KR20130018478A - 신규한 구조의 이차전지 팩 - Google Patents

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KR20130018478A
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Abstract

본 발명은 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 보호회로 모듈(PCM)에 전기적으로 연결되어 있는 전지셀의 음극 단자와 양극단자; 상기 음극 단자 및 양극 단자가 일측 단부에 각각 형성되어 있고, 상기 단부에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 전지셀; 및 보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 포함하고 있으며, 전지셀에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상기 열융착 잉여부 상에 탑재되어 있는 PCM;을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.

Description

신규한 구조의 이차전지 팩 {Secondary Battery Pack of Novel Structure}
본 발명은 신규한 구조의 이차전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 보호회로 모듈(PCM)에 전기적으로 연결되어 있는 전지셀의 음극 단자와 양극단자; 상기 음극 단자 및 양극 단자가 일측 단부에 각각 형성되어 있고, 상기 단부에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 전지셀; 및 보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 포함하고 있으며, 전지셀에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상기 열융착 잉여부 상에 탑재되어 있는 PCM;을 포함하는 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 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 휴대폰, MP3(MPEG Audio Layer-3), 태블릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 전지팩의 사용이 요구되기도 한다.
한편, 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, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
일반적으로, 내장형 구조의 이차전지 팩은 전기적 연결 구조에 적합한 판상형 전지셀을 사용하며, PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다. 즉, 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하고, 양면 테이프의 일측에는 PCB를 용접하고 타측에는 보호 테이프를 부착하여 전지셀에 밀착시킨 상태에서, PCB의 전극탭과 니켈 플레이트가 용접되는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다.
따라서, PCM을 비롯한 각각의 부재에 대해 절연성 테이프를 부착하고, 그 외에도 전지셀을 내장하고 있는 전지 케이스의 실링부 일부를 절곡하여 절연성 테이프를 부착하거나, 바코드를 프린트하는 등의 매우 복잡한 과정을 거치게 된다.
이와 같이, 안전한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수의 절연성 테이프 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 제조비용이 상승하게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 외부에서 충격이 가해질 경우, 전지팩은 기계적 강성이 낮은 절연성 테이프의 사용으로 인해, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점을 야기할 수도 있다.
따라서, 전지셀에 장착되는 부재들의 수를 감소시켜 조립공정을 간소화하고, 전지셀에 탑재되는 부재들을 상호간 안정적으로 결합시킴과 동시에 PCM을 보호할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
더 나아가, 경박 단소화 하는 경향의 디바이스의 개발 동향을 고려하여, 동일 크기에서 큰 용량을 제공할 수 있는 전지팩에 대한 필요성도 높다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전기절연성의 제 1 케이스와 제 2 케이스를 사용하여 PCB를 감싸도록 함으로써 PCM의 보호 및 절연이 가능하며, 전지셀의 전극 단자가 외부에 노출되는 것을 방지하는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전지팩에 소요되는 부품 수를 줄여 조립공정을 간소화하고, 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 목적은 전지팩의 내부 구조를 변경하여, 동일한 규격에서 최대 용량을 제공할 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 충격으로부터 PCM의 보호능력을 향상시키고, 치수 안정성이 뛰어나며 전지팩의 외면에 주름없는 깔끔한 외관을 가지고 있는 보호회로모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 팩은,
판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 보호회로 모듈(PCM)에 전기적으로 연결되어 있는 전지셀의 음극 단자와 양극단자;
상기 음극 단자 및 양극 단자가 일측 단부에 각각 형성되어 있고, 상기 단부에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 전지셀; 및
보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 포함하고 있으며, 전지셀에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상기 열융착 잉여부 상에 탑재되어 있는 PCM;
을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 전기절연성의 제 1 케이스와 제 2 케이스가 PCB를 감싸면서 상호 결합되므로, PCM의 보호 및 절연이 가능하고, 별도의 부재를 사용하여 전극단자를 절연하지 않고도 전극단자가 외부에 노출되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, PCM 케이스에 PCB 등을 삽입한 구조의 PCM을 전지셀의 열융착 잉여부 상에 탑재한 구조로 이루어져 있으므로, 종래의 내장형 이차전지 팩과 비교하여, PCM을 효과적으로 보호할 수 있고, 부품수가 현저히 줄어들어, 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 PCB가 제 1 케이스와 제 2 케이스 사이의 공간에 장착되는 구조로 구성되어 있으므로, 종래의 테이프를 사용하여 PCM을 절연하는 내장형 전지 팩과 비교하여 작업이 용이하고 불량률이 상대적으로 감소하며 전지팩의 외면에 주름없는 깔끔한 외관 구현이 가능한 장점이 있다.
게다가, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스가 PCM을 고정시키므로 PCM을 전지셀에 대해 직각으로 결합시킬 수 있다.
구체적으로, PCB를 전지셀에 대해 직각으로 세운 상태로 전지셀의 본체 상단에 대면하는 방향으로 열융착 잉여부 상에 탑재하는 구조로 이루어져 있어서, PCB를 열융착 잉여부에 평행하게 탑재하는 구조에 비하여, 열융착 잉여부를 짧게 구성할 수 있고, 이차전지 팩의 단위 부피당 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 제 1 케이스와 제 2 케이스는 바람직하게는 외부입출력단자를 제외하고 PCM을 감싸고 있는 형태일 수 있다. 따라서, 제 1 케이스와 제 2 케이스가 PCM을 전반적으로 감싸고 있는 형태로 전지셀의 열융착 잉여부 상에 탑재되므로, 전체적으로 안정적인 장착과 절연성을 확보할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열융착 잉여부의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프를 추가로 부착할 수 있으며, 이로 인해, 절곡 부위의 절연성을 더욱 효과적으로 달성할 수 있다. 상기 절연 테이프가 바람직하게는 양면 테이프일 수 있는 바, 상기 양면 테이프는 제 1 케이스와 제 2 케이스의 장착시 제 1 케이스와 제 2 케이스와 열융착 잉여부 사이에 결합력을 제공하여 구조적 안정성을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이차전지 팩에 사용될 수 있는 전지셀은 다양한 종류가 가능하며, 바람직하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 얇은 두께와 낮은 중량의 파우치형 이차전지일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 PCB의 일면에는 외부입출력단자가 접속되어 있고, 타면에는 음극단자와 양극단자에 대응하는 위치에 각각 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 형성되어 있을 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 외부입출력단자는 PCB와 전기적으로 연결되어, 충전기 등과 같은 외부 디바이스로부터 전지셀로 전류를 공급하거나 또는 전지셀로부터 휴대폰, MP3 등에 전류를 제공할 수 있는 형태라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 단부에 커넥터가 장착되어 있는 플레이트 구조로 이루어질 수 있다.
상기 양극단자 접속부와 결합되는 양극단자의 일면에는 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트가 추가로 장착되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 일반적으로 알루미늄으로 구성된 전지셀의 양극단자와 니켈로 구성된 PCB 양극단자 접속부 사이에 서로 다른 특성으로 인해 용접성이 떨어지는 단점을 미연에 방지할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제 1 케이스는 전지셀 전극단자의 삽입을 위한 홈부와 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 장착되기 위한 홈부를 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스는 상기 PCB가 내장된 상태로 상호 결합되는 조립식 체결구조를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 제 1 케이스와 제 2 케이스가 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합되는 구조를 취함으로써, 별도의 접착제 등을 사용하는 경우와 비교하여 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
앞서 정의한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 케이스와 제 2 케이스는 각각 독립적인 부재로서 조립식 체결 구조에 의해 상호 결합된다.
이와 관련하여, 제 1 케이스와 제 2 케이스를 힌지 구조에 의해 상호 연결하여 1 단위 부재로 형성하는 방식도 고려할 수는 있지만, 작은 크기로 인해 사출성형 자체가 어려울 뿐만 아니라, 힌지 부위의 강성이 상대적으로 약하여 실제 제품에 적용시에 파손 확률이 높고, 힌지 부위의 낮은 체결력으로 인해 밀폐성이 떨어져 내습성에 약한 문제점들이 예기치 못하게 확인되었다. 더욱이, 힌지 부위가 외부로 돌출됨으로 인해 장착 과정에서 전지셀 등에 손상을 유발하고, 돌출을 위한 잉여 공간의 필요성으로 인해 동일 규격의 전지팩에서 용량이 감소하는 문제점들도 확인되었다.
이러한 문제점들을 해결하는 본 발명에 따른 케이스들의 조립식 체결 구조는, 바람직하게는, 상기 제 1 케이스에는 제 2 케이스와 결합하기 위한 하나 이상의 체결홈(체결돌기)이 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 상기 제 1 케이스의 체결홈(체결돌기)에 대응하는 체결돌기(또는 체결홈)가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 결합 방식에 의해, 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 조립 공정의 용이성 및 더욱 안정적인 결합 상태를 확보할 수 있으며, 상기 체결구조는 예를 들어, 후크 형태일 수도 있다.
또한, 결합력이 균일하게 적용되어 밀폐력을 높일 수 있도록, 상기 체결홈 및 이에 대응하는 체결돌기는 제 1 케이스 및 제 2 케이스가 대면하는 면의 각 외주면에 하나 이상이 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스가 대면하는 면이 직사각형 형상일 경우, 4 면에 각각 하나 이상의 체결홈 및 이에 대응하는 체결돌기가 위치할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 상기 절연성 장착부재의 밀폐력을 증가시킬 수 있어 절연성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 PCB는 바람직하게는 플렉서블 보호회로 기판(FPCB)으로 이루어져 있어서, 필요에 따라 절곡을 용이하게 할 수 있다. 참고로, FPCB는 유연성을 가진 절연기판을 사용하는 보호회로기판을 의미한다.
앞서 정의한 바와 같이, 전지의 과충전, 과방전, 과전류 등을 제어하는 보호회로가 형성되어 있는 PCB는, 그것의 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있고, 이에 대응한 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있다.
경우에 따라서는, 상기 음극단자 및 양극단자 중 적어도 하나의 전극단자와 PCB 사이에 안전소자가 추가로 장착되어 있어서 이차전지 팩의 안전성을 더욱 담보할 수 있다. 바람직하게는, 상기 안전소자는 전지셀의 음극단자와 PCB 사이에 위치하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 안전소자는 PCB와 함께 제 1 케이스와 제 2 케이스에 삽입 장착되어 구조적 안정성이 담보될 수 있다.
따라서, 형상 변형이나 기타 부재를 추가적으로 사용하지 않고, 전지셀의 양극단자를 PCB의 양극단자 접속부에 직접 연결하고, 음극단자를 안전소자의 일측과 연결된 상태에서 안전소자의 타측을 PCB의 동일면에 위치한 안전소자 접속부에 연결할 수 있어서, 구조적 강도 등이 취약한 안전소자를 안정적으로 PCB에 탑재하여 제조 공정에서의 불량 가능성을 줄일 수 있고 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
상기 안전소자는 전지셀의 온도 상승시 전류를 차단하여 안전성을 확보하기 위한 소자로서, 예를 들어, 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 소자 또는 온도 상승시 단전되는 퓨즈일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀을 감싸는 형태로 라벨이 부착되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, 상기 라벨은 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀의 측면의 열융착 외주면을 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 전반적으로 절연 상태를 유지하면서, 열융착 외주면을 전지셀 본체 상에 안정적으로 고정하며, 전지셀의 전극단자와 PCB의 전기적 연결 상태를 더욱 안정적으로 담보할 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 이차전지 팩은 내장형 이차전지 팩일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지 팩의 구성에 사용되는 특정한 구조의 보호회로 모듈을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 판상형의 도전성 부재로 이루어진 음극단자와 양극단자가 상단에 형성되어 있는 판상형 전지셀의 상부에 장착되는 보호회로 모듈(PCM)로서, 보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 음극단자와 양극단자가 PCB 상에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스와 제 2 케이스를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.
일반적인 내장형 이차전지 팩의 조립 과정에서는 앞서 설명한 바와 같이, 접속부재, PCM 등을 결합하고 각 단계마다 절연성 테이프를 부착하는 과정으로 전지셀 상에 PCM 어셈블리를 설치한다. 따라서, 다수의 부품 등을 이용하여 PCM 어셈블리를 전지셀 상에 장착하므로, 다수의 공정이 요구되며, 기계적 강성뿐만 아니라 구조적 안정성이 낮은 문제점들이 유발된다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, PCB가 제 1 케이스와 제 2 케이스의 사이 공간에 장착된 구조로 이루어져 있으므로, 전지팩의 구조적 안정성이 향상되고, 전지팩의 제조공정을 크게 간소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 별도의 부재를 사용하여 절연하지 않고도 양극단자와 음극단자가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 특정한 구조에 의해, PCB가 전지셀의 본체 상단에 대면하는 방향으로 전지셀의 열융착 잉여부 상에 탑재되므로, 동일한 규격의 전지팩에서 전지셀의 용량을 최대화할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 PCB의 일면에는 외부입출력단자가 접속되어 있고, 타면에는 음극단자와 양극단자에 대응하는 위치에 각각 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 외부입출력단자는 바람직하게는 단부에 커넥터가 장착되어 있는 플레이트 구조일 수 있다.
상기 제 1 케이스는 전지셀 전극단자의 삽입을 위한 홈부와 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 장착되기 위한 홈부를 포함하고 있고, 상기 PCB가 내장된 상태로 제 1 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성된 체결홈, 및 상기 체결홈에 대응하는 구조로 제 2 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성되어 있는 체결돌기에 의해 상호 결합되는 조립식 체결구조를 포함하고 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지 팩을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지 팩은,
(a) 전지셀 양극단자 일면에 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트를 용접하는 과정;
(b) PCB의 타면에 형성되어 있는 음극단자 접속부와 양극단자 접속부에 스팟 용접에 의해 전지셀의 음극단자와 양극단자를 용접하는 과정;
(c) 상기 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 전지셀에 평행하게 배열되도록 PCB를 상향으로 수직 절곡시키는 과정;
(d) 외부입출력단자가 외부로 도출되도록 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 상호 결합하여 PCM을 조립하는 과정;
(e) 전지셀의 음극단자와 양극단자를 절곡하여 PCM을 전지셀의 열융착 잉여부 상에 장착하는 과정; 및
(f) 상기 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀을 라벨로 감싸는 과정;
을 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
이러한 제조방법은, 종래의 내장형 이차전지 팩 제조공정과 비교하여, 작업공정 수를 감소시키고, 구조적 안정성이 향상된 이차전지 팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제조방법은 라벨 또는 절연 테이프와 같은 별도의 부재 없이, 제 1 케이스와 제 2 케이스를 사용하여 PCM의 보호와 절연을 가능하게 하고, 전극단자에 PCB를 전기적으로 접속하고 절곡 공정이 완료된 뒤 케이스를 장착함으로써, 절곡 공정에서 발생할 수 있는 노출 부위가 없어 별도의 절연 부재를 필요로 하지 않는다.
경우에 따라서는, 절곡 이전 과정에서 상기 열융착 잉여부의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프를 부착하는 과정을 추가로 포함할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기절연성의 제 1 케이스와 제 2 케이스를 사용하여 PCB를 감쌈으로써 PCM의 보호 및 절연이 가능하고, 전지셀의 전극 단자가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 제 1 케이스와 제 2 케이스를 포함하는 PCM을 전지셀의 열융착 잉여부 상에 탑재하는 특정한 구조를 기반으로, 작업 공정을 간소화할 수 있으며, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 보호회로모듈은 외부 충격으로부터 PCM의 보호능력을 향상시키고, 치수 안정성이 뛰어나며 전지팩의 외면에 주름없는 깔끔한 외관을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다;
도 2 내지 도 8은 도 1의 이차전지 팩을 제조하는 과정을 나타내는 사시도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 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, 이차전지 팩(900)은 전지셀(100)의 음극 단자(120)와 양극 단자(110), 전지셀(100), PCM(500), 및 라벨(400)로 구성되어 있다.
전지셀(100)의 음극 단자(120)와 양극 단자(110)는 판상형의 도전성 부재로서, PCM(500)의 PCB(200) 상에 전기적으로 연결되어 있다.
전지셀(100)은 음극 단자(120) 및 양극 단자(110)가 일측 단부에 각각 형성되어 있고, 단부인 상단 케이스 연장부에 열융착 잉여부(130)가 형성되어 있다.
PCM(500)은 보호회로가 형성되어 있는 PCB(200), PCB(200)의 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자(210), 및 PCB(200)를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스(600) 및 제 2 케이스(300)를 포함하고 있다.
또한, PCM(500)은 전지셀(100)에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀(100)의 열융착 잉여부(130) 상에 탑재된다.
따라서, 본 발명에 따른 내장형 이차전지 팩은, 전지셀(100)의 양극단자(110)와 음극단자(120)에 전기적으로 연결된 PCB(200)를 제 1 케이스(600)와 제 2 케이스(300)가 감싼 구조의 PCM(500)을 전지셀(100)의 상단 케이스 연장부에 위치한 열융착 잉여부(130) 상에 탑재하므로, 종래의 내장형 이차전지 팩과 비교하여, PCM(500)을 효과적으로 보호할 뿐만 아니라, 부품수가 현저히 줄어들어, 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
전지셀(100)은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지로 이루어져 있다.
플렉서블 보호회로 기판인 PCB(200)는 일면에 외부입출력단자(210)가 접속되어 있고, 타면에는 음극단자(120)와 양극단자(110)에 대응하는 위치에 각각 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)가 형성되어 있다.
또한, 외부입출력단자(210)는 단부에 커넥터가 장착되어 있는 플레이트 구조로 이루어져 있다.
제 1 케이스(600)와 제 2 케이스(300)는 조립식 체결구조에 의해 PCB(200)가 내장된 상태로 상호 결합되어 있다.
구체적으로, 조립식 체결구조는 제 2 케이스(300)의 양측면 및 전면 단부 상에 형성된 체결돌기(330), 및 제 2 케이스(300)의 체결돌기(330)에 대응하는 구조로 제 1 케이스(600)의 양측면 및 전면 단부 상에 형성되어 있는 체결홈(610)으로 이루어져 있다.
도 2 내지 도 8에는 도 1의 이차전지 팩을 제조하는 과정을 나타내는 사시도들이 순차적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1과 함께 참조하여 설명하면 하기와 같다.
우선 도 2를 참조하면, PCB(200)의 양극단자 접속부(230)와 결합되는 전지셀(100)의 양극단자(110) 상면에 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트(140)를 용접하고 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, PCB(200)의 타면에 형성되어 있는 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)에 스팟 용접에 의해 전지셀(100)의 음극단자(120)와 양극단자(110)를 용접하고 있다.
도 4를 참조하면, 음극단자 접속부(220)와 양극단자 접속부(230)가 전지셀(100)에 평행하게 배열되도록 PCB(200)를 수직 절곡한 후, 전지셀(100) 본체의 상단인 열융착 잉여부(130)의 전극단자 노출 부위에 양면 접착 테이프(160)를 부착하고 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 외부입출력단자(210)가 외부로 도출되도록 제 1 케이스(600) 및 제 2 케이스(300)를 상호 결합하여 PCM(500)을 조립하고 있다.
구체적으로, 제 1 케이스(600)는 전지셀 전극단자의 삽입을 위한 홈부(610)와 외부입출력단자(210)가 외부로 연장된 상태로 장착되기 위한 홈부(630)를 포함하고 있다.
따라서, PCB(200)가 내장된 상태로 제 1 케이스(600)의 양측면 및 전면 단부 상에 형성된 체결홈(610), 및 제 1 케이스(600)의 체결홈(610)에 대응하는 구조로 제 2 케이스(300)의 양측면 및 전면 단부 상에 형성되어 있는 체결돌기(310)에 의해 제 1 케이스(600)와 제 2 케이스(300)는 조립식 체결 방식으로 상호 결합된다.
도 7을 참조하면, 전지셀(100)의 양극단자(110)와 음극단자(120), 및 PCM(500)을 상향으로 수직 절곡하여 PCM(500)을 전지셀(100)의 열융착 잉여부(130) 상에 장착하고 있다.
마지막으로 도 8을 참조하면, 외부입출력단자(210) 및 PCM의 상단면(510)을 제외한 PCM과 전지셀(100)의 측면의 열융착 외주면을 라벨(400)로 감싸고 있다.
따라서, 라벨(400)은 전지셀(100)과 절연 상태를 유지하면서, 열융착 외주면을 전지셀(100)의 본체 상에 밀착 고정하고, 전지셀(100)의 양극단자(110) 및 음극단자(120)와 PCB(200)의 전기적 연결 상태를 더욱 안정적으로 담보한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 판상형의 도전성 부재로 이루어져 있고, 보호회로 모듈(PCM)에 전기적으로 연결되어 있는 전지셀의 음극 단자와 양극단자;
    상기 음극 단자 및 양극 단자가 일측 단부에 각각 형성되어 있고, 상기 단부에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 전지셀; 및
    보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 포함하고 있으며, 전지셀에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상기 열융착 잉여부 상에 탑재되어 있는 PCM;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB의 일면에는 외부입출력단자가 접속되어 있고, 타면에는 음극단자와 양극단자에 대응하는 위치에 각각 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외부입출력단자는 단부에 커넥터가 장착되어 있는 플레이트 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 양극단자 접속부와 결합되는 양극단자의 일면에는 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스는 전지셀 전극단자의 삽입을 위한 홈부와 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 장착되기 위한 홈부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  7. 제 1 항에 있어서 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스는 상기 PCB가 내장된 상태로 상호 결합되는 조립식 체결구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 조립식 체결구조는 제 2 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성된 체결돌기, 및 상기 체결돌기에 대응하는 구조로 제 1 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성되어 있는 체결홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB는 플렉서블 보호회로 기판(FPCB)인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀을 감싸는 형태로 라벨이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 라벨은 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀의 측면의 열융착 외주면을 감싸는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  12. 판상형의 도전성 부재로 이루어진 음극단자와 양극단자가 상단에 형성되어 있는 판상형 전지셀의 상부에 장착되는 보호회로 모듈(PCM)로서,
    보호회로가 형성되어 있고, 일면에 양극단자 접속부와 음극단자 접속부를 포함하고 있으며 대향면에 외부입출력단자 접속부를 포함하고 있는 인쇄회로 기판(PCB), 상기 PCB의 외부입출력단자 접속부를 경유하여 보호회로에 전기적으로 연결되어 있는 외부입출력단자, 및 음극단자와 양극단자가 PCB 상에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 상기 PCB를 감싸면서 상호 결합되는 전기절연성의 제 1 케이스와 제 2 케이스를 포함하는 구성으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 PCB의 일면에는 외부입출력단자가 접속되어 있고, 타면에는 음극단자와 양극단자에 대응하는 위치에 각각 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 케이스는 전지셀 전극단자의 삽입을 위한 홈부와 외부입출력단자가 외부로 연장된 상태로 장착되기 위한 홈부를 포함하고 있고, 상기 PCB가 내장된 상태로 제 1 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성된 체결홈, 및 상기 체결홈에 대응하는 구조로 제 2 케이스의 양측면 및 전면 단부 상에 형성되어 있는 체결돌기에 의해 상호 결합되는 조립식 체결구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 이차전지 팩을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지셀 양극단자 일면에 초음파 용접에 의해 니켈 플레이트를 용접하는 과정;
    (b) PCB의 타면에 형성되어 있는 음극단자 접속부와 양극단자 접속부에 스팟 용접에 의해 전지셀의 음극단자와 양극단자를 용접하는 과정;
    (c) 상기 음극단자 접속부와 양극단자 접속부가 전지셀에 평행하게 배열되도록 PCB를 상향으로 수직 절곡시키는 과정;
    (d) 외부입출력단자가 외부로 도출되도록 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 상호 결합하여 PCM을 조립하는 과정;
    (e) 전지셀의 음극단자와 양극단자를 절곡하여 PCM을 전지셀의 열융착 잉여부 상에 장착하는 과정; 및
    (f) 상기 외부입출력단자 및 PCM의 상단면을 제외한 PCM과 전지셀을 라벨로 감싸는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 열융착 잉여부의 전극단자 노출 부위에 절연 테이프를 부착하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩의 제조방법.
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