KR102519555B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 배터리 팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 보호회로모듈(예를 들면, 경성 회로기판) 위에 접속된 연성 회로기판의 접속 영역(예를 들면, 납땜)을 자외선 경화형 수지로 코팅하지 않고서도 외부 환경으로부터 안전하게 절연시키고, 자동화 설비의 적용이 가능한 케이스 홀더를 제공하며, 연성 회로기판의 절곡 시 접속 영역에 스트레스가 인가되지 않도록 하여 접속 영역의 크랙 발생을 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 셀탭을 갖는 배터리 셀; 상기 셀탭에 전기적으로 접속된 보호회로모듈; 상기 보호회로모듈에 접속 영역을 통하여 전기적으로 접속된 연성 회로기판; 및 상기 보호회로모듈 및 상기 접속 영역을 덮는 케이스 홀더를 포함하고, 상기 케이스 홀더는 상기 접속 영역과 대응하는 영역의 두께가 상기 접속 영역의 외측과 대응하는 영역의 두께보다 얇은 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명의 실시예는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 외장재, 전극 조립체에 연결되는 전극 단자 등을 포함할 수 있다. 외장재는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 다양한 형상으로 변형이 용이하고 중량이 작은 파우치 또는 라미네이트 외장재로 형성될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 보호회로모듈(예를 들면, 경성 회로기판) 위에 접속된 연성 회로기판의 접속 영역(예를 들면, 납땜)을 자외선 경화형 수지로 코팅하지 않고서도 외부 환경으로부터 안전하게 절연시키고, 자동화 설비의 적용이 가능한 케이스 홀더를 제공하며, 연성 회로기판의 절곡 시 접속 영역에 스트레스가 인가되지 않도록 하여 접속 영역의 크랙 발생을 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 셀탭을 갖는 배터리 셀; 상기 셀탭에 전기적으로 접속된 보호회로모듈; 상기 보호회로모듈에 접속 영역을 통하여 전기적으로 접속된 연성 회로기판; 및 상기 보호회로모듈 및 상기 접속 영역을 덮는 케이스 홀더를 포함하고, 상기 케이스 홀더는 상기 접속 영역과 대응하는 영역의 두께가 상기 접속 영역의 외측과 대응하는 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더가 접속 영역을 덮어 접속 영역을 외부로부터 절연시키도록 하고, 케이스 홀더의 강성을 증가시켜 자동화 설비에서 손상되지 않도록 하며, 연성 회로기판의 절곡 시 스트레스가 접속 영역에 인가되는 대신 절곡 영역에 인가되도록 하여, 접속 영역이 크랙되지 않도록 한다.
상기 케이스 홀더는 상기 보호회로모듈의 일면과 대응하며 제1두께를 갖는 제1영역; 상기 접속 영역과 대응하며 상기 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 제2영역; 및 상기 보호회로모듈의 타면과 대응하며 상기 제1두께와 상기 제2두께 사이의 제3두께를 갖는 제3영역을 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 케이스 홀더의 제2영역에 의해, 돌출된 모양으로 형성된 접속 영역이 제2영역과 간섭되지 않도록 하고, 케이스 홀더 내에 용이하게 결합되도록 한다. 또한, 가장 두꺼운 제1두께를 갖는 케이스 홀더의 제1영역에 의해 보호회로모듈이 외부 환경으로부터 안전하게 보호되도록 한다. 또한, 가장 얇은 제3두께를 갖는 케이스 홀더의 제3영역에 의해 배터리 팩의 두께가 얇아지도록 한다.,
상기 제1,2영역은 각각 평평한 상면과, 상기 상면의 반대면으로서 각각 평평한 하면을 포함할 수 있고, 상기 제1,2영역의 상면은 상호간 동일면을 이룰 수 있으며, 상기 제1,2영역의 하면은 상호간 다른 면을 이룰 수 있다.
이와 같이 하여, 제1,2영역의 하면이 상호간 다른 면을 이룸으로써, 일례로, 제2영역의 하면이 상대적으로 상부에 위치됨으로써, 돌출된 모양으로 형성된 접속 영역이 케이스 홀더의 제2영역에 용이하게 결합될 수 있도록 한다.
상기 접속 영역은 납땜을 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 납땜에 의해 연성 회로기판이 보호회로모듈에 전기적으로/기구적으로/안정적으로 접속되도록 한다.
상기 제2영역의 엣지가 상기 접속 영역의 엣지보다 외측에 형성될 수 있다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더의 제2영역의 엣지가 접속 영역의 엣지보다 외측에 형성되어, 연성 회로기판의 절곡 시 연성 회로기판이 제2영역의 엣지에 접촉하게 되고, 이에 따라 스트레스가 접속 영역에 인가되는 대신 그 외측의 연성 회로기판의 한 영역에 인가되며, 결국 접속 영역의 크랙이 방지된다.
상기 케이스 홀더의 제1영역은 상기 보호회로모듈에 형성된 테스트 패드와 대응하는 영역에 형성된 제1도피부를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 보호회로모듈의 테스트 패드와 대응되는 영역에 제1도피부가 형성되어, 배터리 팩의 제조 공정 말기에 테스트 탐침의 접근이 용이하다.
상기 케이스 홀더의 제3영역은 상기 셀탭과 대응되는 영역에 형성된 제3도피부를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더의 제3도피부에 의해, 보호회로모듈의 탭 절곡이 용이하고, 또한 용접 장비에 의해 셀탭이 보호회로모듈의 탭에 용이하게 용접되도록 한다.
상기 제2영역은 상기 제1영역보다 외측으로 더 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더의 제2영역이 돌출부를 포함하여, 연성 회로기판의 절곡 시 연성 회로기판이 돌출부에 밀착되고, 이에 따라 절곡 스트레스가 접속 영역에 인가되는 대신 그 외측의 연성 회로기판의 한 영역에 인가되며, 결국 접속 영역의 크랙이 방지된다.
상기 배터리 셀의 셀탭이 절곡되어, 상기 케이스 홀더의 제3영역이 상기 배터리 셀의 테라스에 접착 테이프를 통하여 접착될 수 있다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더가 테라스 위에 접착됨으로써, 배터리 팩의 두께 증가를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 보호회로모듈(예를 들면, 경성 회로기판) 위에 접속된 연성 회로기판의 접속 영역(예를 들면, 납땜)을 자외선 경화형 수지로 코팅하지 않고서도 외부 환경으로부터 안전하게 절연시키고, 자동화 설비의 적용이 가능한 케이스 홀더를 제공하며, 연성 회로기판의 절곡 시 접속 영역에 스트레스가 인가되지 않도록 하여 접속 영역의 크랙 발생을 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
일례로, 본 발명의 실시예는 보호회로모듈에 연성 회로기판의 접속을 위해 형성되는 접속 영역이 케이스 홀더로 덮이도록 함으로써, 접속 영역이 외부 환경으로부터 안전하게 절연/보호되도록 한다.
다른 예로, 본 발명의 실시예는 접속 영역을 덮는 케이스 홀더의 소정 영역에 대한 두께가 다른 주변 영역의 두께에 비해 더 얇게 형성됨으로써(특히, 접속 영역을 향하는 하부 영역의 두께가 더 얇게 형성됨으로써), 접속 영역이 케이스 홀더에 간섭되지 않고, 케이스 홀더에 쉽게 결합되도록 한다. 더욱이, 접속 영역과 대응하는 케이스 홀더의 상면이 볼록하게 변형되지 않고 대략 평평한 상태를 갖게 되어, 배터리 팩의 외관 불량이 방지되도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 접속 영역과 대응하는 영역에 종래와 같은 넓은 도피부를 형성하지 않아도 되므로, 케이스 홀더의 강성이 저하되지 않고, 이에 따라 자동화 설비 내에서 케이스 홀더의 취급 시 케이스 홀더가 손상되지 않도록 한다.
다른 예로, 본 발명의 실시예는 케이스 홀더의 엣지가 접속 영역의 엣지보다 더 외측에 형성되도록 하거나, 또는 케이스 홀더에 돌출부가 형성되도록 함으로써, 연성 회로기판이 상부 방향으로 절곡될 때 연성 회로기판이 엣지 또는 돌출부에 먼저 접촉되도록 하고, 이에 따라 접촉 부분에 스트레스가 인가되고, 접속 영역에는 스트레스가 인가되지 않도록 함으로써, 접속 영역에 대한 크랙 현상이 방지되도록 한다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 이용된 케이스 홀더를 도시한 전면 사시도, 정면도 및 후면 저면 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩중에서 보호회로모듈, 연성 회로기판 및 케이스 홀더 사이의 관계를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 3c는 연성 회로기판의 절곡 상태를 도시한 사시도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 보호회로모듈, 연성 회로기판 및 케이스 홀더 사이의 관계를 도시한 평면도, 정면도 및 저면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩중에서 보호회로모듈, 연성 회로기판 및 케이스 홀더 사이의 관계를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 5c는 연성 회로기판의 절곡 상태를 도시한 사시도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 보호회로모듈, 연성 회로기판 및 케이스 홀더 사이의 관계를 도시한 평면도, 정면도 및 저면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법 중 보호회로모듈과 배터리 셀의 전기적 접속 상태를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법 중 보호회로모듈의 탭 절곡 상태를 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법 중 셀탭 절곡 상태를 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법 중 테이프 부착 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 보호회로모듈(120), 연성 회로기판(130) 및 케이스 홀더(140)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110)과 케이스 홀더(140) 사이에 개재되는 절연 테이프(150), 보호회로모듈(120) 및 케이스 홀더(140)를 덮는 보호 테이프(160), 배터리 셀(110)의 3방향 측면을 덮는 커버 테이프(170) 및/또는 배터리 셀(110)의 상측을 덮는 탑 테이프(180)를 더 포함할 수 있다.
배터리 셀(110)은 양극판, 세퍼레이터 및 음극판 등을 포함하는 전극 조립체(미도시), 전극 조립체 등을 감싸는 파우치 외장재(111), 전극 조립체로부터 파우치 외장재(111)를 관통해 외측으로 일정 길이 연장된 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)을 포함할 수 있다.
여기서, 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)은 총칭하여 셀탭(112)으로 지칭될 수 있다. 더불어, 셀탭(112)은 파우치 외장재(111)의 전면에 구비된 상대적으로 얇은 테라스(113)를 통해 전방으로 일정 길이 연장 및 절곡될 수 있다.
보호회로모듈(120)은 배터리 셀(110)에 구비된 셀탭(112)에 전기적으로 접속되는 경성 회로기판(121)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)의 양극 셀탭(112a)은 경성 회로기판(121)에 구비된 PCM 양극 도전탭(122a)에 전기적으로 접속되고, 배터리 셀(110)의 음극 셀탭(112b)은 경성 회로기판(121)에 구비된 PCM 음극 도전탭(122b)에 전기적으로 접속될 수 있다.
여기서 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)은 총칭하여 도전탭(122)으로 지칭될 수 있다. 이러한 보호회로모듈(120)은 배터리 셀(110)의 과충전, 과방전 및/또는 과전류를 방지하는 역할을 한다. 물론, 이러한 보호 동작을 위해, 다수의 전자 부품(123)이 경성 회로기판(121)에 실장될 수 있다.
연성 회로기판(130)은 보호회로모듈(120)에 접속 영역(131)을 통해 접속될 수 있다. 일례로, 연성 회로기판(130)은 경성 회로기판(121)에 돌출된 형태의 납땜 또는 솔더와 같은 접속 영역(131)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다. 여기서, 연성 회로기판(130)은 다양한 형태로 디자인될 수 있으며, 끝단에 외부 장치와 연결되기 위한 커넥터(132)를 더 포함할 수 있다.
이러한 연성 회로기판(130)은 분리형 연성 회로기판(130)으로 지칭될 수 있다. 분리형 연성 회로기판(130)은 제한적인 디자인을 갖는 일체형 회로기판 대비 설계적인 자유도가 높다. 또한, 분리형 연성 회로기판(130)은 일체형 회로기판 대비 저항값을 낮게 설계하여 허용 전류의 효율을 향상시키실 수도 있다. 더욱이, 분리형 연성 회로기판(130)은 설계 표준화 적용이 용이하다. 일례로, 보호회로모듈(120)의 경성 회로기판(121)은 공용으로 사용하도록 하고, 연성 회로기판(130)은 디자인을 변경하여 다양하게 사용할 수 있다. 더욱이, 이러한 분리형 연성 회로기판(130)은 일체형 회로기판 대비 기판 스크랩(scrap)을 감소시킬 수 있다. 일례로, 분리형 연성 회로기판(130)의 가공 배열을 효율적으로 배치하여 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
케이스 홀더(140)는 보호회로모듈(120)에 결합되어, 보호회로모듈(120)을 외부 환경으로부터 보호하고 절연시킨다. 특히, 케이스 홀더(140)는 보호회로모듈(120)뿐만 아니라 보호회로모듈(120)에 형성된 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)을 함께 덮음으로써, 이를 외부 환경으로부터 안전하게 보호하고 절연시킨다. 이러한 케이스 홀더(140)는 절연 수지를 이용한 박막 사출 공정에 의해 형성될 수 있으며, 두께가 얇기 때문에 배터리 팩(100)의 두께를 증가시키지 않는다. 케이스 홀더(140)는 대체로 "⊃" 형태로 형성되어 보호회로모듈(120)에 결합되며, 보호회로모듈(120)의 전방을 제외한, 보호회로모듈(120)의 상면, 하면, 후면 및 양측면을 덮는 형태를 한다. 물론, 보호회로모듈(120) 및 케이스 홀더(140)의 전방은 보호 테이프(160)로 덮일 수 있다.
절연 테이프(150)는 배터리 셀(110)의 테라스(113)와 케이스 홀더(140) 사이에 대략 "┛"자 형태로 개재될 수 있으며, 이는 테라스(113) 위에 케이스 홀더(140)가 안정적으로 고정되도록 한다.
보호 테이프(160)는 보호회로모듈(120) 및 케이스 홀더(140)의 전방에 접착될 수 있다. 또한, 보호 테이프(160)의 하부 영역은 테라스(113)의 하부에 접착되고, 보호 테이프(160)의 상부 영역은 배터리 셀(110)의 상부에 접착될 수 있다. 이와 같이 하여, 보호 테이프(160)는 보호회로모듈(120)이 외부와 절연되도록 한다.
커버 테이프(170)는 배터리 셀(110)의 3방향 측면에 각각 부착될 수 있으며, 이는 배터리 셀(110)의 외부 노출을 방지하여, 배터리 셀(110)과 외부 장치 사이에 전기적 쇼트 현상이 발생하지 않도록 한다.
탑 테이프(180)는 배터리 셀(110)의 상측에 부착될 수 있으며, 이는 배터리 셀(110)을 외부 환경으로부터 보호하도록 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 케이스 홀더(140)가 돌출된 납땜과 같은 접속 영역(131)을 덮어 외부 환경으로부터 절연되도록 하고, 이에 따라 접속 영역(131)에 종래와 같은 자외선 경화 보호 수지 코팅층을 형성할 필요가 없도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 접속 영역(131)과 대응되는 영역의 케이스 홀더(140)에 종래와 같은 도피부를 형성하지 않아도 되므로, 케이스 홀더(140)의 강성을 약화시키지 않고, 이에 따라 배터리 팩(100)을 자동화 설비에서 제조할 때 케이스 홀더(140)가 손상되지도 않도록 한다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 보호회로모듈(120)에 형성되는 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)을 케이스 홀더(140)가 덮음으로써, 연성 회로기판(130)의 절곡 시 스트레스가 접속 영역(131)에 직접 인가되는 대신 절곡 영역(즉, 케이스 홀더(140)에 접촉하여 절곡되는 영역)에 직접 인가되도록 하고, 이에 따라, 종래와 같은 접속 영역(131)의 크랙 현상이 발생하지 않도록 한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)에 이용된 케이스 홀더(140)를 도시한 전면 사시도, 정면도 및 후면 저면 사시도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)에 이용된 케이스 홀더(140)는 제1영역(141), 제2영역(142), 제3영역(143), 제1,2영역(141,142)과 제3영역(143)을 연결하는 제4영역(144), 그리고 제1,2영역(141,142), 제3영역(143) 및 제4영역(144)을 연결하는 제5영역(145)을 포함할 수 있다.
이러한 케이스 홀더(140)는 상술한 바와 같이 절연성 수지를 이용한 박막 사출 공정에 의해 일체로 제조될 수 있으며, 이밖에도 다양한 공정으로 제조될 수 있다. 여기서, 케이스 홀더(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 아크릴 수지, 나일론, 페놀 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등과 같은 합성 수지로 형성될 수 있다.
제1영역(141)은 대략 평평한 상면(141a)과 이의 반대면인 대략 평평한 하면(141b)을 가지며, 이는 보호회로모듈(120)의 일면(예를 들면, 상면)을 덮고 또한 제1두께를 갖는다. 이러한 제1영역(141)은 하부를 향하여 보호회로모듈(120)을 제3영역(143) 쪽으로 가압하는 다수의 돌기(141c)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1영역(141)은 보호회로모듈(120)에 구비된 테스트 패드(124)에 테스트 탐침(미도시)이 용이하게 접근할 수 있도록 형성된 제1도피부(141d)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제1영역(141)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.2~0.4 mm의 두께를 가질 수 있다.
제2영역(142)은 돌출된 납땜 또는 솔더와 같은 접속 영역(131)을 덮으며, 이는 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는다. 일례로, 제2영역(142) 역시 평평한 상면(142a)과 이의 반대면인 하면(142b)을 포함하되, 제2영역(142)의 상면(142a)은 제1영역(141)의 상면(141a)과 동일한 평면을 이루고, 제2영역(142)의 하면(142b)은 제1영역(141)의 하면(141b)과 다른 평면을 갖는다. 일례로, 제2영역(142)의 하면(142b)은 제1영역(141)의 하면(141b)보다 높을 수 있다. 다른 예로, 제3영역(143)으로부터 제1영역(141)의 하면(141b)까지의 높이보다 제3영역(143)으로부터 제2영역(142)의 하면(142b)까지의 높이가 더 높을 수 있다.
이와 같이 하여, 보호회로모듈(120) 상에 연성 회로기판(130)을 접속시키는 돌출된 접속 영역(131)이 제2영역(142)의 하부로 용이하게 위치될 수 있다. 이러한 제2영역(142)의 구조에 의해, 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)에 의해 케이스 홀더(140)의 제2영역(142)이 볼록하게 상부 방향으로 돌출되지 않는다. 이러한 제2영역(142)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.1~0.2 mm의 두께를 가질 수 있다.
제3영역(143)은 대략 평평한 상면(143a)과 이의 반대면인 평평한 하면(143b)을 포함하며, 이는 보호회로모듈(120)의 타면(예를 들면, 하면)을 덮는다. 또한, 제3영역(143)은 셀탭(112)과 대응되는 영역에 형성된 제3도피부(143d)를 포함할 수 있다. 일례로, 제3영역(143)은 PCM 양극 도전탭(122a)과 배터리 셀(110)의 양극 셀탭(112a)에 대응하는 영역, 그리고 PCM 음극 도전탭(122b)과 배터리 셀(110)의 음극 셀탭(112b)에 대응하는 영역에 각각 형성된 제3도피부(143d)를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 제3도피부(143d)는 제3영역(143)뿐만 아니라 제4영역(144)의 일부에까지 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)을 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)에 각각 접속시키는 공정에서, 제3영역(143) 및/또는 제4영역(144)이 이러한 접속 공정을 방해하지 않게 된다. 여기서, 제3영역(143)의 두께는 제1영역(141)의 두께와 제2영역(142)의 두께 사이의 값을 가질 수 있다. 일례로, 제1영역(131)의 두께가 가장 두껍고, 다음으로 제3영역(143)의 두께가 두껍고, 다음으로 제2영역(142)의 두께가 가장 얇을 수 있다.
또한, 제4영역(144)은 제1,2영역(141,142)과 제3영역(143)을 상호간 연결하며, 대체로 보호회로모듈(120)의 후면에 형성된다. 따라서, 보호회로모듈(120)의 후방이 배터리 셀(110)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
또한, 제5영역(145)은 제1,2영역(141,142), 제3영역(143) 및 제4영역(144)을 연결하며, 대체로 보호회로모듈(120)의 양측부에 가장 두껍게 형성된다. 따라서, 보호회로모듈(120)의 양측부가 배터리 셀(110)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하며, 이러한 제5영역(145)이 케이스 홀더(140)의 강성을 보강하도록 한다.
이러한 구성에 의해, 보호회로모듈(120) 및 그것에 접속된 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)이 케이스 홀더(140)에 안정적으로 결합될 수 있다. 이때, 케이스 홀더(140)의 전방은 모두 개방된 형태를 하므로, 보호회로모듈(120)의 전면 역시 개방될 수 있고, 또한 연성 회로기판(130) 역시 전방으로 일정 길이 연장될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 케이스 홀더(140)에 있어서, 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 케이스 홀더(140)의 제2영역(142)에 의해, 돌출된 접속 영역(131)이 제2영역(142)에 간섭되지 않고 제2영역(142)으로 덮이며, 케이스 홀더(140) 내에 용이하게 결합/위치될 수 있도록 한다. 또한, 가장 두꺼운 제1두께를 갖는 케이스 홀더(140)의 제1영역(141)에 의해 보호회로모듈(120)이 외부 환경으로부터 안전하게 보호되고 절연될 수 있도로 한다. 더욱이, 가장 얇은 제3두께를 갖는 케이스 홀더(140)의 제3영역(143)에 의해 배터리 팩(100)의 두께를 얇게 유지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)중에서 보호회로모듈(120), 연성 회로기판(130) 및 케이스 홀더(140) 사이의 관계를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 3c는 연성 회로기판(130)의 절곡 상태를 도시한 사시도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 보호회로모듈(120)의 경성 회로기판(121)에는 납땜 또는 솔더와 같은 접속 영역(131)을 통해 연성 회로기판(130)의 일단이 전기적으로 접속될 수 있다.
여기서, 접속 영역(131)은 대체로 상부를 향하여 볼록하게 돌출된 형태를 한다. 그러나, 이러한 접속 영역(131)을 덮는 케이스 홀더(140)의 제2영역(142)의 제2두께는 제1영역(141)의 제1두께보다 상대적으로 얇게 형성되어 있기 때문에, 돌출된 접속 영역(131)이 제2영역(142)에 간섭되어 제2영역(142)을 상부 방향으로 볼록하게 변형시키지는 않는다. 일예로, 제2영역(142)의 상면(142a)은 제1영역(141)의 상면(141a)과 동일 평면을 이루도록 한다.
또한, 보호회로모듈(120)의 경성 회로기판(121)중 하면에는 다수의 전자부품(123)이 실장되어 배터리 보호 동작을 수행할 수 있도록 되어 있으며, 이러한 전자부품(123)은 케이스 홀더(140)의 제3영역(143)에 근접하거나 또는 밀착될 수 있다.
한편, 케이스 홀더(140)에 있어서, 제2영역(142)의 엣지(142e)는 접속 영역(131)의 엣지보다 외측에 형성된다. 일례로, 종래에는 접속 영역(131)과 대응하는 제2영역(142)에 도피 영역이 형성되어 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 도피 영역이 마련되는 대신 제2영역(142)의 엣지(142e)가 접속 영역(131)의 엣지보다 외측에 형성된다.
따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(140)의 제2영역(142)의 엣지(142e)가 접속 영역(131)의 엣지보다 외측에 형성됨으로써, 연성 회로기판(130)이 상부 방향으로 절곡되면 스트레스가 접속 영역(131)에 직접 인가되는 대신 그 외측의 연성 회로기판(130)의 한 영역에 직접 인가되고, 이에 따라 접속 영역(131)의 크랙이 방지된다. 일례로, 연성 회로기판(130)의 절곡 시 절곡 영역이 제2영역(142)의 엣지(142e)와 접촉되는 부분에서 형성되므로, 스트레스가 접속 영역(131)에 인가되지 않고 절곡 영역에 인가된다. 이에 따라, 접속 영역(131)에 직접 스트레스가 인가되지 않으므로, 접속 영역(131)의 크랙 현상이 예방될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)에서 보호회로모듈(120), 연성 회로기판(130) 및 케이스 홀더(140) 사이의 관계를 도시한 평면도, 정면도 및 저면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(140)의 제1영역(141)은 경성 회로기판(121)의 상면에 형성된 테스트 패드(124)에 탐침이 용이하게 접근할 수 있도록 형성된 반원 형태의 제1도피부(141d)를 포함하고, 또한 케이스 홀더(140)의 제2영역(142)은 연성 회로기판(130)을 경성 회로기판(121)의 상면에 접속하는 접속 영역(131)을 완전히 덮는 형태를 한다. 특히, 제2영역(142)의 엣지(142e)가 접속 영역(131)의 엣지에 비하여 외측에 위치되며, 제2영역(142)의 엣지(142e)는 제1영역(141)의 엣지에 대하여 대략 평행하다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 경성 회로기판(121)의 하면에 보호 동작을 수행하는 다수의 전자 부품(123)이 실장되며, 전자 부품(123)은 대체로 케이스 홀더(140)의 제3영역(143)에 밀착될 수 있다. 또한, 경성 회로기판(121)의 하면에 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)이 구비될 수 있다. 이러한 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)에는 배터리 셀(110)의 셀탭(112) 일례로, 배터리 셀(110)의 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)이 각각 접속될 수 있다. 이에 따라, 케이스 홀더(140)의 제3영역(143)에는 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)과 대응하는 영역에 제3도피부(143d)가 형성될 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(140)의 제3영역(143) 및 제4영역(144)에 걸쳐, 제3도피부(143d)가 형성될 수 있다.
한편, 케이스 홀더(140)는 양측부에 형성된 제5영역(145)을 통하여 제1영역(141), 제3영역(143) 및 제4영역(144)이 일체로 연결되어, 일정 강도를 확보하게 된다.
이와 같이 하여, 케이스 홀더(140)는 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)과 대응되는 영역에 종래와 같은 넓은 도피부를 갖지 않아 일정 값 이상의 강도를 확보하게 되고, 이에 따라 케이스 홀더(140)가 배터리 팩 제조용 자동화 설비에서 취급될 때 손상되지 않도록 한다. 또한, 케이스 홀더(140)는 테스트 패드(124)와 대응하는 영역에 형성된 제1도피부(141d)를 포함하여, 테스트 탐침이 테스트 패드(124)에 용이하게 접근하도록 한다. 또한, 케이스 홀더(140)는 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)과 대응하는 영역에 형성된 제3도피부(143d)를 포함하여, 배터리 셀(110)의 셀탭(112), 일례로, 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)의 용접 공정이 용이해지도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)중에서 보호회로모듈(120), 연성 회로기판(130) 및 케이스 홀더(240) 사이의 관계를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 5c는 연성 회로기판(130)의 절곡 상태를 도시한 사시도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(240)는 제2영역(242)이 제1영역(141)보다 외측으로 더 돌출된 돌출부(241)를 포함할 수 있다. 일례로, 제2영역(242)의 엣지(241e)가 제1영역(141)의 엣지보다 더 외측에 형성될 수 있다. 물론, 제2영역(242)의 제2두께가 제1영역(141)의 제1두께보다 얇은 구성은 위에서 설명한 것과 동일하다.
따라서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(240)의 제2영역(242)의 돌출부(241)의 엣지(241e)가 접속 영역(131)의 엣지보다 더 외측에 형성됨으로써, 연성 회로기판(130)이 상부 방향으로 절곡될 때 스트레스가 접속 영역(131)에 인가되는 대신 그 외측의 연성 회로기판(130)의 한 영역에 인가되고, 이에 따라 접속 영역(131)의 크랙이 방지될 수 있다. 일례로, 연성 회로기판(130)의 절곡 시 절곡 영역이 제2영역(242)의 돌출부(241)의 엣지(241e)와 접촉되는 부분에서 형성되므로, 스트레스가 접속 영역(131)에 인가되지 않고 절곡 영역에 인가된다. 이에 따라, 접속 영역(131)에 직접 스트레스가 인가되지 않으므로, 접속 영역(131)의 크랙 현상이 예방될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)에서 보호회로모듈(120), 연성 회로기판(130) 및 케이스 홀더(240) 사이의 관계를 도시한 평면도, 정면도 및 저면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 케이스 홀더(240)는 제1영역(141)에 비해 상대적으로 얇게 형성된 제2영역(242)이 돌출부(241)를 포함할 수 있다. 이러한 돌출부(241)의 엣지(241e)는 제1영역(141) 및 제3영역(143)의 엣지에 비해 외측으로 돌출된 형태를 한다.
따라서, 연성 회로기판(130)의 절곡 시 돌출부(241)의 엣지(241e)와 대응하는 연성 회로기판(130)의 소정 영역에 스트레스가 인가되어 절곡되고, 이에 따라 연성 회로기판(130)의 접속 영역(131)에 스트레스가 인가되지 않게 된다. 물론, 이에 따라 접속 영역(131)의 크랙 현상이 방지될 수 있다.
이하에서는, 상술한 구성을 하는 배터리 팩(100)의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 제조 방법 중 배터리 셀(110)과 보호회로모듈(120)의 전기적 접속 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 연성 회로기판(130)은 보호회로모듈(120)을 구성하는 경성 회로기판(121)에 납땜 또는 솔더와 같은 접속 영역(131)을 통하여 접속된 상태로 공급되고, 또한 케이스 홀더(140)가 보호회로모듈(120)에 결합된 상태로 공급될 수 있다. 또한, 보호회로모듈(120)에 구비된 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)은 절곡되기 전의 상태로 공급될 수 있다. 따라서,케이스 홀더(140) 및 보호회로모듈(120)은 대체로 배터리 셀(110)에 대하여 세워진 형태로 공급될 수 있다. 일례로, 보호회로모듈(120)에 결합된 연성 회로기판(130)이 하부 방향으로 향하는 상태로 공급될 수 있다.
배터리 셀(110)에 구비된 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)이 케이스 홀더(140)가 결합된 보호회로모듈(120)의 PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)에, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 각각 레이저 용접, 초음파 용접 또는 저항 용접될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 제조 방법 중 보호회로모듈(120)의 탭(122a,122b) 절곡 상태를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, PCM 양극 도전탭(122a) 및 PCM 음극 도전탭(122b)을 대략 90도 회전시킴으로써, 상호간 결합된 케이스 홀더(140) 및 보호회로모듈(120)이 배터리 셀(110)과 대략 평행한 상태가 되도록 할 수 있다. 이와 같이 하여, 연성 회로기판(130)은 대략 배터리 셀(110)의 하부에 위치될 수 있다. 또한, 이때 배터리 셀(110)의 테라스(113) 위에 대략 "┛"자 형태로 절곡된 절연 테이프(150)를 부착시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 제조 방법 중 셀탭(112a,112b) 절곡 상태를 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)로부터 연장된 양극 셀탭(112a) 및 음극 셀탭(112b)을 대략 180도 절곡시킴으로써, 상호간 결합된 케이스 홀더(140) 및 보호회로모듈(120)이 배터리 셀(110)의 테라스(113) 위에 안착되도록 할 수 있다. 이때, 테라스(113) 위에는 이미 절연 테이프(150)가 부착되어 있으므로, 케이스 홀더(140)(예를 들면, 제3영역(143))가 절연 테이프(150) 위에 접착될 수 있다. 이와 같이 하여, 연성 회로기판(130)은 배터리 셀(110)의 전방을 통해 외측으로 연장된 형태를 하게 된다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 제조 방법 중 테이프 부착 상태를 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 보호 테이프(160)로 케이스 홀더(140) 및 케이스 홀더(140)를 통해 노출된 보호회로모듈(120)을 덮는다. 물론, 이때 연성 회로기판(130)은 여전히 보호회로모듈(120)로부터 외측으로 일정 길이 연장된 형태를 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 배터리 팩
110; 배터리 셀 111; 파우치 외장재
112; 셀탭 112a; 양극 셀탭
112b; 음극 셀탭 113; 테라스
120; 보호회로모듈 121; 경성 회로기판
122; 도전탭 122a; PCM 양극 도전탭
122b; PCM 음극 도전탭 123; 전자 부품
124; 테스트 패드 130; 연성 회로기판
131; 접속 영역 132; 커넥터
140; 케이스 홀더 141; 제1영역
141a; 상면 141b; 하면
141c; 돌기 141d; 제1도피부
141e; 엣지 142; 제2영역
142a; 상면 142b; 하면
143; 제3영역 143a; 상면
143b; 하면 143d; 제3도피부
144; 제4영역 145; 제5영역
150; 절연 테이프 160; 보호 테이프
170; 커버 테이프 180; 탑 테이프

Claims (9)

  1. 셀탭을 갖는 배터리 셀;
    상기 셀탭에 전기적으로 접속된 보호회로모듈;
    상기 보호회로모듈에 접속 영역을 통하여 전기적으로 접속된 연성 회로기판; 및
    상기 보호회로모듈 및 상기 접속 영역을 덮는 케이스 홀더를 포함하고,
    상기 케이스 홀더는 상기 접속 영역과 대응하는 영역의 두께가 상기 접속 영역의 외측과 대응하는 영역의 두께보다 얇은 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 홀더는
    상기 보호회로모듈의 일면과 대응하며 제1두께를 갖는 제1영역;
    상기 접속 영역과 대응하며 상기 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 제2영역; 및
    상기 보호회로모듈의 타면과 대응하며 상기 제1두께와 상기 제2두께 사이의 제3두께를 갖는 제3영역을 포함하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1,2영역은 각각 평평한 상면과, 상기 상면의 반대면으로서 각각 평평한 하면을 포함하고,
    상기 제1,2영역의 상면은 상호간 동일면을 이루고, 상기 제1,2영역의 하면은 상호간 다른 면을 이루는 배터리 팩.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속 영역은 납땜을 포함하는 배터리 팩.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2영역의 엣지가 상기 접속 영역의 엣지보다 외측에 형성된 배터리 팩.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이스 홀더의 제1영역은 상기 보호회로모듈에 형성된 테스트 패드와 대응하는 영역에 형성된 제1도피부를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이스 홀더의 제3영역은 상기 셀탭과 대응되는 영역에 형성된 제3도피부를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2영역은 상기 제1영역보다 외측으로 더 돌출된 돌출부를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 셀탭이 절곡되어, 상기 케이스 홀더의 제3영역이 상기 배터리 셀의 테라스에 접착 테이프를 통하여 접착된 배터리 팩.
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