KR20140115209A - 안테나를 갖는 배터리 팩 - Google Patents

안테나를 갖는 배터리 팩 Download PDF

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KR20140115209A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 안테나를 갖는 배터리 팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 접착층이나 라벨의 접착력이 감소하여도, 송수신 신호의 주파수의 산포가 작고 우수한 NFC 기능을 유지할 수 있는 안테나를 갖는 배터리 팩을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 측면에 위치된 페라이트층; 및 상기 페라이트층의 측면에 위치된 필름 안테나를 포함하고, 상기 배터리 셀과 상기 페라이트층의 사이에는 보강층이 더 개재된 안테나를 갖는 배터리 팩을 개시한다.

Description

안테나를 갖는 배터리 팩{BATTERY PACK WITH ANTENA}
본 발명의 일 실시예는 안테나를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근의 이동 통신 단말기는 NFC(Near Field Communication) 기능을 위해 안테나를 갖는다. 이러한 NFC 기능에 의해, 이동 통신 단말기는 지하철, 버스, 택시 등에서 교통 카드로 이용되거나, 각종 전자 상거래의 결제 수단으로 이용될 수 있다.
일반적으로 안테나는 단말기의 배터리 팩에 부착되거나, 또는 단말기의 케이스에 부착된다. 일례로, 배터리 팩에 안테나가 부착되는 경우, 안테나는 접착층을 통하여 배터리 셀에 부착되고, 라벨로 감싸여진다.
그런데 이러한 안테나는 시간이 지남이 따라 접착층 및/또는 라벨의 접착력 감소로 인해, 원래의 형태로부터 변형되는 경우가 있다. 이와 같이 안테나의 형태가 변형되면, 송수신 신호의 주파수 산포가 커질 수 있다. 따라서, 이를 채택한 이동 통신 단말기의 NFC 기능이 저하되고, 결국 교통 카드나 전자 상거래의 결제 수단으로 이용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 접착층이나 라벨의 접착력이 감소하여도 우수한 NFC 기능을 유지할 수 있는 안테나를 갖는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 송수신 신호의 주파수의 산포가 작은 안테나를 갖는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩은 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 측면에 위치된 페라이트층; 및 상기 페라이트층의 측면에 위치된 필름 안테나를 포함하고, 상기 배터리 셀과 상기 페라이트층의 사이에는 보강층이 더 개재될 수 있다.
상기 보강층은 구리, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다.
상기 보강층은 상기 페라이트층에 접착층을 통하여 접착될 수 있다.
상기 보강층은 상기 페라이트층에 도금, 코팅, 스퍼터링 또는 진공 증착에 의해 직접 형성될 수 있다.
상기 보강층은 두께가 0.1 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다.
상기 보강층은 두개의 층이고, 각 층의 사이에 접착층이 개재될 수 있다.
상기 배터리 셀과 상기 보강층의 사이에는 접착층이 더 개재될 수 있다.
상기 배터리 셀에는 상기 보강층이 수용되는 요홈부가 더 형성될 수 있다.
상기 보강층은 평면의 형태가 평판 형태 또는 메쉬 망 형태일 수 있다.
상기 보강층은 다수의 절편으로 이루어질 수 있다.
상기 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 범위는 16 MHz 내지 22 MHz일 수 있다.
상기 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 범위는 16.6 MHz 내지 17.2 MHz일 수 있다.
본 발명은 상기 필름 안테나를 감싸는 라벨을 더 포함할 수 있다. 상기 라벨은 상기 필름 안테나에 직접 접착되거나 또는 상기 필름 안테나로부터 분리될 수 있다.
상기 배터리 셀은 각형 전지 또는 파우치형 전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩은 필름 안테나와 배터리 셀의 사이에 보강층이 더 형성됨으로써, 접착층이나 라벨의 접착력이 감소하여도, 필름 안테나의 외형 변형이 방지되고, 이에 따라 우수한 NFC 기능을 유지할 수 있는 안테나를 갖는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩은 필름 안테나와 배터리 셀의 사이에 보강층이 더 형성됨으로써, 기존에 비해 송수신 신호의 주파수 산포가 더욱 작은 안테나를 갖는 배터리 팩을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 보호회로모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 가 배터리 셀의 일측에 부착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 및 그 주변 구조를 도시한 부분 단면도이고, 도 5b는 확대 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 및 그 주변 구조를 도시한 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 보강층을 도시한 평면도이다.
도 13a 및 도 13b는 종래 기술과 본 발명에 따른 안테나의 경시 변화를 도시한 개략 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 종래 기술과 본 발명에 따른 경시 변화에 따른 안테나 모듈의 수신 주파수 산포를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩을 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 보호회로모듈을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 보호회로모듈(120), 필름 안테나(130), 페라이트층(140), 보강층(150), 접착층(161,162), 상부 커버(170), 하부 커버(180) 및 라벨(190)을 포함한다. 여기서, 페라이트층(140)은 상대적으로 투자율(magnetic permeability)이 높음으로써, 필름 안테나(130)의 송수신 신호의 주파주 감도를 향상시키고, 이에 따라 우수한 NFC 기능을 유지하도록 한다. 또한, 보강층(150)은 접착층(162)이나 라벨(190)의 접착력이 감소하여도 NFC 기능이 저하되지 않도록 하고, 또한 송수신 신호의 주파수 산포가 작아지도록 한다.
배터리 셀(110)은 각형 캔(111), 전극 조립체(미도시), 전극 단자(115), 절연 가스켓(116) 및 캡 플레이트(117)를 포함한다. 캔(111)의 일측에 형성된 개구부(미도시)를 통해 전극 조립체가 캔(111)의 내부에 수용되며, 개구부는 캡 플레이트(117)로 밀봉된다. 배터리 셀(110)은 전기적으로 양극과 음극을 가지며, 충방전을 수행할 수 있는 배터리 팩의 최소 단위가 될 수 있다. 여기서, 각형 캔(111)은 각형 케이스로 정의될 수도 있다.
캔(111)은 속이 비어 있는 대략 직육면체의 형태일 수 있다. 즉, 캔(111)은 상대적으로 넓은 두개의 장측면(112)과, 두개의 장측면(112)을 상호간 연결하며 상대적으로 좁은 두개의 단측면(113)과, 두개의 장측면(112) 및 두개의 단측면(113)을 상호간 연결하는 바닥면(114)을 포함한다. 여기서, 단측면(113)과 반대 방향에 개구부가 형성된다. 또한, 두개의 단측면(113)은 곡면 형태로 형성될 수 있다. 캔(111)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금, 스테인리스 스틸 및 그 등가물로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 또한, 캔(111)은 그 자체가 전극 단자(예를 들면, 양극 단자) 역할을 할 수 있다.
전극 조립체는 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 세퍼레이터는 양극판과 음극판의 사이에 위치하며, 전극 조립체는 전체적으로 젤리롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 전극 조립체는 캔(111)의 개구부를 통해 캔(111)의 내부로 삽입될 수 있다. 물론, 캔(111)에는 전극 조립체와 함께 전해액이 수용된다.
전극 단자(115)는 절연 가스켓(116)으로 둘러싸여 있으며, 이는 캡 플레이트(117)를 관통하여 상부 방향으로 돌출 및/또는 노출되어 있다. 또한, 전극 단자(115)는, 예를 들면, 음극판과 전기적으로 연결되고, 캡 플레이트(117)는, 예를 들면, 양극판과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전극 단자(115)는 음극이 되고, 캡 플레이트(117) 및 캔(111)은 양극이 될 수 있다.
캡 플레이트(117)는 상술한 바와 같이 캔(111)의 개구부를 밀봉하여, 캔(111)의 내부에 위치된 전극 조립체 및 전해액이 외부로 이탈 및/또는 누액되지 않도록 한다. 이를 위해, 캡 플레이트(117)는 캔(111)의 상단에 레이저 용접된다.
보호회로모듈(120)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)의 상부에 배치되어, 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 보호회로모듈(120)은 관통홀(121a)을 갖는 회로기판(121), 외부 단자(122), 보호회로소자(123), 안테나 접속 단자(124) 및 내부 단자(125)를 포함한다.
회로기판(121)은 통상의 경성 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판일 수 있으며, 대략 중앙에 내부 단자(125)가 배터리 셀(110)의 전극 단자(115)와 전기적으로 연결될 수 있도록 용접 툴이 삽입되는 관통홀(121a)이 형성될 수 있다. 외부 단자(122)는 회로기판(121)의 대략 상면에 형성되며, 이는 외부 장치에 전기적으로 연결 및/또는 분리된다. 좀더 구체적으로, 외부 단자(122)는 외부 장치에 전기적으로 연결되어 배터리 셀(110)이 충전되거나 방전되도록 하는 제1외부 단자(122a)와, 외부 장치에 전기적으로 연결되어 소정 주파수를 갖는 전기적 신호를 송신하거나 수신하는 제2외부 단자(122b)를 포함한다. 다수의 보호회로소자(123)는 회로기판(121)의 하면에 실장되어, 배터리 셀(110)의 전압, 전류 및 온도 등을 센싱하고, 배터리 셀(110)이 과충전 전압, 과방전 전압 및 과전류 상태에 있지 않도록 보호하는 역할을 한다. 안테나 접속 단자(124)는 회로기판(121)의 대략 하면에 형성되어, 하기할 필름 안테나(130)의 안테나 단자(133)와 전기적으로 접속된다. 더불어, 이러한 안테나 접속 단자(124)는 상술한 제2외부 단자(122b)와 배선 패턴(도시되지 않음)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 필름 안테나(130)에 의해 송수신되는 일정 주파수의 전기적 신호는 상술한 제2외부 단자(122b)와 전기적으로 접속되는 외부 장치(예를 들면, 이동 통신 단말기, 스마트 폰 등등)에서 처리될 수 있다. 내부 단자(125)는 회로기판(121)의 대략 하면에 실장되어, 배터리 셀(110)의 전극 단자(115) 또는 캡 플레이트(117)와 전기적으로 접속된다. 이를 위해 내부 단자(125)는 하나의 제1내부 단자(125a)와, 두개의 제2내부 단자(125b)로 구분될 수 있으며, 제1내부 단자(125a)가 배터리 셀(110)의 전극 단자(115)에 전기적으로 연결되고, 두개의 제2내부 단자(125b)가 배터리 셀(110)의 캡 플레이트(117)에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 안테나 접속 단자(124)는 제2외부 단자(122b)와 전기적으로 연결되지 않을 수도 있다. 즉, 회로기판(121)에는 일정 주파수를 갖는 송수신 신호를 직접 처리할 수 있는 회로 소자(도시되지 않음)가 실장될 수 있으며, 이 경우 안테나 접속 단자(124)는 제2외부 단자(122b)와 전기적으로 연결되는 대신, 상기 회로 소자와 전기적으로 연결된다.
필름 안테나(130)는 배터리 셀(110)의 두 장측면(112) 중 어느 한 면에 위치될 수 있다. 물론, 경우에 따라, 필름 안테나(130)는 2개가 구비되고, 배터리 셀(110)의 두 장측면(112)에 각각 위치될 수도 있다. 필름 안테나(130)는 배터리 셀(110)의 장측면(112)의 형태와 대응되도록 대략 사각 평판 형태를 가질 수 있으며, 절연층(131), 안테나 패턴(132), 안테나 단자(133) 및 보호층(134)을 포함한다. 기본적으로 절연층(131)의 표면에 루프 형태의 안테나 패턴(132)이 형성되며, 이는 보호층(134)으로 덮여 보호된다. 물론, 안테나 단자(133)는 안테나 패턴(132)에 연결된 채, 절연층(131) 및 보호층(134)의 외측으로 일정 길이 연장 및 돌출된다. 여기서, 절연층(131)은 PI(polyimide) 또는 PET(polyethylene terephthalate)일 수 있고, 안테나 패턴(132) 및 안테나 단자(133)는 구리 또는 니켈일 수 있으며, 보호층(134)은 PSR(photo-imageable solder resist)일 수 있다. 그러나 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 안테나 단자(133)는 안테나 패턴(132)에 전기적으로 연결되어, 외부 방향으로 일정 길이 돌출, 연장 및 노출된다. 이러한 안테나 단자(133)는 상술한 보호회로모듈(120)에 구비된 안테나 접속 단자(124)에 전기적으로 연결된다. 더불어, 필름 안테나(130)는 배터리 셀(110)의 두 단측면(113) 중 어느 한 단측면(113)에 위치될 수도 있다. 더욱이, 필름 안테나(130)는 장측면(112) 및 단측면(113)에 함께 위치될 수도 있다.
페라이트층(140)은 배터리 셀(110)과 필름 안테나(130)의 사이에 위치하며, 사각 평판 형태일 수 있다. 페라이트층(140)은 필름 안테나(130)에서 발생하는 와전류(eddy current)를 감소시키며, 필름 안테나(130)를 지나는 자속을 집중시켜 송수신 신호의 주파수 감도를 향상시킬 수 있다.
페라이트층(140)은 소결된 페라이트 금속으로 이루어질 수 있다. 즉, 페라이트층(140)은 니켈 페라이트, 징크 페라이트, 니켈징크 페라이트, 바륨페라이트 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 페라이트층(140)을 니켈징크 페라이트로 형성하는 경우, 이는 산화철 47 wt% 내지 48 wt%, 산화니켈 30 wt%, 산화아연 20 wt%, 산화구리 2 wt% 내지 3 wt%로 이루어질 수 있다.
페라이트층(140)의 두께는 대략 5 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 페라이트층(140)의 두께가 대략 5 ㎛보다 작은 경우에는 상대적으로 작은 충격에도 쉽게 깨질 수 있고, 페라이트층(140)의 두께가 대략 30 ㎛보다 큰 경우에는 배터리 팩(100)의 두께가 커지므로 배터리 셀(110)의 용량 대비 배터리 팩(100)의 용량 밀도가 작아지는 결과를 가져올 수 있다.
보강층(150)은 배터리 셀(110)과 페라이트층(140)의 사이에 위치하며, 대략 사각 평판 형태일 수 있다. 이러한 보강층(150)은 하기할 접착층(161,162)이나 라벨(190)의 접착력이 감소하여도, 필름 안테나(130) 및 페라이트층(140)의 외형 변형을 방지함으로써, NFC 기능이 저하되지 않도록 한다. 더불어, 이러한 보강층(150)은 기존에 비해 필름 안테나(130)의 송수신 신호의 주파수 산포가 더욱 작아지도록 한다.
한편, 이러한 보강층(150)은 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 그 등가물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서 보강층(150)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 보강층(150)은 두께가 대략 0.1 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다. 보강층(150)의 두께가 대략 0.1 ㎛보다 작을 경우에는 배터리 팩(100)의 경시 변화에 따른 필름 안테나(130) 및 페라이트층(140)의 외형 변형을 방지하기 어렵다. 또한, 보강층(150)의 두께가 대략 2.0 ㎛보다 클 경우에는 배터리 팩(100)의 경시 변화에 따른 필름 안테나(130) 및 페라이트층(140)의 외형 변형을 충분히 방지할 수 있으나, 배터리 팩(100)의 전체적인 두께가 증가한다.
접착층(161,162)은 제1접착층(161) 및 제2접착층(162)을 포함한다. 제1접착층(161)은 페라이트층(140)과 필름 안테나(130)의 사이에 결합되어, 그들을 상호간 결합시킨다. 또한, 제2접착층(162)은 배터리 셀(110)과 보강층(150)의 사이에 결합되어, 그들을 상호간 결합시킨다. 여기서, 제1접착층(161) 및 제2접착층(162)은 양면 접착 테이프, 액상의 접착제 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서 이들을 한정하는 것은 아니다.
상부 커버(170) 및 하부 커버(180)는 각각 보호회로모듈(120) 및 배터리 셀(110)의 하부 영역을 덮는다. 즉, 상부 커버(170)는 보호회로모듈(120)을 덮는 동시에 배터리 셀(110)의 상부 영역을 덮는다. 여기서, 상부 커버(170)에는 다수의 개구(171)가 형성됨으로써, 보호회로모듈(120)에 형성된 다수의 외부 단자(122)가 외부 방향으로 노출되도록 한다. 이러한 상부 커버(170) 및 하부 커버(180)는 통상의 플라스틱 수지로 미리 성형된 이후, 배터리 셀(110)의 상부 영역인 보호회로모듈(120) 및 배터리 셀(110)의 하부 영역에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다. 더불어, 이러한 상부 커버(170) 및 하부 커버(180)는 상술한 보호회로모듈(120) 및 배터리 셀(110)이 금형에 안착된 이후, 금형에 용융된 플라스틱 수지가 주입 및 냉각되어 형성될 수도 있다.
라벨(190)은 배터리 셀(110)의 전체 장측면(112)과 전체 단측면(113)을 감싸는 동시에, 상부 커버(170) 및 하부 커버(180)의 일부 영역을 감싼다. 특히, 라벨(190)은 상술한 필름 안테나(130)를 덮음으로써, 필름 안테나(130)를 외부 충격으로부터 보호한다. 물론, 상부 커버(170), 하부 커버(180) 및 라벨(190)이 배터리 셀(110), 보호회로모듈(120), 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150)을 외부 충격으로부터 보호한다. 여기서, 라벨(190)은 외측 표면에 상품명이나, 상표, 제품의 내용, 규격, 용량, 제조연월일, 제조, 판매 및 사용 방법 등이 기재될 수 있고, 내측 표면에 접착층이 형성된다. 더불어, 라벨(190)은 일면에 접착층이 형성되고, 표면 처리된 폴리프로필렌 필름, 표면 처리된 폴리에스터 필름일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다.
한편, 라벨 대신에 단단한 플라스틱 재질의 하드 타입 외장 케이스가 이용될 수 있는데, 이 경우 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150)은 외장 케이스의 내면에 미리 형성되어 배터리 셀(110)에 결합될 수도 있다.
여기서, 경시 변화에 의해 제1접착층(161)의 접착력보다는 제2접착층(162)의 접착력이 상대적으로 빨리 감소한다. 즉, 제1접착층(161)은 박막 형태의 필름 안테나(130)를 박막 형태의 페라이트층(140)에 접착시키는 반면, 제2접착층(162)은 박막 형태의 보강층(150)을 온도 변화가 큰 벌크 형태의 배터리 셀(110)에 접착시키고 있으므로, 경시 변화에 의해 제2접착층(162)의 접착력이 상대적으로 빨리 감소하고, 이에 따라 박막 형태의 보강층(150)이 벌크 형태의 배터리 셀(110)로부터 분리될 수 있다. 더불어, 라벨(190)은 외부 환경에 노출되는 경우가 빈번하기 때문에, 라벨(190)의 접착력도 경시 변화에 의해 상대적으로 빨리 감소한다.
상술한 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 소결된 페라이트층(140)과 배터리 셀(110)의 사이에 금속 재질의 보강층(150)이 더 형성됨으로써, 제2접착층(162)이나 라벨(190)의 접착력이 감소하여도, 필름 안테나(130)의 외형 변형이 방지되고, 이에 따라 우수한 NFC 기능을 유지할 수 있는 안테나를 갖는 배터리 팩(100)을 제공한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 필름 안테나(130)와 배터리 셀(110)의 사이에 보강층(150)이 더 형성됨으로써, 실험적으로 기존에 비해 송수신 신호의 주파수 산포가 더욱 작은 배터리 팩(100)을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 가 배터리 셀의 일측에 부착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 필름 안테나(130)는 제1접착층(161)을 통하여 페라이트층(140)에 부착되고, 페라이트층(140)에는 보강층(150)이 접착되며, 보강층(150)은 제2접착층(162)을 통하여 배터리 셀(110), 즉, 캔(111)의 장측면(112)에 접착된다.
또한, 필름 안테나(130)의 안테나 단자(133)는 보호회로모듈(120)에 구비된 안테나 접속 단자(124)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 안테나 단자(133)와 안테나 접속 단자(124)는 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 방식으로 상호간 접속될 수 있다.
더불어, 보호회로모듈(120)과 배터리 셀(110)은 제1내부 단자(미도시) 및 제2내부 단자(125b)를 통하여 상호간 전기적으로 접속된다. 예를 들면, 제1내부 단자는 배터리 셀(110)의 전극 단자에 용접되고, 제2내부 단자(125b)는 캡 플레이트(117)에 용접될 수 있다. 용접 방식은 상술한 바와 같이, 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 방식이 이용될 수 있다.
여기서, 안테나 단자(133)와 배터리 셀(110)(캡 플레이트(117) 포함)의 사이에는 상호간 전기적 절연을 위해 절연지가 더 개재될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 및 그 주변 구조를 도시한 부분 단면도이고, 도 5b는 확대 단면도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 필름 안테나(130)는 절연층(131)과, 절연층(131)의 표면에 형성된 안테나 패턴(132)과, 절연층(131) 및 안테나 패턴(132)을 덮는 보호층(134)을 포함한다. 또한, 이러한 필름 안테나(130)의 절연층(131)에는 제1접착층(161)을 통하여 페라이트층(140)이 접착된다. 더불어, 페라이트층(140)에는 보강층(150)이 접착되고, 또한 보강층(150)은 제2접착층(162)을 통하여 배터리 셀(110)에 접착된다.
여기서, 보강층(150)은 페라이트층(140)의 하면에 직접 도금, 코팅, 스퍼터링, 진공 증착 및 그 등가 방식으로 직접 형성될 수 있다. 따라서, 페라이트층(140)과 보강층(150)은 일체화되며, 보강층(150)이 페라이트층(140)의 취성(brittleness)을 보강하게 된다. 물론, 페라이트층(140)은 제1접착층(161)을 통하여 필름 안테나(130)에 접착되어 있음으로써, 결국 보강층(150)은 페라이트층(140) 및 필름 안테나(130)의 강성(rigidity)을 보강하게 된다. 즉, 보강층(150)은 페라이트층(140) 및 필름 안테나(130)의 외형 변형을 방지한다.
또한, 실질적으로, 필름 안테나(130), 제1접착층(161), 페라이트층(140), 보강층(150) 및 제2접착층(162)이 이루는 전체 두께는 대략 100 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 이러한 두께 범위로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 안테나 및 그 주변 구조를 도시한 확대 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는, 보강층(150)이 제2접착층(162)에 직접 형성되고, 이러한 보강층(150)은 접착층(163)을 통하여 페라이트층(140)에 접착될 수도 있다. 즉, 보강층(150)이 제2접착층(162)의 상면에 도금, 코팅, 스퍼터링, 진공 증착 및 그 등가 방식으로 직접 형성되고, 이러한 보강층(150)이 접착층(163)을 통하여 페라이트층(140)에 접착될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는, 보강층이 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)을 포함할 수 있다. 제1보강층(150a)은 페라이트층(140)에 직접 형성되고, 제2보강층(150b)은 제2접착층(162)에 직접 형성된다. 또한, 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)의 사이에는 접착층(164)이 개재됨으로써, 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)이 상호간 접착된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는, 보강층(150)이 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)을 포함할 수 있다. 제1보강층(150a)은 접착층(163)을 통하여 페라이트층(140)에 접착되고, 제2보강층(150b)은 제2접착층(164)에 직접 형성된다. 또한, 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)의 사이에는 접착층(164)이 개재됨으로써, 제1보강층(150a)과 제2보강층(150b)이 상호간 접착된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 요홈(112A)을 갖는 배터리 셀(110A)과, 이러한 배터리 셀(110A)의 요홈(112A)에 안착된 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150) 등을 포함한다.
상기 배터리 셀(110A)의 장측면(112), 보다 상세하게 캔(111A)의 장측면(112)에는 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150)의 형상과 대응하는 요홈(112A)이 형성될 수 있다. 상기 요홈(112A)에는 보강층(150)만이 안착되거나, 보강층(150)과 페라이트층(140)이 안착되거나, 또는 보강층(150), 페라이트층(140) 및 필름 안테나(130)가 안착될 수 있다. 물론, 필름 안테나(130)와 페라이트층(140)의 사이에는 제1접착층(161)이 개재되고, 보강층(150)과 캔(111A)의 사이에는 제2접착층(162)이 개재된다.
따라서, 배터리 셀(110A)의 요홈(112A)에 보강층(150)이 안착되거나, 보강층(150)과 페라이트층(140)이 안착되거나, 또는 보강층(150), 페라이트층(140) 및 필름 안테나(130)가 안착됨으로써, 이들이 차지하는 공간이 최소화될 수 있고, 이에 따라 배터리 셀(110A)의 용량이 감소하지 않으면서 배터리 팩의 부피를 작게 유지할 수 있다.
상술한 배터리 셀(110A)의 형태 및 배터리 셀(110A)과 보강층(150), 페라이트층(140) 및/또는 필름 안테나(130)의 결합 구조를 제외하고, 다른 구성, 기능 및 효과는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)과 동일하므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리 셀로서 지금까지 설명한 각형 전지가 아닌 파우치형 전지(210)도 가능하다. 즉, 파우치형 전지(210)의 일측면에 상술한 구조와 동일한 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150)이 접착될 수 있다. 물론, 필름 안테나(130)와 페라이트층(140)의 사이에는 제1접착층(161)이 개재되고, 보강층(150)과 파우치형 전지(210)의 사이에는 제2접착층(162)이 개재된다.
여기서, 파우치형 전지(210)는 주지된 바와 같이, 전극 조립체(미도시됨), 전극 조립체 및 전해액(미도시됨)을 감싸는 파우치형 외장재(211), 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 파우치형 외장재(211)의 외측으로 연장된 제1전극탭(221) 및 제2전극탭(222)을 포함한다.
더불어, 파우치형 외장재(211)는 상호 대향되는 영역에 형성되고 상대적으로 넓은 두개의 장측면(212), 장측면(212)을 연결하고 상호 대향되는 영역에 형성되며 상대적으로 좁은 네개의 단측면(213,214)을 포함한다. 또한, 네개의 단측면(213,214) 중에서 두개의 단측면(214)에는 일측 방향으로 접힌 날개부(215)가 형성되고, 또한 네개의 단측면(213,214) 중에서 하나의 단측면(213)에는 외부 방향으로 연장되고, 제1전극탭(221) 및 제2전극탭(222)이 관통하여 연장된 연장부(216)를 포함한다. 이러한 파우치형 외장재(211)를 포함하는 파우치형 전지(210)는 당업자에게 주지된 내용이므로 추가적인 설명은 생략한다.
한편, 도면에서는 필름 안테나(130), 페라이트층(140) 및 보강층(150)이 파우치형 외장재(211)의 장측면(212) 중에서 연장부(216)가 형성되지 않은 장측면(212)에 접착된 것으로 도시되어 있으나, 장측면(212) 중에서 연장부(216)가 형성된 장측면(212)에 접착된 것도 가능하다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩 중에서 보강층을 도시한 평면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 보강층(150C)이 다수의 절편으로 이루어질 수 있다. 즉, 보강층(150C)은 대략 동일한 사각 형태를 가지는 네 개의 절편이 모여 페라이트층에 직접 형성되거나 접착될 수 있다. 물론, 이러한 보강층(150C)은 사각 형상 이외에 삼각, 사각, 오각, 육각 또는 원형일 수 있으며, 본 발명에서 보강층(150C)의 형태를 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 보강층(150C)의 절편은 상호간 면적이 서로 다를 수도 있다.
물론, 페라이트층 역시 보강층(150C)과 마찬가지로 다수의 절편으로 이루어질 수 있다. 즉, 페라이트층 역시 보강층(150C)과 동일 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 배터리 셀(110)이 과충전 또는 과도한 온도 상승에 의해 스웰링된다고 해도, 상술한 보강층(150C) 및 페라이트층의 파손 현상이 억제될 수 있다. 즉, 일반적으로 배터리 셀은 과충전되거나 또는 과도한 온도 상승 시 캔의 내부 가스가 팽창하기 때문에 캔이 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있다. 이러한 스웰링에 의해 통상 배터리 셀 중에서도 캔의 장측면의 중심부가 돌출되게 된다. 스웰링이 일어날 때, 페라이트층 및 보강층(150C)이 하나의 시트 형상으로 되어 있는 경우 배터리 셀의 중심을 기준으로 흡수층 및 보강층(150C)에 균열이 가거나 불규칙한 다수의 절편으로 나뉠 수 있다. 따라서 본 발명의 또 다른 일 실시예들에 따른 배터리 팩은 배터리 셀의 장측면을 중심으로, 페라이트층 및 보강층(150C)을 미리 다수의 절편으로 형성하여 배터리 셀에 접착시킬 수 있다. 이는 이미 배터리 셀의 장측면의 중심을 기준으로 장측면의 대향되는 길이 방향으로 페라이트층 및 보강층(150C)이 다수의 절편으로 나뉘어져 있기 때문에, 배터리 셀에 스웰링 현상이 발생하더라도 페라이트층 및 보강층(150C)에 균열이 생기거나 깨질 가능성이 감소한다.
상술한 페라이트층 및 보강층(150C)의 구조를 제외하고, 다른 구성, 기능 및 효과는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)과 동일하므로 반복적인 설명을 하지 않기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 보강층(150D)이 메쉬 망 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 보강층(150D)은 다수의 가로 방향의 금속 라인과 다수의 세로 방향 금속 라인으로 이루어진 메쉬 망 또는 그물 망 형태로 형성될 수 있다. 물론, 이러한 메쉬 망 또는 그물 망 형태의 보강층(150D)은 페라이트층에 직접 형성되거나 또는 접착층을 통하여 접착될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 팩은 보강층(150D)이 메쉬 망 형태로 형성됨으로써, 배터리 팩의 무게가 증가하지 않을 뿐만 아니라 원료 사용량도 작아짐으로써 제조 원가도 싸진다.
도 13a 및 도 13b는 종래 기술과 본 발명에 따른 안테나의 경시 변화를 도시한 개략 단면도이다. 여기서, 도 13a는 보강층을 채택하지 않은 경우의 배터리 팩이고, 도 13b는 본 발명에서와 같이 보강층을 채택한 경우의 배터리 팩이다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 페라이트층 및 필름 안테나(여기서는, 안테나 모듈(130A')로 정의함)는 배터리 팩의 완성 시 배터리 셀(110)에 접착층에 의해 완전히 접착된 상태이고, 또한 라벨(190) 역시 안테나 모듈(130A')에 완전히 접착된 상태이다. 그러나 경시 변화에 의해 일례로 접착층 및 라벨(190)의 접착력이 저하되어, 라벨(190)이 안테나 모듈(130A')로부터 분리되면, 안테나 모듈(130A') 역시 배터리 셀(110) 위에서 대략 "∪"자 또는 "∩"자 형태로 휘어질 수 있다. 이와 같이 안테나 모듈(130A')이 "∪"자 또는 "∩"자 형태로 휘어지게 되면, 필름 안테나(130)의 송수신 신호의 주파수 산포가 커지게 된다. 이는 아래에서 다시 설명한다. 도면중 미설명 부호 170은 배터리 셀(110)의 대략 상부에 결합된 상부 커버이고, 미설명 부호 180은 배터리 셀(110)의 대략 하부에 결합된 하부 커버이다.
그러나, 도 13b에 도시된 바와 같이, 경시 변화에 의해 접착층 및 라벨(190)의 접착력이 저하되어, 라벨(190)이 안테나 모듈(130A)로부터 분리된다고 해도, 안테나 모듈(130A)은 휘어지지 않게 된다. 즉, 보강층이 페라이트층에 직접 형성되거나 또는 접착되어 있음으로써, 이러한 보강층이 페라이트층 및 필름 안테나의 워페이지(warpage) 현상을 방지하게 된다. 따라서, 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 산포는 커지지 않게 된다. 이는 아래에서 다시 설명한다.
도 14a 및 도 14b는 종래 기술과 본 발명에 따른 경시 변화에 따른 안테나 모듈의 송수신 신호의 주파수 산포를 도시한 그래프이다. 여기서, 도 14a는 보강층을 채택하지 않은 경우의 배터리 팩(도 13a 참조)이고, 도 14b는 본 발명에서와 같이 보강층을 채택한 경우의 배터리 팩(도 13b 참조)이다. 또한, X축은 시간(Day)이고, Y축은 송수신 신호의 주파수(MHz)이다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 보강층이 없는 종래의 배터리 팩은 기본적으로 송수신 신호의 주파수 산포가 대략 18.4 MHz 내지 19.6 MHz이며, 대체로 시간이 흐를수록 이러한 주파수의 산포가 더욱 커짐을 알 수 있다.
그러나, 도 14b에 도시된 바와 같이, 보강층이 있는 본 발명의 배터리 팩은 기본적으로 송수신 신호의 주파수 산포가 대략 16.6 MHz 내지 17.2 MHz임을 알 수 있으며, 대체로 시간이 흘러도 이러한 주파수의 산포가 커지지 않음을 알 수 있다.
물론, 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 범위는 배터리 팩이 채용된 이동 통신 단말기의 모델별로 약간의 차이가 있을 수 있으나, 대체로 배터리 팩에서의 송수신 신호의 주파수 범위가 낮을수록, 국제적으로 공인된 RFID 주파수 대역으로 신호 처리하기가 수월해진다. 또한, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 보강층을 채택하였을 경우, 제품별 주파수 산포가 대략 0.6 MHz 내지 1 MHz를 가짐으로써, 기존에 비해 주파수 산포가 작아지고, 이에 따라 제품별 송수신 신호의 품질 및 신뢰성이 높아진다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 필름 안테나(130)와 배터리 셀(110)의 사이에 보강층(150)이 더 형성됨으로써, 제2접착층(162) 및 라벨(190)의 접착력이 감소하여도, 필름 안테나(130)의 외형 변형이 방지되고, 이에 따라 주파수 산포가 상대적으로 작은 우수한 NFC 기능을 유지하는 배터리 팩(100)을 제공하게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 안테나를 갖는 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 배터리 팩
110; 배터리 셀 111; 캔
112; 장측면 113; 단측면
114; 바닥면 115; 전극 단자
116; 절연 가스켓 117; 캡 플레이트
120; 보호회로모듈 121; 회로기판
121a; 관통홀 122; 외부 단자
122a; 제1외부 단자 122b; 제2외부 단자
123; 보호회로소자 124; 안테나 접속 단자
125; 내부 단자 125a; 제1내부 단자
125b; 제2내부 단자 130; 필름 안테나
131; 절연층 132; 안테나 패턴
133; 안테나 단자 134; 보호층
140; 페라이트층 150; 보강층
161,162; 제1,2접착층 170; 상부 커버
171; 개구 180; 하부 커버
190; 라벨

Claims (15)

  1. 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 측면에 위치된 페라이트층; 및
    상기 페라이트층의 측면에 위치된 필름 안테나를 포함하고,
    상기 배터리 셀과 상기 페라이트층의 사이에는 보강층이 더 개재된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 구리, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 형성된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 페라이트층에 접착층을 통하여 접착된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 페라이트층에 도금, 코팅, 스퍼터링 또는 진공 증착에 의해 직접 형성된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 두께가 0.1 ㎛ 내지 2.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 두개의 층이고, 각 층의 사이에 접착층이 개재된 것을 특징을 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 상기 보강층의 사이에는 접착층이 더 개재된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀에는 상기 보강층이 수용되는 요홈부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 평면의 형태가 평판 형태 또는 메쉬 망 형태인 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 다수의 절편으로 이루어진 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 범위는 16 MHz 내지 22 MHz인 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름 안테나의 송수신 신호의 주파수 범위는 16.6 MHz 내지 17.2 MHz인 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름 안테나를 감싸는 라벨을 더 포함함을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 라벨은 상기 필름 안테나에 직접 접착되거나 또는 상기 필름 안테나로부터 분리된 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 각형 전지 또는 파우치형 전지인 것을 특징으로 하는 안테나를 갖는 배터리 팩.
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