KR102515870B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 보호회로모듈이 장착된 이차전지에 관한 것으로 해결하고자 하는 기술적 과제는 보호회로모듈이 안정적으로 용접될 수 있는 이차전지를 제공하는 데에 있다.
이를 위해 본 발명은 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 인출되는 전극탭, 상기 전극조립체의 과방전을 방지하기 위한 마이크로칩, 상기 마이크로칩을 수용하는 케이스 및 전기 전도성 소재로 이루어져 상기 전극탭에 용접되되 상기 케이스에 1점 지지되어 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결되는 용접부를 포함하는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명의 실시예는 보호회로모듈이 장착된 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전과 방전을 반복적으로 수행할 수 있다. 일반적으로 소용량의 이차전지는 주로 휴대폰, 노트북, 캠코더 등과 같이 휴대하기 용이한 전자기기에 이용되고 대용량의 이차전지는 전기자동차 등에 이용될 수 있다.
한편 이러한 이차전지에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 보호하여 이차전지의 폭발을 방지하고 내구성을 개선하며 고성능을 유지하기 위한 보호회로모듈(Protection Circuit Module, PCM)이 장착된다. 보호회로모듈은 흔히 용접에 의해 결합될 수 있는데 상기 역할을 효과적으로 수행하기 위해 안정적으로, 그리고 확실하게 용접되는 것이 중요하다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이다. 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 보호회로모듈이 안정적으로 용접될 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 인출되는 전극탭, 상기 전극조립체의 과방전을 방지하기 위한 마이크로칩, 상기 마이크로칩을 수용하는 케이스 및 전기 전도성 소재로 이루어져 상기 전극탭에 용접되되 상기 케이스에 1점 지지되어 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결되는 용접부를 포함할 수 있다.
또한 상기 케이스에는 어느 한 측면으로부터 내부로 함몰되어 상면으로부터 하면으로 이어지는 함몰부가 형성되고, 상기 용접부는 상기 케이스의 하면상에서 상기 함몰부에 상응하는 면적으로 형성되며, 전기 전도성 소재로 이루어지고 상기 용접부로부터 어느 한 방향으로 연장되어 상기 보호회로모듈의 하면에 부착되며 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결됨으로써, 상기 용접부가 상기 케이스에 1점 지지되어 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결되게 하는 부착부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 용접부와 상기 부착부는 일체로 형성될 수 있다.
또한 상기 부착부는 상기 용접부로부터, 상기 함몰부가 함몰된 방향으로 연장될 수 있다.
또한 상기 용접부에는 복수 개의 용접점이 마련되고, 상기 복수 개의 용접점 사이에 홀이 형성될 수 있다.
또한 상기 홀은 상기 복수 개의 용접점 중 임의의 두 용접점을 연결하는 직선상에 배치될 수 있다.
또한 상기 홀은 상기 직선을 가로지르는 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 보호회로모듈의 용접부가 케이스에 캔틸레버 형태로 지지되어 끝단이 케이스에 대해 상하로 소정의 유동을 할 수 있기 때문에 압박에 의해 전지셀의 전극탭에 긴밀하게 접촉되도록 변형될 수 있다. 이에 전극탭과 용접부가 긴밀하게 접촉된 상태로 용접함으로써 용접 효율을 개선할 수 있다.
또한 용접부에 복수 개의 용접점이 마련될 경우 각 용접점 사이에 홀이 형성됨으로써 어느 한 용접점으로부터 다른 용접점으로 열이 전도되는 것을 가급적 방지할 수 있다. 이에 모든 용접점에 비교적 비슷한 열이 가해지게 함으로써 용접 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 변형예의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전지셀을 지그 위에 배치하는 과정을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈을 전지셀 위에 배치하여 압박하는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전지셀과 보호회로모듈을 용접하는 과정을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 보호회로모듈의 변형예의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 보다 완전하게 설명하여 전달하기 위해 제공되는 것으로 각 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며 본 발명의 범위가 그 실시예로 한정되는 것은 아니다.
또한 도면에서 일부 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해, 또한 이해의 편의를 위해 다소 과장될 수 있다. 한편 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는 열거된 항목들 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한 본 명세서에서 사용되는 "연결된다"라는 말은 A 부재와 B 부재가 직접적으로 연결되는 경우뿐만 아니라 A 부재와 B 부재 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 C 부재를 통해 간접적으로 연결되는 경우도 포함하는 것으로 해석된다.
그밖에 본 명세서에서 사용되는 용어는 특정한 실시예를 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 형태는 문맥상 다른 경우를 명백하게 지적하지 않는 한 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"이라는 말은 언급된 형상, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것으로 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 사용되지만 이들 부재, 부품, 영역, 층 및/또는 부분이 그 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 이는 어느 한 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 한 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위해 사용된다. 따라서 이를테면 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.
도면에 도시된 어느 한 요소 또는 특징과 다른 한 요소 또는 특징의 명확한 이해를 위해 "하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)" 또는 "위(upper)"와 같이 공간에 관한 용어가 사용될 수 있다. 이러한 공간에 관한 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명을 한정하지 않는다. 예를 들어 어느 한 요소 또는 특징이 뒤집어지면 "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위"로 이해된다. 결국 "하부"는 "상부" 또는 "위"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 사시도로서 전지셀(110)과 보호회로모듈(120)이 분리된 상태를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면 이차전지(100)는 전지셀(110)과 보호회로모듈(120)을 포함한다.
전지셀(110)은 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체(미도시), 전극조립체를 수용하는 커버(111), 전극조립체의 양극판과 음극판으로부터 각각 인출된 양극탭과 음극탭(이하 "전극탭"라 통칭함)(112) 등을 포함하는 일반적인 구성을 갖는다. 따라서 전지셀(110) 그 자체의 구체적인 구성은 공지된 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한 도면에서 전지셀(110)은 이른바 파우치형으로 형성되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 본 발명에서 전지셀(110)이 반드시 파우치형으로 형성되어야 하는 것은 아니고 각형 또는 그밖에 다른 타입으로 형성될 수도 있다. 다만 이하에서는 이해의 편의상 도면에 도시된 바와 같이 전지셀(110)이 파우치형으로 형성되는 것으로 예를 들어 설명한다.
보호회로모듈(120)은 전지셀(110)의 과방전, 과충전, 과전류 등을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호회로모듈(120)은 상기 역할을 수행하기 위한 마이크로칩(121)(도 5 참조), 마이크로칩(121)을 수용하는 케이스(122) 및 용접부(123)와 부착부(124)로 이루어진 연결탭을 포함한다.
보다 구체적으로 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)의 사시도로서 도 1과 다른 각도에서 바라본 모습을 도시한 것이다. 가령 도 1이 보호회로모듈(120)을 위에서 바라본 모습이라면 도 2는 보호회로모듈(120)을 아래에서 바라본 모습이다. 또한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)의 저면도이다. 또한 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)의 단면도로서 도 3의 A-A 선에 의한 것이다.
도 2 내지 5를 더 참조하면 보호회로모듈(120)의 케이스(122)에는 어느 한 측면으로부터 내부로 오목하게 함몰되는 함몰부(122A)가 형성된다. 이때 함몰부(122A)는 케이스(122)의 상면으로부터 하면으로 이어지게 형성된다.
또한 함몰부(122A)는 쌍으로 형성되어 특정한 간격으로 이격된다. 여기서 두 함몰부(122A) 중 하나는 전지셀(110)의 양극탭과 용접부(123)를 용접하는 데에 활용되는 부분이고 다른 하나는 전지셀(110)의 음극탭과 용접부(123)를 용접하는 데에 활용되는 부분인데 이에 대해서는 후술한다. 그러므로 두 함몰부(122A) 사이의 간격은 전지셀(110)의 양극탭과 음극탭 사이의 간격에 상응한다.
연결탭은 앞서 언급한 바와 같이 용접부(123)와 부착부(124)로 이루어져 용접부(123)가 전지셀(110)의 전극탭(112)에 용접되고 부착부(124)가 케이스(122)의 하면에 부착됨으로써 전극탭(112)과 마이크로칩(121)을 전기적으로 연결한다.
보다 구체적으로 용접부(123)는 적절한 탄성을 갖는 전기 전도성 소재로 이루어진다. 또한 용접부(123)는 전체적으로 판 형상으로 형성된다. 특히 용접부(123)는 케이스(122)의 하면상에서 함몰부(122A)에 상응하는 면적으로 형성되어 배치된다. 가령 도면에 도시된 바와 같이 함몰부(122A)가 대체적으로 사각형의 윤곽을 가지면서 내부로 오목하게 함몰된다면 용접부(123)도 사각형의 판 형상으로 형성되어 그 윤곽에 상응하게 배치된다. 만약 함몰부(122A)가 대체적으로 반원형의 윤곽을 가지면서 내부로 오목하게 함몰된다면 용접부(123)는 반원형 또는 원형의 판 형상으로 형성될 수 있다.
부착부(124)도 적절한 탄성을 갖는 전기 전도성 소재로 이루어진다. 또한 부착부(124)는 용접부(123)로부터 어느 한 방향으로 연장되어 케이스(122)의 하면에 부착된다. 예컨대 부착부(124)는 솔더링에 의해 케이스(122)의 하면에 부착될 수 있다.
이러한 용접부(123)와 부착부(124)는 일체로 형성될 수도 있고 별개로 형성되어 서로 결합될 수도 있다. 아무튼 이에 따르면 용접부(123)가 부착부(124)를 통해 케이스(122)에 1점 지지된다. 다시 말해 용접부(123)가 부착부(124)를 통해 케이스(122)에 마치 캔틸레버 형태로 지지된다. 따라서 용접부(123) 중 부착부(124)로부터 먼 끝단이 케이스(122)에 대해 상하로 소정의 유동을 할 수 있게 된다.
이를 위해 도 4에서 부착부(124)는 용접부(123)로부터, 함몰부(122A)가 오목하게 함몰된 방향으로 연장되어 케이스(122)의 하면에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 이는 단순한 예시에 불과하다. 용접부(123)가 부착부(124)를 통해 케이스(122)에 캔틸레버 형태로 지지될 수만 있다면, 따라서 부착부(124)로부터 먼 끝단이 케이스(122)에 대해 상하로 소정의 유동을 할 수만 있다면 부착부(124)는 다른 방향으로 연장될 수도 있다. 이를테면 부착부(124')는 도 6에 도시된 바와 같이 함몰부(122A)가 오목하게 함몰된 방향을 가로지르는 방향으로 연장되어 케이스(122)의 하면에 부착될 수도 있다.
이상으로 설명한 전지셀(110)과 보호회로모듈(120)의 구조에 기초하여 이하에서는 전지셀(110)에 보호회로모듈(120)을 장착하는 방법에 대해 설명한다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 전지셀(110)에 보호회로모듈(120)을 장착하는 방법을 도시한 것으로, 도 7은 전지셀(110)을 지그(J) 위에 배치하는 과정이고, 도 8은 보호회로모듈(120)을 전지셀(110) 위에 배치하여 압박하는 과정이며, 도 9는 전지셀과 보호회로모듈을 용접하는 과정이다.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이 용접용 지그(J) 위에 전지셀(110)의 전극탭(112)을 배치한다.
다음으로 도 8에 도시된 바와 같이 전극탭(112) 위에 보호회로모듈(120)을 배치한다. 보다 구체적으로 보호회로모듈(120)의 케이스(122)의 하면이 전극탭(112)을 바라보게 배향하여 보호회로모듈(120)의 용접부(123)가 전극탭(112)에 접촉되게 한다.
이때 보호회로모듈(120)은 구조적 특성상 마이크로칩(121)의 실장으로 인해 케이스(122)의 하면이 완전하게 평탄하지 않고 일부 굴곡질 수 있다. 이에 전극탭(112) 위에 보호회로모듈(120)을 배치했을 때 용접부(123)가 전극탭(112)에 긴밀하게 접촉되지 못할 수 있다. 그러면 용접 시 용접 효율이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 도 8에 도시된 바와 같이 용접부(123) 중 부착부(124)로부터 먼 끝단을 화살표 방향으로 압박함으로써 용접부(123)가 전극탭(112)에 긴밀하게 접촉되게 한다. 용접부(123)는 앞서 설명한 바와 같이 부착부(124)를 통해 케이스(122)에 캔틸레버 형태로 지지되어 부착부(124)로부터 먼 끝단이 케이스(122)에 대해 상하로 소정의 유동을 할 수 있기 때문에 케이스(122)의 하면이 일부 굴곡지더라도 전술한 압박에 의해 전극탭(112)에 긴밀하게 접촉되도록 변형될 수 있다.
이에 도 9에 도시된 바와 같이 보호회로모듈(120)의 함몰부(122A)를 통해 용접부(123)에 레이저를 조사하여 전극탭(112)과 용접부(123)을 서로 용접함으로써 상기 문제점을 해결하여 용접 효율이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)의 보호회로모듈(220)의 평면도이다.
앞서 도 1 내지 9를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)과 비교할 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)의 보호회로모듈(220)은 용접부(223)에 홀(223A)이 형성되는 차이점이 있다. 그밖에 다른 사항은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 보호회로모듈(120)과 실절적으로 동일하며, 혹 상이한 부분이 있더라도 통상의 기술자라면 상기 차이점에 대응하여 당연히 변형할 것으로 예상되는 정도에 불과할 것이므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.
보다 구체적으로 도 10을 참조하면 전지셀(110)의 전극탭(112)과 보호회로모듈(220)의 용접부(223)의 결합력을 개선하기 위해 용접부(223)에 복수 개의 용접점, 예컨대 제1 용접점(P1)과 제2 용접점(P2)이 마련될 수 있다.
그러나 제1 용접점(P1)이 먼저 용접되고 제2 용접점(P2)이 그 다음으로 용접된다고 가상할 때, 만약 제1 용접점(P1)이 용접되는 동안 그 용접으로 인해 발생한 열이 제2 용접점(P2)으로 전도된다면, 제1 용접점(P1)과 제2 용접점(P2)에 동일한 강도의 레이저를 각각 조사할 경우 제1 용접점(P1)보다 제2 용접점(P2)에 결과적으로 더 많은 열이 가해지게 된다. 그러므로 제1 용접점(P1)과 제2 용접점(P2)에서 용접 비드가 서로 다르게 형성되고 그 용접 강도도 서로 다르게 나타날 것이다. 따라서 용접 품질이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해 용접부(223)에는 각 용접점(P1, P2) 사이에 홀(223A)이 형성된다. 이에 의하면 제1 용접점(P1)으로부터 제2 용접점(P2)으로 열이 전도될 수 있는 경로가 홀(223A)에 의해 일부 차단되어 줄어들기 때문에 열이 전도되는 정도도 줄어든다. 그러므로 제1 용접점(P1)이 먼저 용접되고 제2 용접점(P2)이 그 다음으로 용접될 때 제1 용접점(P1)과 제2 용접점(P2)에 비교적 비슷한 열이 가해지게 된다. 따라서 상기 문제점을 해결하여 용접 품질이 향상될 수 있다.
특히 제1 용접점(P1)으로부터 제2 용접점(P2)으로 열이 전도되는 것을 보다 효과적으로 방지하기 위해 홀(223A)은 제1 용접점(P1)과 제2 용접점(P2)을 연결하는 가상의 직선상에 배치될 수 있다. 또한 홀(223A)은 그 가상의 직선을 가로지르는 방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다.
이러한 홀(223A)의 구체적인 형상이나 면적은 용접점의 개수, 배열, 용접부(223)의 강도 등에 따라 달라질 수 있다. 만약 네 개의 용접점, 예컨대 제1 용접점(P1), 제2 용접점(P2), 제3 용접점(P3) 및 제4 용접점(P4)이 형성되어 사각형의 꼭지점 형태로 배열된다면 홀(223A')은 도 11에 도시된 바와 같이 상기 용접점(P1, P2, P3, P4)의 가운데에서 십자형으로 형성될 수 있다. 물론 이 역시 단순한 예시에 불과하며 필요에 따라 얼마든지 달라질 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명에 따른 이차전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다 할 것이다.
100: 이차전지
110: 전지셀
111: 커버
112: 전극탭
120: 보호회로모듈
121: 마이크로칩
122: 케이스
123: 용접부
124: 부착부

Claims (7)

  1. 전극조립체,
    상기 전극조립체로부터 인출되는 전극탭,
    상기 전극조립체의 과방전을 방지하기 위한 마이크로칩,
    상기 마이크로칩을 수용하는 케이스 및
    전기 전도성 소재로 이루어져 상기 전극탭에 용접되되 상기 케이스에 1점 지지되어 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결되는 용접부를 포함하며,
    상기 케이스에는 어느 한 측면으로부터 내부로 함몰되어 상면으로부터 하면으로 이어지는 함몰부가 형성되고,
    상기 용접부는 상기 케이스의 하면상에서 상기 함몰부에 상응하는 면적으로 형성되며,
    전기 전도성 소재로 이루어지고 상기 용접부로부터 어느 한 방향으로 연장되어 상기 케이스의 하면에 부착되며 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결됨으로써, 상기 용접부가 상기 케이스에 1점 지지되어 상기 마이크로칩에 전기적으로 연결되게 하는 부착부를 더 포함하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접부와 상기 부착부는 일체로 형성되는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부착부는 상기 용접부로부터, 상기 함몰부가 함몰된 방향으로 연장되는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용접부에는 복수 개의 용접점이 마련되고, 상기 복수 개의 용접점 사이에 홀이 형성되는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀은 상기 복수 개의 용접점 중 임의의 두 용접점을 연결하는 직선상에 배치되는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 홀은 상기 직선을 가로지르는 방향으로 연장되게 형성되는 이차전지.
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