KR101127610B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케이스 및 베어셀을 구비한 배터리 팩에 있어서, 상기 케이스와 상기 베어셀을 결합하는 스크류를 구비하며, 상기 스크류는, 제1면에 나사홈이 형성된 머리부; 상기 머리부의 제2면에 배치되며 나사산이 형성된 몸통부; 및 상기 머리부와 상기 몸통부 사이에 배치되는 연결부;를 구비하며 상기 머리부의 두께는 0.3mm 내지 1mm이고, 상기 머리부의 제1면 상에서 상기 머리부의 중심을 지나는 제1 선상의 임의의 한 점에서의 상기 머리부 두께는 상기 제1 선상의 양 단부에서의 상기 머리부 두께보다 두꺼운 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로 보다 상세하게는 배터리 팩의 구조에 관한 것이다.
최근 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 휴대용 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 따라서, 휴대용 전기/전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 이러한 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 대표적인 이차전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 이러한 이차 전지는 전극 조립체와 전해액이 수용된 캔을 밀봉하여 형성된 베어셀과 보호회로 기판이 전기적으로 연결되어 형성된다. 베어셀은 화학반응에 의하여 전기를 충방전하고, 보호회로 기판은 베어셀의 충방전을 제어하면서 과충전 및 과방전을 방지하여 베어셀을 보호하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 케이스와 베어셀을 결합시 내구성이 향상된 스크류를 구비하는 배터리 팩을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 케이스 및 베어셀을 구비한 배터리 팩에 있어서, 상기 케이스와 상기 베어셀을 결합하는 스크류를 구비하며, 상기 스크류는, 제1면에 나사홈이 형성된 머리부; 상기 머리부의 제2면에 배치되며 나사산이 형성된 몸통부; 및 상기 머리부와 상기 몸통부 사이에 배치되는 연결부;를 구비하며 상기 머리부의 두께는 0.3mm 내지 1mm이고, 상기 머리부의 제1면 상에서 상기 머리부의 중심을 지나는 제1 선상의 임의의 한 점에서의 상기 머리부 두께는 상기 제1 선상의 양 단부에서의 상기 머리부 두께보다 두꺼운 배터리 팩을 제공한다.
여기서, 상기 머리부의 두께는 0.6mm 내지 0.8mm일 수 있다.
여기서, 상기 나사산의 피치는 0.2mm 내지 0.4mm일 수 있다. 여기서, 상기 나사산의 피치는 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다. 여기서, 상기 나사산의 나사각은 30˚내지 35˚일 수 있다. 상기 나사산의 나사각은 32.5˚내지 33.5˚일 수 있다. 상기 나사산의 제1 나사각은 21.5˚내지 22.5˚이며, 상기 나사산의 제2 나사각은 10.5˚내지 11.5˚일 수 있다.
여기서, 상기 나사홈은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
삭제
여기서, 상기 머리부 제2면의 모서리는 0.1mm 내지 0.3mm의 곡률 반경을 가질 수 있다. 또한, 상기 머리부 제2면의 모서리는 0.05mm 내지 0.1mm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 머리부의 상기 나사홈은 상기 머리부의 두께 방향을 따라 수직으로 형성될 수 있다. 상기 머리부의 상기 나사홈은 상기 머리부의 두께 방향을 따라 점점 좁아지도록 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 머리부의 두께와 상기 몸통부의 높이는 1:2.5 내지1:3.5일 수 있다.
여기서, 상기 나사산과 상기 베어셀의 결합시 상기 나사산의 안전 체적과 상기 베어셀의 안전 체적의 비는 1:2.5 내지 1:3.5일 수 있다.
상기 나사산과 상기 베어셀의 결합시 상기 나사산의 강도와 상기 베어셀의 강도의 비는 2.5:1 내지 3.5:1일 수 있다.
여기서, 상기 나사산이 적어도 여덟 개 이상일 수 있다.
여기서, 상기 몸통부의 외경은 1.23mm내지 1.27mm일 수 있다.
여기서, 상기 몸통부의 내경은 0.89mm 내지 0.93mm일 수 있다.
여기서, 상기 배터리 팩은 상기 베어셀의 일 측에 배치되며 상기 베어셀과 전기적으로 연결된 보호회로 기판; 및 일 단부가 상기 보호회로 기판에 결합되고 타 단부가 상기 베어셀과 결합되며 상기 스크류가 관통하는 결합홀이 형성되는 탭을 더 구비하며 상기 보호회로 기판은 상기 베어셀과 상기 케이스 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 케이스는 상기 베어셀의 일 측에 안착하고, 적어도 하나의 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈의 중앙을 통과하는 홀이 형성되며, 상기 스크류는 상기 케이스의 상기 안착홈에 상기 머리부가 안착되며 상기 연결부는 상기 케이스에 밀착하도록 상기 케이스의 형상에 대응하여 형성되며 상기 몸통부는 상기 홀을 통과하고 상기 베어셀의 스크류 수용홈과 결합할 수 있다.
여기서, 상기 연결부의 측면은 상기 케이스에 밀착하도록 곡선으로 형성되며 상기 곡선은 곡률 반경이 0.1mm 내지 0.3mm일 수 있다.
여기서, 상기 연결부의 측면은 상기 케이스에 밀착하도록 빗면이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 스크류의 몸통부는 상기 베어셀의 스크류 수용홈과 결합하며 상기 스크류의 몸통부 일단과 상기 스크류 수용홈의 바닥면 사이에 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 따르면 케이스와 베어셀의 결합력이 향상되며 텝핑 스크류 또는 결합 대상물의 파손을 방지하는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 배터리 팩이 결합한 상태의 사시도이다.
도 1c는 도 1b에 도시된 배터리 팩의 Ic-Ic'를 따라 취한 부분 단면도이다.
도 2는 배터리 팩의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 도 Ic의 III을 확대한 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탭핑 스크류의 개략적 정면도이다.
도 5a는 도 2의 Va-Va'를 따라 취한 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 실시예의 일 변형예이다.
도 5c는 도 5a의 실시예의 다른 변형예이다.
도 6은 도 4의 VI를 확대한 부분 확대 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명은 배터리 팩(100)에 있어서 베어셀(110)과 케이스(150)를 결합하는 탭핑 스크류(141, 142)에 관한 것이다. 먼저 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리 팩(100)에 대해 설명하며, 이후 도 4 내지 도 6을 참조하여 탭핑 스크류(141, 142)에 대해 설명한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리 팩(100)에 대해 설명한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 분해 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 배터리 팩(100)이 결합한 상태의 사시도이다. 도 1c는 도 1b에 도시된 배터리 팩(100)의 Ic-Ic'를 따라 취한 부분 단면도이다. 도 2는 배터리 팩(100)의 일부 분해 사시도이다. 도 3은 도 Ic의 III을 확대한 부분 확대 단면도이다. 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100)은 베어셀(110), 보호회로기판(120), 케이스(150) 및, 탭핑 스크류(141, 142)를 구비한다.
베어셀(110)은 전극조립체(미도시)와 전극조립체를 내부에 수납하는 밀봉조립체(111)를 구비한다. 여기서, 전극조립체는 양극판(미도시), 음극판(미도시) 및 세퍼레이터(미도시)를 권취 또는 적층하여 구비할 수 있다. 여기서, 밀봉조립체(111)는 캡플레이트(111a)와 금속형 캔(111b)을 구비할 수 있다. 이때, 밀봉조립체(111)는 알루미늄과 같은 도전 부재로 구성할 수 있다. 금속형 캔(111b)은 일 단부가 개구된 형상이며 캡플레이트(111a)는 금속형 캔(111b)을 마감하도록 금속형 캔(111b)의 입구에 배치된다. 이때, 금속형 캔(111b)과 캡플레이트(111a) 가운데 어느 하나에는 전극단자(114)가 절연체(114a)에 의해 절연되어 설치될 수 있다. 도 1a와 도 1c에서는 캡플레이트(111a)에 전극단자(114)가 절연체(114a)에 의해 절연되어 삽입된 것으로 도시하였다. 이때, 베어셀(110)의 양극은 밀봉조립체(111)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 베어셀(110)의 음극은 전극단자(114)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 베어셀(110)의 음극인 전극단자(114)와 양극인 밀봉조립체(111)는 서로 간에 극성을 달리할 수 있다. 본 실시예에서는 전극단자(114)가 전극조립체의 음극판과 전기적으로 연결되어 음극을 형성하고, 밀봉조립체(111)가 전극조립체의 양극판과 전기적으로 연결되어 양극을 형성할 수 있으나 양극과 음극의 구성은 이에 제한되지 않는다. 즉, 베어셀(110)은 전극조립체를 금속재질의 밀봉조립체(111)로 밀봉하며, 전극조립체의 극성 가운데 어느 한 극성을 밀봉조립체(111)와 전기적으로 연결하고, 다른 극성을 전극단자(114)와 연결할 수 있다. 여기서, 베어셀(110)은 이차전지일 수 있다. 예를 들어 베어셀(110)은 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지 일 수 있다. 그러나 베어셀(110)의 종류는 이에 제한되지 않으며 예를 들어 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지 또는 니켈-수소(Ni-MH)전지 등의 이차 전지 일 수 있음은 물론이다.
여기서, 베어셀(110)의 캡플레이트(111a)의 일 면은 적어도 하나의 스크류 수용홈(112, 113)을 구비할 수 있다. 도 1a 또는 도 1c에서, 제1 스크류 수용홈(112)과 제2 스크류 수용홈(113)이 형성된 캡플레이트(111a)를 도시하고 있다. 여기서, 제1 스크류 수용홈(112)은 제1 탭핑 스크류(141)와 결합될 수 있고, 제2 스크류 수용홈(113)은 제2 탭핑 스크류(142)와 결합될 수 있다. 또한, 제1 스크류 수용홈(112)과 제2 스크류 수용홈(113)의 내주면에는 제1 탭핑 스크류(141)와 제2 탭핑 스크류(142)에 의해 나사산이 형성될 수 있다. 여기서, 도 1c를 참조하면 캡플레이트(111a)는 스크류 수용홈(112, 113)에 대응하여 캡플레이트(111a)는 돌출부(J)를 형성할 수 있다. 이와 같이 돌출부(J)가 형성되어 탭핑 스크류(141, 142)가 충분히 결합할 수 있도록 캡플레이트(111a)의 두께를 확보할 수 있다.
보호회로기판(120)은 절연기판(121)과, 인쇄회로 패턴(미도시), 도전패드(123), 보호회로부(124), 충방전 단자(125), 탭(131,132)을 구비할 수 있다. 절연기판(121)에 형성된 인쇄회로 패턴에는 도전패드(123), 보호회로부(124) 및, 충방전 단자(125)가 솔더링 될 수 있다. 보호회로기판(120)은 베어셀(110)과 전기적으로 연결된다. 보호회로기판(120)과 베어셀(110)의 전기적인 연결은 보호회로기판(120)의 음극이 리드탭(120a)에 의해 베어셀(110)의 음극인 전극단자(114)와 연결되고, 보호회로기판(120)의 양극이 베어셀(110)의 양극인 밀봉조립체(111)와 제1탭(131)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 보호회로기판(120)의 음극과 전극단자(114)사이에는 PTC(Positive temperature coefficient)소자(120a1)가 전기적으로 연결되어 과도한 온도 상승이나 과도한 전류가 흐를 시에 보호회로기판(120)의 음극과 전극단자(114)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 보호회로부(124)는 저항과 콘덴서 등의 수동소자와, 전계효과 트랜지스터와 같은 능동소자, PTC소자와 같은 안전소자 및 집적회로들이 선택적으로 형성될 수 있다. 또한, 보호회로부(124)는 베어셀(110)의 충방전 시에 베어셀(110)을 충전 또는 방전시키고, 베어셀(110)의 과열이나 과전류 등의 상황에서 베어셀(110)의 충방전 경로를 차단하여 베어셀(110)의 수명 열화, 과열 및, 폭발 등을 예방할 수 있다.
탭(131, 132)은 보호회로기판(120)의 일 단에 배치되어 보호회로기판(120)과 베어셀(110)을 전기적으로 연결한다. 여기서, 탭(131, 132)은 스크류 수용홈(112, 113)에 대응하여 결합홈(131a, 132a)이 형성될 수 있다. 도 1c를 참조하면, 제1탭(131) 또는/및 제2탭(132)은 베어셀(110)의 캡플레이트(111a)와 연결된다. 이때, 제1탭(131) 또는/및 제2탭(132) 상에는 캡플레이트(111a)의 제1 스크류 수용홈(112)과 제2 스크류 수용홈(113)과 대응하여 제1 결합홀(131a)과 제2 결합홀(132a)이 형성된다. 이러한 제1탭(131) 및 제2탭(132)은 보호회로기판(120)을 베어셀(110)의 일 면에 안착될 수 있도록 지지하고, 보호회로기판(120)의 양극과 베어셀(110)의 양극을 전기적으로 연결한다.
제1탭(131) 및 제2탭(132)은 니켈 또는 니켈을 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며 보호회로기판(120)에 솔더링 될 수 있다. 이때, 도 1a에서 보호회로기판(120)은 두 개의 탭 즉, 제1탭(131) 및 제2탭(132)과 연결되는 것으로 도시하였으나 탭의 개수는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 보호회로기판(120)은 제1탭(131) 만을 구비할 수도 있다.
탭핑 스크류(141, 142)는 베어셀(110)의 양측부에 형성된 제1 스크류 수용홈(112)과 제2 스크류 수용홈(113)에 결합되어 보호회로기판(120)을 뒤틀리지 않게 하고, 보호회로기판(120)에 솔더링된 탭(131, 132)과의 결합력을 더 향상시켜 접촉저항의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 탭핑 스크류(141, 142)는 도전체를 구비하여 탭(131, 132)을 통해 보호회로기판(120)과 베어셀(110)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 탭핑 스크류(141, 142)는 추후 도면과 함께 더 상세히 설명한다.
케이스(150)에는 적어도 한 개의 홀(151a, 152a)이 형성될 수 있다. 홀(151a, 152a)의 외곽에는 안착홈(151b, 152b)이 형성된다. 이때, 안착홈(151b, 152b)의 내경이 홀(151a, 152a)의 외경보다 크게 단차를 가지도록 형성되어 예를 들어 탭핑 스크류(141, 142)의 머리부(141a, 142a)가 지지될 수 있다. 이하 안착홈(151b, 152b)은 제1 안착홈(151b)과 제2 안착홈(152b)으로 도시하여 설명한다. 제1 탭핑 스크류(141)는 케이스(150)에 형성된 제1홀(151a)과 제1탭(131)에 형성된 결합홀(131a)을 통과한 후, 베어셀(110)에 형성된 제1 스크류 수용홈(112)과 결합할 수 있다. 이때, 제1 탭핑 스크류(141)의 머리부(141a)는 케이스(150)의 제1 안착홈(151b)에 밀착될 수 있다. 제2 탭핑 스크류(142)도 유사하게 결합될 수 있다. 따라서, 제1 탭핑 스크류(141)와 제2 탭핑 스크류(142)는 케이스(150)를 베어셀(110)과 결합시키게 된다. 이러한, 케이스(150)는 폴리 카보네이트와 같은 수지재질을 사출하여 형성된 플라스틱 케이스일 수 있다. 이러한 케이스(150)는 보호회로기판(120)을 외부 충격으로부터 보호하고, 보호회로 기판(120)의 쇼트를 방지한다. 또한, 도 1c에 도시된 바와 같이, 케이스(150)의 내측에는 리브(161)가 형성되고, 리브(161)가 보호회로 기판(120)을 상면을 지지하여 보호회로기판(120)을 베어셀(110)에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 보호회로기판(120)의 유동이 방지되고, 보호회로기판(120)에 솔더링된 탭(131, 132)과 베어셀(110)은 충격에 의해 접촉저항이 증가되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 케이스(150)는 탭(131, 132)을 베어셀(110)에 밀착시켜 접촉저항의 증가를 방지한다. 이때, 케이스(150)와 탭핑 스크류(141, 142)가 결합되면, 탭(131, 132)이 베어셀(110)에 더욱 밀착되어 탭(131, 132)과 베어셀(110)의 접촉저항이 증가되는 것을 방지한다. 이때, 탭핑 스크류(141, 142)와 스크류 수용홈(112, 113)의 바닥면 사이에는 공간(S)이 형성되도록 스크류 수용홈(112, 113)은 깊이를 가질 수 있다. 이와 같이, 스크류 수용홈(112, 113)과 탭핑 스크류(141,142) 사이에 공간이 형성되어 탭핑 스크류(141, 142)의 결합시 발생되는 부스러기 등이 수용될 수 있다.
케이스(150)에 탭핑 스크류(141, 142)가 결합된 후 덮개(190, 192)가 탭핑 스크류(141, 142) 상에 배치될 수 있다. 이때, 덮개(190, 192)는 예를 들어, 케이스(150) 외부의 수분 또는 먼지가 탭핑 스크류(141, 142)에 닿는 것을 막는 역할을 할 수 있다. 이때, 덮개(190, 192)는 케이스(150)의 안착홈(151b, 152b)의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
또한, 케이스(150)는 보호회로 기판(120)과 결합된 후 베어셀(110)과 함께 레이블(160)로 감싸질 수 있다.
또한, 베어셀(110)은 보조케이스(170)에 의해 더 감싸져 모서리부가 외부 충격으로부터 보호될 수 있다. 이때, 보조케이스(170)와 베어셀(110) 사이에는 양면 테이프(171)가 형성되어 보조케이스(170)를 베어셀(110)과 결합시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 탭핑 스크류(141)가 탭(131)의 결합홀(131a)을 지나 캡플레이트(111a)의 스크류 수용홈(112)에 결합한다. 이하 제1 탭핑 스크류(141)를 중심으로 설명하지만 이는 제2 탭핑 스크류(142)에도 적용됨은 물론이다. 결합홀(131a)의 내경은 예를 들어 제1 탭핑 스크류(141)의 몸통부(141b)의 골경(ID)보다 크고 외경(OD)보다 작도록 형성될 수 있다. 이때, 결합홀(131a)의 내경은 제1 탭핑 스크류(141)와 결합시 변형되어 제1 탭핑 스크류(141)와 밀착될 수 있다. 결합홀(131a)과 제1 탭핑 스크류(141)가 밀착됨에 따라 전기저항이 감소하게 된다. 또한, 캡플레이트(111a)의 스크류 수용홈(112)의 내주면의 지름(r)이 제1 탭핑 스크류(141)의 몸통부(141b)의 골경(ID)보다 크고 외경(OD)보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 스크류 수용홈(112)의 내주면은 제1 탭핑 스크류(141)와 결합시 제1 탭핑 스크류(141)의 나사산(141b1)에 의해 깎여 변형되어 제1 탭핑 스크류(141)의 몸통부(141b)와 밀착될 수 있다.
제1 탭핑 스크류(141)는 캡플레이트(111a)와 케이스(150)를 결합하며 제1탭(131)과 캡플레이트(111a)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 이때, 제1 탭핑 스크류(141)가 도전체 일 수 있음은 물론이다.
캡플레이트(111a)와 케이스(150)를 결합시 자주 발생하는 불량으로는 제1 탭핑 스크류(141)의 머리부(141a)에 형성된 나사홈(141a1)의 파손, 머리부(141a)의 부러짐, 케이스(150)의 파손 등이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탭핑 스크류(141)를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탭핑 스크류(141)의 개략적 정면도이다. 제1 탭핑 스크류(141)는 머리부(141a), 몸통부(141b) 및 연결부(141c)를 구비한다. 머리부(141a)의 제1면에는 나사홈(141a1)이 형성된다. 몸통부(141b)는 머리부(141a)의 제2면에 배치되며 몸통부(141b)의 표면에 나사산(141b1)이 형성된다. 연결부(141c)는 머리부(141a)와 몸통부(141b) 사이에 배치된다. 먼저 머리부(141a)를 설명한 후 연결부(141c)와 몸통부(141b)를 설명한다.
머리부(141a)의 두께(D)는 두꺼워질수록 나사홈(141a1)의 파손 또는 머리부(141a)의 부러짐 등을 방지하는 효과가 있으나 동시에 가공이 어려워진다. 반면, 머리부(141a)의 두께(D)가 얇아지면 가공이 용이하나 내구성이 약해지는 단점이 있다. 가공의 용이성과 내구성을 고려할 때, 머리부(141a)의 두께(D)는 0.3mm 내지 1mm일 수 있다. 좀더 좁게는 머리부(141a)의 두께(D)가 0.6mm 내지 0.8mm의 값을 가질 수도 있다.
머리부(141a)의 제1면 상에 나사홈(141a1)이 형성된다. 이때, 나사홈(141a1)은 예를 들어 드라이버 등의 공구와 결합하여 제1 탭핑 스크류(141)에 공구로부터 회전력을 전달 받는 역할을 한다. 이때, 나사홈(141a1)의 형상은 다각형 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면 나사홈(141a1)의 형상은 '+'형상일 수 있다. 그러나 홈의 모양은 이에 제한되지 않으며'+'표식 이외에 나사홈(141a1)은 예를 들어 '-', '*', 'Y', '☆','□'및'△' 등과 같이 다양한 형태의 다각형으로 형성될 수 있다.
머리부(141a)의 제1면 상에서 머리부(141a)의 중심(c)을 지나는 제1 선(L)상의 임의의 한 점에서의 머리부(141a) 두께는 제1 선(L)상의 양 단부(a, b)에서의 머리부(141a) 두께보다 두껍게 형성된다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 머리부(141a)의 중심(c)에서의 두께(D+d)는 양 단부(a, b)에서 머리부(141a)의 두께(D)보다 제1방향(y)으로 추가적 길이(d)만큼 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 머리부(141a)의 제1면은 제1 방향(y)으로 볼록 튀어나온 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 형성된 머리부(141a)의 제1면은 드라이버 등의 공구와 접촉면적이 더 많아져 나사홈(141a)의 훼손을 막을 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 머리부(141a)의 제1면 상의 나사홈(141a1)의 단면 형상에 대해 설명한다. 도 5a는 도 2의 Va-Va'를 따라 취한 단면도이다. 도 5a를 참조하면, 머리부(141a)의 나사홈(141a4)은 머리부(141a)의 두께 방향(-y)을 따라 머리부(141a)의 제2 면에 대해 수직으로 형성될 수 있다. 도 5b는 도 5a의 실시예의 일 변형예이다. 도 5b를 참조하면, 머리부(141a)의 나사홈(141a5)은 상기 머리부의 두께 방향(-y)을 따라 점점 좁아지도록 형성될 수 있다. 이때, 나사홈(141a5)의 바닥은 평평하게 형성될 수도 있고, 또는 도 5c의 실시예와 같이, 나사홈(141a6)의 바닥이 각지게 형성될 수도 있다.
머리부(141a)의 제2면의 모서리(141a2)가 큰 곡률 반경을 가질 경우 안착홈(151b)과 홀(151a)을 파고들어 케이스(150)를 파손시킬 수도 있다. 따라서, 제2면의 모서리(141a2)의 곡률 반경이 작을수록 케이스(150)의 파손을 줄일 수 있으며 머리부(141a)의 제2면과 안착홈(151b)과 닿는 면적도 넓어진다. 이때, 제2면 모서리(141a2)의 곡률 반경은 0.3mm이하 일 수 있다. 예를 들어 제2면 모서리(141a2)의 곡률 반경은 0.05mm 내지 0.3mm일 수 있다. 이때, 단조 가공을 통해 머리부(141a)를 형성할 수도 있고 제2면 모서리(141a2)의 곡률 반경을 줄이기 위해 절삭 가공으로 머리부(141a)를 형성할 수도 있다.
이제, 연결부(141c)에 대해 설명한다. 연결부(141c)는 도 3을 참조하면, 케이스(150)와 밀착되도록 케이스(150)의 홀(151a) 및 안착홈(151b)에 대응하도록 형성될 수 있다. 이때, 연결부 측면(141c1)은 케이스(150)에 밀착하도록 곡선으로 형성될 수 있다. 이때, 연결부 측면(141c1)은 곡률 반경이 0.1mm 내지 0.3mm인 곡선일 수 있다. 이때, 연결부 측면(141c1)은 케이스(150)에 밀착하기 위해 케이스(150)의 형상에 대응하여 더 크거나 작은 곡률 반경을 가질 수 있음은 물론이다. 또한, 케이스(150)의 형상에 대응하여 예를 들어 연결부 측면(141c1)은 빗면이 형성될 수도 있다. 이때, 연결부 측면(141c1)의 형상은 이에 제한되지 않으며 케이스 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
이제, 몸통부(141b)에 대해 설명한다. 나사산(141b1)은 몸통부(141b)상에 형성될 수 있다. 이때, 도 2를 참조하면, 제1 탭핑 스크류(141)의 나사산(141b1)은 스크류 수용홈(112)의 내주면을 깎으며 결합하도록 할 수도 있다. 이때, 캡플레이트(111a)는 제1 탭핑 스크류(141)의 나사산(141b1)에 의해 변형되기 용이하도록 경합금을 구비할 수 있다. 예를 들어 이러한 경합금은 아연, 알루미늄, 또는 마그네슘일 수 있다. 이때, 제1 탭핑 스크류(141)의 나사산(141b1)은 스크류 수용홈(112)의 내주면을 깎으며 결합되기 때문에 스크류 수용홈(112)의 마찰 등의 요소를 고려하여 설계되어야 한다. 이때 고려해야 할 요소로는 예를 들어, 피치(P), 골경(ID)과 외경(OD)의 범위, 나사산(141b1)의 개수, 나사각(A), 안전체적비 또는 강도비 등이 있다.
도 4를 참조하면 피치(P)는 나사산(141b1)간의 간격인 나사산(141b1) 중심간의 거리이다. 이때, 피치(P)는 0.2mm 내지 0.4mm일 수 있다. 또는 나사산의 피치(P)는 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다. 또는, 나사산의 피치(P)는 0.315mm내지 0.325mm 즉 약0.32mm일 수 있다.
외경(OD)은 몸통부(141a)의 둘레 중 바깥쪽 지름을 의미하며 골경(ID)은 안쪽 지름을 의미한다. 즉, 몸통부(141a)의 나사산(141a1)의 피크(peak)의 외접원이 외경(OD)이 되며 나사산(141a1)의 골(valley)의 내접원이 골경(ID)이 될 수 있다. 이때, 외경(OD)은 1.23mm내지 1.27mm일 수 있다. 내경(ID)은 0.89mm 내지 0.93mm일 수 있다.
또한, 머리부(141a)의 두께(D)와 몸통부(141b)의 높이(H)는 1:2.5 내지1:3.5의 비로 약1:3의 비율로 형성될 수 있다.
또한, 나사산(141b1)의 개수는 적어도 여덟 개일 수 있다. 이때, 나사산(141a1)의 개수는 완전한 나사산(141b1)의 개수를 의미한다. 또한, 케이스(150)와 베어셀(110)을 결합시, 충분한 결합력을 확보하기 위하여 적어도 여덟 개 이상의 나사산(141b1)이 형성될 수 있다.
도 6을 참조하여 나사각(A)을 설명한다. 도 6은 도 4의 VI를 확대한 부분 확대 단면도이다. 나사각(A)은 나사산(141b1)의 빗면(141b11, 141b12)이 이루는 각을 의미한다. 이때, 나사각(A)은 제1 나사각(A1)과 제2 나사각(A2)의 합으로 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 나사각(A1)은 나사산(141b1)의 빗면(141b11, 141b12)의 연장선의 교점(O)에서 몸통부(141b)에 수선의 발을 내린 수선(V)과 제1 빗면(141b11)이 이루는 각(A1)을 의미한다. 제2 나사각(A2)은 제2 빗면(141b12)과 수선(V)이 이루는 각(A2)을 의미한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 탭핑 스크류(141)는 나사각(A)이 30˚내지 35˚일 수 있다. 예를 들어 나사산(141b)의 나사각(A)은 32.5˚내지 33.5˚으로 약 33˚일 수 있다. 또한 제1 나사각(A1)과 제2 나사각(A2)을 다르게 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 나사각(A1)은 21.5˚내지 22.5˚으로 약22˚이고 제2 나사각(A2)은 10.5˚내지 11.5˚으로 약 11˚일 수 있다. 이때, 제1 나사각(A1)은 스크류 수용홈(112)의 유동을 크게하여 접촉면을 넓게 만들며 걸림률을 높일 수 있다. 반면 제2 나사각(A2)은 나사의 부러짐을 방지하며 상대물의 유동시 저항을 감소시킬 수 있다.
이때, 텝핑 스크류(141)와 스크류 수용홈(112) 결합시 재질의 강도 차이로 인해 스크류 수용홈(112)이 파손되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 텝핑 스크류(141)의 나사산(141b1)과 스크류 수용홈(112)의 안전체적 비율과 재질의 강도를 조절할 필요가 있다.
안전체적은 텝핑 스크류(141)와 스크류 수용홈(112) 결합에 있어서 결합력이 미치는 영역의 넓이를 의미한다. 이때, 텝핑 스크류(141)와 스크류 수용홈(112)의 강도 비는 약 3:1일 수 있다. 따라서 결합시 결합력이 미치는 안전체적은 약1:3으로 조절하여 텝핑 스크류(141)와 스크류 수용홈(112)의 강도의 균형을 맞출 수 있다.
도 6을 참조하면, 나사산(141b)과 스크류 수용홈(112)이 닿는 빗면(141b11, 141b12)사이의 영역이 텝핑 스크류(141)의 안전체적인 제1 안전체적(A141)이다. 이에 대응하여 스크류 수용홈(112) 중 나사산(141b)과 닿는 빗면(141b11, 141b12)사이의 영역이 스크류 수용홈(112)의 안전체적인 제2 안전체적(A112)이다. 이때, 나사산(141b)과 베어셀(110)의 스크류 수용홈(112)의 강도의 비는 2.5:1 내지 3.5:1으로 약 3:1일 수 있다. 또한, 제1 안전체적(A141)과 제2 안전체적(A112)은 1:2.5 내지 1:3.5으로 약 1:3의 비율을 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 배터리 팩을 제조 및 사용하는 모든 산업에 이용될 수 있다.
100: 배터리 팩 110:베어셀
111a: 캡플레이트 112, 113:스크류 수용홈
120: 보호회로기판 131, 132: 탭
131a: 결합홀 141, 142: 탭핑 스크류
141a: 머리부 141b: 몸통부
141c: 연결부 141a1, 141a4, 141a5, 141a6: 나사홈
150: 케이스 151a, 152a: 홀
151b, 152b:안착홈 P: 피크

Claims (24)

  1. 케이스 및 베어셀을 구비한 배터리 팩에 있어서,
    상기 케이스와 상기 베어셀을 결합하는 스크류를 구비하며,
    상기 스크류는,
    제1면에 나사홈이 형성된 머리부;
    상기 머리부의 제2면에 배치되며 나사산이 형성된 몸통부; 및
    상기 머리부와 상기 몸통부 사이에 배치되는 연결부;를 구비하며 상기 머리부의 두께는 0.3mm 내지 1mm이고,
    상기 머리부의 제1면 상에서 상기 머리부의 중심을 지나는 제1 선상의 임의의 한 점에서의 상기 머리부 두께는 상기 제1 선상의 양 단부에서의 상기 머리부 두께보다 두꺼운 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머리부의 두께는 0.6mm 내지 0.8mm 인 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나사산의 피치는 0.2mm 내지 0.4mm 인 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나사산의 피치는 0.25mm 내지 0.35mm 인 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나사산의 나사각은 30˚내지 35˚인 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나사산의 나사각은 32.5˚내지 33.5˚ 인 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나사산의 제1 나사각은 21.5˚내지 22.5˚이며, 상기 나사산의 제2 나사각은 10.5˚내지 11.5˚인 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나사홈은 다각형 형상으로 형성된 배터리 팩.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 머리부 제2면의 모서리는 0.1mm 내지 0.3mm의 곡률 반경을 가지는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 머리부 제2면의 모서리는 0.05mm 내지 0.1mm의 곡률 반경을 가지는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 머리부의 상기 나사홈은 상기 머리부의 두께 방향을 따라 수직으로 형성된 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 머리부의 상기 나사홈은 상기 머리부의 두께 방향을 따라 점점 좁아지도록 형성된 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 머리부의 두께와 상기 몸통부의 높이는 1:2.5 내지1:3.5인 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 나사산과 상기 베어셀의 결합시 상기 나사산의 안전 체적과 상기 베어셀의 안전 체적의 비는 1:2.5 내지 1:3.5인 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 나사산과 상기 베어셀의 결합시 상기 나사산의 강도와 상기 베어셀의 강도의 비는 2.5:1 내지 3.5:1인 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 나사산이 적어도 여덟 개 이상인 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부의 외경은 1.23mm내지 1.27mm인 배터리 팩.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부의 내경은 0.89mm 내지 0.93mm인 배터리 팩.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 베어셀의 일 측에 배치되며 상기 베어셀과 전기적으로 연결된 보호회로 기판; 및
    일 단부가 상기 보호회로 기판에 결합되고 타 단부가 상기 베어셀과 결합되며 상기 스크류가 관통하는 결합홀이 형성되는 탭을 더 구비하며 상기 보호회로 기판은 상기 베어셀과 상기 케이스 사이에 배치되는 배터리 팩.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 베어셀의 일 측에 안착하고, 적어도 하나의 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈의 중앙을 통과하는 홀이 형성되며, 상기 스크류는 상기 케이스의 상기 안착홈에 상기 머리부가 안착되며 상기 연결부는 상기 케이스에 밀착하도록 상기 케이스의 형상에 대응하여 형성되며 상기 몸통부는 상기 홀을 통과하고 상기 베어셀의 스크류 수용홈과 결합하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 연결부의 측면은 상기 케이스에 밀착하도록 곡선으로 형성되며 상기 곡선은 곡률 반경이 0.1mm 내지 0.3mm인 배터리 팩.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 연결부의 측면은 상기 케이스에 밀착하도록 빗면이 형성된 배터리 팩.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 스크류의 몸통부는 상기 베어셀의 스크류 수용홈과 결합하며 상기 스크류의 몸통부 일단과 상기 스크류 수용홈의 바닥면 사이에 공간이 형성되는 배터리 팩.
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