KR101973048B1 - 캡 조립체, 이를 구비한 배터리 팩, 및 제조 방법 - Google Patents

캡 조립체, 이를 구비한 배터리 팩, 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보호회로모듈, 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출 성형되며, 전극 조립체가 수용된 캔의 개구와 결합하는 상부 캡을 포함하며, 상부 캡은 보호회로모듈이 놓인 방향과 반대 방향인 제1 방향을 따라 연장되며 캔의 내측면과 접촉하는 실링부를 포함하는 캡 조립체, 및 이를 구비한 배터리 팩, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

캡 조립체, 이를 구비한 배터리 팩, 및 제조 방법{Cap assembly, battery pack using the same and manufacturing thereof}
본 발명은 캡 조립체 및 이를 구비한 배터리 팩과 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
고출력, 고용량, 또는 얇은 두께와 같은 이차 전지에 대한 다양한 스펙이 요구되면서, 부품의 숫자가 증가하고 있다. 한편, 이와 같은 다양한 요구의 증가에 따라, 부품을 실장할 수 있는 공간적 제약이 늘어나고 있으며, 그에 따른 비용도 증가하는 문제도 늘어나고 있다.
본 발명은 캡 조립체 및 이를 구비한 배터리 팩과 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출 성형되며, 전극 조립체가 수용된 캔의 개구와 결합하는 상부 캡;을 포함하며, 상기 상부 캡은, 상기 보호회로모듈이 놓인 방향과 반대 방향인 제1 방향을 따라 연장되며 상기 캔의 내측면과 접촉하는 실링부를 포함하는 캡 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 연결 탭을 더 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭의 적어도 일부를 둘러싸도록 일체로 사출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 연결 탭은 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 방향을 따라 연장된 상기 연결 탭의 일단이 상기 상부 캡을 관통하여 상기 캡 조립체의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭 사이에 구비된 온도 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상부 캡의 일 측에는 상기 상부 캡을 관통하는 전해질 주입구가 더 포함되어 있으며, 상기 주입구는 마개에 의해 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 개구가 형성된 캔; 상기 개구를 통해 상기 캔 내부에 수용된 전극 조립체; 및 상기 개구를 폐쇄하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 캡 조립체는, 보호회로모듈; 및 상기 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출 성형되며 전극 조립체가 수용된 캔의 개구와 결합하는 상부 캡;을 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 개구를 향하는 제1 방향을 따라 연장되며 외측면이 상기 캔의 내측면과 접촉하는 실링부를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 상부 캡의 하부면은 상기 캔의 내부를 향할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상부 캡의 하부면은 상기 캔의 내부에 수용된 전극 조립체의 상부면과 마주볼 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 이동을 규제할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 실링부의 하부면은 상기 전극 조립체의 상부면과 접촉할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 실링부는 상기 캔의 내측면과 접촉한 채 상기 캔 내부에 수용된 전극 조립체의 상부면과 접촉하여 상기 전극 조립체의 이동을 규제할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 연결 탭을 더 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭의 적어도 일부를 둘러싸도록 일체로 사출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 연결 탭을 더 포함하며, 상기 연결 탭의 제1 단부는 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 연결 탭의 제2 단부는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭 사이에 구비된 온도 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상부 캡의 일 측에는 상기 상부 캡을 관통하는 전해질 주입구가 더 포함되어 있으며, 상기 전해질 주입구는 마개에 의하여 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 면에 외부 접속 단자를 구비하는 보호회로모듈, 및 상기 외부 접속 단자를 노출시킨 채 상기 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출되는 상부 캡을 포함하는 캡 조립체를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 외부 접속 단자의 노출 방향과 반대 방향인 제1 방향을 따라 연장되며 상기 캔의 내측면과 접촉하는 실링부를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 캡 조립체를 형성하는 단계는, 금형에 상기 보호회로모듈을 고정하는 단계; 상기 상부 캡을 형성하는 수지재를 주입하는 단계; 및 상기 수지재를 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 캡 조립체를 형성하는 단계는, 제1 단부가 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고, 제2 단부는 상기 제1 방향을 따라 연장되며 상기 상부 캡을 관통하는 연결 탭을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 내부에 전극 조립체가 수용된 캔을 준비하는 단계; 및 상기 캡 조립체를 이용하여 상기 캔의 개구를 폐쇄하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 개구를 폐쇄하는 단계는, 상기 개구가 형성된 상기 캔의 내측면과 상기 실링부의 외측면이 접촉하도록 상기 캔의 개구부를 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 부품의 구성이 최소화된 캡 조립체 및 이를 이용하여 기밀이 유지된 배터리 팩을 제공할 수 있으며, 생산성 및 비용을 줄일 수 있다. 또한, 배터리 팩의 조립 공정을 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 상부도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 하부도이다.
도 3은 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 것으로, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체를 제조하는 과정을 나타내고, 도 4d 내지 도 4g는 캡 조립체를 제조한 이후의 과정을 나타내는 것으로, 배터리 팩을 완성하기 까지의 과정을 나타낸다.
도 5는 도 4g의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도로서, 완성된 배터리 팩의 내부 단면을 나타낸다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체의 단면도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩은 전극 조립체(120), 캔(100), 및 캡 조립체(200)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(120)는 전극 활물질이 도포된 음극판과 양극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 전극 조립체(120)는 젤리롤 형태로서, 음극판, 세퍼레이터 및 양극판이 순차적으로 적층된 적층체를 형성한 후 권취하여 제작할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 도면에 도시되지는 않았으나, 전극 조립체(120)는 음극판, 세퍼레이터, 및 양극판을 순차적으로 적층하여 형성된 구조일 수 있다. 음극판과 양극판 각각은 화학 반응에 의해 형성된 전하를 외부로 인출하기 위한 음극 탭(121) 및 양극 탭(1220과 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 조립체(120)는 전해질(미도시)에 함침된 상태로 캔(100)의 내부에 수용될 수 있다. 캔(100)의 개구(102)는 전극 조립체(120)가 수납된 이후, 캡 조립체(200)에 의해 밀폐될 수 있다. 캡 조립체(200)는 캔(100)의 개구(102)에 끼움 결합하며, 캡 조립체(200)와 캔(100)의 결합에 의해 캔(100)의 개구(102)는 폐쇄될 수 있다.
캡 조립체(200)는 캔(100)의 개구(102)에 장착되는 독립된 부재로서, 보호회로모듈(210), 제1,2 연결 탭(221, 222), 및 이들을 둘러싸는 상부 캡(230)이 일체로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 캡 조립체(200)는 보호회로모듈(210), 제1,2 연결 탭(221, 222) 및 이들을 둘러싸는 상부 캡(230)이 일체로 형성된 하나의 독립된 부재를 나타낸다. 캡 조립체(200)의 상부 캡(230)은 보호회로모듈(210) 및 보호회로모듈(210)과 전기적으로 연결된 제1,2 연결 탭(221, 222)의 적어도 일부를 둘러싸도록 금형에서 인서트 사출 성형에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 보호회로모듈(210) 및 보호회로모듈(210)과 전기적으로 접속된 제1,2 연결 탭(221, 222)을 금형 내부에 삽입한 후, 보호회로모듈(210)의 외부 접속 단자(215) 및 제1,2 연결 탭(221, 222)의 하부 단부가 노출되도록 금형 내에 용융된 수지재를 주입하여 상기 삽입물을 인서트 사출 성형함으로써 캡 조립체(200)를 형성할 수 있다. 상부 캡(230)은 보호회로모듈(210)과 제1,2 연결 탭(221, 222)의 적어도 일부를 둘러싸면서 수지재로 형성된 캡 조립체(200)의 일부 구성요소이다.
캡 조립체(200)의 상부면은 전체적으로 수지재로 뒤덮여 있으나 일부 영역을 통해서 보호회로모듈(210)의 상부면에 형성된 외부 접속 단자(215)가 노출되고, 캡 조립체(200)의 하부면은 전체적으로 수지재로 뒤덮여 있으나 일부 영역을 통해서 제1,2 연결 탭(221, 222)이 하방으로 연장되어 노출될 수 있다.
제1,2 연결 탭(221, 222) 각각의 제1 단부들은 보호회로모듈(210)과 전기적으로 연결되고, 제1,2 연결 탭(221, 222) 각각의 제2 단부들은 용접과 같은 방식을 통해 음극 탭(121) 및 양극 탭(122)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 제1,2 연결 탭(221, 222)을 매개로 전극 조립체(120)와 보호회로모듈(210)이 전기적으로 연결될 수 있다.
실링부(232)는 캡 조립체(200)의 하부, 보다 구체적으로 상부 캡(230)의 하부에 형성되어, 캔(100)의 개구(102)에 결합된 캡 조립체(200)가 캔(100)으로부터 분리되는 것을 방지해준다. 실링부(232)는 전체적으로 캡 조립체(200)에 대하여 단차진 형상으로서, 실링부(232)의 외측면은 캔(100)의 내측면과 직접 접촉하면서 캔(100)의 내측면을 소정의 입력으로 가압한다. 실링부(232)를 통해 결합된 캡 조립체(200)는 캔(100)으로부터 분리되지 않으며, 캔(100)의 내부에 구비된 전극 조립체(120) 및 전해질이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 캡 조립체(200)가 캔(100)의 개구(102)와 결합된 이후에, 캔(100)의 외주면 및 캡 조립체(200)의 일부면은 라벨과 같은 보호 시트로 둘러싸일 수 있다.
캡 조립체(200)의 일 측에는 전해질 주입구(234)가 형성되어 될 수 있다. 캡 조립체(200)가 캔(100)의 개구(102)와 결합된 이 후 전해질이 전해질 주입구(234)를 통해서 주입되며, 전해질 주입구(234)는 마개(300)에 의해 밀폐될 수 있다.
도 2a 내지 도 3은 도 1에 도시된 캡 조립체(200)를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(200)의 상부도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(200)의 하부도이다. 도 3은 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 캡 조립체(200)의 상부면은 전체적으로 상부 캡(230)의 상부면으로 뒤덮힌 상태이다. 즉, 캡 조립체(200)의 상부면은 전체적으로 수지재로 뒤덮여 있는 상태로서, 일부 영역을 통해서 보호회로모듈(210)의 상부면에 형성된 외부 접속 단자(215)가 노출될 수 있다. 캡 조립체(200)의 상부면의 다른 영역에는 캡 조립체(200)(또는 상부 캡(230))을 관통하는 전해질 주입구(234)가 형성되어 있다.
도 2b를 참조하면, 캡 조립체(200)의 하부면은 전체적으로 상부 캡(230)의 하부면으로 뒤덮힌 상태이다. 즉, 캡 조립체(200)의 하부면은 전체적으로 수지재로 뒤덮여 있는 상태로서, 제1,2 연결 탭(221, 222)은 하부면을 관통하도록 연장되어 캡 조립체(200)의 외부로 노출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 캡 조립체(200)는 보호회로모듈(210), 제1,2 연결 탭(221, 222) 및 이들을 둘러싸고 있는 수지재로 형성된 상부 캡(230)을 포함할 수 있다. 수지재로는 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등이 사용될 수 있다.
보호회로모듈(210)은 기판(211) 및 기판(211)의 내부에 실장된 다수의 보호회로(미도시)를 구비하며, 보호회로는 전극 조립체(120)의 과충전 및 과방전을 제어할 수 있다. 보호회로는 복수의 소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기판(211)에는 저항 및 콘덴서와 같은 수동소자와, 전계효과 트랜지스터와 같은 능동소자와 같은 안전 소자 및 집적 회로들이 구비될 수 있다.
보호회로모듈(210)은 배터리 팩(10)의 과충전 및 과방전 제어를 위해서 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결되어야 하며, 이들 간의 연결은 제1,2 연결 탭(221, 222)과 음극 탭(121) 및 양극 탭(122) 사이의 전기적 연결을 통해 구현될 수 있다.
제1,2 연결 탭(221, 222)은 전극 조립체(120)의 양극 탭(122) 및 음극 탭(121)과의 용접을 위해 캡 조립체(200)의 하방(캔(100)의 개구(102)를 향하는 방향)을 향해 연장될 수 있다. 제1 연결 탭(221)의 제1 단부는 보호회로모듈(210)과 전기적으로 연결되며, 제1 연결 탭(221)의 제2 단부는 음극 탭(121)과의 용접을 위해 캡 조립체(200)의 외부에 노출된 상태일 수 있다. 또한, 제2 연결 탭(222)의 제1 단부는 보호회로모듈(210)과 전기적으로 연결되고, 제2 연결 탭(222)의 제2 단부는 양극 탭(122)과의 용접을 위해 캡 조립체(200)의 외부에 노출된 상태일 수 있다.
상부 캡(230)은 보호회로모듈(210)과 제1,2 연결 탭(221, 222)의 적어도 일부를 둘러싸도록 보호회로모듈(210) 및 제1,2 연결 탭(221, 222)과 일체로 형성된다. 상부 캡(230)은 보호회로모듈(210)의 상부면에 구비된 외부 접속 단자(215)를 제외하고 보호회로모듈(210)을 전체적으로 둘러싸도록 형성되므로, 도 2b에 도시된 바와 같이 캡 조립체(200)의 하부면을 통해 보호회로모듈(210)은 노출되지 않는다. 따라서, 캡 조립체(200)가 캔(100)의 개구(102)와 결합할 때 캔(100)의 내부에 수용된 전극 조립체(120)의 상부면은 수지재로 형성된 상부 캡(230)의 하부면과 마주보게 된다.
실링부(232)는 상부 캡(230)의 하부에는 하방을 향해 연장되며, 실링부(232)의 외측면은 캔(100)의 개구(102)의 내측면과 직접 접촉하므로 캡 조립체(200)에 대하여 단차진 형상을 갖게 된다. 구체적으로, 실링부(232)는 캡 조립체(200)의 외측벽(231)에 대하여 단차진 형상을 갖도록 형성되어, 캡 조립체(200), 즉 상부 캡(230)의 외측 벽(231)과 실링부(232) 사이에는 홈(g)에 형성될 수 있다. 도 5를 참조하여 후술할 바와 같이, 홈(g)에는 캔(100)의 상부가 삽입될 수 있다.
실링부(232)는 캡 조립체(200)와 캔(100) 간의 결합을 가능하게 함과 동시에, 캔(100)의 내부에 수용된 전극 조립체(120)의 이동을 규제할 수 있다. 실링부(232)의 외측면은 캔(100)의 내측면과 접촉하면서 캡 조립체(200)와 캔(100)이 결합될 때, 실링부(232)의 하부면은 전극 조립체(120)의 상부면과 접촉함으로써 전극 조립체(120)가 캔(100)의 내부에서 움직이는 것을 규제할 수 있다. 즉, 캔(100)의 내부에 수용된 전극 조립체(120)의 높이와 실링부(232)의 높이의 합이 실질적으로 캔(100)의 높이와 동일하다면 전극 조립체(120)의 상부면이 실링부(232)의 하부면과 접촉하므로 캔(100)의 내부에서 전극 조립체(120)의 움직임이 규제될 수 있다.
전해질 주입구(234)는 캡 조립체(200)를 관통하도록 형성될 수 있으며, 구체적으로 상부 캡(230)의 일 측을 관통하도록 형성된다. 전해질 주입구(234)가 캡 조립체(200)를 관통하도록 형성되므로, 보호회로모듈(210)은 전체 캡 조립체(200)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 전해질 주입구(234)는 마개(300)에 의해 밀폐될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(200)를 제조하는 과정을 나타내고, 도 4d 내지 도 4g는 캡 조립체(200)를 제조한 이후의 과정을 나타내는 것으로, 배터리 팩(10)을 완성하기 까지의 과정을 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 먼저 보호회로모듈(210)을 준비한다. 보호회로모듈(210)은 기판(211), 기판(211)의 내부에 실장된 다수의 보호소자(212)를 포함할 수 있다. 보호회로모듈(210)의 상부면의 일 측에는 전력을 외부의 전자 기기로 제공하기 위한 외부 접속 단자(215)가 형성되어 있다. 보호회로모듈의 길이가 긴 경우, 캡 조립체(200)의 전해질 주입구(234)와 대응되는 영역을 관통하도록 홀(214)이 형성될 수 있다. 혹은, 보호회로모듈(210)의 길이를 짧게 형성할 수도 있다.
도 4b를 참조하면, 보호회로모듈(210)과 제1,2 연결 탭(221, 222)을 전기적으로 연결한다. 제1,2 연결 탭(221, 222)은 한 쌍 구비될 수 있으며, 용접에 의하여 보호회로모듈(210)의 후면에 전기적으로 연결되거나, 리플로우 솔더링(reflow soldering)의 방식에 의해 보호회로모듈(210)의 후면에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제1,2 연결 탭(221, 222)이 구비된 보호회로모듈(210)을 금형의 성형공간 내에 삽입한 후, 금형의 내부에 용융된 수지재를 주입함으로 인서트 사출 성형한다. 이 때, 성형공간 내에 삽입된 제1,2 연결 탭(221, 222)은 외부 접속 단자(215)가 노출된 방향과 반대 방향을 따라 연장되도록 배치된다. 주입된 용융된 수지재가 냉각되면서 보호회로모듈(210)과 제1,2 연결 탭(221, 222)의 적어도 일부를 둘러싸고, 제1,2 연결 탭(221, 222)의 연장 방향을 따라 연장된 실링부(232)를 구비하는 상부 캡(230)이 형성되며, 캡 조립체(200)가 완성된다. 보호회로모듈(210)과 제1,2 연결 탭(221, 222)의 위치가 고정된 채 용융된 수지재가 냉각되면서, 일체형의 캡 조립체(200)가 완성된다.
도 4d를 참조하면, 캔(100)의 내부에 수용된 전극 조립체(120)의 음극 탭(121) 및 양극 탭(122)과 제1,2 연결 탭(221, 222)을 용접한다. 제1,2 연결 탭(221, 222) 중 보호회로모듈(210)의 음극과 연결된 제1 연결 탭(221)은 전극 조립체(120)의 음극 탭(121)과 용접되고, 보호회로모듈(210)의 양극과 전기적으로 연결된 제2 연결 탭(222)은 전극 조립체(120)의 양극 탭(122)과 용접된다. 제1,2 연결 탭(221, 222)과 음극 탭(121) 및 양극 탭(122) 간의 용접을 통해 전극 조립체(120)와 보호회로모듈(210)이 전기적으로 연결된다.
도 4e를 참조하면, 캡 조립체(200)는 캡 조립체(200)의 하부면을 이용하여 내부에 전극 조립체(120)가 수용된 캔(100)의 개구(102)와 결합한다. 예컨대, 캔(100)의 내측면에 접착성을 갖는 물질을 코팅하고 캡 조립체(200)를 삽입한 후, 열융착 방식을 적용하여 캔(100)과 캡 조립체(200)을 결합시킬 수 있다. 캡 조립체(200)의 하부에 형성된 실링부(232)는, 실링부(232)의 외측면이 캔(100)의 내측면과 접촉하도록 캔(100)의 내부로 삽입된다. 실링부(232)와 캔(100)의 개구(102)의 결합에 의하여 캔(100)의 개구(102)는 밀폐된 채로 기밀을 유지할 수 있다.
한편, 캔(100)의 내부에 삽입된 실링부(232)의 하부면은 전극 조립체(120)의 상부면과 접촉한 채로 전극 조립체(120)를 가압하면서 전극 조립체(120)가 캔(100) 내부에서 유동하는 것을 규제한다.
도 4f를 참조하면, 캡 조립체(200)에 형성된 전해질 주입구(234)를 통해 전해질을 주입하고, 마개(300)로 전해질 주입구(234)를 막아 도 4g에 도시된 바와 같이 배터리 팩(10)을 완성한다. 마개(300)는 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 형성될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 필요에 따라 캔(100)과 캡 조립체(200)의 일부를 둘러싸는 라벨이 더 포함될 수 있다.
도 5는 도 4g의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도로서, 완성된 배터리 팩(10)의 내부 단면을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 캔(100)의 내부에는 전극 조립체(120)가 수용되어 있으며, 캔(100)의 내부는 캔(100)의 개구(102)가 캡 조립체(200)와 결합되어 밀폐된다. 캡 조립체(200)와 캔(100)의 개구(102)가 결합될 때 캔(100)의 상부는 캡 조립체(200)에 형성된 홈에 삽입된다. 즉, 캔(100)의 상부가 캡 조립체(200)의 외측벽과 실링부(232) 사이에 형성된 홈에 삽입된다. 홈의 폭은 캔(100)의 두께와 실질적으로 동일하거나 작게 형성되며, 캔(100)의 상부가 캡 조립체(200)의 홈과 결합되면서 캡 조립체(200)가 캔(100)과 결합될 수 있다. 캔(100)과 캡 조립체(200)의 결합에 의해 캡 조립체(200)의 하부면은 전극 조립체(120)의 상부면과 마주보게 된다. 이 때 캡 조립체(200)의 하부면은 수지재로 형성된 상부 캡(230)의 하부면이다.
캡 조립체(200)의 실링부(232)의 외측면은 캔(100)의 내측면을 가압하며, 실링부(232)의 하부면은 캡 조립체(200)의 상부면을 가압하면서 전극 조립체(120)가 캔(100)의 내부에서 유동하는 것이 방지된다. 이를 위해, 캡 조립체(200)의 높이와 전극 조립체(120)의 높이의 합은 캔(100)의 내부의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체(200A)의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체(200A)도 캔(100)의 개구(102)에 장착되는 독립된 부재로서, 보호회로모듈(210), 제1,2 연결 탭(221, 222), 및 이들을 둘러싸는 상부 캡(230)이 일체로 형성될 수 있음은 앞서 도 2a 내지 도 3을 참조하여 설명한 캡 조립체(200)와 동일하다.
다만, 본 실시예에 따른 캡 조립체(200A)는 보호회로모듈(210)과 제1 연결 탭(221) 사이에 온도 소자(250)가 더 포함된 점에서 차이가 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 차이점을 위주로 설명한다.
온도 소자(250)는 보호회로모듈(210)과 제1 연결 탭(221) 사이에 배치되며, 본체(253) 및 제1,2 리드(251, 252)를 포함한다. 제1 리드(251)는 본체(253)의 일면에 형성되며, 보호회로모듈(210)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 리드(252)는 본체(253)의 타면에 형성되며 제1 연결 탭(221)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본체(253)는 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시켜 제조될 수 있다. 도전성 입자로는 탄소입자가 사용될 수 있고, 결정성 고분자로는 폴리올레핀계 수지 등의 합성수지가 사용될 수 있다. 본체(253)는 설정된 온도 이하에서는 도전성 입자들이 뭉쳐 있어 제1 리드(251)와 제2 리드(252) 사이의 전류의 흐름을 연결한다. 그러나, 본체(253)는 설정된 온도 이상이 되면 결정성 고분자의 팽창으로 인해 도전성 입자들이 분리되어 저항이 급격하게 증가되므로, 제1 리드(251)와 제2 리드(252) 사이의 전류의 흐름 이 차단되거나 낮은 양의 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 본체(253)는 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결되어 배터리 팩(10)의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 한다. 여기서, 본체(253)가 설정 온도보다 상승되는 것은 배터리 팩(10)의 과충전에 따른 열이 발생하기 때문이다. 이후에 본체(253)가 다시 설정 온도 이하로 냉각되면, 결정성 고분자가 수축되면서 도전성 입자들이 다시 연결되어 전류의 흐름이 발생된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10: 배터리 팩 100: 캔
102: 개구 120: 전극 조립체
121: 음극 탭 122: 양극 탭
200, 200A: 캡 조립체 210: 보호회로모듈
215: 외부 접속 단자 121: 제1 연결 탭
122: 제2 연결 탭 230: 상부 캡
232: 실링부 234: 전해질 주입구
250: 온도 소자 251: 제1 리드
252: 제2 리드 253: 본체
300: 마개

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 개구가 형성된 상단부를 포함하는 캔;
    상기 개구를 통해 상기 캔 내부에 수용된 전극 조립체; 및
    상기 개구를 폐쇄하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 캡 조립체는,
    보호회로모듈; 및
    상기 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출 성형되며 전극 조립체가 수용된 캔의 개구와 결합하는 상부 캡;을 포함하며,
    상기 상부 캡은 상기 개구를 향하는 제1 방향을 따라 연장되며 외측면이 전극 조립체와 직접 마주하는 캔의 내측면과 접촉하는 실링부와, 상기 제1 방향을 따라 연장되며 내측면이 상기 캔의 외측면과 접촉하는 외측 벽을 포함하고, 상기 실링부와 외측 벽 사이에는 상기 캔의 상단부가 끼워지는 홈이 형성되며,
    상기 실링부는 제1 방향을 따라 상기 외측 벽을 벗어나 더 길게 연장되고, 실링부의 외측면이 캔의 내측면과 마주하도록 캔의 내부로 삽입되며,
    서로 마주하는 실링부의 외측면과 캔의 내측면 사이에 개재된 접착성 물질에 의해 캡 조립체와 캔 사이가 결합되며,
    상기 실링부는 서로로부터 이격된 두 개의 실링부를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 캡의 하부면은 상기 캔의 내부를 향하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 캡의 하부면은 상기 캔의 내부에 수용된 전극 조립체의 상부면과 마주보는 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 전극 조립체의 이동을 규제하는 배터리 팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실링부의 하부면은 상기 전극 조립체의 상부면과 접촉하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 캔의 내측면과 접촉한 채 상기 캔 내부에 수용된 전극 조립체의 상부면과 접촉하여 상기 전극 조립체의 이동을 규제하는 배터리 팩.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 연결 탭을 더 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭의 적어도 일부를 둘러싸도록 일체로 사출된 배터리 팩.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 연결 탭을 더 포함하며,
    상기 연결 탭의 제1 단부는 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 연결 탭의 제2 단부는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보호회로모듈과 상기 연결 탭 사이에 구비된 온도 소자를 더 포함하는 배터리 팩.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 상부 캡의 일 측에는 상기 상부 캡을 관통하는 전해질 주입구가 더 포함되어 있으며, 상기 전해질 주입구는 마개에 의하여 폐쇄된 배터리 팩.
  16. 제1 면에 외부 접속 단자를 구비하는 보호회로모듈, 및 상기 외부 접속 단자를 노출시킨 채 상기 보호회로모듈과 일체를 이루도록 사출되는 상부 캡을 포함하는 캡 조립체를 형성하는 단계;
    내부에 전극 조립체가 수용된 캔을 준비하는 단계; 및
    상기 캡 조립체를 이용하여 상기 캔의 상단부에 형성된 개구를 폐쇄하는 단계;를 포함하며,
    상기 상부 캡은 상기 외부 접속 단자의 노출 방향과 반대 방향인 제1 방향을 따라 연장되며 상기 전극 조립체와 직접 마주하는 캔의 내측면과 접촉하는 실링부와, 상기 제1 방향을 따라 연장되며 캔의 외측면과 접촉하는 외측 벽을 포함하고, 상기 실링부와 외측 벽 사이에는 상기 캔의 상단부가 끼워지는 홈이 형성되며,
    상기 실링부는 제1 방향을 따라 상기 외측 벽을 벗어나 더 길게 연장되고, 실링부의 외측면이 캔의 내측면과 마주하도록 캔의 내부로 삽입되며,
    서로 마주하는 실링부의 외측면과 캔의 내측면 사이에 개재된 접착성 물질에 의해 캡 조립체와 캔 사이가 결합되며,
    상기 실링부는 서로로부터 이격된 두 개의 실링부를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 캡 조립체를 형성하는 단계는,
    금형에 상기 보호회로모듈을 고정하는 단계;
    상기 상부 캡을 형성하는 수지재를 주입하는 단계; 및
    상기 수지재를 경화시키는 단계;를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 캡 조립체를 형성하는 단계는,
    제1 단부가 상기 보호회로모듈과 전기적으로 연결되고, 제2 단부는 상기 제1 방향을 따라 연장되며 상기 상부 캡을 관통하는 연결 탭을 형성하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 제16항에 있어서,
    상기 개구를 폐쇄하는 단계는,
    상기 개구가 형성된 상기 캔의 내측면과 상기 실링부의 외측면이 접촉하며, 상기 캔의 외측면과 상기 외측 벽의 내측면이 접촉하도록 상기 캔의 개구부를 폐쇄하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
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