KR20100135046A - 배터리팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩은 캡플레이트 및 캡플레이트의 중앙 영역에 위치하는 전극단자를 포함하는 베어셀, 캡플레이트 상에 위치하고 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 1 단자홀을 포함하는 절연층, 절연층 상에 위치하고, 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 2 단자홀을 포함하는 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈을 포함한다.
배터리팩, 절연층, 보호회로모듈
Description
본 발명은 배터리팩에 관한 것이다.
리튬이온 배터리팩은 베어셀 및 보호회로모듈로 구성되는 코어팩을 포함할 수 있다.
베어셀은 양극판, 음극판, 전해질 및 세퍼레이터로 구성되어 외부 전자기기에 전원을 공급하며, 충방전을 거듭하여 사용할 수 있다. 보호회로모듈은 과충전 및 과전류로부터 배터리팩을 보호하고 과방전으로 인한 성능저하를 방지할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소형화되고, 용량밀도가 증대된 배터리팩을 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 일 실시예에 따른 배터리팩은 캡플레이트 및 캡플레이트의 중앙 영역에 위치하는 전극단자를 포함하는 베어셀, 캡플레이트 상에 위치하고 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 1 단자홀을 포함하는 절연층, 절연층 상에 위치하고, 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 2 단자홀을 포함하는 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리팩은 캡플레이트, 캡플레이트의 상면 중앙 영역에 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하는 전극단자 및 캡플레이트의 상면 일측에 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하는 전해액 주입마개를 포함하는 베어셀, 캡플레이트 상에 위치하고 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 1 단자홀을 포함하는 절연층 및 절연층 상에 위치하고 전극단자와 대응하 는 영역에 형성된 제 2 단자홀을 포함하는 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈을 포함하며, 절연층의 일측 및 보호회로기판의 일측은 전극단자와 전해액 주입마개 사이에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩은 배터리팩을 구성하는 소자들을 컴팩트하게 위치시켜 소형화될 수 있다. 따라서, 배터리팩의 부피는 줄이되, 전지용량은 유지시킴으로써, 배터리팩의 용량밀도를 높일 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 배터리팩에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)의 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩(10)는 베어셀(100), 절연층(200), 보호회로모듈(400), 상부케이스(720), 하부케이스(740) 및 라벨(760)을 포함할 수 있다. 베어셀(100) 상에는 절연층(200)이 위치하고, 절연층(200) 상에는 절연층(200)과 접촉하도록 보호회로모듈(400)이 위치하여, 베어셀(100)과 상호 전기적, 기계적으로 연결될 수 있다. 상부케이스(720)는 보호회로모듈(400) 및 베어셀(100)의 상부를 감싸도록 위치하며, 하부케이스(740)는 베어셀(100)의 하부를 덮도록 위치할 수 있다. 상부케이스(720)는 베어셀(100)과 접착제에 의해 결합될 수 있다. 베어셀(100)의 외면은 라벨(760)에 의해 감싸져 보호될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 베어셀의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 보호회로모듈의 분해사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 리드플레이트의 단면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 단면도이다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 베어셀(100)은 캔(110), 캔(110)의 내부에 수용되는 전극조립체(120), 캔(110)의 개구부(110a)를 덮는 캡조립체(130)를 포함할 수 있다.
상기 캔(110)은 대략 직육면체의 형상을 가지며 일측부가 개구된 개구부(110a)를 포함할 수 있다. 캔(110)은 금속재료로 이루어질 수 있고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
상기 전극조립체(120)는 캔의 개구부(110a)를 통해 캔(110)에 삽입될 수 있다. 전극조립체(120)는 제 1 전극판(121), 제 2 전극판(122) 및 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122) 사이에 위치하는 세퍼레이터(123)가 상호 젤리롤(Jelly-Roll) 형태로 권취될 수 있다. 전극조립체(120)는 배터리팩(10)에서 충전과 방전을 거듭하며 전력을 공급할 수 있다.
상기 제 1 전극판(121)은 제 1 전극 집전체(미도시) 및 제 1 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 전극판의 일단에는 제 1 전극탭(121a)이 연결되어 캔의 개구부(110a) 방향으로 돌출될 수 있다.
상기 제 2 전극판(122)은 제 2 전극 집전체(미도시) 및 제 2 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다. 상기 제 2 전극판의 일단에는 제 2 전극탭(122a)이 연결되어 캔의 개구부(110a) 방향으로 돌출될 수 있다.
일반적으로, 각형 배터리팩(10)에 있어서 단자 기능을 수행하는 캔(110)은 양극일 수 있다. 이 경우 제 1 전극판(121)이 양극이라면 젤리롤 전극조립체(120)의 최외각 전극판은 양극인 제 1 전극판(121)이 될 수 있다. 또한, 제 1 전극판(121)이 음극이라면 젤리롤 전극조립체(120)의 최외각 전극판은 양극인 제 2 전극판(122)이 될 수 있다.
이하에서는 제 1 전극판(121)이 양극, 제 2 전극판(122)이 음극일 때의 실시예를 가정하여 설명을 전개해 나가기로 한다.
상기 세퍼레이터(123)는 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122) 사이에 위치할 수 있다. 세퍼레이터는(123) 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(123)는 전극조립체(120)에서 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122)과의 전자전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 세퍼레이터(123)는 제 1 전극판(121)과 제 2 전 극판(122)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부쇼트 등으로 인한 배터리팩(10)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 전극조립체(120)에서는 충전시, 리튬 이온이 제 1 전극판(121)으로부터 제 2 전극판(122)으로 도프(intercalation)되어 전력을 공급 받을 수 있다. 방전시에는 리튬 이온이 제 2 전극판(122)으로부터 제 1 전극판(121)으로 탈도프(deintercalation)되며 외부 전자기기에 전력을 공급할 수 있다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(131), 절연플레이트(132), 터미널플레이트(133), 전극단자(134), 가스켓(135)을 포함할 수 있다. 캡조립체(130)는 캡조립체의 하부에 위치하는 별도의 절연케이스(136)와 함께, 캔(110)의 개구부(110a)에서 전극조립체(120)와 결합되어 캔(110)을 밀봉할 수 있다. 절연케이스(136)에는 전해액이 전극조립체(120)로 주입될 수 있도록 홀(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 캡플레이트(131)는 캔(110)의 개구부(110a)에 위치하고, 캔(110)의 개구부(110a)와 상응하는 크기를 가지는 금속판으로 형성될 수 있다. 캡플레이트(131)의 중앙에는 소정 크기의 홀(131a)이 형성되어, 홀(131a)에는 전극단자(134) 및 가스켓(135)이 삽입될 수 있다. 캡플레이트(131)의 일측에는 전해액 주입홀(131b)이 형성될 수 있다. 전해액 주입홀(131b)은 전해액이 캔(110)에 주입된 후 전해액 주입마개(137)를 통해 밀폐될 수 있다. 전해액 주입마개(137)의 상부는 캡플레이트(131)의 상면에 돌출되어 형성된다. 상기 홀(131a)을 중심으로 전해액 주입홀과 대응하는 캡플레이트(131)의 일면에는 안전벤트(safety bent, 미도시)가 형성될 수 있다. 캡플레이트(131)는 제 1 전극탭(121a)과 접촉되어 전기적으로 연 결될 수 있다. 따라서 캡플레이트(131)는 제 1 전극판(121)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 절연플레이트(132)는 판형으로 이루어져 캡플레이트(131)의 하부에 위치할 수 있다. 절연플레이트(132)는 가스켓(135)과 동일한 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 터미널플레이트(133)는 판형으로 이루어져 절연플레이트(132)의 하부에 위치할 수 있다. 터미널플레이트(133)는 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다. 절연플레이트(132) 및 터미널플레이트(133)에는 캡플레이트(131)의 중앙에 형성된 홀(131a)과 대응하는 위치에 동일한 구조의 홀이 형성될 수 있다.
상기 전극단자(134)는 캡플레이트(131), 절연플레이트(132) 및 터미널플레이트(133)에 형성된 홀을 캡플레이트(131), 절연플레이트(132) 및 터미널플레이트(133)에 삽입될 수 있다. 전극단자(134)는 캡플레이트(131)의 상면 중앙 영역에 돌출되어 위치할 수 있다. 전극단자(134)는 제 2 전극탭(122a)과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전극단자(134)는 제 2 전극판(122)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 가스켓(135)은 전극단자(134)와 캡플레이트(131) 사이에 위치할 수 있다. 가스켓(135)은 전극단자(134)와 캡플레이트(131)를 절연시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 통해 베어셀, 보호회로모듈(400) 및 절연층(200)의 연결 구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 5를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)은 베어셀의 캡플레이트(131) 상에 절연층(200)이 위치한 후, 절연층(200) 상에 보호회로모듈(400)이 면접촉되도록 위치함으로써, 보호회로모듈(400)과 베어셀(100) 사이의 이격 공간을 제거하여 컴팩트한 배터리팩(10)을 제조할 수 있다. 상술한 구조에 따라서, 배터리팩(10)의 용량은 유지하되, 부피는 줄여 배터리팩(10)의 용량밀도(용량/부피)를 높일 수 있다.
상기 절연층(200)은 캡플레이트(131) 상에 위치할 수 있다. 절연층(200)은 캡플레이트(131)에서 곡률을 가진 양측부를 제외하고, 캡플레이트(131)와 대응되는 크기로 형성되며, 직사각의 평판 구조를 가질 수 있다. 따라서, 절연층(200)의 면적은 캡플레이트(131)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 절연층(200)은 캡플레이트(131)와 접촉하도록 위치하며, 보다 상세하게 절연층(200)의 하면은 캡플레이트(131)의 상면에 접착될 수 있다. 절연층(200)에서 전극단자(134) 및 가스켓(135)과 대응하는 영역에는 가스켓(135) 및 전극단자(134)가 삽입될 수 있도록 제 1 단자홀(200a)이 형성될 수 있다. 또한, 절연층(200)에서 전해액 주입마개(137)와 대응하는 영역에는 전해액 주입마개(137)가 삽입될 수 있도록 제 1 마개홀(200b)이 형성될 수 있다. 절연층(200)의 가장자리는 제 1 단변측(201), 제 1 단변측과 대응하는 제 2 단변측(202), 제 1 장변측(203), 제 1 장변측과 대응하는 제 2 장변측(204)으로 정의될 수 있다.
상기 절연층(200)은 베어셀(100), 보다 상세하게는 캡플레이트(131)와 보호회로모듈(400)을 절연시킬 수 있는 절연물질로 이루어질 수 있다. 보다 상세하게 절연층(200)은 종이 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(200)은 어느 일 면에만 접착물질이 형성되거나, 양면에 모두 접착물질이 형성된 접착층으로 이루어질 수도 있다.
상기 보호회로모듈(400)은 보호회로기판(410), PTC(positive temperature coefficient)부(420), 보호회로소자(430), 충방전단자부(440), 제 1 리드플레이트(450)를 포함할 수 있다. 제 1 리드플레이트(450)는 보호회로모듈(400)에 포함되는 구성요소일 수도 있으나, 보호회로모듈(400)과 구분되는 별개의 구성요소일 수도 있다. 이하에서는 전자의 경우를 실시예로 들어 설명하기로 한다. 보호회로모듈(400)은 베어셀(100)의 상면에 위치하 과충전 및 과전류로부터 배터리팩(10)를 보호하고 과방전으로 인한 성능저하를 방지할 수 있다.
상기 보호회로기판(410)은 절연층(200)과 접촉되도록 위치하며, 보다 상세하게, 보호회로기판(410)의 하면은 절연층(200)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 보호회로기판(410)은 상기 베어셀(100)의 캡플레이트(131)에서 곡률을 가진 양측부를 제외하고, 캡플레이트(131)와 대응되는 크기로 형성되며, 직사각 형상을 가질 수 있다. 따라서, 보호회로기판(410)은 상기 캡플레이트(131)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 보호회로기판(410)의 면적과 절연층(200)의 면적은 상호 대응될 수 있다. 보호회로기판(410)에서 베어셀(100)의 전극단자(134) 및 가스켓(135)과 대응하는 영역에는 제 2 단자홀(410a)이 형성될 수 있다. 전극단자(134) 및 가스켓(135)은 제 2 단자홀(410a)에 삽입, 관통될 수 있다. 보호회로기판(410)은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있다. 또한, 보호회로기판(410)에서 전해액 주입 마개(137)와 대응하는 영역에는, 전해액 주입마개와 보호회로기판(410) 사이의 간섭을 제거할 수 있도록 홈(410b) 이 형성될 수 있다. 또한, 홈(410b) 을 대신하여, 보호회로기판의 제 1 마개홀(200b)과 대응하는 구조를 가지는 제 2 마개홀(미도시)이 형성될 수도 있다. 만약, 전해액 주입마개(137)의 높이가 절연층(200)의 높이보다 작은 경우 보호회로기판(410)에는 전해액 주입마개(137)와 보호회로기판(410) 사이에는 간섭이 발생하지 않으므로 별도의 홀 또는 홈이 형성되지 않는다. 이와 같은 경우에는 절연층(200)에만 제 1 마개홀(200b)이 형성된다. 보호회로기판(410)의 가장자리는 제 1 단변측(411), 제 1 단변측과 대응하는 제 2 단변측(412), 제 1 장변측(413), 제 1 장변측과 대응하는 제 2 장변측(414)으로 정의될 수 있다.
기존 배터리팩의 보호회로모듈과 베어셀 사이에는 최소한 전극단자가 베어셀의 상부로 돌출된 높이 이상의 이격 공간이 형성된다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)은 보호회로모듈(400)의 하면이 베어셀(100)의 상부와 절연층(200)을 통해 맞닿음으로써 상기 이격 공간을 제거하여 컴팩트한 배터리팩(10)을 제조할 수 있다. 보다 상세하게, 베어셀(100)과 보호회로모듈(400) 사이를 절연하고 베어셀(100)과 보호회로모듈(400)의 결합을 견고하게 하기 위한 절연층(200)이 베어셀(100)의 상면에 면접촉하도록 위치한 후, 보호회로기판(410)이 절연층(200)의 상면에 면접촉하도록 위치할 수 있다. 이 경우, 상술한 구조로 인하여 제거된 보호회로모듈(400)과 베어셀(100) 사이의 이격 공간의 높이는 절연층(200)의 두께와 비교하여 매우 크다. 결과적으로, 상기 이격 공간을 제거하여 컴팩트한 배터리팩(10)의 제조가 가능하며, 이는 배터리팩(10)의 부피를 작제하여 배터리팩(10)의 용량밀도(용량/부피)를 높일 수 있다. 또한, 절연층(200)에서 전해액 주입마개(137)와 해당하는 곳에는 제 1 마개홀(200b)이 형성되고, 보호회로기판(410)에서 전해액 주입마개와 해당하는 곳에는 홈(410b) 또는 제 2 마개홀(미도시)이 형성된다. 따라서, 절연층(200), 보호회로기판(410)과 전해액 주입마개(137) 사이의 간섭을 줄여 보호회로기판(410)이 베어셀(100) 상에 안정적으로 배치될 수 있다. 또한, 전해액 주입마개(137)가 차지하는 공간을 상기 홈 또는 홀이 보상해 줌으로써 배터리팩(10)의 부피를 줄여, 배터리팩(10)의 용량밀도를 높일 수 있다.
상기 보호회로기판(410)에는 도전성 금속(미도시)이 패터닝 되어 있고, 도전성 금속은 PTC부(420), 보호회로소자(430), 충방전단자부(440), 제 1 리드플레이트(450)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 PTC부(420)는 보호회로기판(410)의 상면에 위치할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, PTC부(420)는 보호회로기판(410)의 상면에 형성된 단자부(415)와 전기적으로 연결되는 제 1 탭(421), 제 1 탭(421) 상에 위치하며, 제 1 탭(421)과 전기적으로 연결되는 PTC 소자(422), PTC 소자(422) 상에 위치하며, 전극단자(134)와 전기적으로 연결되는 제 2 탭(423)으로 이루어진다. 제 2 탭(423)은 전극단자(134)와 용접되어 견고히 결합될 수 있으며, 레이저 용접법 또는 저항용접법을 사용할 수 있다. PTC 소자(422)는 온도가 어느 임계치를 넘으면 전기저항이 거의 무한대에 이르는 디바이스로서, 배터리팩(10)가 이상고온으로 될 때 충방전 전류를 차단시킬 수 있다. PTC 소자(422)는 가역적인 동작을 행하기 때문에 PTC 소자(422)가 동작하여 전류가 정지한다. 이후, 배터리팩(10)의 온도가 내려가면 PTC 소자(422)의 저항 은 다시 작아지게 되어, 배터리팩(10)가 다시 작동할 수 있다. PTC부(420)는 베어셀의 전극단자(134)와 전기적으로 연결되므로 그 자체로, 음극 리드플레이트로서의 기능을 수행할 수 있다.
상기 보호회로소자(430)는 보호회로기판(410)의 제 2 단자홀(410a)을 기준으로 단자부(415)와 반대측 위치에 형성될 수 있다. 보호회로소자(430)는 다수의 수동, 능동 소자들로 이루어질 수 있고, 도전성 금속과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로소자(430)는 전지의 충방전 상태, 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 충방전단자부(440)는 보호회로소자(430) 상부로부터 일정거리 이격되어 형성되며, 보호회로기판(410)에 표면실장되어 형성될 수 있다. 충방전단자부(440)는 도전성 금속과 전기적으로 연결되며, 외부 전자기기와의 전기적 통로 역할을 할 수 있다. 충방전단자부(440)에 대해서는 도 6 내지 도 8을 통해 자세히 후술하기로 한다.
상기 제 1 리드플레이트(450)는 보호회로기판(410)의 제 1 단변측(411)에 위치하며, 보호회로기판(410)과 베어셀(100)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 따라서, 제 1 리드플레이트(450)는 양극 리드플레이트가 될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 제 1 리드플레이트(450)는 보호회로기판(410)의 상면 제 1 단변측(411)에 위치하au, 보호회로기판(410)과 전기적으로 연결되는 제 1 플레이트(451), 베어셀의 캡플레이트(131) 상에 위치하여 베어셀(100)과 전기적으로 연결되는 제 2 플레이트(452), 제 1 플레이트(451)와 제 2 플레이트(452)를 전기적으로 연결하는 제 3 플레이트(453)를 포함할 수 있다. 이 때 제 2 플레이트(452)와 제 3 플레이트(453)의 높이의 합은 절연층(200)과 보호회로기판(410)의 두께의 합과 대응할 수 있다.
기존의 리드플레이트는 베어셀과 베어셀로부터 이격된 보호회로모듈 사이의 공간을 지지하면서 베어셀과 보호회로모듈을 연결한다. 따라서, 리드플레이트가 상기 이격공간 만큼의 높이를 가지게 되며, 이는 배터리팩이 완성된 후 불필요한 공간을 남기게 한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩(10)는, 보호회로모듈(400)이 캡플레이트(131) 상면과 면접촉하여 맞닿아 있는 구조를 가질 수 있고, 제 1 리드플레이트(450)는 베어셀(100)과 보호회로모듈(400) 상에 위치하여 상기 보호회로모듈(400)을 베어셀(100)에 클램핑(clamping)하여 고정시키도록 위치할 수 있다. 따라서, 캡플레이트(131)와 제 1 리드플레이트(450)를 연결하는 데 있어서 필요하던 이격공간을 제거하여 보다 컴팩트한 배터리팩(10)의 제조가 가능하며, 이는 배터리팩(10)를 소형화시킬 수 있다. 또한, 베어셀(100)의 전지용량은 유지하되, 베어셀(100)과 보호회로모듈(400)의 결합을 컴팩트하게 함으로써, 배터리팩(10) 용량밀도(용량/부피)를 높일 수 있게 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 충방전단자부의 분해사시도, 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 충방전단자부의 일반사시도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 부분 사시도이다.
도 6 내지 도 8을 도 3과 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)에서 충방전단자부(440)는 보호회로기판(410) 및 보호회로소자(430) 상에 위치할 수 있다. 충방전단자부(440)는 구성되는 재료에 따라 하우징(441) 및 충방전단자(442)로 구분될 수 있다. 또한, 충방전단자부(440)는 구조에 따라 베이스부(443), 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(445)로 구분될 수 있다. 충방전단자부(440)는 상부케이스(720)의 충방전단자부홈(720a)에 의해 외부로 노출될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 충방전단자부(440)를 재료에 따라 구분하여 설명하면, 충방전단자부(440)는 하우징(441)과 충방전단자(442)가 일체형으로 성형되어 제조될 수 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 하우징(441)과 충방전단자(442)를 분리하여 도시하였음을 밝혀둔다. 하우징(441)은 하면의 중앙부에 일정한 폭과 길이의 홈을 가지며, 단변측으로 자른 단면이 "∏" 형상을 가질 수 있다. 하우징(441)은 절연재료로 이루어질 수 있다. 충방전단자(442)는 양극, ID 저항(identification resistor), 음극 역할을 하는 다수의 금속판으로 이루어지며, 보다 상세하게는 인청동에 금을 도금하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 충방전단자(442)는 세 개의 금속판으로 이루어질 수 있다. 충방전단자(442)의 하부는 보호회로기판(410)의 제 1 장변측(413) 및 제 2 장변측(414)에 위치하는 마운트부(417)에 표면실장될 수 있다. 충방전단자(442)는 가요성 보호회로기판의 도전성 금속과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 충방전단자부(440)를 구조에 따라 구분하여 설명하면, 충방전단자부(440)는 평평한 판형상을 가지는 베이스부(443), 베이스부(443)의 양측을 각각 지지하는 제 1 지지부(444) 및 제 2 지지부(445)를 포함할 수 있다. 여기서 하우징(441)과 충방전단자(442)는 상호 결합되어 있음을 밝혀둔다. 제 1 지지부(444) 및 제 2 지지부(445)는 각각 보호회로기판(410)의 제 1 장변(413)측과 제 2 장변(414)측 상에 위치하여 상기 베이스부(443)를 지지할 수 있다. 보다 상세하게 제 1 지지부(444) 및 제 2 지지부(445)는 각각 보호회로기판(410) 상에 표면 실장될 수 있고, 보호회로기판(410)으로부터 상기 베이스부(443)가 이격될 수 있도록 상기 베이스부(443)의 일측 및 타측을 지지할 수 있다. 이 때 보호회로소자(430)는 보호회로기판(410)의 상면에서, 제 1 지지부(444)와 제 2 지지부(445) 사이에 위치하고, 베이스부(443)의 하면은 보호회로소자로(430)부터 이격되어 있을 수 있다.
도 8을 참조하면, 상술한 구조하에서, 상기 충방전단자부(440)는, 베이스부(443)가 상기 보호회로소자(430) 상에 위치하고, 제 1 지지부(444) 및 제 2 지지부(445)가 상기 보호회로기판(410)의 제 1 장변(413)측과 제 2 장변(414)측에 위치하도록 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 보호회로소자(430)는 제 1 지지부(444)와 제 2 지지부(445) 사이에 위치하며, 베이스부(443)의 하면은 상기 보호회로소자(430)와 이격되도록 상기 제 1 지지부(444) 및 상기 제 2 지지부(445)에 의해 지지될 수 있다.
상술한 구조를 가지는 충방전단자부(440)는 보호회로기판(410)에 실장되는 면적이 매우 적을 뿐만 아니라, 보호회로소자(430) 상에 위치하게 되어, 보호회로 기판(410) 상에 컴팩트하게 형성될 수 있다. 따라서, 보호회로기판(410)의 일면에 보호회로모듈(430)의 제조에 필요한 모든 소자들이 효율적인 배치구조를 가지게 된다. 이는 결과적으로 배터리팩(10)의 소형화를 가져올 수 있고, 배터리팩(10)의 용량밀도(전지용량/부피)를 높일 수 있게 한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리팩의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리팩(20)은 제 2 리드플레이트(460)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 리드플레이트(460)는 보호회로기판(410)의 제 2 단변측(412)에 위치하며, 캡플레이트와 연결될 수 있다. 상기 제 2 리드플레이트(460)는 캡플레이트(131)와 전기적으로 연결되어 제 1 리드플레이트(450)와 같이 양극 리드플레이트의 기능을 수행할 수 있다. 그러나, 제 2 리드플레이트(460)는 제 1 리드플레이트(450)와 대응되는 구조를 가지기 위한 더미 리드플레이트가 될 수도 있다. 제 2 리드플레이트(460)가 더미 리드플레이트인 경우, 제 2 리드플레이트(460)는 베어셀(100)과 보호회로모듈(500)을 기계적으로 연결시켜, 결합력을 향상시킬 수 있는 수단이 될 수 있다. 제 2 리드플레이트(460)가 양극 리드플레이트 또는 더미 리드플레이트에 상관없이, 제 2 리드플레이트(460)는 제 1 리드플레이트(450)와 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리팩의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리팩(30)에서, 절연층(300)의 제 2 단변측(302)과 보호회로기판(610)의 제 2 단변측(612)은 전극단자(134)와 전해액 주입마개(137) 사이에 위치할 수 있다.
상기 보호회로기판(610)의 제 2 단변측(612)은 전해액 주입마개(317)의 내측에 위치함으로써, 보호회로기판(610)의 길이 방향 사이즈가 현저하게 작아질 수 있다. 따라서, 보호회로모듈(600) 및 보호회로모듈(600)을 베어셀(100)에 접착시키기 위한 절연층(300)의 사이즈를 작게 함으로써, 보호회로모듈(600) 및 절연층(300)의 재료비를 줄일 수 있으며, 배터리팩(30)의 부피를 작게 하여 배터리팩(30)의 용량밀도를 높일 수 있다.
이상, 도 1 내지 도 10에서 설명한 배터리팩은 기존과는 전혀 다른 새로운 모델의 보호회로모듈을 개시하고 있고, 그에 따라 변화되는 베어셀과 보호회로모듈의 결합관계를 설명하고 있다.
상술한 실시예에 따른 배터리팩은 보호회로기판의 일면에 PCT부, 보호회로소자, 충방전단자부, 리드플레이트를 모두 결합시켜 전기적, 기계적으로 연결시키는 구조이다. 따라서, 기존 베어셀과 보호회로모듈 사이를 연결하는 이격공간을 제거하여 보다 슬림한 형상의 배터리팩의 제조가 가능하다. 또한, 상기에서 개시된 배터리팩은 소자간의 배치 및 구성이 컴팩트하게 이루어져 별도의 남는 공간이 생기지 않는다.
따라서, 상술한 구조의 배터리팩은 내부 소자들의 사이즈를 줄이고, 내부 소 자들을 컴팩트하게 위치시킴으로써, 배터리팩사이즈를 소형화시킬 수 있다. 이는 베어셀의 전지용량은 유지하되, 베어셀과 보호회로모듈의 결합을 컴팩트하게 함으로써, 배터리팩의 용량밀도(전지용량/부피)를 높일 수 있게 한다.
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 일 실시예에 따른 배터리팩의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 베어셀의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 보호회로모듈의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 리드플레이트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리팩에서 보호회로모듈의 단면도이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리팩에서 보호회로모듈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 충방전단자부의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩에서 충방전단자부의 일반사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 부분 사시도이다.
Claims (20)
- 캡플레이트 및 상기 캡플레이트의 중앙 영역에 위치하는 전극단자를 포함하는 베어셀;상기 캡플레이트 상에 위치하고, 상기 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 1 단자홀을 포함하는 절연층; 및상기 절연층 상에 위치하고, 상기 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 2 단자홀을 포함하는 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층은 상기 캡플레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로기판은 상기 절연층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층의 하면은 상기 캡플레이트의 상면에 접착된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로기판의 하면은 상기 절연층의 상면에 접착된 것을 특징으로 하는 배터리팩. 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 캡플레이트의 상면에는 전해액 주입마개가 상기 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하고, 상기 절연층은 상기 전해액 주입마개와 대응하는 영역에 제 1 마개홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 캡플레이트의 상면에는 전해액 주입마개가 상기 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하고, 상기 보호회로기판에서 상기 전해액 주입마개와 대응하는 영역에는 제 2 마개홀 또는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층의 면적은 상기 보호회로기판의 면적과 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층의 면적 및 상기 보호회로기판의 면적은 상기 캡플레이트의 면적 보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층은 종이 또는 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연층은 일면 또는 양면에 접착물질이 부착된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로기판은 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로모듈은 상기 보호회로기판의 제 1 단변측에 위치하고, 상기 보호회로기판과 상기 베어셀을 전기적으로 연결하는 제 1 리드플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 리드플레이트는,상기 보호회로기판의 상면 제 1 단변측에 위치하여 상기 보호회로기판과 전기적으로 연결되는 제 1 플레이트;상기 베어셀의 상면에 위치하여 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 제 2 플레이트; 및상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트를 전기적으로 연결하는 제 3 플레이트;를 포함하고, 상기 제 2 플레이트와 상기 제 3 플레이트의 높이의 합은 상기 절연층과 상기 보호회로기판의 두께의 합과 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 13 항에 있어서,상기 보호회로기판의 상면 제 2 단변측에는 상기 보호회로기판과 상기 베어셀을 기계적 또는 전기적으로 연결시키는 제 2 리드플레이트가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로모듈은, 상기 보호회로기판 상에 위치하며 상기 베어셀을 외부 소자와 전기적으로 연결하는 충방전단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로기판 상에는 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 PTC부가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로모듈 및 상기 베어셀의 상부를 덮도록 위치하는 상부케이스;상기 베어셀의 하부를 덮도록 위치하는 하부케이스; 및상기 베어셀의 외면을 감싸는 라벨;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 제 18 항에 있어서,상기 상부케이스는 상기 베어셀과 접착제에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
- 캡플레이트;상기 캡플레이트의 상면 중앙 영역에 상기 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하는 전극단자; 및상기 캡플레이트의 상면 일측에 상기 캡플레이트의 상면으로부터 돌출되어 위치하는 전해액 주입마개;를 포함하는 베어셀;상기 캡플레이트 상에 위치하고, 상기 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 1 단자홀을 포함하는 절연층; 및상기 절연층 상에 위치하고, 상기 전극단자와 대응하는 영역에 형성된 제 2 단자홀을 포함하는 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈;을 포함하고, 상기 절연층의 일측 및 상기 보호회로기판의 일측은 상기 전극단자와 상기 전해액 주입마개 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
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