KR101320583B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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KR101320583B1
KR101320583B1 KR1020070117737A KR20070117737A KR101320583B1 KR 101320583 B1 KR101320583 B1 KR 101320583B1 KR 1020070117737 A KR1020070117737 A KR 1020070117737A KR 20070117737 A KR20070117737 A KR 20070117737A KR 101320583 B1 KR101320583 B1 KR 101320583B1
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박정만
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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 베어 셀과 상부 커버의 결착력을 향상시킬 수 있으며, 외부 충격에 의한 변형, 비틀림, 구부러짐을 방지할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명은 결합 홈이 형성된 베어 셀, 상기 베어 셀의 일측에 위치하며, 상기 결합 홈에 대응하는 결합 홀이 형성되는 상부 커버를 포함하고, 상기 결합 홈 및 상기 결합 홀에 스크루가 삽입되어 상기 베어 셀과 상기 상부 커버를 결합시키는 배터리 팩에 있어서, 상기 결합 홈은 내부로 들어갈수록 직경이 작아지도록 형성되어, 상기 스크루가 상기 결합 홈의 측면을 파고들며 고정되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 베어 셀과 상부 커버의 결착력을 향상시킬 수 있으며, 외부 충격에 의한 변형, 비틀림, 구부러짐을 방지할 수 있다.
또한, 결합이 느슨해지면서 서로 다른 재료인 이차 전지와 스크루 간의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으므로, 내부 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
배터리 팩, 베어 셀, 상부 커버, 스크루, 결합, 결착력

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 베어 셀과 상부 커버의 결착력을 향상시킬 수 있으며, 외부 충격에 의한 변형, 비틀림, 구부러짐을 방지할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 충전과 방전을 거듭하며 반복하여 사용할 수 있으므로, 일회용인 건전지에 비해 경제적이다.
또한, 적은 부피에 고용량을 구현할 수 있게 됨에 따라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지로는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 등이 있다.
이들 중에서 리튬 이차 전지는 소형 및 대용량화가 가능하며, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체 및 리튬 이온을 전달하는 전해액을 포함한다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 전해액이 누출되어 리튬 전이금속이 공기 중에 노출될 경우 전지가 폭발할 수 있고, 과충전시에도 화학반응으로 인해 내부 압력이 상승하여 폭발할 가능성이 있어 통상 보호회로를 구비하여 사용한다.
이에 비해 리튬 폴리머 이차 전지는 고분자 겔 형태의 전해질을 사용함으로써 배터리 모양을 다양하게 형성할 수 있고, 화학적 반응에 강하다는 장점이 있다.
리튬 이온 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 외장재의 형태에 따라 캔형 및 파우치형으로 구분하며, 캔형은 원통형과 각형으로 구분할 수 있다.
리튬 이온 이차 전지가 캔형으로 이루어지는 경우, 외장재는 일반적으로 알루미늄 등의 금속으로 형성되며, 원통형 혹은 각기둥형이나 모서리에 곡면을 형성한 기둥형 등의 형상을 갖는다.
캔의 일측에는 개구부가 형성되어, 개구부를 통해 전극 조립체 및 전해액이 수용되며, 캔의 개구부를 캡 조립체로 밀봉함으로써 이차 전지를 형성하게 된다.
리튬 이온 이차 전지가 각형으로 형성되는 경우, 캡 조립체가 결합하는 이차 전지의 상부에 보호회로기판을 구비할 수 있다.
또한, 보호회로기판을 외부 충격으로부터 보호하기 위한 상부 커버가 보호회로기판 상부에 더 구비될 수 있다.
상부 커버가 구비되는 경우, 상부 커버는 이차 전지와 결합하기 위해 스크루를 이용하는 방법이 제안되어 있다.
상술한 바와 같이 상부 커버와 이차 전지를 스크루를 이용하여 체결하는 경우, 충격으로 인한 스크류의 풀림이 발생하여 결합이 느슨해지면서 플라스틱 커버와 이차 전지 간에 이격이 발생하게 된다.
또한, 플라스틱 커버와 이차 전지 간의 이격이 발생하면, 이차 전지와 플라스틱 커버 사이에 위치하는 보호회로기판이 유동할 수 있다.
또한, 결합이 느슨해지면서 서로 다른 재료인 이차 전지와 스크루 간의 저항이 증가하여 이차 전지의 내부 저항을 증가시키게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 결합 홈이 형성된 베어 셀, 상기 베어 셀의 일측에 위치하며, 상기 결합 홈에 대응하는 결합 홀이 형성되는 상부 커버를 포함하고, 상기 결합 홈 및 상기 결합 홀에 스크루가 삽입되어 상기 베어 셀과 상기 상부 커버를 결합시키는 배터리 팩에 있어서, 상기 결합 홈은 내부로 들어갈수록 직경이 작아지도록 형성되어, 상기 스크루가 상기 결합 홈의 측면을 파고들며 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리 팩은 상기 베어 셀과 상기 상부 커버 사이에 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 베어 셀은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며, 개구부가 형성된 캔 및 상기 캔의 개구부에 구비되며, 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립 체를 포함하며, 상기 결합 홈은 상기 캡 플레이트에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보호회로기판은 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 리드 탭을 구비하고, 상기 제1 리드 탭은 상기 스크루에 의해 상기 베어 셀에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리 팩은 상기 스크루에 완충 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리 팩은 체결된 상기 스크루의 상부에 본딩이 더 실시되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 베어 셀과 상부 커버의 결착력을 향상시킬 수 있으며, 외부 충격에 의한 변형, 비틀림, 구부러짐을 방지할 수 있다.
또한, 결합이 느슨해지면서 서로 다른 재료인 이차 전지와 스크루 간의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으므로, 내부 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 배터리 팩을 설명하되, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 두께, 길이 등은 편의를 위하여 과장 되어 표현될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도를 나타낸 것이고, 도2a 및 도2b는 도1의 베어 셀의 일 실시예를 나타낸 분리 사시도 및 단면도를 나타낸 것이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 베어 셀(100), 상기 베어 셀(100)의 일측에 구비되는 보호회로기판(200) 및 상기 보호회로기판(200)을 덮는 상부 커버(300)를 포함한다.
또한, 배터리 팩은 상기 베어 셀(100)과 상기 상부 커버(300)를 결합하기 위한 스크루(400)를 포함한다.
또한, 배터리 팩은 체결된 스크루(400)의 상부에 본딩(bonding)이 더 실시될 ㅅ 있으며, 스크루(400)에 가해지는 충격을 완화하는 완충 부재(550)를 더 포함할 수 있다.
도2a 및 도2b를 참조하면, 베어 셀(100)은 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 캔(20) 및 상기 캔(20)의 개구부 상에 구비되는 캡 조립체(30)를 포함한다.
또한, 베어 셀(100)은 상기 캔(20)에 수용되는 전극 조립체(10)의 상단에 위치하는 절연 케이스(40)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 제1 전극판(11), 제2 전극판(13) 및 세퍼레이터(15)로 이루어지며, 각각 적층된 후 젤리롤 형태로 권취되어 형성될 수 있다.
이하, 제1 전극판(11)을 양극판이라 하고, 제2 전극판(13)을 음극판이라고 한다.
상기 양극판(11)은 알루미늄 등으로 이루어지는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하여 형성되며, 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부를 포함한다.
상기 음극판(13)은 구리 등으로 이루어지는 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하여 형성되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부를 포함한다.
상기 세퍼레이터(15)는 상기 양극판(11)과 상기 음극판(13) 사이에 개재되어 두 극판(11, 13)의 단락을 방지하고, 표면이 다공막 구조로 되어 있어 리튬 이온의 이동통로를 제공한다.
상기 양극 무지부에는 상기 캡 조립체(30)의 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 탭(17)이 통전 가능하도록 부착되며, 상기 음극 무지부에는 상기 캡 조립체(30)의 전극 단자(3)와 전기적으로 연결되는 제2 전극 탭(19)이 통전 가능하도록 부착된다.
따라서, 제1 전극 탭(17)은 제2 전극판(11)과 같은 극성을 가지며, 제2 전극 탭(19)은 제2 전극판(13)과 같은 극성을 갖는다.
이하, 제1 전극 탭(17)을 양극 탭이라 하고, 제2 전극 탭(19)을 음극 탭이라고 한다.
상기 캔(20)은 개구된 상단부를 갖는 형태의 금속재로 형성될 수 있으며, 전극 조립체(10) 및 전해액을 수용하며, 전극 조립체(10)의 상부에 절연 케이스(40)를 수용할 수 있다.
금속재로는 가볍고 연성이 있는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스강 등이 사용될 수 있으며, 캔(20)이 금속재로 형성되는 경우 극성을 가질 수 있으므로 전극 단자로 사용할 수도 있다.
캔(20)의 형상은 각형이거나 모서리가 둥글게 구부러진 타원형일 수 있으며, 캔(20)의 개구된 상단부는 캡 플레이트(31)와 용접 또는 열 융착되어 밀봉된다.
상기 캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 절연 가스켓(32), 전극 단자(33), 절연 플레이트(34), 터미널 플레이트(35) 및 전해액 주입구 마개(36)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 캔(20)의 개구부를 밀봉하며, 일측에는 단자 통공(31a)과 전해액 주입구(31b)가 형성된다.
단자 통공(31a)에는 전극 단자(33)가 절연 가스켓(32)이 개재된 형태로 결합되며, 전해액 주입구(31b)는 전해액 주입을 위한 통로로서, 전해액이 주입된 후 전해액 주입구 마개(36)가 결합되어 밀폐된다.
또한, 캡 플레이트(31)의 일측에는 상부 커버(300)와의 결합을 위한 결합 홈(31c)이 형성된다.
상기 결합 홈(31c)에는 상기 베어 셀(100)과 상기 상부 커버(300)를 결합시키기 위한 스크루(400)가 삽입되며, 상기 상부 커버(300)에 형성되는 결합 홀(310)과 대응되도록 형성된다.
상기 결합 홈(31c)은 내부로 들어갈수록 홈의 직경이 작아지도록 형성되어, 스크루(400)가 삽입되는 경우 결합 홈(31c)의 측면을 파고들며 고정되기 때문에 외부의 충격에 의해 쉽게 풀림이 발생하지 않는다.
따라서, 베어 셀(100)과 상부 커버(300)의 결착력을 높힘으로서, 외부 충격에 의한 변형, 비틀림, 구부러짐을 방지할 수 있다.
또한, 결합이 느슨해지면서 서로 다른 재료인 이차 전지와 스크루 간의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으므로, 내부 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
전극 단자(33)는 캡 플레이트(31)의 하부에 위치하는 터미널 플레이트(35)와 전기적으로 연결된다.
캡 플레이트(31)와 터미널 플레이트(35) 사이에는 절연 플레이트(34)가 위치하여, 캡 플레이트(31)와 터미널 플레이트(35)를 절연시킨다.
캡 플레이트(31)의 하면에는 제1 전극 탭(17)이 전기적으로 연결되고, 터미널 플레이트(35)의 하면에는 제2 전극 탭(19)이 전기적으로 연결되며, 전극 단자(33)는 제2 전극 탭(19)과 동일한 극성을 갖게 된다.
상기 절연 케이스(40)는 캔(20)의 내부에 삽입되는 전극 조립체(10)의 상부에 위치하여, 전극 조립체(10)의 유동을 방지한다.
절연 케이스(40)는 쇼트를 방지하도록 제1 전극 탭(17)과 제2 전극 탭(19)을 소정 거리 이격시키며, 제1 전극 탭(17)과 제2 전극 탭(19)이 외부로 돌출되는 경우 가이드 역할을 하기 위한 탭 홈(41) 및 탭 홀(42)이 형성될 수 있다.
상기 보호회로기판(200)은 상기 베어 셀(100)의 일측에 위치하여, 상기 베어 셀(100)과 상기 상부 커버(300) 사이에 구비되며, 상기 베어 셀(100)과 전기적으로 연결된다.
상기 보호회로기판(200)은 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판에 실장되는 보호 소자들을 포함하여 이루어지며, 베어 셀(100)과 전기적으로 연결하기 위한 제1 및 제2 리드 탭(210, 215)을 구비할 수 있다.
상기 제1 리드 탭(210)은 베어 셀(100)의 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 상기 제2 리드 탭(215)은 베어 셀(100)의 전극 단자(33)와 전기적으로 연결된다.
제1 리드 탭(210)은 보호회로기판(200)의 양 끝단에 하나씩 구비될 수 있으며, 스크루(400)에 의해 상기 베어 셀(100)에 고정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제1 리드 탭(210)에 홀이 형성되고, 홀을 스크루(400)가 통과하여 제1 리드 탭(210)을 베어 셀(100)에 고정되도록 형성될 수 있다.
상기 상부 커버(300)는 상기 보호회로기판(200)의 상부에 위치하여 외부의 충격으로부터 보호회로기판(200)을 보호하며, 상기 보호회로기판(200)을 덮도록 형성된다.
또한, 상부 커버(300)에는 상기 베어 셀(100)의 캡 플레이트(31)에 형성되는 결합 홈(31c)에 대응되는 결합 홀(310)이 형성된다.
상기 스크루(400)는 상기 상부 커버(300)에 형성되는 결합 홀(310)을 통해 상기 베어 셀(100)의 캡 플레이트(31)에 형성되는 결합 홈(31c)에 삽입된다.
이때, 캡 플레이트(31)에 형성된 결합 홈(31c)은 내부로 홈의 폭이 좁아지는 형상을 가지므로, 결합 홈(31c)에 삽입되는 스크루(400)는 결합 홈(31c)의 측면을 파고들며 고정된다.
따라서, 베어 셀(100)과 상부 커버(300) 간에 이격이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 결합이 느슨해지면서 서로 다른 재료인 이차 전지와 스크루 간의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 도시하고 있으나, 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도2a 및 도2b는 도1의 베어 셀의 일 실시예를 나타낸 분리 사시도 및 단면도를 나타낸 것이다.
[도면의 주요부호에 대한 설명]
10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극판
13 : 제2 전극판 15 : 세퍼레이터
17 : 제1 전극 탭 19 : 제2 전극 탭
20 : 캔 30 : 캡 조립체
31 : 캡 플레이트 31a : 단자 통공
31b : 전해액 주입구 31c : 결합 홀
32 : 절연 가스켓 33 : 전극 단자
34 : 절연 플레이트 35 : 터미널 플레이트
40 : 절연 케이스 41 : 탭 홈
42 : 탭 홀 100 : 베어 셀
200 : 보호회로기판 210 : 제1 리드 탭
215 : 제2 리드 탭 300 : 상부 커버
310 : 결합 홀 400 : 스크루
500 : 본딩 550 : 완충 부재

Claims (7)

  1. 결합 홈이 형성된 베어 셀, 상기 베어 셀의 일측에 위치하며, 상기 결합 홈에 대응하는 결합 홀이 형성되는 상부 커버를 포함하고,
    상기 결합 홈 및 상기 결합 홀에 스크루가 삽입되어 상기 베어 셀과 상기 상부 커버를 결합시키는 배터리 팩에 있어서,
    상기 결합 홈은 내부로 들어갈수록 직경이 작아지도록 형성되어, 상기 스크루가 상기 결합 홈의 측면을 파고들며 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 베어 셀과 상기 상부 커버 사이에 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    베어 셀은 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 개구부가 형성된 캔; 및
    상기 캔의 개구부에 구비되며, 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 결합 홈은 상기 캡 플레이트에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베어 셀은 상기 캔에 수용된 전극 조립체의 상단에 절연 케이스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호회로기판은 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 리드 탭을 구비하고,
    상기 제1 리드 탭은 상기 스크루에 의해 상기 베어 셀에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 스크루에 완충 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 체결된 상기 스크루의 상부에 본딩이 더 실시되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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