인리스 스틸로 이루어진 전지셀 하단(120)에는 니켈 플레이트(200)와 용이하게 용접될 수 있도록, 소정의 두께로 이루어진 니켈 도금층(300)이 형성되어 있다. 이러한 니켈 도금층(300)은 전지셀 하단(120)에서 두 개의 스트립의 형태로 패턴화되어 있으며, 이러한 구조는 전지셀 하단이 평면도로서 도시되어 있는 도 3에서 용이하게 확인할 수 있다.
니켈 도금층(300)은 하단(120)으로부터 소정의 두께만큼 돌출되어 있으며, 그로 인해 니켈 도금층(300)이 형성되어 있지 않은 하단 부위(122)는 상대적으로 오목한 형태를 이루면서, 전체적으로 요철구조를 형성한다.
이러한 전지셀 하단(120)의 요철구조와 맞물릴 수 있도록, 니켈 플레이트(200)는 용접이 이루어지는 그것의 단부 상에 요철부(210)를 포함하고 있다. 즉, 니켈 도금층(300)이 형성되어 있지 않은 하단 부위(122)의 오목 형태에 대응할 수 있도록, 니켈 플레이트(200)에는 돌출 구조의 요철부(210)가 형성되어 있다.
따라서, 니켈 도금층(300)의 요철구조와 니켈 플레이트(200)의 요철부(210)는 서로 맞물릴 수 있으며, 이러한 구조에 의해 전지셀(100)의 하단(120)에서 니켈 플레이트(200)는 용이하게 정위치될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 조립공정에서 전지셀의 하단에 안전소자 또는 접속부재를 용이하게 정위치시킨 후 전기적 연결을 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 금속 케이스의 전지셀 하단에 안전소자 또는 접속부재가 용접되고 그러한 전지셀이 팩 케이스에 장착되는 구조의 전지팩으로서,
    상기 전지셀의 하단에는, 상기 용접 부위에 금속으로 이루어진 접속부('금속 접속부')가 전지팩의 폭 방향으로 배향된 둘 또는 그 이상의 스트립 형태로 패턴화되어 형성된 돌출 구조들과, 상기 돌출 구조들 사이에 형성된 오목 구조로 이루어진, 요철구조가 형성되어 있고,
    상기 안전소자 또는 접속부재에는, 상기 요철구조의 오목 구조에 대응하는 부위에 형성된 돌출부로 이루어진 요철부가 형성되어 있어서,
    상기 전지셀 하단의 요철구조와 상기 안전소자 또는 접속부재의 요철부가 맞물리면서 용접이 정위치에서 행해지는 구조의 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 접속부는 소정 두께의 금속 박막이 전지셀의 하단에 용접되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 접속부는 소정의 두께의 도금층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 케이스는 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 금속 접속부는 니켈로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 안전소자는 PTC 소자 또는 퓨즈인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 니켈 플레이트인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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