KR101036030B1

KR101036030B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR101036030B1
Application number: KR1020080120623A
Authority: KR
Inventors: 장영철; 곽은옥
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US20100136418A1; KR20100062166A; US9088032B2

Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 조립과정이 단순한 팩 형태의 이차 전지를 제공하는 것이 목적이다. 본 발명에 의하면, 베어셀; 회로기판과, 상기 회로기판을 상기 베어셀에 결합시키는 지지부재를 구비하는 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈의 회로기판을 덮는 탑 케이스를 포함하며, 상기 보호회로모듈의 지지부재에는 제1 결합부가 마련되며, 상기 탑 케이스에는 상기 제1 결합부와 결합되는 제2 결합부가 마련되며, 상기 지지부재의 제1 결합부와 상기 탑 케이스의 제2 결합부는 끼워맞춤 방식에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 제공된다.

이차전지, 베어셀, 회로기판, 탑케이스, 지지부재, 돌기, 관통구멍

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 특히 이차 전지의 결합구조에 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, 탑 케이스(top case)를 구비한다. 보호회로모듈은 베어셀의 일면에 결합되며, 탑 케이스는 보호회로모듈을 덮도록 결합된다. 종래의 팩 형태의 이차 전지에서는 탑 케이스는 수지 몰딩부에 의해 베어셀 및 보호회로모듈에 결합되거나 접착제 등의 방법으로 베어셀 및 보호회로모듈에 결합된다. 그러나, 이러한 종래의 결합구조는 사출성형 공정 또는 접착제 형성 등의 공정이 필요하기 때문에 제조공정이 복잡하다.

본 발명의 목적은 조립과정이 단순한 팩 형태의 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 각 구성이 견고하게 결합된 팩 형태의 이차 전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따르면,

베어셀; 회로기판과, 상기 회로기판을 상기 베어셀에 결합시키는 지지부재를 구비하는 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈의 회로기판을 덮는 탑 케이스를 포함하며, 상기 보호회로모듈의 지지부재에는 제1 결합부가 마련되며, 상기 탑 케이스에는 상기 제1 결합부와 결합되는 제2 결합부가 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 제공된다.

상기 지지부재의 제1 결합부와 상기 탑 케이스의 제2 결합부는 끼워맞춤 방식에 의해 결합될 수 있다.

상기 지지부재는 적어도 2개일 수 있다.

상기 탑 케이스는 덮개판과, 상기 덮개판으로부터 연장된 측벽을 구비하며, 상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 베어셀과 마주하는 제1 면과, 상기 상기 탑 케이스의 덮개판을 마주하는 제2 면을 구비하며, 상기 지지부재는 상기 보호회로모듈의 회로기판과 상기 베어셀 사이에 연장되며 상기 제1 결합부가 형성된 지지부를 구비하며, 상기 제2 결합부는 상기 탑 케이스의 측벽에 형성될 수 있다.

상기 회로기판은 일측방향으로 연장된 판상형태이며, 상기 지지부재의 지지 부는 상기 회로기판의 단부에 일치하도록 위치할 수 있다.

상기 제2 결합부는 돌출부이며, 상기 제1 결합부는 상기 돌출부가 끼워지는 수용공간일 수 있다.

상기 돌출부는 반구형태일 수 있다.

상기 제1 결합부는 상기 수용공간을 제공하는 관통구멍일 수 있다.

상기 제2 결합부인 돌출부는 상기 베어셀 쪽으로 갈수록 바깥쪽으로 경사진 경사면을 구비할 수 있다.

상기 돌출부는 상기 제1 결합부에 걸리도록 상기 경사면의 반대편에 위치하는 걸림면을 구비할 수 있다.

상기 제1 결합부는 돌출부이며, 상기 제2 결합부는 상기 돌출부가 끼워지는 수용공간일 수 있다.

상기 지지부재 중 적어도 하나는 상기 회로기판과 상기 베어셀을 전기적으로 연결하는 전극 리드 플레이트일 수 있다.

본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 탑 케이스와 보호회로모듈의 지지부재가 끼워맞춤 방식에 의해 용이하게 탑 케이스를 결합할 수 있다. 따라서, 공정이 단순해져 이차 전지의 생산성이 향상된다. 또한, 탑 케이스가 보호회로모듈의 지지부재와 결합되므로 탑 케이스가 견고하게 결합된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.

도1 내지 도5를 참조하면, 이차 전지(100)는 베어셀(bare cell)(110)과, 보호회로모듈(PCM : Protection Circuit Module)(120)과, 탑 케이스(top case)(130)와, 접착부재(140)와, 버텀 케이스(bottom case)(150)와, 라벨(160)을 구비한다.

베어셀(110)은 전기에너지를 제공하는 구성으로서, 전극조립체와, 전극조립체를 수용하는 캔 및 캔을 덮는 캡 조립체로 이루어진다. 전극조립체는 권취된 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비한다. 양극판 및 양극판에는 각각 전극탭에 결합된다. 베어셀(110)은 상면(111)과, 하면(112)과, 측면(113)을 갖는 대체로 얇은 판상이다. 상면(111) 및 하면(112)은 일측으로 길게 연장된며 서로 마주 본다. 상면(111)에는 제1 전극 단자(119)가 돌출되어 마련된다. 본 실시예에서는 제1 전극 단자(119)가 음극인 것으로 설명한다. 양극 단자인 제2 전극 단자(118)는 제1 전극 단자(119)를 제외한 베어셀(110)의 전체 외면이 된다. 제1 전극 단자(119)와 제2 전극 단자(118)는 제1 전극 단자(119)를 둘러싸는 절연 가스켓(119a)에 의해 서로 절연된다. 하면(112)에는 양면 테이프와 같은 접착부재(140)에 의해 버텀 케이스(150)의 후술하는 받침판(151)이 부착된다. 측면(113)은 상면(111)과 하면(112)을 연결하며, 제1 장측면(114)과, 제2 장측면(115)과, 제1 단측면(116)과, 제2 단측면(117)을 구비한다. 제1 장측면(114)과 제2 장측면(115)은 서로 마주보며 베어셀(110)의 폭방향을 따라 연장된다. 제1 단측면(116)과 제2 단측면(117)은 제1 장측면(114)과 제2 장측면(115)을 연결한다.

PCM(120)은 회로기판(121)과, 제1 전극 리드 플레이트(129)와, 제1 지지부 재(122a)와 제2 지지부재(122b)를 구비한다. PCM(120)은 이차 전지(100)의 충방전을 포함하는 제반 작동을 제어한다. 회로기판(121)은 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서, 베어셀(110)의 상면(111)의 길이방향을 따라 길게 연장된 대체로 직사각형의 판형태이다. 회로기판(121)은 베어셀(110)의 상면(111)과 대응하는 폭을 갖는다. 회로기판(121)은 서로 등진 제1 면(126)과, 제2 면(127)을 구비한다. 회로기판(121)의 제1 면(126)에는 전기회로소자(125)가 실장되어 있다. 전기회로소자(125)는 콘트롤 IC, 충방전 스위치, 온도 퓨즈 등의 소자로 이루어진다. 제1 면(126)의 양 끝단에는 각각 제1 지지부재(122a)와 제2 지지부재(122b)가 결합되어 있다. 제1 면(126)은 베어셀(110)의 상면(111)과 이격된 거리를 두고 서로 마주본다.

회로기판(121)의 제2 면(127)에는 외부 부하 또는 충전기와 전기적으로 연결되는 외부단자(124)가 마련된다. 회로기판(121)의 제2 면(127)은 탑 케이스(130)의 덮개판(131)을 마주본다. 회로기판(121)의 중앙에는 통로구멍(123)이 마련된다. 통로구멍(123)을 통해 제1 전극 리드 플레이트(129)가 베어셀(110)의 제1 전극 단자(119)에 용접된다.

제1 전극 리드 플레이트(129)는 회로기판(121)의 제1 면(126)에 전기적으로 결합되어 있으며, 용접 등의 방법에 의해 베어셀(110)의 제1 전극 단자(119)와 전기적으로 연결된다. 용접은 회로기판(121)의 관통구멍(123)을 통해 이루어진다. 제1 전극 리드 플레이트(129)는 회로기판(121)을 베어셀(110)의 음극인 제1 전극 단자(119)와 전기적으로 연결시킨다.

제1 지지부재(122a)와 제2 지지부재(122b)는 각각 회로기판(121)의 양단부(128)에 위치한다. 제1 지지부재(122a)는 판상의 부재로서, 지지부(122b)와, 제1 연결부(122c)와, 제2 연결부(122d)를 구비한다. 지지부(122b)에는 제1 결합부(122e)가 마련된다. 제1 결합부(122e)는 관통구멍의 형태이다. 제1 결합부(122e)에 탑 케이스(130)의 측벽(134)에 형성된 제2 결합부(132a)가 끼워 맞춤으로 삽입된다. 제1 연결부(122c)는 지지부(122b)의 상단과 이어지며, 제2 연결부(122d)는 지지부(122b)의 하단과 이어진다. 두 연결부(122c, 122d)는 지지부(122b)와 대체로 직각을 이룬다. 제1 연결부(122c)가 지지부(122b)로부터 연장된 방향은 제2 연결부(122d)가 지지부(122b)로부터 연장된 방향과 반대이다. 제1 연결부(122c)는 회로기판(121)의 제1 면(126)에 결합된다. 지지부(122b)는 회로기판(121)의 단부(128)와 이어지도록 위치한다. 제2 연결부(122d)는 회로기판(121)과는 이격되어 있다. 제2 연결부(122d)는 베어셀(110)의 상면(111)에 용접 등의 방법으로 연결된다. 제2 연결부(122d)는 탑 케이스(130)의 후술하는 수용홈(133b)에 수용된다. 제2 지지부재(122b)는 제1 지지부재(122a)와 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

회로기판(121)은 제1 지지부재(122a) 및 제2 지지부재(122b)에 의해 베어셀(110)의 상면(111)에 지지되도록 결합된다. 그에 따라 PCM(120)이 베어셀(110)에 결합된다. 두 지지부재(122a, 122b) 중 적어도 하나는 전도성 재질로 이루어져 회로기판(121)을 베어셀(110)의 양극인 제2 전극 단자(118)와 전기적으로 연결시키는 제2 전극 리드 플레이트로서의 역할을 한다. 본 실시예에서는 제2 전극 리드 플레이트로서 역할하는 지지부재가 니켈 재질인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

탑 케이스(130)는 덮개판(131)과, 덮개판(131)으로부터 아래로 연장된 측벽(134)을 구비한다. 탑 케이스(130)의 내부 공간에 PCM(120)이 수용된다. 덮개판(131)은 베어셀(110)의 상면(111)과 대체로 일치하는 형상을 갖는다. 덮개판(131)에는 관통홀(135)이 형성된다. 관통홀(135)을 통해 PCM(120)의 외부단자(124)가 외부로 노출된다. 덮개판(131)의 내면은 PCM(120)의 회로기판(121)의 제2 면(127)과 마주 접한다.

측벽(134)은 탑 케이스(130)의 길이방향 양 끝단에 위치하는 양단부(132)와, 양단부(132)를 연결하는 연결부(133)를 구비한다. 양단부(132)의 끝단에는 각각 접촉단(132c)이 마련된다. 두 접촉단(132c)은 베어셀(110)의 상면(111)의 양단부와 접하며 탑 케이스(130)를 지지한다. 연결부(133)는 끝단이 양단부(132) 보다 더 아래로 연장되어 일부가 베어셀(110)의 측면(113)의 상부를 덮는다. 연결부(133)에서 베어셀(110)의 두 장측면(114, 115)의 상부를 덮는 부분에는 라벨(160)이 위에 부착된다.

탑 케이스(130)의 내부에는 제1 지지부재(122a) 및 제2 지지부재(122b)에 형성된 제1 결합부(122e)에 끼워맞춤 형식으로 결합되는 제2 결합부(132a)가 마련된다. 제2 결합부(132a)는 탑 케이스(130)의 측벽(134)의 양단부(132)의 내벽면으로부터 돌출된 돌기로서 형성된다. 제2 결합부(132a)는 끼워맞춤 시 지지부재(122a, 122b)의 제1 결합부(122e)에 쉽게 삽입되도록 대체로 반구형상을 갖는다. 탑 케이 스(130)는 지지부재(122a, 122b)와의 끼워맞춤 시 탄성변형되도록 탄성변형이 가능한 재질로 이루어지는데, 본 실시예에서는 탑 케이스(130)가 플라스틱 수지 재질로 이루어지는 것으로 설명한다. 지지부재(122a, 122b)와 탑 케이스(130)가 끼워 맞춤됨으로써, 탑 케이스(130)가 편리한 방법으로 더욱 견고하게 결합된다.

탑 케이스(130)의 내부에는 제1 지지부재(122a)와 제2 지지부재(122b)의 제2 연결부(122d)가 수용되는 수용홈(133b)이 마련된다. 수용홈(133b)은 탑 케이스(130)의 측벽의 양단부(132)의 끝단부 내벽이 안쪽으로 파여서 형성된다.

버텀 케이스(150)는 바닥판(151)과, 바닥판(151)으로부터 위로 연장된 두 연장부(152)를 구비한다. 바닥판(151)은 베어셀(110)의 하면(112)과 대체로 동일한 형상으로서, 접착부재(140)에 의해 베어셀(110)의 하면(112)에 부착된다. 두 연장부(152)는 베어셀(110)의 두 장측면(114, 115)의 하부를 덮는다. 두 연장부(152)에는 라벨(160)이 위에 부착된다.

라벨(160)은 베어셀(110)의 측면(130)을 감싸도록 부착된다. 라벨(160)은 탑 케이스(130)의 연결부(133)의 일부와 버텀 케이스(150)의 연장부(152) 위를 덮는다.

이제, 상기 실시예의 조립과정을 도1 내지 도5를 참조하여 순서대로 설명한다.

첫째, PCM(120)을 베어셀(110)에 결합한다. 이는 PCM(120)의 제1 지지부재(122a)와 제2 지지부재(122b)의 제2 연결부(122d)를 베어셀(110)의 상면(111)에 레이저 용접하여 이루어진다. 이때, PCM(120)의 제1 전극 리드 플레이트(129)가 회로기판(121)의 관통구멍(123)을 통해 베어셀(110)의 상면(111)에 레이저 용접된다.

둘째, 베어셀(110)의 하면(112)에 접착부재(140)를 이용하여 버텀 케이스(150)를 부착한다.

셋째, 탑 케이스(130)와 PCM(120)를 끼워맞춤으로 결합한다. 이는 탑 케이스(130) 내부에 PCM(120)이 들어가도록 PCM(120)을 탑 케이스(130) 안으로 밀어 넣거나, 반대로 탑 케이스(130)를 PCM(120) 쪽으로 밀어서 이루어진다. 이때, 탑 케이스(130)가 탄성 변형되면서, 탑 케이스(130)의 제2 결합부(132a)가 지지부재(122a, 122b)에 형성된 제1 결합부(122e)에 끼워맞춤으로 삽입된다. 따라서, 탑 케이스(130)가 PCM(120)에 편리한 방법으로 견고하게 결합된다.

넷째, 라벨(160)을 부착한다. 라벨(160)은 베어셀(110)의 측면(113)을 감싸도록 부착된다. 이때, 라벨(160)은 탑 케이스(130)의 측벽(134)의 연결부(133)의 일부와 버텀 케이스(150)의 연장부(152)를 위에서 덮어 이차 전지(100)의 결합상태는 더욱 견고해진다.

도6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지가 도시되어 있다. 도6을 참조하면, 제1 지지부재(222a)의 지지부(2221b)에 형성된 제1 결합부(222e)는 돌기형태이며, 탑 케이스(230)에 형성된 제2 결합부(232a)는 제1 결합부(222e)를 수용하는 수용홈의 형태이다. 그 외의 구성 및 작용은 도1 내지 도5에 도시된 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지가 도시되어 있다. 도7을 참조하면, 탑 케이스(330)에 형성된 제2 결합부(332a)는 하단으로부터 차례대로 위치하는 경사면(332b)과 걸림면(332c)을 구비한다. 경사면(332a)은 하단으로부터 위로 갈수록 제2 결합부(332a)가 더 돌출되도록 경사진다. 즉, 경사면(332a)은 베어셀(110) 쪽으로 갈수록 바깥쪽으로 경사진다. 이 경사면(332b)이 결합시 회로기판(121)의 단부(328)와 접하며, 탑 케이스(330)의 탄성변형이 더욱 용이하게 이루어진다. 걸림면(332c)은 경사면(332b)의 반대편에 위치하며 측벽(334)과 대체로 직각을 이룬다. 걸림면(332c)이 지지부재(322a)의 제1 결합부(322e)에 걸려 결합이 더욱 견고해진다. 그 외의 구성 및 작용은 도1 내지 도5에 도시한 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 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 전지의 탑 케이스의 일부를 절단하여 내부를 도시한 부분 사시도이다.

도4는 도1에 도시한 이차 전지의 탑 케이스를 A-A선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

도5는 도3에 도시한 제1 지지부재에 대한 사시도이다.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 탑 케이스를 절단하여 내부를 도시한 단면도이다.

도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 탑 케이스를 절단하여 내부를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이차 전지 110 : 베어셀

120 : 보호회로모듈 121 : 회로기판

122a : 제1 지지부재 122b : 제2 지지부재

122b : 지지부 122e : 제1 결합부

122c : 제1 연결부 122d : 제3 연결부

132a : 제2 결합부

Claims

베어셀;

회로기판과, 상기 회로기판을 상기 베어셀에 결합시키는 지지부재를 구비하는 보호회로모듈; 및

상기 보호회로모듈의 회로기판을 덮는 탑 케이스를 포함하며,

상기 탑 케이스는 덮개판과, 상기 덮개판으로부터 연장된 측벽을 구비하며,

상기 보호회로모듈의 지지부재에는 제1 결합부가 마련되며, 상기 탑 케이스에는 상기 제1 결합부와 결합되는 제2 결합부가 마련되고, 상기 제2결합부는 상기 탑 케이스의 측벽에 형성되고,

상기 보호회로모듈의 회로기판은 상기 베어셀과 마주하는 제1 면과, 상기 탑 케이스의 덮개판을 마주하는 제2 면을 구비하며,

상기 지지부재는 상기 보호회로모듈의 회로기판과 상기 베어셀 사이에 연장되며 상기 제1 결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 지지부재의 제1 결합부와 상기 탑 케이스의 제2 결합부는 끼워맞춤 방식에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 지지부재는 적어도 2개인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제1항에 있어서, 상기 회로기판은 일측방향으로 연장된 판상형태이며, 상기 지지부재의 지지부는 상기 회로기판의 단부에 일치하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서, 상기 제1 결합부는 상기 제2결합부가 수용되는 관통구멍인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 제2 결합부는 돌출부이며, 상기 제1 결합부는 상기 돌출부가 끼워지는 수용공간인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제7항에 있어서, 상기 돌출부는 반구형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제7항에 있어서, 상기 제2 결합부인 돌출부는 상기 베어셀 쪽으로 갈수록 바깥쪽으로 경사진 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제9항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 제1 결합부에 걸리도록 상기 경사면의 반대편에 위치하는 걸림면을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 제1 결합부는 돌출부이며, 상기 제2 결합부는 상기 돌출부가 끼워지는 수용공간인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 회로기판과 상기 베어셀을 전기적으로 연결하는 전극 리드 플레이트인 것을 특징으로 하는 이차 전지.