KR20040058915A - 전지 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전지 팩은, 소정의 전류를 발생시키는 전지와; 전지에 마련된 정극 단자부 및 부극 단자부와 전기적으로 연결되는 안전장치와; 전지와 안전장치 사이에 마련되어 이들간의 착탈을 가능하게 하는 착탈수단; 및 전지와 안전장치를 수용하는 외장 케이스;를 구비함으로써, 전지의 수명이 다한 경우에 전지 팩으로부터 전지만을 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

Description

전지 팩{Battery pack}

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지와 안전장치간에 착탈이 가능하도록 구조가 개선된 전지 팩에 관한 것이다.

최근에는 휴대용 컴퓨터와 같이 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전 지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬 이온(Li-ion)전지 등이 있다.

통상적으로, 이러한 이차전지는 정극판, 부극판 및, 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉함으로써 형성된다. 또한, 전지의 상부에는 캔과 절연된 전극 단자를 구비하여, 이 전극 단자가 전지의 정극 또는 부극을 이루게 하고, 캔 자체는 전극 단자가 정극인 경우에 부극을, 전극 단자가 부극인 경우에 정극을 이루도록 한다.

한편, 상기와 같이 밀봉된 전지에는 PTC 소자(정특성 서미스터 소자), 서멀퓨즈(thermal fuse) 및, 보호회로기판(PCM: Protecting Circuit Module)등과 같은 안전장치가 연결되는데, 이들 안전장치는 전지의 정극과 부극에 각각 전기적으로 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단하여 전지의 파열 등 위험을 방지하게 된다. 이렇게 안전장치가 연결된 상태의 전지는 외장 케이스에 수납되어 전지 팩을 이루게 된다.

상기한 전지 팩의 수명은 주로 전지의 수명에 의해 결정되는데, 종래에는 전지와 안전장치 사이가 용접 등에 의해 영구적으로 결합됨에 따라, 분리가 불가능한 점이 있었다. 따라서, 전지 팩의 교환시 전지와 안전장치를 함께 폐기시켜야 하므로, 안전장치의 재활용이 불가능하게 되어 비용이 증가할 뿐만 아니라, 제조과정에서 생기는 불량품을 회수하고자 할 때에도 전지 및 안전장치와 외장 케이스를 분해하는데 많은 시간과 노력이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 착탈수단을 구비하여 전지와 안전장치간에 착탈이 가능한 전지 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대한 분리 사시도.

도 2는 도 1의 전지에 대한 분리 사시도.

도 3은 도 1에 있어서, 전극 단자와 안전장치의 단자가 결합되는 상태를 나타낸 부분 사시도.

도 4는 도 1에 있어서, 캔의 바닥면과 바닥 플레이트가 결합되는 상태를 나타낸 부분 사시도.

도 5는 도 1의 전지 팩이 조립된 상태를 나타낸 부분 단면도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

10..전지 팩 11..외장 케이스

12..팩 단자 20..전지

22..전극 조립체 23..부극 탭

24..정극 탭 30..캡 조립체

31..캡 플레이트 32..전극 단자

40..안전장치 41..PTC 소자

42..보호회로기판 43..바닥 플레이트

51..제1 착탈수단 55..제2 착탈수단

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 팩은, 소정의 전류를 발생시키는 전지와; 상기 전지에 마련된 정극 단자부 및 부극 단자부와 전기적으로 연결되는 안전장치와; 상기 전지와 안전장치 사이에 마련되어 이들간의 착탈을 가능하게 하는 착탈수단; 및 상기 전지 및 안전장치를 수용하는 외장 케이스;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 전지는 정극판, 부극판 및 상기 정극판과 부극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 갖는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 상부 개구부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 가스켓을 통해 절연되도록 관통되어 형성되며 상기 정극판 및 부극판으로부터 인출된 탭들 중 어느 하나와 접속되는 전극 단자를 구비하는 캡 조립체;를 구비하여 된 것이 바람직하다.

상기 착탈수단은 상기 전극 단자와 보호회로기판의 단자 사이에 마련된 제1 착탈수단과, 상기 캔의 바닥면과 바닥 플레이트 사이에 마련된 제2 착탈수단을 포함하여 된 것이 바람직하다.

상기 제1,2 착탈수단은 각각 프레스 버튼인 것이 바람직하다.

상기 안전장치는 PTC 소자, 보호회로기판을 포함하여 된 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대한 분리 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1의 전지에 대한 분리 사시도가 도시되어 있다.

도시된 전지 팩(10)은 전지(20)와, 상기 전지(20)와 전기적으로 연결되는 안전장치(40)와, 상기 전지(10) 및 안전장치(40)를 수용하는 외장 케이스(11)를 포함하여 구성된다.

상기 전지(20)는 충방전이 가능한 이차전지로서, 도 2에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 일면에 개구부(21a)를 구비하는 캔(21)과, 상기 개구부(21a)를 통해 캔(21)의 내부에 수납되는 전극 조립체(22)를 포함하여 구성된다.

상기 전극 조립체(22)로는 정극판 및 부극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재하여 적층시킨 후 권취한 젤리-롤형의 전극 조립체(22)가 사용될 수 있다.

이 때, 상기 정극판은 스트립 형상의 금속박판으로 된 정극 집전체를 구비하며, 상기 정극 집전체로는 알루미늄 박판이 사용될 수 있다. 상기 정극 집전체의 적어도 일면에는 정극 활물질을 포함한 정극합제가 코팅되는 정극 코팅부가 형성되는데, 상기 정극 활물질로는 리튬계 산화물을 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 정극합제를 이룰 수 있다.

또한, 상기 부극판은 스트립 형상의 금속박판으로 된 부극 집전체를 구비하며, 상기 부극 집전체로는 구리 박판이 사용될 수 있다. 상기 부극 집전체의 적어도 일면에는 부극 활물질을 포함한 부극합제가 코팅된 부극 코팅부가 형성되며, 상기 부극 활물질로는 탄소재를 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 부극합제를 이룰 수 있다.

상기와 같은 전극 조립체(22)의 상부로는 상기 부극판 및 정극판에 각각 전기적으로 연결된 부극 탭(23) 및 정극 탭(24)이 인출되어 있다. 한편, 상기 부극 탭 및 정극 탭의 위치는 도시된 것과는 반대로 놓여질 수 있음은 물론이다.

상기 캔(21)은 도시된 바와 같이 대략 직육면체의 형상을 가진 금속제로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(21)은 경량의 전도성 금속인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 캔(21)의 개구부(21a)에는 캡 조립체(30)가 설치되어 밀봉되는데, 상기 캡 조립체(30)는 상기 개구부(21a)에 직접 용접되어 이를 밀봉하는 캡 플레이트(31)를 구비한다. 상기 캔(21)과 캡 플레이트(31)는 그 용접의 용이성을 위하여 동일한 금속제로 구비될 수 있다.

상기 캡 조립체(30)에는 상기 캡 플레이트(31)에 가스켓(33)을 통해 절연되도록 전극 단자(32)가 관통되어 형성되는데, 상기 전극 단자(32)의 하부에는 절연 플레이트 및 단자 플레이트(미도시)가 더 구비되어 상기 전극 단자(32)가 캡 플레이트(31)와 절연되게 할 수 있다. 상기 전극 단자(32)는 그 하부에 부극판으로부터 연장된 부극 탭(23)이 용접됨으로써 부극 단자부로서의 기능을 하게 된다. 한편, 상기 정극판으로부터 연장된 정극 탭(24)은 상기 캡 플레이트(31)의 하면이나, 캔(21)의 내면에 전기적으로 직접 연결되어 상기 전극 단자(32)를 제외한 전지(20)의 외부 전체가 정극 단자부로서의 기능을 하게 한다. 그러나, 상기 정극 단자부 및 부극 단자부의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 정극 단자부의 구조도 부극 단자부의 구조와 같이 별도의 전극 단자를 통해 형성될 수도 있으며, 이 밖에 다른 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 상기와 같은 전극 조립체(22)가 캔(21)에 삽입된 후에는 절연성 소재로 구비된 보호 케이스(34)가 상기 전극 조립체(22)와 캡 조립체(30)의 사이에 더 설치되어 전극 조립체(22)를 보다 견고히 고정시켜줄 수 있다.

그리고, 상기 캡 조립체(30)를 캔(21)의 개구부(21a)에 용접시킨 후에는 캡 플레이트(31)에 형성된 전해액 주입구(31a)를 통하여 전해액을 주입한 후 플러그(35)에 의해 이를 밀봉하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 전지에는 도시된 바와 같이, 안전장치(40)가 전기적으로 연결되어진다.

상기 안전장치(40)는 전지(20)의 정극과 부극에 각각 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하는 역할을 한다.

상기 안전장치(40)로는 PTC 소자(41), 보호회로기판(42)이 도시되고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 다른 여러 종류의 안전장치가 채용될 수 있다.

상기 안전장치(40)는 착탈수단에 의하여 전지(20)와 착탈가능하게 결합되어진다.

상기 착탈수단은 전지(20)의 전극 단자(32)와 보호회로기판(42)사이에 마련된 제1 착탈수단(51)과, 전지(20)의 캔(21)과 후술할 바닥 플레이트(43) 사이에 마련된 제2 착탈수단(55)을 포함한다.

즉, 제1 착탈수단(51)은 상기 보호회로기판(42)과, 상기 전지(20)의 상부에 마련되어 본 발명의 일 실시예에 따라 부극 단자부의 역할을 하는 전극 단자(32) 사이에 마련되는데, 도 3에 상세히 도시되어 있다.

도시된 바에 따르면, 상기 제1 착탈수단(51)은 프레스 버튼으로 이루어져 있는데, 상기 프레스 버튼은 수단추(52)와, 상기 수단추(52)와 결합되어 체결되는 암단추(53)를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 단자(32)에는 수단추(52)가, 보호회로기판(42)의 단자에는 암단추(53)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 암단추(53)내에는 탄성링(54)이 설치되어 수단추(52)가 암단추(53) 내에 삽입된 후에 상기 수단추(52)와 암단추(53) 사이를 탄성적으로 지지함으로써, 상기 수단추(52)가 암단추(53)에 견고히 결합되어 고정될 수 있다. 이에 따라, 전극 단자(32)와 보호회로기판(42)의 단자는 상호 전기적으로 연결되어질 수 있다.

상기 수단추(52) 및 암단추(53)는 각각 전극 단자(32) 및 보호회로기판(42)의 단자와 일체로 형성되거나, 별도의 결합수단에 의해 결합되어 형성될 수 있다.

상기 프레스 버튼의 구조는 전술한 바에 반드시 한정되지 않으며, 착탈가능한 구조이면 여러 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 도시된 것과는 반대로 상기 전극 단자에 암단추가, 보호회로기판의 단자에 수단추가 마련될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 캔(21)의 바닥면은 정극 단자부의 역할을 하는데, 상기 캔(21)의 바닥면에는 바닥 플레이트(43)가 결합되어진다. 즉, 도 4에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 상기 캔(21)의 바닥면과 바닥 플레이트(43) 사이에 제2 착탈수단(55)이 마련되어 있다. 상기 제2 착탈수단(55)은 전술한 바와 같은 전극 단자(32)와 보호회로기판(42)의 단자 사이에 구비되는 제1 착탈수단(51)과 마찬가지로, 프레스 버튼인 것이 바람직하다.

도시된 바에 따르면, 캔(21)의 바닥면에는 수단추(56)가, 바닥 플레이트(43)의 상부면에는 암단추(57)가 각각 형성되어 있으며, 상기 암단추(57) 내에는 탄성링(58)이 설치되어 수단추(56)가 암단추(57) 내에 삽입된 후에 상기 수단추(56)와 암단추(57) 사이를 탄성적으로 지지함으로써, 상기 수단추(56)가 암단추(57)에 견고히 결합되어 고정된다. 이에 따라, 캔(21)의 바닥면과 바닥 플레이트(43)는 상호전기적으로 연결되어질 수 있다.

상기 캔(21)의 바닥면과 결합되어지는 바닥 플레이트(43)는 PTC 소자(41)의 일측면에 결합된 제1 리이드(44a)와 용접 등에 의하여 전기적으로 연결되며, 상기 PTC 소자(41)의 타측면에 결합된 제2 리이드(44b)는 보호회로기판(42)에 마련된 단자와 납땜 등과 같은 수단에 의하여 전기적으로 연결된다.

한편, 상술한 바닥 플레이트는 반드시 구비되는 것은 아니며, 바닥 플레이트가 생략된 구조를 가질 수 있다. 즉, 캔의 바닥면과 제1 리이드 사이에 전술한 바와 같은 착탈수단이 마련될 수도 있다.

상기와 같이 전지(20)와 안전장치(40)가 제1,2 착탈수단(51)(55)에 의해 결합된 전지 팩(10)이 도 5에 도시되어 있다.

도시된 바에 따르면, 전극 단자(32)에 형성된 수단추(52)가 보호회로기판(42)의 단자에 형성된 암단추(53) 내에 삽입되어 있으며, 상기 수단추(52)와 암단추(53) 사이에는 탄성링(54)이 개재되어 이들을 탄성적으로 지지함으로써, 상기 전극 단자(32)와 보호회로기판(42)의 단자가 고정되어있다.

마찬가지로, 캔(21)의 바닥면에 형성된 수단추(56)가 바닥 플레이트(43)에 형성된 암단추(57) 내에 삽입되어 있으며, 상기 수단추(56)와 암단추(57) 사이에 탄성링(58)이 개재되어 이들을 탄성적으로 지지함으로써, 상기 캔(21)의 바닥면에 바닥 플레이트(43)가 고정되어 있다.

상기 보호회로기판(42)과 바닥 플레이트(43) 사이에는 PTC 소자(41)가 설치되어 있으며, 이러한 상태로 외장 케이스(11)에 의해 감싸져 있다. 그리고, 상기외장 케이스(11)의 상부에는 상기 보호회로기판(42)과 접속된 팩 단자(12)가 상기 외장 케이스(11)의 외부로 노출되도록 설치되어 있다.

상술한 바와 같이, 상기 전극 단자(32)와 보호회로기판(42)의 단자 사이와, 캔(21)의 바닥면과 바닥 플레이트(43) 사이에는 제1,2 착탈수단(51)(55)이 각각 마련되므로, 이들간의 결합이 영구적이지 않다. 즉, 상기 제1,2 착탈수단(51)(55)인 프레스 버튼의 수단추(52)(56)와 암단추(53)(57) 사이의 분리가 가능해지므로, 전지(20)와 안전장치(40) 사이의 장착 및 분리가 용이해질 수 있다. 따라서, 전지 팩(10)의 수명이 다할 경우 안전장치(40)의 재활용이 가능하게 되고, 실질적으로 수명이 다한 전지(20)만을 교환할 수 있게 되어 비용을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 팩은 착탈수단을 구비하여 전지와 안전장치간에 착탈을 가능하게 함으로써, 전지의 수명이 다한 경우에 전지 팩으로부터 전지만을 용이하게 교체할 수 있다. 따라서, 안전장치 및 외장 케이스의 재활용이 가능해지며, 이에 따라, 종래에 비해 전지 팩의 교환에 따른 비용이 저감될 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 소정의 전류를 발생시키는 전지와;

   상기 전지에 마련된 정극 단자부 및 부극 단자부와 전기적으로 연결되는 안전장치와;

   상기 전지와 안전장치 사이에 마련되어 이들간의 착탈을 가능하게 하는 착탈수단; 및

   상기 전지 및 안전장치를 수용하는 외장 케이스;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전지는 충방전이 가능한 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전지는 정극판, 부극판 및 상기 정극판과 부극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 갖는 전극 조립체와;

   상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및

   상기 캔의 상부 개구부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 가스켓을 통해 절연되도록 관통되어 형성되며 상기 정극판 및 부극판으로부터 인출된탭들 중 어느 하나와 접속되는 전극 단자를 구비하는 캡 조립체;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 착탈수단은 상기 전극 단자와 보호회로기판의 단자 사이에 마련된 제1 착탈수단과, 상기 캔의 바닥면과 바닥 플레이트 사이에 마련된 제2 착탈수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제1,2 착탈수단은 각각 프레스 버튼인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 안전장치는 PTC 소자, 보호회로기판을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 보호회로기판에는 팩 단자가 접속되어 상기 외장 케이스의 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.