KR100929034B1 - 배터리 팩 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 전극단자를 포함하는 베어 셀; 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판; 및 상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭과 대응하는 영역에 제 1 홀을 구비하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 캡 플레이트 및 상기 캡 플레이트 상의 단자 통공을 관통하는 전극 단자를 포함하는 베어셀을 제공하고, 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판을 제공하고, 상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭에 대응하여 위치에 구비되는 제 1 홀을 포함하는 케이스를 제공하는 것을 포함하는 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄여 배터리 팩의 전체적인 길이를 감소시키고, 종래의 절연 양면 테이프, 리드 플레이트 등의 부재를 사용하지 않을 수 있으므로 부품 비용과 이들 부품을 설치하는 공정 비용을 줄일 수 있으며, 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 케이스와 보호회로기판을 결합할 수 있다.
이차 전지, 보호회로기판, 홀, 리드 전극, 금속 탭, 양성온도소자

Description

배터리 팩 및 그의 제조 방법{Battery pack and Fabricating method for the same}
본 발명은 배터리 팩 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보호회로기판의 양 끝단에 금속 탭을 구비하고, 상기 금속 탭과 대응하는 영역에 홀을 구비하는 케이스를 포함하는 배터리 팩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 컴팩트하고 경량화된 휴대용 전자/전기 기기들이 활발하게 개발 및 생산되고 있으며, 상기 휴대용 전자/전기 기기들이 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 배터리 팩을 내장시키고 있다. 상기 배터리 팩은 경제적인 측면을 고려하여 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지로 대표되며, 충방전이 가능한 이차 전지를 이용한 배터리 팩이 일반적으로 사용된다.
이 중, 상기 리튬 이차 전지는 상기 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지에 비하여 작동 전압이 3배 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 상기 휴대용 전 자/전기 기기에 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전지는 사용하는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분하거나, 제조되는 형상에 따라 원통형, 각형 및 파우치형으로 구분한다.
일반적으로 리튬 이차 전지를 이용한 배터리 팩은 각각의 활물질이 도포된 집전체에 전극탭이 연결된 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 상단부가 개구된 캔에 수납하고, 상기 캔의 상단 개구부를 캡 조립체로 밀봉하여 형성하는 베어 셀 및 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되어 상기 베어 셀의 과충방전을 방지하는 보호회로 조립체를 포함한다.
또한, 상기 보호회로 조립체는 상기 베어 셀의 충방전 시 전압 또는 전류를 제어하는 보호회로기판, 상기 보호회로기판을 외부 충격 등으로부터 보호하는 상부 케이스를 포함한다.
이를 상술하면, 이차 전지는 크게 전극 조립체를 수용하는 캔, 캡 어셈블리를 구비한 베어셀과 이런 베어셀에 결합되어 충방전시 전압이나 전류를 조절하는 보호회로기판을 구비하여 이루어지고, 상기 캡 어셈블리에는 전극 조립체가 캔에 인입되기 위한 개구부를 마감하는 캡 플레이트와 캡 플레이트에 가스켓을 통해 절연되는 전극 단자, 베어 셀을 보호회로 기판과 전기접속시키기 위한 리드 플레이트 등을 구비하여 이루어진다. 또한, 전류차단장치인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)도 캡 플레이트와 절연재인 양면 테이프 등을 통해 절연 된 상태로 부착된 상태로 캡 플레이트 상에 결합되어 있다.
하지만, 상기한 양성온도소자를 사용할 경우, 양성온도소자와 전극 단자, 양성온도소자와 보호회로기판의 전기 단자사이의 접속을 위한 양성온도소자 자체의 전기 단자 형성을 위해 비용과 공간이 필요하다.
또한, 보호회로 기판과의 전기 접속을 위해서는 베에셀에 접속되는 리드 플레이트, 양성온도소자의 전기 단자, 보호회로 기판의 전기 단자 대개가 L자형으로 이루어지는데, L자형 단자는 수평부는 베에셀이나 보호회로 기판에 고정되고, 수직부는 대응되는 부분들끼리 겹쳐진 상태에서 용접이 이루어지므로, 따라서 수직부는 이차 전지 전체의 길이를 증가시키는 요소로 작용할 수 있다.
즉, 상기와 같이, 양성온도소자 자체의 전기 단자 형성을 위한 공간, L자형 단자이 수직부 등은 이차 전지의 소형 대용량화 경향과 배치되는 문제점이 있다.
또한, 전기 단자를 포함한 양성온도소자 전체를 캡 플레이트와 절연시키기 위해서는 별도로 절연재 양면 테이프 등을 마련하고 캡 플레이트에 붙이는 작업이 필요하고, 재료 및 공정 비용을 높이는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 L자형 전기 단자들로 인한 배터리 팩의 전체적인 길이를 감소시키는 배터리 팩 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 베어셀과 보호회로 기판 접속 구조를 종래에 비해 간단하게 함으로써 부품 비용과 공정 비용을 줄일 수 있는 배터리 팩 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보호회로기판을 감싸는 케이스를 상기 보호회로기판과 결합하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극단자를 포함하는 베어 셀; 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판; 및 상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭과 대응하는 영역에 제 1 홀을 구비하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 케이스는 상기 전극단자와 대응하는 위치에 제 2 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금속 탭 중 어느 하나는 보호회로기판에 전기적으로 연결되는 리드 탭이고, 상기 금속 탭 중 다른 하나는 보호회로기판과 전기적으로 절연되는 더미 탭인 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 리드 탭은 양성온도소자인 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 보호회로기판은 상기 전극단자와 대응하는 영역에 위치하는 리드 단자를 더 포함하고, 상기 전극단자는 상기 리드 단자를 통하여 보호회로기판에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 케이스는 상기 금속 탭과 대응하는 영역의 케이스의 두께가 다른 영역의 케이스의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 홀은 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지고, 측면이 테이퍼 각을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 캡 플레이트 및 상기 캡 플레이트 상의 단자 통공을 관통하는 전극 단자를 포함하는 베어셀을 제공하고, 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판을 제공하고, 상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭에 대응하여 위치에 구비되는 제 1 홀을 포함하는 케이스를 제공하는 것을 포함하는 배터리 팩의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금속 탭은 상기 캡 플레이트와 레이저 용접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 레이저 용접은 상기 케이스의 제 1 홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 보호회로기판은 상기 전극단자와 대응하는 영역에 위치하는 리드 단자를 더 포함하고, 상기 리드 단자는 상기 전극단자와 저항용접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 케이스는 상기 전극단자와 대응하는 위치에 제 2 홀을 더 포함하고, 상기 저항용접은 상기 제 2 홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으므로, 배터리 팩의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실시예에 따라 전류차단소자를 베에셀의 캡 플레이트에 직접 접속시켜 종래의 절연 양면 테이프, 리드 플레이트 등의 부재를 사용하지 않을 수 있으므로 부품 비용과 이들 부품을 설치하는 공정 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 케이스 상에 제 1 홀 및 제 2 홀 등을 구비함에 의하여, 케이스를 보호회로기판이 연결된 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 케이스와 보호회로기판을 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 케이스와 보호회로기판을 결합할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도, 도 1b는 도 1a의 결합상태를 나타내는 사시도, 도 1c는 도 1b의 I-I선에 따른 단면도이다.
먼저 도 1a, 1b 및 1c를 참조하면, 배터리 팩은 크게 베어셀과 보호회로기판(400)으로 구성될 수 있으며, 상기 베어셀은 전극조립체(100), 전해액, 상기 전극조립체(100)와 전해액을 수용하는 캔(200), 상기 캔(200)의 개구부를 마감하는 캡플레이트(350)를 포함하는 캡 조립체로 이루어질 수 있고, 상기 보호회로기판(400)은 상기 베어셀에 결합되어 충방전시 전압이나 전류를 조절하는 것으로, 이때, 상기 보호회로기판(400)은 케이스(500)에 의하여 둘러싸여 질 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극(110), 세퍼레이터(130), 음극(120)의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한다.
각형 캔(200)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 으로 형성되는데, 이때, 상기 각형 캔의 측면은 라운드 형일 수 있다. 캔(200)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(100)가 수용되어 캔(200)은 전극 조립체(100) 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다.
캡 조립체의 구성으로, 캔(200)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(350)가 마련되어 있다. 또한, 캡 플레이트(350)에는 니켈 재질의 전극 단자(310)가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성되며, 캡 플레이트(350)를 관통하는 전극 단자(310) 외측에는 전극 단자(310)와 캡 플레이트(350)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(360)이 설치되어 있다. 또한, 캡 플레이트(350) 중앙부, 단자용 통공 근방의 하면에 절연 플레이트(340)가 배치되어 있고, 절연 플레이트(340)의 아랫면에는 터미널 플레이트(330)가 설치되어 있다.
캡 플레이트(350) 일면에는 양극(100)으로부터 인출된 양극 탭(150)이 용접되어 있으며, 전극 단자(310)의 하단부에는 음극(120)으로부터 인출된 음극 탭(140)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접되어 있다.
이때, 본 발명에서는 상기 전극 단자(310) 상에는 전극 단자와 동일한 재질로 이루어진 리드 단자(420)가 위치하고 있다. 이는 전극 단자(310)와 보호회로기판(400)을 전기적 연결시키기 위한 것으로, 후술한다.
한편, 전극 조립체(100)의 상면에는 전극 조립체(100)와 캡 조립체와의 전기적으로 절연하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(100)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(320)가 설치되어 있다. 절연 케이스(320)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 또한, 전극 조립체(100)의 중앙부와 음극 탭(140)이 통과할 수 있도록 리드 통공이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공이 형성되어 있다.
또한, 캡 플레이트(350)의 일측에는 전해액 주입공(354)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(354)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(370)가 설치된다.
즉, 전극조립체를 수용하는 캔과 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체의 결합으로 본 발명에 따른 베어셀이 구성될 수 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(350)의 상부에 보호회로기판(400)이 위치한다. 상기 보호회로기판(400) 상에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(440)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 보호회로기판(400)의 양 끝단에 니켈 재질로 이루어지는 금속 탭(410a, 410b)을 구비하고 있다. 이때, 상기 금속 탭 중 어느 하나는 보호회로기판과 전기적으로 연결되어, 캡 플레이트와 보호회로기판을 전기적으로 연결시키는 리드 탭(410a)이고, 다른 하나는 보호회로기판과 전기적으로 절연되는 더미(dummy) 탭(410b)에 해당할 수 있다.
이때, 상기 보호회로기판(400)과 금속 탭(410a, 410b)은 납땜(Soldering) 등을 통해 전기적으로 연결되거나, 상기 보호회로기판(400) 상에 실장되는 부품에 가해지는 영향을 고려하여 저항 용접을 통해 연결될 수 있다. 또한, 상기 금속 탭(410a, 410b)은 레이저 용접을 통하여 캡 플레이트(350)에 전기적 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 보호회로기판(400) 상에는 리드 단자(420)와 대응하는 위치에 홀(430)이 위치한다. 상기 리드 단자(420)는 전술한 바와 같이, 전극 단자(310)와 보호회로기판(400)을 전기적 연결시키기 위한 것으로, 상기 보호회로기판(400)과 리드 단자(420)는 납땜(Soldering) 등을 통해 전기적으로 연결되거나, 상기 보호회로기판(400) 상에 실장되는 부품에 가해지는 영향을 고려하여 저항 용접을 통해 연결되어 질 수 있다. 또한, 상기 리드 단자(420)는 저항용접을 통하여 전극 단자(310)에 전기적 연결될 수 있다.
이때, 도면상에는 상기 리드 단자가 보호회로기판 상의 상기 홀의 하측에 위치하는 것만을 개시하고 있으나, 이와는 달리, 상기 리드 단자는 상기 보호회로기판의 홀의 상측에 위치하거나, 상기 보호회로기판의 홀의 내측에 삽입되어 위치할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 제 1 실시예에서는 베어셀과 보호회로기판을 전기적으로연결시킴에 있어서, 음극 탭(140)과 전기적 연결되어 있는 전극 단자(310)는 리드 단자(420)을 통하여 보호회로기판에 전기적으로 연결되고, 양극 탭(150)과 전기적 연결되어 있는 캡 플레이트는 금속 탭을 통하여 보호회로기판에 전기적으로 연결된다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으므로, 베어 셀과 보호회로기판 사이의 공간을 최소화하여, 배터리 팩의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 종래 기술에 따라 배터리 팩을 제조하는 경우 상기 베어 셀과 보호회 로기판에 각각 리드 플레이트를 용접하고, 상기 리드 플레이트들을 서로 용접하여야 하기 때문에 상기 베어 셀과 보호회로기판을 전기적으로 연결시키기 위해서는 세 번의 용접 공정이 필요하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩은 두 번의 용접 공정으로 상기 베어 셀과 보호회로기판을 전기적으로 연결시킬 수 있어, 배터리 팩의 제조공정을 감소시킬 수 있다.
계속해서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩을 살펴보면, 본 발명에 따른 상기 보호회로기판(400)은 케이스(500)에 의하여 감싸져 있다.
일반적으로 보호회로기판을 감싸는 케이스는 일체형, 매입형 등으로 형성할 수 있는데, 케이스를 일체형으로 형성하는 것은 베어셀의 상단면에 보호회로기판을 연결하고, 베어셀의 보호회로기판 외측으로 나일론 계통의 합성수지물을 저온저압 사출하여 성형하는 방법에 의하여 형성하는 것이고, 또한, 케이스를 매입형으로 형성하는 것은 상기의 보호회로기판을 합성수지에 매입하여 보호회로기판 매입형 케이스를 형성한 후, 상기 보호회로기판 매입형 케이스를 베어셀의 상단면에 결합하는 방법에 의하여 형성하는 것이다.
하지만, 본 발명에서는 상기 케이스를 커버형으로 형성하는 방법에 해당하는 것으로, 상기 케이스(500)를 커버형으로 형성하는 것은 합성수지로 미리 형성한 케이스를 보호회로기판이 연결된 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 형성하거나, 바람직하게는 합성수지로 미리 형성한 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 케이스(500)에는 금속 탭(410a, 410b)이 위치하는 영역에 대응하 여 제 1 홀(510a, 510b)이 형성되어 있고, 또한, 리드 단자(420)가 위치하는 영역에 대응하여 제 2 홀(520)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 케이스는 커버형으로 형성할 수 있는데, 케이스에 제 1 홀(510a, 510b) 및 제 2 홀(520)을 형성함에 의하여, 미리 형성한 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 배터리 셀에 결합할 수 있다.
즉, 금속 탭 및 리드 단자가 구비된 보호회로기판을 케이스에 결합한 후, 상기 금속 탭은 캡 플레이트와 용접을 통하여 전기적 연결되어야 하고, 상기 리드 단자는 전극단자와 용접을 통하여 전기적 연결되어야 하는데, 상기 금속 탭을 캡 플레이트와 전기적 연결하는 것은 금속 탭이 위치하는 영역에 대응하여 케이스에 구비된 제 1 홀(510a, 510b)을 통하여 레이저 용접을 실시함으로써 전기적 연결할 수 있다.
또한, 상기 리드 단자를 전극단자와 전기적 연결하는 것은 리드단자가 위치하는 영역에 대응하여 케이스에 구비된 제 2 홀(520) 및 리드 단자가 위치하는 영역에 대응하여 보호회로기판 상에 구비된 홀(430)을 통하여 저항용접 또는 레이저 용접을 실시함으로써 전기적 연결할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 케이스에 홀을 구비함에 의하여 합성수지로 미리 형성한 케이스를 보호회로기판이 연결된 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 케이스와 보호회로기판을 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 더 나아가 합성수지로 미리 형성한 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 베어셀에 결합하는 방법에 의하여 케이스와 보호회로기판을 결합할 수 있다.
이때, 배터리 팩이 완성된 후, 케이스 상에 구비된 상기 제 1 홀(510a, 510b) 및 제 2 홀(520)에 의하여 팩 내부의 단자 및 보호회로기판이 이물질 또는 수분 등에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 제 1 홀 및 제 2 홀의 내에 각각 고무재질 등의 제 1 마개(540a, 540b) 및 제 2 마개(550a)가 위치할 수 있고, 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 제 2 홀 내의 제 2 마개(550a) 상에는 침수지(550b)를 위치시킬 수 있다.
또한, 상기 케이스(500)에는 보호회로기판(4000) 상의 외부입출력단자(440)를 노출하는 제 3 홀(530)이 형성될 수 있다. 상기 외부입출력단자(440)은 상기 제 3 홀(530)을 통하여 외부와 전기적으로 연결된다.
상기한 바와 같은 구성요소를 바탕으로 본 발명의 배터리 팩의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극(110), 세퍼레이터(130), 음극(120)의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한 후, 이를 각형 캔에 수용하고, 상기 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 조립하여, 베어셀을 제공한다.
계속해서, 양 끝단에 니켈 재질로 이루어지는 금속 탭(410a, 410b)을 구비하고, 상기 전극 단자와 대응하는 영역에 홀을 구비하는 보호회로기판(400)을 제공한다. 이때, 상기 보호회로기판(400)과 금속 탭(410a, 410b)은 납땜(Soldering) 등을 통해 전기적으로 연결되거나, 상기 보호회로기판(400) 상에 실장되는 부품에 가해지는 영향을 고려하여 저항 용접을 통해 연결되어 질 수 있다.
또한, 상기 보호회로기판의 홀의 하측에 리드 단자를 전기적으로 연결시킨다. 이때, 상기 보호회로기판(400)과 리드 단자(420)는 납땜(Soldering) 등을 통해 전기적으로 연결되거나, 상기 보호회로기판(400) 상에 실장되는 부품에 가해지는 영향을 고려하여 저항 용접을 통해 연결되어 질 수 있다.
계속해서, 합성수지로 미리 형성한 커버형 케이스(500)를 제공한다.
상기 케이스(500)에는 상술한 바와 같이, 금속 탭(410a, 410b)이 위치하는 영역에 대응하여 제 1 홀(510a, 510b)이 형성되어 있고, 또한, 리드 단자(420)가 위치하는 영역에 대응하여 제 2 홀(520)이 형성되어 있으며, 보호회로기판(400) 상의 외부입출력단자(440)를 노출하는 제 3 홀(530)이 형성되어 있다.
다만, 상술한 베어셀, 보호회로기판, 케이스는 각각의 제조공정에 의하여 형성된 후 제공되는 것으로, 본 발명에서 상기 베어셀, 보호회로기판, 케이스의 제공순서를 한정하는 것은 아니다.
계속해서, 상기 베어셀, 보호회로기판, 케이스를 결합하는 것은 상술한 바와 같이, 보호회로기판을 베어셀에 전기적으로 연결한 후, 케이스를 결합하는 제 1 방법에 의하여 형성하거나, 케이스에 보호회로기판을 결합한 후, 이를 베어셀에 결합하는 제 2 방법에 의하여 형성할 수 있다.
구체적으로, 제 1 방법은 베어셀의 상부에 보호회로기판을 위치시킨 후, 보호회로기판(400)에 구비된 금속 탭(410a, 410b)을 캡 플레이트(350)와 용접하여 전기적으로 연결시키고, 보호회로기판(400)에 구비된 리드 단자(420)를 전극단자(310)와 용접하여 전기적으로 연결시킨 후, 상기 케이스(500)를 덮어 결합하는 것이다. 이 경우는 보호회로기판이 베어셀에 용접된 후에 케이스가 결합되므로, 케이스가 용접에 방해되는 점이 없이 보호회로기판과 베어셀을 전기적 연결시킬 수 있다.
또한, 제 2 방법은 상기 보호회로기판(400)과 상기 케이스(500)를 결합한 후에 보호회로기판(400)을 베어셀에 전기적 연결시키는 용접을 실시하는 것으로, 상기 금속 탭(410a, 410b)을 캡 플레이트(350)와 전기적 연결하는 것은 금속 탭이 위치하는 영역에 대응하여 케이스에 구비된 제 1 홀(510a, 510b)을 통하여 레이저 용접을 실시함으로써 전기적 연결하고, 또한, 상기 리드 단자(420)를 전극단자(310)와 전기적 연결하는 것은 리드단자가 위치하는 영역에 대응하여 케이스에 구비된 제 2 홀(520) 및 리드 단자가 위치하는 영역에 대응하여 보호회로기판 상에 구비된 홀(430)을 통하여 저항용접 또는 레이저 용접을 실시함으로써 전기적 연결할 수 있다.
따라서, 상기 제 2 방법에 의하더라도, 케이스에 홀을 구비되어 있기 때문에 케이스가 용접에 방해되는 점이 없이 보호회로기판과 베어셀을 전기적 연결시킬 수 있다.
이때, 상기 제 1 방법 및 상기 제 2 방법에서 금속 탭과 캡 플레이트를 용접하는 것은 레이저 용접일 수 있으며, 리드 단자와 전극단자를 용접하는 것은 저항용접일 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 탭과 상기 리드 단자는 니켈 재질의 물질로 이루어 지게 되는데, 일반적으로, 캡 플레이트가 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다고 볼 때, 금속 탭과 캡 플레이트는 재질이 상이할 수 있으므로, 레이저 용접을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 리드 단자와 전극단자를 용접하는 것은 레이저 용접을 실시하여 용접하는 것이 가능하나, 일반적으로, 전극단자가 니켈 재질 등의 금속으로 이루어진다고 볼 때, 전극단자와 리드 단자는 재질이 동일하므로, 레이저 용접보다 상대적으로 공정비용이 저렴한 저항용접을 실시하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에서, 상기 용접 방법을 제한하는 것은 아니다.
이로써, 본 발명에 따른 배터리 팩을 제조할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 배터리 팩이 완성된 후, 케이스 상에 구비된 상기 제 1 홀(510a, 510b) 및 제 2 홀(520)에 의하여 팩 내부의 단자 및 보호회로기판이 이물질 또는 수분 등에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 제 1 홀(510a, 510b) 및 제 2 홀(520)의 내에 각각 마개 또는 침수지 등을 위치시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예를 나타내는 배터리 팩의 단면도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다. 따라서, 중복을 피하기 위하여 제 1 실시예와 동일 구성에 대한 설명은 생략한다.
상기 제 1 실시예와 관련하여, 상술한 바와 같이, 상기 보호회로기판의 양 끝단에는 금속 탭을 구비하고 있고, 이때, 상기 금속 탭 중 어느 하나는 보호회로기판과 전기적으로 연결되어, 캡 플레이트와 보호회로기판을 전기적으로 연결시키 는 리드 탭이고, 다른 하나는 보호회로기판과 전기적으로 절연되는 더미(dummy) 탭에 해당할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예의 변형예는 상기 리드 탭에 관한 것이다.
도 2를 참조하면, 보호회로기판의 양 끝단에는 금속 탭(450, 410b)을 구비하고 있고, 상기 금속 탭은 보호회로기판과 전기적으로 연결되는 리드 탭(450)과 보호회로기판과 전기적으로 절연되는 더미 탭(410b)으로 이루어져 있다.
이때, 상기 리드 탭(450)은 하부 전극(450a), 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부(450b), 상부 전극(450c)이 수직상으로 순차적 배열되어 있다.
이때, 상기 상하부 전극은 Ni 등과 같은 금속 평판으로 이루어져 있으며, 상기 하부 전극(450a)은 캡 플레이트(350)와 면접촉 상태로 레이저 용접되고, 상기 상부 전극은(450c) 보호회로기판(400)에 저항용접 또는 솔더링을 통하여 전기적 접속된다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에서 상기 리드 탭은 보호회로기판과 캡 플레이트를 전기적으로 연결시킬 뿐만 아니라, 전류차단소자인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient, 450)로도 작용할 수 있다.
상기 양성온도소자(450)는 충방전 전류에 이상이 발생하면 열이 발생하여 온도가 상승하고, 양성온도소자는 열을 감지하여 회로를 단선시키는 역할을 하는 것으로, 상기 전류차단소자는 바이메탈 스위치 방식의 브레이커 또는 서멀 퓨즈(thermal fuse)일 수 있으며, 본 발명에서는 전류차단소자의 일예로 양성온도소자를 설명할 뿐, 전류차단소자의 종류를 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명에서는 양성온도소자(450)의 하부 전극(450a)은 종래의 양성온도소자가 부착되던 것과는 달리 절연재의 개재 없이 직접 캡 플레이트(350)와 접속되고, 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
또한, 양성온도소자와 보호회로기판을 전기적 연결하기 위한 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으므로, 베어 셀과 보호회로기판 사이의 공간을 최소화하여, 배터리 팩의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다. 따라서, 중복을 피하기 위하여 제 1 실시예와 동일 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 제 1 실시예와는 달리, A영역과 B영역의 케이스의 두께가 서로 상이함을 알 수 있다.
즉, 제 1 실시예에서는 보호회로기판의 양 끝단에 구비되는 금속 탭과 대응하는 영역(A)의 케이스의 두께가 다른 영역(B)의 두께와 동일하였기 때문에, 금속 탭과 케이스 사이에 일정간격이 유지되어 있었으나, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 금속 탭과 대응하는 영역(A)의 케이스의 두께가 금속 탭과 케이스가 밀착되도록, 다른 영역(B)의 케이스의 두께보다 두껍게 형성되어 있다.
따라서, 금속 탭과 케이스가 밀착됨에 의하여, 금속 탭의 상,하 유동을 방지함으로써, 금속 탭이 캡 플레이트 상이 더욱 견고하게 고정될 수 있다.
이때, 상기 케이스에는 제 1 실시예와 동일하게 보호회로기판의 금속 탭과 대응하는 영역에 상기 금속 탭을 노출시키기 위하여 제 1 홀(610a, 610b)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 홀(610a, 610b) 내에는 고무재질 등의 제 1 마개(640a, 640b)가 위치하고 있다.
또한, 도면에는 도시되지는 않았으나, 상술한 제 1 실시예의 변형예와 같이, 상기 금속 탭 중 어느 하나는 하부 전극, 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부 및 상부 전극이 수직상으로 순차적 배열되어 있어, 전류차단소자인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)로도 작용할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 변형예를 나타내는 배터리 팩의 단면도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 2 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다. 따라서, 중복을 피하기 위하여 제 2 실시예와 동일 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 배터리 팩은 케이스에 위치하는 제 1 홀(710a, 710b)이 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지고, 측면이 경사를 이루며 테이퍼져 있다.
이는 보호회로기판과 케이스를 결합한 후에, 보호회로기판을 베어셀에 전기 적 연결시키키 위하여 레이저 용접을 실시하는 공정에서, 레이저 용접의 입사각 등에 의하여 케이스가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 공정상 오차에 의하여 레이저 용접의 입사각이 캡 플레이트와 수직한 각도로 입사되지 않는 경우가 발생하더라도, 레이저에 의한 케이스의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 테이퍼 각(θ)은 캡 플레이트의 수직단면을 기준으로 5° 내지 30 °의 각을 이룰 수 있다.
상기 테이퍼 각(θ)이 5°미만인 경우는 공정상 레이저 입사각이 오차가 발생하는 경우에, 레이저에 의하여 케이스가 손상되는 것을 방지하는 효과가 없으며, 상기 테이퍼 각(θ)이 30°를 초과하는 경우, 제 1 홀의 상측이 너무 크게 개구되게 되므로, 본 발명에서 상기 테이퍼 각(θ)은 5 내지 30 °인 것이 바람직하다.
이때, 상기 제 1 홀(710a, 710b) 내에는 고무재질 등의 제 1 마개(740a, 740b)가 위치하고 있으며, 또한, 도면에는 도시되지는 않았으나, 상술한 제 1 실시예의 변형예와 같이, 상기 금속 탭 중 어느 하나는 하부 전극, 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부 및 상부 전극이 수직상으로 순차적 배열되어 있어, 전류차단소자인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)로도 작용할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 제 2 실시예의 제 2 변형예를 나타내는 배터리 팩의 단면도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 2 실시예 또는 상기 제 2 실시예의 변형예에 따른 것과 동일할 수 있다. 따라서, 중복을 피 하기 위하여 제 2 실시예 또는 제 2 실시예의 변형예와 동일 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 배터리 팩은 케이스의 일정영역, 즉, 금속 탭의 양 끝단이 위치하는 주위영역에 갭(gap)(750a, 750b)이 형성되어 있다.
이는 보호회로기판과 케이스를 결합한 후에, 보호회로기판을 베어셀에 전기적 연결시키키 위하여 레이저 용접을 실시하는 공정에서 발생되는 가스 또는 열을 방출하여 보호회로기판을 보호하기 위한 것으로, 상기 갭을 통하여 가스 또는 열의 일정부분을 방출할 수 있으며, 또한, 케이스에 상기 갭으로부터 연장되는 배출통로(760a, 760b)를 더욱 형성하여, 가스 또는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
이때, 도면상에는 보호회로기판상의 제 1 홀의 측면이 상측에서 하측으로 갈수록 경사를 이루며 테이퍼져 있는 것을 개시고 있으나, 제 2 실시예와 같이 경사가 없을 수 있으며, 또한, 도면에는 도시되지는 않았으나, 상술한 제 1 실시예의 변형예와 같이, 상기 금속 탭 중 어느 하나는 하부 전극, 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부 및 상부 전극이 수직상으로 순차적 배열되어 있어, 전류차단소자인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)로도 작용할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도,
도 1b는 도 1a의 결합상태를 나타내는 사시도,
도 1c는 도 1b의 I-I선에 따른 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예를 나타내는 배터리 팩의 단면도,
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도,
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 변형예를 나타내는 배터리팩의 단면도,
도 3c는 본 발명의 제 2 실시예의 제 2 변형예를 나타내는 배터리팩의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전극조립체 200 : 캔
320 : 절연 케이스 350 : 캡 플레이트
340 : 절연 플레이트 330 : 터미널 플레이트
360 : 가스켓 310 : 전극단자
400 : 보호회로기판 410a, 410b : 금속 탭
420 : 리드 단자 450 : 양성온도소자
500 : 케이스 520 : 제 2 홀
510a, 510b, 610a, 610b, 710a, 710b : 제 1 홀
540a, 540b, 640a, 640b, 740a, 740b : 제 1 마개
550a : 제 2 마개 550b : 침수지

Claims (24)

  1. 전극단자를 포함하는 베어 셀;
    상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판; 및
    상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭과 대응하는 영역에 제 1 홀을 구비하는 케이스를 포함하고,
    상기 금속 탭 중 어느 하나는 보호회로기판에 전기적으로 연결되는 리드 탭인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전극단자와 대응하는 위치에 제 2 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호회로기판은 상기 전극단자와 대응하는 영역에 위치하는 리드 단자를 더 포함하고, 상기 전극단자는 상기 리드 단자를 통하여 보호회로기판에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호회로기판은 상기 리드 단자에 대응하는 위치에 홀을 구비하고, 상기 리드 단자는 상기 보호회로기판의 홀의 상측 또는 하측에 위치하거나, 상기 보호회로기판의 홀의 내측에 삽입되어 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드 탭은 양성온도소자인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 양성온도소자는 하부 전극, 몸체부 및 상부 전극이 수직상으로 순차적 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 탭 중 다른 하나는 보호회로기판과 전기적으로 절연되는 더미 탭인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 금속 탭과 대응하는 영역의 케이스의 두께가 다른 영역의 케이스의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속 탭과 대응하는 영역의 케이스는 상기 금속 탭과 밀착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 홀은 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지고, 측면이 테이퍼 각을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 테이퍼 각은 캡 플레이트의 수직단면을 기준으로 5° 내지 30 °인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 금속 탭의 양 끝단이 위치하는 주위영역에 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 갭으로부터 연장되는 배출통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홀 내에 위치하는 제 1 마개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 홀 내에 위치하는 제 2 마개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 홀 내에 위치하고, 상기 제 2 마개의 상에 위치하는 침수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 탭은 니켈 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 3 항에 있어서,
    상기 리드 단자는 니켈 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 캡 플레이트 및 상기 캡 플레이트 상의 단자 통공을 관통하는 전극 단자를 포함하는 베어셀을 형성하는 단계;
    상기 베어 셀에 전기적으로 연결되고, 양 끝단에 금속 탭을 구비하는 보호회로기판을 형성하는 단계;
    상기 보호회로기판을 감싸고, 상기 금속 탭에 대응하여 위치에 구비되는 제 1 홀을 포함하는 케이스를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 탭 중 어느 하나는 보호회로기판에 전기적으로 연결되는 리드 탭인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속 탭은 상기 캡 플레이트와 레이저 용접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 레이저 용접은 상기 케이스의 제 1 홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 보호회로기판은 상기 전극단자와 대응하는 영역에 위치하는 리드 단자를 더 포함하고,
    상기 리드 단자는 상기 전극단자와 저항용접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전극단자와 대응하는 위치에 제 2 홀을 더 포함하고,
    상기 저항용접은 상기 제 2 홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
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