KR101127613B1 - 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다. 상기 배터리 팩은 캡 플레이트에 의해 봉지된 베어 셀과, 캡 플레이트 상에 장착되는 보호회로모듈과, 캡 플레이트와 보호회로모듈을 연결하는 리드부재와, 캡 플레이트에 끼워지고 리드부재와의 결합을 형성하는 결합부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태는 전지와 보호회로 간의 결합구조가 개선된 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 전지와 보호회로 간의 결합구조가 개선된 배터리 팩을 제공한다.
Description
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 전지와 회로구성이 조합된 배터리 팩에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술 개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로서 전기자동차, 하이브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
일반적으로, 이러한 이차전지는 충방전 동작을 제어하기 위한 회로구성과 함께 일체화된 배터리 팩의 형태로 사용된다. 가연성 물질을 내장하고 있는 이차전지의 안정성을 고려하여, 과충전, 과방전, 과전류 등의 이상적인 동작상태를 효과적으로 제어하기 위한 회로구성을 갖춘다.
본 발명의 일 실시형태는 전지와 보호회로 간의 결합구조가 개선된 배터리 팩을 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 달성하기 위한 배터리 팩은,
캡 플레이트에 의해 봉지된 베어 셀;
상기 캡 플레이트 상에 장착되는 보호회로모듈;
상기 캡 플레이트와 보호회로모듈을 연결하는 리드부재; 및
상기 캡 플레이트에 끼워지고, 상기 리드부재와의 결합을 형성하는 결합부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부재와 리드부재는 용접에 의해 상호 결합된다.
예를 들어, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트와는 다른 이형소재를 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부재는 상기 리드부재와 동종의 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부재는 니켈 또는 니켈 합금을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트에 억지끼워맞춤된다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트를 관통하도록 끼워진다. 이때, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 일면으로부터 끼워지고, 캡 플레이트의 타면으로 노출된 일부가 상기 리드부재에 결합될 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 두께 내부에 매립되도록 끼워진다. 이때, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 일면으로부터 끼워지고, 캡 플레이트의 일면으로 노출된 일부가 상기 리드부재에 결합된다. 이 경우, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 타면으로 노출되지 않을 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 리드부재의 결합부재와의 결합 면에는 결합부재를 향하여 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 두께방향을 따라 적어도 일부에서 테이퍼 형상을 갖는다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재는,
상기 리드부재에 결합되는 제1 부분; 및
상기 제1 부분으로부터 단차지게 연장되어, 상기 캡 플레이트에 대한 걸림턱을 형성하는 제2 부분;을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재는,
상기 리드부재에 결합되며 상기 캡 플레이트에 대한 걸림턱을 형성하는 제1 부분; 및
상기 결합부로부터 협폭으로 단차지게 연장되어, 상기 캡 플레이트 내에 끼워지는 제2 부분을 포함한다.
예를 들어, 상기 리드부재의 결합부재에 대응되는 위치에는 결합 홀이 형성되고, 상기 리드부재는 상기 결합 홀을 통하여 상기 결합부재에 끼워진다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은,
캡 플레이트에 의해 실링된 베어 셀;
상기 캡 플레이트 상에 장착되는 보호회로모듈;
상기 보호회로모듈에 연결된 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 연장되어 상기 캡 플레이트 상에 안착되는 제2 부분을 갖는 리드부재; 및
상기 캡 플레이트의 두께방향으로 연장되어 상기 리드부재에 용접 결합되고, 상기 캡 플레이트와는 다른 이형소재를 포함하는 결합부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부재는 상기 리드부재와 동종의 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부재는 니켈 또는 니켈 합금을 포함한다.
본 발명에 의하면, 전지 케이스 상에 장착되는 보호회로의 결합강도를 확보하기 위해, 보호회로의 장착부위에 전지 케이스와는 다른 이형재질의 결합부재가 조립된다. 예를 들어, 보호회로와의 견고한 용접점을 형성하도록 용접 열에 대해 쉽게 뭉게지지 않는 내열특성을 갖고, 용접에 따른 재질특성의 열화 내지 취화가 상대적으로 덜한 소재를 이용하여 결합부재를 형성함으로써 보호회로의 결합강도가 향상되고, 보호회로의 위치이탈이나 탈락이 방지될 수 있다. 또한, 전지와 보호회로 간의 견고한 접속을 통하여 충방전 패스의 전기저항이 감소됨으로써 전지의 전기적인 출력특성이 향상된다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2는 도 1에서 보호회로모듈이 장착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 가스켓이 적용된 실시형태를 보여주는 도면들이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 리드부재에 돌출부가 형성된 실시형태를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 도 10의 변형된 실시형태를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에서 보호회로모듈이 장착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 가스켓이 적용된 실시형태를 보여주는 도면들이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 리드부재에 돌출부가 형성된 실시형태를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트 간의 조립 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 도 10의 변형된 실시형태를 보여주는 도면이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들에 대해 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2는 도 1에서 보호회로모듈이 장착된 상태를 보여주는 도면이다.
도시된 배터리 팩은 발전요소를 포함하는 베어 셀(100)과, 상기 베어 셀(100) 상에 탑재되어 충방전 동작을 제어하는 보호회로모듈(150, PCM, Protective Circuit Module)과, 상기 보호회로모듈(150)을 수용하도록 베어 셀(100) 상에 결합되는 상부커버(160)를 포함한다.
상기 베어 셀(100)은 재충전이 가능한 이차전지로서, 리튬-이온 전지로 구성될 수 있으며, 양극판(11), 음극판(13), 및 세퍼레이터(15)를 포함하는 전극조립체(10)가 전해질(미도시)에 함침된 상태로 캔(20) 내부에 밀봉되어 있다. 예를 들어, 상기 베어 셀(100)은, 양극판(11), 음극판(13), 및 세퍼레이터(15)의 적층체가 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체(10)와, 전극조립체(10)와 전해질을 수용하도록 상단이 개구된 캔(20)과, 캔(20)의 상단을 밀봉하는 캡 플레이트(30)를 포함한다. 캔(20)의 상단은 전극조립체(10)가 수납된 후, 캡 플레이트(30)에 의해 폐쇄된다. 캡 플레이트(30)와 캔(20)의 맞닿는 부분은 레이저 용접으로 기밀성 결합을 형성할 수 있다.
예를 들어, 전극조립체(10)의 양극탭(17)은 캡 플레이트(30) 자체에 접속되고, 음극탭(19)은 캡 플레이트(30)의 상면으로 인출된 전극단자(31)에 접속된다. 상기 전극단자(31)는 캡 플레이트(30)와 절연된 상태로 결합되며, 캡 플레이트(30)의 상면으로 인출되어 베어 셀(100)과 보호회로모듈(150) 간을 전기적으로 연결한다.
상기 캡 플레이트(30)의 일 측에는 캔(20)의 내부압력이 설정 포인트를 초과하면, 가스의 배출경로를 제공하도록 파단 가능하게 설계된 안전 벤트(35)가 형성되어 있다. 한편, 상기 베어 셀(100)의 외주 면에는 이면에 접착제를 도포한 절연성의 라벨시트(180)가 감겨 부착된다. 베어 셀(100)의 바닥에는 양면 테이프 등의 접착수단(171)을 개재하여 하부커버(170)가 결합될 수 있다.
상기 보호회로모듈(150, PCM, Protective Circuit Module)은 베어 셀(100)의 충방전 동작을 제어하며, 베어 셀(100)의 구동을 보호하기 위한 보호동작을 수행한다. 상기 보호회로모듈(150)은 보호회로기판(140)과, PTC(Positive Temperature Coefficient) 보호소자(120)를 포함할 수 있다.
상기 보호회로기판(140)과 PTC 보호소자(120)는 과충전, 과전류, 과방전 등을 방지하기 위한 보호수단이다. 상기 PTC 보호소자(120)는 보호회로기판(140)과 베어 셀(100) 간의 충방전 전류패스를 형성하며, 충방전 전류가 설정된 포인트를 벗어나면 전류를 강제적으로 감소시키는 기능을 한다.
상기 보호회로기판(140)은 외부기기와 배어 셀(100) 사이에서 충방전 전류패스를 형성하도록 배선패턴을 포함하고, 베어 셀(100)의 충방전 전류를 제한하는 보호회로를 갖춘 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호회로기판(140)의 일면에는 외부기기와의 전기접속을 위한 외부접속단자(145)가 마련되어 있고, 반대 면에는 베어 셀(100)과의 전기접속을 위한 제1, 제2 패드(141,142)가 마련되어 있다. 상기 외부접속단자(145)는 외부기기와 직접 접촉하여 충방전 전류를 베어 셀(100)로 입력하거나 베어 셀(100)로부터 출력하는 기능을 한다.
상기 보호회로모듈(150)과 캡 플레이트(30) 사이에는 제1, 제2 리드부재(131,132)가 개재되어 이들 간의 전기접속을 매개한다. 일 실시형태로서, 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)는 캡 플레이트(30) 상의 양편에 안착된다. 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)는 서로에 대해 단차진 상하면을 갖도록 2번 절곡된 계단형상을 취할 수 있고, 그 상면은 제1, 제2 패드(141,142)에 접속되는 동시에, 그 하면은 캡 플레이트(30) 상에 접속된다. 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)는 니켈 박판을 소정형상으로 가공하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)는 보호회로모듈(150)을 캡 플레이트(30) 상에 구조적으로 고정시키는 기능을 하고, 제1, 제2 리드부재(131,132) 중에서 적어도 하나의 리드부재(131,132)는 캡 플레이트(30)와 보호회로모듈(150) 간의 전기접속을 매개할 수 있다.
상기 제1, 제2 리드부재(131,132)는 보호회로모듈(150)과 캡 플레이트(30)에 용접될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)를 보호회로기판(140)의 하면에 형성된 제1, 제2 패드(141,142)에 대해 용접이나 솔더링 방식으로 고정하여 보호회로모듈(150)과 일체화시킨 다음, 보호회로모듈(150)의 양단으로부터 노출된 제1, 제2 리드부재(131,132)를 캡 플레이트(30) 상에 용접시킬 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)와 캡 플레이트(30) 간의 용접 방식에 관하여, 공지의 다양한 용접 방식이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 레이저 용접이나 전기저항용접이 적용될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 캡 플레이트(30) 상면에 안착된 제1, 제2 리드부재(131,132)에는 용접영역(W)이 형성될 수 있다. 미 설명된 도면번호 R은 레이저 용접기구 또는 용접용 봉상 전극 등의 용접기구를 나타낸다.
상기 PTC 보호소자(120)는 캡 플레이트(30)의 전극단자(31)에 접속되는 일단의 리드(120a)와, 보호회로기판(140)에 접속되는 타단의 리드(120b)를 가질 수 있다. 상기 PTC 보호소자(120)의 리드(120a)는 캡 플레이트(30)의 전극단자(31) 상에 용접 고정될 수 있다. 예를 들어, 보호회로기판(140)의 대략 중앙위치에는 용접공(140`)이 형성될 수 있고, 상기 용접공(140`)을 통하여 용접기구(미도시), 예를 들어, 용접용 봉상 전극을 삽입하고 PTC 보호소자의 리드(120a)와 전극단자(31) 간에 저항용접의 일종인 스폿용접이 수행될 수 있다. 상기 용접공(140`)은 PTC 보호소자(120)와 전극단자(31)를 상부에서 직접 용접하기 위한 용도로 제공되며, 용접기구가 진입하기 위한 통로를 제공한다.
상기 PTC 보호소자(120)는 캡 플레이트(30)의 전극단자(31)와 보호회로기판(140) 사이에서 충방전 전류패스를 형성하며, 충방전 전류가 설정된 포인트를 벗어나면 전류를 강제적으로 감소시키는 기능을 한다.
상기 캡 플레이트(30)에는 상기 제1, 제2 리드부재(131,132)와의 접점을 형성하는 결합부재(51,52)가 끼워진다. 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트(30)와 다른 소재특성을 갖는 이형소재로 마련될 수 있고, 캡 플레이트(30)에 고정되어 제1, 제2 리드부재(131,132)와의 접점을 형성한다. 예를 들어, 상기 결합부재(51,52)는 제1, 제2 리드부재(131,132)와의 견고한 용접점을 형성할 수 있도록 용접 열에 대해 쉽게 뭉게지지 않는 내열 특성을 갖고, 용접에 의해 재질특성이 열화 내지 취화되지 않는 특성을 갖는다.
제1, 제2 리드부재(131,132)가 알루미늄 재질의 캡 플레이트(30) 자체에 그대로 용접되면, 용접 열에 취약한 알루미늄의 재질 특성상, 외부충격에 따라 용접부위의 뭉게짐 현상이 발생하며, 제1, 제2 리드부재(131,132)가 정 위치를 이탈하거나 탈락될 수 있다. 이로 인해, 보호회로모듈(150)이 정 위치에서 벗어나면서 보호회로모듈(150)을 통하여 위치 고정되는 상부 케이스(160)가 분리되는 등의 조립 불량이 발생하게 된다. 또한, 제1, 제2 리드부재(131,132)와 캡 플레이트(30) 간의 접촉저항이 증가하여 충방전 경로의 저항이 증가한다.
예시된 실시형태에서는 캡 플레이트(30)와 다른 이형재질의 결합부재(51,52)를 통하여 보호회로모듈(150)이 용접 결합됨으로써 보호회로모듈(150)의 결합강도가 향상되고, 충방전 경로의 전기저항이 감소하게 됨으로써 배터리 팩의 전기적인 출력특성이 향상된다.
상기 결합부재(51,52)는 용접에 대한 내성이 강하면서도 제1, 제2 리드부재(131,132)와의 용접성이 우수한 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1, 제2 리드부재(131,132)와 동종의 니켈소재 내지 니켈성분을 함유한 금속소재로 형성될 수 있다.
도 3은 캡 플레이트(30)와 결합부재(51,52) 간의 조립상태를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다. 예를 들어, 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트(30)의 하방으로부터 캡 플레이트(30)를 관통하도록 끼워진다. 상기 캡 플레이트(30)에는 결합부재(51,52)가 관통하는 조립 홀(30`)이 형성될 수 있으며, 상기 조립 홀(30`)은 제1, 제2 리드부재(131,132)의 결합위치에 대응하여 캡 플레이트(30)의 양단 측에 쌍으로 형성될 수 있다. 결합부재(51,52)는 각각의 조립 홀(30`)에 끼워지도록 제1, 제2 결합부재(51,52)를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트(30) 내에 억지끼워맞춤(interference fit)으로 고정될 수 있으며, 결합부재(51,52)와 캡 플레이트(30) 간의 틈새를 허용하지 않음으로써 전해질의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트(30)의 제1 면(바닥면 30a)으로부터 끼워지고, 캡 플레이트(30)의 두께(t)를 관통하여 결합부재(51,52)의 일부가 제2 면(상면 30b)으로 노출되며, 노출된 부분을 통하여 리드부재(131,132)가 결합된다. 다른 실시형태로서, 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트(30)를 관통하지 않고, 캡 플레이트(30)의 두께(t) 이내에서 캡 플레이트(30) 내에 매립되도록 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 결합부재(51,52)는 캡 플레이트의 제2 면(상면 30b)으로부터 끼워지며, 리드부재(131,132)를 관통하여 캡 플레이트(30)의 두께방향을 따라 소정위치까지만 끼워지며 제1 면(바닥면 30a)으로 노출되지는 않는다.
상기 결합부재(51,52)는 전체적으로 핀 형상으로 형성될 수 있으며, 리드부재(131,132)와의 접점을 형성하며 리드부재(131,132)에 결합되는 제1 부분(51a,52a)과, 상기 제1 부분(51a,52a)으로부터 단차지게 연장되어 걸림턱을 형성하는 제2 부분(51b,52b)을 포함하는 2단 구조로 형성될 수 있다. 일 실시형태로서, 상기 제1 부분(51a,52a)은 상대적으로 소경부를 구성하고 캡 플레이트(30)로부터 소정높이(h)로 돌출될 수 있다. 다른 실시형태로서, 상기 제1 부분(51a,52a)의 상면은 캡 플레이트(30)와 동일한 면을 형성하거나 또는 캡 플레이트(30)에 대해 오목한 면을 형성할 수도 있다. 후자의 경우, 결합의 상대편인 리드부재(131,132)는 제1 부분(51a,52a)과 맞닿을 수 있도록 상보적으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 부분(51b,52b)은 상대적으로 대경부를 구성하고, 캡 플레이트(30)에 대해 걸림턱을 형성하고 조립 홀(30`)을 통하여 결합부재(51,52)가 빠져나가지 않도록 스톱퍼의 기능을 한다. 2단 형상의 결합부재(51,52)와 밀착되도록 상기 조립 홀(30`)은 소경부와 대경부를 갖춘 계단 형상의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 외부의 이물질이나 내부의 전해질은 결합부재(51,52)와 조립 홀(30`) 간의 경계를 타고 침입하거나 누출될 수 있는데, 결합부재(51,52)와 조립 홀(30`) 간에 단차진 경계면(S)을 형성함으로써 이물질의 침입이나 전해질의 누설이 효과적으로 차단될 수 있다.
예를 들어, 상기 결합부재(51,52)는 제1 부분(51a,52a)을 상부로 하고 제2 부분(51b,52b)을 하부로 하여, 캡 플레이트(30)의 하방으로부터 끼워진다. 그리고, 캡 플레이트(30)의 결합부재(51,52)에 대응되는 위치에는 리드부재(131,132)가 안착된다. 이때, 상기 리드부재(131,132)에는 결합 홀(131`,132`)이 형성될 수 있으며, 결합 홀(131`,132`)을 통해 결합부재(51,52)에 끼워짐으로써 리드부재(131,132)가 가 고정될 수 있다. 가 고정된 리드부재(131,132)와 결합부재(51,52)의 경계를 따라 용접이 수행될 수 있으며, 원호형상이나 원형의 용접영역(W)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 리드부재(131,132)와 결합부재(51,52) 사이에는 레이저 용접이 수행될 수 있다.
상기 조립 홀(30`)에는 캡 플레이트(30) 내부를 실링하기 위한 가스켓이 끼워질 수 있다. 가스켓이 적용된 실시형태가 도 5에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 조립 홀(30`)의 단차 부분에 링 형상의 가스켓(55)이 안착되고, 결합부재(51,52)가 가스켓(55)을 거쳐 캡 플레이트(30)를 관통하도록 조립된다. 상기 가스켓(55)의 구조는 다양하게 변형될 수 있으며, 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 결합부재(51,52)의 측면을 감싸도록 결합부재(51,52)의 길이방향을 따라 연장되는 링 형상의 가스켓(155)이 마련될 수 있으며, 상기 결합부재(51,52)는 가스켓(155)을 개재하여 조립 홀(30`)의 내벽에 억지끼워맞춤으로 조립될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 결합부재(151,152)와 캡 플레이트(30) 간의 조립상태를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 결합부재(151,152)는 캡 플레이트(30)의 양단 측에 끼움 결합되며, 억지끼워맞춤(interference fit)으로 고정될 수 있다.
상기 결합부재(151,152)는 캡 플레이트(30)로부터 노출된 일부를 통하여 리드부재(131,132)와의 결합을 형성하는 제1 부분(151a,152a)과, 상기 제1 부분(151a,152a)으로부터 계단형상으로 단차지게 연장되어 캡 플레이트(30)에 대한 걸림턱을 형성하는 제2 부분(151b,152b)을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 부분(151a,152a)은 캡 플레이트(30)로부터 소정높이(h)로 돌출될 수 있다. 다른 실시형태로서, 제1 부분(151a,152a)의 상면이 캡 플레이트(30)와 동일한 면을 이루거나, 또는 캡 플레이트(30)에 대해 오목한 면을 형성할 수 있다. 후자의 경우에, 결합의 상대편인 리드부재(131,132)가 제1 부분(151a,152a)과 맞닿을 수 있도록 상보적으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 제1 부분(151a,152a)은 테이퍼 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 상기 제1 부분(151a,152a)은 상방이 좁고 하방으로 넓게 확장되는 상협하광 형태로 형성될 수 있다. 테이퍼 진 제1 부분(151a,152a)을 통하여 조립 홀(30`) 내벽과의 접촉면적이 증대될 수 있고, 제1 부분(151a,152a)과 조립 홀(30`) 간의 긴밀한 접촉을 통하여 전해질의 누출이 효과적으로 억제될 수 있다. 상기 제1 부분(131a,132a)으로부터 단차를 형성하며 연장되는 제2 부분(131b,132b)은 결합부재(151,152)가 캡 플레이트(30)의 두께방향으로 정 위치를 이탈하지 않도록 스톱퍼의 기능을 하고, 외부 물질의 침투를 저지하고 전해질의 누설을 방지하도록 조립 홀(30`)과의 단차진 경계를 형성한다. 상기 조립 홀(30`)은 테이퍼 진 결합부재(151,152)와 형합하도록 형성된다. 상기 조립 홀 내에는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 유사하게 가스켓이 장착될 수 있다.
캡 플레이트(30) 상의 결합부재(151,152)에 대응되는 위치에는 리드부재(131,132)가 안착될 수 있으며, 상기 리드부재(131,132)는 결합 홀(131`,132`)을 통하여 결합부재(151,152)의 측면에 끼워질 수 있다. 리드부재(131,132)와 결합부재(151,152)의 경계를 따라 용접이 수행될 수 있으며, 예를 들어, 레이저 용접이 수행될 수 있다. 예를 들어, 원호형상이나 원형의 용접영역(W)을 통하여 리드부재(131,132)가 캡 플레이트(30) 상에 결합될 수 있으며, 리드부재(131,132)와 캡 플레이트(30) 간의 전도성 결합을 통하여 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 결합부재(151,152)는 리드부재(131,132)와의 용접성을 고려하여 같은 계열의 금속으로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로, 니켈 금속 또는 니켈금속의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 리드부재(231a,232a)의 결합구조를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 보호회로기판(140)에 접속된 일부로부터 연장되는 리드부재(231,232)는 캡 플레이트(30) 상에 안착되고 결합부재(51,52)에 대해 용접된다. 예를 들어, 결합부재(51,52)의 상면은 캡 플레이트(30)와 실질적으로 동일한 면을 이루도록 캡 플레이트(30)로부터 노출될 수 있다.
상기 리드부재(231,232)에는 결합부재(51,52)를 향하여 볼록하게 돌출된 돌출부(231a,232a)가 형성된다. 결합부재(51,52)와 맞닿는 리드부재(231,232)의 용접 면에 돌출부(231a,232a)를 형성함으로써 용접 열을 상기 돌출부(231a,232a)에 집중시키고 용접의 효율성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 리드부재(231,232)와 결합부재(51,52)는 전기저항용접으로 상호 결합될 수 있다. 이때, 서로 맞닿게 놓여진 리드부재(231,232)와 결합부재(51,52)의 상하로는 반대극성의 용접전극(R1,R2)이 적용될 수 있고, 용접전극(R1,R2)을 통하여 인가된 용접전류는 돌출부(231a,232a)의 협소한 면적을 통하여 흐르며 주울 가열(joule heating)로 국부적으로 리드부재(231,232)를 용융시켜서 결합부재(51,52)와의 용접성을 향상시킬 수 있다.
도시된 실시형태에서, 상기 돌출부(231a,232a)는 리드부재(231,232)의 전체적인 두께는 대략 균일하게 유지하되, 프레스 가공 등을 통하여 상면과 하면이 동시에 볼록하게 돌출되어 돌출부(231a,232a)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태로서, 상기 돌출부(231a,232a)는 리드부재(231,232)의 두께를 변화시킴에 따라 형성될 수 있으며, 리드부재(231,232)의 상면에 대해 하면의 프로파일이 변화하여 돌출부(231a,232a)가 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 결합부재와 캡 플레이트의 조립구조를 보여주는 도면이다. 도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다. 도면을 참조하면, 리드부재(131,132)가 안착된 캡 플레이트(30)의 양편으로 결합부재(251,252)가 끼워진다. 이때, 결합부재(251,252)는 캡 플레이트(30)의 제2 면(상면 30b)으로부터 끼워지며, 결합부재(251,252)의 선단은 리드부재(131,132)를 관통하여 캡 플레이트(30)의 두께(t) 내에 위치하게 된다. 즉, 상기 결합부재(251,252)는 캡 플레이트(30)를 관통하여 제1 면(바닥면 30a)으로 노출되지 않고, 캡 플레이트(30)의 두께(t) 이내에서 캡 플레이트(30) 내에 매립된다.
일 실시형태로서, 상기 결합부재(251,252)는 리드부재(131,132)와 결합을 형성하고 캡 플레이트(30)에 대해 걸림턱을 형성하는 제1 부분(251a,252a)과, 상기 제1 부분(251a,252a)으로부터 캡 플레이트(30)의 두께방향으로 연장되며 캡 플레이트(30) 내에 끼워지는 제2 부분(251b,252b)을 포함한다. 상기 제2 부분(251b,252b)은 제1 부분(251a,251b)으로부터 협폭으로 단차지게 연장될 수 있으며, 제1 부분(251a,252a)은 조립 홀(30`) 주변의 캡 플레이트(30)에 의해 지지될 수 있다.
예를 들어, 상기 결합부재(251,252)는 리드부재(131,132)의 상방으로부터 끼워질 수 있으며, 리드부재(131,132)의 결합 홀(131`,132`)과 캡 플레이트(30)의 조립 홀(30`)을 관통하여 억지끼워맞춤(interference fit) 될 수 있다. 리드부재(131,132)와 결합부재(251,252)가 가 고정된 상태에서, 이들의 경계를 따라 레이저 용접이 수행될 수 있다. 이때, 결합부재(251,252)와 접하는 리드부재(131,132) 및 캡 플레이트(30)는 원호형상 또는 원형의 용접영역(W)을 따라 다 함께 용접될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 리드부재(131,132)의 결합구조를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 캡 플레이트(30) 상에 안착된 리드부재(131,132) 위로 결합부재(351,352)가 끼워진다. 이때, 상기 결합부재(351,352)의 제1 부분(351a,352a)은 리드부재(131,132) 위에 겹쳐지도록 결합 홀(131`,132`) 보다 넓은 폭으로 형성되고, 결합 홀(131`,132`) 주위를 덮는다. 상기 제1 부분(351a,352a)으로부터 단차지게 연장되는 제2 부분(351b,352b)은 캡 플레이트(30)의 조립 홀(30`) 내에 끼워진다. 결합부재(351,352)의 제1 부분(351a,352a)과 리드부재(131,132), 그리고 캡 플레이트(30)는 서로에 대해 겹쳐지도록 배치되고, 결합부재(351,352)의 제1 부분(351a,352a) 상으로 용접을 수행함으로써 이들을 일체화시킬 수 있다.
상기 결합부재(351,352)가 리드부재(131,132) 및/또는 캡 플레이트(30)와 억지끼워맞춤된 가 고정 상태에서 용접이 수행될 수 있으며, 또는 억지끼워맞춤에 의하지 않고 단순히 결합부재(351,352)의 자중에 의해 가 고정된 상태에서 용접이 수행될 수도 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 베어 셀(100) 상에 탑재된 보호회로모듈(150)을 수용하도록 베어 셀(100) 상으로 상부커버(160)가 조립된다. 상부커버(160)에는 보호회로기판(140)의 외부접속단자(145)를 노출시키고, 외부기기와의 접속을 허용하기 위한 개구 패턴(160`)이 형성될 수 있다. 상부커버(160)와 보호회로모듈(150) 사이에는 양면 테이프(미도시)가 개재되어 양자 간의 결합을 매개할 수도 있다.
배터리 팩의 최종적인 조립단계에서는, 이면에 접착제를 도포한 절연성 라벨시트(180)를 이용하여 베어 셀(100)의 외주 면을 감싸게 된다. 이때, 베어 셀(100)과 함께 상기 슬리브(168)에도 라벨시트(180)가 감겨 부착되고, 라벨시트(180)에 의해 상부커버(360)와 베어 셀(100)의 외면 결속이 강화될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 전극조립체 11 : 양극판
13 : 음극판 15 : 세퍼레이터
17 : 양극탭 19: 음극탭
20 : 캔 30 : 캡 플레이트
31 : 캡 플레이트의 전극단자 35 : 안전 벤트
100 : 베어 셀 120 : PTC 보호소자
120a, 120b : PTC 보호소자의 리드
131, 132, 231,232 : 제1, 제2 리드부재
140 : 보호회로기판 140` : 용접공
141 : 제1 패드 142 : 제2 패드
145 : 외부접속단자 150 : 보호회로모듈
151,152,251,252,351,352 : 제1, 제2 결합부재
151a,152a,251a,252a,351a,352a : 결합부재의 제1 부분
151b,152b,251b,252b,351b,352b : 결합부재의 제2 부분
160 : 상부커버 160`: 개구 패턴
170 : 하부커버 171 : 접착수단
180 : 라벨시트 R : 용접기구
R1, R2 : 용접전극
13 : 음극판 15 : 세퍼레이터
17 : 양극탭 19: 음극탭
20 : 캔 30 : 캡 플레이트
31 : 캡 플레이트의 전극단자 35 : 안전 벤트
100 : 베어 셀 120 : PTC 보호소자
120a, 120b : PTC 보호소자의 리드
131, 132, 231,232 : 제1, 제2 리드부재
140 : 보호회로기판 140` : 용접공
141 : 제1 패드 142 : 제2 패드
145 : 외부접속단자 150 : 보호회로모듈
151,152,251,252,351,352 : 제1, 제2 결합부재
151a,152a,251a,252a,351a,352a : 결합부재의 제1 부분
151b,152b,251b,252b,351b,352b : 결합부재의 제2 부분
160 : 상부커버 160`: 개구 패턴
170 : 하부커버 171 : 접착수단
180 : 라벨시트 R : 용접기구
R1, R2 : 용접전극
Claims (19)
- 캡 플레이트에 의해 봉지된 베어 셀;
상기 캡 플레이트 상에 장착되는 보호회로모듈;
상기 캡 플레이트와 보호회로모듈을 연결하는 리드부재; 및
상기 캡 플레이트에 끼워지고, 상기 리드부재와의 용접 결합을 형성하는 결합부재;를 포함하고,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트를 관통하도록 끼워지며,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 일면으로부터 끼워지고, 캡 플레이트의 타면으로 노출된 일부가 상기 리드부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트와는 다른 이형소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 결합부재는 상기 리드부재와 동종의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제4항에 있어서,
상기 결합부재는 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트에 억지끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 리드부재의 결합부재와의 결합 면에는 결합부재를 향하여 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 두께방향을 따라 적어도 일부에서 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 결합부재는,
상기 리드부재에 결합되는 제1 부분; 및
상기 제1 부분으로부터 단차지게 연장되어, 상기 캡 플레이트에 대한 걸림턱을 형성하는 제2 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 리드부재의 결합부재에 대응되는 위치에는 결합 홀이 형성되고, 상기 리드부재는 상기 결합 홀을 통하여 상기 결합부재에 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 캡 플레이트에 의해 실링된 베어 셀;
상기 캡 플레이트 상에 장착되는 보호회로모듈;
상기 보호회로모듈에 연결된 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 연장되어 상기 캡 플레이트 상에 안착되는 제2 부분을 갖는 리드부재; 및
상기 캡 플레이트의 두께방향으로 연장되어 상기 리드부재에 용접 결합되고, 상기 캡 플레이트와는 다른 이형소재를 포함하는 결합부재;를 포함하고,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트를 관통하도록 끼워지며,
상기 결합부재는 상기 캡 플레이트의 일면으로부터 끼워지고, 캡 플레이트의 타면으로 노출된 일부가 상기 리드부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제17항에 있어서,
상기 결합부재는 상기 리드부재와 동종의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제18항에 있어서,
상기 결합부재는 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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