KR20070075938A - 무용접 체결 방식의 전지팩 - Google Patents

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KR20070075938A KR1020060004728A KR20060004728A KR20070075938A KR 20070075938 A KR20070075938 A KR 20070075938A KR 1020060004728 A KR1020060004728 A KR 1020060004728A KR 20060004728 A KR20060004728 A KR 20060004728A KR 20070075938 A KR20070075938 A KR 20070075938A
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Abstract

본 발명은 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트, 보호회로모듈(PCM), 및 전기절연성 소재의 탑 캡을 포함하는 것으로 구성되는 캡 어셈블리로서, 상기 PCM에는 각각 양극과 음극에 연결되는 2 개의 관통구들(a, b)이 형성되어 있고, 베이스 플레이트에는 상기 관통구들에 대응하는 위치에 체결구와 관통구(c)가 형성되어 있으며, 상기 PCM을 베이스 플레이트 상에 위치시킨 상태에서 상기 체결구를 관통구(a)에 삽입하고 상기 관통구(b)와 관통구(c)를 통해 리벳을 체결하여 접속 및 기계적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리를 제공한다.
이러한 캡 어셈블리를 사용하여 전지팩을 제조하는 경우에는, 전지 셀과 PCM의 전기적 접속시 많은 시간과 숙련된 기술을 요하는 용접 또는 솔더링 공정을 생략하여, 전지팩의 조립공정 및 작업시간을 단축시켜 궁극적으로 제조비용을 낮출 수 있고, 조립과정의 자동화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 전지팩의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

무용접 체결 방식의 전지팩 {No-welding Inserting Type Battery Pack}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 캡 어셈블리에서 리벳과 베이스 플레이트의 체결구를 이용하여 보호회로 모듈(PCM)을 베이스 플레이트에 결합하고, 그러한 결합체를 탑 캡에 장착하기 전의 사시도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
110: 베이스 플레이트 120: PCM
130: 탑 캡 140: 리벳
112: 체결구 150, 153: 가스켓
160: 도전판
본 발명은 무용접 체결 방식의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지 케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 보호회로모듈(PCM), 및 상기 PCM을 감싼 상태로 전지케이스의 상단에 결합되는 전기절연성 소재의 탑 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있으며, 상기 PCM에는 각각 전지의 양극과 음극에 연결되는 2 개의 관통구들(a, b)이 형성되어 있고, 베이스 플레이트에는 상기 관통구들에 대응하는 위치에 체결구와 관통구(c)가 형성되어 있으며, 상기 PCM을 베이스 플레이트 상에 위치시킨 상태에서 상기 체결구를 관통구(a)에 삽입하고 상기 관통구(b)와 관통구(c)를 통해 리벳을 체결하여 전기적 접속 및 기계적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리 및 이러한 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 전지팩을 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(PCM)이 전지 셀에 접속된 상태로 내장되어 있다.
PCM은 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 능동소자(FET; Field Effect Transistor)와, 전압 검출기, 저항 및 축전기 등의 수동소자로 구성되어 있 으며, 전지의 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 역전압 등을 차단하여, 전지의 폭발이나 과열 또는 누액 및 충방전 특성의 악화를 방지하고, 전기적 성능의 저하와 물리화학적 이상거동을 억제함으로써, 위험 요소를 제거하고 사용수명을 연장시킨다.
일반적으로 PCM은 전도성 니켈 플레이트를 매개로 하여, 용접 또는 솔더링 방식으로 전지 셀에 연결된다. 즉, PCM의 전극탭에 니켈 플레이트를 각각 용접 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지 셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하는 것으로 PCM을 전지 셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 경우, 전지팩을 구성하기 위하여 다수의 용접 또는 솔더링이 요구되며, 이러한 용접 등은 이차전지의 작은 구조로 인해 매우 정밀한 작업으로 진행되어야 하므로, 그 만큼 불량의 가능성이 높다. 게다가, 제품의 제조공정 중에 이러한 공정의 추가로 인하여 제품단가가 상승하는 요인으로 작용한다.
따라서, 스팟 용접이나 솔더링 공정을 거치지 않으면서 PCM과 전지 셀을 조립하는 방법이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명의 목적은 전지 셀과 PCM의 전기적 접속시 많은 시간과 숙련된 기술을 요하는 용접 또는 솔더링 공정을 생략하여 전지팩의 조립공정 및 작업시간을 단축시킴으로써, 궁극적으로 제조비용을 낮출 수 있고 조립과정의 자동화 를 구현할 수 있는 캡 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 구조적 안정성이 향상된 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 보호회로모듈(PCM), 및 상기 PCM을 감싼 상태로 전지케이스의 상단에 결합되는 전기절연성 소재의 탑 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있으며, 상기 PCM에는 각각 전지의 양극과 음극에 연결되는 2 개의 관통구들(a, b)이 형성되어 있고, 베이스 플레이트에는 상기 관통구들에 대응하는 위치에 체결구와 관통구(c)가 형성되어 있으며, 상기 PCM을 베이스 플레이트 상에 위치시킨 상태에서 상기 체결구를 관통구(a)에 삽입하고 상기 관통구(b)와 관통구(c)를 통해 리벳을 체결하여 전기적 접속 및 기계적 연결을 이루는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 베이스 플레이트의 일측부에서 돌출되어 있는 체결구 및 리벳을 이용하여 베이스 플레이트 상에 PCM을 전기적으로 연결하고 동시에 기계적 체결을 이룸으로써, 제조원가를 절감하고 조립과정을 더욱 간소화하며 용접 및 솔더링에 의한 단점들을 제거하는 등의 잇점을 가지고 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 리벳은 PCM과 베이스 플레이트의 사이를 소정의 거리로 이격시키고 베이스 플레이트 상에서 돌출단자로서 형성될 수 있도록, 원 기둥 형태의 본체와 그것의 중간 부위에 소정의 두께를 가진 판상체로 이루어져 있으며, 상기 체결구는 상기 리벳이 PCM의 관통구(b)와 베이스 플레이트의 관통구(c)에 체결된 상태에서 PCM과 베이스 플레이트 사이의 이격 거리에 해당하는 길이로 베이스 플레이트로부터 돌출되어 있는 원기둥 형태로 이루어져 있다.
바람직하게는, 상기 리벳이 삽입되는 베이스 플레이트의 관통구(c)에는 그것의 상단면과 하단면 및 내측면을 감싸는 전기절연성의 가스켓이 설치되며, 상기 가스켓의 하단에는, 전지셀의 전극단자에 연결되고 상기 리벳의 하단부가 삽입되어 체결될 수 있는 개구가 형성되어 있는 도전판이 부가될 수 있다. 이러한 구조로 인하여, 상기 리벳은 베이스 플레이트와 PCM의 사이에 설치되었을 때 최하단에 위치하는 도전판과 PCM의 특정 부위를 제외하고 가스켓에 의하여 전기적으로 절연될 수 있다. 즉, 상기 리벳은 그 자체로 양극 또는 음극 단자의 역할을 하는 베이스 플레이트에 대해 가스켓에 의해 절연된 상태로 상부 돌출단자를 형성하며, 그러한 돌출단자는 상기 베이스 플레이트와 반대되는 전극, 즉, 음극 또는 양극의 전극단자로서 작용한다.
상기 구조에서, 리벳의 길이는 바람직하게는 PCM, 베이스 플레이트, 가스켓 및 도전판을 순차적으로 통과한 후 PCM의 상단면 및 도전판의 하단면 상에 압연되어 체결될 수 있는 크기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 리벳이 삽입되는 베이스 플레이트의 관통구(c)에는 리벳의 상기 판상체가 안착될 수 있도록 그것에 대응하는 만입부가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 만입부는 리벳의 판상체가 상기 가스켓을 경유하여 안착될 수 있도록 상기 가스켓의 크기에 대응하는 것이 바람직하다.
상기 가스켓은 구체적으로, 판상의 상단부와 원기둥 형태의 본체로 이루어져 있으며, 상기 리벳이 삽입된 상태에서 베이스 플레이트의 상기 관통구(c)에 체결될 수 있도록, 그것의 상단부와 본체를 관통하는 형태로 상기 리벳의 본체가 삽입되는 삽입구가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 리벳의 판상체가 안착될 수 있도록 그것의 상단부의 상단면에는 상기 판상체에 대응하는 만입부가 형성되어 있을 수도 있다.
상기 가스켓은 예를 들어, 두 개의 부재로서 베이스 플레이트의 상단면 및 하단면으로부터 각각 결합될 수 있고, 또는 인서트 사출성형에 의해 일체로서 형성될 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 전지팩을 제공한다. 본 발명에 따른 전지팩은 양극/분리막/음극의 전극조립체가 내장된 전지케이스의 개방 상단에 상기와 같은 캡 어셈블리를 결합하는 것으로 제조된다. 상기 전지팩은 바람직하게는 상기 전극조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 이른바 각형 전지일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 분해 사시도가 도 시되어 있다.
도 1을 참조하면, 캡 어셈블리(100)는 전지케이스(도시하지 않음)의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트(110), 베이스 플레이트(110) 상에 설치되는 PCM(120), 및 PCM(120)을 감싼 상태로 상기 전지케이스의 상단에 결합되는 전기절연성 소재의 탑 캡(130)으로 구성되어 있다.
베이스 플레이트(110)의 중앙에는 전지의 음극과 연결되는 리벳(140)이 체결되는 관통구(c: 114)가 천공되어 있고, 그것의 일측에는 전지의 양극과 연결되고 PCM(120)이 장착되는 방향으로 돌출되어 있는 체결구(112)가 구비되어 있다.
PCM(120)의 중앙에는 베이스 플레이트(110)의 관통구(114)에 대응하는 위치에 리벳(140)이 체결되는 관통구(b: 124)가 천공되어 있고, 그것의 일측에는 베이스 플레이트(110)의 체결구(112)가 삽입되는 관통구(a: 122)가 천공되어 있다.
따라서, PCM(120)을 베이스 플레이트(110) 상에 위치시킨 상태에서 체결구(112)를 관통구(122)에 삽입하고, 관통구(124)와 관통구(114)에 리벳(140)을 장착하는 것으로 전기적 접속 및 기계적 연결을 이룰 수 있다.
전극조립체(도시하지 않음)의 음극에 연결되는 리벳(140)은 베이스 플레이트(110)와 PCM(120)의 사이를 이격시키고 베이스 플레이트(110) 상에 돌출단자로서 형성된다. 이러한 작용을 하는 리벳(140)은 원기둥 형태의 본체(141a, 141b)와 그것의 중간 부위에 소정의 두께를 가진 판상체(142)로 이루어져 있다. 이러한 리벳(140)의 본체 상단부(141a)는 PCM(120)의 관통구(124)에 삽입되고 본체 하단부(141b)는 베이스 플레이트(110)의 관통구(114)에 삽입된다.
반면에, 전극조립체의 양극에 연결되는 베이스 플레이트(110)의 체결구(112)는 리벳(140)의 판상체(142)에 의해 형성된 PCM(120)과 베이스 플레이트(110) 사이의 이격 거리에 해당하는 길이로 돌출되어 있으며, PCM(120)의 관통구(122)에 대응하도록 원기둥 형태로 이루어져 있다.
리벳(140)이 베이스 플레이트(110)의 관통구(114)에 삽입되기에 앞서, 관통구(114)에는 전기절연성 가스켓이 설치된다. 상기 가스켓은 상부 가스켓(150)과 하부 가스켓(153)으로 이루어져 있으며, 상부 가스켓(150)은 베이스 플레이트(110)의 상단에 설치되고 관통구(114)에 삽입되어 그것의 내측면을 감싸는 원기둥 형태의 본체(151)와 그것의 상단면을 감싸는 판상 구조의 상단부(152)로 이루어져 있다. 반면에, 하부 가스켓(153)은 베이스 플레이트(110)의 하단에 설치되고 관통구(c)(114)의 하단면을 감싸는 판상 구조로 이루어져 있다. 여기서, 상부 가스켓(150)의 본체(151)와 상단부(152)에는 그것을 수직 방향으로 관통하고 리벳(140)의 본체 하단부(141b)가 삽입되는 삽입구(154)가 형성되어 있다.
하부 가스켓(153)의 하단에는 도전판(160)이 설치되며, 그러한 도전판(160)은 전극조립체(도시하지 않음)의 음극단자가 용접 등에 의해 연결되는 부위이며, 리벳(140)의 하단부가 삽입되어 체결될 수 있는 개구(164)가 형성되어 있다. 이때, 베이스 플레이트(110)의 하단에 설치되는 하부 가스켓(153)은 도전판(160)이 베이스 플레이트(110)에 접촉하지 못하도록 도전판(160)보다 큰 크기로 이루어져 있거나 또는 그것의 상단면과 측면을 감싸는 구조로 이루어져 있다.
리벳(140)이 베이스 플레이트(110)의 관통구(114)에 삽입될 때, 리벳(140)의 판상체(142)가 안착될 수 있도록 그것에 대응하는 만입부(115)가 관통구(114) 주변에 형성되어 있다. 이때, 리벳(140)이 상부 가스켓(150)을 경유하여 관통구(114)에 삽입되기 때문에, 관통구(114)의 만입부(115)는 상부 가스켓(150)에 대응하는 크기로 형성되며, 상부 가스켓(150)의 상단부에는 리벳(140)의 판상체(142)가 안착될 수 있도록 그것에 대응하는 만입부(155)가 형성되어 있다.
캡 어셈블리(100)의 조립과정을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
상부 가스켓(150)과 하부 가스켓(153)을 각각 베이스 플레이트(110)의 중앙 관통구(114)에 체결하고, 하부 가스켓(153)의 하단에 도전판(160)을 위치시킨 상태에서 리벳(140)의 본체 하단부(141b)를 가스켓(150, 153)의 삽입구(154)와 도전판(160)의 개구(164)에 삽입한다. 리벳(140)의 본체 하단부(141b)는 상기와 같은 삽입시 도전판(160)의 개구(164)로부터 그것의 일부가 돌출될 정도의 길이를 가지므로, 그러한 하단 돌출부위를 압연(리벳팅)하여 체결을 이룰 수 있다.
또한, 리벳(140)의 본체 상단부(141a)를 PCM(120)의 중앙 관통구(124)에 삽입하며, 본체 상단부(141a) 역시 상기와 같은 삽입시 관통구(124)로부터 그것의 일부가 돌출될 정도의 길이를 가지므로, 그러한 상단 돌출부위를 압연하여 체결을 이룰 수 있다.
상기와 같이 리벳(140)을 PCM(120)의 중앙 관통구(124)와 베이스 플레이트(110)의 중앙 관통구(114)에 체결하는 과정에서, 베이스 플레이트(110)의 측부에 돌출되어 있는 체결구(112)는 PCM(120)의 측부 관통구(125)에 삽입된다. 체결구(112)는 상기와 같은 삽입시 관통구(a)(115)로부터 그것의 일단부가 돌출될 정도의 길이를 가지므로, 그러한 상단 돌출부위를 압연하여 체결을 이룰 수 있다. 그러나, 리벳(140)과 체결구(112)를 사용하여 PCM(120)과 베이스 플레이트(110)의 체결을 이루는 방식은 다양할 수 있으므로, 상기와 같은 과정만으로 한정되는 것은 아니다.
PCM(120)과 베이스 플레이트(110)의 체결이 이루어진 상태에서, 전지케이스(도시하지 않음)의 개방 상단에 베이스 플레이트(110)를 위치시키고 용접 등에 의해 결합을 행한 후, 최종적으로 탑 캡(130)을 장착하게 된다.
상기와 같은 조립 과정에서 의해, 베이스 플레이트(110)와 PCM(120)은 그 사이에 개재되어 있는 리벳(140)의 판상체(142)에 의해 소정의 거리만큼 이격된 상태로 상호 결합이 이루어지고, 리벳(140)과 베이스 플레이트(110)에서 돌출된 체결구(112)에 의해 전기적 연결이 이루어진다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무용접 체결 방식의 전지팩은 전지 셀과 PCM의 전기적 접속시 많은 시간과 숙련된 기술을 요하는 용접 또는 솔더링 공정을 생략하여 전지팩의 조립공정 및 작업시간을 단축시켜 궁극적으로 제조비용을 낮출 수 있고, 조립과정의 자동화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 전지팩의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 보호회로모듈(PCM), 및 상기 PCM을 감싼 상태로 전지케이스의 상단에 결합되는 전기절연성 소재의 탑 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있으며, 상기 PCM에는 각각 전지의 양극과 음극에 연결되는 2 개의 관통구들(a, b)이 형성되어 있고, 베이스 플레이트에는 상기 관통구들에 대응하는 위치에 체결구와 관통구(c)가 형성되어 있으며, 상기 PCM을 베이스 플레이트 상에 위치시킨 상태에서 상기 체결구를 관통구(a)에 삽입하고 상기 관통구(b)와 관통구(c)를 통해 리벳을 체결하여 전기적 접속 및 기계적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리벳은 PCM과 베이스 플레이트의 사이를 이격시키고 베이스 플레이트 상에서 돌출단자로서 형성될 수 있도록, 원기둥 형태의 본체와 그것의 중간 부위에 소정의 두께를 가진 판상체로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 체결구는 상기 리벳이 베이스 플레이트의 관통구(a)에 체결된 상태에서 PCM과 베이스 플레이트 사이의 이격 거리에 해당하는 길이로 베이스 플레이트로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 리벳이 삽입되는 베이스 플레이트의 관통구(c)에는 그것의 상단면과 하단면 및 내측면을 감싸는 전기절연성의 가스켓이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가스켓의 하단에는, 전지셀의 전극단자에 연결되고 상기 리벳의 하단부가 삽입되어 체결될 수 있는 개구가 형성되어 있는 도전판이 부가되는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 리벳은 PCM, 베이스 플레이트, 가스켓 및 도전판을 순차적으로 통과한 후 PCM의 상단면 및 도전판의 하단면 상에 압연되어 체결될 수 있는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 리벳이 삽입되는 베이스 플레이트의 관통구(c)에는 리벳의 상기 판상체가 안착될 수 있도록 그것에 대응하는 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 가스켓은 두 개의 부재로서 베이스 플레이트의 상단면 및 하단면으로부터 각각 결합되거나, 또는 인서트 사출성형에 의해 일체로서 형성되는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리가 전극조립체를 내장하고 있는 전지케이스의 개방 상단에 결합되어 있는 구조의 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지케이스는 각형의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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