KR20090064028A - 우수한 제조공정성의 이차전지 팩 및 ｐｔｃ 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀; 상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 접속부재들과 보호회로 기판이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재; 및 상기 접속부재들과 보호회로 기판이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡; 을 포함하고 있으며, 상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나의 체결홈이 형성되어 있고, 상기 접속부재들과 보호회로 기판에는 각각 상기 체결홈에 연통되는 관통홈이 형성되어 있으며, 절연성 캡의 외부로 노출되지 않은 상태로, 기계적 체결부재가 상기 체결홈과 관통홈에 연속하여 삽입됨으로써 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 기판의 결합이 이루어지는 구조의 이차전지 팩을 제공한다.
Description
본 발명은 접속부재를 이용한 우수한 제조 공정성의 이차전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재, 및 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡을 포함하고 있으며, 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나의 체결홈이 형성되어 있고, 상기 접속부재들과 보호회로 기판에는 각각 상기 체결홈에 연통되는 관통홈이 형성되어 있으며, 절연성 캡의 외부로 노출되지 않은 상태로, 기계적 체결부재가 상기 체결홈과 관통홈에 연속하여 삽입됨으로써 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 기판의 결합이 이루어지는 구조의 이차전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특 성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 어플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
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 보호회로모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
일반적으로 PCM을 포함하는 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 따라서, 이러한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수 개의 절연성 장착부재들이 요구되며, 전지의 조립공정을 복잡하게 만든다는 단점을 가지고 있다. 또한, 안전소자들과 상기 절연성 장착부재 사이에 접착제를 도포하여 결합하는 방식이 사용되고 있 으나, 이러한 결합 방식은 전지의 강도를 약화시킨다는 단점이 있다. 이러한 결합 강도의 약화는, 전지셀에 물리적 충격이 가해질 경우, 전기적 쇼트 등을 유발하여 발화 및 폭발 등 안전성에 문제를 일으킬 수 있다.
따라서, 전지셀 상단에 탑재되는 절연성 장착부재 및 안전소자 등의 조립을 용이하게 하면서 동시에 전지팩의 기계적 강도를 향상시키기 위한 다양한 기술들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 한국 특허출원공개 제2006-0027272호는 베어 셀; 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되는 보호회로기판; 상기 베어 셀 및 보호회로기판에 일체로 결합되고, 상기 베어 셀의 일정 영역이 외부로 노출되도록 하는 케이스; 및 상기 케이스를 통해 노출된 베어 셀에 충진된 수지를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2007-165328호는 전지 본체의 일측 외주면에 외부 접속용 단자가 형성되고, 상기 외주면의 이면에 전지의 보호회로 소자로서 실장되는 회로 기판, 상기 회로 기판과 상기 전지 본체의 양극 및 음극을 전기적으로 접속하는 것과 동시에, 열 감응 소자를 배치한 접속부재 및 상기 전지 본체와 상기 회로 기판을 배치한 몰드형에 각각 수지를 충전 성형하고, 상기 전지 본체 및 회로 기판 각각의 임의의 면에 붙게 하여 양자를 일체화시키는 수지 몰드체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지를 개시하고 있다.
그러나, 상기 기술들은 전지팩 상부의 보호회로 기판과 전극단자들이 형성된 공간 사이에 수지를 충진하는 공정이 추가되므로, 작업 공정이 복잡해지고, 전지팩의 무게를 증가시키는 문제점이 있으며, 전지팩의 기계적 강도 향상 효과가 기대한 만큼 크지 않은 단점이 있다.
따라서, 전지셀의 상단에 장착되는 부재의 수를 감소시켜 조립공정을 단순화할 수 있고, 접속부재와 장착부재 및 보호회로 기판 사이를 무용접 방식으로 연결하면서 안정적인 결합 강도를 동시에 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재, 접속부재들 및 보호회로 기판을 특정한 형태의 체결 구조를 통해 결합하는 것으로 이차전지 팩을 구성하는 경우, 조립 공정을 크게 단순화시킬 수 있으며, 전지셀 제조 공정상의 안전성을 확보하면서, 동시에 향상된 결합 강도를 유지할 수 있는 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 전지셀, 전지셀 상단의 절연성 장착부재, 접속부재들, 및 보호회로 기판이 특정한 체결 구조를 통해 결합되는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 팩은,
양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀;
상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 접속부재들과 보호회로 기판이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재; 및
상기 접속부재들과 보호회로 기판이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하고 있으며,
상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나의 체결홈이 형성되어 있고, 상기 접속부재들과 보호회로 기판에는 각각 상기 체결홈에 연통되는 관통홈이 형성되어 있으며, 절연성 캡의 외부로 노출되지 않은 상태로, 소정의 기계적 체결부재가 상기 체결홈과 관통홈에 연속하여 삽입됨으로써 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 기판의 결합이 이루어지는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지셀, 절연성 장착부재 및 절연성 캡을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 기판의 결합이 상기 체결홈과 그와 연통하는 관통홈에 기계적 체결부재를 삽입함으로써 달성되므로, 전체적으로 간단한 결합 방식으로 조립 과정이 수행될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 절연성 장착부재, 접속부재 및 보호회로 기 판의 구조가 상호간 기계적 체결이 용이하도록 형성되어 있으므로, 다수의 용접 또는 솔더링 등을 필요로 하는 종래의 구조와 비교하여 제조 공정을 단순화시키고 매우 안정적인 결합구조를 구현할 수 있다.
상기 전지케이스는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도가 요구되므로, 금속 소재의 캔일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 캔일 수 있다.
상기 접속부재는 전극단자와 보호회로 모듈을 전기적으로 연결하는 기능 외에 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 기능을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 접속부재들 중 하나는 PTC 소자와 결합되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 전지팩이 내부 단락 등의 원인으로 온도가 급상승할 경우, PTC 소자와 결합된 상기 접속부재는 전지팩의 상단 어셈블리에서 전류를 차단하는 역할을 함으로써, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 접속부재는 안정적인 구조로 절연성 장착부재 및 보호회로 기판과 용이하게 결합될 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직한 바, 일 예로, 접속부재의 일측 단부에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 제 1 관통홈과, 보호회로 기판과 결합하기 위한 제 2 관통홈이 형성될 수 있다.
따라서, 절연성 장착부재를 접속부재의 제 1 관통홈과 결합하고, 보호회로 기판을 접속부재의 제 2 관통홈과 결합함으로써, 접속부재, 절연성 장착부재 및 보호회로 기판을 설계상의 정위치에서 상호간 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이러한 구조에서, 제 2 관통홈은 기계적 체결부재에 의해 보호회로 기판과의 결합 뿐만 아니라 절연성 장착부재와의 결합에도 기여한다.
상기 제 1 관통홈 및 제 2 관통홈은 접속부재, 절연성 장착부재 및 보호회로 기판을 상호간 안정적이고 용이하게 결합시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 기계적 체결부재가 금속 소재로 이루어진 경우, 제 1 관통홈은 평면상으로 슬릿 형상이고, 제 2 관통홈은 평면상으로 스타 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 특정 형상으로 이루어진 제 1 관통홈과 제 2 관통홈의 구조는, 제조과정 또는 설계상의 오차로 인한 조립 공정상의 문제점을 해소하고, 상호간의 체결력과 전기적 접속상태를 더욱 강화시킬 수 있다. 구체적으로, 제 1 관통홈에 삽입되는 소정의 돌기가 절연성 장착부재 상에 형성되어 있을 때, 절연성 장착부재의 돌기는 슬릿 형상의 제 1 관통홈에 슬릿 길이에 대응하는 오차 범위에서 삽입될 수 있으므로, 제조과정 또는 설계 상에 오차가 발생하더라도 접속부재와 절연성 장착부재 상호간의 결합에 문제가 없다. 또한, 기계적 체결부재가 접속부재와 보호회로 기판 간의 결합 뿐만 아니라 그것의 전기적 접속에 기여할 수 있도록 도전성의 금속 소재로 이루어진 경우, 스타 형상의 제 2 관통홈에 기계적 체결부재가 삽입될 때, 스타 형상 부위가 기계적 체결부재에 의해 변형되면서 높은 체결력과 안정적인 전기적 접속상태가 달성될 수 있다.
상기 접속부재들은 다양한 방식으로 전지셀 전극단자와 보호회로에 연결될 수 있는 바, 예를 들어, PTC 소자와 결합되어 있는 접속부재('제 1 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 1 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 기판에 연결되어 있으며, 다른 하나의 접속부재('제 2 접속부재')의 일측 단부는 전지 셀의 제 2 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 기판에 연결되어 있을 수 있다.
이러한 구조에서, 더욱 바람직하게는, 보호회로 기판에 연결되는 제 1 및 제 2 접속부재의 단부는, 절연성 장착부재 상에 안정적으로 탑재된 상태에서 보호회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있도록, 전지셀에 연결되는 단부보다 상대적으로 높은 위치로 절곡되어 있을 수 있다.
상기 접속부재들은 보호회로 기판에 접촉되는 부위에서 전기적 연결이 이루어질 수 있도록, 접속부재가 접하는 보호회로 기판 부위에는 보호회로가 연결된다. 이러한 접속부재는 가변성의 전도성 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 니켈 플레이트일 수 있다.
상기 절연성 장착부재는 접속부재와 보호회로 기판이 상부에 탑재되는 구조로서 전지셀의 상단면에 직접 밀착되는 절연성의 소재로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀의 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성된 구조일 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 절연성 장착부재의 양측 단부는 소정의 높이로 상향 돌출되어 있어서, 앞서 설명한 바와 같이 일측 단부가 상향 절곡되어 있는 접속부재의 장착공간을 용이하게 확보할 수 있다.
상기 절연성 장착부재의 상단면은 장착된 접속부재들이 정위치에 고정될 수 있도록 접속부재들에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 양측부위에 접속부재들의 관통홈(제 1 관통홈)과 결합하기 위한 돌기가 형성되어 있어서, 상호간의 결합을 더욱 안정적으로 이룰 수 있다.
상기 기계적 체결부재는, 절연성 장착부재의 체결홈과 접속부재들과 보호회로 기판의 관통홈에 삽입되어 소정의 결합 강도를 발휘할 수 있는 부재라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 앞서 설명한 바와 같이, 기계적 체결 기능 이외에 보호회로 기판과 접속부재의 더욱 안정적인 전기적 접속상태를 제공할 수 있도록, 바람직하게는 금속 소재의 핀(Pin) 또는 리벳(Rivet)으로 이루어질 수 있다.
한편, 기계적 체결부재는 절연성 캡의 외부로 노출되지 않는 길이를 가질 수 있도록, 보호회로 기판 및 접속부재의 두께와 절연성 장착부재 체결홈 깊이의 합과 대략 대응하는 길이로 이루어질 수 있다.
경우에 따라서는, 기계적 체결부재에 의한 결합력을 보완하기 위하여, 기계적 체결부재를 결합시키기 전에 상기 체결홈 및/또는 관통홈에 접착제를 주입할 수 있음은 물론이다.
상기 절연성 캡은 전지셀을 외부의 충격으로부터 보호하고 전지셀 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완함과 동시에 전기적 절연상태를 유지하는 역할을 수행하게 된다. 바람직하게는, 전지셀에 대한 결합력을 향상시킬 수 있도록, 상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장된 구조일 수 있다. 이러한 효과를 극대화하기 위하여, 상기 절연성 캡의 하향 연장부는 전지셀의 상단 부 외측면에 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 결합되어 있는 구조가 바람직하다.
상기 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡 이외에 하단부에도 별개의 절연성 캡(하단 캡)이 장착되는 구조일 수 있으며, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 구조일 수 있다. 이를 통해 외부 충격으로부터 전지셀을 보호하고 전기적 절연상태를 유지할 수 있다. 바람직하게는 상기 외장 필름은 절연성 캡의 하향 연장부를 감싸는 구조로 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 각형의 리튬 이차전지 셀일 수 있다.
본 발명은 또한, 이차전지 셀에 장착되는 PTC 소자로서, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 본체와, 상기 PCT 본체의 양측 단부에 부착되어 있는 한 쌍의 접속용 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트들 중의 하나에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 제 1 관통홈과, 보호회로 기판과 결합하기 위한 제 2 관통홈이 천공되어 있는 PTC 소자를 제공한다.
일반적으로, PTC 소자는 별도의 부재로서 전지셀 상단부에 전기적으로 연결된 상태로 장착된다. 따라서, 이러한 PTC 소자를 전지셀 외부에 장착하기 위해서는, 다수의 용접 또는 솔더링 작업 등 전지셀과의 까다로운 결합공정이 행해져야 하고 그와 동시에 장착을 위한 공간이 요구되는 등의 문제점들이 유발된다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 PTC 소자는, 일측 접속용 금속 플레이트에, 절연성 장착부재와의 결합을 위한 제 1 관통홈과 보호회로 기판과의 결합을 위한 제 2 관통홈이 천공되어 있어서, 전지팩의 해당 부위에 용이하게 장착할 수 있고, 적어도 상기 일측 접속용 금속 플레이트는 용접, 솔더링 등이 아닌 기계적 체결구조에 의해 전기적 접속을 이룰 수 있으므로 전지팩의 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 전체적으로 전지팩의 크기 증가를 최소화할 수 있으므로 동일 규격 대비 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 PCT 소자가 절연성 장착부재 상에 안정적으로 탑재된 상태에서 보호회로 기판에 용이하게 결합될 수 있도록, 바람직하게는, 상기 제 1 관통홈과 제 2 관통홈이 형성되어 있는 금속 플레이트의 단부는 상향 절곡된 구조일 수 있다. 이와 같이, 상향 절곡되고 관통홈들이 형성되어 있는 금속 플레이트의 단부는 절연성 장착부재와 결합된 후, 금속 플레이트의 상부에 위치한 보호회로 기판과 더욱 안정적이고 용이하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 관통홈들은, 앞서 설명한 바와 같은 이유에서, 바람직하게는, 제 1 관통홈은 평면상으로 슬릿 형상이고, 제 2 관통홈은 평면상으로 스타 형상으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은, 전지셀(150), 절연성 장착부재(120), 보호회로 기판(130), 한 쌍의 접속부재들(110, 112), 상단 캡(160), 하단 캡(180), 외장 필름(170) 등으로 구성되어 있고, 전지셀(150)의 상단면에 절연성 장착부재(120), 접속부재들(110, 112), 보호회로 기판(130) 및 상단캡(160)이 순차적으로 장착된다.
절연성 장착부재(120)는 전지셀(150)의 전극단자들(152, 154)이 노출될 수 있도록 개구들(도 2: 122, 123)이 형성되어 있고, 전지셀(150)의 상단면에 직접 탑재된다. 전지셀(150)의 상단면에 대한 절연성 장착부재(120)의 결합은 접착제에 의해 달성될 수 있다.
절연성 상단캡(160)은 접속부재(110, 112)와 보호회로 기판(130)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 전지셀(150)의 상단부에 결합되고, 전지셀(150) 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있으며, 상단면 일측에는 A/S 라벨(161)이 부착된다.
전지셀(150)의 하단에는 하단 캡(180)이 접착성의 하단 캡 테이프(181)에 의해 부착되고, 전지셀(150)의 외주면은 절연성 외장 필름(170)이 감싸게 된다.
도 2에는 도 1의 이차전지 팩 상단을 확대한 부분 전개 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 이차전지 팩 상단에서 접속부재들을 확대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 이차전지 팩의 상단부(200)에는 절연성 장착부재(120), 접속부재들(110, 112), 보호회로 기판(130) 등이 장착된다.
절연성 장착부재(120)는 전지셀(150)의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지고 있고, 중앙에 전지셀(150)의 제 1 전극단자(152)가 노출되는 제 1 개구(122)와 제 2 전극단자(154)가 노출되는 제 2 개구(123)가 형성되어 있다.
절연성 장착부재(120)의 양측 단부(126)는 소정의 높이(H)로 상향 돌출되어 있고, 절연성 장착부재(120)의 상단면은 접속부재(110, 112)가 장착되어 정위치에 고정될 수 있도록 접속부재(110, 112)에 대응하는 형상으로 이루어져 있다. 또한, 절연성 장착부재(120)의 양측에는 접속부재(110, 112)의 제 1 관통홈(110b, 112b)에 결합되는 돌기(121)가 형성되어 있고, 접속부재(110, 112)의 제 2 관통홈(110a, 112a)과 연통되는 체결홈(124)이 형성되어 있다.
접속부재(110, 112)는 니켈 플레이트로 이루어져 있고, PTC 소자(112c)와 결합되어 있는 제 1 접속부재(112)와 제 2 접속부재(110)로 구성되어 있다.
제 1 접속부재(112)의 일측 단부(1122)는 전지셀(150)의 제 1 전극단자(152)에 연결되고 타측 단부(1124)는 보호회로 기판(130)에 연결되며, 제 1 접속부재(112)는 PTC 소자(112c)와 결합되어 있어서, 전지팩 내부의 온도 상승 시 전류를 차단하여, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
제 2 접속부재(110)의 일측 단부(1102)는 전지셀(150)의 제 2 전극단자(154)에 연결되고 타측 단부(1104)는 보호회로 기판(130)에 연결된다.
보호회로 기판(130)에 연결되는 제 1 접속부재(112) 및 제 2 접속부재(110)의 단부(1104, 1124)는 전지셀(150)에 연결되는 단부(1102, 1122)보다 상대적으로 높은 위치로 절곡되어 있으므로, 절연성 장착부재(120) 상에 안정적으로 탑재된 상 태에서 보호회로 기판(130)과 용이하게 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 접속부재(110, 112)의 제 1 관통홈(110b, 112b)은 조립과정에서의 오차를 허용할 수 있도록 평면상으로 슬릿의 형상으로 이루어져 있고, 제 2 관통홈(110a, 112a)은 기계적 체결부재로서의 금속 핀(132)이 높은 체결력과 향상된 전기적 접속상태를 제공할 수 있도록 평면상으로 스타의 형상으로서 이루어져 있다. 보호회로 기판(130)은 접속부재(110, 112)가 탑재된 절연성 장착부재(120)의 상부에 장착되고, 양단부 부근에 관통홈(도시하지 않음)이 천공되어 있다.
따라서, 금속 핀(132)은 보호회로 기판(130)의 관통홈과 접속부재(110, 112)의 제 2 관통홈(110a, 112a) 및 절연성 장착부재(120)의 체결홈(124)에 연속으로 삽입되어, 절연성 장착부재(120)에 대한 보호회로 기판(130)과 접속부재(110, 112)의 결합을 가능하게 한다. 접속부재(110, 112)는 보호회로 기판(130)에 접촉되면서 기본적으로 전기적 연결이 이루어지지만, 금속 핀(132)에 의해 더욱 안정적인 접속 상태를 달성할 수 있다.
도 4 내지 7에는 도 1의 이차전지 팩을 조립하는 과정을 단계적으로 나타낸 부분 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
먼저 도 4에서, 전지셀(150)의 상단면에 절연성 장착부재(120)를 접착에 의해 부착하고, PTC 소자(112c)의 상면 및 하면에 절곡된 니켈 플레이트(1124) 및 판상형 니켈 플레이트(1122)가 각각 결합되어 있는 제 1 접속부재(112)와, 판상형 니켈 플레이트가 절곡되어 있는 제 2 접속부재(110)를 도 5에서와 같이 절연성 장착부재(120)에 장착한다. 그런 다음, 제 1 접속부재(112) 및 제 2 접속부재(110)의 단부를 전지셀(150)의 제 1 전극단자(도 4: 152) 및 제 2 전극단자(도 4: 154)에 위치시키고, 용접하여 상호간 결합시킨다.
다음으로, 도 6에서와 같이, 보호회로 기판(130)을 접속부재들(도 5: 110, 112)이 탑재되어 있는 절연성 장착부재(120) 상에 장착하고, 금속 핀(132)을 보호회로 기판(130)의 관통홈들(도시하지 않음)에 상부로부터 삽입하여 보호회로 기판(130)을 절연성 장착부재(120)에 결합시킨다.
마지막으로, 도 7에서와 같이, 보호회로 기판(130), 접속부재들(도 5: 110, 112)이 절연성 장착부재(도 6: 120) 상에 탑재된 상태에서, 절연성 캡(160)을 전지셀(150)의 상단부에 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 결합하고, 상기 절연성 캡(160)의 하향 연장부(162)는 전지셀(150) 상단부의 외측면을 감싸면서 접착하여 이차전지 팩의 상단(200)을 완성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지팩 상단의 절연성 장착부재, 접속부재 및 보호회로 기판이 기계적 체결부재에 의해 결합이 이루어짐으로써, 조립 공정을 크게 단순화시킬 수 있고, 제작공정에서 전지셀에 대한 안전성을 향상시키면서 동시에 안정적인 결합 강도를 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 기계적 체결부재가 전지의 외부로 노출되지 않음으로써, 외관상 제품의 신뢰성을 높이고 단락의 위험성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 이차전지 팩 상단을 확대한 부분 전개 모식도이다;
도 3은 도 1의 이차전지 팩 상단에서 접속부재들을 확대한 모식도이다;
도 4 내지 7은 도 1의 이차전지 팩을 조립하는 과정을 단계적으로 나타낸 부분 사시도들이다.
Claims (22)
- 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀;상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 접속부재들과 보호회로 기판이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재; 및상기 접속부재들과 보호회로 기판이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;을 포함하고 있으며,상기 절연성 장착부재의 상단면에는 적어도 하나의 체결홈이 형성되어 있고, 상기 접속부재들과 보호회로 기판에는 각각 상기 체결홈에 연통되는 관통홈이 형성되어 있으며, 절연성 캡의 외부로 노출되지 않은 상태로, 소정의 기계적 체결부재가 상기 체결홈과 관통홈에 연속하여 삽입됨으로써 절연성 장착부재에 대한 접속부재들과 보호회로 기판의 결합이 이루어지는 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재들 중 하나는 PTC 소자와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재의 일측 단부에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 제 1 관통홈과, 보호회로 기판과 결합하기 위한 제 2 관통홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 관통홈은 평면상으로 슬릿 형상이고, 제 2 관통홈은 평면상으로 스타 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 3 항에 있어서, 상기 접속부재들 중 PTC 소자와 결합되어 있는 접속부재('제 1 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 1 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 기판에 연결되어 있으며, 다른 하나의 접속부재('제 2 접속부재')의 일측 단부는 전지셀의 제 2 전극단자에 연결되어 있고 타측 단부는 보호회로 기판에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 6 항에 있어서, 보호회로 기판에 연결되는 제 1 및 제 2 접속부재의 단부는, 절연성 장착부재 상에 탑재된 상태에서 보호회로 기판에 연결될 수 있도록, 전지셀에 연결되는 단부보다 상대적으로 높은 위치로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 6 항에 있어서, 상기 접속부재들은 니켈 플레이트인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀의 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 양측 단부는 소정의 높이로 상향 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 상단면은 접속부재들이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 접속부재들에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 양측부위에 접속부재들의 관통홈(제 1 관통홈)에 결합되기 위한 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 체결부재는 도전성의 핀(Pin) 또는 리벳(Rivet)인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 체결부재를 결합시키기 전에 상기 체결홈 및/또는 관통홈에 접착제를 주입하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 14 항에 있어서, 상기 절연성 캡의 하향 연장부는 전지셀의 상단부 외측면에 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 하단부에는 또 다른 절연성 캡(하단 캡)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 17 항에 있어서, 상기 외장 필름은 절연성 캡의 하향 연장부를 감싸는 구조로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형의 리튬 이차전지 셀인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 이차전지 셀에 장착되는 PTC 소자로서, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 본체와, 상기 PCT 본체의 양측 단부에 부착되어 있는 한 쌍의 접속용 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트들 중의 하나에는 절연성 장착부재와 결합하기 위한 제 1 관통홈과, 보호회로 기판과 결합하기 위한 제 2 관통홈이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
- 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 관통홈과 제 2 관통홈이 형성되어 있는 금속 플레이트의 단부는 상향 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
- 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 관통홈은 평면상으로 슬릿 형상이고, 제 2 관통홈은 평면상으로 스타 형상인 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
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