KR101016852B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 작은 크기의 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 의하면, 베어셀; 및 제1 외부단자 및 제2 외부단자를 구비하며 상기 베어셀에 전기적으로 연결되는 보호회로모듈을 포함하며, 상기 보호회로모듈은 FPCB로 이루어지며 몸체부와 상기 제1, 제2 외부단자가 형성된 단자 형성부를 구비하는 회로기판과, 상기 회로기판의 단자 형성부가 위에 놓이며 상기 몸체부와 이격된 받침면이 형성된 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 제공된다.
이차전지, 베어셀, 보호회로모듈, FPCB, 단자, 지지부재

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 특히 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board : 이하 'FPCB'라 함)으로 형성된 보호회로모듈(Protection Circuit Module, 이하 'PCM'이라 함)을 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 휴대용 전자기기의 보급이 늘어나고 있다. 휴대용 전자기기의 전원으로는 재충전이 가능한 이차 전지가 주로 사용되고 있다.
현재 팩 형태의 전지가 이차 전지로서 널리 사용되고 있다. 팩 형태의 전지는 베어셀과 보호회로모듈(PCM : Protection Circuit Module)이 하나의 유닛으로 통합된 형태이다. 팩 형태의 이차 전지는 베어셀과, 보호회로모듈과, 상부 케이스를 구비한다. 보호회로모듈은 베어셀의 일면에 결합되며, 상부 케이스는 보호회로모듈을 덮도록 결합된다.
최근 이차 전지가 사용되는 휴대용 전자기기의 크기가 계속 작아지면서 더욱 작은 크기를 갖는 이차 전지가 요구된다. 종래의 팩 형태의 이차 전지에서는 보호회로모듈이 일반 인쇄회로기판(PCB)을 사용하기 때문에, 이차 전지의 크기를 줄이 는데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 크기를 줄이기 위하여 FPCB를 이용하여 두께를 줄인 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 충전기 또는 외부 부하에 견고하게 접속되는 단자구조를 갖는 FPCB를 이용한 보호회로모듈을 구비하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따르면,
베어셀; 및 제1 외부단자 및 제2 외부단자를 구비하며 상기 베어셀에 전기적으로 연결되는 보호회로모듈을 포함하며, 상기 보호회로모듈은 FPCB로 이루어지며 몸체부와 상기 제1, 제2 외부단자가 형성된 단자 형성부를 구비하는 회로기판과, 상기 회로기판의 단자 형성부가 위에 놓이며 상기 몸체부와 이격된 받침면이 형성된 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 제공된다.
상기 지지부재는 상기 받침면이 마련된 받침판과, 상기 받침판으로부터 연장되며 상기 회로기판의 몸체부에 고정된 다수의 지지다리를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 지지부재의 지지다리의 끝단에는 상기 회로기판의 몸체부와 접하는 접촉면이 마련될 수 있다. 또한, 상기 보호회로모듈은 상기 회로기판의 몸체부에 실장된 회로소자를 구비하며, 상기 회로소자는 상기 지지부재의 받침판과 상기 회로기판의 몸체부 사이에 형성된 공간에 위치할 수 있다.
상기 회로기판은 상기 몸체부와 상기 단자 형성부를 연결하는 연결부를 구비할 수 있는데, 상기 회로기판의 몸체부는 그 길이방향을 따라 연장된 스트립(strip) 형태일 수 있다. 상기 회로기판의 연결부는 상기 몸체부의 측면으로부터 연장되거나, 상기 몸체부의 일단부로부터 연장된 것일 수 있다.
상기 지지부재는 납땜 또는 SMT공정에 의해서 상기 회로기판에 고정된 것일 수 있다.
상기 지지부재는 합성수지 사출물일 수 있다.
상기 지지부재의 받침면에 상기 회로기판의 단자 형성부가 접착될 수 있는데, 상기 지지부재의 받침면과 상기 회로기판의 단자 형성부는 양면테이프에 의해 접착될 수 있다.
상기 회로기판은 회로소자가 실장된 상면과, 상기 상면의 반대면이며 상기 제1 외부단자와 제2 외부단자가 마련된 하면을 구비할 수 있다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 얇은 FPCB를 이용하여 보호회로모듈이 구성되므로 이차 전지의 크기를 줄일 수 있다.
또한, FPCB에 형성된 외부단자를 지지하는 지지부재가 마련되므로, 외부단자가 밀리지 않아 충전기 또는 외부 부하와의 접속이 견고해진다.
그리고, FPCB에 실장된 각종 회로소자가 지지부재의 내부에 위치하여 지지부재에 의해 보호되므로 보호회로모듈의 안전성이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도2는 도1에 도시한 이차 전지의 분해 사시도이다. 도3은 도1에 도시한 이차 전지에서 베어셀의 상부를 A-A선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. 도4a 및 도4b는 도2에 도시한 보호회로모듈에서 단자 형성부를 펼쳐서 도시한 사시도이다. 도5는 도4a에 도시한 지지부재를 도시한 사시도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 이차 전지(100)는 베어셀(bare cell)(110)과, 보호회로모듈(PCM : Protection Circuit Module)(120)과, 상부 케이스(case)(130)를 포함한다. 이차 전지(100)는 하부 케이스(140)와, 접착부재(150)와, 라벨(160)을 추가로 구비할 수 있다.
이차 전지(100)의 PCM(120)은 FPCB로 형성된 회로기판(121)을 구비하며, 회로기판(121)의 단자 형성부(123)가 지지부재(126)에 의해 지지되어 충전기 또는 외부 부하가 접속되었을 때 뒤로 밀리지 않기 때문에 전기적 연결 상태가 잘 유지된다.
베어셀(110)은 전기 에너지를 공급하며, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체(미도시)와, 금속재질로 이 루어지며 전극 조립체 및 전해액(미도시)을 수용하는 캔(can)(111)과, 캔(111)의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(112)를 구비한다. 캡 조립체(112)는 금속재질로 형성되는 캡 플레이트(112a)와, 캡 플레이트(112a)에 돌출된 형태로 설치된 제1 전극단자(115)와, 캡 플레이트(112a)와 제1 전극단자(115) 사이에 개재되어 제1 전극단자(115)를 캡 플레이트(112a)로부터 절연시키는 가스켓(116)을 구비한다. 본 실시예에서는 제1 전극단자(115)가 음극단자로서 기능하는 것으로 설명한다.
캔(111) 및 캡 플레이트(112a)는 제2 전극단자로서 기능한다. 본 실시예에서는 캔(111)과 캡 플레이트(112a)가 양극단자로서 기능하는 것으로 설명한다. 본 실시예에서는 제1 전극단자(115)가 음극이고, 캔(111)과 캡 플레이트(112a)가 양극인 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 전극단자(115)는 양극이고, 캔(111)과 캡 플레이트(112a)가 음극이 될 수도 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
PCM(120)은 회로기판(121)과, 지지부재(126)와, 회로기판(121)에 실장된 다수의 회로소자(127)와, 제1 전극 리드 플레이트(128)와, 제2 전극 리드 플레이트(129)를 구비한다. PCM(120)은 이차 전지(100)의 충방전을 포함하는 제반 작동을 제어한다.
회로기판(121)은 배선패턴이 형성된 FPCB로서, 약 0.1mm의 두께를 갖는다. 회로기판(121)은 몸체부(122)와, 단자 형성부(123)와, 연결부(124)를 구비한다.
회로기판(121)의 몸체부(122)는 길이방향을 따라 연장된 스트립(strip)형태 이다. 몸체부(122)의 중앙부에는 관통구멍(121c)이 마련된다. 관통구멍(121c)에 베어셀(110)의 가스켓(116) 및 제1 전극단자(115)가 위치한다. 회로기판(121)의 몸체부(122)의 상면(121a)에는 지지부재(126)와, 다수의 회로소자(127)와, 제1 전극 리드 플레이트(128)가 설치된다. 몸체부(122)의 하면(121b)은 양면테이프 또는 접착제와 같은 접착수단에 의해 형성된 접착층(170)에 의해 베어셀(110)의 캡 플레이트(112) 위에 접착된다.
회로기판(121)의 단자 형성부(123)는 몸체부(122)의 측면으로부터 연장된 연결부(124)에 의해 몸체부(122)와 연결되어 있다. 단자 형성부(123)의 하면(121b)에는 음극단자인 제1 외부단자(123a)와, 양극단자인 제2 외부단자(123b)와, 제어용 보조단자인 제3 외부단자(123c)가 마련된다. 단자 형성부(123)는 지지부재(126)에 형성된 받침면(126c) 위에 놓여, 단자 형성부(123)의 하면(121b)에 마련된 제1, 제2, 제3 외부단자(123a, 123b, 123c)가 위로 향하게 된다. 단자 형성부(123)는 지지부재(127)에 의해 몸체부(122) 쪽으로 밀리지 않도록 지지된다. 따라서 단자 형성부(123)에 마련된 제1, 제2, 제3 외부단자(123a, 123b, 123c)와 충전기 또는 외부 부하의 접속상태가 양호하게 유지된다.
회로기판(121)의 연결부(124)는 회로기판(121)의 몸체부(122)의 측면으로부터 바깥으로 연장된다. 회로기판(121)의 연결부(124)는 몸체부(122)와 단자 형성부(123)를 연결해준다.
지지부재(126)는 금속재질로서, 받침판(126a)과, 다수의 지지다리(126b)를 구비한다. 지지부재(126)는 회로기판(121)의 단자 형성부(123)를 지지하며, 그 내 부에 위치하는 다수의 회로소자(127)를 보호한다.
받침판(126a)에는 회로기판(121)의 단자 형성부(123)가 위에 놓여지는 받침면(126c)이 마련된다. 지지부재(126)의 받침면(126c)과 회로기판(121)의 단자 형성부(123)는 양면 테이프 또는 접착제와 같은 접착수단에 의해 형성된 접착층(123c)에 의해 서로 접착된다. 받침면(126c)의 크기 및 형태는 받침면(126c) 에 단자 형성부(123)의 제1, 제2, 제3 외부단자(123a, 123b, 123c)가 위치할 수 있다면 모두 가능하다. 받침판(126a)은 회로기판(121)의 몸체부(122)와 일정거리를 두고 이격되어 있다. 지지부재(126)의 받침판(126a)과 회로기판(121)의 몸체부(122) 사이에 형성된 공간에 다수의 회로소자(127)가 위치하여 다수의 회로소자(127)가 보호된다. 지지부재(126)의 받침판(126a)과 회로기판(121)의 몸체부(122)의 이격거리(d)는 다수의 회로소자(127)가 위치할 수 있는 공간을 제공할 수 있도록 최소 0.6mm인 것이 바람직하다.
다수의 지지다리(126b)는 받침판(126a)의 외주로부터 받침면(126c)과 반대방향으로 연장되어 형성된다. 지지다리(126b)의 끝단에는 바깥쪽으로 꺾여 형성된 접촉면(126d)이 마련된다. 접촉면(126d)이 회로기판(121)의 몸체부(122)의 상면(121a)에 접하여 지지부재(126)가 회로기판(121)에 고정된다. 지지부재(126)는 회로기판(121)의 몸체부(122)에 납땜에 의해 결합되거나, 종래의 SMT(Surface Mount Technology : 표면실장기술) 공정에 의해 실장되거나, 접착제 등에 의해 결합될 수 있다.
지지부재(126)는 회로기판(121) 및 회로소자(127)와의 절연을 위하여 외면이 절연처리된다. 이러한 절연처리는 패럴린(parylene) 코팅층, 우레탄 코팅층, 테프론(Teflon) 코팅층 또는 UV 코팅층을 형성하거나, 지지부재(126)가 알루미늄 재질인 경우에는 아노다이징(anodizing)에 의해 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 지지부재(126)이 금속재질인 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 지지부재(126)는 합성수지의 사출물로 이루어질 수도 있다.
다수의 회로소자(127)는 회로기판(121)의 몸체부(122)의 상면(121a)에 실장된다. 다수의 회로소자(127)는 지지부재(126)의 받침판(126a)의 아래에 위치함으로써 보호된다. 회로소자(127)는 제어 IC, 충방전 스위칭 소자 및 기타 수동 소자를 포함한다.
제1 전극 리드 플레이트(128)는 전도성 재질로 이루어진다. 제1 전극 리드 플레이트(128)는 과열시 전류의 흐름을 차단하는 PTC 소자(127a)를 거쳐 회로기판(121)과 전기적으로 결합되어 있으며, 용접 등의 방법에 의해 베어셀(110)의 음극단자인 제1 전극 단자(115)와 전기적으로 연결된다. 제1 전극 리드 플레이트(128) 및 PTC 소자(127a)는 회로기판(121)의 몸체부(122)의 상면(121a) 상에 위치한다.
제2 전극 리드 플레이트(129)는 회로기판(121)의 몸체부(122)의 일단부에 바깥쪽으로 돌출되도록 결합되어 있다. 제2 전극 리드 플레이트(129)는 전도성 재질로 이루어져 회로기판(121)을 베어셀(110)의 양극단자인 캡 플레이트(112)와 전기적으로 연결시킨다.
상부 케이스(130)는 덮개판(131)과, 덮개판(131)으로부터 아래로 연장된 측벽(134)을 구비한다. 상부 케이스(130)는 그 내부 공간에 PCM(120)을 수용함으로써 PCM(120)을 보호한다.
덮개판(131)은 베어셀(110)의 캡 플레이트(112)과 대체로 일치하는 형상이며, PCM(120)을 덮는다. 덮개판(131)에는 회로기판(121)의 제1, 제2, 제3 외부단자(123a, 123b, 123c) 각각에 대응하는 영역에 형성된 제1, 제2, 제3 단자 구멍(132a, 132b, 132c)이 마련된다. 제1 단자 구멍(132a)은 회로기판(121)에 마련된 제1 외부단자 (123a)의 적어도 일부를 노출시킨다. 제2 단자 구멍(132b)은 회로기판(121)에 마련된 제2 외부단자(123b)의 적어도 일부를 노출시킨다. 제3 단자 구멍(132c)은 회로기판(121)에 마련된 제3 외부단자(123c)의 적어도 일부를 노출시킨다.
측벽(134)은 덮개판(131)의 외주부로부터 아래로 연장되어 형성된다. 측벽(134)에는 베어셀(110)의 측면(113)의 상부를 덮도록 연장된 연장부(134a)가 마련된다.
하부 케이스(140)는 바닥판(141)과, 바닥판(141)으로부터 위로 연장된 두 연장부(142)를 구비한다. 바닥판(141)은 베어셀(110)의 하면(113)과 대체로 동일한 형상으로서, 접착부재(150)에 의해 베어셀(110)의 하면(113)에 부착된다. 두 연장부(142)는 베어셀(110)의 측면(114)의 하부를 덮는다.
라벨(160)은 베어셀(110)의 측면(114)을 감싸도록 부착된다. 또한, 라벨(160)은 상부 케이스(130)의 연장부(134a)와 하부 케이스(140)의 연장부(142)의 위에 부착됨으로써, 이차 전지(100)의 베어셀(110), 상부 케이스(130) 및 하부 케이스(140)는 견고하게 결합된다.
다음에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈을 설명한다. 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다. 도7은 도6에 도시한 보호회로모듈의 단자 형성부를 펼쳐서 도시한 사시도이다. 도6 및 도7을 참조하면, 보호회로모듈(220)은 보호회로기판(221)과, 지지부재(226)와, 회로기판(221)에 실장된 다수의 회로소자(미도시)와, 제1 전극 리드 플레이트(228)와, 제2 전극 리드 플레이트(229)를 구비한다.
회로기판(221)은 몸체부(222)와, 단자 형성부(223)과, 연결부(224)를 구비한다. 단자 형성부(223)는 몸체부(222)의 길이방향 일단부로부터 연장된 연결부(224)에 의해 몸체부(222)와 연결되어 있다. 단자 형성부(223)는 몸체부(222)의 길이방향을 따라 연장되어 형성된다. 이 경우, 회로기판(221) 전체가 단순한 스트립 형태를 갖게 되므로, 제작 및 작업성이 보다 용이해 진다. 보호회로모듈(220)에서 그 외의 구성 및 작용은 도3 내지 도4b에 도시된 실시예에 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되 는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도2는 도1에 도시한 이차 전지의 분해 사시도이다.
도3은 도1에 도시한 이차 전지에서 베어셀의 상부를 A-A선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도4a 및 도4b는 도2에 도시한 보호회로모듈에서 단자 형성부를 펼쳐서 도시한 사시도이다.
도5는 도4a에 도시한 지지부재를 도시한 사시도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
도7은 도6에 도시한 보호회로모듈의 단자 형성부를 펼쳐서 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이차 전지 110 : 베어셀
120 : PCM 121 : 회로기판
122 : 몸체부 123 : 단자 형성부
123a : 제1 외부단자 123b : 제2 외부단자
124 : 연결부 126 : 지지부재
126a : 받침판 126b : 지지다리
126c : 받침면 126d : 접촉면
127 : 회로소자 130 : 상부 케이스
132a : 제1 단자구멍 132b : 제2 단자구멍

Claims (17)

  1. 베어셀; 및
    제1 외부단자 및 제2 외부단자를 구비하며 상기 베어셀에 전기적으로 연결되는 보호회로모듈을 포함하며,
    상기 보호회로모듈은 FPCB로 이루어지며 몸체부와 상기 제1, 제2 외부단자가 형성된 단자 형성부를 구비하는 회로기판과, 상기 회로기판의 단자 형성부가 위에 놓이며 상기 몸체부와 이격된 받침면이 형성된 지지부재를 구비하며, 상기 지지부재는 상기 몸체부의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 받침면이 마련된 받침판과, 상기 받침판으로부터 연장되며 상기 회로기판의 몸체부에 고정된 다수의 지지다리를 구하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지부재의 지지다리의 끝단에는 상기 회로기판의 몸체부와 접하는 접촉면이 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 보호회로모듈은 상기 회로기판의 몸체부에 실장된 회로소자를 구비하며, 상기 회로소자는 상기 지지부재의 받침판과 상기 회로기판의 몸체부 사이에 형성된 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서, 상기 지지부재의 받침판과 상기 회로기판은 몸체부 사이의 이격거리는 최소 0.6mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회로기판은 상기 몸체부와 상기 단자 형성부를 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회로기판의 연결부는 상기 몸체부의 측면으로부터 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제6항에 있어서, 상기 회로기판의 연결부는 상기 몸체부의 일단부로부터 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 회로기판의 몸체부는 그 길이방향을 따라 연장된 스트립(strip) 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 납땜 또는 SMT 공정에 의해 상기 회로기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 금속재질인 것을 특징으로 하는 이차 전 지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 지지부재의 받침면은 절연처리된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제11항에 있어서, 상기 지지부재의 받침면에는 절연테이프가 부착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 합성수지 사출물인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 지지부재의 받침면에 상기 회로기판의 단자 형성부가 접착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서, 상기 지지부재의 받침면과 상기 회로기판의 단자 형성부는 양면테이프에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제1항에 있어서, 상기 회로기판은 회로소자가 실장된 상면과, 상기 상면의 반대면이며 상기 제1 외부단자와 제2 외부단자가 마련된 하면을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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