KR20160109425A - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 한 쌍의 전극 탭을 구비하는 이차 전지, 상기 이차 전지의 충전 및 방전 중 적어도 하나를 제어하는 회로를 구성하는 적어도 하나의 소자가 실장된 회로기판 및 상기 회로기판에 구비되어 상기 적어도 한 쌍의 전극 탭을 각각 고정하는 적어도 한 쌍의 탭 고정클립을 포함하고, 상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립 각각은, 상기 회로 기판에 고정되는 제1 부 및 상기 제1 부에서 절곡되어 연장되고 상기 제1 부와의 사이에 위치한 전극 탭을 가압하는 제2 부를 포함하고, 상기 제2 부에는 구멍이 형성된 배터리 팩을 구현하여, 이차 전지와 회로기판의 연결이 견고하다.

Description

배터리 팩 {BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차 전지를 포함한 배터리 팩에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지이다. 상기 이차 전지는 발전소와 같은 기존의 전력계통은 물론 태양 에너지 기타 신재생 에너지를 에너지원으로 하여 충전될 수 있다. 이러한 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 전자기기는 물론 자동차나 전력공급이 필요한 대형 설비에 에너지원으로 사용되고 있다.

필요에 따라 고출력 또는 고용량의 이차 전지를 구현하기 위해 복수의 단위 전지를 직렬 및/또는 병렬 연결하기도 한다. 또한 필요에 따라 이차 전지의 충전 및/또는 방전을 제어하고 과충전 및/또는 과방전을 방지하는 컨트롤러를 더 포함하기도 한다.

본 발명의 일 실시예는, 회로기판에 이차 전지를 연결시 용접이 필요없는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는 컴팩트하고 내구성이 좋은 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 적어도 한 쌍의 전극 탭을 구비하는 이차 전지; 상기 이차 전지의 충전 및 방전 중 적어도 하나를 제어하는 회로를 구성하는 적어도 하나의 소자가 실장된 회로기판; 및 상기 회로기판에 구비되어 상기 적어도 한 쌍의 전극 탭을 각각 고정하는 적어도 한 쌍의 탭 고정클립;을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

이때 상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립 각각은 일 실시예로서, 상기 회로 기판에 고정되는 제1 부; 및 상기 제1 부에서 절곡되어 연장되고 상기 제1 부와의 사이에 위치한 전극 탭을 가압하는 제2 부;를 포함할 수 있고, 상기 제2 부는 구멍이 형성될 수 있다.

상기 제2 부는 일 실시예로서 상기 구멍의 형상이 변형되면서 상기 전극 탭을 가압하여 고정할 수 있다.

다른 실시예로서 상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립 각각은, 상기 제2 부에서 상기 회로기판 쪽으로 연장되고 절곡되어 상기 회로기판에 고정되는 클립 날개를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 클립 날개는 일 실시예로서, 상기 제2 부가 상기 회로기판에 고정된 면의 반대면까지 연장되어 고정될 수 있다.

그리고 상기 회로기판은 일 실시예로서, 상기 클립 날개가 통과하는 절개부가 형성될 수 있다.

상기 절개부는 일 실시예로서 상기 제1 부의 테두리에 인접하게 형성될 수 있다.

상기 제1 부는 일 실시예로서 상기 절개부와 대응되는 위치에 홈이 형성될 수 있다.

상기 회로기판은 일 실시예로서 상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립이 구비되는 클립 고정면을 포함할 수 있다. 그리고 상기 적어도 한 쌍의 전극 탭은 일 실시예로서 상기 클립 고정면의 반대면에서 이차전지의 외측을 향해 연장되다가 상기 전극 탭 고정면에서 상기 이차전지를 향해 연장될 수 있다.

상기 회로기판은 일 실시예로서, 서로 마주보는 한 쌍의 내측면을 구비하도록 절곡되고, 상기 클립 고정면은 상기 한 쌍의 내측면 중 하나일 수 있다.

상기 전극 탭은, 일 실시예로서 상기 구멍을 통해 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이로 삽입되거나, 다른 실시예로서 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이의 틈으로 삽입될 수도 있다.

본 발명은 다른 실시예로서 상기 한 쌍의 내측면 사이에 구비되고 상기 회로기판을 지지하는 절연판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 절연판에 의해 회로기판이 지지되고 한 쌍의 전극 탭이 견고하게 회로기판에 고정되므로 내구성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 회로기판이 차지하는 공간이 적으므로 컴팩트한 배터리 팩을 구현하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 분해 사시도이고,
도 3은 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면도이고,
도 4는 도 1의 실시예에서 회로기판이 접히기 전 상태에서 클립 고정면이 위를 향하도록 도시한 사시도이고,
도 5는 도 4의 회로기판의 소자 고정면이 위를 향하도록 도시한 사시도이고,
도 6은 도 4의 회로기판의 탭 고정클립을 통해 상기 이차 전지의 전극 탭이 회로기판에 연결된 모습을 도시한 사시도이고,
도 7은 도 1의 실시예의 이차 전지의 사시도이고,
도 8은 도 7의 이차 전지의 분해 사시도이고,
도 9는 도 4의 회로기판의 탭 고정클립에 도 7의 이차 전지의 전극 탭이 삽입된 상태의 사시도이고,
도 10은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ' 방향 단면도로서, 탭 고정클립의 가압방향을 화살표로 표시한 단면도이고,
도 11은 1번 화살표 방향으로 회로기판이 접힌 상태의 사시도이고,
도 12는 도 11에서 2번 화살표 방향으로 한 쌍의 전극 탭이 접힌 상태의 사시도이고,
도 13은 도 4의 회로기판에 탭 고정클립의 다른 실시예가 적용된 사시도이고,
도 14는 도 13의 실시예의 탭 고정클립이 가압되어 한 쌍의 전극 탭을 고정하고 있는 상태의 측단면도이고,
도 15는 도 4의 회로기판에 탭 고정클립의 또 다른 실시예가 적용된 사시도이고,
도 16은 도 15와 같이 한 쌍의 전극 탭이 삽입된 탭 고정클립이 일차로 가압된 상태의 사시도이고,
도 17은 도 16의 탭 고정클립의 클립 날개가 절곡되어 회로기판에 고정된 모습을 도시한 사시도이고,
도 18은 도 4의 회로기판에 탭 고정클립의 또 다른 실시예가 적용된 사시도이고,
도 19는 도 18의 실시예의 탭 고정클립이 가압되어 한 쌍의 전극 탭을 고정하고 있는 상태의 Ⅲ-Ⅲ' 방향 단면도이고,
도 20은 도 18의 실시예의 탭 고정클립이 가압되어 한 쌍의 전극 탭을 고정하고 있는 상태의 Ⅳ-Ⅳ' 방향 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 실시예들을 상세하게 설명한다. 본 발명에서 언급하는 이차전지는, 충전 및 방전이 가능한 어떤 구성의 전지여도 좋다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 한 쌍의 전극 탭을 구비한 이차 전지(150), 상기 이차전지와 전기적으로 연결되고 소자 등이 실장된 회로기판(200), 절연판(240) 및 복수의 절연테이프(360, 370)를 포함한다.

상기 이차 전지는 충전 및 방전이 가능하다. 상기 이차 전지는 한 쌍의 전극 사이에 분리판(separator)이 개재된 전극 조립체가 전해액과 함께 전지 케이스에 밀봉된 것이다. 상기 한 쌍의 전극은 서로 극성이 상이하며, 둘 중 하나가 양극이고 다른 하나는 음극이다. 상기 전극조립체는 상기 양극, 상기 분리판 및 상기 음극이 적층되어 형성(이하, 적층형)되거나, 적층된 후 권취되어 형성(이하, 권취형)될 수 있다. 상기 이차전지의 구체적인 구성은 도 7 및 도 8을 참조하여 후술한다.

상기 이차 전지(150)는 전지 케이스(140) 밖으로 연장된 한 쌍의 전극 탭을 구비한다. 상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 각각 한 쌍의 전극에 연결된 것으로, 양극에 연결된 양극 탭(112)과 음극에 연결된 음극 탭(113)을 포함한다.

상기 양극 탭(112)과 음극 탭(113)은 이차전지의 테라스부(147a)를 통해 외부로 연장된다. 상기 테라스부(147a)는 전지 케이스(140)의 테두리에 형성된 실링부(147)의 일부로, 상기 회로 기판이 안착될 수 있도록 다소 넓게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 상기 전지 케이스의 실링부(147)에서 상기 한 쌍의 전극 탭이 인출된 부분을 테라스부로 지칭하기로 한다.

상기 양극 탭(112)과 상기 음극 탭(113)은 상기 테라스부(147a)를 통해 상기 이차 전지의 외측으로 연장되다가 거의 180도로 접혀서 상기 이차 전지쪽으로 연장된다. 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭과 상기 회로기판의 구체적인 연결관계는 후술한다.

상기 회로기판(200)은 상기 이차 전지(150)와 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 소자(250)가 실장된다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 회로기판(200)은 하나의 절곡부(220) 및 상기 절곡부의 양단에서 각각 연장되고 서로 이격되어 중첩되는 제1 및 제2 기판부(210, 230)를 포함한다.

설명의 편의를 위해 상기 이차전지에 연결되기 전의 회로기판을 도 4 및 도 5에 도시하였다. 도 4는 상기 회로기판이 절곡되기 전 상태로서 클립 고정면이 위로 보이도록 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 회로기판의 소자 고정면이 위로 보이도록 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하여 상기 회로기판 및 상기 회로기판에 설치되는 부품들을 상세하게 설명한다.

상기 회로기판(200)은 상기 테라스부(147a)의 폭방향(이하에서는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선과 수직한 방향을 폭 방향이라고 지칭한다.) 길이보다 다소 작은 폭을 갖고 길이방향(이하에서는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선과 나란한 방향을 길이방향으로 지칭한다)으로 연장되되 한번 휘어져 연장되는 기판이다.

이하에서는 상기 회로기판(200)의 휘어진 부분을 절곡부(220)라고 지칭하기로 한다.

상기 회로기판(200)은 상기 한 쌍의 전극 탭(112, 113)이 고정되는 제1 기판부(210)와 상기 적어도 하나의 소자(250)가 고정되는 제2 기판부(230)를 포함하며, 상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부는 상기 절곡부(220)에 의해 연결된다.

상기 제1 기판부(210)는 기결정된 두께를 갖는 판상체로, 상기 한 쌍의 전극 탭이 고정되는 면인 클립 고정면(215)과 상기 클립 고정면의 반대면(217)을 포함한다. 상기 제1 기판부의 상기 클립 고정면(215)에는 한 쌍의 탭 고정클립(260)이 구비된다. 상기 한 쌍의 탭 고정클립(260)은 상기 양극 탭(112)이 고정되는 양극 탭 고정클립(260A)과 상기 음극 탭(113)이 고정되는 음극 탭 고정클립(260B)를 포함한다.

상기 한 쌍의 탭 고정클립(260)은 도전성 부재로, 외력에 의해 변형되면서 각 전극 탭을 고정한다. 즉, 상기 탭 고정클립(260)은 상기 전극 탭을 고정한 상태와 고정하기 전의 상태의 형상이 상이하다. 도 4에 도시된 탭 고정클립(260)은 상기 전극 탭을 고정하기 전의 상태이고, 도 6에 도시된 탭 고정클립은 상기 전극 탭을 고정하고 있는 상태이다.

도 6을 참조하여, 전극 탭을 고정하고 있는 상태의 탭 고정클립을 상세하게 설명한다. 한 쌍의 탭 고정클립(260A, 260B)에는 각각 구멍(269)이 형성되고 상기 구멍을 통해 양극 및 음극 탭(112, 113)이 각각 상기 탭 고정클립 내부로 삽입되어 고정된다.

도 4와 도 6을 참조하여 상기 탭 고정클립(260)의 구성을 더욱 상세하게 설명한다. 상기 탭 고정클립(260)은 상기 클립 고정면(215)에 고정된 제1 부(261), 상기 제1 부(261)에서 절곡되어 상기 제1 부(261) 위를 따라 연장되는 제2 부(263)를 포함한다. 상기 제2 부(263)는 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이에 삽입된 전극 탭(112, 113)을 가압하여 고정한다. 상기 제1 부와 상기 제2 부는 동일한 폭을 갖는 일체의 판상체이다. 설명의 편의상 상기 제1 부와 상기 제2 부를 연결하는 굽은 부분을 클립 절곡부(262)로 지칭하기로 한다.

도 4의 상기 제2 부(263)는 상기 전극 탭을 고정하기 전의 형상으로, 상기 전극 탭을 고정한 후보다 좀 더 큰 구멍(264)이 형성되어 있다. 상기 탭 고정클립(260)의 형상이 외력에 의해 변형될 때 도 4의 좀 더 큰 구멍(264)이 도 6의 좀 더 작은 구멍(269)으로 형상이 변형된다. 도 4의 제2 부(263)에는 상방으로 볼록하게 형성되어 상기 좀 더 큰 구멍(264)을 일부 덮는 덮개부(265)가 형성되어 있으며, 상기 덮개부(265)는 외력에 의해 평평하게 변형되면서 상기 도 4의 좀 더 큰 구멍(264)이 도 6의 좀 더 작은 구멍(269)으로 변형된다.

도 3 및 도 6을 참조하여 상기 탭 고정클립(260)에 의해 고정된 전극 탭의 형상을 상세하게 설명한다. 상기 탭 고정클립(260)에 의해 상기 회로기판(200)에 고정된 한 쌍의 전극 탭(112, 113)은, 상기 제2 부(263)의 상면을 따라 연장되다가 상기 구멍(269)을 통하여 상기 제1 부 및 상기 제2 부 사이로 더 연장되어 고정된다.

상술한 구성의 측면은, 상기 한 쌍의 전극 탭을 용접하지 않고 물리적으로 가압된 상태로 상기 회로기판에 고정할 수 있으므로 용접으로 인한 불량 발생확률이 없고 연결이 간단한 효과가 있다.

또한 상기 한 쌍의 전극 탭(112, 113)은 상기 탭 고정클립(260)에 의해 견고히 고정될 뿐 아니라 상기 제1 기판부(210)를 따라 연장되면서 한번 절곡되므로 상기 회로기판(200)에 연결된 상태가 견고히 유지된다. 상기 한 쌍의 전극 탭이 상기 제1 기판부(210)를 따라 연장되면서 절곡된 구성에 대해서는 후술한다.

상기 제2 기판부(230)는 상기 제1 기판부와 동일한 두께를 갖는 판상체로, 상기 적어도 하나의 소자(250)가 고정되는 소자 고정면(237) 및 상기 소자 고정면의 반대면(235)을 포함한다. 또한 상기 소자 고정면(237)에는 복수의 전선 연결단자(231, 232, 233)가 구비된다. 상기 복수의 전선 연결단자(231, 232, 233)는 도전성 패드이다.

상기 복수의 전선 연결단자(231, 232, 233)은 상기 소자 고정면(237)에서 상기 적어도 하나의 소자(250)가 실장되고 남는 영역에 배치된다. 도면에서는 상기 소자 고정면(237)의 테두리에 구비되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 적어도 하나의 소자가 복수의 소자이고 폭방향으로 서로 이격되어 배치되는 경우 상기 복수의 전선 연결단자는 상기 복수의 소자 사이의 빈 공간에 배치될 수도 있다.

상기 절곡부(220)는 상기 회로기판(200)이 거의 180도로 접히면서 형성된 부분으로 상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부를 구분짓는 경계이다. 도 3을 참조하면, 상기 절곡부(220)는 길이방향 단면이 상기 이차 전지(150)를 향해 볼록하게 배치된 대체적으로 U 형상의 곡면이다. 다만, 상기 절곡부(220)의 형상은 곡면에 한정되지 않으며 180도로 절곡되되 하나 또는 두 개의 각진 모서리가 형성될 수도 있다.

상기 회로기판(200)은 양면에서 부품을 실장할 수 있도록 도전성 배선이 형성된 연성의 절연기판이다. 이러한 회로기판은 공지의 플렉서블 인쇄회로기판일 수 있다.

상술한 구성의 측면은, 소자 등이 실장되는 회로기판이 절곡됨으로써 보다 좁은 공간에 컴팩트하게 소자를 배치시킬 수 있으므로 배터리 팩의 소형화 및 컴팩트화가 가능하다.

절연판(240)은 상기 제1 기판부(210)와 상기 제2 기판부(230) 사이에 배치되어 상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부 사이를 절연하고, 상기 회로기판(200)을 전체적으로 지지한다. 또한 상기 절연판(240)은 상기 제1 기판부의 클립 고정면(215)과 상기 제2 기판부(230) 사이에 배치되어 상기 탭 고정클립이 상기 한 쌍의 전극 탭을 고정하고 있는 상태가 유지되로록 한다. 다만, 상기 절연판(240)은 필요에 따라 구비되지 않을 수도 있다.

상기 절연판(240)은 상기 회로기판(200)보다 딱딱한 재질의 판상체이며, 구부러지지 않을 정도의 두께로 형성된다. 상기 절연판(240)은 도시된 바와 같이 대략적인 직사각형 형상의 판이나, 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 상기 회로기판을 지지할 수 있는 어떤 형상이어도 좋다.

상기 절연판은 일 실시예로서 그 면적이 상기 소자 고정면에 상기 소자가 설치된 영역의 면적과 동일하거나 더 크고, 상기 소자 고정면의 면적보다 작거나 동일할 수 있다. 또는 상기 절연판은 다른 실시예로서 그 면적이 서로 이격된 한 쌍의 전극 탭이 차지하는 면적과 동일하거나 더 크고, 상기 클립 고정면의 면적보다 작거나 동일할 수도 있다.

상기 절연판(240)은 상기 소자 고정면(237)의 반대면(235)에 고정되어 상기 회로기판(200)을 지지한다. 상기 절연판(240)은 접착제로 상기 소자 고정면의 반대면(235)에 고정될 수 있다.

상술한 측면에 따르면, 상기 절연판(240)에 의해 상기 소자 고정면(237)이 단단하게 지지되는 효과가 있다. 또한 상술한 측면에 따르면 상기 절연판(240)이 중첩된 상기 제1 기판부(210) 및 상기 제2 기판부(230) 사이에 구비되므로 절곡된 회로기판(200)이 단단하게 지지되는 효과가 있다.

복수의 전선(321, 322, 323)은 각각 상기 복수의 전선 연결단자(231, 232, 233)에 용접되어 배터리 팩을 외부와 전기적으로 연결한다. 상기 복수의 전선(320)을 통해 상기 이차 전지(150)에서 외부기기로 전력이 공급될 수 있다. 또한 상기 복수의 전선(320)을 통해 외부에서 상기 배터리 팩으로 전력이 공급되어 상기 적어도 하나의 소자(250)가 작동하거나 상기 이차 전지(150)가 충전될 수 있다. 다만 상기 적어도 하나의 소자(250)는 상기 이차 전지(150)로부터 전력을 공급받아 작동될 수도 있음은 물론이다. 상기 복수의 전선은 도시된 바와 달리 하네스 타입일 수 있다.

상기 적어도 하나의 소자(250)는 상기 회로기판을 통해 상기 이차 전지(150)와 전기적으로 연결되어 기결정된 적어도 하나의 제어기능을 수행하는 회로를 구현한다. 상기 제어기능으로는, 상기 이차 전지의 충전제어, 방전제어, 과충전 방지 제어, 과방전 방지 제어, 기타 안전 관련 제어, 센서 제어, 외부와의 통신제어 등 전지의 관리와 관련된 제어를 포함한다. 상기 센서로는 온도센서, 전압센서, 전류센서 등을 예로 들 수 있으며, 상기 온도센서는 전지의 온도를 측정하는 등 상기 센서에 의해 안전 제어를 위한 데이터를 수집할 수 있다.

제어기능을 수행하는 회로의 일 실시예로서 상기 적어도 하나의 소자(250) 는 상기 이차 전지의 보호회로를 구성할 수 있다. 보호회로란, 상기 이차 전지의 전압 또는 전류를 제어함으로서 충전 및 방전의 제어는 물론 과충전, 과방전, 단락, 역전압 등을 차단하여 전지를 보호할 수 있는 회로이다.

예를 들어, 상기 보호회로를 구성하기 위하여, 상기 적어도 하나의 소자(250)는 전계 효과 능동소자(FET: Field Effect Transistor), 집적회로(Integrated Circuit), 양성온도소자(PCT: Positive Temperature Coefficient), 스위칭 소자 등을 포함하여 충전 및 방전을 제어하고 회로를 차단할 수 있다.

상기 회로 기판(200)에 상술한 바와 같이 상기 적어도 하나의 소자(250), 상기 복수의 전선(320), 상기 한 쌍의 탭 고정클립(260)이 각각 실장되어 제어모듈을 구현할 수 있다. 상기 제어모듈은 상기 이차 전지와 전기적으로 연결되어 상기 이차 전지의 관리과 관련된 제어를 수행하는 모듈이다. 이하에서는 상기 회로기판(200)에 상기 적어도 하나의 소자(250), 상기 복수의 전선(320) 및 상기 한 쌍의 탭 고정클립(260)이 연결된 것을 제어모듈이라고 지칭하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 기판부(210)와 상기 제2 기판부(230)는 서로 이격된 상태에서 중첩된다. 이때 상기 제1 기판부(210)는 상기 클립 고정면(215)이 상기 제2 기판부(230)를 향하도록 배치된다. 상기 제2 기판부(230)는 상기 소자 고정면의 반대면(235)이 상기 클립 고정면(215)을 향하도록 배치된다. 상기 소자 고정면의 반대면(235)에는 상기 절연판(240)이 고정되어 있으므로 상기 제1 기판부의 클립 고정면(215)은 상기 절연판(240)과 마주하게 된다.

상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 상기 테라스부(147a)에서 인출되어 연장된다. 상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 상기 제1 기판부(210)를 따라 연장되되, 상기 클립 고정면의 반대면(217) 상에서 상기 이차 전지(150)의 외측으로 연장되다가 반대방향으로 꺽여서 상기 클립 고정면(215) 상에서 상기 이차 전지(150) 쪽으로 연장된다. 상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 상기 클립 고정면(215)에서 상기 한 쌍의 탭 고정클립(260) 각각에 고정된다. 상술한 바와 같이 상기 탭 고정클립이 외력에 의해 변형되면서 상기 전극 탭을 고정하게 되며, 용접이 필요하지 않다.

상기 한 쌍의 전극 탭(111)에는 제1 절연 테이프(370)가 부착되어 상기 전극 탭(111)을 그 주변부로부터 절연한다. 상기 제1 절연 테이프(370)는 상기 절연판(240)과 상기 한 쌍의 전극 탭(111) 사이에서 상기 한 쌍의 전극 탭을 모두 덮도록 부착되며, 상기 한 쌍의 전극 탭(111)이 절곡된 부분을 지나 상기 테라스부(147a)까지 연장된다.

또한 상기 회로기판(200)에는 제2 절연 테이프(360)가 더 부착되어 상기 회로기판 및 기판에 실장된 부품들을 주변부로부터 절연할 수 있다. 상기 제2 절연 테이프(360)는 제2 기판부의 소자 고정면(237) 및 상기 클립 고정면의 반대면(217)과 그 사이의 절곡부(220)를 모두 덮도록 부착된다.

도 7 및 도 8은 상기 이차 전지의 일 실시예로서 파우치형 케이스에 밀봉된 전극조립체를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 이차 전지(150)는 전지 케이스(140) 및 상기 전지 케이스에 전해액과 함께 밀봉되는 전극 조립체(110)를 포함한다.

도 8을 참조하면, 상기 전극 조립체(110)는 양극판, 분리판 및 음극판이 차례로 적층된 후 권취되어 형성된다. 상기 양극판은 양극으로 기능하고, 상기 음극판은 음극으로 기능한다. 또한 상기 전극 조립체는 상기 전지 케이스 외부로 연장되는 한 쌍의 전극탭(111)을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 상기 양극과 전기적으로 연결되는 양극 탭(112), 상기 음극판과 전기적으로 연결되는 음극 탭(113)을 포함한다. 다만 상기 양극 탭(112)과 상기 음극 탭(113)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 탭(111)에 의해 상기 이차 전지에서 발생한 전기화학적 에너지가 외부로 전달할 수 있다.

상기 전지 케이스(140)는 상기 전극 조립체(110)를 감싸는 부재로서 제1 부케이스(141) 및 제2 부케이스(142)를 포함한다. 이때, 제1 부케이스(141)에는 상기 전극조립체(110)의 수납공간이 형성되고 제2 부케이스(142)는 제1 부케이스(141)를 덮도록 구현될 수 있다. 상기 전극 조립체의 수납공간은 전극조립체의 형태 및 크기에 대응하도록 구비될 수 있는데, 예를 들어 평판에서 이음부 없이 중공 용기를 만드는 딥드로잉(deep drawing) 공정을 통하여 수납공간을 제작할 수 있을 것이다.

상기 이차 전지(150)는 상기 전극 조립체와 전해액을 상기 수납공간에 구비시키고, 제1 부케이스(141)와 제2 부케이스(142)를 서로 밀착시킨 상태에서 제1 부케이스(141)의 가장자리(148)와 제2 부케이스(142)의 가장자리(146)를 열융착시켜 실링부(147)를 형성함으로써 제작될 수 있다. 이때, 전극조립체(110)의 전극탭(111)은 실링부(147)를 통하여 상기 전지 케이스 밖으로 연장된다.

도 8을 참조하면, 전지케이스(140)는 순차적으로 내부수지층(143), 금속층(144), 및 외부수지층(145)을 포함할 수 있다. 내부수지층(143)은 전극조립체(110)와 직접 대면하는 부분이고, 외부수지층(145)은 전지케이스(140)의 최외면에 해당하는 부분이다. 상기 내부수지층(143)과 외부수지층(145)은 단락 등을 방지하기 위하여 전기적으로 부도체인 고분자 수지 등으로 구성될 수 있다. 금속층(144)은 내부수지층(143)과 외부수지층(145) 사이에 구비되어 전지케이스(140)에 소정의 기계적 강도를 제공할 수 있으며, 예를 들어 알루미늄 등을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 탭(111)에는 절연을 위한 필름(114)이 더 구비되어 상기 한 쌍의 전극 탭(111)과 상기 전지 케이스(140) 사이를 절연할 수 있다. 상기 필름(114)은 실링부(147)에 안착되도록 구비될 수 있으며, 전기적 부도체로 이루어져 상기 한 쌍의 전극탭(111)과 금속층(144)의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 필름(114)은 실링부(147)와 유사한 물질로 이루어져 실링부(147)가 완전히 열융착되도록 보조할 수 있다. 따라서 상기 필름에 의해 금속으로 이루어진 전극탭(111)이 실링부(147)와 완벽하게 밀착되어 전지케이스(140)의 밀폐력이 강화된다. 또한 상기 필름(114)은 전극탭(111)의 절곡에 따라 함께 절곡될 수도 있다.

도 7 및 도 8을 참조하여 상기 단위 전지의 일 실시예로서 권취형의 전극 조립체가 파우치형의 케이스에 밀봉되는 경우를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 적층형 전극 조립체가 파우치형의 케이스에 밀봉되거나 적층형 또는 권취형의 전극 조립체가 각형의 케이스에 밀봉될 수도 있음은 물론이다.

미도시되었으나, 도 1의 배터리 팩에는 제어모듈과 상기 제어모듈이 안착된 테라스부(147a)를 전체적으로 감싸되 상기 복수의 전선(320)은 노출되도록 구비된 제3 절연 테이프를 더 포함할 수도 있다. 또한 도 1의 배터리 팩에는 전지 케이스(140)의 외면에 부착되는 라벨을 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 12를 참조하여 상기 배터리 팩의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제어모듈의 한 쌍의 탭 고정클립의 변형되기 전의 구멍(264)에 각각 양극 탭(112)과 음극 탭(113)이 삽입된다. 도 10을 참조하면, 상기 양극 탭과 음극 탭이 상기 탭 고정클립에 삽입된 상태에서 화살표 방향으로 외력이 작용하여 덮개부(265)가 변형된다. 상기 덮개부(265)는 망치의 평평한 부분으로 타격될 수 있으며, 변형된 덮개부(265)는 도 6에서와 같이 평평하게 변형되고 도 10의 구멍(264)은 도 6의 구멍(269)으로 변형된다. 이러한 방식으로 상기 한 쌍의 전극 탭(111)은 상기 탭 고정클립(260)에 고정된다.

도 6의 형상으로 상기 제어모듈에 연결된 한 쌍의 전극 탭(111)에는 제1 절연 테이프(370)가 부착된다. 미도시되었으나, 상기 제1 절연 테이프(370)는 상기 한 쌍의 전극 탭은 물론 상기 클립 고정면(215)과 상기 필름(114)과 상기 테라스부(147a)의 일부를 덮도록 부착된다.

제1 절연 테이프(370)가 상기 한 쌍의 전극 탭(111) 및 그 주변부에 부착된 제어모듈은 도 5에 도시된 복수의 가이드선(221, 222, 223)에 맞춰 도 11의 1번 화살표 방향으로 거의 180도로 접힌다. 도 11의 1번 화살표 방향으로 접힌 회로기판(200)은 절곡부(220)를 구비하게 된다.

도 11의 1번 화살표 방향으로 접힌 상태의 제어모듈에는 제2 절연 테이프(360)이 부착된다. 미도시되었으나, 상기 제2 절연 테이프(360)는 상기 소자 고정면(237), 상기 소자 고정면과 동일한 면의 절곡부(220) 및 상기 클립 고정면의 반대면(215)을 모두 덮도록 부착된다. 즉 상기 제2 절연 테이프는 도 5에 도시된 회로기판(200)에서 소자 고정면(237), 상기 클립 고정면의 반대면(217) 및 그 사이의 절곡부(220)를 모두 덮는 것으로 이해할 수 있다. 다만, 도 11 내지 도 12에서 제1 및 제2 절연 테이프가 부착된 모습은 생략하였다.

이렇게 제1 절연테이프 및 제2 절연테이프가 모두 부착된 제어모듈은 도 11의 2번 화살표 방향으로 한 쌍의 전극 탭(111)이 접히면서 도 12에 도시된 바와 같이 테라스부(147a)에 안착된다. 이때 상기 클립 고정면의 반대면(217)이 상기 테라스부(147a)를 향하도록 안착되어 도 3에 도시된 배터리 팩이 된다.

미도시되었으나, 도 12의 배터리 팩은 상기 제어모듈과 상기 테라스부를 모두 감싸도록 제3 절연 테이프가 더 부착될 수 있으며, 상기 이차 전지의 케이스(140)에는 라벨이 더 부착될 수 있다.

상기 탭 고정클립은 다양하게 변형될 수 있다. 이하에서는 도 13 내지 도 20을 참조하여 상기 탭 고정클립의 변형 실시예가 적용된 배터리 팩에 대해서 상세하게 설명한다. 상술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하였으며 상세한 설명은 생략한다.

도 13 및 도 14를 참조하여 상기 탭 고정클립의 다른 실시예를 상세하게 설명한다. 상기 탭 고정클립(270)은 제1 부(271)를 향해 볼록하게 형성된 덮개부(275)를 포함한다. 도 13의 실시예의 탭 고정클립(270)은 상기 회로기판(200)의 탭 고정면(215)에 고정되는 제1 부(271), 상기 제1 부에서 절곡되어 연장된 제2 부(273)를 포함하며, 상기 제1 부와 상기 제2 부를 연결하는 부분은 절곡부(272)이다. 상기 제2 부(273)에는 한 쌍의 전극 탭이 각각 삽입되는 구멍(274)이 형성되고, 상기 구멍을(274)을 부분적으로 덮는 덮개부(275)가 상기 제1 부를 향해 볼록하게 형성되어 있다.

도 13의 탭 고정클립(270)은 전극 탭을 고정하기 전의 형상으로, 제2 부의 구멍(274)이 형성을 통해 전극 탭이 삽입된다. 전극 탭(112, 113)이 각각 삽입된 도 13의 탭 고정클립(270)은 도 10의 화살표와 유사하게 상기 2부의 상면을 향해 외력이 작용되어 변형되면서 도 14에 도시된 바와 같이 제1 부(271)와 제2 부(273)가 서로 나란하게 되면서 전극 탭(112, 113)을 고정한다. 또한 상기 탭 고정클립(270)의 상기 덮개부(275)의 테두리와 제2 부의 구멍(274)으로 둘러싸인 공간의 크기가 변형되면서 좀 더 작은 구멍(279)이 형성된다.

다만, 본 실시예에서는 제2 부(273)의 외면에서 바라봤을 때의 제2 부(273)의 표면에 형성된 구멍(274)의 크기는 변형되지 않을 수 있으나, 제1 부와 제2 부 사이에 위치하는 구멍으로서 덮개부(275)의 테두리와 제2 부의 구멍(274)에 의해 둘러싸이고 전극 탭(112, 113)이 관통하는 구멍(279)은 형상이 변형된다.

도 13의 실시예의 탭 고정클립(270)은 상기 절곡부(272)가 도 4의 탭 고정클립의 배치와 반대로 배치된다. 즉, 도 4의 실시예의 탭 고정클립(260)은 그 절곡부(262)가 회로기판의 절곡부(220)에 인접하게 배치되었으나, 도 13의 실시예의 탭 고정클립(270)은 그 절곡부(272)가 상기 회로기판의 절곡부(220)의 반대편에 위치한다. 그 외에는 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

도 15 내지 도 17을 참조하여 상기 탭 고정클립의 또 다른 실시예를 상세하게 설명한다. 상기 탭 고정클립(270')은 도 13의 실시예의 고정클립(270)에 클립 날개(277)가 더 구비된 것이다. 상기 클립 날개(277)는 상기 제 2부(273)의 측면 테두리에서 상기 회로기판을 향해 절곡되어 더 연장된 것이다.

참고로, 도 15 및 도 16에 도시한 클립날개(277)는 회로기판에 고정되기 전의 상태를 도시한 것이고, 도 17에 도시한 클립날개는 절곡되어 회로기판에 고정된 상태를 도시한 것으로, 고정된 클립날개는 회로기판의 테두리를 감싸는 날개 절곡부(278) 및 상기 절곡부(278)에서 꺽여 상기 회로기판의 클립 고정면의 반대면(217') 상을 따라 연장된 날개 고정부(279)를 포함한다.

상기 클립 날개(277)는 상기 전극 탭(112, 113)를 더욱 견고하게 고정하기 위하여 상기 전극 탭의 테두리부에 인접하게 배치된다. 이를 위해서 상기 회로기판(200')의 제1 기판부에는 상기 클립 날개(277)가 통과하는 절개부(218, 219)가 각각 형성되며, 상기 제1 부(271)에는 상기 절개부(218, 219)에 대응되는 위치에 홈(276)이 형성된다. 따라서 상기 탭 고정클립(270')이 제1 기판부의 테두리에서 안쪽으로 다소 이격되어 고정된 경우에도 상기 클립 날개는 상기 절개부(218, 219) 및 상기 홈(276)을 관통할 수 있으므로 도 17에 도시된 바와 같이 좀 더 전극 탭과 인접한 위치에서 날개 절곡부(278)가 형성될 수 있다.

상기 클립 날개(277)는 도 17에 도시된 바와 같이 상기 절개부(218)의 테두리를 감싸고 상기 탭 고정클립의 제1 부(271)의 반대편까지 연장되어 상기 탭 고정클립의 제1 부(271)와 제2 부(273)가 벌어지지 않도록 고정한다. 즉, 날개 절곡부(278)가 상기 절개부(218)의 테두리를 감싸고, 상기 날개 절곡부(278)의 끝에서 절곡되어 클립 고정면의 반대면(217')을 따라 연장되는 날개 고정부(279)가 상기 제1 부(271)의 반대편에 위치하게 된다.

도 15의 탭 고정클립(270')은 외력에 의해 도 14와 동일하게 변형되어 도 16의 탭 고정클립의 형상이 되며, 상기 클립 날개(277)가 절곡되면서 날개 절곡부(278)와 날개 고정부(279)가 형성되어 도 17과 같이 최종적으로 고정된다.

도 18 내지 도 20을 참조하여 상기 탭 고정클립의 또 다른 실시예를 상세하게 설명한다. 상기 탭 고정클립(280)은 클립 고정면(215)에 고정되는 제1 부(291), 상기 제1 부의 양 테두리에서 각각 절곡되어 연장되되 재차 구부러져 상기 제1부와 연결된 절곡부까지 연장되는 제2 부(282, 284, 283, 285)를 포함한다. 도 18을 참조하면, 상기 탭 고정클립(280)에 상기 한 쌍의 전극 탭이 고정되기 전에는 상기 제2부는 상기 제1부와 이격되어 있으며, 상기 제2 부 사이도 서로 벌여져 있다.

상기 한 쌍의 제2 부 각각은 상기 제1 부(281)의 양 테두리에서 각각 절곡되어 연장된 상면부(282, 283), 상기 상면부에서 절곡되어 상기 상면부와 상기 제1 부의 경계를 향해 연장된 하면부(284, 285)를 포함한다. 상기 한 쌍의 전극 탭(112, 113)은 상기 제1 부(281)와 상기 제2 부의 하면부(284, 285) 사이로 삽입된다.

그 후 상기 제2 부의 상면부(282, 283)가 외력에 의해 변형되면서 상기 상면부 사이의 틈이 좁아지고 상기 제2 부의 상면부 및 상기 제2 부의 하면부가 각각 상기 제1 부와 나란하게 변형되면서 상기 한 쌍의 전극 탭(112, 113)이 고정된다. 즉 탭 고정클립(280)이 상기 한 쌍의 전극 탭을 각각 고정한 상태의 형상은, 상기 한 쌍의 전극 탭(112, 113)이 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이에 삽입되고 제1 부와 제2 부는 나란하다.

도 20에서는 상기 한 쌍의 제2 부 사이에 틈이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로 상기 탭 고정클립(280)이 상기 한 쌍의 전극 탭을 고정하고 있는 형상은 이에 한정되지 않는다. 도 18의 실시예의 탭 고정클립(280)은 상기 제2 부 사이의 틈 또는 구멍의 형상이 변형되면서 상기 한 쌍의 전극 탭을 고정하게 되는 것이며, 상술한 실시예들에서와 마찬가지로 상기 탭 고정클립의 제2 부에 형성된 구멍이 변형되면서 상기 전극 탭을 가압하여 고정한다.

150: 이차 전지, 111: 한 쌍의 전극 탭
200: 회로기판 240: 절연판
250: 회로 소자 260,270,270',280: 탭 고정클립
360,370: 절연 테이프

Claims (12)

1. 적어도 한 쌍의 전극 탭을 구비하는 이차 전지;
   상기 이차 전지의 충전 및 방전 중 적어도 하나를 제어하는 회로를 구성하는 적어도 하나의 소자가 실장된 회로기판; 및
   상기 회로기판에 구비되어 상기 적어도 한 쌍의 전극 탭을 각각 고정하는 적어도 한 쌍의 탭 고정클립;을 포함하고,
   상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립 각각은,
   상기 회로 기판에 고정되는 제1 부; 및
   상기 제1 부에서 절곡되어 연장되고 상기 제1 부와의 사이에 위치한 전극 탭을 가압하는 제2 부;를 포함하고,
   상기 제2 부에는 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 부는 상기 구멍의 형상이 변형되면서 상기 전극 탭을 가압하여 고정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립 각각은,
   상기 제2 부에서 상기 회로기판 쪽으로 연장되고 절곡되어 상기 회로기판에 고정되는 클립 날개;를 더 포함하는 배터리 팩.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 클립 날개는, 상기 제2 부가 상기 회로기판에 고정된 면의 반대면까지 연장되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 회로기판은, 상기 클립 날개가 통과하는 절개부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 절개부는 상기 제1 부의 테두리에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 부는 상기 절개부와 대응되는 위치에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 회로기판은 상기 적어도 한 쌍의 탭 고정클립이 구비되는 클립 고정면을 포함하고,
   상기 적어도 한 쌍의 전극 탭은, 상기 클립 고정면의 반대면에서 이차전지의 외측을 향해 연장되다가 상기 전극 탭 고정면에서 상기 이차전지를 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 회로기판은, 서로 마주보는 한 쌍의 내측면을 구비하도록 절곡되고,
   상기 클립 고정면은 상기 한 쌍의 내측면 중 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내측면 사이에 구비되고 상기 회로기판을 지지하는 절연판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 구멍을 통해 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이로 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 제1 부와 상기 제2 부 사이의 틈으로 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.

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