KR20110039872A - 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지 - Google Patents

보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보호회로 모듈과 2차전지의 상부캡을 일체로 사출 성형하여 전지셀과 단순 결합하는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지에 관한 것이다.
본 발명은 보호회로 모듈 주변부의 적어도 일부를 에워싸도록 일체로 사출성형되는 상부캡으로, 상부캡을 전지셀과 결합시킴에 의해 보호회로 모듈이 2차전지셀의 양극단자 및 음극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡에 관한 것이다.
2차전지, 보호회로 모듈, 절연성 상부캡

Description

보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지{PROTECTION CIRCUIT MODULE EMBEDDED SECONDARY BATTERY UPPER CAP AND SECONDARY BATTERY HAVING IT}
본 발명은, 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보호회로 모듈과 2차전지의 상부캡을 일체로 사출 성형하여 전지셀과 결합에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡 및 이를 갖는 2차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 2차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 2차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
일반적으로 전지는 전지셀(battery cell)과 보호회로 모듈(Protection CircuitModule, PCM)로 이루어져 있다. 상기 전지셀은 양극판, 음극판 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체의 전극단자가 외부로 돌출되도록 수용하고 내부에 일정량의 전해질이 주입되는 케이스로 이루어져 있다. 상기 보호회로 모듈(PCM)은, 전지본체의 외측에 마련되고 그것의 전극단자와 전기적으로 접속되는 보호회로가 마련된 기판과, 이러한 기판의 반대편에 마련되어 외부기기(예를 들어, 무선 단말기, 노트북, 전기자동차 등)와 접속되는 외부입출력단자로 이루어져 있다.
그러나, 리튬 2차전지에는 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 2차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
상기와 같은 종래의 2차전지 패키징의 여러 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명 하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따라 제조된 전지의 정면 모식도이며, 도 2은 종래기술 따른 2차전지를 개략적으로 나타낸 사시도 이다. 도 3은 종래 기술에 따른 보호회로 모듈과 인서트 사출에 의해 일체로 형성된 상부캡이 전지셀과 결합하는 모습을 나타낸 도면이다.
통상의 2차전지에는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는데, 전지셀(10)의 상단면에는 전지셀(10)과 절연된 상태에서 상부로 돌출된 음극단자(13)가 형성되어 있고, 전지셀(10) 상단면의 음극단자(13)을 제외한 나머 지 부위는 양극단자(11)로 기능하고, 양극단자(10) 상에는 PTC 소자(15)가 결합되어 있으며, 대향 측에는 금속볼 및 고분자 수지 등에 의해 밀봉된 전해액 주입부(14)가 돌출되는 경우가 대부분이다. PTC 소자(15)는 도면에서와 같이 양극단자(11) 상에 형성될 수도 있고, 후술하는 보호회로 모듈(20)에 장착되는 형태로 형성될 수도 있다.
이러한 2차전지를 패키징하는 구성은, 과충전 등의 비정상적인 상태를 효과적으로 제어하는 보호회로 모듈(20), 상부에 보호회로 모듈(20)가 탑재되며 전지셀(10)의 상단면(12)에 장착되는 절연성 장착부재(30), 보호회로 모듈(20)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(30)를 감싸면서 전지셀(10)의 상단부에 결합되는 절연성 상부캡(40), 전지셀(10)의 하단부에 결합되는 절연성 하부캡(50) 및 절연을 제공하면서 외부로 제품 정보 등을 표시하는데 이용되는 외장필름(60)을 포함한다. 이는 절연성 상부캡(40), 보호회로 모듈(20) 및 절연성 장착부재(30)를 각각 별개로 제작하여 이들을 조립하는 공정을 필요로 하기 때문에 생산 공정 및 제작 비용이 증가를 가져오고, 제작시 부품의 불량이 발생할 확률이 높아지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 3에서와 같이 상부캡을 보호회로 모듈과 일체로 인서트 사출하여 전지셀과 결합하게 되었다. 상술한 바와 같이 상부캡을 보호회로 모듈을 일체로 인서트 사출하는 경우 부품의 불량이 발생할 확률은 줄었다. 그러나, 이경우에도 전지셀의 음극 및 양극단자(81, 82)와, 상부캡(90)에 돌출된 음극 및 양극 접속부재(91, 92)를 연결하기 위해서는 전지셀의 측면에서 스팟 용접이라는 별도의 공정을 거쳐야 하며, 스팟 용접 후에 개구부를 막기 위하여 별도의 마감재(94)로 결합하여야 하므로 2차전지의 생산 공정 및 생산 비용이 증가되는 문제가 발생하였다.
본 발명은 보호회로 모듈이 매설된 2차전지의 상부캡 및 이를 갖는 2차전지에 관한 것으로, 2차전지의 상부에 결합되는 상부캡을 보호회로 모듈과 인서트 사출로 일체로 형성하고, 전지셀과 결합에 의해 전기적으로 연결되는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 보호회로 모듈 주변부의 적어도 일부를 에워싸도록 일체로 사출성형되는 상부캡으로,상부캡을 전지셀과 결합시킴에 의해 보호회로 모듈이 2차전지셀의 양극단자 및 음극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 보호회로 모듈은 탄성을 가진채로 외부로 노출된 양극 접속부재 및 음극 접속부재 중 하나 이상을 포함하고, 상부캡과 전지셀의 결합시 각 접속부재가 양극단자 및 음극단자 표면과 탄성적인 접촉에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 보호회로 모듈은 전지셀 방향으로 길게 연장된 핀형상의 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 포함하고, 상부캡 및 전지셀의 결합시 양극 접속부재 및 음극 접속부재가 전지셀의 대응 단자홀에 각각 삽입되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상부캡 및 전지셀은 별개의 도전성 체결부재에 의해 결합되고, 체결부재는 보호회로 모듈과 전지셀 상면의 양극단자 및 음극단자를 전기적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상부캡은 보호회로 모듈이 금형 내에 삽입된 상태에서 절연부재를 사출함으로써 형성되고, 보호회로 모듈을 금형 내의 공간에서 지지하기 위해 보호회로 모듈의 일부를 외부로 노출시키는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 개구부는 입출력 단자를 외부로 노출시키는 입출력 단자용 개구부와, 양극 접속단자 및 음극 접속단자 중 하나 이상이 위치하는 개구부인 것을 특징으로 한다.
또한, 개구부를 통해 보호회로 모듈과 전지셀의 전기적 연결이 구현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일측면에 양극단자 및 음극단자가 제공되는 전지셀; 그리고, 회로기판 하부로 노출되어 양극단자 및 음극단자와 각각 전기적으로 연결되는 부재와, 회로기판 상부에 형성되는 입출력단자를 포함하는 보호회로 모듈을 일체로서 에워싸도록 사출 성형되고, 전지셀의 일측면에 결합되는 절연캡;을 포함하고, 전지셀과 절연캡은 결합에 의해, 보호회로 모듈이 양극 접속단자 및 음극 접속부재와 전기적으로 연결되고, 입출력단자가 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구성에 의하여, 절연성 상부캡 및 보호회로 모듈을 하나의 부재로 인서트 사출로 형성하여, 부품을 간소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 보호회로 모듈이 매설된 절연 상부캡을 전지셀과 단순 결합에 의해, 상부캡에서 양극 접속부재와 음극 접속부재 전지셀의 양극단자 및 음극단자와 전기적 연결을 하여, 전지를 용이하게 제작할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 다양한 형상으로 보호회로 모듈이 매설된 상부캡을 형성할 수 있는 효과가 있어, 전지의 전체적인 디자인을 다양하게 할 수 있다.
또한, 양극 및 음극 접속부재를 탄성 접속부재, 접속핀 또는 도전성 체결부재 등 다양한 방식으로 전지를 생산할 수 있는 이점이 있다.
이밖에, 전지셀과 보호회로 모듈을 분리하여 생산하게 되므로 생산성이 높고, 불량 발생시 재작업을 용이하게 할 수 있다.
이하 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡이 전지셀과 결합되는 모습을 보인 도면이다. 도 4에 보인 바와 같이, 보호회로 모듈(110: 후술함)이 인서트되어 사출 성형된 상부캡(130)이 전지셀(100)의 상단부에 결합되면서 후술하는 바와 같이 보호회로 모듈(110)에 형성된 양극 및 음극 접속부재(112, 113: 후술함)가 각각 전지셀(100)의 상단면에 형성된 양극단자(102) 및 음극단자(103)과 전기적으로 접속하면서 연결되고, 하부캡(140)이 전지셀(100)의 하단부에 양면테이프(145)에 의해 결합된 후, 외장필름(150)을 외표면에 랩핑하므로 써 2차전지의 패키징 작업이 마무리된다. 보호회로 모듈(110)이 인서트 사출 성형된 상부캡(130)을 사용하므로, 상부캡(130)의 제조 공정을 획기적으로 줄일 수 있게 되는데, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 아래에서 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5a는 상부캡과 보호회로 모듈이 인서트 사출에 의해 일체로 형성되어 있는 단면도를 나타내며, 도 5b는 보호회로 모듈이 매설된 상부캡이 전지셀과 결합되어 있는 모습을 나타낸다. 도 5a에서는 보호회로 모듈(110)이 절연성 상부캡(130)과 일체로 인서트 사출되어 매설되어 있다. 본 실시 예에서는 보호회로 모듈(110)의 하단에 PTC 소자(121)가 형성되어 있으며, PTC 소자(121)의 상부측 및 하부측에는 보호회로 모듈(110)과 결합하는 판상형의 결합부(117, 116)가 위치하며, 양극단자(102)와 통전하기 위한 판 스프링 형상의 양극 접속부재(112)가 형성된다. 이들은 솔더링 등에 의해 결합되는 구조이다. 종래 기술과 관련하여 설명한 바와 같이, PTC 소자(121)는 전지셀(100)의 상단면의 양극단자(102)에 형성되도록 구성할 수도 있는데, 이 경우에는 상부캡의 패키징 후에 PTC 소자(121)의 상단면에 보호회로 모듈(110)의 양극 접속부재(112)가 전기적으로 연결될 것이다. 또한, 보호회로 모듈(110)의 하측에는 전지셀(100)의 음극단자(103)와 전기적으로 연결될 수 있는 음극 접속부재(113)가 역시 판 스프링 형상으로 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 상부캡(130)과 전지셀(100)의 결합시, 양극 접속부재(112) 및/또는 음극 접속부재(113)는 양극단자(102) 및/또는 음극단자(103)와 구조적으로 결합하면서 전기적으로 연결될 수 도 있다.
도면에 보인 바와 같이 절연성 상부캡(130)은 보호회로 모듈(110)의 하부공간을 절연부재로 에워싸서 외부로부터 보호회로 모듈(110)을 절연시키되, 양극 접속부재(112) 및 음극 접속부재(113)만이 외부로 노출되도록 개구부(122, 122')를 형성하고 있다. 그런데, 양극 접속부재(112) 및 음극 접속부재(113) 중 하나 이상의 단부는 개구부 끝단(122, 122')이 형성하는 가상 평면 밖으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 이들은 판 스프링 형상이므로, 보호회로 모듈(110)이 매설된 절연성 상부캡(130)을 전지셀(100)에 결합시킬 때, 각 접속부재(112, 113)가 양극단자(102) 및 음극단자(103) 표면과 탄성적으로 접촉하므로 확실한 전기적 연결을 담보할 수 있게 된다.
이러한 양극 및 음극 접속부재(112, 113)는 공지의 표면 실장 기술(Surface Mount Technology,SMT)로 보호회로 모듈(110)에 접속시킴으로써 형성될 수 있다. 이때 접속부재(112, 113)는 전지셀(100)과의 결합에 따라, 양극단자(102) 및 음극단자(103)와 접촉을 위해 탄성을 가지는 것이 바람직하며, 전기적 접속이 가능한 결합방식이라면 특별히 한정되지 않는다. PTC 소자(121) 본체는 온도에 따라 저항이 변화하는 고분자 복합체의 PTC 소자(121)와 그것의 상면과 하면에 각각 금속 호일(미도시)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.
절연성 상부캡(130)은 보호회로 모듈(110)과 인서트 사출에 의하여 일체로 형성하게 된다. 인서트 사출에 의하여 보호회로 모듈(110)의 전체가 수지 용융물에 의하여 에워싸지게 되며, 전지셀(100)의 양극단자(102) 및 음극단자(103)와 전기적인 연결을 가능하게 하는 양극 및 음극 접속부재(112, 113)가 절연성 상부캡(130) 의 하부에 형성된 개구부(122, 122')를 통해 외부로 노출되고, 외부 디바이스와 전기적으로 접속될 수 있는 복수개의 입출력단자(115)가 절연성 상부캡(130)의 상부에 형성된 개구부(125)를 통해 외부로 노출되는 형상을 가지고 있다. 또한, 상부캡(130)의 상단면 일측에는 A/S라벨(123)이 부착되어 있다. 이러한 절연성 상부캡(130)은 외부 디바이스와 접촉할 수 있는 상부 절연부(127)와 전지셀(100)의 상단부(102)와 맞닿는 하부 절연부(128)로 구분될 수 있으나, 이들은 사출 성형에 의해 일체로 형성된다. 따라서, 보호회로 모듈(110)은 인서트 사출로 상부 절연부(127)와 하부 절연부(128)에 의해 둘러싸이며 또한, 상부 및 하부 절연부(127, 128)는 보호회로 모듈(110)의 측부 공간을 에워싸면서 일체로 형성된다.
하부 절연부(128)는 전지셀(100)의 상단면으로부터 돌출 형성되는 음극단자(103)를 수용하는 개구부(122')를 포함하며, 개구부(122')에는 음극단자(103)와 전기적 접속을 하는 음극 접속부재(113)가 위치하게 된다. 음극 접속부재(113)용 개구부(122')는 음극단자(103)를 외부와 절연시키면서 수용할 수 있게 된다. 대개의 전지셀(100)에서 음극단자(103)가 돌출 형성되므로, 음극 접속부재(113)의 단부는 개구부(122') 끝단이 형성하는 가상 평면 밖으로 돌출하지 않더라도 음극단자(103)가 개구부(122')에 수용되면서, 음극단자(103)면이 탄성의 음극 접속부재(113)를 밀어주어 확실한 전기적 연결을 담보할 수 있게 된다.
더불어, 전지셀(100)의 상단면에서 돌출된 음극단자(103)를 제외한 부분이 양극단자(102)로 형성되는 경우에는 양극 접속부재(112)가 양극단자(102) 상면과 전기적으로 연결되고, 도 3에 보인 바와 같이 양극단자(102) 위에 PTC 소자를 형성 하는 경우에는 양극 접속부재(112)가 PTC 소자의 상면과 전기적으로 연결된다. 어느 경우든, 하부 절연부(128)은 양극 접속부재를 외부로 노출시킬 수 있는 개구부(122)를 포함하고 있다.
이렇게 보호회로 모듈(110)이 인서트 사출에 의해 상부캡(130)에 매설되어 각 접속부재(112, 113) 사이를 절연물질로 충진하고 있으므로, 전지셀(100)과의 전기적 연결에서나, 보호회로 모듈(110) 내부에서 전기적 단락을 방지하면서 전지셀(100)과 보호회로 모듈(110) 사이의 전기적 연결을 용이하게 구현할 수 있게 되며, 하나의 구조로 간단하게 전지셀(100)과 결합할 수 있게 된다. 따라서, 보호회로 모듈(110)이 매설된 절연성 상부캡(130)을 전지셀(100)에 결합시킴으로써, 양극단자 및 음극단자(102, 103)가 양극 접속부재(112) 및 음극 접속부재(113)에 물리적으로 접촉되어 전기적인 연결을 이룰 수 있게 되어, 전지셀(100)과 보호회로 모듈(110)은 상호 간 전기적 접속이 가능하게 된다.
물론, 전기적인 연결이 종래의 용접, 솔더링 등의 방법에 의해 구현될 수도 있을 것이나, 이 경우 상부캡(130)의 쉽게 제조할 수 있는 장점을 취하면서 별도로 전기적 연결을 위한 공정을 진행해야 하는 문제점을 있을 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 절연성 상부캡(130)을 전지셀(100)에 결합시키는 방법은 종래의 공지된 여러가지 방법이 채용될 수 있는데, 스크류와 같은 별도의 체결부재를 사용하여 상부캡과 전지셀을 결합하면서 본 발명의 양극 접속부재(112) 및 전지셀의 양극단자(102)를 전기적으로 연결하는 것도 가능할 것이다.
또한, 전술한 바와 같이, 전지셀(100)에는 돌출 형성된 전해액 주입구(104) 가 있을 수 있는데, 이를 수용할 수 있는 안착홈(124)이 서로 대응되게 형성되어, 보호회로 모듈(110)이 매설된 상부캡(130)을 전지셀(100)과 결합하는 경우 서로 견고하게 결합할 수 있게 한다.
또한, 도 5a에 나타낸 상부캡(130)과 같은 구성을 갖되, 하측으로 추가적으로 연장된 테두리부가 전지셀(100)의 상부의 외측면을 감싸도록 아래쪽으로 소정의 길이만큼 더 연장되어 결합력을 강화할 수 있다. 강제 압입의 방식이든, 접착제를 이용한 방식이든 공지의 어떤 방식으로도 상부캡(130)이 전지셀(100)에 결합될 수 있다.
도 5b는 전지셀과 결합한 보호회로 모듈이 매설된 상부캡(130)을 보여주고 있다. 도면에서와 같이 간단하게 보호회로 모듈(110)이 매설된 상부캡(130)을 전지셀(100)에 결합시킴으로써 전지셀(100)의 양극단자(102)와 음극단자(103)가 상부캡(130)의 양극 접속부재(112) 및 음극 접속부재(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 전지셀(100)은 외장필름(150)에 의해 랩핑하여 패키징 작업이 마무리된다. 랩핑된 외장필름(150)이 상부캡(130)의 일부를 덮도록 하면 상부캡(130)의 전지셀(100)에 대한 결합력을 강화시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 상부캡(130)은 보호회로 모듈을 금형 내에 삽입한 후, 보호회로 모듈 주위의 금형 공간내로 절연재를 사출성형함으로써 얻어진다. 이러한 인서트 사출성형을 위해서는, 보호회로 모듈이 금형의 내부 공간 중에 금형에 의해 지지될 필요가 있다. 도 5a 또는 5b의 구성을 갖는 상부캡(130)에서 는, 상부금형(미도시)의 일부가 보호회로 모듈(110)의 상면 중 입출력단자(115)의 외주 테두리를 지지하고, 하부금형(미도시)의 일부가 보호회로 모듈(110)의 하면 중 관통홀(131)로 개방되는 부분과 음극 접속부재(113)의 외주 테두리를 지지함으로써 금형 내부 공간 내에서 금형에 의해 지지된 채로, 금형 내부 공간으로 인써트 사출 성형이 진행될 수 있다. 그 다른 예가 도 6a, 6b, 6c에 나타나 있다.
도 6a에서는 보호회로 모듈(110)을 매설하여 상부캡(130)을 인서트 사출시 보호회로 모듈(110)을 고정하기 위하여 보호회로 모듈(110)을 금형(미도시) 내부 공간의 상하부 양단에서 지지하는 경우이다. 보호회로 모듈(110)을 금형내의 상하부 양단에서 지지하기 위하여, 보호회로 모듈(110)의 일부를 외부로 노출시키는 관통홀(132)가 형성된다. 이렇게 상, 하부의 양단에서 대칭적으로 보호회로 모듈(110)이 금형 내부에서 지지되므로, 보호회로 모듈(110)이 금형 내에서 흔들리지 않으면서 보호회로 모듈(110)을 인서트한 상태에서 보호회로 모듈(110)의 주위 공간으로 절연재를 사출 성형하여 상부캡(130)을 얻을 수 있게 된다. 상부캡(130) 상부 및 하부에 형성된 관통홀(132)은 후술할 체결부재(136)에 의해 상부캡(130)을 전지셀(100)에 결합시키는 통로인 관통홀(126)로 이용될 수도 있다. 이 경우, 보호회로 모듈(110)에도 홀(118)이 형성될 수 있다. 상부금형 및 하부금형의 연장부가 홀(118)의 테두리를 상하부에 지지하는 형식으로 될 것이다.
도 6b에서는 보호회로 모듈을 매설하여 상부캡을 인서트 사출하기 위하여 보호회로 모듈을 측면의 양단에서 지지하는 경우를 나타낸다. 보호회로 모듈(110)을 지지하기 위한 코어가 보호회로의 양 측면에서 위치하는 경우로 상부캡의 양측면에 대칭으로 관통홀(133)을 형성할 수 있을 것이다.
다르게는, 도 6c에서와 같이, 보호회로 모듈(110)을 구성하는 기판의 양단부가 상부캡(130)의 좌우측으로 연장되도록 형성한 후에, 보호회로 모듈(110)을 금형 내부 공간에 인서트하여 금형에 의해 보호회로 모듈(110)을 지지하도록 한 후, 사출성형을 진행하여 보호회로 모듈이 매설된 상부캡(130)을 얻을 수 있을 것이다. 이 경우, 보호회로 모듈(110)의 돌출부(119)를 제거해내는 추가 작업이 필요할 수 있으며, 보호회로 모듈의 양측 단부면이 외부로 노출되는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 이 경우에도 상부캡(130)의 절연재는 보호회로 모듈(110)의 다른 측면을 에워싸도록 형성되므로 인서트 사출 성형에 의해 일체로 성형될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 양극단자용 개구부(122)에 형성된 관통홀(131), 음극단자용 개구부(122') 및 입출력단자용 개구부가(125) 사출 성형시 보호회로 모듈(110)을 금형 내의 공간에서 지지하는데 사용할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 보호회로 모듈이 매설된 상부캡(130)을 전지셀(100)과 결합시키는 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7에서 보는 바와 같이 보호회로 모듈(110)과 상부캡(130)이 인서트 사출되어 일체형으로 형성된 상부캡(130)에 있어서, 전지셀(100)과 보호회로 모듈(110)이 매설된 상부캡(130)이 체결부재(136)에 의해 결합되는 모습을 보이고 있다. 상부캡(130)의 좌, 우측에 형성된 관통홀(126)에 체결부재(136)가 관통되어 전지셀(100)에 형성된 체결홀(106)에 연결됨으로써 상부캡(130)과 전지셀(100)을 결합 시키는 구조를 보이고 있다. 볼트 내지는 스크류가 관통하게 되는 이러한 관통홀(126)은 전술한 바와 같이, 인서트 사출 성형에 의해 상부캡(130)을 형성할 때, 보호회로 모듈을 금형 내부 공간에서 지지하는 금형 연장부에 의해 형성되는 관통홀(132)이 이용될 수 있다.
경우에 따라서는, 양극 접속부재 및 음극 접속부재 중 하나 이상이 상부캡과 전지셀의 결합시에 양극단자 및 음극단자와 전기적으로 연결되지 않고, 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 관통하여 양극단자 및 음극단자에 체결되는 볼트 혹은 스크류에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 각 단자와 전기적으로 연결되지 않은 접속부재는 외부로 노출될 필요는 없고, 상부캡을 전지셀에 결합 후, 볼트 혹은 스크류를 결합할 때, 볼트 혹은 스크류가 접속부재, 절연재를 뚫고 전극단자에 체결되면서 접속부재와 전극단자가 전기적으로 연결될 것이다.
도 8은 본 발명에 보호회로 모듈이 매설된 2차전지의 또다른 실시예를 나타난 도면이다.
먼저, 도 8a는 상부캡과 보호회로 모듈이 인서트 사출에 의해 일체로 형성되어 있는 단면도를 나타내며, 도 8b는 보호회로 모듈이 매설된 상부캡이 전지셀과 결합되어 있는 모습을 나타낸다. 본 실시 예에서는 보호회로 모듈(210)의 하단에 PTC 소자(217)가 형성되어 있으며, 양극단자(202) 및 음극단자(203)와 통전하기 위한 핀 형상의 양극 접속부재(212) 및 음극 접속부재(213)가 보호회로 모듈(210)에 고정된다. 양극 및 음극 접속부재(212, 213)는 보호회로 모듈(210)의 상부로부터 보호회로 모듈(110)에 형성된 관통홀에 끼워져 전지셀 방향으로 길게 연장된 핀형상으로, 상부캡의 인서트 사출시 고정되는 구조이다. 통상 전지셀(200)의 상단면이 양극단자(202)에 해당하고, 음극단자(203)가 돌출된 형상이므로, 양극 접속부재(212)가 음극 접속부재(213)보다 길게 형성될 수도 있다.
또한, 양극 및 음극 접속단자(212, 213)는 전지셀(200)의 양극단자홀(202') 및 음극단자홀(203')과 전기적인 연결을 가능하게 하도록 절연성 상부캡(230)의 하부에 형성된 개구부(222, 222')를 통해 외부로 노출된다. 따라서, 양극 접속부재 (212)및 음극 접속부재(213)가 양극단자(202) 및 음극단자(203)에 형성된 양극단자홀(202') 및 음극단자홀(203')에 각각 삽입되어 전기적으로 연결하게 된다.
도 8b는 전지셀과 결합한 보호회로 모듈이 매설된 상부캡(230)을 보여주고 있다. 도면에서와 같이 간단하게 보호회로 모듈(210)이 매설된 상부캡(230)을 전지셀(200)에 결합시킴으로써 전지셀(200)의 양극단자홀(202')와 음극단자홀(203')이 핀 형상의 양극 접속부재(212) 및 음극 접속부재(213)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 핀 형상의 접속부재(212, 213)는 단자홀 깊이의 약 2/3정도 삽입되며, 약 1/2 길이에서 단자홀의 내주면과 접촉이 이루어진다.
도 9은 본 발명에 따른 보호회로 모듈이 매설된 상부캡(130)을 전지셀(100)과 결합시키는 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9a에서 보는 바와 같이 보호회로 모듈(210)과 상부캡(230)이 인서트 사출되어 일체형으로 형성된 상부캡(230)에 있어서, 전지셀(200)과 보호회로 모듈(210)이 매설된 상부캡(230)이 체결부재에 의해 결합되는 모습을 보이고 있다. 양극 접 속부재 및 음극 접속부재와 대응하여, 상부캡(230)의 좌측과 중앙에 형성된 관통홀(226)에 체결 부재(312, 313)가 관통되어 상부캡(230)과 전지셀(200)을 결합시키는 구조를 보이고 있다. 이때, 체결 부재는 도전성으로 양극 접속부재 및 음극 접속부재에 해당하며, 전지셀의 음극 단자(202) 및 양극 단자(203)를 접촉하게하고, 상부캡(230)과 전지셀(200)의 체결시, 전기적으로 연결하게 한다. 관통홀(226)은 전술한 바와 같이, 인서트 사출 성형에 의해 상부캡(230)을 형성할 때, 보호회로 모듈을 금형 내부 공간에서 지지하는 금형 연장부에 의해 형성될 수도 있다.
도 9b는 체결부재에 의해 전지셀과 상부캡이 결합되어 있는 모습을 나타내고 있다. 전지셀의 상단면에는 양극단자(202)와 음극단자(203)가 위치하고 있으며, 통상 양극단자는 전지셀(200)의 상단면에 해당한다. 음극단자(203)는 양극단자(203)와 쇼크를 방지하기 위해 음극단자(203)의 주위가 절연되어 있다. 도 9b에서는 양극단자(202) 및 음극단자(203)에 양극 및 음극 접속부재(312, 313)를 결합하기 위해 상부쪽으로 돌출되어 있는 형상을 보이고 있다. 또한, 절연성 상부캡(230)의 하단면도 이와 대응하는 형상을 가져, 상부캡(230)과 전지셀(200)은 견고하게 결합하게 된다.
상술한 바와 같이 도 8a 또는 8b의 구성을 갖는 상부캡(230)에서는, 상부금형(미도시)의 일부가 보호회로 모듈(210)의 상면 중 입출력단자(215)의 외주 테두리를 지지하고, 하부금형(미도시)의 일부가 보호회로 모듈(210)의 하면 중 개구부(222, 222', 222'')로 개방되는 부분을 지지함으로써, 금형 내부 공간으로 인써트 사출 성형이 진행될 수 있다. 이때, 핀 형상의 접속부재가 돌출되는 개구 부(222, 222')에서는 핀이 관통할 수 있는 중공의 코어에 의해 보호회로 모듈이 지지된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시 예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나 이상의 실시 예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 제조된 전지의 정면 모식도이다.
도 2은 종래 기술에 따른 2차 전지의 분해 모습을 나타낸 도면이다.
도 3는 종래 기술에 따라 2차 전지의 분해 모습을 나태낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡과 전지셀을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따라 보호회로 모듈이 매설된 2차전지 상부캡을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따라 보호회로 모듈이 매설된 2차전지의 상부캡과 전지셀이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따라 상부캡에 인서트 사출시 보호회로 모듈을 지지하기 위한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명에 따라 상부캡에 인서트 사출시 보호회로 모듈을 지지하기 위한 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 발명에 따라 상부캡에 인서트 사출시 보호회로 모듈을 지지하기 위한 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7는 본 발명에 따라 보호회로 모듈을 포함하는 2차전지 상부캡의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 8a는 본 발명에 따라 보호회로 모듈을 포함하는 2차전지 상부캡의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 발명에 따라 보호회로 모듈을 포함하는 2차전지의 상부캡과 전지셀이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명에 따라 보호회로 모듈을 포함하는 2차전지의 상부캡의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9b는 본 발명에 따라 보호회로 모듈을 포함하는 2차전지의 상부캡과 전지셀이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.

Claims (8)

  1. 보호회로 모듈 주변부의 적어도 일부를 에워싸도록 일체로 사출성형되는 상부캡으로,
    상부캡을 전지셀과 결합시킴에 의해 보호회로 모듈이 2차전지셀의 양극단자 및 음극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  2. 제1항에 있어서,
    보호회로 모듈은 탄성을 가진채로 외부로 노출된 양극 접속부재 및 음극 접속부재 중 하나 이상을 포함하고, 상부캡과 전지셀의 결합시 각 접속부재가 양극단자 및 음극단자 표면과 탄성적인 접촉 또는 구조적인 결합에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  3. 제1항에 있어서,
    보호회로 모듈은 전지셀 방향으로 길게 연장된 핀형상의 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 포함하고, 상부캡 및 전지셀의 결합시 양극 접속부재 및 음극 접속부재가 전지셀의 대응 단자홀에 각각 삽입되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으 로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  4. 제1항에 있어서,
    상부캡 및 전지셀은 별개의 도전성 체결부재에 의해 결합되고, 체결부재는 보호회로 모듈과 전지셀 상면의 양극단자 및 음극단자를 전기적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상부캡은 보호회로 모듈이 금형 내에 삽입된 상태에서 절연부재를 사출함으로써 형성되고, 보호회로 모듈을 금형 내의 공간에서 지지하기 위해 보호회로 모듈의 일부를 외부로 노출시키는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  6. 제5항에 있어서,
    개구부는 입출력 단자를 외부로 노출시키는 입출력 단자용 개구부와, 양극 접속단자 및 음극 접속단자 중 하나 이상이 위치하는 개구부인 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  7. 제5항에 있어서,
    개구부를 통해 보호회로 모듈과 전지셀의 전기적 연결이 구현되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 2차전지용 상부캡.
  8. 일측면에 양극단자 및 음극단자가 제공되는 전지셀; 그리고,
    회로기판 하부로 노출되어 양극단자 및 음극단자와 각각 전기적으로 연결되는 부재와, 회로기판 상부에 형성되는 입출력단자를 포함하는 보호회로 모듈을 일체로서 에워싸도록 사출 성형되고, 전지셀의 일측면에 결합되는 절연캡;을 포함하고,
    전지셀과 절연캡은 결합에 의해, 보호회로 모듈이 양극 접속단자 및 음극 접속부재와 전기적으로 연결되고, 입출력단자가 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈이 매설된 절연캡을 갖는 2차전지.
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