KR20100062745A - 보호회로모듈 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 보호회로모듈 구조의 변화를 통해 전지팩을 단순하고 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 이차전지는 베어셀 및 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈을 포함하고, 보호회로모듈은 베어셀의 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 1 모듈, 베어셀의 제 2 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 2 모듈 및 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈을 포함할 수 있다.
이차전지, 베어셀, 보호회로모듈
Description
본 발명은 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호회로모듈 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 베어셀과 보호회로모듈을 포함하는 코어팩에 외장 케이스로 포장되어 제품화될 수 있다.
이차전지는 최근 전자기기의 경박단소 경향에 맞추어, 기능은 동일하되 보다 단순화되고 소형화되고 있다. 따라서, 공정을 단순화시키고 소자들간의 일체화 및 컴팩트화되는 연구들이 계속되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순하고 소형화된 보호회로모듈 및 이를 포함하는 이차전지을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 베어셀 및 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈을 포함하고, 보호회로모듈은 베어셀의 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 1 모듈, 베어셀의 제 2 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 2 모듈 및 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈을 포함할 수 있다.
제 1 모듈은 제 1 기판, 제 1 전극단자와 마주보는 제 1 기판의 일면 중앙부에 위치하는 제 1 플레이트 및 제 1 기판의 일면 외곽부에 위치하는 소자실장부를 포함할 수 있다. 상기 소자실장부는 베어셀의 제 1 전극단자와 캔 사이에 이루어지는 홈에 위치할 수 있고, 링 형상을 가질 수 있다. 제 1 플레이트에 대응하는 제 1 기판의 일부에는 홀이 형성될 수 있다.
또한, 제 2 모듈은 제 2 기판 및 제 2 전극단자와 마주보는 제 2 기판의 일면에 위치하는 제 2 플레이트를 포함할 수 있다. 제 2 플레이트에 대응하는 제 2 기판의 일부에는 홀이 형성될 수 있다.
제 1 전극단자와 제 2 전극단자는 각각 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트와 용접될 수 있다. 제 1 기판, 제 2 기판, 제 3 모듈은 모두 가요성 인쇄회로기판(FPCB)로 이루어질 수 있다.
베어셀의 외면은 라벨에 의해 감싸질 수 있고, 제 1 모듈의 상부 및 제 2 모듈의 하부 각각에는 상부케이스 및 하부케이스가 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈은 베어셀의 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 1 모듈, 베어셀의 제 2 전극단자와 전기적으로 연결되며 원판형으로 이루어지는 제 2 모듈 및 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈 및 이를 포함하는 이차전지는 보호회로모듈 구조의 변화를 통해 이차전지를 단순하고 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.
후술하는 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보호회로모듈 및 이를 포함하는 이차전지에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 베어셀(100), 보호회로모듈(200), 상부케이스(310), 하부케이스(320) 및 라벨(400)을 포함할 수 있다.
상기 베어셀(100)은 전지 기능을 수행하는 기본 구성요소로서 캔(120)의 내부에 전극조립체(110)가 수용되며 캡조립체(130)가 캔(120)의 개구부를 덮고 있다. 상기 베어셀(100)의 상부 및 하부에는 제 1 모듈(210) 및 제 2 모듈(220)이 위치하고, 상기 제 1 모듈(210) 및 제 2 모듈(220)은 제 3 모듈(230)에 의해 연결되어 보호회로모듈(200)을 구성할 수 있다. 제 1 모듈(210) 및 제 2 모듈(220)의 외측에는 각각 상부케이스(310) 및 하부케이스(320)가 위치하고 베어셀(100)의 외면은 라벨(400)에 의해 감싸져 보호될 수 있다.
이하에서는, 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀(100)의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 베어셀(100)은 캔(120), 캔의 내부에 수용되는 전극조립체(110), 캔(120)의 상단개구부를 덮는 캡조립체(130)를 포함할 수 있다.
상기 캔(120)은 대략 원통형의 형상을 가지며 일측부가 개구된 상단개구부를 포함할 수 있다. 캔(120)은 금속재료로 이루어질 수 있고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다. 캔(120)의 상단개구부를 통해 후술하는 전극조립체(110)가 삽입될 수 있다. 캔(120)의 상부에는 전극조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(123)가 형성될 수 있다. 캔(120)의 최상단부에는 후술하는 캡조립체(130)를 고정하기 위한 클림핑부(124)가 형성될 수 있다. 여기서 캔(120)은 음극단자로서 제 2 전극단자가 될 수 있다. 보다 상세하게 캔(120)의 하면(122)은 제 2 전극단자의 역할을 수행할 수 있다.
상기 전극조립체(110)는 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112), 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다. 전극조립체(110)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 세퍼레이터(113)가 위치하여, 젤리롤(Jelly-Roll) 형태로 권취될 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 제 1 전극 집전체(미도시) 및 제 1 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 제 1 전극판(111)이 양극인 경우, 도전성이 우수한 알루미늄(Al) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 활물질층은 제 1 전극 집전체 상에 위치하고, 제 1 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 1 전극 활물질은 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬망간옥사이드(LiMn2O4) 또는 리튬니켈옥사이드(LiNiO2) 등이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 양 측단에 제 1 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(114)이 부착되어 캔(100)의 상단개구부(101) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 1 전극탭(114)은 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극판(112)은 제 2 전극 집전체(미도시) 및 제 2 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 제 2 전극판(112)이 음극인 경우, 도전성이 우수한 구리(Cu) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 활물질층은 상기 제 2 전극 집전체 상에 위치하며, 제 2 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 2 전극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 대표적으로는 탄소(C) 계열 물질이 될 수 있다. 도전재료로는 카 본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다. 제 2 전극판(220)의 경우 제 2 전극 활물질 자체의 도전성이 높아 도전재료를 사용하지 않을 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 양 측단에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(115)이 부착되어 캔(120)의 하면(122)과 연결될 수 있다. 제 2 전극탭(227)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(113)는 전극조립체(110)에서 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)과의 전자전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부쇼트 등으로 인한 이차전지(10)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 전극조립체(110)에서는 충전시 리튬 이온이 제 1 전극판(111)으로부터 제 2 전극판(112)으로 이동하여 도프(intercalation)될 수 있다. 방전시에는 리튬 이온이 제 2 전극판(112)으로부터 제 1 전극판(111)으로 탈도프(deintercalation)되며 외부 전원에 전압을 인가할 수 있다.
상기 캡조립체(130)는 상기 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며 상기 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부로 전달하는 캡 업(Cap-up, 131)과, 상 기 캡 업(131)의 하면에 상면이 밀착되게 설치되어 상기 캔의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내압 가스를 배출하는 안전벤트(Safety Vent, 132)와, 상기 안전벤트(132)의 하부에 설치되어 캔(120)의 내부를 밀폐시키는 캡 다운(Cap-down, 134)과, 상기 안전벤트(132)와 상기 캡 다운(134) 사이에 설치되는 인슐레이터(Insulator, 133)와, 상기 캡 다운(134)의 하면에 고정되어 제 1 전극탭(114)이 부착되는 서브 플레이트(135)를 포함한다.
상기 캡 업(131)은 원형의 판체로 형성되어 중앙부가 볼록하게 돌출되어 보호회로모듈(200)과 전기적으로 접속된다. 캡 업(131)은 제 1 전극단자가 될 수 있다.
상기 안전벤트(132)는 상기 캡 업(131)과 대응되는 원형의 판체로 형성되고, 중앙에는 돌출부(132a)가 하방향으로 돌출형성된다. 상기 캡 업(131)과 상기 안전벤트(132)는 캡 조립체(130)의 다른 부품보다 먼저 결합된다.
이처럼 결합된 캡 업(131)과 안전벤트(132)는 캔(120)의 상단 개구부에 설치되는 가스켓(140)의 내주면에 안착되어 가스켓(140)이 캡 업(131)의 외주면에 밀착되어 조립된다.
상기 인슐레이터(133)는 상기 안전벤트(132)와 상기 캡 다운(134) 사이에 개재되며, 이들을 절연시키는 재질로 형성된다.
상기 캡 다운(134)은 원형의 판체로 형성되고, 중앙에 상기 안전벤트(132)의 돌출부(132a)가 관통하는 중앙통공(134a)이 형성된다. 캡 다운(134)의 일측에는 과도한 내압 발생시 안전벤트(132)의 돌출부(132a)를 상승시키는 가스가 배출되는 가 스배출공이 형성될 수 있더.
상기 서브 플레이트(135)는 상기 캡 다운(134)의 중앙통공(134a)을 관통하는 상기 안전벤트(132)의 돌출부(132a)에 용접되어 상기 제 1 전극탭(114)과 상기 안전벤트(132)를 전기적으로 접속시킨다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 캡 업(131)과 안전벤트(132) 사이에 이차보호소자인 PTC 소자가 더 설치될 수도 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 모듈(210)의 사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 2 모듈(220)의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)은 제 1 모듈(210), 제 2 모듈(220) 및 제 3 모듈(230)로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 모듈(210)은 베어셀(100)의 상면에 위치하며, 제 1 기판(212), 제 1 플레이트(214) 및 소자실장부(216)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 기판(212)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 1 기판(212)에는 상기 제 1 플레이트(214) 및 상기 소자실장부(216)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 1 기판(212)의 중앙부에는 원 형상의 홀(211)이 형성될 수 있다. 제 1 기판(212)은 제 1 전극단자와 마주보는 내면(212b)과 상부케이스(310)와 마주보는 외면(212a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 1 기판(212)의 내면(212b) 중앙부에는 제 1 플레이트(214)가 위치하며, 제 1 플레이트(214)는 제 1 기판(212)의 홀을 통해 돌출된 부분(214a)과 제 1 기판(212) 내면에 솔더링되는 평평한 부분(214b)을 포함할 수 있다. 제 1 전극단자인 캡 업(131)은 상기 제 1 플레이트(214)의 평평한 부분(214b)과 용접될 수 있다.
상기 소자실장부(216)는 제 1 기판(212)의 내면(212b) 외곽부에 위치하고, 링 형상을 가질 수 있다. 즉, 소자실장부(216)는 제 1 기판(212)의 내면에 위치하여, 제 1 플레이트(214)와 일정 이격거리를 두고, 제 1 플레이트(214)를 감싸는 형태로 위치할 수 있다. 소자실장부(216)에는 보호회로를 포함한 수동, 능동 소자들이 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로는 전지의 충방전 상태 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 보호회로모듈(200)과 베어셀(100)이 연결될 때, 소자실장부(216)는 베어셀(100)의 제 1 전극단자와 캔 사이에 이루어지는 홈(130a)에 위치할 수 있다. 여기에 관한 사항은 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 상기 제 2 모듈(220)은 베어셀(100)의 하면에 위치하며, 제 2 기판(222), 제 2 플레이트(224)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 2 기판(222)에는 상기 제 2 플레이트(224) 및 상기 소자실장부(216)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 2 기판(222)의 중앙부에는 서로 대칭되도록 반원 형상의 홀(221a, 221b)이 형성될 수 있다. 제 2 기판(222)은 캔의 하면(122)과 마주보는 내면(222b), 하부케이스(320)와 마주보는 외면(222a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)의 내면(222b) 중앙부에는 제 2 플레이트(224)가 위치할 수 있다. 제 2 플레이트(224)는 원판형의 평평한 형상을 가질 수 있다. 제 2 전극단자인 캔(120)의 하면(122)은 상기 제 2 플레이트(224)와 용접될 수 있다.
제 3 모듈(230)은 베어셀(100)의 외측에, 베어셀(100)의 길이방향을 따라 위치할 수 있다. 제 3 모듈(230)은 띠 형상을 가질 수 있다. 제 3 모듈(230)은 제 1 모듈(210)의 제 1 기판(212) 및 제 2 모듈(220)의 제 2 기판(222)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 3 모듈(230)은 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베어셀(100) 및 보호회로모듈(200)의 단면도이다. 도 7은 제 1 모듈(210)과 베어셀(100)을 결합시켜 놓은 것에 불과할 뿐, 도 7의 구성요소 및 그에 따른 도면부호는 상기에서 설명한 것과 동일함을 미리 밝혀둔다.
도 7을 참조하면, 보호회로모듈(200)의 제 1 모듈(210)은 베어셀(100)의 제 1 전극단자인 캡 업(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 모듈(210)의 제 1 플레이트(214)는 베어셀(100)의 캡 업(131) 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 모듈(210)과 베어셀(100)이 결합되기 전, 베어셀(100)의 캡 업(131) 측 면과 가스켓(140) 사이에는 링 형상의 홈(130a)이 형성될 수 있다. 제 1 모듈(210)과 베어셀(100)이 결합될 떼, 제 1 모듈(210)의 소자실장부(216)는 상기 캡 업(131)과 가스켓(140) 사이에 형성된 홈(130a)에 위치할 수 있다.
이 때 소자실장부(216)의 두께(L3)는 홈의 깊이(L1)와 제 1 플레이트의 평평한 부분(214a)의 두께(T1)를 더한 것보다 작다. 또한, 소자실장부(216)의 폭(L4)은 홈(130a)의 가장 좁은 폭(L2)보다 작을 수 있다. 따라서, 소자실장부(216)가 캡 업(131)과 가스켓(140) 사이의 홈(130a)에 위치할 때, 가스켓(140) 및 캡 업(131)과 접촉하지 않을 수 있다.
이 때, 보호회로모듈(200)의 소자실장부(216)는 베어셀(100)의 상면에서 빈 공간으로 남겨지던 홈(130a)에 컴팩트하게 위치하게 되므로, 기존에 소자실장부(216)가 차지하던 별도의 공간을 제거하여 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다. 경박단소를 추구하는 전자 제품의 개발 경향에 따라, 대부분의 전자제품에 사용되는 전지 또한 상기 개발 경향에 따라 소형화되어 가고 있다. 특히 이차전지에 필수적으로 들어가야 하는 부품의 경우, 사이즈의 축소에 한계가 있어 구조 및 위치의 변화를 통해 이차전지 전체 사이즈를 줄일 수 있는 방안이 절실하다. 따라서, 상기 소자실장부는 일반적으로 제조되는 베어셀에서, 캡업과 캔 사이의 홈 사이에 위치함으로써, 기존 소자실장부가 차지하던 별도의 공간을 이차전지에서 제거하여 이차전지의 소형화에 기여할 수 있다.
또한, 베어셀(100) 상면의 홈(130a)과 소자실장부(216)는 이격되어 있다. 따라서, 전극조립체(110)에서 발생하는 가스로 인해, 베어셀(100) 내부에 과도한 내 압이 발생시, 상기 가스는 홈(130a)과 소자실장부(216) 사이의 이격 공간을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 이차전지(10) 내부에서 발생하는 가스로 인하여 발생할 수 있는 이차전지(10)의 팽창 및 폭발로부터 이차전지(10)를 보호할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈(500)의 사시도이다.
도 8 내지 도 10을 도 1과 함께 참조하면, 상기 보호회로모듈(500)은 베어셀(100)의 상부 및 하부에 각각 위치하는 제 1 모듈(510) 및 제 2 모듈(220), 상기 제 1 모듈(510) 및 제 2 모듈(220)을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈(230)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(510) 및 제 2 모듈(220)의 외측에는 각각 상부케이스(310) 및 하부케이스(320)가 위치하고 베어셀(100)의 외면은 라벨(400)에 의해 감싸져 보호될 수 있다.
상기 제 1 모듈(510) 은 베어셀(100)의 상면에 위치하며, 제 1 기판(512), 제 1 플레이트(514) 및 소자실장부(516)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 기판(512)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 1 기판(512)에는 상기 제 1 플레이트(514) 및 상기 소자실장부(516)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 1 기판(512)의 중앙부에는 원 형상의 홀(511)이 형성될 수 있다. 또한, 제 1 기판(512)의 일측에는 홀(511)과 연결되는 개방 부(513)가 위치할 수 있다. 상기 개방부(513)는 제 1 기판(512) 내측의 홀(511)로부터 시작하여 제 1 기판(512)의 외측까지 개방될 수 있다. 개방부(513)는 꼭지점 부위가 제거된 부채꼴의 형상을 가질 수 있다. 제 1 기판(512)은 캡 업과 마주보는 내면(512b)과 상부케이스(310)와 마주보는 외면(512a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 1 기판(512)의 내면(512b) 중앙부에는 제 1 플레이트(514)가 위치하며, 제 1 플레이트(514)는 제 1 기판(512)의 홀을 통해 돌출된 부분(514a)과 제 1 기판(512) 내면에 솔더링되는 평평한 부분(514b)을 포함할 수 있다. 제 1 전극단자인 캡 업은 상기 제 1 플레이트(514)의 평평한 부분(514b)과 용접될 수 있다.
상기 소자실장부(516)는 제 1 기판(512)의 내면(512b) 외곽부에 위치할 수 있다. 소자실장부(516)는 링 형상에서 상기 개방부(513)의 폭만큼 일부가 제거된 형상을 가질 수 있다. 소자실장부(516)는 알파벳 "C" 형상을 가질 수 있다. 소자실장부(516)는 제 1 기판(512)의 내면(512b)에 위치하여, 제 1 플레이트(514)와 일정거리 이격될 수 있다. 소자실장부(516)에는 보호회로를 포함한 수동, 능동 소자들이 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로는 전지의 충방전 상태 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 2 기판(222)에는 상기 제 2 플레이트(224) 및 상기 소자실장부(516)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 2 기판(222)의 중앙부에는 서로 대칭되도록 반원 형상의 홀(221a, 221b)이 형성될 수 있다. 제 2 기판(222)은 캔의 하면(122)과 마주보는 내면(222b), 하부케이스(320)와 마주보는 외면(222a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)의 내면(222b) 중앙부에는 제 2 플레이트(224)가 위치할 수 있다. 제 2 플레이트(224)는 원판형의 평평한 형상을 가질 수 있다. 제 2 전극단자인 캔(120)의 하면(122)은 상기 제 2 플레이트(224)와 용접될 수 있다.
제 3 모듈(230)은 베어셀(100)의 외측에, 베어셀(100)의 길이방향을 따라 위치할 수 있다. 제 3 모듈(230)은 띠 형상을 가질 수 있다. 제 3 모듈(230)은 제 1 모듈(510)의 제 1 기판(512) 및 제 2 모듈(220)의 제 2 기판(222)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 3 모듈(230)은 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다.
도 8 내지 도 10을 도 2와 함께 참조하면, 보호회로모듈(500)의 제 1 모듈(510)은 베어셀(100)의 제 1 전극단자인 캡 업(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 모듈(510)의 제 1 플레이트(514)는 베어셀(100)의 캡 업(131) 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 모듈(510)과 베어셀(100)이 결합되기 전, 베어셀(100)의 캡 업(131) 측면과 가스켓(140) 사이에는 링 형상의 홈(130a)이 형성될 수 있다. 제 1 모듈(510)과 베어셀(100)이 결합될 떼, 제 1 모듈(510)의 소자실장부(516)는 상기 캡 업(131)과 가스켓(140) 사이에 형성된 홈(130a)에 위치할 수 있다.
이 때, 보호회로모듈(500)의 소자실장부(516)는 베어셀(100)의 상면에서 빈 공간으로 남겨지던 홈(130a)에 컴팩트하게 위치하게 되므로, 기존에 소자실장부(516)가 차지하던 별도의 공간을 제거하여 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다.
또한, 베어셀(100) 상면의 홈(130a)과 소자실장부(516)는 이격되어 있다. 또한, 제 1 기판(512)은 개방부(513)를 포함하고 있다. 따라서, 전극조립체(110)에서 발생하는 가스로 인해, 베어셀(100) 내부에 과도한 내압이 발생시, 상기 가스는 홈(130a)과 소자실장부(516) 사이의 이격 공간 및 개방부(513)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이차전지(10) 내부에 고압의 가스가 발생하여 순간적으로 가스를 외부로 방출해야 할 때, 상기 홈(130a)과 소자실장부(516) 사이의 이격 공간에 더하여 상기 개방부(513)를 통해 가스가 신속하게 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 이차전지(10) 내부에서 발생하는 가스로 인하여 발생할 수 있는 팽창 및 폭발로부터 이차전지(10)를 보호할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
도 11 내지 도 13을 도 1과 함께 참조하면, 상기 보호회로모듈은 베어셀(100)의 상부 및 하부에 각각 위치하는 제 1 모듈(610) 및 제 2 모듈(220), 상기 제 1 모듈(610) 및 제 2 모듈(220)을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈(230)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(610) 및 제 2 모듈(220)의 외측에는 각각 상부케이스(310) 및 하부케이스(320)가 위치하고 베어셀(100)의 외면은 라벨(400)에 의해 감싸져 보호될 수 있다.
상기 제 1 모듈(610)은 베어셀(100)의 상면에 위치하며, 제 1 기판(612), 제 1 플레이트(614) 및 소자실장부(616)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 기판(612)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 1 기판(612)에는 상기 제 1 플레이트(614) 및 상기 소자실장부(616)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 1 기판(612)의 중앙부에는 원 형상의 홀(611)이 형성될 수 있다. 또한, 제 1 기판(612)의 일측에는 홀과 연결되는 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617)가 위치할 수 있다. 상기 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617)는 제 1 기판(612) 내측의 홀(611)로부터 시작하여 제 1 기판(612)의 외측에 도달하기 전까지 개방될 수 있다. 상기 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617)는 홀(611)을 중심으로 대칭으로 위치할 수 있으나, 비대칭적으로 형성될 수도 있다. 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부는(617) 꼭지점 부위가 제거된 부채꼴의 형상을 가질 수 있다. 제 1 기판(612)은 캡 업과 마주보는 내면(612b)과 상부케이스(310)와 마주보는 외면(612a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 1 기판(612)의 내면(212b) 중앙부에는 제 1 플레이트(614)가 위치하며, 제 1 플레이트(614)는 제 1 기판(612)의 홀을 통해 돌출된 부분(614a)과 제 1 기판(612) 내면에 솔더링되는 평평한 부분(614b)을 포함할 수 있다. 제 1 전극단자인 캡 업은 상기 제 1 플레이트(614)의 평평한 부분(614b)과 용접될 수 있다.
상기 소자실장부(616)는 제 1 기판(612)의 내면(612b) 외곽부에 위치할 수 있다. 소자실장부(616)는 링 형상에서 상기 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617) 의 폭만큼 일부가 제거된 형상을 가질 수 있다. 소자실장부(616)는 제 1 기판(612)의 내면에 위치하여, 제 1 플레이트(614)와 일정거리 이격될 수 있다. 소자실장부(616)에는 보호회로를 포함한 수동, 능동 소자들이 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로는 전지의 충방전 상태 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)은 원판형의 구조를 가질 수 있으며, 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다. 제 2 기판(222)에는 상기 제 2 플레이트(224) 및 상기 소자실장부(616)와 연결된 다수의 인쇄회로패턴(미도시)이 설계될 수 있다. 제 2 기판(222)의 중앙부에는 서로 대칭되도록 반원 형상의 홀(221a, 221b)이 형성될 수 있다. 제 2 기판(222)은 캔의 하면(122)과 마주보는 내면(222b), 하부케이스(320)와 마주보는 외면(222a)으로 정의할 수 있다.
상기 제 2 기판(222)의 내면(222b) 중앙부에는 제 2 플레이트(224)가 위치할 수 있다. 제 2 플레이트(224)는 원판형의 평평한 형상을 가질 수 있다. 제 2 전극단자인 캔(120)의 하면(122)은 상기 제 2 플레이트(224)와 용접될 수 있다.
제 3 모듈(230)은 베어셀(100)의 외측에, 베어셀(100)의 길이방향을 따라 위치할 수 있다. 제 3 모듈(230)은 띠 형상을 가질 수 있다. 제 3 모듈(230)은 제 1 모듈(610)의 제 1 기판(612) 및 제 2 모듈(220)의 제 2 기판(222)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 3 모듈(230)은 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit borad, FPCB)로 이루어질 수 있다.
도 11 내지 도 13을 도 2와 함께 참조하면, 보호회로모듈(600)의 제 1 모듈(610)은 베어셀(100)의 제 1 전극단자인 캡 업(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 모듈(610)의 제 1 플레이트(614)는 베어셀(100)의 캡 업(131) 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 모듈(610)과 베어셀(100)이 결합되기 전, 베어셀(100)의 캡 업(131) 측면과 가스켓(140) 사이에는 링 형상의 홈(130a)이 형성될 수 있다. 제 1 모듈(610)과 베어셀(100)이 결합될 떼, 제 1 모듈(610)의 소자실장부(616)는 상기 캡 업(131)과 가스켓(140) 사이에 형성된 홈(130a)에 위치할 수 있다.
이 때, 보호회로모듈(600)의 소자실장부(616)는 베어셀(100)의 상면에서 빈 공간으로 남겨지던 홈(130a)에 컴팩트하게 위치하게 되므로, 기존에 소자실장부(616)가 차지하던 별도의 공간을 제거하여 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다.
또한, 베어셀(100) 상면의 홈(130a)과 소자실장부(616)는 이격되어 있다. 또한, 제 1 기판(612)은 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617)를 포함하고 있다. 따라서, 전극조립체(110)에서 발생하는 가스로 인해, 베어셀(100) 내부에 과도한 내압이 발생시, 상기 가스는 홈(130a)과 소자실장부(616) 사이의 이격 공간 및 제 1 개방부(615), 제 2 개방부(617)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이차전지(10) 내부에 고압의 가스가 발생하여 순간적으로 가스를 외부로 방출해야 할 때, 상기 홈(130a)과 소자실장부(616) 사이의 이격 공간에 더하여 상기 제 1 개방부(615) 및 제 2 개방부(617)를 통해 가스가 신속하게 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 이차전지(10)의 내부에서 발생할 수 있는 가스의 고압으로 인한 팽창 및 폭발로부터 이차 전지(10)를 보호할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 모듈의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 2 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베어셀 및 보호회로모듈의 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 이차전지
100 : 베어셀
200 : 보호회로모듈
210 : 제 1 모듈
Claims (19)
- 베어셀; 및상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈;을 포함하고, 상기 보호회로모듈은상기 베어셀의 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되며, 원판형으로 이루어지는 제 1 모듈;상기 베어셀의 제 2 전극단자와 전기적으로 연결되며, 원판형으로 이루어지는 제 2 모듈; 및상기 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈;을 포함하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 모듈은,제 1 기판;상기 제 1 전극단자와 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 중앙부에 위치하는 제 1 플레이트; 및상기 제 1 기판의 일면 외곽부에 위치하는 소자실장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 모듈은,제 2 기판; 및상기 제 2 전극단자와 마주보는 상기 제 2 기판의 일면에 위치하는 제 2 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 소자실장부는 상기 베어셀의 제 1 전극단자와 캔 사이에 이루어지는 홈에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 소자실장부는 링 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 플레이트에 대응하는 상기 제 1 기판의 일부에는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 플레이트에 대응하는 상기 제 2 기판의 일부에는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 전극단자는 상기 홀을 통해 상기 제 1 플레이트와 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 전극단자는 상기 홀을 통해 상기 제 2 플레이트와 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 모듈은 가요성 인쇄회로기판(FPCB)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 기판은 가요성 인쇄회로기판(FPCB)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 기판은 가요성 인쇄회로기판(FPCB)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 베어셀을 감싸는 라벨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 모듈의 상부에는 상부케이스가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 모듈 하부에는 하부케이스가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 기판에는 개방부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈에 있어서,상기 보호회로모듈은상기 베어셀의 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되며, 원판형으로 이루어지는 제 1 모듈;상기 베어셀의 제 2 전극단자와 전기적으로 연결되며, 원판형으로 이루어지 는 제 2 모듈; 및상기 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 모듈은,제 1 기판;상기 제 1 전극단자와 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 중앙부에 위치하는 제 1 플레이트; 및상기 일면 외곽부에 위치하는 소자실장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.
- 제 18 항에 있어서,상기 소자실장부는 상기 베어셀의 제 1 전극단자와 캔 사이에 이루어지는 홈에 위치하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.
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