KR20050037366A - 외장 필름으로 덮여진 박형 배터리의 구조, 배터리 팩 및배터리 팩의 제조 방법 - Google Patents

외장 필름으로 덮여진 박형 배터리의 구조, 배터리 팩 및배터리 팩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 케이스를 필요하지 않게 함으로써 배터리 팩의 소형화 및 경량화를 제공하고 생산비용을 절감시킨다. 외장 필름을 이용하는 박형 배터리 팩 구조(배터리 팩)는 편평한 직사각형 형상인 배터리 셀과, 프레임부의 외측면에 배치된 회로 기판 유닛과, 회로 기판 유닛을 프레임부의 외측면과 개재(介在)시키기 위해서 프레임부 및 배터리 셀의 일단부들 상에 장착된 캡부와, 직사각형의 배터리 셀과 프레임부를 일체적으로 덮는 외장 필름으로 구성된다.

Description

외장 필름으로 덮여진 박형 배터리의 구조, 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법{STRUCTURE OF THIN BATTERY COVERED BY OUTER PACKAGING FILM, BATTERY PACK, AND METHOD FOR MANUFACTURING BATTERY PACK}
본 발명은 휴대 전화기, 게임기, 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 배터리에 사용되는 외장 필름으로 덮여진 박형(薄刑) 배터리의 구조, 배터리 팩 및 배터리 팩을 제조하는 방법에 관한 것이다.
배터리 구조 및 배터리 팩에 관해서는 도10에 도시된 바와 같이 알려져 있다. 배터리 팩(101)은 발전 요소들을 내장하는 직사각형 배터리 주 몸체(이하 "배터리 셀(battery cell)"로 칭함)(103)와, 복수의 전자 부품(104)들이 보호 회로를 구성하도록 장착되고, 얇은 박스형의 2개의 절반부로 구성된 배터리 케이스(102) 내에 수용되는 회로 기판 유닛(105)으로 구성된다. 도11에서 도시된 바와 같이, 회로 기판 유닛(105)은 전자 부품(104)들이 배터리 셀(103)과 접촉하지 않도록 배터리 케이스(102) 상에 형성된 리브(106)들에 의해 지지되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도12에 도시된 바와 같이, 전자 부품(104)들을 성형시키는 성형 수지층(이하 "이송 성형부(transfer mold)"로 칭함)(110)이 형성되고, 성형 수지층(110)의 단부에서 평탄면(110a)이 배터리 셀(103)의 평탄면(103a)과 접촉하도록 이루어지고, 그들이 배터리 케이스 내에 수용되는 방식으로 리브(106)가 필요하지 않는 배터리 팩이 알려져 있다. (예를 들어, 특허 문헌 1: 일본 특개 2002-110121호 공보(단락 부호 <24>, <25>, <26> 및 <29>, 도2, 도5, 도6 등)를 살펴보자.)
상술된 바와 같이, 종래의 배터리 팩(101)은 다음의 단점들을 가지고 있다.
(1) 종래의 배터리 팩(101)은 직사각형의 배터리 셀(103)을 수용하도록 구성되고, 복수의 전자 부품(104)들이 얇은 박스형의 2개의 절반부로 구성된 배터리 케이스(102) 내에서 보호 회로를 구성하도록 장착되기 때문에, 배터리 팩(101)은 두껍고 부피가 크며 무겁다. 또한, 그 가격도 높다. 특히, 배터리 셀(103)은 충전시 또는 고온에서 배터리 셀의 중앙부가 팽창하여 두께가 증가되는 경향이 있다. 그러므로, 팽창하는 배터리 셀(103)의 팽창을 고려하여 배터리 케이스(102)의 크기를 설정할 필요가 있으며, 그 때문에 이러한 팽창을 흡수하기 위하여 배터리 케이스(102)와 배터리 셀(103) 사이의 공간이 필요하게 된다. 이것은 배터리 케이스(102)를 상대적으로 대형화시키고 일반적으로 배터리 팩(101) 내에서 배터리 셀(103)의 용적률을 저하시키는 원인이 된다.
(2) 전자 부품(104)을 성형시키고 보호하는 이송 성형부(110)의 단부에서 평탄면(110a)을 배터리 셀(103)의 평탄면(103a)과 접촉시킴으로써 리브(106)가 필요하지 않게 되는 경우에서는, 이송 성형부(110)가 배터리 셀(103) 상에 강하게 가압된다면 전자 부품(104) 등에 다소 악영향을 끼치게 된다.
본 발명은 얇은 박스형의 2개의 절반부로 구성된 배터리 케이스를 필요하지 않게 함으로써 배터리 팩의 박형화, 소형화 및 경량화를 제공하고 생산비용을 절감시킨다.
본 발명의 다른 태양은 이송 성형부가 배터리 셀 상에 가압되는 것을 방지하여, 전자 부품들을 보호하는 것이다.
본 발명의 제1태양에 있어서, 박형 배터리는 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀과, 배터리 셀이 수용되는 프레임부(frame portion)와, 프레임부의 외측면에 배치된 회로 기판 유닛과, 회로 기판 유닛을 프레임부의 외측면과 함께 개재(介在)시키기 위해서 프레임부 및 배터리 셀의 일단부들에 장착된 캡부(cap portion)와, 배터리 셀과 프레임부를 일체적으로 덮는 외장 필름으로 구성되며, 배터리 셀의 측면이 프레임부에 의해 둘러싸여 지고, 배터리 셀의 전면 및 후면들은 외장 필름으로 덮여지는 방식으로 2개의 절반부로 구성된 종래의 배터리 케이스가 필요하지 않게 된다.
본 발명의 제2태양에 있어서, 프레임부와 캡부 모두를 포함하며 외장 필름이 감싸게 되는 영역(감싸는 부분)들은 외장 필름이 감싸게 되지 않는 영역(감싸지 않는 부분)의 높이에 대하여 외장 필름의 두께에 대응하는 양만큼 더 얇게 형성되고, 프레임부의 외면들 중 적어도 하나가 배터리 셀의 측면 보다 더 높게 형성된다.
본 발명의 제3태양에 있어서, 제1태양의 박형 배터리는, 셀 정극부 감합창(嵌合窓)(cell's positive pole portion fitting window)이 배터리 셀의 측면으로부터 돌출하는 셀 정극부와 감합하도록 프레임부의 일측면에 형성되고, 회로 기판 장착부가 프레임부의 측면의 외면에 형성되는 방식으로 형성된다.
본 발명의 제4태양에 있어서, 제3태양의 박형 배터리는, 캡부가 회로 기판 유닛 장착부에 장착된 회로 기판 유닛을 프레임부와 함께 개재시키기 위한 직사각형 단면부와, 직사각형 단면부와 연속적으로 형성되고 프레임부 및 배터리 셀의 일단부들의 외주부에 감합되도록 감합부를 갖는 관형부를 포함하고, 단면부와 관형부에 의해 형성된 하나의 모퉁이(corner) 부분에 중공부를 더 형성하는 방식으로 형성된다.
본 발명의 제5태양에 있어서, 제1태양의 박형 배터리는, 단자(端子) 창을 통해 외부에 노출되는 단자 접촉부가 캡부의 단면부에 형성되고, 전자 부품들과 전자 부품들을 성형시키기 위한 이송 성형부가 프레임부에 대향하는 내면에 형성되고, 프레임부는 회로 기판 유닛에 대향하는 면에 형성되고 회로 기판 유닛 측으로 돌출하는 돌출부들을 가지며, 소정의 간극(작은 간극)이 이송 성형부의 단부와 프레임부 사이에 발생되도록 회로 기판 유닛이 프레임부와 캡부 사이에 개재되게 하기 위해서 조립되고 고정되는 방식으로 형성된다.
본 발명의 제6태양에 있어서, 단자 접촉부를 포함하고 주 면에 직교하는 제1면과, 제1면에 대향하는 제2면과, 주 면에 직교하는 제1측면과, 제1측면에 대향하는 제2측면을 가진 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 팩이며, 단자 접촉부를 구성하는 회로 기판 유닛과, 단자 접촉부를 외부에 노출시킬 수 있는 단자 창을 갖는 제1면과 제1면에 연속하는 관형부를 포함하는 캡 부분과, 편평한 직사각형 형상인 배터리 셀과, 배터리 셀의 주 면부에 대향하는 위치가 개방되어 있고, 주 면부에 직교하는 4개의 측면들을 포함하며, 하나의 면이 제2면인 프레임부와, 배터리 셀과 프레임부를 일체적으로 덮는 외장 필름을 포함한다.
본 발명의 제6태양에 따른 배터리 팩의 제7태양에 있어서, 프레임부와 캡부 모두를 포함하며 외장 필름이 감싸는 영역들은 외장 필름이 감싸지 않는 영역의 높이에 대하여 외장 필름의 두께에 대응하는 양만큼 더 얇게 형성된다.
본 발명의 제6태양에 따른 배터리 팩의 제8태양에 있어서, 프레임부의 외면 들 중 적어도 하나가 배터리 셀의 측면 보다 더 높게 형성된다.
본 발명의 제6태양에 따른 배터리 팩의 제9태양에 있어서, 회로 기판 유닛의 일단부는 정극 탭(positive pole tab)의 일단부가 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되어 있는 정극 탭의 타단부에 접속되고, 회로 기판 유닛의 타단부는 부극 탭의 일단부에 접속되고, 부극 탭의 타단부와, PTC 탭의 일단부가 셀 부극부에 접속되어 있는 PTC 탭의 타단부는 용접 위치에 접속되고, 용접 위치는 제1측면과 제2측면 중 하나에 위치된다.
본 발명의 제9태양에 따른 배터리 팩의 제10태양에 있어서, 용접 위치는 프레임부의 하나의 측면에 형성된 절취부(cutout portion)의 내측면에 위치된다.
본 발명의 제9태양에 따른 배터리 팩의 제11태양에 있어서, 정극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 정극 탭의 긴 측면이 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되고 정극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 일단부에 접속된다.
본 발명의 제9태양에 따른 배터리 팩의 제12태양에 있어서, 정극 탭은 풀림 처리가 실시된 금속판으로 형성된다.
본 발명의 제9태양에 따른 배터리 팩의 제13태양에 있어서, 부극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 부극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 타단부에 접속된다.
본 발명의 제10태양에 따른 배터리 팩의 제14태양에 있어서, PTC 탭의 일단부가 배터리 셀의 셀 부극부에 용접되어 있는 PTC 탭의 타단부와, 부극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 타단부에 접속되어 있는 부극 탭의 긴 측면의 단부는 절취부에서 중첩된다.
본 발명의 제14태양에 따른 배터리 팩의 제15태양에 있어서, 부극 탭의 긴 측면은 프레임부의 측면에 형성된 슬릿을 통해 프레임부 내로 삽입되어 절취부 내에서 PTC 탭과 중첩된다.
본 발명의 제6태양에 따른 배터리 팩의 제16태양에 있어서, 캡부의 관형부 내에 삽입되는 캡 지지부가 프레임부에 형성되어 있고, 캡부는 캡 지지부가 캡부의 관형부 내에 삽입됨으로써 프레임부에 부착된다.
본 발명의 제16태양에 따른 배터리 팩의 제17태양에 있어서, 캡 지지부와 캡부의 관형부에 캡부 결합용 폴(pawl)과 폴 결합용 구멍이 형성되어 있고, 캡부 결합용 폴과 폴 결합용 구멍은 캡 지지부가 캡부의 관형부 내에 삽입될 때 서로 결합된다.
본 발명의 제18태양은, 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀을 직사각형 프레임부 내에 수용하는 셀 수용 단계와, 단자 접속부를 갖는 회로 기판 유닛을 배터리 셀에 접속시키는 회로 기판 유닛 접속 단계와, 캡부를 프레임부에 장착시키는 캡부 장착 단계와, 배터리 셀을 수용하는 프레임부를 외장 필름에 의해 덮는 외장 필름 덮기 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법이다.
본 발명의 제18태양에 따른 제조 방법의 제19태양에 있어서, 회로 기판 유닛 접속 단계는 정극 탭의 일단부측을 배터리 셀의 셀 정극부에 접속시키면서 프레임부의 단부면을 따라 정극 탭을 배터리 셀에 설치하는 단계와, 정극 탭의 타단부측을 회로 기판 유닛의 일단부측에 접속시키는 단계와, 부극 탭의 일단부측을 회로 기판 유닛의 타단부측에 접속시키면서 배터리 셀의 측면을 따라 부극 탭을 설치하는 단계와, PTC 탭의 일단부를 배터리 셀의 셀 부극부에 접속시키면서 배터리 셀의 측면을 따라 PTC 탭을 설치하는 단계와, PTC 탭과 셀 부극부의 단부를 서로 중첩시키면서 용접하는 탭 용접 단계를 포함한다.
본 발명의 제19태양에 따른 제조 방법의 제20태양에 있어서, 정극 탭의 일단부측을 배터리 셀의 셀 정극부에 접속시키는 단계는 정극 탭이 풀림 처리가 실시되어 있고 L자 형상으로 형성된 금속판으로 이루어져 있는 상태에서 정극 탭의 긴 측면과 배터리 셀의 셀 정극부를 접속시키는 단계와, L자 형상인 정극 탭의 짧은 측면을 회로 기판 유닛에 접속시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제20태양에 따른 제조 방법의 제21태양에 있어서, 부극 탭의 일단부측을 회로 기판 유닛의 타단부측에 접속시키는 단계는 L자 형상인 부극 탭의 긴 측면이 정극 탭의 긴 측면과 평행하게 평활 교정하면서 더 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 타단부에 접속된다.
본 발명의 제20태양에 따른 제조 방법의 제22태양에 있어서, 부극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛에 접속되어 있는 상태에서 L자 형상인 부극 탭의 긴 측면은 프레임부의 측면에 형성된 슬릿을 통하여 프레임부 내에 삽입되어 배터리 셀의 측면에서 PTC 탭의 단부와 중첩되고, 이 중첩되는 부분은 용접 단계에서 용접된다.
본 발명의 제22태양에 따른 제조 방법의 제23태양에서, PTC 탭과 부극 탭을 위한 용접 단계는 프레임부의 일측면에 형성된 절취부를 통해 실시된다.
본 발명의 따른 배터리 팩은 다음의 장점들을 나타낸다.
(1) 제1 태양에서 배터리 팩은 배터리 팩의 외장 몸체가 얇은 박스형의 2개의 절반부로 구성된 배터리 케이스를 이용하는 대신에 프레임부, 캡부 및 외장 필름으로 구성됨으로써, 외부 측정에서 공차를 나타내지 않으면서, 배터리 팩의 박형화, 소형화 및 경량화를 달성하고 또한 생산비용을 절감시킨다.
특히, 프레임부와 캡부 모두를 포함하여 외장 필름이 감싸게 되는 영역(감싸는 부분)들은 외장 필름이 감싸게 되지 않는 영역(감싸지 않는 부분)의 높이에 대하여 외장 필름의 두께에 대응하는 양만큼 더 얇게 형성되고, 외장 필름이 감싼 영역과 외장 필름이 감싸지 않은 영역은 서로 선명하므로, 거기에 스텝(step)이 형성되는 것이 방지된다.
본 발명의 배터리 팩은 수용된 배터리 셀의 두께가 충전시 또는 고온에서 최대로 팽창된 상태에서도 프레임부와 캡부의 높이 범위 내에서 제한될 수 있으므로, 배터리 팩의 두께가 일정치로 유지될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은 배터리 셀이 프레임부 내에 수용될 때 배터리 셀의 셀 정극부를 프레임부의 셀 정극부 감합창과 감합시킴으로써 배터리 셀과 프레임부를 결합시킬 수 있다. 또한, 셀 정극부의 단부는 프레임부의 일측면의 외면을 통해 면하도록 형성됨으로써, 프레임부의 일측면의 외면에서 회로 기판 유닛 장착부에 장착되는 회로 기판 유닛과 전기적 접속을 달성하기에 용이하다.
본 발명의 배터리 팩은, 프레임부와 배터리 셀을 캡부와 함께 통합시키기 위해서 캡부를 프레임부 및 배터리 셀의 일단부들의 외주부에 감합시킴으로써, 프레임부와 배터리 셀이 분리되는 것을 방지할 수 있다. 추가적으로, 배터리 셀의 측면 상의 셀 정극부가 캡부로 덮여져 있기 때문에, 정극 탭은 외장 필름이 실수로 벗겨지는 경우에도 노출되는 것이 방지됨으로써 안정성이 유지된다.
본 발명의 배터리 팩은 정상적으로 회로 기판 유닛의 이송 성형부와 프레임부 사이에 소정의 간격으로 비접촉 상태를 유지한다. 그러나, 회로 기판 유닛의 단자 접촉부가 대응하는 단자들에 의해 가압되는 결과로서 프레임부 측에 가압되는 경우에, 이송 성형부의 단부가 프레임부의 외측면에 대하여 가압되지만, 회로 기판 유닛이 프레임부에 형성된 돌출부에 대하여 가압되기 때문에 이송 성형부는 프레임부에 대하여 강하게 가압되는 것이 방지된다.
(2) 본 발명의 배터리 팩은 직사각형 형상인 배터리 셀과 프레임부를 외장 필름으로 덮음으로써 외장 몸체를 형성하도록 구성되므로, 배터리 팩의 박형화, 소형화 및 경량화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 생산비용을 절감할 수 있다. 특히, 외장 필름이 감싼 영역(외장 필름이 감싸져 있는 영역)과 외장 필름이 감싸지 않은 영역(외장 필름이 감싸져 있지 않은 영역)은 서로 선명하므로, 배터리 팩의 면들에 외장 필름을 감싸게 됨으로써 거기에 스텝이 형성되는 것이 방지된다.
또한, 프레임부의 제2단부면의 높이가 배터리 셀의 측면보다 더 높게 형성되므로, 배터리 셀이 충전시 또는 고온에서 팽창되더라도, 배터리 셀의 팽창을 높이의 차이만큼 흡수할 수 있게 된다.
또한, 부극 탭과 PTC 탭의 용접부는 제1측면 또는 제2측면 어느 한 측면에 형성되므로, 둘 다의 용접을 수행할 수 있게 된다. 특히, 절취부가 용접부에 대향하는 프레임부의 일측면에 형성되므로, 절취부를 통해 부극 탭과 PTC 탭을 용접할 수 있게 된다.
정극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 정극 탭의 긴 측면이 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되고 정극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 일단부에 접속되므로, 정극 탭의 짧은 측면을 대략 직각으로 굽힘으로써 회로 기판 유닛과 프레임부의 단부면을 중첩할 수 있게 된다. 특히, 정극 탭은 풀림 처리가 실시된 금속판으로 형성되므로 정극 탭을 굽히는 것이 용이하고 굽혀진 부분에서 회복력의 발생을 억제하기가 쉬워진다.
또한, 부극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 부극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 타단부에 접속되고, 부극 탭의 긴 측면이 회로 기판 유닛의 타단부로부터 직각으로 연장되므로, 부극 탭의 긴 측면은 회로 기판 유닛과 배터리 셀의 단부면을 중첩시킴으로써 배터리 셀의 측면과 자동적으로 정렬된다. 특히, 슬릿이 프레임부의 측면에 형성되어 있으므로, 부극 탭의 긴 측면을 슬릿을 통해 프레임부 내로 삽입시킴으로써 부극 탭의 긴 측면은 절취부에서 PTC 탭과 중첩될 수 있다.
또한, 캡부는 프레임부에 형성된 캡 지지부를 캡부의 관형부 내에 삽입시킴으로써 프레임부에 쉽게 장착될 수 있다. 특히, 캡 지지부와 캡부의 관형부에 캡부 결합용 폴과 폴 결합용 구멍이 형성되어 있으므로, 프레임부로부터 캡부의 이탈을 방지할 수 있게 된다.
(3) 본 발명의 배터리 팩의 제조 방법은 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀을 직사각형 프레임부 내에 수용하는 셀 수용 단계와, 단자 접속부를 갖는 회로 기판 유닛을 배터리 셀에 접속시키는 회로 기판 유닛 접속 단계와, 캡부를 프레임부에 장착시키는 캡부 장착 단계와, 배터리 셀을 수용하는 프레임부를 외장 필름에 의해 덮는 외장 필름 덮기 단계를 포함하므로, 프레임부, 배터리 셀 및 캡부를 통합시킴으로서 경량 및 박형 배터리 팩을 제조할 수 있게 된다.
특히, 정극 탭, 부극 탭 및 PTC 탭은 배터리 셀의 측면을 따라 형성되고, 부극 탭과 PTC 탭의 용접은 배터리 셀의 측면에서 실시되므로, 회로 기판 유닛의 접속 작업을 수행하기가 용이하게 된다.
또한, 정극 탭은 풀림 처리가 실시되어 있고 L자 형상으로 형성된 금속판으로 이루어져 있으며, 정극 탭의 긴 측면이 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되고, 정극 탭의 짧은 측면이 회로 기판 유닛의 일단부에 접속되므로, 정극 탭을 긴 측면과 짧은 측면 사이의 굽혀진 부분에서 대략 직각으로 굽힘으로써 회로 기판 유닛과 프레임부의 단부를 중첩할 수 있게 된다.
부극 탭은 미리 L자 형상으로 형성되고, 부극 탭의 짧은 측면은 L자 형상인 부극 탭의 긴 측면이 정극 탭의 긴 측면과 평행하게 평활 교정되면서 회로 기판 유닛의 타단부에 접속되므로, 정극 탭의 짧은 측면이 대략 직각으로 굽혀짐으로써 회로 기판 유닛이 프레임부의 단면측(정극 탭의 긴 측면)과 중첩될 때에, 부극 탭의 긴 측면은 배터리 셀의 일측면과 중첩된다.
특히, 부극 탭의 긴 측면의 첨단은 프레임부의 측면에 형성된 슬릿을 통해 프레임부 내로 삽입되고, 부극 탭의 긴 측면의 단부는 프레임부의 내부에서 PTC 탭의 단부와 중첩되며, 중첩된 부분은 프레임부의 측면에 형성된 절취부를 통해 용접되므로, 용접 작업이 쉽게 실시된다.
도1은 배터리 팩(1)의 사시도이고, 도2는 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 직사각형 배터리 셀(2)과, 배터리 셀(2)을 내장하는 직사각형의 프레임부(3)와, 프레임부(3)의 외측면에 배치된 회로 기판 유닛(4)과, 회로 기판 유닛(4)을 프레임부(3)의 외측면과 개재시키기 위해서 프레임부(3) 및 배터리 셀(2)의 일단부들에 장착된 캡부(5)와, 배터리 셀(2) 및 프레임부(3)를 일체적으로 덮는 외장 필름(6)을 갖는다.
배터리 셀(2)은 예를 들어 정극, 격리판(separator) 및 부극을 순차적으로 적층시킴으로써 필름형 외장 부재로 형성된 적층 부재(배터리 요소)를 피복하여 형성된다. 도2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(2)은 제1측면 내지 제4측면(2a∼2d), 전면(2e) 및 후면(2f)을 가진 편평한 직사각형의 관형 형상으로 형성된다. 셀 정극부(21)는 제1측면(2a) 상의 대략 중앙부에서 돌출하여 형성되는 반면, 셀 부극부(도시되지 않음)는 제1측면(2a)에 대향 측면인 제2측면(2b) 상의 중앙부에 형성된다. 셀 부극부에는, 고온 시에 부극부가 전도되지 않도록 하기 위하여 안전 부품으로서 정온도 계수 서미스터(positive temperature coefficient thermistor)(이하 "PTC"로 칭함) 탭(tab)(22)의 일단부가 접속되어 있다. PTC 탭(22)의 타단부는 배터리 셀(2)의 제3측면(2c)까지 연장된다. 한 시트의 절연지(insulating paper, 23)는 배터리 셀(2)의 제3측면(2c)과 PTC 탭(22) 사이에 배치된다.
프레임부(3)는 직사각형 프레임부 내에 절연성 합성수지로 이루어지고, 프레임부의 제1측면 내지 제4측면(3a∼3d)은 배터리 셀(2)의 제1측면 내지 제4측면(2a∼2d)에 중첩될 수 있다.
배터리 셀(2)의 제1측면(2a)에 중첩되는 프레임부(3)의 제1측면(3a)에는 셀 정극부 감합창(31)이 셀 정극부(21)와 감합하기 위하여 형성된다. 배터리 셀(2)의 제3측면(2c)에 중첩되는 제3측면(3c)에는 PTC 탭(22) 면들의 단부가 면하는 창(window, 32)이 형성된다. 부극 탭(33)을 제3측면(3c) 내부에 삽입시키기 위하여 슬릿(34)이 제1측면(3a)의 단부에 형성된다.
배터리 셀(2)의 저부를 지지하는 플랜지형 돌출부(35)는 프레임부(3)의 저부에 형성된다. 또한, 프레임부(3)의 상부에는 플랜지형 돌출부(36)가 제2측면(3b)의 상부 가장자리를 따라 플랜지형 돌출부(35)와 대향된 상태로 형성된다. 배터리 셀(2)의 제2측면(2b)의 단부는 이들 플랜지형 돌출부(35, 36)들 사이에 개재된다.
프레임부(3)의 제2측면(3b)의 높이는 충전시 또는 고온 조건에서 수용된 배터리 셀(2)의 최대 팽창 높이(두께)와 사실상 동일하게 형성된다.
회로 기판 유닛 장착부(37)는 프레임부(3)의 제1측면(3a)의 외면에 형성된다. 회로 기판 유닛 장착부(37)는 프레임부(3)의 제1측면(3a)의 외면의 상부 및 하부 단부들에서 돌출하는 한 쌍의 캡부 지지부들(38, 38) 사이에 형성된다. 캡부 지지부들(38, 38)에는 복수의 캡 결합용 클로우(claw)(39)들이 형성된다.
회로 기판 유닛(4)은 유리 에폭시 페놀(glass epoxy-phenol)과 같은 절연성 합성수지로 이루어진 기부판(base plate, 41)과 기부판(41)의 외면에 형성된 복수의 단자 접촉부(42)들을 갖는다. 전자 부품들과 전자 부품들을 성형시키는 이송 성형부(43)는 기부판(41)의 내면에 형성된다. 회로 기판 유닛(4)은 이송 성형부(43)의 단부와 프레임부(3) 사이에 소정(작음)의 간극을 둔 상태로 프레임부(3)와 캡부(5) 사이에 개재되도록 조립되고 고정된다. 정극 탭(45)의 일단부(45a)는 회로 기판 유닛(4)의 일단부에서 단자부(44)에 용접에 의해 접속된다. 정극 탭(45)의 타단부는 배터리 셀(2)의 셀 정극부(21)에 용접에 의해 접속된다. 절연지(46)는 회로 기판 유닛(4)과 정극 탭(45) 사이에 삽입된다.
또한, 부극 탭(33)의 일단부(33a)는 회로 기판 유닛(4)의 타단부에서 다른 하나의 단자부(47)에 용접에 의해 접속된다. 정극 탭(45)은 L자 형상인 니켈 판과 같은 금속판으로 형성된다. 소위 풀림(annealing) 처리가 굽힘을 용이하게 하기 위하여 금속판에 실시된다. 상술된 L자 형상인 정극 탭(45)에서, 정극 탭의 긴 측면은 배터리 셀(2)의 셀 정극부(21)에 용접에 의해 접속되고, 정극 탭의 짧은 측면은 회로 기판 유닛(4)의 일단부에서 단자부(44)에 접속된다.
부극 탭(33)은 또한 정극 탭(45)과 유사한 L자 형상인 니켈 판과 같은 금속판으로 형성된다. 상술된 L자 형상인 부극 탭(33)에서, 부극 탭의 짧은 측면의 일단부(33a)는 회로 기판 유닛(4)의 타단부의 단자부(47)에 접속된다. 부극 탭(33)의 긴 측면의 타단부(33b)는 PTC 탭(22)에 접속되기 위하여 프레임부(3)의 제3측면(3c)에 형성된 슬릿(34)을 통해 프레임부(3) 내로 삽입된다.
캡부(5)는 회로 기판 유닛 장착부(37)에 장착된 회로 기판 유닛(4)을 거쳐(회로 기판 유닛(4)을 개재시킴으로써) 프레임부(3)의 제1측면(3a)의 외면에 중첩되기 위한 직사각형의 단면부(51)와, 프레임부(3) 및 배터리 셀(2)의 일단부들 내로 감합되기 위하여 직사각형의 단면부(51)와 연속하여 형성된 긴 중공부(52)를 갖는다.
캡부(5)의 단면부(51)에는, 회로 기판 유닛(4)의 단자 접촉부(42)들이 면하여 통하는 복수의 단자 창(53)들이 형성된다. 또한, 긴 중공부(52)의 상부 및 하부 면들에는, 프레임부(3)의 상부 및 하부 한 쌍의 지지부들(38, 38)에 형성된 복수의 캡 결합용 클로우(39)들과 결합하기 위한 복수의 결합용 구멍(54)들이 형성되어 있다.
또한, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 프레임부(3)는 상부 및 하부 한 쌍의 캡 지지부(38, 38)들 상에 형성되어 회로 기판 유닛(4) 측으로 돌출하는 복수의 돌출부(55)들을 갖는다. 돌출부(55)들은 회로 기판 유닛(4)의 단자 접촉부(42)들이 대응하는 단자들에 의해 가압될 때에 전자 부품 등이 장착되어 있지 않고 이송 성형부(43)가 개재되는 위치에서 접합되기 위해서 형성된다.
외장 필름(6)은 폴리에틸렌(polyethylene)(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate)(PC)와 같은 합성수지에 의해 두께가 약 0.05mm 내지 0.1mm인 시트의 형태로 이루어진다. 외장 필름은 배터리 셀(2)이 프레임부(3) 내에 위치되고 회로 기판 유닛(4) 등이 프레임부(3)에 장착되며 캡부(5)가 위치된 이후에 프레임부(3)를 감싼다. 그때에 외장 필름(6)은 배터리 셀(2)의 전면 및 후면들을 덮어서 배터리 셀(2), 프레임부(3) 및 캡부(5)를 일체적으로 결합하도록 프레임부(3)를 감싼다. 도면 부호 "6a"는 외장 필름(6)의 단부들에서 접착부를 나타내고, 도면 부호 "56"은 프레임부(3)의 제3측면(3c)에 형성된 창(32) 위로 장착되는 스페이서(spacer)를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
도4 내지 도9는 배터리 팩(1)의 조립 단계들의 일 예를 도시한다. 먼저, 도4에 도시된 바와 같이, 절연지(23)는 배터리 셀(2)의 측면에 부착되고 이어서 PTC 탭(22)의 일단부측이 셀 부극부에 용접된다. 동시에, PTC 탭(22)의 타단부측은 배터리 셀(2)의 제3측면(2c)과 정렬되면서 지지된다. 그 다음에, 도5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(2)은 프레임부(3) 내에 위치되고, 도6에 도시된 바와 같이 배터리 셀(2)의 제2측면(2b)의 단부가 프레임부(3)에 형성된 플랜지형 돌출부들(35, 36) 사이에 위치되고, 셀 정극부(21)가 프레임부(3)의 셀 정극부 감합창(31)에 감합된다. 그리고, PTC 탭(22)의 단부가 프레임부(3)의 창(32)에 면한다.
이어서, 도7에 도시된 바와 같이, L자 형상인 정극 탭(45)의 짧은 측면의 단부가 셀 정극부(21) 상에 용접되어 정극 탭의 긴 측면이 프레임부(3)의 제1측면(3a)의 외면과 정렬되면서 장착되고, L자 형상인 정극 탭(45)의 짧은 측면의 일단부(45a)가 회로 기판 유닛(4)의 일단부에서 단자부(44) 상에 용접된다. 또한, L자 형상인 부극 탭(33)의 긴 측면은 L자 형상인 부극 탭(33)의 짧은 측면의 일단부(33a)를 용접시켜서 프레임부(3)의 제1측면(3a) 및 상기 제1측면(3a)에 장착된 L자 형상인 정극 탭(45)의 긴 측면과 평행하게 놓여진다.
그리고 나서, 정극 탭(45)의 짧은 측면은 회로 기판 유닛(4)이 절연지(46)를 거쳐 프레임부(3)의 제1측면(3a)의 외면에 중첩되도록 실질적으로 180도 굽혀져서, 회로 기판 유닛(4)이 회로 기판 유닛 장착부(37)에 장착된다. 이 경우에, 부극 탭(33)의 타단부(33b)가 슬릿(34)을 관통하여 프레임부(3) 내로 삽입된다. 상술된 바와 같이, 풀림 처리가 정극 탭(45)을 구성하는 금속판에 이미 실시되어 있어서, 실질적으로 180도로 굽혀지는 것이 용이하며 이에 따라 회로 기판 유닛(4) 상에 인가되는 응력이 방지된다.
그 다음에, 도8에 도시된 바와 같이, 캡부(5)가 회로 기판 유닛(4)을 덮기 위해서 프레임부(3)의 일단부 상에 감합됨과 동시에, 프레임부(3)의 상부 및 하부 한 쌍의 캡 지지부들(38, 38)에 형성된 복수의 캡 결합용 클로우(39)들이 캡부(5)의 긴 중공부(52)에 형성된 클로우 결합용 구멍(54)들과 결합되며 이에 따라 캡부(5)가 프레임부(3) 상에 고정되게 장착된다. 그리고 프레임부(3) 내의 슬릿(34)을 관통하여 프레임부(3)의 내측으로 삽입된 부극 탭(33)의 타단부(33b)는 PTC 탭(22) 상에 중첩되고 창(32)을 면하는 위치에서 PTC 탭(22)에 용접된다. 상술된 바와 같이, 부극 탭(33)과 PTC 탭(22)이 캡부(5)가 장착된 후에 서로 중첩되도록 창(22)에서 부극 탭(33)과 PTC 탭(22)을 용접시킴으로써, 부극 탭(33)과 PTC 탭(22)의 길이를 조정하여, 용접 위치에서의 변화 때문에 임의의 응력이 부극 탭(33)을 거쳐 회로 기판 유닛(4)에 인가되는 것을 회피할 수 있다. 스페이서(56)는 부극 탭(33)과 PTC 탭(22)이 용접된 후에 창(32) 상에 장착된다. 그리고 최후에, 외장 필름(6)은 단부(6a)들이 부착되도록 적어도 1회 이상 감싸서 배터리 셀(2), 프레임부(3), 회로 기판 유닛(4) 및 캡부(5)를 일체적으로 결합시키며, 이에 따라 배터리 팩(1)이 완성된다. 감싸는 외장 필름(6)은 감싸기에 용이하게 도9에 도시된 바와 같이 링 형상으로 미리 형성되거나 편평한 시트일 수 있다. 또한, 외장 필름(6)은 단일 시트일 수 있거나 복수의 시트로 분리될 수 있다. 도9에 도시된 바와 같이, 외장 필름(6)이 감싸져 있는 영역(71)은, 배터리 팩(1)의 전체 외면이 외장 필름(6)을 감싼 후에 사실상 같은 레벨이 되도록, 감싸는 외장 필름(6)의 두께와 같은 양만큼, 외장 필름이 감싸져 있지 않은 다른 영역들(72, 73)보다 더 얇게 형성될 수 있음을 알 수 있다.
마지막으로, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들 및 예들은 단지 예시적인 것일 뿐이다. 또한, 본 발명은 이러한 실시예들 및 예들에 제한적이지 않은 것이라는 점을 알 수 있을 것이고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 설계 등에 따라서 다양한 변형, 조합 및 수정을 가할 수 있다는 점도 알 수 있다.
본 발명은 얇은 박스형의 2개의 절반부로 구성된 배터리 케이스를 필요하지 않게 함으로써 배터리 팩의 박형화, 소형화 및 경량화를 제공하고 생산비용을 절감시킨다. 또한, 본 발명은 이송 성형부가 배터리 셀 상에 가압되는 것을 방지하여 전자 부품들을 보호한다.
도1은 외장 필름에 의해 덮여진 박형 배터리의 구조의 사시도.
도2는 외장 필름에 의해 덮여진 박형 배터리의 구조의 분해 사시도.
도3은 주요부의 단면도.
도4는 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도5는 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도6은 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도7은 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도8은 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도9는 배터리 팩의 조립 공정을 도시한 도면.
도10은 종래 실시예의 사시도.
도11은 종래 실시예의 단면도.
도12는 종래 실시예의 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 배터리 팩 2: 배터리 셀
3: 프레임부 4: 회로 기판 유닛
5: 캡부 6: 외장 필름
21: 셀 정극부 22: PTC 탭
31: 셀 정극부 감합창 33: 부극 탭
42: 단자 접촉부 43: 이송 성형부
45: 정극 탭 51: 단면부
53: 단자 창 55: 돌출부

Claims (23)

  1. 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀을 수용하는 프레임부와,
    상기 프레임부의 외측면에 배치된 회로 기판 유닛과,
    상기 회로 기판 유닛을 상기 프레임부의 외측면과 함께 개재시키기 위해서 상기 프레임부 및 상기 배터리 셀의 일단부들에 장착된 캡부와,
    상기 캡부의 일부분과, 상기 배터리 셀 및 상기 프레임부를 일체적으로 덮는 외장 필름을 포함하는 박형 배터리 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임부와 상기 캡부 모두를 포함하며 상기 외장 필름이 감싸는 영역은 상기 외장 필름이 감싸지 않는 영역의 높이에 대하여 상기 외장 필름의 두께에 대응하는 양만큼 더 얇게 형성되고,
    상기 프레임부의 외면들 중 적어도 하나가 상기 배터리 셀의 측면 보다 더 높게 형성되는 박형 배터리 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프레임부는, 상기 배터리 셀의 측면으로부터 돌출하는 셀 정극부와 감합하기 위하여 상기 프레임부의 일측면에 형성된 셀 정극부 감합창과,
    상기 셀 정극부와 접속하기 위하여 상기 프레임부의 일측면의 외면에 형성된 회로 기판 유닛 장착부를 포함하는 박형 배터리 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡부는, 회로 기판 유닛 장착부에 장착된 상기 회로 기판 유닛을 상기 프레임부와 함께 개재시키기 위한 직사각형 단면부와,
    상기 직사각형 단면부와 연속적으로 형성되고 상기 프레임부 및 상기 배터리 셀의 일단부들의 외주부에 감합되도록 감합부를 갖는 관형부를 포함하고,
    상기 단면부와 상기 관형부에 의해 형성된 하나의 모퉁이 부분에 중공부가 더 형성되는 박형 배터리 구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판 유닛은 상기 캡부의 단면부에 형성된 단자 창으로부터 외부에 대향하는 단자 접촉부와, 상기 프레임부에 대향하는 내면에서 전자 부품들과 상기 전자 부품들을 성형시키기 위한 이송 성형부를 포함하고,
    상기 프레임부는 상기 회로 기판 유닛에 대향하는 면에 상기 회로 기판 유닛 측으로 돌출하는 돌출부들을 포함하고,
    상기 회로 기판 유닛은 상기 이송 성형부의 단부와 상기 프레임부 사이에 소정의 간극을 갖고 상기 프레임부와 상기 캡부 사이에 개재됨으로써 조립되고 고정되는 박형 배터리 구조.
  6. 단자 접촉부를 포함하고 주 면에 직교하는 제1면과, 상기 제1면에 대향하는 제2면과, 상기 주 면에 직교하는 제1측면과, 상기 제1측면에 대향하는 제2측면을 가진 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 팩이며,
    상기 단자 접촉부를 구성하는 회로 기판 유닛과,
    상기 단자 접촉부를 외부에 노출시킬 수 있는 단자 창을 갖는 상기 제1면과, 상기 제1면에 연속하는 관형부를 포함하는 캡 부분과,
    편평한 직사각형 형상인 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀의 주 면부에 대향하는 위치가 개방되어 있고, 상기 주 면부에 직교하는 4개의 측면들을 포함하며, 하나의 면이 상기 제2면인 프레임부와,
    상기 배터리 셀과 상기 프레임부를 일체적으로 덮는 외장 필름을 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프레임부와 상기 캡부 모두를 포함하며 상기 외장 필름이 감싸는 영역들은 상기 외장 필름이 감싸지 않는 영역의 높이에 대하여 상기 외장 필름의 두께에 대응하는 양만큼 더 얇게 형성되는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서, 상기 프레임부의 외면들 중 적어도 하나가 상기 배터리 셀의 측면 보다 더 높게 형성되는 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서, 상기 회로 기판 유닛의 일단부는 정극 탭의 일단부가 상기 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되어 있는 상기 정극 탭의 타단부에 접속되고,
    상기 회로 기판 유닛의 타단부는 부극 탭의 일단부에 접속되고,
    상기 부극 탭의 타단부와, PTC 탭의 일단부가 셀 부극부에 접속되어 있는 상기 PTC 탭의 타단부는 용접 위치에 접속되고,
    상기 용접 위치는 상기 제1측면과 상기 제2측면 중 하나에 위치되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서, 상기 용접 위치는 상기 프레임부의 하나의 측면에 제공된 절취부의 내측면에 위치되는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서, 상기 정극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 상기 정극 탭의 긴 측면이 상기 배터리 셀의 셀 정극부에 접속되고 상기 정극 탭의 짧은 측면이 상기 회로 기판 유닛의 일단부에 접속되는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서, 상기 정극 탭은 풀림 처리가 실시된 금속판으로 형성되는 배터리 팩.
  13. 제9항에 있어서, 상기 부극 탭은 L자 형상으로 형성되며, 상기 부극 탭의 짧은 측면이 상기 회로 기판 유닛의 타단부에 접속되는 배터리 팩.
  14. 제10항에 있어서, 상기 PTC 탭의 일단부가 상기 배터리 셀의 셀 부극부에 용접되어 있는 상기 PTC 탭의 타단부와, 상기 부극 탭의 짧은 측면이 상기 회로 기판 유닛의 타단부에 접속되어 있는 상기 부극 탭의 긴 측면의 단부는 절취부에서 중첩되는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부극 탭의 긴 측면은 상기 프레임부의 측면에 형성된 슬릿을 통해 상기 프레임부 내로 삽입되어 절취부 내에서 상기 PTC 탭과 중첩되는 배터리 팩.
  16. 제6항에 있어서, 상기 캡부의 관형부 내에 삽입되는 캡 지지부가 상기 프레임부에 형성되어 있고,
    상기 캡부는 상기 캡 지지부가 상기 캡부의 관형부 내에 삽입됨으로써 상기 프레임부에 부착되는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서, 상기 캡 지지부와 상기 캡부의 관형부에 캡부 결합용 폴과 폴 결합용 구멍이 형성되어 있고,
    상기 캡부 결합용 폴과 상기 폴 결합용 구멍은 상기 캡 지지부가 상기 캡부의 관형부 내에 삽입될 때 서로 결합되는 배터리 팩.
  18. 편평한 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀을 직사각형 프레임부 내에 수용하는 셀 수용 단계와,
    단자 접속부를 갖는 회로 기판 유닛을 상기 배터리 셀에 접속시키는 회로 기판 유닛 접속 단계와,
    캡부를 상기 프레임부에 장착시키는 캡부 장착 단계와,
    상기 배터리 셀을 수용하는 상기 프레임부를 외장 필름에 의해 덮는 외장 필름 덮기 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 회로 기판 유닛 접속 단계는,
    정극 탭의 일단부측을 상기 배터리 셀의 셀 정극부에 접속시키면서 상기 프레임부의 단부면을 따라 상기 정극 탭을 상기 배터리 셀에 설치하는 단계와,
    상기 정극 탭의 타단부측을 상기 회로 기판 유닛의 일단부측에 접속시키는 단계와,
    부극 탭의 일단부측을 상기 회로 기판 유닛의 타단부측에 접속시키면서 상기 배터리 셀의 측면을 따라 상기 부극 탭을 설치하는 단계와,
    PTC 탭의 일단부를 상기 배터리 셀의 셀 부극부에 접속시키면서 상기 배터리 셀의 측면을 따라 상기 PTC 탭을 설치하는 단계와,
    상기 PTC 탭과 상기 셀 부극부의 단부를 서로 중첩시키면서 용접하는 탭 용접 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 정극 탭의 일단부측을 상기 배터리 셀의 셀 정극부에 접속시키는 상기 단계는,
    상기 정극 탭이 풀림 처리가 실시되어 있고 L자 형상으로 형성된 금속판으로 이루어져 있는 상태에서 상기 정극 탭의 긴 측면과 상기 배터리 셀의 셀 정극부를 접속시키는 단계와,
    상기 L자 형상인 정극 탭의 짧은 측면을 상기 회로 기판 유닛에 접속시키는 단계를 포함하는 배터리 팩의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 부극 탭의 일단부측을 상기 회로 기판 유닛의 타단부측에 접속시키는 상기 단계는, L자 형상인 부극 탭의 긴 측면을 상기 정극 탭의 긴 측면과 평행하게 평활 교정하면서 더 짧은 측면이 상기 회로 기판 유닛의 타단부에 접속하는 배터리 팩의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 부극 탭의 짧은 측면이 상기 회로 기판 유닛에 접속되어 있는 상태에서 L자 형상인 상기 부극 탭의 긴 측면은 상기 프레임부의 측면에 형성된 슬릿을 통하여 상기 프레임부 내에 삽입되어 상기 배터리 셀의 측면에서 상기 PTC 탭의 단부와 중첩되고, 이 중첩되는 부분은 용접 단계에서 용접되는 배터리 팩의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 PTC 탭과 상기 부극 탭을 위한 용접 단계는 상기 프레임부의 일측면에 형성된 절취부를 통해 실시되는 배터리 팩의 제조 방법.
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