KR101684349B1 - 보호회로모듈 케이스를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 밀봉 잉여부를 포함하는 일면에 전극단자가 형성되어 있는 판상형의 전지셀을 포함하며, 상기 밀봉 잉여부에 보호회로 모듈(PCM)이 장착되어 있는 구조의 전지팩으로서, 상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 상기 PCM은, PCB(보호회로 인쇄 기판), 전지셀의 일측 전극단자와 PCB 사이에 전기적으로 연결되어 있거나 또는 상기 PCB 상에 탑재된 안전소자, 및 상기 PCB 및 안전소자를 감싸고 있는 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고 있으며, 상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며, 상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되어 있고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

보호회로모듈 케이스를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having PCM Case}
본 발명은 보호회로모듈 케이스를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밀봉 잉여부를 포함하는 판상형의 전지셀을 포함하고 상기 밀봉 잉여부에 보호회로 모듈(PCM)이 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 PCM은, PCB(보호회로 인쇄 기판), 안전소자 및 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고 있으며, 상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며, 상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되어 있고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.
에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지로 대표되는 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 스마트 폰, 스마트 패드 등과 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 전지팩의 사용이 요구되기도 한다.
한편, 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, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
일반적으로, 내장형 구조의 이차전지 팩은 전기적 연결 구조에 적합한 판상형 전지셀을 사용하며, PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다. 즉, 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링 하고, 양면 테이프의 일측에는 F(flexible)-PCB를 용접하고 타측에는 보호 테이프를 부착하여 전지셀에 밀착시킨 상태에서, F-PCB의 전극탭과 니켈 플레이트가 용접되는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다.
따라서, PCM을 비롯한 각각의 부재에 대해 절연성 테이프를 부착하고, 그 외에도 전지셀을 내장하고 있는 전지 케이스의 실링부 일부를 절곡하여 절연성 테이프를 부착하거나, 바코드를 프린트하는 등의 매우 복잡한 과정을 거치게 된다.
이와 같이, 안전한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수의 절연성 테이프 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 제조비용이 상승하게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 외부에서 충격이 가해질 경우, 전지팩은 기계적 강성이 낮은 절연성 테이프의 사용으로 인해, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점을 야기할 수도 있다.
따라서, 전지셀에 장착되는 부재들의 수를 감소시켜 조립공정을 간소화하고, 전지셀에 탑재되는 부재들을 상호간 안정적으로 결합시킴과 동시에 PCM을 보호할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩에 소요되는 부품 수를 줄여 조립공정을 간소화하고, 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 구조의 모듈 케이스를 전지팩에 적용함으로써, 전지팩의 콤팩트한 구조 및 동일 규격의 전지팩에서 전기 용량을 확대할 수 있는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 밀봉 잉여부를 포함하는 일면에 전극단자가 형성되어 있는 판상형의 전지셀을 포함하며, 상기 밀봉 잉여부에 보호회로 모듈(PCM)이 장착되어 있는 구조의 전지팩으로서,
상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고,
상기 PCM은, PCB(보호회로 인쇄 기판), 전지셀의 일측 전극단자와 PCB 사이에 전기적으로 연결되어 있거나 또는 상기 PCB 상에 탑재된 안전소자, 및 상기 PCB 및 안전소자를 감싸고 있는 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고 있으며,
상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며,
상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되어 있고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되어 있는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명의 전지팩은, 상부 케이스, 하부 케이스, 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함하고 있는 보호회로모듈 케이스를 전지팩에 적용함으로써, 전지팩의 부품 및 결합 구조를 간소화시켜 전지팩 제조 공정성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전지팩은, 특정 구조의 모듈 케이스를 전지팩에 적용함으로써, 전지팩의 콤팩트 한 구조를 가지면서 동일 규격의 전지팩에서 전기 용량을 증대시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 판상형 전지셀은 밀봉 잉여부의 일 측면 또는 양 측면에 전극단자가 노출되기 위한 개구가 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 전극단자의 최외측 단부는 밀봉 잉여부의 외주면과 일치하는 크기를 가진 구조일 수 있다. 또한, 상기 개구는 밀봉 잉여부가 절취된 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 판상형 전지셀은 밀봉 잉여부를 포함하는 일측면에 전극단자가 외부로 연장되어 형성되어 있는 판상형 전지셀일 수 있다.
이러한 판상형 전지셀은, 예를 들어, 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는 구체적으로 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조이고, 전해액과 함께 상기 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.
상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이러한 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 활물질로서 앞서 설명한 리튬 전이금속 산화물과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 밀봉 잉여부는 전지 케이스의 열융착 밀봉에 의해 형성된 상단 실링부를 의미한다.
구체적으로, 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지 케이스에 밀봉될 때 형성되는 밀봉된 외주면들 중, 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 밀봉부를 밀봉 잉여부라 한다. 하지만, 동일한 의미를 내포하는 것이라면, 상기 밀봉 잉여부는 실링 잉여부, 열융착 잉여부, 실링 테라스, 밀봉 테라스 등과 같은 용어로 대체될 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 안전소자는 전지팩이 장착되는 디바이스와 전기적으로 연결되는 음극 및 양극 단자들과, 전지팩의 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 소자로서, 안전소자의 예로는, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 퓨즈(fuse) 또는 TCO(Thermal Cutoff, Cutout) 등이 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 조립식 체결 구조는 하부 케이스의 일측에 형성된 둘 이상의 체결돌기들, 및 상기 체결돌기들에 대응하는 구조로 상부 케이스 상에 형성되어 있는 둘 이상의 체결홈들로 이루어진 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 접속체결 부재는 제 1 개구부를 관통하고 제 2 접속체결 부재는 제 2 개구부를 관통하며, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 각각 형성된 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 일직선으로 관통할 수 있도록, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 형성된 제 1 개구부들 및 제 2 개구부들은 각각 일직선 상에 정렬되어 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 전기 도전성 소재로 구성될 수 있으며, 이러한 경우, 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 모듈 케이스, PCB 및 전극단자와 볼팅(bolting) 고정된 후 상기 볼트 머리가 외부 입출력 단자로 활용되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자를 볼팅(bolting) 고정할 수 있도록, 볼트(bolt) 머리 및 외부에 나사산이 형성되어 있는 볼트 몸체를 포함하는 볼트 구조일 수 있다. 따라서, 이러한 구조의 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 상기 전지팩이 장착되는 디바이스의 장착부까지 볼팅 고정할 수 있어, 전지팩의 안정적인 장착 효과를 달성할 수 있다.
이러한 구조의 모듈 케이스는, 특정한 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고 있으므로 PCB 및 안전소자를 내부에 용이하게 수납 고정할 수 있다. 또한, 모듈 케이스는 추가적인 고정부재 또는 보호부재가 필요 없는 구조로 이루어져 있으므로, 간소화된 조립공정에 의해 향상된 생산 효율성을 달성할 수 있다. 더욱이, PCB 및 안전소자는 모듈 케이스의 내부에 수납된 후 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 견고하고 안정적으로 고정됨과 동시에 외부로부터 보호될 수 있으므로, PCM의 전체적인 기계적 강성을 높일 수 있다.
또한, 내부에 PCB 및 안전소자를 수납할 수 있는 구조의 모듈 케이스는, 예를 들어, 외관이 매끄러운 직육면체 구조이므로, 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 용이하게 탑재될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 전지팩은 종래와 비교하여 더욱 콤팩트 한 구조를 달성할 수 있으며, 종래 PCM, PCM 고정부재 또는 PCM 보호부재들이 차지하는 공간을 전기 용량의 증대를 위한 공간으로 활용할 수 있으므로, 전지팩의 전기적 용량 확대 효과를 달성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 외부 입출력 단자를 제외한 PCM과 전지셀의 외면을 감싸는 형태로 라벨이 부착되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 전반적으로 절연 상태를 유지하면서, 전지셀의 전극단자와 PCB의 전기적 연결 상태를 더욱 안정적으로 담보할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩의 구성에 사용되는 특정한 구조의 보호회로 모듈을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM)로서,
PCB(보호회로 인쇄 기판), 전지셀의 일측 전극단자와 PCB 사이에 전기적으로 연결되어 있거나 또는 상기 PCB 상에 탑재된 안전소자, 및 상기 PCB 및 안전소자를 감싸고 있는 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고,
상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며,
상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되는 구성으로 이루어져 있다.
일반적인 내장형 전지팩의 조립 과정에서는 접속부재, F-PCM 등을 결합하고 각 단계마다 절연성 테이프를 부착하는 과정으로 전지셀 상에 PCM 어셈블리를 설치한다. 따라서, 다수의 부품 등을 이용하여 PCM 어셈블리를 전지셀 상에 장착하므로, 다수의 공정이 요구되며, 기계적 강성뿐만 아니라 구조적 안정성이 낮은 문제점들이 유발된다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 안전소자가 PCB에 결합된 상태에서 모듈 케이스에 내장된 구조로 이루어져 있으므로, 전지팩의 구조적 안정성이 향상되고, 전지팩의 제조공정을 크게 간소화시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 접속체결 부재는 제 1 개구부를 관통하고 제 2 접속체결 부재는 제 2 개구부를 관통하며, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 각각 형성된 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 일직선으로 관통할 수 있도록, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 형성된 제 1 개구부들 및 제 2 개구부들은 각각 일직선 상에 정렬되어 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 전기 도전성 소재로 구성될 수 있으며, 이 경우에, 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 모듈 케이스, PCB 및 전극단자와 볼팅(bolting) 고정된 후 상기 볼트 머리가 외부 입출력 단자로 활용될 수 있다.
또한, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자를 볼팅(bolting) 고정할 수 있도록, 볼트(bolt) 머리 및 외부에 나사산이 형성되어 있는 볼트 몸체를 포함하는 볼트 구조일 수 있다. 따라서, 이러한 구조의 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 상기 전지팩이 장착되는 디바이스의 장착부까지 볼팅 고정할 수 있어, 전지팩의 안정적인 장착 효과를 달성할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지팩을 제조하는 방법은,
(a) PCB를 모듈 케이스에 장착하는 과정;
(b) PCM을 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재하는 과정;
(c) 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재를 제 1 개구부 및 제 2 개구부에 각각 조립 체결하는 과정; 및
(d) PCM과 전지셀의 외면을 감싸는 형태로 라벨을 부착하는 과정;
을 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
이러한 제조방법은, 종래의 내장형 이차전지 팩의 제조공정과 비교하여, 작업공정 수를 감소시키고, 구조적 안정성이 향상된 전지팩을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 모바일 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 모바일 디바이스의 구체적인 예로는, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태플릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 모바일 디바이스를 들 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 상부 케이스, 하부 케이스, 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함하고 있는 보호회로모듈 케이스를 전지팩에 적용함으로써, 작업 공정을 간소화할 수 있고, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 전지팩의 콤팩트 한 구조를 가능하게 하고, 동일 규격의 이차전지 팩에서 전기 용량을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1에 도시된 전지팩의 분해 사시도이다;
도 3 내지 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 공정을 나타내는 모식도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 전지팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(600)은, 밀봉 잉여부(130)를 포함하는 일측면에 전극단자들(110, 120)이 형성되어 있는 판상형 전지셀(100), PCB(200)를 수납 및 고정하는 전기절연성 모듈 케이스(300), 모듈 케이스(300)를 밀봉 잉여부(130)에 고정시키는 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)를 포함하고, 판상형 전지셀(100) 및 모듈 케이스(300)는 보호 라벨(500)에 의해 감싸져 있다.
구체적으로, 모듈 케이스(300)는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)로 구성되어 있고, 이들의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 PCB(200)를 수납할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(100)은 밀봉 잉여부(130)의 일 측면에 전극단자들(110, 120)이 노출되기 위한 개구가 형성되어 있는 구조로서, 전극단자들(110, 120)의 최외측 단부는 밀봉 잉여부(130)의 외주면과 일치하는 크기이다.
그러나, 전지셀의 전극단자들의 형상은 도 2에 도시된 형상에 국한되는 것은 아니며, 밀봉 잉여부를 포함하는 일측면에 전극단자들이 외부로 연장되어 형성되어 있는 판상형 전지셀일 수 있음은 물론이다.
도 3 내지 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 공정을 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
우선, 도 3을 참조하면, PCB(200)가 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 수납된다.
PCB(200)는 제 1 접속부(210) 및 제 2 접속부(220)가 회로기판 상에 형성된 구조이고, 제 1 접속부(210) 및 제 2 접속부(220)에는 각각 제 1 개구부(211) 및 제 2 개구부(212)가 형성되어 있다. 또한, 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)에도 제 1 개구부(311, 321) 및 제 2 개구부(312, 322)가 각각 형성되어 있다.
구체적으로, 이들 제 1 개구부들(311, 211, 321) 및 제 2 개구부들(312, 212, 322)은 각각 일직선 상에 정렬(점선 화살표 참조)되어 형성되어 있다.
또한, 모듈 케이스(300)는 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)의 조립식 체결 구조에 의해 조립되며, 이러한 조립식 체결 구조는 하부 케이스(320)의 일측에 형성된 체결돌기들(323), 및 체결돌기들(323)에 대응하는 구조로 상부 케이스(313) 상에 형성되어 있는 체결홈들(313)로 이루어진 구조이다.
도 4를 참조하면, 내부에 PCB(200)를 수납한 모듈 케이스(300)가 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 탑재되고 있다.
전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 형성된 전극단자들(110, 120)에는 제 1 개구부(111) 및 제 2 개구부(121)가 형성되어 있고, 이들 제 1 개구부(111) 및 제 2 개구부(121)는 모듈 케이스(300)에 형성된 제 1 개구부(311) 및 제 2 개구부(312)와 일직선 상에 정렬(점선 참조)되어 형성되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)가 각각 제 1 개구부(311) 및 제 2 개구부(312)를 통해 볼팅(bolting) 체결되고 있다.
제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)는 전기 도전성 소재로 구성되어 있으며, 볼트(bolt) 머리(411, 421) 및 외부에 나사산이 형성되어 있는 볼트 몸체(412, 422)로 구성되어 있다. 따라서, 이러한 구조의 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)는, PCB(200)를 수납한 모듈 케이스(300)를 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 견고히 고정함과 동시에, 전지셀(100)의 전극단자들(110, 120)과 PCB(200)의 제 1 접속부(210) 및 제 2 접속부(220)를 전기적으로 연결한다.
경우에 따라서는, 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)의 볼트 몸체(412, 422)의 길이를 더 길게 하여 전지팩(600)이 장착되는 디바이스(도시하지 않음)의 장착부까지 볼팅 고정할 수도 있다.
한편, 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 탑재된 모듈 케이스(300)의 높이는 전지셀(100)의 두께와 실질적으로 동일한 형태를 갖추게 된다.
따라서, 이러한 구조를 포함하는 모듈 케이스(400)는, 외관이 매끄러운 직육면체 구조이므로, 전지셀(100)의 밀봉 잉여부(130) 상에 용이하게 탑재될 수 있고, 전지팩(600)의 매끄러운 외부면을 형성할 수 있어 정확한 치수의 전지팩을 구현할 수 있으며, 이와 동시에 외부 미려함을 달성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)의 볼트 머리(411, 421)를 제외한 전지셀(100)의 외부면 및 모듈 케이스(400)의 외부면이 보호 라벨(600)에 의해 감싸여 있다.
제품의 정보를 표시하는 라벨(500)은 전지셀(100)과 절연 상태를 유지하면서, 전지셀(100)의 전극단자들(110, 120)과 PCB(200)의 전기적 연결 상태를 더욱 안정적으로 담보한다.
또한, 제 1 개구부(311) 및 제 2 개구부(312)에 각각 볼팅 고정된 제 1 접속체결 부재(410) 및 제 2 접속체결 부재(420)의 볼트 머리(411, 421)의 상부면이 외부로 노출되어 있다. 외부로 노출된 볼트 머리(411, 421)는 전지팩(600)과 외부 디바이스(도시하지 않음)를 전기적으로 연결시킬 수 있도록, 외부입출력단자 역할을 수행한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 밀봉 잉여부를 포함하는 일면에 전극단자가 형성되어 있는 판상형의 전지셀을 포함하며, 상기 밀봉 잉여부에 보호회로 모듈(PCM)이 장착되어 있는 구조의 전지팩으로서,
    상기 전지셀의 전극단자는 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고,
    상기 PCM은, PCB(보호회로 인쇄 기판), 전지셀의 일측 전극단자와 PCB 사이에 전기적으로 연결되어 있거나 또는 상기 PCB 상에 탑재된 안전소자, 및 상기 PCB 및 안전소자를 감싸고 있는 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고 있으며,
    상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
    상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며,
    상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되어 있고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 잉여부는 전지 케이스의 열융착 밀봉에 의해 형성된 상단 실링부인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 밀봉 잉여부의 일측면 또는 양측면에 전극단자가 노출되기 위한 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극단자의 최외측 단부는 밀봉 잉여부의 외주면과 일치하는 크기를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 개구는 밀봉 잉여부가 절취된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 밀봉 잉여부를 포함하는 일측면에 전극단자가 외부로 연장되어 형성되어 있는 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은, 파우치형 이차전지로서 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지 케이스에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 안전소자는 PTC소자, 퓨즈(fuse) 및 TCO(Thermal Cutoff, Cutout)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 조립식 체결 구조는 하부 케이스의 일측에 형성된 둘 이상의 체결돌기들, 및 상기 체결돌기들에 대응하는 구조로 상부 케이스 상에 형성되어 있는 둘 이상의 체결홈들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재는 제 1 개구부를 관통하고 제 2 접속체결 부재는 제 2 개구부를 관통하며, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 각각 형성된 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 일직선으로 관통할 수 있도록, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 형성된 제 1 개구부들 및 제 2 개구부들은 각각 일직선 상에 정렬되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 전기 도전성 소재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 볼트(bolt) 머리 및 외부에 나사산이 형성되어 있는 볼트 몸체를 포함하는 볼트 구조이고, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자와 볼팅(bolting) 고정된 후 상기 볼트 머리가 외부 입출력 단자로 활용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 상기 전지팩이 장착되는 디바이스의 장착부까지 볼팅 고정하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자를 제외한 PCM과 전지셀의 외면을 감싸는 형태로 라벨이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM)로서,
    PCB(보호회로 인쇄 기판), 전지셀의 일측 전극단자와 PCB 사이에 전기적으로 연결되어 있거나 또는 상기 PCB 상에 탑재된 안전소자, 및 상기 PCB 및 안전소자를 감싸고 있는 전기절연성의 모듈 케이스를 포함하고,
    상기 모듈 케이스는 PCB 및 안전소자가 수납되는 조립식 체결 구조의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
    상기 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에는 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 관통할 수 있는 크기의 제 1 개구부 및 제 2 개구부가 각각 형성되어 있으며,
    상기 PCB는 상부 케이스 및 하부 케이스에 수납된 상태로 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재되고, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재에 의해 전지셀의 전극단자들과 결합되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재는 제 1 개구부를 관통하고 제 2 접속체결 부재는 제 2 개구부를 관통하며, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재가 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 각각 형성된 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 일직선으로 관통할 수 있도록, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자에 형성된 제 1 개구부들 및 제 2 개구부들은 각각 일직선 상에 정렬되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는 전기 도전성 소재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 볼트(bolt) 머리 및 외부에 나사산이 형성되어 있는 볼트 몸체를 포함하는 볼트 구조이고, 모듈 케이스, PCB 및 전극단자와 볼팅(bolting) 고정된 후 상기 볼트 머리가 외부 입출력 단자로 활용되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재는, 상기 보호회로 모듈을 포함하고 있는 전지팩이 장착되는 디바이스의 장착부까지 볼팅 고정하는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  20. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 제조하는 방법으로서,
    (a) PCB를 모듈 케이스에 장착하는 과정;
    (b) PCM을 전지셀의 밀봉 잉여부 상에 탑재하는 과정;
    (c) 제 1 접속체결 부재 및 제 2 접속체결 부재를 제 1 개구부 및 제 2 개구부에 각각 조립 체결하는 과정;
    (d) PCM과 전지셀의 외면을 감싸는 형태로 라벨을 부착하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 제조방법.
  21. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 모바일 디바이스는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태플릿 PC 또는 스마트 패드인 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
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