KR20090103427A - 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩 - Google Patents

보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩

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KR20090103427A
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Abstract

본 발명은 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보호회로기판과 베어 셀 사이의 간격을 줄일 수 있으며, 용량을 증가시킬 수 있는 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명은 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자와 외부 연결 단자를 포함하는 보호회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 베어 셀 및 상기 베어 셀의 일측에 위치하여 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 보호회로기판은 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자 및 외부 연결 단자를 포함하며, 상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 한다.

Description

보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩{Protection circuit board and battery pack using the same}
본 발명은 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보호회로기판과 베어 셀 사이의 간격을 줄일 수 있으며, 용량을 증가시킬 수 있는 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 충전과 방전을 거듭하며 반복하여 사용할 수 있으므로 일회용인 건전지에 비해 경제적이다.
또한, 적은 부피에 고용량을 구현할 수 있게 됨에 따라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 널리 사용되고 있다.
뿐만 아니라, 대용량화가 가능하게 됨에 따라 휴대가 용이한 소형의 전자기기 이외에도 하이브리드 자동차, 전동 공구 등의 고출력용 제품에도 사용되고 있다.
이러한 이차 전지로는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 등이 있다.
이들 중에서 리튬 이차 전지는 소형 및 대용량화가 가능하며, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 외장재에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고, 외장재를 밀봉함으로써 형성된다.
리튬 이차 전지는 외장재의 형태에 따라 캔형 및 파우치형으로 구분할 수 있으며, 캔형은 각형과 원통형으로 구분할 수 있다.
리튬 이차 전지가 각형으로 이루어지는 경우, 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔에 형성되는 개구부에 캡 조립체가 위치하여 캔을 밀봉함으로써 형성된다.
상기와 같이 형성된 이차 전지를 베어 셀이라고 하며, 베어 셀은 보호회로기판과 전기적으로 연결되어 배터리 팩을 형성한다.
통상적으로 베어 셀과 보호회로기판은 리드 플레이트를 이용하여 전기적으로 연결되며, 리드 플레이트는 보호회로기판에 부착된 상태에서 용접 등의 방법으로 베어 셀과 연결된다.
보호회로기판은 배선 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 스위칭 소자, 제어 회로부, 저항, 캐패시터 등을 포함하는 보호 모듈, PTC 서미스터, 접속 단자, 외부 연결 단자 등이 실장되어 형성된다.
접속 단자는 보호회로기판을 베어 셀과 전기적으로 연결하기 위한 리드 플레이트와 연결되며, 외부 연결 단자는 외부 전자기기와 연결되어 충방전시 전기적 경로를 형성한다.
이때, 보호 모듈, PTC 서미스터 등의 부품은 인쇄회로기판의 하부면에 실장되어 베어 셀과 간섭이 발생할 수 있으므로, 보호회로기판과 베어 셀은 일정한 간격을 유지하며 위치하게 된다.
따라서, 보호회로기판과 베어 셀 간의 이격 거리를 확보해야 하며, 이로 인해 이차 전지의 용량을 증가하는데 한계가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 보호회로기판과 베어 셀 사이의 간격을 줄일 수 있으며, 용량을 증가시킬 수 있는 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자와 외부 연결 단자를 포함하는 보호회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 베어 셀 및 상기 베어 셀의 일측에 위치하여 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 보호회로기판은 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자 및 외부 연결 단자를 포함하며, 상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 외부 연결 단자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 두꺼운 영역에 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 다른 개수의 층으로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 영역 중 두꺼운 영역이 더 많은 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 서로 다른 면에 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 동일한 면에 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안전 소자는 상기 인쇄회로기판의 하부면에 실장되고, 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안전 소자 및 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 인쇄회로기판에 단차를 형성하고, 얇은 두께를 갖는 영역에 보호 모듈, PTC 서미스터 등의 안전 소자를 실장함으로써, 보호회로기판과 베어 셀 사이의 간격을 줄일 수 있으며, 줄어드는 간격만큼 용량을 증가시킬 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도 및 결합 사시도를 나타낸 것이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 베어 셀의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 보호회로기판의 단면도를 나타낸 것이다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 보호회로기판의 단면도를 나타낸 것이다.
[도면의 주요부호에 대한 설명]
10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극판
13 : 제2 전극판 15 : 세퍼레이터
17 : 제1 전극 탭 19: 제2 전극 탭
20 : 캔 30 : 캡 조립체
31 : 캡 플레이트 32 : 절연 가스켓
33 : 전극 단자 34 : 절연 플레이트
35 : 터미널 플레이트 36 : 전해액 주입구 마개
40 :절연 케이스 100, 400 : 베어 셀
200, 200´, 500 : 보호회로기판 210, 210´, 510 : 인쇄회로기판
220, 520 : 보호 모듈 230, 530 : PTC 서미스터
240, 250, 260, 540, 550, 560 : 접속 단자
270, 570 : 외부 연결 단자 280, 580 : 홀
310, 330, 350, 610, 630, 650 : 리드 플레이트
본 발명의 목적, 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 두께, 길이 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있으며, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도 및 결합 사시도를 나타낸 것이다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 배터리 팩은 베어 셀(100) 및 상기 베어 셀(100)의 일측에 위치하는 보호회로기판(200)을 포함한다.
또한, 배터리 팩은 베어 셀(100)과 보호회로기판(200)을 전기적으로 연결하기 위한 다수개의 리드 플레이트(310, 330, 350)를 포함할 수 있다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 베어 셀(100)의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도2를 참조하면, 베어 셀(100)은 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 캔(20) 및 상기 캔(20)의 개구부에 위치하는 캡 조립체(30)를 포함한다.
또한, 베어 셀(100)은 상기 캔(20)의 내부에 수용되는 상기 전극 조립체(10)의 상단에 위치하는 절연 케이스(40)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 제1 전극판(11), 제2 전극판(13) 및 세퍼레이터(15)로 이루어지며, 각각 적층되고 권취되어 젤리롤 형태를 가질 수 있다.
이하, 제1 전극판(11)을 양극판이라 하고, 제2 전극판(13)을 음극판이라고 한다.
물론, 극판 형성 과정에 따라 제1 전극판(11) 및 제2 전극판(13)의 극성은 바뀔 수 있다.
상기 양극판(11)은 알루미늄 등의 재질로 형성되는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하여 형성되며, 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부를 포함한다.
상기 음극판(13)은 구리 등의 재질로 형성되는 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하여 형성되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부를 포함한다.
상기 세퍼레이터(15)는 상기 양극판(11)과 음극판(13) 사이에 개재되어 두 극판(11, 13)의 단락을 방지하고, 표면이 다공막 구조로 되어 있어 리튬 이온의 이동통로를 제공한다.
상기 양극 무지부에는 상기 캡 조립체(30)의 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 탭(17)이 통전 가능하도록 부착된다.
또한, 상기 음극 무지부에는 상기 캡 조립체(30)의 전극 단자(33)와 전기적으로 연결되는 제2 전극 탭(19)이 통전 가능하도록 부착된다.
따라서, 제1 전극 탭(17)은 제1 전극판(11)과 같은 극성을 가지며, 제2 전극 탭(19)은 제2 전극판(13)과 같은 극성을 가진다.
이하, 제1 전극 탭(17)을 양극 탭이라 하고, 제2 전극 탭(19)을 음극 탭이라고 한다.
이때, 양극 탭(17) 및 음극 탭(19)은 니켈 등의 재질로 형성될 수 있으며, 초음파 용접, 레이저 용접 등에 의해 양극 무지부 및 음극 무지부에 부착될 수 있으나, 본 발명에서 이의 재질 및 접합 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 양극 탭(17) 및 음극 탭(19)은 권취된 전극 조립체(10)로부터 인출되는 경계부에 극판(11, 13) 간의 단락을 방지하는 절연 테이프(18)를 구비할 수 있다.
상기 양극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다.
음극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
상기 세퍼레이터(15)는 통상적으로 사용되는 세퍼레이터 물질을 사용하며, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다.
이러한 다공막 구조는 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(15)가 용융되어 막힘으로써 절연 필름이 된다.
이렇게 절연 필름으로 바뀜으로써, 양극판(11)과 음극판(13) 간의 리튬 이온 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써, 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
상기 캔(20)은 개구된 상단부를 갖는 형태의 금속재로 형성될 수 있으며, 전극 조립체(10) 및 전해액을 수용하며, 전극 조립체(10)의 상부에 절연 케이스(40)를 수용할 수 있다.
금속재로는 가볍고 연성이 있는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스강 등이 사용될 수 있으며, 캔(20)이 금속재로 형성되는 경우 극성을 가질 수 있기 때문에 전극 단자로 사용할 수도 있다.
캔(20)의 형상은 각형이거나 모서리가 둥글게 구부러진 타원형일 수 있으며, 캔(20)의 개구된 상단부는 캡 플레이트(31)와 용접 또는 열 융착되어 밀봉된다.
상기 캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 절연 가스켓(32), 전극 단자(33), 절연 플레이트(34), 터미널 플레이트(35) 및 전해액 주입구 마개(36)를 구비한다.
상기 캡 플레이트(31)는 캔(20)의 개구부를 밀봉할 수 있도록 캔(20)의 개구부에 결합되며, 개구부와 동일한 크기와 형상을 가지며, 절연 가스켓(32)과 전극 단자(33)가 삽입될 수 있는 단자 통공(31a)이 형성된다.
또한, 캡 플레이트(31)에는 캔(20)의 내부로 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공하는 전해액 주입구(31b)가 형성되며, 전해액 주입구 마개(36)가 전해액 주입구(31b)를 밀폐하며 결합된다.
또한, 캡 플레이트(31)는 전지의 내부 압력이 증가하면 파단되어 가스를 배출하기 위한 벤트(31c)를 포함하며, 벤트(31c)에는 파단이 용이하도록 노치가 형성된다.
상기 절연 가스켓(32)은 캡 플레이트(31)에 형성되는 단자 통공(31a)에 결합되며, 전극 단자(33)와 캡 플레이트(31)를 절연시기키 위해 절연성 물질로 형성된다.
또한, 절연 가스켓(32)의 중앙부는 전극 단자(33)가 결합될 수 있도록 홀을 형성하고 있다.
상기 전극 단자(33)는 절연 가스켓(32)에 형성된 홀에 삽입되어 캡 플레이트(31)에 결합되며, 전극 단자(33)의 하단부는 캡 플레이트(31)를 관통한 상태에서 터미널 플레이트(35)와 연결된다.
상기 절연 플레이트(34)는 캡 플레이트(31)의 하부면에 위치하며, 터미널 플레이트(35)의 외부면을 절연하고, 전극 단자(33)와 터미널 플레이트(35)와의 연결을 위한 홀을 형성한다.
상기 터미널 플레이트(35)는 절연 플레이트(34)의 하부면에 위치하며, 전도성 물질로 이루어져 전극 단자(33)와 연결되어 전기적 경로를 형성한다.
또한, 터미널 플레이트(35)의 하부면에는 음극 탭(19)이 전기적으로 연결되어, 전극 단자(33)는 음극 단자의 역할을 하게 된다.
상기 절연 케이스(40)는 캔(20)의 내부에 삽입되는 전극 조립체(10)의 상부에 위치하여, 전극 조립체(10)의 유동을 방지한다.
절연 케이스(40)는 터미널 플레이트(35)와 터미널 플레이트(35)를 덮는 절연 플레이트(34)를 안착시킬 수 있도록 주변부가 벽을 형성하고 있다.
또한, 절연 케이스(40)는 쇼트를 방지하도록 양극 탭(17)과 음극 탭(19)을 소정 거리 이격시키며, 외부로 돌출되는 경우 가이드 역할을 하기 위한 탭 홈(41) 및 탭 홀(42)을 형성할 수 있다.
또한, 절연 케이스(40)에는 주입되는 전해액이 전극 조립체(10)로 잘 흘러들어갈 수 있도록 통로를 제공하기 위한 주입 홀(43)이 형성될 수 있다.
상기 보호회로기판(200)은 배선 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로기판(210), 인쇄회로기판(210)의 제1 면에 실장되는 보호 모듈(220), PTC 서미스터(Positive temperature coefficient thermistor, 230) 등의 안전 소자 및 접속 단자(240, 250, 260)를 포함한다.
또한, 보호회로기판(200)은 인쇄회로기판(210)의 제2 면에 실장되며, 외부 전자/전기기기와 연결하기 위한 외부 연결 단자(270)를 포함한다.
이하, 보호 모듈(220), PTC 서미스터(230) 등의 안전 소자 및 접속 단자(240, 250, 260)가 실장되는 제1 면을 인쇄회로기판(210)의 하부면이라 하고, 외부 연결 단자(270)가 실장되는 제2 면을 인쇄회로기판(210)의 상부면이라고 한다.
또한, 인쇄회로기판(210)의 하부면은 베어 셀(100)과 대향되는 면이고, 상부면은 하부면과 마주보는 면이 된다.
따라서, 보호 모듈(220), PTC 서미스터(230) 등의 안전 소자와 외부 연결 단자(270)는 인쇄회로기판(210)의 서로 다른 면에 실장된다.
또한, 보호회로기판(200)은 인쇄회로기판(210)에 형성되는 홀(280)을 포함하며, 상기 홀(280)은 베어 셀(100)에 구비되는 전극 단자(33)와 대응되는 위치에 형성된다.
상기 홀(280)은 베어 셀(100)과 보호회로기판(200)을 전기적으로 연결하기 위해 리드 플레이트(260)와 전극 단자(33)를 용접하는 경우, 용접을 위한 통로를 제공하며, 용접을 실시할 수 있는 정도의 크기이면 무방하다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 보호회로기판의 단면도를 도시한 도3a 및 도3b를 참조하면, 인쇄회로기판(210)은 단차를 갖는 하부면을 포함하여 형성된다.
따라서, 인쇄회로기판(210)은 서로 다른 두께를 같는 제1 영역과 제2 영역을 포함하여 형성된다.
본 실시예에서는 제2 영역이 제1 영역보다 두꺼운 것으로 도시하여 설명하기로 한다.
또한, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 다른 개수의 층으로 이루어질 수 있으며, 제2 영역은 제1 영역보다 더 많은 층으로 이루어져, 복잡한 전류 패턴을 형성할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 인쇄회로기판(210)의 제1 영역이 2층 구조로 되어 있으며, 제2 영역이 4층 구조로 되어 있으나, 인쇄회로기판(210)의 적층 구조를 본 실시예에서 한정하는 것은 아니다.
이때, 보호 모듈(220), PTC 서미스터(230) 등의 안전 소자는 구동시키는데 필요한 전류가 흐르는 소전류 라인과 연결되며, 전류 패턴이 복잡하지 않으므로 얇은 제1 영역에 실장될 수 있다.
하지만, 외부 전자/전기기기와 연결되어 대전류 라인을 형성하는 외부 연결 단자(270)가 실장되면 전류 패턴이 복잡해진다.
또한, 대전류 라인이 서로 가까이 위치하는 경우 라인을 따라 흐르는 전류 상호간에 간섭이 발생할 수 있으며, 신호를 왜곡시켜 오동작을 발생시킬 수 있다.
따라서, 외부 연결 단자(270)는 대전류 라인 간의 거리를 충분히 확보하고, 복잡한 전류 패턴을 형성할 수 있도록 제1 영역보다 더 많은 층으로 형성되는 제2 영역에 실장되어야 한다.
보호 모듈(220), PTC 서미스터(230) 등의 안전 소자가 얇은 두께를 갖는 제1 영역에 실장되기 때문에, 안전 소자와 베어 셀(100) 사이의 간격은 넓어지게 된다.
따라서, 베어 셀(100)과 보호회로기판(200) 사이의 간격을 줄일 수 있으므로, 줄일 수 있는 간격만큼 베어 셀의 용량을 증가시킬 수 있다.
외부 연결 단자(270)는 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(210)의 장측 일 가장자리에 위치되어 구비될 수 있다.
제2 영역은 도3a와 같이 외부 연결 단자(270)가 형성된 위치와 대응하여 인쇄회로기판(210)의 장측 일 가장자리에 형성될 수 있다.
도3a와 같이 일 가장자리에만 제2 영역이 형성되면, 인쇄회로기판(210)의 하부면의 양 가장지리에서 두께 차이가 발생한다.
따라서, 베어 셀(100)과 보호회로기판(200)을 연결하는 경우, 제1 리드 플레이트(310, 330)에 의해 두께 차이만큼의 보상이 이루어져야 한다.
또한, 제2 영역은 도3b와 같이 인쇄회로기판(210′)의 장측 양 가장자리에 형성될 수도 있다.
도3b와 같이 양 가장자리에 제2 영역이 형성되면, 베어 셀(100)과 보호회로기판(200′)을 연결하는 경우, 제1 리드 플레이트(310, 330)에 의한 두께 보상을 필요로 하지 않게 된다.
본 실시예에서는 외부 연결 단자(270)가 인쇄회로기판(210)의 장측 일 가장자리에 위치하며, 이에 대응하여 제2 영역이 형성되는 것을 도시하고 있으나, 외부 연결 단자(270) 및 제2 영역의 위치를 한정하는 것은 아니다.
보호회로기판(200)의 접속 단자(240, 250, 260)에 연결되는 리드 플레이트는 제1 접속 단자(240, 250)와 연결되는 제1 리드 플레이트(310, 330) 및 제2 접속 단자(260)와 연결되는 제2 리드 플레이트(350)로 이루어질 수 있다.
제1 리드 플레이트(310, 330)는 일단이 제1 접속 단자(240, 250)와 연결되고, 다른 일단은 캡 플레이트(31)와 연결된다.
제2 리드 플레이트(350)는 일단이 제2 접속 단자(260)와 연결되고, 다른 일단은 전극 단자(33)와 연결된다.
제1 및 제2 리드 플레이트(310, 330, 350)는 전도성이 높은 니켈 등으로 형성될 수 있으며, 이의 재질을 한정하는 것은 아니다.
제1 리드 플레이트(310, 330)는 본 실시예에서와 같이 보호회로기판(200)의 장측 양 가장자리에서 제1 접속 단자(240, 250)와 연결되도록 두 개로 이루어질 수 있다.
두 개의 제1 리드 플레이트(310, 330)는 둘 다 전기적 경로를 형성하기 위한 전극 리드 플레이트일 수 있다.
또한, 하나의 제1 리드 플레이트는 전극 리드 플레이트로 사용되고, 다른 하나의 제1 리드 플레이트는 베어 셀(100)과 보호회로기판(200)의 간극을 유지하기 위한 보조 리드 플레이트로 사용할 수도 있다.
제2 리드 플레이트(350)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 평판 형태를 가질 수 있으며, 이의 형태를 한정하는 것은 아니다.
제2 리드 플레이트(350)는 전극 단자(33)와 용접이 이루어질 수 있도록 보호회로기판(200)에 형성된 홀(280)을 통해 외부로 노출되어야 한다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도4를 참조하면, 배터리 팩은 베어 셀(400), 상기 베어 셀(400)의 일측에 위치하는 보호회로기판(500)을 포함한다.
또한, 배터리 팩은 베어 셀(400)과 보호회로기판(500)을 전기적으로 연결하기 위한 다수개의 리드 플레이트(610, 630, 650)를 포함할 수 있다.
베어 셀(400)은 도2에 도시된 베어 셀(100)과 동일한 구성을 가지며, 동일한 역할을 하므로, 상세한 설명은 생략한다.
베어 셀(400)의 구성요소의 참조번호는 도2에 도시된 베어 셀(100)의 구성요소의 참조번호와 동일하게 적용하여 기술한다.
또한, 리드 플레이트(610, 630, 650)는 도1a에 도시된 리드 플레이트(310, 330, 350)와 동일한 구성을 가지며, 동일한 역할을 하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 보호회로기판(500)은 배선 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로기판(510), 인쇄회로기판(510)의 제1 면에 실장되는 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자 및 외부 연결 단자(570)를 포함한다.
또한, 보호회로기판(500)은 인쇄회로기판(510)의 제2 면에 실장되는 접속 단자(540, 550, 560)를 포함한다.
이하, 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자 및 외부 연결 단자(570)가 형성되는 제1 면을 인쇄회로기판(510)의 상부면이라 하고, 접속 단자(540, 550, 560)가 실장되는 제2 면을 인쇄회로기판(510)의 하부면이라 한다.
또한, 인쇄회로기판(510)의 하부면은 베어 셀(400)과 대향되는 면이고, 상부면은 하부면과 마주보는 면이 된다.
따라서, 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자와 외부 연결 단자(570)는 인쇄회로기판(510)의 동일한 면에 실장된다.
보호회로기판(500)은 인쇄회로기판(510)에 형성되는 홀(580)을 포함할 수 있으며, 상기 홀(580)은 베어 셀(400)에 구비되는 전극 단자(33)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에 구비되는 보호회로기판(500)의 단면도를 나타낸 것이다.
도5를 참조하면, 인쇄회로기판(510)은 단차를 갖는 상부면을 포함하여 형성된다.
따라서, 인쇄회로기판(510)은 서로 다른 두께를 갖는 제1 영역과 제2 영역을 포함하여 형성된다.
본 실시예에서는 제2 영역이 제1 영역보다 두꺼운 것으로 도시하여 설명하기로 한다.
또한, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 다른 개수의 층으로 이루어질 수 있으며, 제2 영역은 제1 영역보다 더 많은 층으로 이루어져, 복잡한 전류 패턴을 형성할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 인쇄회로기판(510)의 제1 영역이 2층 구조로 되어 있으며, 제2 영역이 4층 구조로 되어 있으나, 인쇄회로기판(510)의 적층 구조를 본 실시예에서 한정하는 것은 아니다.
이때, 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자는 구동시키는데 필요한 전류가 흐르는 소전류 라인과 연결되며, 전류 패턴이 복잡하지 않으므로 얇은 제1 영역에 실장될 수 있다.
하지만, 외부 전자/전기기기와 연결되어 대전류 라인을 형성하는 외부 연결 단자(570)가 실장되면 전류 패턴이 복잡해진다.
또한, 대전류 라인이 서로 가까이 위치하는 경우 라인을 따라 흐르는 전류 상호간에 간섭이 발생할 수 있으며, 신호를 왜곡시켜 오동작을 발생시킬 수 있다.
따라서, 외부 연결 단자(570)는 대전류 라인 간의 거리를 확보하고, 복잡한 전류 패턴을 형성할 수 있도록 제1 영역보다 더 많은 층으로 이루어지는 제2 영역에 실장되어야 한다.
이때, 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자를 인쇄회로기판(510)의 상부면에 실장하더라도 두께가 얇은 제1 영역에 실장되기 때문에 보호회로기판(500)의 전체 두께는 증가하지 않는다.
뿐만 아니라, 보호 모듈(520), PTC 서미스터(530) 등의 안전 소자가 인쇄회로기판(510)의 상부면에 실장되기 때문에 안전 소자와 베어 셀(400) 사이의 간격은 넓어지게 된다.
따라서, 베어 셀(400)과 보호회로기판(500) 사이의 간격을 줄일 수 있으므로, 줄일 수 있는 간격만큼 베어 셀의 용량을 증가시킬 수 있다.
외부 연결 단자(570)는 도5에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(510)의 장측 일 가장자리에 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 영역은 외부 연결 단자(570)가 형성된 위치와 대응하여 인쇄회로기판(510)의 장측 일 가장자리에 형성될 수 있다.
하지만, 본 실시예에서 외부 연결 단자(270) 및 제2 영역의 위치를 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 도시하고 있으나, 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (24)

  1. 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자와 외부 연결 단자를 포함하는 보호회로기판에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며,
    상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 연결 단자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 두꺼운 영역에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 다른 개수의 층으로 이루어지며,
    상기 제1 및 제2 영역 중 두꺼운 영역이 더 많은 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 서로 다른 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 동일한 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안전 소자는 상기 인쇄회로기판의 하부면에 실장되고, 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 안전 소자 및 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 일 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 양 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 일 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  13. 베어 셀 및 상기 베어 셀의 일측에 위치하여 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 보호회로기판은 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판에 실장되는 안전 소자 및 외부 연결 단자를 포함하며,
    상기 인쇄회로기판은 서로 단차를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 안전 소자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 얇은 영역에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외부 연결 단자는 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 두께가 두꺼운 영역에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 다른 개수의 층으로 이루어지며,
    상기 제1 및 제2 영역 중 두꺼운 영역이 더 많은 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 서로 다른 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 안전 소자와 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 동일한 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 안전 소자는 상기 인쇄회로기판의 하부면에 실장되고, 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 영역은 상기 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 안전 소자 및 상기 외부 연결 단자는 상기 인쇄회로기판의 상부면에 실장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 일 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 양 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 인쇄회로기판의 장측 일 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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