KR101100993B1 - 리드 플레이트 및 이를 구비하는 보호회로기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 리드 플레이트 및 이를 포함하는 보호회로기판으로서, 본 발명에 관한 리드 플레이트는 이차전지의 인쇄회로기판과 외부장치를 연결하되, 상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되는 실장부와, 상기 외부장치에 연결되는 접합부와, 상기 실장부와 접합부를 연결하는 단차부를 포함하고, 상기 실장부의 면적은 상기 접합부가 외부장치에 접합되는 면적 보다 크게 형성되며, 상기 실장부의 폭은 상기 접합부의 폭보다 크게 형성된다.
이차전지, 배터리 팩, 보호회로기판, PCM, 리드 플레이트, 니켈 탭, 무게 중심, 레이저 용접

Description

리드 플레이트 및 이를 구비하는 보호회로기판{Lead plate and Protection Circuit Board having the Same}
본 발명은 이차전지에 사용되는 리드 플레이트 및 이를 구비하는 보호회로기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 조립 구조를 개선하여 제품의 성능 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 리드 플레이트와 보호 회로 기판에 관한 것이다.
이차전지는 충전과 방전을 반복하여 사용할 수 있는 전지이다. 이차전지는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 및 리튬 전지 등으로 구분된다. 리튬 이차전지는 사용하는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬폴리머 전지로 구분하거나, 형상에 따라 각형, 원통형 및 파우치형 등으로 구분된다.
리튬 이차전지를 이용한 배터리 팩은 통상 베어셀과 보호회로기판을 포함하여 이루어진다. 베어셀은 전극 조립체, 전해질, 및 전극 조립체와 전해질이 수납되는 외장재로 이루어진 전지의 기본 구조를 가리킨다. 보호 회로 기판은 베어셀의 충방전시 과충방전으로부터 베어셀을 보호하며, 보호 회로 모듈(protect circuit module, PCM)로도 불린다.
본 발명의 일 실시예에서는 베어셀에 접합되는 보호회로기판의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 리드 플레이트 구조를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 전술한 리드 플레이트를 구비한 보호회로기판을 제시비함으로써, 레이저 용접 공정을 용이하게 할 수 있고, 접합 공정에서의 불량을 감소시킬 수 있으며, 전지의 낙하 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차전지의 인쇄회로기판과 외부장치를 연결하는 리드 플레이트에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되는 실장부와, 상기 외부장치에 연결되는 접합부와, 상기 실장부와 접합부를 연결하는 단차부를 포함하되, 상기 실장부의 면적은 상기 접합부가 외부장치에 접합되는 면적 보다 크게 형성되며, 상기 실장부의 폭은 상기 접합부의 폭보다 크게 형성되는 리드 플레이트를 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 실장부는 상기 인쇄회로기판의 일면에 접합되는 접합영역과 미접합영역으로 구분되고, 상기 접합영역의 면적은 상기 외부장치에 연결되는 접합부의 면적보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실장부와 상기 단차부 및 상기 단차부와 상기 접합부는 절곡가능하며, 절곡부의 어느 하나 이상의 영역에는 노치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실장부의 적어도 일부의 두께는 상기 접합부의 두께보다 두껍게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실장부의 미접합영역은 상기 접합영역의 적어도 어느 일면에서 외측으로 연장하여 형성가능하다.
삭제
또한, 본 발명에서 상기 실장부에는 노치를 추가로 구비할 수 있으며, 상기 접합부에 타공 또는 개구부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실장부의 미접합영역은 상기 접합영역에서 외측으로 절곡하여 연장된 날개부를 구비하고, 이 날개부의 길이는 상기 실장부와 상기 접합부 사이를 연장하는 상기 단차부의 길이보다 작게 형성하거나, 상기 날개부를 상기 단차부와 일정 간격 이격되도록 상기 실장부에서 외측으로 연장하는 방향에서 그 폭이 감소되도록 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면 인쇄회로기판에 실장되는 안전소자와 외부 연결 단자를 구비하고, 상기 인쇄회로기판에 결합되는 상술한 어느 하나의 실시예를 포함한 리드 플레이트를 포함한 보호회로기판을 제공한다.
전술한 실시예들에 의하면, 보호회로기판 또는 이를 포함하는 배터리 팩에 있어서 베어셀과 보호회로기판의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 베어셀과 보호회로기판의 레이저 용접에 의한 접합 공정을 용이하게 할 수 있고, 접합 공정에서의 불량률을 감소시킬 수 있다. 아울러, 베어셀과 보호회로기판 간의 접합 강도를 개선함으로써 배터리 팩의 낙하 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 베어셀과 보호회로기판의 전류 통로로 작동하는 리드 플레이트(소위 니켈 탭)의 접합성을 향상시킴으로써 전지의 성능 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 보호회로기판의 개략적인 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 보호회로기판의 개략적인 측면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 보호회로기판(10)은 기판(20), 기판(20)에 실장되는 안전 소자(32, 34)와 외부 연결 단자(40), 및 기판(20)의 일면에 결합하는 리드 플레이트(50)를 구비한다.
기판(20)은 배선 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로기판을 포함한다. 기판(20)은 예컨대 길이가 폭이나 두께에 비해 수배 내지 수십배 긴 판 형태를 구비한다. 기판(20)은 대략 중앙부를 관통하는 홀(22)을 구비할 수 있다. 홀(22)은 보호회로기판(10)이 베어셀과 접합될 때, 베어셀의 전극 단자(도 11a의 120 참조)와 안전 소자의 전극 단자(예컨대 온도 센서(34)에 연결된 제2 단자(35b))를 용접하기 위해 용접봉이 삽입되는 통로로 이용될 수 있다.
안전 소자는 보호 모듈(32), 온도 센서(34) 등을 포함한다. 안전 소자는 기판(20)의 제1 면 또는 바닥면에 실장될 수 있다. 보호 모듈(32)은 보호회로기판(10)이 사용되는 배터리 팩의 충방전 동작을 제어하고, 과충전, 과방전, 과전류 등으로부터 배터리 팩을 보호한다. 온도 센서(34)는 PTC(positive temperature coefficient) 서미스터를 포함한다. 온도 센서(34)는 제1 단자(35a)를 통해 보호 모듈(32)에 연결되고, 제2 단자(35b)를 통해 베어셀의 전극 단자(도 11a의 120 참조)에 연결될 수 있다.
외부 연결 단자(40)는 보호회로기판(10)이 베어셀에 연결된 후, 베어셀과 외부 시스템(예컨대, 부하, 충전장치 등) 사이의 전류 통로를 형성한다. 외부 연결 단자(40)는 베어셀의 양극과 음극에 각각 연결되는 포지티브 단자와 네거티브 단자를 포함한 적어도 2개 이상의 단자들로 형성될 수 있다. 외부 연결 단자(40)는 기판(20)의 제2 면 또는 상부면에 실장될 수 있다.
리드 플레이트(50)는 기판(20)의 바닥면에 실장되는 실장부(52), 외부 장치(예컨대, 베어셀)에 용접되는 접합부(54), 및 외부 장치와 보호회로기판(10) 사이에 단차를 형성하도록 실장부(52)와 접합부(54)를 연결하는 단차부(56)를 구비한다. 일 실시예에서, 리드 플레이트(50)는 보호회로기판(10)을 베어셀에 용접할 때 배터리 팩의 제조 공정 중에 발생할 수 있는 공차, 예컨대 베어셀 길이의 공차 등을 보정하기 위해 적절한 강도 또는 탄성을 구비하도록 형성된다.
본 실시예에서, 리드 플레이트(50)의 실장부(52)의 무게는 접합부(54)의 무게보다 무겁게 형성하도록 하기 위하여 실장부(52)가 보호회로기판과 연결되는 면적을 접합부(54)가 베어셀등의 외부기기등에 연결되는 면적보다 크게 형성한다. 이와 같은 면적의 차이로 인하여 실장부(52)의 무게가 접합부(54)의 무게보다 무겁게 되고, 베어셀에 보호회로기판(10)을 접합하기 위해 압착력을 가할 때 베어셀의 표면에 대하여 접합부(54)가 기울어지거나 일측이 들뜨는 것을 방지할 수 있다.
만일, 용접하고자 하는 베어셀의 표면에 대하여 접합부(54)가 기울어지면, 레이저 용접 등의 접합 공정시 접합부(54)에 레이저 구멍이 생기거나 접합부(54)가 베어셀의 표면에 제대로 용접되지 않는다. 이처럼, 베어셀의 표면에 대하여 접합부(54)가 기울어진 또는 일측이 들뜬 상태에서 용접을 하게 되면, 용접 강도를 확보하기 어렵다.
일 실시예에서, 리드 플레이트(50)의 한쪽 말단부는 곡선형을 구비할 수 있다. 물론, 리드 플레이트(50)의 말단부는 곡선형을 구비하지 않고, 대략 직육면체의 일면과 같이 사각형 단면 형태로 형성될 수 있다.
또한, 보호회로기판(10)은 길이 방향의 양단측에 한 쌍의 리드 플레이트(50)를 구비하거나 양단측 중 어느 한쪽 말단측에 더미 플레이트(51)를 구비할 수 있다. 더미 플레이트(51)는 보호회로기판(10)이 배터리 팩에 사용될 때 베어셀과 보호회로기판(10)을 연결하는 전류 통로로 사용되지 않는다는 것을 제외하고는 리드 플레이트(50)와 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 여러 실시예들을 참조하여 리드 플레이트를 좀더 상세히 설명한다.
도 2a는 제1 실시예에 따른 리드 플레이트의 측면도이다. 도 2b는 도 2a의 리드 플레이트의 모재에 대한 측면도이다. 도 2c는 도 2b의 모재에 대한 평면도이다.
도 2a를 참조하면, 리드 플레이트(50)는 제1 길이(L1)을 갖는 실장부(52)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 일 방향에서 실장부(52)와 접합부(54)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 본 실시예에서, 제1 길이(L1)는 제2 길이(L2)보다 길다.
실장부(52)는 리플로우 납땜 공정을 통해 도 1a 및 도 1b의 기판(20)에 접합되는 부분에 대응한다. 접합부(54)는 리드 플레이트(50)가 결합되어 있는 보호회로기판을 베어셀에 용접 등의 방식으로 접합할 때 베어셀에 접하는 부분에 대응한다. 단차부(56)는 실장부(52)와 접합부(54)를 연결하는 부분에 대응하며, 또한 보호회로기판이 베어셀과 접합되었을 때 베어셀과 보호회로기판 사이에 일정 높이의 단차를 형성하기 위한 부분에 대응한다. 단차부(56)에 의해 형성된 베어셀과 보호회로기판 사이에는 보호회로기판에 실장된 안전 소자가 위치할 수 있다.
본 실시예의 리드 플레이트(50)는 도전성 또는 금속성 판재를 절곡하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2b 및 도 2c에 도시한 바와 같이, 일정 폭(W1), 일정 두께(t1) 및 일정 길이(L1+L2+L3)를 가진 금속판을 길이 방향에서 서로 다른 방향 으로 2회 절곡하여 도 2a의 리드 플레이트(50) 형태를 형성할 수 있다. 서로 다른 방향으로 2회 절곡하여 리드 플레이트(50)를 형성하면, 리드 플레이트(50)가 계단 형태를 구비하므로, 실장부(52)가 기판(20)에 접합되어 있는 상태에서 기판(20)의 길이 방향의 외측에서 접합부(54)를 외부 장치(베어셀)에 레이저 용접할 수 있다.
금속성 판재의 소재로는 니켈 또는 니켈 합금이 사용될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 리드 플레이트(50)는 실장부(52)의 무게가 접합부(54)의 무게보다 무겁게 형성되도록 실장부(52)가 보호회로기판과 연결되는 면적을 접합부(54)가 베어셀등과 연결되는 접합부의 면적보다 크게 형성한다. 따라서, 리드 플레이트(50)가 결합된 보호회로기판을 베어셀에 용접할 때 접합부(54)의 일부가 접합면과 기울어져 일측이 들뜨는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예의 리드 플레이트(50)를 사용하면 용접성을 개선할 수 있다.
도 3a는 도 2a의 리드 플레이트의 접합 상태를 설명하기 위한 측면도이다. 도 3b는 비교예에 따른 리드 플레이트의 접합 상태를 설명하기 위한 측면도이다.
다시 도 2a를 참조하면, 리드 플레이트(50)의 접합부(54)는 단차부(56)의 연장 방향에 대하여 직각보다 일정 각도(θ1)만큼 작은 각도로 바깥쪽(도면에서 왼쪽)으로 절곡된다. 그리고, 실장부(52)는 단차부(56)에 대하여 대략 직각으로 안쪽(도면에서 오른쪽)으로 절곡된다. 이러한 절곡 각도에 의하면, 실장부(52)가 보호회로기판에 접합된 상태(도 1a 및 도 1b 참조)에서 접합부(54)는 실장부(52)가 연장하는 방향에서 일정 각도(θ1)만큼 경사져 대략 8시 방향으로 연장한다.
전술한 리드 플레이트(50)의 구조는 도 3a에 도시한 바와 같이 베어셀(100) 에 리드 플레이트(50)를 용접하기 위해 리드 플레이트(50)가 접합되어 있는 보호회로기판을 베어셀(100)의 일면상에 일정 압력으로 압착하면, 베어셀(100)의 일면에 접합부(54)를 평행하게 밀착시켜 접합시킬 수 있다.
리드 플레이트(50)의 바람직한 접합 상태는 실장부(52)가 보호회로기판의 일면에 평행하게 접합되고, 접합부(54)가 베어셀(100)의 일면에 평행하게 밀착하여 용접되며, 단차부(56)가 서로 평행하게 연장하는 실장부(52)와 접합부(54) 사이를 직교하는 방향에서 연결하도록 형성되는 것이다. 이러한 접합 상태는 배터리 팩의 낙하 테스트시 우수한 신뢰성을 나타낸다.
한편, 도 3b에 도시한 바와 같이, 리드 플레이트(150)의 두께와 폭이 일정하고, 실장부(152)의 길이(L0)가 접합부(154)의 길이(L2)보다 작은 비교예의 리드 플레이트(150)를 사용하여 보호회로기판을 베어셀(100)에 용접할 때, 비교예의 리드 플레이트(150)는 접합부(154)의 끝단이 베어셀(100)의 접합면으로부터 소정 각도(θ2) 정도 기울어져 있다. 따라서, 베어셀(100)에 대한 리드 플레이트(150)의 용접성이 매우 불량하다. 그것은 접합부(154)의 무게가 실장부(152)의 무게보다 무겁기 때문이다.
즉, 접합부(154)의 무게가 실장부(152)의 무게보다 무거우면, 리드 플레이트(150)의 무게 중심은 접합부(154)와 단차부(156)의 경계부에 위치하게 된다. 따라서, 베어셀(100)과 리드 플레이트(150)의 용접시 단차부(156)의 길이 방향으로 접합부(154)와 단차부(156)의 경계부(접합부(154)의 일단부)에 힘이 가해지면, 접합부(154)의 타단부는 접합부(154) 자체의 강도 또는 탄성에 따라 베어셀(100)의 표면으로부터 일정 크기만큼 들뜨게 된다. 그 경우, 리드 플레이트(150)를 베어셀(100)에 레이저 용접 방식으로 용접할 때, 리드 플레이트(150)의 접합부(154)에 구멍이 생기거나 제대로 용접되지 않아 용접 불량이 발생하기 쉽다.
본 실시예의 리드 플레이트(50)는, 전술한 비교예의 리드 플레이트(150)의 경우와 달리, 실장부(52)의 무게가 접합부(54)의 무게보다 무겁게 형성되도록 실장부(52)의 면적을 접합부(54)의 면적보다 크게 형성한다. 이러한 경우, 리드 플레이트(50) 자체의 무게 중심은 실장부(52)와 단차부(56)의 경계부(실장부(52)의 일단부)와 실장부(52)의 타단부 사이에 위치하게 된다. 따라서, 베어셀(100)과 리드 플레이트(50)의 용접시 단차부(56)의 길이 방향으로 소정의 압착력이 가해질 때, 실장부(52) 상에 위치한 무게 중심에 의해 접합부(54)의 일단부에 가해지는 압착력은 접합부(54) 전체에 분산되어 접합부(54)의 타단부가 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
이하의 실시예에서는 리드 플레이트의 모재를 중심으로 리드 플레이트의 다양한 형태에 대하여 설명한다. 그리고, 설명의 편의상 일부 실시예들에서는 리드 플레이트 모재를 이 모재를 사용하여 제조되는 리드 플레이트로써 언급하고, 참조부호(50a 내지 50g 중 하나)로 나타낸다.
도 4는 제2 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 리드 플레이트(50a)는 제1 길이(L1)을 갖는 실장부(52a)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54a)와, 실장부(52a)와 접합부(54a)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56a)와, 적어도 하나의 노치(58a; 58b)를 구비한다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50a)의 폭과 두께는 일정하며 제1 길이(L1)는 제2 길이(L2)보다 길다.
제1 노치(58a)는 실장부(52a)와 단차부(56a)의 경계부(또는 제1 절곡부)에서 폭 방향의 일단 또는 양단에 위치한다. 제2 노치(58b)는 접합부(54a)와 단차부(56a)의 경계부(또는 제2 절곡부)에서 폭 방향의 일단 또는 양단에 위치한다. 제1 노치(58a)는 실장부(52a)와 단차부(56a)의 절곡을 용이하게 하며, 제2 노치(58b)는 접합부(54a)와 단차부(56a)의 절곡을 용이하게 한다.
도 5는 제3 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 측면도이다.
도 5를 참조하면, 리드 플레이트(50b)는 제1 길이(L1a)를 갖는 실장부(52b)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 실장부(52b)와 접합부(54)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 실장부(52b)는 그 일부의 두께(t2)가 접합부(54)의 두께(t1)보다 두껍도록 구비된다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50b)의 폭이 일정하고 제1 길이(L1a)와 제2 길이(L2)가 동일하다고 할 때, 실장부(52b)의 무게는 접합부(54)의 무게보다 무겁게 된다.
본 실시예에 의하면, 실장부(52b)의 무게가 접합부(54)의 무게보다 무겁게 형성되도록 실장부(52b)의 두께를 이용할 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 제4 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 리드 플레이트(50c)는 제1 길이(L1a)를 갖는 실장부(52c)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54a)와, 실장부(52c)와 접합부(54a)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 접합부(54a)는 그 일부가 제거된 개 구부(55c)를 구비한다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50c)의 폭이 일정하고 제1 길이(L1a)와 제2 길이(L2)가 동일하다고 할 때, 실장부(52c)의 무게는 개구부(55c)에 의해 접합부(54a)의 무게보다 무겁게 된다. 이는 개구부(55c)를 형성하여 실질적으로 실장부의 보호회로기판과의 접촉면적을 접합부(54a)의 면적보다 크게 형성한 결과이다.
본 실시예에 의하면, 실장부(52c)의 무게가 접합부(54a)의 무게보다 무겁게 형성되도록 접합부(54a)의 개구부(55c)를 이용할 수 있음을 알 수 있다. 물론, 개구부의 위치는 접합부(54a)의 용접 위치를 고려하여 임의로 조정가능하다.
도 7은 제5 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 리드 플레이트(50d)는 제1 길이(L1b)를 갖는 실장부(52d)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 실장부(52d)와 접합부(54)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 실장부(52d)의 폭(W2)은 접합부(54)의 폭(W1)보다 크다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50d)의 두께가 실질적으로 일정하고 제1 길이(L1b)와 제2 길이(L2)가 동일하다고 할 때, 실장부(52d)의 무게는 접합부(54a)의 무게보다 무겁게 된다.
본 실시예에 의하면, 실장부(52d)의 무게가 접합부(54)의 무게보다 무겁게 형성되도록 접합부(54a)의 폭보다 큰 실장부(52d)의 폭을 이용할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 접합부(54)의 폭보다 크게 실장부(52d)를 형성할 경우 상기 실장부(52d)에서 외측으로 연장된 부분은 보호회로기판과 접촉되지 않을 수 있으며, 여 기서 실장부(52d)를 보호회로기판과 접촉되는 접촉영역과 접촉되지 않는 미접촉영역으로 구분이 가능하다.
그리고 이때 상기 접촉영역은 상기 접합부(54)의 면적보다 작게 형성하여도 전체적으로 실장부(52d)의 면적은 상기 접합부(54)의 면적보다 크게 형성되고 따라서 그 무게도 실장부(52d)쪽을 크게 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 실장부(52d)를 보회회로기판과 접촉되는 접촉영역과 접촉되지 않고 실장부(52d)에서 외측으로 연장된 미접촉영역으로 구분하여 형성할 경우 실장부(52d)의 접촉면적이 접합부(54)의 접촉면적보다 작게 될 수 있다. 이는 접합부(54)쪽과 베어셀등의 외부기기와의 접촉면적이 작게되어 용접불량등의 문제를 미연에 방지하는데 효과적이다. 본 실시예에서는 실장부(52d)를 접촉영역과 미접촉영역으로 구분하고 접촉영역은 상대적으로 접합부(54)의 면적보다 작게 형성하여 용접불량등의 문제점을 해소함과 동시에 상기 실장부(52d)의 미접촉영역을 형성하여 전체적인 면적의 크기를 실장부쪽이 더 크게, 즉 무게가 더 무겁게 형성하여 보호회로기판과의 접합강도를 향상시켜 전체적으로 보았을 때 기구 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 실시예에서, 실장부(52d)의 무게가 접합부(54a)의 무게보다 무겁다는 전제하에서, 제1 길이(L1b)는 제2 길이(L2)보다 약간 짧게 형성될 수 있다.
도 8a는 제6 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 리드 플레이트(50e)는 제1 길이(L1b)를 갖는 실장부(52e)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 실장부(52e)와 접합부(54)를 연 결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 실장부(52e)의 폭(W2)은 접합부(54)의 폭(W1)보다 크다. 실장부(52e)는 폭 방향의 일단부 또는 양단부에 노치(53e)를 구비한다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50e)의 두께가 실질적으로 일정하고 제1 길이(L1b)와 제2 길이(L2)가 동일하다고 할 때, 실장부(52e)의 전체 면적은 접합부(54a)의 전체 면적보다 크게 되어 그 무게차이가 발생한다.
노치(53e)는 실장부(52e)의 접합성을 향상시키기 위해 구비된다. 즉, 실장부(52e)를 보호회로기판 상에 리플로우 접합할 때, 노치(53e)는 실장부(52e)의 장력을 증가시켜 보호회로기판에 리드 플레이트가 잘 납땜될 수 있도록 작동한다.
도 9a는 제7 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다. 도 9b는 도 9a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 리드 플레이트(50f)는 제1 길이(L4)를 갖는 실장부(52f)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 실장부(52f)와 접합부(54)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 또한, 리드 플레이트(50f)는 제4 길이(L5)를 가지며 실장부(52f)의 폭 방향으로 제5 길이(L6)만큼 연장하는 날개부(53f)를 구비한다. 이 날개부는 상술한 실시예에서 설명한 바와 같이 실장부(52f)의 전체 면적중에서 보호회로기판과 접촉되는 접촉영역에서 외측으로 절곡하여 연장형성된 미 접촉영역이다.
날개부(53f)는 실장부(52f)의 일단에서 단차부(56)가 접히는 방향으로 1회 접히며, 날개부(53f)의 제5 길이(L6)는 단차부(56)의 제3 길이(L3)보다 작게 형성된다. 날개부(53f)의 제4 길이(L5)는 실장부(52f)의 제1 길이(L4)와 동일하거나 조 금 작을 수 있다. 날개부(53f)는 실장부(52f)에만 연결되므로 실장부(52f)를 무게를 증가시키도록 작동한다.
본 실시예에서, 리드 플레이트(50f)의 두께가 실질적으로 일정하고 제1 길이(L4)가 제2 길이(L2)와 같거나 조금 작은 경우에도, 날개부(53f)가 연결된 실장부(52f)의 무게는 접합부(54)의 무게보다 무거울 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 리드 플레이트(50f)를 사용하여 베어셀과 보호회로기판이 접합되어 있는 배터리 팩의 낙하 테스트시, 배터리 팩의 모서리부에 충격이 가해질 때에도 리드 플레이트(50f)의 날개부(53f)에 의해 리드 플레이트(50f)가 주저앉는 것을 방지할 수 있다.
도 10a는 제8 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도이다. 도 10b는 도 10a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 리드 플레이트(50g)는 제1 길이(L4)를 갖는 실장부(52g)와, 제2 길이(L2)를 갖는 접합부(54)와, 실장부(52g)와 접합부(54)를 연결하며 제3 길이(L3)를 갖는 단차부(56)를 구비한다. 또한, 리드 플레이트(50g)는 제4 길이(L7)의 끝단을 가지며 실장부(52g)의 폭 방향으로 제5 길이(L6)만큼 연장하는 날개부(53g)를 구비한다.
날개부(53g)는 실장부(52g)에만 연결되므로 실장부(52g)의 무게를 증가시키도록 작동한다. 본 실시예에서, 리드 플레이트(50g)의 두께가 실질적으로 일정하고 제1 길이(L4)가 제2 길이(L2)와 같거나 조금 작아 전체적인 면적의 차이가 나는 경우에도, 날개부(53g)가 연결된 실장부(52g)의 무게는 접합부(54)의 무게보다 무겁 게 될 수 있다.
날개부(53g)는 실장부(52g)의 일단에서 단차부(56)가 접히는 방향으로 1회 접히며, 날개부(53g)의 제5 길이(L6)는 단차부(56)의 제3 길이(L3)보다 작게 형성된다. 그리고, 날개부(53g)는 단차부(56)에 인접한 측면에 경사부(59)를 구비한다.
경사부(59)는 리드 플레이트(50g)의 길이 방향에서의 날개부(53g)의 길이가 실장부(52g)에서부터 리드 플레이트(50g)의 폭 방향으로 연장하면서 실장부(52g)의 제1 길이(L4)와 동일하거나 조금 작은 길이에서 제4 길이(L7)까지 감소하도록 구비될 수 있다.
경사부(59)는 베어셀에 보호회로기판을 접합할 때 리드 플레이트에 대한 압착력이 조금 커서 접합부(54)와 단차부(56)의 절곡부가 90°보다 작은 예각으로 접히는 경우에, 단차부(56)와 날개부(53g) 간의 간섭을 방지하는 갭으로써 작동할 수 있다.
전술한 실시예들의 리드 플레이트(50a 내지 50g)에 의하면, 실장부의 무게를 접합부의 무게보다 무겁게 형성함으로써 보호회로기판이 베어셀에 용접될 때 리드 플레이트의 무게 중심이 접합부 측으로 이동하여 접합부가 베어셀의 표면으로부터 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 리드 플레이트의 용접 강도를 높임으로써 낙하 테스트시 배터리 팩의 모서리부 충격에 의해 리드 플레이트가 주저안거나 용접부위가 쉽게 파단되는 것을 방지할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조과정을 설명하기 위한 공정순서도이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 리드 플레이트(50)와 더미 플레이트(51)가 결합되어 있는 보호회로기판(10)을 준비한다. 또한, 베어셀(bare cell, 100)을 준비한다.
보호회로기판(10)의 리드 플레이트(50)와 더미 플레이트(51)는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 리드 플레이트에 대응한다. 리드 플레이트(50)와 더미 플레이트(51)는 전술한 실시예들의 리드 플레이트들(50a 내지 50g) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 대체될 수 있다.
그리고, 베어셀(100)의 상단면 상에 보호회로기판(10)을 레이저 용접한다. 레이저 용접에 의해 리드 플레이트(50)와 더미 플레이트(51) 상에는 용접점(140)이 형성된다. 베어셀(100)의 상단면은 음극 단자(120)와 전해액 주입구(130)가 위치하는 측면에 대응한다. 전해액 주입구(130)는 전해액 주입후 밀봉되어 있다.
본 실시예에 의하면, 레이저 용접시 보호회로기판(10)을 베어셀(100)의 상단면에 압착할 때 리드 플레이트(50)와 더미 플레이트(51)의 접합부가 베어셀(100)의 상단면에서 실질적으로 기울어지거나 들뜨지 않으므로 안정적으로 용접 공정을 수행할 수 있다.
베어셀(100)은 캔형 케이스(110), 및 케이스(110)의 내부에 수납되는 전극 조립체(미도시)와 전해질(미도시)을 구비할 수 있다. 케이스(110)의 일측면에는 내압 상승시 내부 가스를 방출하는 안전 벤트(safty vent, 112)가 구비될 수 있다.
전극 조립체는 양극판과 세퍼레이터와 음극판을 순차적층시킨 적층체나 순차적층된 것을 권취하여 형성될 수 있다. 또한, 전극 조립체는 양극판과 음극판에 각 각 부착되는 양극탭과 음극탭을 구비할 수 있다. 양극탭은 케이스(110)에 전기적으로 연결되고, 음극탭은 전극 단자(120)에 전기적으로 연결된다. 전해질은 고체 고분자 전해질이나 또는 겔형 고분자 전해질로 구비될 수 있다.
양극판은 시트상의 양극집전체와, 양극집전체 상에 도포되는 양극활물질을 구비한다. 음극판은 시트상의 음극집전체와, 음극집전체 상에 도포되는 음극활물질을 구비한다.
양극활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiNi1 -x-yCoxMyO2(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물로 대표되는 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있다. 음극활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금일 수 있다.
양극집전체 및 음극집전체는 스테인레스 강, 니켈, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 효율 극대화를 위해 양극집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 음극집전체는 구리 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다.
세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 위치하며 이들 간의 전기적 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 허용하도록 구비된다. 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리올레핀계 등의 고분자막 또는 이들의 다중막으로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 배터리 팩은 베어셀(100)의 일측에 보호회로기판(10)을 지지하는 홀더 프레임(holder frame), 보호회로기판(10)을 감싸면서 홀더 프레임에 고정되는 커버 프레임(cover frame), 베어셀(100)과 홀더 프레임을 감싸는 외장 라벨을 구비할 수 있다. 커버 프레임에는 침수지(water sensitive paper)가 구비될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 보호회로기판의 개략적인 사시도.
도 1b는 도 1a의 보호회로기판의 개략적인 측면도.
도 2a는 제1 실시예에 따른 리드 플레이트의 측면도.
도 2b는 도 2a의 리드 플레이트의 모재에 대한 측면도.
도 2c는 도 2b의 모재에 대한 평면도.
도 3a는 도 2a의 리드 플레이트의 접합 상태를 설명하기 위한 측면도.
도 3b는 비교예에 따른 리드 플레이트의 접합 상태를 설명하기 위한 측면도.
도 4는 제2 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 5는 제3 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 측면도.
도 6은 제4 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 7은 제5 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 8a는 제6 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 8b는 도 8a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도.
도 9a는 제7 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 9b는 도 9a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도.
도 10a는 제8 실시예에 따른 리드 플레이트의 모재에 대한 평면도.
도 10b는 도 10a의 모재로 만든 리드 플레이트에 대한 사시도.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조과정을 설명하기 위한 공정순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 보호회로기판
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g : 리드 플레이트
52, 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g : 실장부
53e, 58a, 58b : 노치
53f, 53g : 날개부
54, 54a, 54c : 접합부
55c : 개구부
56, 56a : 단차부
100 : 베어셀

Claims (24)

  1. 이차전지의 인쇄회로기판과 외부장치를 연결하는 리드 플레이트에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되는 실장부와, 상기 외부장치에 연결되는 접합부와, 상기 실장부와 접합부를 연결하는 단차부를 포함하되, 상기 실장부의 면적은 상기 접합부가 외부장치에 접합되는 면적 보다 크게 형성되며, 상기 실장부의 폭은 상기 접합부의 폭보다 크게 형성되는 리드 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실장부는 상기 인쇄회로기판의 일면에 접합되는 접합영역과 미접합영역으로 구분되고, 상기 접합영역의 면적은 상기 외부장치에 연결되는 접합부의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실장부와 상기 단차부 및 상기 단차부와 상기 접합부는 절곡되는 리드 플레이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실장부와 상기 단차부의 절곡부 및 상기 단차부와 상기 접합부의 절곡부의 어느 하나 이상의 영역에는 노치가 구비되는 리드 플레이트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실장부의 적어도 일부의 두께는 상기 접합부의 두께보다 두꺼운 리드 플레이트.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 실장부의 미접합영역은 상기 접합영역의 적어도 어느 일면에서 외측으로 연장하여 형성된 리드 플레이트.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실장부에는 노치를 구비하는 구비하는 리드 플레이트.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접합부는 타공 또는 개구부를 구비하는 리드 플레이트.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 미접합영역은 상기 접합영역에서 외측으로 절곡하여 연장된 날개부를 구비하는 리드 플레이트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실장부에서 연장하는 상기 날개부의 길이는 상기 실장부와 상기 접합부 사이를 연장하는 상기 단차부의 길이보다 작은 리드 플레이트.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 날개부는 상기 단차부와 일정 간격 이격되도록 상기 실장부에서 외측으로 연장하는 방향에서 그 폭이 감소되는 리드 플레이트.
  13. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전소자와 외부 연결 단자; 및
    상기 인쇄회로기판에 결합되는 리드 플레이트를 포함하며,
    상기 리드플레이트는 상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되는 실장부와, 외부장치에 연결되는 접합부와, 상기 실장부와 접합부를 연결하는 단차부를 포함하되, 상기 실장부의 면적은 상기 접합부가 외부장치에 접합되는 면적 보다 크게 형성되며, 상기 실장부의 폭은 상기 접합부의 폭보다 크게 형성되는 보호회로기판.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실장부는 상기 인쇄회로기판의 일면에 접합되는 접합영역과 미접합영역으로 구분되고, 상기 접합영역의 면적은 상기 외부장치에 연결되는 접합부의 면적 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 실장부와 상기 단차부 및 상기 단차부와 상기 접합부는 절곡되는 보호회로기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 실장부와 상기 단차부의 절곡부 및 상기 단차부와 상기 접합부의 절곡부의 어느 하나 이상의 영역에는 노치가 구비되는 보호회로기판.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 실장부의 적어도 일부의 두께는 상기 접합부의 두께보다 두꺼운 보호회로기판.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 실장부의 미접합영역은 상기 접합영역의 적어도 어느 일면에서 외측으로 연장하여 형성된 보호회로기판.
  19. 삭제
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 실장부에는 노치를 구비하는 구비하는 보호회로기판.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 접합부는 타공 또는 개구부를 구비하는 보호회로기판.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 미접합영역은 상기 접합영역에서 외측으로 절곡하여 연장된 날개부를 구비하는 보호회로기판.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 실장부에서 연장하는 상기 날개부의 길이는 상기 실장부와 상기 접합부 사이를 연장하는 상기 단차부의 길이보다 작은 보호회로기판.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 날개부는 상기 단차부와 일정 간격 이격되도록 상기 실장부에서 외측으로 연장하는 방향에서 그 폭이 감소되는 보호회로기판.
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