KR101132166B1 - 제조 공정성이 향상된 이차전지 팩 및 ｐｔｃ 소자 - Google Patents

제조 공정성이 향상된 이차전지 팩 및 ｐｔｃ 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀; 상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 하기 접속부재들과 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재; 과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있으며, 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈; 상기 전지셀과 보호회로 모듈의 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속부재; 및 상기 접속부재들과 보호회로 모듈이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡; 을 포함하고 있으며, 상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나 이상의 돌출 체결구가 돌출되어 있으며, 상기 접속부재들의 일측 단부에는 상기 돌출 체결구가 하부로부터 탄력적으로 삽입될 수 있도록 상향 만입형 구조로 절곡되어 있는 절곡 체결구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈에는 상기 절곡 체결구가 삽입되어 보호회로에 연결되는 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 절연성 장착부재의 돌출 체결구가 접속부재의 절곡 체결구의 상향 만입홈에 삽입된 상태에서, 상기 절곡 체결구가 보호회로 모듈의 관통홈에 연속됨으로써, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 모듈의 결합이 이루어지는 구조의 이차전지 팩을 제공한다.

Description

제조 공정성이 향상된 이차전지 팩 및 ＰＴＣ 소자 {Secondary Battery Pack and PTC Element of Excellent Productability}
본 발명은 제조 공정성이 향상된 이차전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재, 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈, 전지셀과 보호회로 모듈의 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속부재, 및 절연성 캡을 포함하고 있으며, 상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나 이상의 돌출 체결구가 돌출되어 있으며, 상기 접속부재들의 일측 단부에는 상기 돌출 체결구가 하부로부터 탄력적으로 삽입될 수 있도록 상향 만입형 구조로 절곡되어 있는 절곡 체결구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈에는 상기 절곡 체결구가 삽입되어 보호회로에 연결되는 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 절연성 장착부재의 돌출 체결구가 접속부재의 절곡 체결구의 상향 만입홈에 삽입된 상태에서, 상기 절곡 체결구가 보호회로 모듈의 관통홈에 연속됨으로써, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 모듈의 결합이 이루어지는 구조의 이차전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 어플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
일반적으로 PCM은 인쇄회로기판(PCB)에 전계 효과 능동소자(FET; Field Effect Transistor)와, 전압 검출기, 축전기 등의 소자가 결합되어 있는 구조로 이 루어져 있고, 이러한 PCM을 포함하는 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 따라서, 상기와 같은 접속 및 절연 구조를 형성하기 위해서는, PCM을 전지셀에 전기적으로 연결하기 위한 용접, 솔더링 작업 등을 반복적으로 수행하여야 하고, 다수 개의 절연성 장착부재들이 요구되므로, 전지의 조립공정이 복잡해지는 단점을 가지고 있다. 또한, 다수의 접속 및 절연 부재들이 사용된 상태에서 전지셀에 대한 PCM의 장착 구조가 안정적이지 못하므로, 전지팩에 물리적 충격이 가해질 경우, 쇼트 등을 유발하여 발화 및 폭발 등 안전성에 문제를 일으킬 수 있다.
따라서, 적은 수의 부재들을 사용함으로써 조립 공정이 용이하면서, 동시에 전지팩의 구조적 안정성을 향상시키기 위한 다양한 기술들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들에 대한 일부 예들을 살펴보면 하기와 같다.
우선, 일본 특허출원공개 제2006-236879호는 전지셀, 충방전 안전회로를 포함하며 전지의 일측 단면 상에 배치되는 회로기판, 외부접속단자가 장착된 단부 케이스를 구비한 전지팩으로서, 회로기판을 단부 케이스의 내부에 수용 배치하고, 단부 케이스의 양단부에 헤드 부분이 결합하여 관통되는 나사의 선단부를 전지의 일측 단면의 양단부에 나사 결합에 의해 고정한 전지팩을 개시하고 있다.
또한, 한국 특허출원공개 제2006-0032591는 재충전식 전지에 있어서, 양 단부를 가지고, 복수의 접촉 개구부, 복수의 테스트 개구부, 상기 양 단부에 각각 구비되는 나사 개구부, 및 상기 양 단부에 각각 구비되는 포지션 노치를 가지는 커버; PCB에 위치하고, 상기 PCB는 제 1측에 상기 전지와 접촉하기 위한 접점 및 상 기 전지를 테스트하기 위한 테스트 점을 가지는 전지 보호회로; 및 전지 코어를 포함하되, 상기 전지 코어는 외부 쉘을 구비하고, 상기 전지 코어를 밀봉하기 위해 상기 전지 코어의 상기 외부 쉘에 용접된 상측 평판을 구비하고, 상기 상측 평판은 단자, 릴리스 밸브, 충전 홀, 포지션 홀, 및 나사 홀을 구비하며, 상기 커버는 상기 전지 보호회로를 감싸고, 상기 커버 및 상기 전지 보호회로는 상기 전지 코어에 고정되어 통합 전지를 형성하며, 상기 PCB는 상기 전지 보호회로를 상기 전지 코어에 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 접촉 구조를 구비하는 제 2측을 가지는 재충전식 전지를 개시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술들은 단부 케이스의 양 단부에 머리 부분이 결합하여 관통되는 나사로 일단면을 고정하는 기술과, 전지 상단의 PCB가 그 보호회로를 전지 코어에 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 접촉 구조를 구비하는 제 2측을 가지도록 하는 기술로서, 보호회로와 전지셀 간의 전기적 접촉이 불안정해져 접촉 저항이 증가함으로써, 전지의 안전성에 문제가 발생할 수 있으며, 전지팩의 구조적 안정성이 소망하는 수준에 미치지 못하는 단점을 가지고 있다.
따라서, 전지셀의 상단에 장착되는 부재의 수를 줄이고 솔더링, 용접 공정수를 최소화하여 조립공정을 단순화할 수 있으면서, 전체적으로 구조적 안정성이 우수한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재, 접속부재들 및 보호회로 모듈을 특정한 형태의 체결 구조에 의해 결합하는 것으로 이차전지 팩을 구성하는 경우, 전지팩의 조립 공정을 크게 단순화시킬 수 있으며, 전지팩의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 전지셀, 전지셀 상단의 절연성 장착부재, 접속부재들, 및 보호회로 모듈이 특정한 체결 구조에 의해 결합되는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 팩은,
양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀;
상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 하기 접속부재들과 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재;
과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있으며, 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈;
상기 전지셀과 보호회로 모듈의 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속부재; 및
상기 접속부재들과 보호회로 모듈이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하고 있으며,
상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나 이상의 돌출 체결구가 돌출되어 있으며, 상기 접속부재들의 일측 단부에는 상기 돌출 체결구가 하부로부터 탄력적으로 삽입될 수 있도록 상향 만입형 구조로 절곡되어 있는 절곡 체결구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈에는 상기 절곡 체결구가 삽입되어 보호회로에 연결되는 관통홈이 형성되어 있으며,
상기 절연성 장착부재의 돌출 체결구가 접속부재의 절곡 체결구의 상향 만입홈에 삽입된 상태에서, 상기 절곡 체결구가 보호회로 모듈의 관통홈에 연속됨으로써, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 모듈의 결합이 이루어지는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지셀, 절연성 장착부재 및 절연성 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 모듈의 결합이 절연성 장착부재의 돌출 체결구가 접속부재의 절곡 체결구의 상향 만입홈에 삽입된 상태에서, 상기 절곡 체결구가 보호회로 모듈의 관통홈에 연속되어 삽입함으로써 달성되므로, 전체적으로 간단한 결합 방식으로 조립 과정이 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 절연성 장착부재, 접속부재 및 보호회 로 모듈의 구조가 상호간 기계적 체결이 용이하도록 형성되어 있으므로, 다수의 용접 또는 솔더링 작업 등을 필요로 하는 종래의 구조와 비교하여 제조 공정을 단순화시키고 매우 안정적인 결합구조를 구현할 수 있다.
상기 전지케이스는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도가 요구되므로, 금속 소재의 캔일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 캔일 수 있다.
상기 접속부재는 전극단자와 보호회로 모듈을 전기적으로 연결하는 기능 외에 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 기능을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 접속부재들 중 하나는 PTC 소자와 결합되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 전지팩이 내부 단락 등의 원인으로 온도가 급상승할 경우, PTC 소자와 결합된 상기 접속부재는 전지팩의 상단 어셈블리에서 전류를 차단하는 역할을 함으로써, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연성 장착부재와 접속부재는 상호 간에 견고하게 결합될 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직한 바, 일 예로, 절연성 장착부재의 상단면에는 상기 돌출 체결구 이외에 또 다른 체결구('보조 체결구')가 추가로 형성되어 있고, 상기 접속부재에는 상기 보조 체결구가 결합되는 체결홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 절연성 장착부재의 보조 체결구에 접속부재의 체결홈을 결합함으로써, 설계상의 정위치에서 접속부재를 절연성 장착부재에 안정적이고 견고하게 고정시킬 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 체결홈은 보조 체결구와 용이하게 결합될 수 있는 형 상이면 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 보조 체결구의 수평 단면에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는, 전지셀의 폭 방향으로 형성된 슬릿 형태일 수 있다.
상기와 같이 슬릿 형태로 이루어진 체결홈 구조는, 절연성 장착부재의 보조 체결구가 체결홈에 슬릿 길이에 대응하는 오차 범위에서 삽입될 수 있으므로, 제조과정 또는 설계 상에 오차가 발생하더라도 접속부재와 절연성 장착부재의 결합이 가능하게 된다.
본 발명에서, 상기 절연성 장착부재의 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구는 접속부재의 절곡 체결구 및 체결홈에 삽입되어 고정되는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구가 금속 소재로 이루어져 있고, 그것의 하부가 절연성 장착부재에 매립되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 하부가 절연성 장착부재에 매립된 상태에서 금속 소재의 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구는 소정의 강성을 가지면서 접속부재의 절곡 체결구 및 체결홈과 높은 결합 체결력을 발휘한다.
이러한 구조의 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구는 절연성 장착부재의 성형시 일체화로 형성될 수 있으며, 일 예로, 인서트 사출성형 방식에 의해 절연성 장착부재와 동시에 형성됨으로써, 제조 공정수를 절감할 수 있어 바람직하다. 따라서, 상기 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구의 하부는 절연성 장착부재의 인서트 사출 성형시 매립된 구조로 제조될 수 있다.
그러나, 돌출 체결구 및/또는 보조 체결구가 절연성 장착부재와 동일한 소재로서 절연성 장착부재의 성형시 형성될 수도 있음은 물론이다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 돌출 체결구가 형성되어 있는 절연성 장착부재의 부위는 양측 단부 방향으로 높이가 증가하는 단차 구조로 이루어져 있고, 접속부재는 상기 단차 구조에 대응하여 절곡되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 접속부재들을 절연성 장착부재의 정위치에 고정하는 과정을 더욱 용이하게 하며, 절연성 장착부재와 접속부재의 결합을 더욱 안정적으로 담보한다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 접속부재들 중 하나는 PTC 소자와 결합되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 예로서, 상기 접속부재들 중 PTC 소자와 결합되어 있는 접속부재('제 1 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 1 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 모듈에 연결되어 있으며, 다른 하나의 접속부재('제 2 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 2 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 모듈에 연결되어 있을 수 있다.
상기 구조에서, 더욱 바람직하게는, 보호회로 모듈에 연결되는 제 1 및 제 2 접속부재의 단부는, 절연성 장착부재 상에 탑재된 상태에서 보호회로 모듈에 연결될 수 있도록, 전지셀에 연결되는 단부보다 상대적으로 높은 위치에 형성되어 있을 수 있다.
상기 접속부재들은 보호회로 모듈에 접촉되는 부위에서 전기적 연결이 이루어질 수 있도록, 접속부재와 접하는 보호회로 모듈 부위에 보호회로가 연결된다. 이러한 접속부재는 가변성의 전도성 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람 직하게는 니켈 플레이트일 수 있다.
상기 절연성 장착부재는 앞서 언급한 바와 같이, 접속부재와 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로서 전지셀의 상단면에 직접 밀착되는 절연성의 소재로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 절연성 장착부재의 상단면은 접속부재들이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 접속부재들에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 돌출된 최외측 양측 단부에 절연성 캡과 결합되는 돌기가 형성된 구조일 수 있다. 이러한 구조는 절연성 장착부재의 상단면에서 접속부재의 장착공간을 용이하게 확보할 수 있고, 보호회로 모듈이 탑재된 상태에서 절연성 캡과의 결합을 더욱 안정적으로 이루게 된다.
전지셀에 대한 상기 절연성 장착부재의 안정적인 장착 구조가 만들어질 수 있도록, 절연성 장착부재는 접착제에 의한 부착 방식, 상호 대응 부위에서의 기계적 체결 방식 등에 의해 전지셀에 결합될 수 있다.
상기 절연성 캡은 전지셀을 외부의 충격으로부터 보호하고 전지셀 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완함과 동시에 전기적 절연상태를 유지하는 역할을 수행하게 된다. 바람직하게는, 전지셀에 대한 결합력을 향상시킬 수 있도 록, 상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장된 구조일 수 있다. 이러한 효과를 극대화하기 위하여, 상기 절연성 캡의 하향 연장부는 전지셀 상단부의 외측면에 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 결합되어 있는 구조가 바람직하다.
상기 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡 이외에 하단부에도 별개의 절연성 캡(하단 캡)이 장착되는 구조일 수 있으며, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 구조일 수 있다. 이를 통해 외부 충격으로부터 전지셀을 보호하고 전기적 절연상태를 유지할 수 있다. 바람직하게는 상기 외장 필름은 절연성 캡의 하향 연장부를 감싸는 구조로 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 각형의 리튬 이차전지 셀일 수 있다.
본 발명은 또한, 이차전지 셀에 장착되는 PTC 소자로서, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 본체와, 상기 PCT 본체의 양측 단부에 부착되어 있는 한 쌍의 접속용 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트들 중의 하나에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 체결홈과, 보호회로 모듈과 결합하기 위한 절곡 체결구가 형성되어 있는 PTC 소자를 제공한다.
일반적으로, PTC 소자는 별도의 부재로서 전지셀 상단부에 전기적으로 연결된 상태로 장착된다. 따라서, 이러한 PTC 소자를 전지셀 외부에 장착하기 위해서는, 다수의 용접 또는 솔더링 작업 등 전지셀 및 보호회로 모듈과의 까다로운 결합공정이 행해져야 하고, 그와 동시에 장착을 위한 공간이 요구되는 등의 문제점들이 유발된다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 PTC 소자는, 일측 접속용 금속 플레이트에, 절연성 장착부재와 결합하기 위한 체결홈과, 보호회로 모듈과 결합하기 위한 절곡 체결구가 형성되어 있어서, 전지팩의 해당 부위에 용이하게 장착할 수 있고, 적어도 상기 일측 접속용 금속 플레이트는 용접, 솔더링 등이 아닌 기계적 체결구조에 의해 전기적 접속을 이룰 수 있으므로 전지팩의 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 전체적으로 전지팩의 크기 증가를 최소화할 수 있으므로 동일 규격 대비 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
상기 구조에서, PCT 소자가 절연성 장착부재 상에 안정적으로 탑재된 상태에서 보호회로 모듈과 용이하게 결합될 수 있도록, 바람직하게는, 상기 체결홈은 전지셀의 폭 방향으로 형성된 슬릿 형태이고, 상기 절곡 체결구는 접속부재의 일측 단부를 수직 상향/수평/수직 하향/수평으로 연속 절곡하여 형성될 수 있다.
따라서, 상기 체결홈은 절연성 장착부재와 결합되고, 절곡 체결구는 상향으로 돌출되어 있는 구조이므로, 절연성 장착부재의 해당 부위에 장착된 상태에서, 금속 플레이트의 상부에 위치하는 보호회로 모듈과 용이하게 결합될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도가 모 식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는 전지셀(150), 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어하는 보호회로 모듈(130), 상부에 보호회로 모듈(130)이 탑재되며 전지셀(150)의 상단면(158)에 장착되는 절연성 장착부재(120), 전지셀(150)과 보호회로 모듈(130)의 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속부재들(110, 112), 접속부재들(110, 112)과 보호회로 모듈(130)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 전지셀(150)의 상단부에 결합되는 절연성 상단 캡(160), 전지셀의 하단부에 결합되는 절연성 하단 캡(180), 및 전지셀(150) 케이스의 외면을 감싸며 부착되는 외장 필름(170)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(150)의 상단면(158)에는 전지케이스와 절연된 상태에서 상부로 돌출된 제 1 전극단자(152)가 형성되어 있고, 니켈 클래드로 이루어진 제 2 전극단자(154)가 형성되어 있다. 또한, 전지셀(150) 상단면(158)의 일측에 금속볼 및 고분자 수지 등에 의해 밀봉된 전해액 주입부(156)가 평면상 원형 형상으로 돌출되어 있다.
절연성 장착부재(120)는 접착 방식으로 전지셀(150)의 상단면(158)에 탑재되어 결합되며, 전지셀(150)의 돌출된 제 1 전극단자(152)가 상부로 노출될 수 있도록 절연성 장착부재(120)의 중앙 부위에 제 1 개구(123)가 형성되어 있고, 우측 부위에는 제 2 전극단자(154)의 상면이 노출될 수 있도록 제 2 개구(122)가 형성되어 있다.
절연성 상단캡(160)은 접속부재들(110, 112)과 보호회로 모듈(130)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 전지셀(150)의 상단부에 결합되며, 전지셀(150) 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있고, 상단면 일측에는 A/S 라벨(161)이 부착된다.
전지케이스의 외면에는 외부와 전기적 절연상태를 확보하고 제품의 정보를 표시하는 외장 필름(170)이 부착되어 있다. 열수축성 소재로 이루어진 외장 필름(170)은 튜브 형태로 제조되어 전지셀(150)을 감싼 후 열을 가하여 전지셀(150) 케이스 표면에 수축되면서 밀착되는 구조로 부착된다.
도 2에는 도 1의 이차전지 팩 상단을 확대한 부분 전개 모식도가 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 도 1의 이차전지 팩 상단에서 제 1 접속부재 및 제 2 접속부재를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
우선 도 2를 참조하면, 이차전지 팩의 상단부(200)는 절연성 장착부재(120), 한 쌍의 접속부재들(110, 112), 보호회로 모듈(130) 등으로 구성되어 있다.
절연성 장착부재(120)는 전지셀(150)의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지고 있고, 그것의 양측 단부에는 소정의 높이(H)로 상향 돌출된 돌기(126)가 형성되어 있고, 절연성 장착부재(120)의 상단면은 접속부재들(110, 112)이 장착되어 정위치에 고정될 수 있도록 접속부재들(110, 112)에 대응하는 형상으로 이루어져 있다.
다음으로, 도 2를 도 3 및 도 4 와 함께 참조하면, 절연성 장착부재(120)의 양측에는 접속부재들(110, 112)의 절곡 체결구들(1108, 1128)과 결합되는 한 쌍의 돌출 체결구(124), 및 접속부재들(110, 112)의 체결홈들(1106, 1126)에 삽입되는 한 쌍의 보조 체결구(121)가 형성되어 있다.
이러한 돌출 체결구들(124) 및 보조 체결구들(121)은 금속 소재로 이루어져 있고, 그것의 하부는 절연성 장착부재(120)에 매립된 상태로 형성되어 있다.
보호회로 모듈(130)은 접속부재들(110, 112)이 탑재된 절연성 장착부재(120)의 상부에 장착되고, 양 단부 부근에 접속부재들(110, 112)의 절곡 체결구들(1108, 1128)이 삽입되기 위한 관통홈들(132)이 천공되어 있다.
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하면, 한 쌍의 접속부재(110, 112)는 PTC 소자(1109)와 결합되어 있는 제 1 접속부재(110), 및 그렇지 않은 제 2 접속부재(112)로 이루어져 있다.
제 1 접속부재(110)의 일측 단부(1102)는 전지셀(150)의 제 1 전극단자(152)의 상면에 연결되고, 타측 단부(1104)는 보호회로 모듈(130)의 하면에 연결된다. 또한, 제 1 접속부재(110)는 PTC 소자(1109)와 결합되어 있어서, 전지팩 내부의 온도 상승 시 전류를 차단하여, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
제 2 접속부재(112)의 일측 단부(1122)는 전지셀(150)의 제 2 전극단자(154) 상면에 연결되고, 타측 단부(1124)는 보호회로 모듈(130)의 하면에 연결된다.
보호회로 모듈(130)에 연결되는 접속부재들(110, 112)의 일측 단부들(1104, 1124)은, 전지셀(150)의 전극단자들(152, 154)에 연결되는 단부들(1102, 1122)보다 상대적으로 높은 위치로 절곡되어 있으므로, 절연성 장착부재(120) 상에 탑재된 상태에서 보호회로 모듈(130)과 용이하게 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 접속부재들(110, 112)의 체결홈들(1106, 1126)은 설계 또는 조립 과정 에서 발생하는 오차를 허용할 수 있도록, 전지셀의 폭 방향(W)으로 형성된 슬릿 형상으로 이루어져 있고, 절곡 체결구들(1108, 1128)은 접속부재들(110, 112)의 일측 단부를 수직 상향/수평/수직 하향/수평으로 연속 절곡한 형상으로 이루어져 있다.
도 5에는 제 1 접속부재를 절연성 장착부재의 상단에 장착한 부분 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 절연성 장착부재(120)의 돌출 체결구(124)는 제 1 접속부재(110)의 절곡 체결구(1108)에 형성된 상향 만입홈(즉, 하부)에 삽입되어 있고, 보조 체결구(121)는 제 1 접속부재(110)의 체결홈(1106)을 관통하여 상부로 돌출되어 있다.
도 6 내지 도 9에는 도 1의 이차전지 팩을 조립하는 과정을 단계적으로 나타낸 부분 모식도들이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 접속부재(110)는 PTC 소자(1109)의 상면 및 하면에 절곡된 니켈 플레이트(1104)와 판상형 니켈 플레이트(1102)가 각각 결합되어 있는 구조로 이루어져 있고, 제 2 접속부재(112)는 판상형 니켈 플레이트(1122)가 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이차전지 팩을 조립하는 과정은, 먼저, 절연성 장착부재(120)를 전지셀(150)의 상단면에 접착 방식에 의해 부착하고, 제 1 접속부재(110)와 제 2 접속부재(112)를 하부 방향으로 도 7과 같이 절연성 장착부재(120) 상면에 장착한다.
이 과정에서, 도 5의 설명에 언급한 바와 같이, 절연성 장착부재(120)의 돌출 체결구들(124)은 접속부재들(110, 112)의 절곡 체결구들(1108, 1128)에 형성된 상향 만입홈에 삽입되고, 보조 체결구들(121)은 접속부재들(110, 112)의 체결홈들(1106, 1126)을 관통하여 상부로 돌출된다.
그런 다음, 제 1 접속부재(110)와 제 2 접속부재(112)의 일측 단부를 각각 전지셀(150)의 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(154) 상면에 위치시키고, 스폿 용접으로 접속부재들(110, 112)과 전극단자들(152, 154)을 전기적으로 연결시킨다.
다음으로, 도 8을 도 6과 함께 참조하면, 보호회로 모듈(130)을 접속부재들(110, 112)이 탑재되어 있는 절연성 장착부재(120) 상에 장착하고, 접속부재들(110, 112)의 절곡 체결구들(1108, 1128)이 보호회로 모듈(130)의 관통홈들(132)에 삽입됨으로써, 절연성 장착부재(120)에 대한 보호회로 모듈(130)과 접속부재들(110, 112)의 결합이 이루어진다.
마지막으로, 도 9를 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 보호회로 모듈(130), 접속부재들(110, 112)이 절연성 장착부재(120) 상에 탑재된 상태에서, 절연성 상단 캡(160)을 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 전지셀(150)의 상단부에 결합하고, 절연성 캡(160)의 하향 연장부(162)는 전지셀(150) 상단부의 외측면을 감싸면서 접착하여 이차전지 팩의 상부(200)를 완성하게 된다.
도 10에는 보호회로 모듈과 접속부재들의 결합을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 제 1 접속부재(110) 및 제 2 접속부재(112)의 절곡 체결부들(1108, 1128)은 보호회로 모듈(130)의 관통구들(132)에 삽입되어 있고, 접속부 재들(110, 112)의 일측 단부들(1101, 1121)은 각각 보호회로 모듈(130)의 하면에 탄력적으로 접촉되어 상호간의 전기적 연결이 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지팩 상단의 절연성 장착부재, 접속부재 및 보호회로 모듈이 특정 형태의 체결구조에 의해 결합이 이루어짐으로써, 조립 공정을 크게 단순화시킬 수 있고, 전지팩의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 이차전지 팩 상단을 확대한 부분 전개 모식도이다;
도 3은 도 1의 이차전지 팩 상단에서 제 1 접속부재를 확대한 모식도이다;
도 4는 도 1의 이차전지 팩 상단에서 제 2 접속부재를 확대한 모식도이다;
도 5는 제 1 접속부재를 절연성 장착부재의 상단에 장착한 부분 모식도이다;
도 6 내지 도 9는 도 1의 이차전지 팩을 조립하는 과정을 단계적으로 나타낸 부분 모식도들이다;
도 10은 보호회로 모듈과 접속부재들의 결합을 나타내는 모식도이다.

Claims (18)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀;
    상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 하기 접속부재들과 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재;
    과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있으며, 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈;
    상기 전지셀과 보호회로 모듈의 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속부재; 및
    상기 접속부재들과 보호회로 모듈이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
    을 포함하고 있으며,
    상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나 이상의 돌출 체결구가 돌출되어 있으며, 상기 접속부재들의 일측 단부에는 상기 돌출 체결구가 하부로부터 탄력적으로 삽입될 수 있도록 상향 만입형 구조로 절곡되어 있는 절곡 체결구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈에는 상기 절곡 체결구가 삽입되어 보호회로에 연결되는 관통홈이 형성되어 있으며,
    상기 절연성 장착부재의 돌출 체결구가 접속부재의 절곡 체결구의 상향 만입홈에 삽입된 상태에서, 상기 절곡 체결구가 보호회로 모듈의 관통홈에 연속됨으로 써, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 모듈의 결합이 이루어지는 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재들 중 하나는 PTC 소자와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 상단면에는 상기 돌출 체결구 이외에 또 다른 체결구('보조 체결구')가 형성되어 있고, 상기 접속부재에는 상기 보조 체결구가 결합되는 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 체결홈은 전지셀의 폭 방향으로 형성된 슬릿인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 i) 돌출 체결구, 또는 ii) 보조 체결구, 또는 iii) 돌출 체결구 및 보조 체결구는 금속 소재로 이루어져 있고, 그것의 하부가 절연성 장착부재에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 i) 돌출 체결구, 또는 ii) 보조 체결구, 또는 iii) 돌출 체결구 및 보조 체결구의 하부는 절연성 장착부재의 인서트 사출 성형시 매립되는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출 체결구가 형성되어 있는 절연성 장착부재의 부위는 양측 단부 방향으로 높이가 증가하는 단차 구조로 이루어져 있고, 접속부재는 상기 단차 구조에 대응하여 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 접속부재들 중 PTC 소자와 결합되어 있는 접속부재('제 1 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 1 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 모듈에 연결되어 있으며, 다른 하나의 접속부재('제 2 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 2 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 모듈에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 보호회로 모듈에 연결되는 제 1 및 제 2 접속부재의 단부는, 절연성 장착부재 상에 탑재된 상태에서 보호회로 모듈에 연결될 수 있도록, 전지셀에 연결되는 단부보다 상대적으로 높은 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 접속부재들은 니켈 플레이트인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀의 상단면과 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 상단면은 접속부재들이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 접속부재들에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 돌출된 최외측 양측 단부에 절연성 캡과 결합되는 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 하단부에는 또 다른 절연성 캡(하단 캡)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형의 리튬 이차전지 셀인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  17. 이차전지 셀에 장착되는 PTC 소자로서, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 본체와, 상기 PCT 본체의 양측 단부에 부착되어 있는 한 쌍의 접속용 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트들 중의 하나에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 체결홈과, 보호회로 모듈과 결합하기 위한 절곡 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 체결홈은 절지셀의 폭 방향으로 형성된 슬릿이고, 상기 절곡 체결구는 접속부재의 일측 단부를 수직 상향/수평/수직 하향/수평으로 연속 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
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