KR101255540B1

KR101255540B1 - 배터리 팩

Info

Publication number: KR101255540B1
Application number: KR1020110043069A
Authority: KR
Inventors: 백운성; 김종필; 박상진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2013-04-16
Also published as: KR20120089412A

Abstract

캔 내에 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하며, 캔은 캡 플레이트에 의하여 밀폐되는 개구가 형성된 배터리 셀;과, 배터리 셀의 탑부에서 배터리셀에 부착되며, 내부 공간을 가지는 탑 케이스;와 탑 케이스의 내부 공간에 배치된 보호 회로 보드를 포함하며, 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하되, 탑 케이스는 전극 조립체와 대향되는 탑부와, 서로 대향되는 한 쌍의 제 1 측부와, 한 쌍의 제 2측부를 포함하며, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부에는 가장자리가 형성되며, 가장자리의 일 부분에는 인입된 간섭 방지부가 형성되며, 인입된 간섭 방지부는 전극 탭을 전극 단자에 연결시키는 용접 위치와 대향되는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 배터리 셀에 대하여 보호 회로 모듈이 포함된 탑 케이스를 결합시키는 배터리 팩에 관한 것이다.

충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 셀룰라 폰, 랩탑 컴퓨터, 캠코더와 같은 소형의 모바일 디바이스나, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)와 같은 중대형의 디바이스의 에너지원으로 사용된다.

대표적인 이차 전지는 리튬 이차 전지가 있다. 리튬 이차 전지는 전극 조립체가 수용되는 케이스의 형상에 따라서 원통형 및 각형으로 된 캔형 이차 전지와, 유연성을 가지는 파우치형 이차 전지로 구분할 수 있다.

통상적으로, 전극 조립체를 수용하는 배터리 셀은 보호 회로 모듈(Protection Circuit Module, PCM)에 대하여 전기적으로 연결된다. 보호 회로 모듈에는 복수의 전극 탭이 구비되어 있다. 각형 이차 전지의 경우, 양극 탭은 배터리 셀의 캔이나 캡 플레이트에 전기적으로 연결되고, 음극 탭은 배터리 셀의 전극 단자에 전기적으로 연결된다. 보호 회로 모듈은 탑 케이스(Top Case)에 장착되고, 탑 케이스는 배터리 셀에 결합된다.

상기한 구조의 배터리 팩은 배터리 셀에 대하여 탑 케이스의 결합시 부품을 조립하는동안 야기되었던 용접 불량과 같은 조립 오차를 줄일 필요가 있다.

본 발명은 배터리 셀에 대하여 보호 회로 모듈을 포함하는 탑 케이스가 결합되는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 팩은,

캔 내에 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하며, 캔은 캡 플레이트에 의하여 밀폐되는 개구가 형성된 배터리 셀;과,

상기 배터리 셀의 탑부에서 배터리셀에 부착되며, 내부 공간을 가지는 탑 케이스;와

상기 탑 케이스의 내부 공간에 배치된 보호 회로 보드를 포함하며, 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하되,

상기 탑 케이스는 전극 조립체와 대향되는 탑부와, 서로 대향되는 한 쌍의 제 1 측부와, 한 쌍의 제 2측부를 포함하며, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부에는 가장자리가 형성되며,

상기 가장자리의 일 부분에는 인입된 간섭 방지부가 형성되며,

상기 인입된 간섭 방지부는 전극 탭을 전극 단자에 연결시키는 용접 위치와 대향된다.

일 실시예에 있어서, 탑 케이스의 대향되는 한 쌍의 제 1 측부는 대향되는 한 쌍의 제 2 측부보다 길게 형성된다.

일 실시예에 있어서, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부 각각에는 인입된 간섭 방지부를 가지는 가장자리를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 탭은 전극 단자를 보호 회로 모듈의 보호 회로 보드에 연결한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체는 세퍼레이터에 의하여 분리된 양극판과 음극판을 포함하고, 젤리-롤 구조로 감겨지고, 상기 전극 단자는 음극판에 연결된다.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 단자 주위의 캡 플레이트에는 절연체가 더 형성되고, 상기 절연체는 전극 단자를 캡 플레이트로부터 절연시킨다.

일 실시예에 있어서, 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에는 절연체와 대응되는 위치에 인입된 간섭 방지부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부의 각 가장자리에 인입된 간섭 방지부는 제 1 부분, 제 2 부분, 제 3 부분을 포함하며, 제 3 부분은 제 2 부분보다 복수의 한 쌍의 제 1 측부의 각 가장자리를 따라 더 인입되고, 제 2 부분은 제 1 부분보다 복수의 제 1 가장자리의 각 가장자리를 따라 더 인입되어서, 상기 제 3 부분은 제 2 부분내에 인입되고, 제 2 부분은 제 1 부분보다 더 인입된다.

일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 3 부분은 전극 단자에 대응된다.

일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 3 부분은 용접되는 위치와 대응된다.

일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 2 부분은 전극 단자를 캡 플레이트로부터 전기적으로 절연시키는 탑 케이스의 절연체의 위치와 대응되는 배터리 팩.

일 실시예에 있어서, 상기 탑 케이스는 한 쌍의 제 1 측부의 각 내벽으로부터 돌출하는 후크를 포함하는 위치 결정부를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 보호 회로 보드는 위치 결정부의 상부에 배열된다.

일 실시예에 있어서, 한 쌍의 제 1 측부중 하나의 내벽에 형성된 위치 결정부의 위치는 한 쌍의 제 1 측부중 다른 하나의 내벽에 형성된 위치 결정부의 위치와 대응된다.

일 실시예에 있어서, 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부의 각 내벽에는 복수의 위치 결정부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은,

일 실시예에 있어서, 캔 내에 배치된 전극 조립체와, 캔의 개구를 밀폐시키는 캡 플레이트를 포함하며, 캡 플레이트에 형성되며 전극 조립체에 연결된 전극 단자를 포함하는 배터리 셀;과,

상기 배터리 셀의 탑부에서 배터리 셀에 부착되는 탑 케이스;와,

탑 케이스의 내부 공간에 배열된 보호 회로 보드를 포함하며, 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈;과,

상기 전극 단자를 보호 회로 모듈에 전기적으로 연결하는 전극 탭;을 포함하되,

상기 탑 케이스는 내부 공간을 가지며, 상기 전극 조립체와 대향되는 탑부와, 서로 대향되는 한 쌍의 제 1 측부와, 한 쌍의 제 2 측부를 포함하며, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부에는 가장자리를 가지며, 상기 가장자리의 일 부분에는 간섭 방지부가 형성되며,

상기 전극 탭은 제 1 단과, 상기 제 1 단과 대향되는 제 2 단과, 상기 제 1 단과 제 2 단 사이의 절곡부를 가지며, 상기 탑 케이스의 간섭 방지부는 상기 전극 탭의 제 2 단과 대응되는 위치에 배열된다.

일 실시예에 있어서, 상기 절곡부는 절곡을 용이하게 하기 위하여 노치부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 탭의 제1 단은 보호 회로 보드에 부착되고, 제2 단은 전극 단자에 부착된다.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 탭이 캡 플레이트와 탑 케이스 내에 배치된 보호 회로 모듈 사이에 배열된다.

일 실시예에 있어서, 전극 탭은 전극 조립체가 탑 케이스 내의 보호 회로 모듈에 전기적으로 연결하는 동안에 탑 케이스가 캡 플레이트에 대하여 개폐가능하도록 회전하도록 형성된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 배터리 팩은 탑 케이스에 간섭 방지부가 형성되어 있으므로, 전극 단자에 대한 전극 탭의 용접시 간섭이 발생하지 않는다. 게다가, 탑 케이스에 위치 결정부가 형성되어 있으므로, 보호 회로 모듈을 용이하게 수용한 상태에서 전극 단자에 대한 전극 탭의 용접이 원할하게 이루어진다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 분리 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 배터리 셀과, 보호 회로 모듈을 수용한 탑 케이스를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절개 도시한 단면도,
도 5는 도 1의 배터리 팩이 결합된 사시도,
도 6은 도 1의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 절개 도시한 확대 측면도,
도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 절개 도시한 확대 측면도,
도 8은 도 1의 배터리 팩의 전극탭을 도시한 확대 측면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)을 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 보호 회로 모듈(130), 탑 케이스(150), 바텀 케이스(170), 및 아우터 케이스(190)를 포함한다.

상기 배터리 셀(110)은 전극 조립체(111)와, 상기 전극 조립체(111)를 수용하는 캔(112)과, 상기 캔(112)의 개구를 밀폐시키는 캡 플레이트(113)를 포함한다.

상기 전극 조립체(111)는 양극판(114), 음극판(115), 양극판(114) 및 음극판(115) 사이에 개재되는 세퍼레이터(116)를 포함한다.

상기 양극판(114)은 금속 호일로 된 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함한다. 상기 양극판(114)에는 양극 집전체에 대하여 양극 리드(117)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 리드(117)는 상기 캔(112)의 윗쪽으로 연장되어 있으며, 상기 캡 플레이트(112)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 리드(117)는 상기 캔(112)에 직접적으로 연결될 수 있다.

상기 음극판(115)은 금속 호일로 된 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함한다. 상기 음극판(115)에는 음극 집전체에 대하여 음극 리드(118)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 음극 리드(118)는 상기 캔(112)의 윗쪽으로 연장되어 있다. 상기 음극 리드(118)는 써멀 퓨즈(thermal fuse, 120)와 같은 보호 소자에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 써멀 퓨즈(120)는 음극 단자(119)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 써멀 퓨즈(120)는 전해액과의 반응을 차단하기 위하여 고분자층(121)에 의하여 감싸져 있다. 상기 음극 단자(119)의 둘레에는 가스켓(122)이 설치되어 있다. 상기 음극 단자(119)는 상기 가스켓(122)에 의하여 캡 플레이트(113)에 대하여 절연되어 있다. 상기 써멀 퓨즈(120)가 없을 경우, 상기 음극 리드(119)는 상기 음극 단자(119)에 직접적으로 연결될 수 있다.

상기 세퍼레이터(116)는 다공성의 절연재로서, 폴리에틸렌 또는 폴리 프로필렌 또는 이들의 복합 필름이 사용된다.

상기 전극 조립체(111)는 양극판(114), 음극판(115), 양극판(114) 및 음극판(115) 사이에 세퍼레이터(116)가 개재된 상태에서 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 와인딩된다.

와인딩된 전극 조립체(111)는 캔(112)의 내부에 삽입되어 있다. 상기 캔(112)은 상기 전극 조립체(111)를 수용할 수 있는 공간이 형성된 각형의 금속재이다. 상기 캔(112)은 알루미늄(Al)이나, 철(Fe)이나, 알루미늄 또는 철 합금과 같은 도전성의 금속재로 형성되며, 딥 드로잉(Deep drawing)과 같은 프레스 금형 공정에 의하여 제조가능하다.

상기 캔(112)의 개구는 캡 플레이트(113)에 의하여 밀폐되어 있다. 상기 캔(112)은 양극판(114), 양극 리드(117), 및 캡 플레이트(113)와 전기적으로 연결되는 것에 의하여 그 자체가 양극 단자의 역할을 한다.

상기 배터리 셀(110)과 탑 케이스(150) 사이에는 보호 회로 모듈(130)이 설치되어 있다. 상기 보호 회로 모듈(130)은 보호 회로 보드(Protection circuit board, 131)를 포함한다. 상기 보호 회로 보드(131)는 적어도 1층의 회로 패턴층이 적층된 인쇄 회로 기판(Printed circuit substrate)을 포함한다.

상기 보호 회로 보드(131) 상에는 복수의 전자 소자(132) 및 복수의 전극 출력 단자(133)가 실장되어 있다. 상기 전자 소자(132)는 IC 칩(Integrated Circuit Chip), FET(Field Effect Transistor), 저항기(Resistor), 커패시터(Capacitor), PTC 소자(134) 등을 포함한다. 상기 전극 출력 단자(133)는 양극 출력 단자(P+)와, 음극 출력 단자(P-)와, 저항 출력 단자(CF)를 포함한다.

상기 보호 회로 보드(131)의 양극 경로에는 배터리 셀(110)의 캡 플레이트(11)에 전기적으로 접속된 양극 탭(160)이 전기적으로 연결되고, 음극 경로에는 배터리 셀(110)의 음극 단자(119)에 전기적으로 접속된 음극 탭(140)이 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 배터리 셀(110)과 보호 회로 모듈(130)은 전기적으로 연결되어 있다.

이때, 상기 보호 회로 보드(131)의 음극 경로 상에는 PTC 소자(134)가 설치되어 있다. 상기 PTC 소자(134)는 폴리머와 도전성 입자를 구비한 안전 소자이다. 상기 PTC 소자(134)는 과도한 온도 상승이나, 과도한 전류가 흐를시 보호 회로 보드(131)와 음극 단자(119) 사이의 음극 경로를 강제적으로 차단한다. 상기 음극 탭(140)의 일단(또는 제 1 금속 박판, 143)은 상기 PTC 소자(134)에 연결되고, 상기 음극 탭(140)의 타단(또는, 제 2 금속 박판, 144)은 상기 음극 단자(119)에 연결되어 있다.

한편, 상기 캡 플레이트(113) 상에는 상기 PTC 소자(134)와 대응되는 부분에 절연 테이프(135)가 부착될 수 있다. 상기 캡 플레이트(113)는 양 전하를 띄므로, 상기 절연 테이프(135)는 음극 단자(119)가 캡 플레이트(113)와 전기적으로 절연되도록 한다.

상기 보호 회로 모듈(130)은 상기 탑 케이스(150) 내부에 수용되어 있다. 상기 탑 케이스(150)는 보호 회로 모듈(130)을 수용한 상태에서 상기 배터리 셀(110)의 상단부에 결합된다. 상기 탑 케이스(150)는 상기 보호 회로 모듈(130)을 외부 충격으로부터 보호하고, 보호 회로 보드(131)의 쇼트를 방지한다. 상기 탑 케이스(150)는 폴리 카보네이트와 같은 고분자 수지로 된 성형체가 바람직하다. 상기 탑 케이스(150)에는 상기 전극 출력 단자(133)가 상기 탑 케이스(150)의 외부로 노출될 수 있는 복수의 전극 출력 단자 홀(151)이 형성되어 있다.

상기 바텀 케이스(170)는 상기 배터리 셀(170)의 하단부를 감싸고 있다.

상기 배터리 셀(110)은 아우터 케이스(190)에 의하여 감싸져 있다. 상기 아우터 케이스(190)는 접착제와 라벨(191)이 부착된 파우치가 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 배터리 팩(100)의 제조 과정은 다음과 같다.

양극판(114), 음극판(115), 그 사이에 세퍼레이터(116)를 개재한 상태로 젤리-롤 형으로 와인딩하는 것에 의하여 전극 조립체(111)를 제조하게 된다. 상기 전극 조립체(111)는 캔(112)의 내부에 삽입된다. 상기 캔(112)의 개구는 캡 플레이트(113)로 밀봉시키게 된다. 상기 캔(112)에 대하여 캡 플레이트(113)의 접합되는 부분을 용접하게 된다.

이때, 상기 양극판(114)으로부터 연장된 양극 리드(117)는 상기 캡 플레이트(113)의 아랫면에 용접되고, 상기 음극판(115)으로부터 연장된 음극 리드(118)는 써멀 퓨즈(120)에 전기적으로 연결되고, 상기 써멀 퓨즈(120)는 상기 음극 단자(119)에 용접된다.

이와는 별도로, 상기 보호 회로 모듈(130)은 상기 탑 케이스(150)의 내부로 삽입하는 것에 의하여 서브 어셈블리로 제조된다.

이어서, 상기 탑 케이스(150)를 상기 배터리 셀(110) 상부에 위치시키고, 상기 음극 탭(140)을 상기 음극 단자(119)에 용접하게 된다. 용접이 완료된 다음에는 상기 탑 케이스(150)는 상기 배터리 셀(110)에 결합시킨다.

다음으로, 상기 탑 케이스(150)에 형성된 스크류 홀(152)을 통하여 스크류(153)를 나사 결합시키는 것에 의하여 상기 캡 플레이트(113)에 대하여 상기 양극 탭(160)을 전기적으로 연결시킨다. 상기 스크류 홀(152)에는 접착제(154)로 충진시킨다.

상기 배터리 셀(110)의 하단부에는 접착제(171)에 의하여 상기 바텀 케이스(170)가 결합된다. 상기 배터리 셀(110)의 외면은 아우터 케이스(190)에 의하여 감싸진다. 상기 아우터 케이스(190)의 외면에는 상기 배터리 팩(100)에 대한 정보를 인식하기 위하여 라벨(191)이 부착된다.

상기와 같은 조립 과정을 통하여 도 5에 도시된 배터리 팩(100)이 완성된다.

여기서, 상기 음극 단자(119)에 대하여 음극 탭(140)을 용접시, 용접 기구의간섭을 피하기 위하여 상기 탑 케이스(150)에는 간섭 방지부(Interference Preventing Portion)가 형성되어 있다.

보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 배터리 셀(110)과, 보호 회로 모듈(130)을 수용한 탑 케이스(150)를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 탑 케이스(150)는 평판형의 탑부(155)와, 상기 탑부(155)의 장변부 양 가장자리로부터 아랫 방향으로 연장되며, 서로 대향되게 배치된 제 1 장변부(156) 및 제 2 장변부(157)와, 상기 탑부(155)의 단변부 양 가장자리로부터 아랫 방향으로 연장되며, 서로 대향되게 배치된 제 1 단변부(158) 및 제 2 단변부(159)를 포함한다. 상기 탑 케이스(150)의 내부는 상기 보호 회로 모듈(130)을 수용하기 위한 공간(S)을 형성한다.

상기 보호 회로 모듈(130)은 보호 회로 보드(131)를 포함한다. 상기 배터리 셀(110)에 대하여 대향되는 보호 회로 보드(131)의 일면에는 음극 탭(140)과, 양극 탭(160)이 위치하고 있다.

상기 음극 탭(140)은 제 1 금속 박판(143)과, 상기 제 1 금속 박판(143)으로부터 절곡된 제 2 금속 박판(144)을 포함한다. 상기 제 2 금속 박판(144)은 상기 제 1 금속 박판(143)으로부터 일체로 연장되어 있다.

상기 음극 탭(140)은 제 1 금속 박판(143)이 보호 회로 보드(131)에 전기적으로 연결되고, 제 2 금속 박판(144)이 음극 단자(119)에 전기적으로 연결된다. 게다가, 상기 제 1 금속 박판(143)과, 제 2 금속 박판(144)은 일체로 제조되거나, 각각 제조되어서 결합할 수 있다.

상기 보호 회로 모듈(130)의 모듈화 공정에서, 상기 제 1 금속 박판(143)은 상기 보호 회로 보드(131)의 음극 경로상의 소자, 예컨대, PTC 소자(134)에 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 상기 양극 탭(160)도 보호 회로 보드(131)의 양극 경로상의 소자에 전기적으로 연결되어 있다.

상기 음극 단자(119)에 대하여 상기 음극 탭(140)을 용접시, 상기 탑 케이스(150)는 상기 배터리 셀(110)의 상부에 위치시키게 된다. 이때, 상기 음극 단자(119)에 대하여 제 2 금속 박판(144)의 용접을 용이하게 하기 위하여, 상기 탑 케이스(150)는 상기 제 2 금속 박판(144)의 일부분을 노출하도록 위치하게 된다.

즉, 상기 탑 케이스(150)의 제 2 장변부(157)는 상기 배터리 셀(110)의 상단부 일 가장자리를 따라 인접하게 위치하게 되고, 상기 제 2 장변부(157)와 대향되는 제 1 장변부(156)는 용접부의 수직 방향으로 진입하는 용접 기구의 용접봉(210)이 통과하는 경로 상에 위치하고 있다. 이에 따라, 상기 음극 단자(119)에 대하여 제 2 금속 박판부(144)가 용접되는 부분은 외부로 노출되어 있다.

상기 제 2 금속 박판부(144)는 상기 음극 단자(119)에 면접촉하게 되고, 용접 기구의 용접봉(210)에 의하여 상기 음극 단자(119)에 용접된다. 상기 용접봉(210)은 상기 제 1 장변부(156)의 상부로부터 수직 방향으로 상기 제 1 장변부(156)를 지나서 상기 제 2 금속 박판부(144) 상에 위치하게 된다.

이때, 상기 탑 케이스(150)는 상기 배터리 모듈(110)에 대하여 끼워맞춤되는정도의 크기를 가지므로, 상기 제 1 장변부(156) 및 제 2 장변부(157)는 상기 탑 케이스(150)의 상부 영역의 절반 이상을 차지하게 된다. 이에 따라, 상기 용접봉(210)이 상기 제 1 장변부(156)를 지나서 제 2 금속 박판(144) 상에 위치시, 상기 용접봉(210)은 상기 제 1 장변부(156)의 가장자리(156a)에서 간섭이 발생한다.

상기한 간섭을 방지하기 위하여, 상기 제 1 장변부(156)에는 제 1 간섭 방지 부(181)가 형성된다. 상기 제 1 간섭 방지부(181)는 상기 제 1 장변부(156)의 가장자리(156a)를 따라서 상기 제 1 장변부(156)의 일부 영역을 절개한 것이다. 따라서, 상기 제 1 장변부(1560)는 용접봉(210)이 통과하는 부분에 오목하게 된다.

상기 제 1 간섭 방지부(181)가 상기 제 1 장변부(156)로부터 절개된 크기는상기 용접봉(210)이 상기 제 1 장변부(156)를 통과할 때 상기 제 1 장변부(156)에 대하여 용접봉(210)이 간섭이 발생하지 않는 크기이다. 더욱이, 상기 제 1 간섭 방지부(171)는 상기 음극 단자(119)에 대하여 제 2 금속 박판부(144)가 용접되는 부분이 용접부의 수직 방향으로 완전히 노출되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 제 2 장변부(157)에는 제 2 간섭 방지부(182)가 형성된다. 상기 제 2 간섭 방지부(182)는 상기 탑 케이스(150)가 배터리 셀(100) 상부에 위치할때에 상기 음극 단자(119)나, 상기 가스켓(122)에 대하여 상기 제 2 장변부(157)가 간섭이 되지 않도록 상기 제 2 장변부(157)의 일부 영역을 절개한 것이다.

상기 제 2 간섭 방지부(182)는 상기 제 2 장변부(157)의 일 가장자리(157a)로부터 절개된 제 1 부분(183)과, 상기 제 1 부분(183)으로부터 연장되어 절개된 제 2 부분(183)을 포함한다. 상기 제 1 부분(183)은 상기 절연 테이프(135)와의 간섭을 피하기 위하여 절개된 부분이고, 상기 제 2 부분(184)은 상기 음극 단자(119)나, 가스켓(122)과의 간섭을 피하기 위하여 절개된 부분이다. 실질적으로, 상기 제 2 간섭 방지부(182)의 형상은 상기 제 1 간섭 방지부(181)의 형상과 동일하다.

대안으로는, 상기 제 1 부분(182)을 형성하지 않고, 상기 절연 테이프(135)의 가장자리를 상기 제 2 장변부(157)에 대하여 간섭이 발생하지 않도록 절개할 수 있을 것이다.

상기와 같은 구성을 가지는 탑 케이스(150)는 상기 제 2 금속 박판부(144)를 음극 단자(119)에 접촉시키고, 탑 케이스(150)의 제 2 장변부(157)는 상기 배터리 셀(110)의 상단부 일 가장자리를 따라 위치시킨다.

이때, 상기 제 2 장변부(157)에는 제 2 간섭 방지부(182)가 형성되어 있으므로, 상기 제 2 장변부(157)는 상기 캡 플레이트(113) 상에 설치된 음극 단자(119), 가스켓(121), 및 절연 테이프(135)와의 간섭없이 위치가능하다.

다음으로, 상기 용접봉(210)을 상기 제 1 장변부(156)의 상부로부터 캡 플레이트(113)의 수직 방향으로 상기 제 1 장변부(156)를 지나서 상기 제 2 금속 박판부(144) 상에 위치시키고, 용접 공정을 수행하게 된다.

이때, 상기 제 1 장변부(156)에는 제 1 간섭 방지부(181)가 형성되어 있으므로, 상기 제 1 장변부(156)에 대한 용접봉(210)의 간섭없이 용접가능하다. 따라서, 상기 제 2 금속 박판부(144)에는 소망하는 위치에서 용접점(300)이 형성된다.

상기와 같은 과정을 통하여 상기 음극 단자(119)에 대한 음극 탭(140)의 용접이 완료된다. 용접이 완료되면, 화살표로 표시한 바와 같이, 상기 탑 케이스(150)의 위치를 전환하여서, 상기 배터리 셀(110)에 대하여 탑 케이스(150)을 조립하게 된다.

한편, 상기 음극 탭(140)이 전기적으로 연결된 보호 회로 모듈(130)은 상기 탑 케이스(140)의 내부 공간(S)에 삽입시 위치 결정부(Position Determination Portion)에 의하여 그 위치를 정할 수 있다.

도 6은 도 1의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절개한 제 1 장변부(156)의 단면도이고, 도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절개한 제 2 장변부(157)의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 제 1 장변부(156)의 가장자리(156a)는 실질적으로 3 단계로 오목하게 인입되어 있다. 가장자리(156a)의 단부의 양쪽 부분(181z)은 오목하게 형성되지 않는다. 가장자리(156a)의 중앙에 있는 제 1 간섭 방지부(181)는 오목부(181x) 내에 인입되어 형성되고, 상기 오목부(181x)는 상기 오목하게 형성되지 않은 부분(181z)에 대하여 오목하게 형성된 오목부(181y) 내에 인입되어 형성된다.

도 7을 참조하면, 제 2 장변부(157)의 가장자리(157a)는 도 6의 가장자리(156a)의 유사한 프로파일을 가지는데, 중앙에 오목된 부분(184)은 좌우 오목한 부분(183)(182x)으로부터 인입되고, 상기 오목한 부분(183)(182x)은 가장자리(157a)의 좌우에 있는 오목하게 형성되지 않은 부분(182z)로부터 오목항게 형성된 부분(182y)으로부터 인입되어서 형성된다.

도 8은 도 1 내지 도 3에 도시된 음극 탭(140)의 단면도이다.

도면을 참조하면, 음극 탭(140)은 절곡부(145)에 의하여 제 2 단(즉, 제 2 금속 박판, 144)에 연결된 제 1 단(즉, 제 1 금속 박판, 143)을 가진다. 상기 절곡부(145)는 절곡 공정을 용이하게 하기 위하여 적어도 하나 이상의 노치(146)를 포함한다.

본 발명에 있어서, 음극탭의 제 2 단(144)은 음극 단자(119)에 용접되고, 상기 제 1 단(143)은 탑 케이스(150)의 내부 공간(S) 내에 고정되는 보호 회로 보드(131)에 부착된다. 더욱 상세하게는, 상기 제 1 단(143)은 보호 회로 보드(131)의 바닥측에 배열된 PTC 소자(134)에 연결된다.

노치(146)를 가지는 절곡부(145)는 제 1 단(143)과, 제 2 단(144)이 각각 보호 회로 보드(131)와 음극 단자(119)에 고정후 조립되는 과정에 요구되는데, 보호 회로 보드(131)를 수용하는 탑 케이스(140)가 배터리 셀(110)에 대하여 이동시킬시에 음극 탭(140)의 제 1 단(143)이 탑 케이스(150) 내에 배열된 보호 회로 보드(131)에 부착될지라도 노치부(146)를 가지는 절곡부(145)는 음극 탭(140)의 손상없이 탑 케이스(150)의 이동을 가능하게 해준다.

다시 도 4로 돌아와서, 도 4는 도 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 상기 제 1 장변부(156)의 내벽에는 제 1 위치 결정부(401)가 형성되어 있다. 상기 제 1 위치 결정부(401)는 상기 제 1 장벽부(156)의 내벽으로부터 탑 케이스(150)의 내부 공간(S)으로 돌출한 후크형이다. 상기 제 2 장벽부(157)의 내벽에는 제 2 위치 결정부(402)가 형성되어 있다. 상기 제 2 위치 결정부(402)도 상기 제 2 장벽부(157)의 내벽으로부터 상기 탑 케이스(150)의 내부 공간(S)으로 돌출한 후크형이다. 상기 제 1 위치 결정부(401)와, 제 2 위치 결정부(402)는 상기 탑 케이스(150)의 내벽을 따라서 동일한 위치에 형성되어 있다. 상기 제 1 위치 결정부(401) 및 제 2 위치 결정부(402)의 개수는 복수개 이상 형성되면 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.

대안으로는 상기 제 1 위치 결정부(401) 및 제 2 위치 결정부(402)는 상기 탑 케이스(150)의 내벽 둘레를 따라 연속적으로 돌출된 형상일 수 있다. 더욱이, 상기 탑 케이스(150)에는 체결 홈이 형성되고, 보호 회로 보드(131)의 대응되는 위치에는 돌기부가 형성되어서, 이들을 상호 결합시킬 수 있는등 상기 보호 회로 모듈(130)을 상기 탑 케이스(140) 내부에서 위치를 결정할 수 있다면 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 구성을 가지는 보호 회로 보드(131)는 상기 탑 케이스(150)의 공간(S)으로 삽입시키고, 상기 보호 회로 보드(131)의 가장자리가 상기 제 1 위치 결정부(401)의 하단부(403) 및 제 2 위치 결정부(402)의 하단부(404)로부터 안내된다. 상기 제 1 위치 결정부(401)의 하단부(403) 및 제 2 위치 결정부(402)의 하단부(404)를 통과한 보호 회로 보드(131)는 걸림턱 역할을 하는 상기 제 1 위치 결정부(401)의 상단부(405) 및 제 2 위치 결정부(402)의 상단부(406)에 위치하게 된다. 이에 따라, 상기 보호 회로 모듈(130)은 상기 탑 케이스(150)의 내부에 장착가능하다.

100...배터리 팩 110...배터리 셀
113...캡 플레이트 130...보호 회로 모듈
131...보호 회로 보드 134...PTC 소자
140...음극 탭 143...제 1 금속 박판
144...제 2 금속 박판 150...탑 케이스
156...제 1 장변부 160...양극 탭
170...바텀 케이스 181...제 1 간섭 방지부
182...제 2 간섭 방지부 190...아우터 케이스

Claims

캔 내에 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하며, 캔은 캡 플레이트에 의하여 밀폐되는 개구가 형성된 배터리 셀;과,
상기 배터리 셀의 탑부에서 배터리 셀에 부착되며, 내부 공간을 가지는 탑 케이스;와
상기 탑 케이스의 내부 공간에 배치된 보호 회로 보드를 포함하며, 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하되,
상기 탑 케이스는 전극 조립체와 대향되는 탑부와, 서로 대향되는 한 쌍의 제 1 측부와, 한 쌍의 제 2측부를 포함하며, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부에는 가장자리가 형성되며, 상기 가장자리의 일 부분에는 인입된 간섭 방지부가 형성되며, 상기 인입된 간섭 방지부는 제 1 전극 탭을 상기 전극 단자에 연결시키는 용접 위치와 대향되며,
상기 탑 케이스에는 스크류 홀을 통하여 스크류가 결합되어서, 상기 캡 플레이트에 대하여 상기 제 1 전극 탭과 극성이 다른 제 2 전극 탭이 전기적으로 연결된 배터리 팩.
제 1 항에 있어서,
탑 케이스의 대향되는 한 쌍의 제 1 측부는 대향되는 한 쌍의 제 2 측부보다 길게 형성되는 배터리 팩.
제 1 항에 있어서,
대향되는 한 쌍의 제 1 측부 각각에는 인입된 간섭 방지부를 가지는 가장자리를 포함하는 배터리 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 탭은 전극 단자를 보호 회로 모듈의 보호 회로 보드에 연결하는 배터리 팩.
제 4 항에 있어서,
상기 전극 조립체는 세퍼레이터에 의하여 분리된 양극판과 음극판을 포함하고, 젤리-롤 구조로 감겨지고,
상기 전극 단자는 음극판에 연결된 배터리 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 단자 주위의 캡 플레이트에는 절연체가 더 형성되고,
상기 절연체는 전극 단자를 캡 플레이트로부터 절연시키는 배터리 팩.
제 6 항에 있어서,
탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에는 절연체와 대응되는 위치에 인입된 간섭 방지부를 포함하는 배터리 팩.
제 7 항에 있어서,
상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부의 각 가장자리에 인입된 간섭 방지부는 제 1 부분, 제 2 부분, 제 3 부분을 포함하며, 제 3 부분은 제 2 부분보다 복수의 한 쌍의 제 1 측부의 각 가장자리를 따라 더 인입되고, 제 2 부분은 제 1 부분보다 복수의 제 1 가장자리의 각 가장자리를 따라 더 인입되어서, 상기 제 3 부분은 제 2 부분내에 인입되고, 제 2 부분은 제 1 부분보다 더 인입된 배터리 팩.
제 8 항에 있어서,
상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 3 부분은 전극 단자에 대응되는 배터리 팩.
제 8 항에 있어서,
상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 3 부분은 용접되는 위치와 대응되는 배터리 팩.
제 8 항에 있어서,
상기 탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부중 하나에 형성된 간섭 방지부의 제 2 부분은 전극 단자를 캡 플레이트로부터 전기적으로 절연시키는 탑 케이스의 절연체의 위치와 대응되는 배터리 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 탑 케이스는 한 쌍의 제 1 측부의 각 내벽으로부터 돌출하는 후크를 포함하는 위치 결정부를 더 포함하는 배터리 팩.
제 12 항에 있어서,
상기 보호 회로 보드는 위치 결정부의 상부에 배열된 배터리 팩.
제 12 항에 있어서,
한 쌍의 제 1 측부중 하나의 내벽에 형성된 위치 결정부의 위치는 한 쌍의 제 1 측부중 다른 하나의 내벽에 형성된 위치 결정부의 위치와 대응되는 배터리 팩.
제 12 항에 있어서,
탑 케이스의 한 쌍의 제 1 측부의 각 내벽에는 복수의 위치 결정부를 포함하는 배터리 팩.
캔 내에 배치된 전극 조립체와, 캔의 개구를 밀폐시키는 캡 플레이트를 포함하며, 캡 플레이트에 형성되며 전극 조립체에 연결된 전극 단자를 포함하는 배터리 셀;과,
상기 배터리 셀의 탑부에서 배터리 셀에 부착되는 탑 케이스;와,
탑 케이스의 내부 공간에 배열된 보호 회로 보드를 포함하며, 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈;과,
상기 전극 단자를 보호 회로 모듈에 전기적으로 연결하는 전극 탭;을 포함하되,
상기 탑 케이스는 내부 공간을 가지며, 상기 전극 조립체와 대향되는 탑부와, 서로 대향되는 한 쌍의 제 1 측부와, 한 쌍의 제 2 측부를 포함하며, 대향되는 한 쌍의 제 1 측부에는 가장자리를 가지며, 상기 가장자리의 일 부분에는 간섭 방지부가 형성되며,
상기 전극 탭은 제 1 단과, 상기 제 1 단과 대향되는 제 2 단과, 상기 제 1 단과 제 2 단 사이의 절곡부를 가지며, 상기 탑 케이스의 간섭 방지부는 상기 전극 탭의 제 2 단과 대응되는 위치에 배열되는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 절곡부는 절곡을 용이하게 하기 위하여 노치부를 포함하는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 전극 탭의 제1 단은 보호 회로 보드에 부착되고, 제2 단은 전극 단자에 부착된 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 전극 탭이 캡 플레이트와 탑 케이스 내에 배치된 보호 회로 모듈 사이에 배열된 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
전극 탭은 전극 조립체가 탑 케이스 내의 보호 회로 모듈에 전기적으로 연결하는 동안에 탑 케이스가 캡 플레이트에 대하여 개폐가능하도록 회전하도록 형성된 배터리 팩.