KR20160123788A

KR20160123788A - 전지 팩

Info

Publication number: KR20160123788A
Application number: KR1020150054403A
Authority: KR
Inventors: 한종찬
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-26
Also published as: US9991567B2; US20160308255A1; KR102331064B1

Abstract

본 발명은 중첩된 적어도 두 개의 단위 전지 및 상기 단위 전지가 전기적으로 연결되고 적어도 한번 휘어진 회로기판을 포함하고, 상기 회로기판은 적어도 하나의 절곡부를 포함하는 플렉서블 기재층 및 상기 플렉서블 기재층에 적층되고 상기 플렉서블 기재층보다 딱딱한 리지드 기재층을 포함하는 전지 팩을 구현하여, 소형화 및 컴팩트화 되고 연결구성이 단순하다.

Description

전지 팩 {BATTERY PACK}

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차 전지를 포함한 전지 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 컴팩트한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 일 실시예는 복수의 단위 전지와 회로 기판의 연결구조가 단순한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 중첩된 적어도 두 개의 단위 전지; 및 상기 단위 전지가 전기적으로 연결되고 적어도 한번 휘어진 회로기판;을 포함하고, 상기 회로기판은 적어도 하나의 절곡부를 포함하는 플렉서블 기재층; 및 상기 플렉서블 기재층에 적층되고 상기 플렉서블 기재층보다 딱딱한 리지드 기재층;을 포함하는 전지 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 회로기판에 실장되고 상기 단위 전지와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 소자가 더 포함될 수도 있다.

상기 복수의 회로 소자는 일 실시예로서 상기 단위 전지의 과충전 또는 과방전을 방지하는 회로를 구성하는 적어도 하나의 소자를 포함할 수 있다.

상기 복수의 회로 소자는 일 실시예로서 상기 리지드 기재층이 적층된 면의 반대 면에서 상기 플렉서블 기재층에 고정될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 플렉서블 기재층에 실장되고 상기 단위 전지와 전기적으로 연결되는 복수의 연결단자;를 더 포함할 수 있다. 상기 연결단자는 일 실시예로서 상기 리지드 기재층이 적층된 면의 반대 면에서 상기 플렉서블 기재층에 고정될 수 있다.

상기 단위 전지는 일 실시예로서, 단위 전지의 케이스 밖으로 연장되어 상기 복수의 연결단자 중 하나에 고정되는 음극 탭 및 상기 복수의 연결단자 중 또 다른 하나에 고정되는 양극 탭을 포함할 수도 있다.

상기 플렉서블 기재층과 상기 리지드 기재층은 일 실시얘로서, 상기 복수의 연결단자와 중첩되는 부분에 홈이 형성되어 상기 연결단자가 상기 리지드 기재층에서 노출될 수 있다.

상기 단위 전지는 일 실시예로서 단위 전지의 케이스 밖으로 연장되어 상기 회로 기판에 고정되는 양극 탭 및 음극 탭을 포함할 수 있다. 이때 상기 리지드 기재층은 일 실시얘로서, 상기 양극 탭과 상기 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장될 수도 있다.

상기 리지드 기재층은 일 실시예로서, 상기 양극 탭이나 상기 음극 탭이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수도 있다.

상기 절곡부는 일 실시예로서, 상대적으로 너비가 줄어드는 부분을 포함할 수도 있다.

상기 적어도 두 개의 단위 전지는 일 실시예로서 제1 및 제2 단위 전지를 포함하고, 상기 플렉서블 기재층은 일 실시예로서 상기 절곡부의 양단에서 각각 연장되고 서로 이격된 상태로 중첩되는 제1 및 제2 평탄부;를 포함할 수도 있다.

상기 리지드 기재층은 일 실시예로서, 제1 평탄부에 적층되는 제1 리지드 베이스 및 제2 평탄부에 적층되는 제2 리지드 베이스를 포함할 수도 있다.

상기 제1 리지드 베이스는 상기 제1 평탄부와 동일한 방향으로 연장되고, 상기 제2 리지드 베이스는 상기 제2 평탄부와 동일한 방향으로 연장될 수도 있다.

상기 제1 리지드 베이스는 일 실시예로서, 제1 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 제1 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장될 수 있다. 그리고 상기 제2 리지드 베이스는 일 실시예로서, 제2 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 제2 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장될 수도 있다.

상기 제1 리지드 베이스와 상기 제2리지드 베이스는 일 실시예로서 서로 분리되어 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 전지를 적층함으로써 컴팩트한 전지 팩을 구현하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 전지의 각 전극 탭이 회로기판에 바로 연결되므로 연결 구조가 단순한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예에서 라벨과 전면 절연테이프가 부착되지 않은 상태의 사시도이고,
도 3은 도 2의 분해 사시도이고,
도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ방향 단면도이고,
도 5는 도 1의 실시예의 단위 전지의 사시도이고,
도 6은 도 5의 단위 전지의 분해사시도이고,
도 7은 도 5의 단위 전지에 조립되기 전의 회로모듈의 전면 사시도이고,
도 8은 도 7의 회로모듈의 후면 사시도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예의 전지 팩의 제조과정 중 일부를 도시한 것으로, 제1 및 제2 단위 전지가 제어모듈 및 제1 절연부재와 조립되는 모습을 도시한 분해 사시도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예의 전지 팩의 제조과정 중 일부를 도시한 것으로, 제1 및 제2 단위 전지의 적층모습을 도시한 사시도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예의 전지 팩의 제조과정 중 일부를 도시한 것으로, 적층된 제1 및 제2 단위 전지에 제2 절연부재가 조립된 모습을 도시한 사시도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고, 도 2는 라벨과 제2 절연 테이프가 부착되지 않은 상태의 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 적어도 두 개의 단위 전지(150), 회로기판, 복수의 절연부재(250, 310)와 라벨(330)을 포함한다.

상기 적어도 두 개의 단위 전지(150)는 제1 단위 전지(150A) 및 제2 단위 전지(150B)를 포함하며 서로 중첩되도록 배치된다. 본 실시예에서는 한 쌍의 단위 전지를 포함하나 단위 전지의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 목적하는 용량이나 출력을 얻기 위해서 단위 전지의 개수가 늘어날 수 있다.

상기 단위 전지는 이차 전지로서, 충전 및 방전이 가능하다. 상기 단위 전지는 양극과 음극 사이에 분리판(separator)이 개재된 전극조립체가 전해액과 함께 전지 케이스에 밀봉된 것이다. 상기 전극조립체는 양극, 분리판 및 음극이 적층되어 형성(이하, 적층형)되거나, 적층된 후 권취되어 형성(이하, 권취형)될 수 있다. 상기 제1 단위 전지(150A)와 상기 제2 단위 전지(150B)는 형상과 구성이 동일하며, 구체적인 내부구성은 도 5 및 도 6을 참조하여 후술한다.

도 3을 참조하면 제1 단위전지(150A)와 제2 단위 전지(150B)는 적층되되 제1 단위 전지(150A)의 케이스 면과 제2 단위 전지(150B)의 케이스 면이 대향하도록 배치된다. 상기 제1 단위 전지의 케이스(140A)의 한 면에는 테두리에 실링부(142A)가 형성되고, 마찬가지로 상기 제2 단위 전지의 케이스(140B)의 한 면에도 테두리에 실링부(142B)가 형성되어 있다. 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지는 각 단위 전지의 실링부(142A, 142B)가 형성된 면의 반대면이 서로 대향하도록 적층된다.

다만 다른 실시예로서 단위 전지가 추가로 적층되는 경우, 예를 들어 제3 단위 전지를 더 포함하는 경우 제3 단위 전지는 실링부가 형성된 케이스 면이 제2 단위 전지의 실링부가 형성된 케이스 면과 대향하도록 적층될 수 있다. 그리고 또 다른 실시예로 제3 단위 전지와 제4 단위 전지를 더 포함하는 경우 제1 내지 제4 단위 전지가 모두 적층되되 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 상술한 바와 같이 적층되고, 제3 단위 전지는 실링부가 형성된 케이스 면이 제2 단위 전지의 실링부가 형성된 케이스 면과 대향하도록 적층되고, 제4 단위 전지는 실링부가 형성된 케이스 면의 반대 면이 상기 제3 단위 전지의 실링부가 형성된 케이스 면의 반대 면에 적층될 수 있다. 이러한 방식으로 복수의 단위 전지가 적층될 수 있다.

제1 단위 전지(150A)와 제2 단위 전지(150B)에는 각각 케이스 밖으로 양극 탭 및 음극 탭이 노출되어 있으며, 제1 단위 전지의 양극 탭(112A)과 음극 탭(113A)은 제1 단위 전지의 실링부(142A)를 통해 외부로 연장되고, 제2 단위 전지의 양극 탭(112B)과 음극 탭(113B)은 제2 단위 전지의 실링부(142B)를 통해 외부로 연장된다.

상기 양극 탭(112A, 112B)과 음극 탭(113A, 113B)은 각각 연결 단자(212A, 212B, 213A, 213B)에 삽입되어 고정된다. 이때 상기 양극 탭의 단부와 상기 음극 탭의 단부는 각각 거의 180도로 절곡되어 상기 연결 단자에 맞물린 형상으로 고정되어 있다. 상기 양극 탭 및 음극 탭과 연결 단자의 구체적인 연결관계는 후술한다.

적층된 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지 사이에는 접착층(350)이 구비되어 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지를 고정한다. 상기 접착층(350)은 사각 테두리 형상의 접착 테이프일 수 있으며, 사각 테두리의 크기는 제1 단위 전지와 제2 단위 전지가 서로 대향하는 면의 크기와 같거나 작다.

다만, 다른 실시예로서 접착층이 구비되지 않고 다른 수단에 의해 제1 단위 전지와 제2 단위 전지가 고정될 수도 있다. 예를 들어, 제1 단위 전지의 케이스(140A)와 제2 단위 전지의 케이스(140B)가 서로 후크와 같은 수단에 의해 결합되어 고정될 수도 있다.

회로기판은 상기 단위 전지와 전기적으로 연결되며, 플렉서블 기재층(220)과 리지드 기재층(230A, 230B)을 포함한다. 상기 플렉서블 기재층과 상기 리지드 기재층은 모두 절연물질로 이루어지고, 상기 플렉서블 기재층보다 상기 리지드 기재층이 더 딱딱하다. 따라서 상기 플렉서블 기재층이 상기 리지드 기재층보다 상대적으로 더 잘 휘어진다.

상기 플렉서블 기재층과 상기 리지드 기재층은 기결정된 폭을 갖는 판상체이며 상기 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장된다. 상기 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭은 상기 단위 전지의 길이방향으로 연장되므로 상기 플렉서블 기재층과 상기 리지드 기재층은 실질적으로 상기 단위 전지의 케이스의 폭방향으로 연장된다. 상기 회로기판은 상기 단위 전지의 양극 탭 및 음극 탭이 노출된 쪽에서 상기 제1 단위 전지의 실링부(142A)와 상기 제2 단위 전지의 실링부(142B) 사이에 배치된다. 따라서, 회로기판은 적어도 부분적으로 상기 제1 단위 전지의 실링부(142A)와 상기 제2 단위 전지의 실링부(142B)로 둘러싸이게 된다.

상기 플렉서블 기재층(220)에는 도전성 배선(미도시)이 형성되어 상기 단위 전지가 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 도전성 배선이 형성된 플렉서블 기재층은 공지의 플렉서블 인쇄회로기판일 수 있다. 그리고 상기 도전성 배선에 의해 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지가 직렬 연결되거나 병렬 연결될 수 있다. 이렇게 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지가 회로기판에 전기적으로 연결됨으로써 상기 제1 단위 전지와 상기 제2 단위 전지는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 단위 전지가 상기 플렉서블 기재층에 전기적으로 연결되는 하나의 실시예로서, 본 실시예에서는 상기 플렉서블 기재층에 복수의 연결 단자(212A, 212B, 213A, 213B)를 더 포함할 수 있다. 상기 연결 단자는 대체적으로 U형상으로 절곡된 도전성의 판상 부재이다. 상기 연결 단자의 너비는 적어도 상기 단위 전지의 양극탭 또는 음극 탭의 너비와 동일하거나 크게 형성될 수 있다.

상기 연결 단자가 절곡되면서 내측에 형성된 공간에는 대응되는 상기 단위 전지의 양극 탭의 단부 또는 음극 탭의 단부가 삽입되어 고정된다. 이때 상기 연결 단자에 삽입된 양극 탭 또는 상기 연결 단자에 삽입된 음극 탭을 더욱 견고하게 고정하기 위해서 용접부나 납땜부가 더 형성될 수도 있다. 상기 용접부는 레이저 용접 등에 의해 형성될 수 있다.

상기 복수의 연결 단자는 제1 양극 연결단자(212A), 제1 음극 연결단자(213A), 제2 양극 연결단자(212B), 제2 음극 연결단자 (213B)를 포함한다. 상기 제1 양극 연결단자(212A)는 제1 단위 전지의 양극 탭(112A)을 상기 회로기판에 고정하며, 상기 제1 음극 연결단자(213A)는 제1 단위 전지의 음극 탭(113A)을 상기 회로기판에 고정한다. 마찬가지로, 상기 제2 양극 연결단자(212B)는 제2 단위 전지의 양극 탭(112B)을 상기 회로기판에 고정하며, 상기 제2 음극 연결단자(213B)는 제2 단위 전지의 음극 탭(113B)을 상기 회로기판에 고정한다.

본 실시예에서는 연결 단자가 거의 180도로 절곡된 판상으로 형성되나, 상기 복수의 연결 단자의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 연결 단자는 평평한 판상으로 형성될 수도 있고, 일면이 개구된 캡 형상으로 형성될 수도 있으며 기타 공지된 연결 단자로서 배터리의 전극 탭을 회로 기판과 전기적으로 연결할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한 본 실시예에서는 연결 단자를 통해 상기 단위 전지가 상기 회로 기판에 전기적으로 연결되나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예로서 상기 연결 단자 없이 상기 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭이 직접 회로 기판의 도전성 배선에 납땜 등으로 연결될 수도 있다.

상기 복수의 연결 단자는 상기 플렉서블 기재층에 고정되어 상기 도전성 배선에 전기적으로 연결된다. 상기 이하에서는 설명의 편의상 플렉서블 기재층에서 상기 연결 단자가 고정된 면을 단자 설치면으로 지칭하기로 한다.

본 실시예는 제어기능을 수행하는 회로를 구현하기 위해 상기 플렉서블 기재층에 실장된 복수의 회로소자를 더 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 복수의 회로소자(251,252,253)는 상기 단자 설치면에 실장되며, 상기 복수의 연결 단자(212A, 212B, 213A, 213B)가 배치되고 남은 공간에 배치된다. 상기 복수의 회로소자는 플렉서블 기재층의 전도성 배선에 의해 전기적으로 연결되어 상기 회로를 구성한다. 또한 상기 복수의 회로소자는 상기 플렉서블 기재층에 형성된 도전성 배선을 통해 상기 제1 및 제2 단위 전지와 전기적으로 연결되어 제어기능을 수행하게 된다.

상기 제어기능으로는, 상기 단위 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 복수의 회로소자(251,252,253) 중 적어도 하나의 소자는 상기 단위 전지의 보호회로를 구성할 수 있다. 보호회로란, 상기 단위 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 복수의 회로 소자(251,252,253)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 플렉서블 기재층에는 전지 팩을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 커넥터(255)가 더 구비될 수 있다. 상기 커넥터를 통해 상기 전지 팩에서 외부기기로 전력이 공급될 수 있다. 또한 상기 커넥터를 통해 외부에서 상기 전지 팩으로 전력이 공급되어 상기 제어기능을 수행하는 회로가 작동되거나 상기 단위 전지(150)가 충전될 수 있다. 다만, 상기 회로는 상기 단위 전지(150)로부터 전력을 공급받아 작동될 수도 있음은 물론이다.

상기 회로 기판(220, 230A, 230B)에 상술한 바와 같이 상기 복수의 회로 소자(251, 252, 253), 상기 커넥터(255), 상기 복수의 연결 단자(212A, 212B, 213A, 213B)가 각각 실장되어 제어모듈(200)을 구현할 수 있다. 상기 제어모듈(200)은 상기 단위전지와 전기적으로 연결되어 상기 단위 전지의 관리과 관련된 제어를 수행하는 모듈이며, 제어 회로는 상술한 바와 같다. 다만 상기 제어모듈의 다른 실시예로서 상기 연결 단자를 포함하지 않고 구성될 수도 있다.

도 3을 참조하여 상기 플렉서블 기재층의 형상을 상세하게 설명한다. 상기 플렉서블 기재층(220)은 상기 단위 전지의 폭 방향으로 연장되되 한번 휘어진 판상의 기판이다. 다만 상기 플렉서블 기재층이 휘어지는 횟수는 상기 단위 전지의 개수가 증가하면 변동될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예로서 제1 내지 제3 단위 전지를 포함하는 경우, 상기 플렉서블 기재층은 두 번 휘어질 수 있고, 또 다른 실시예로 제1 내지 제4 단위 전지를 포함하는 경우 세 번 휘어질 수 있다.

상기 플렉서블 기재층(220)의 휘어진 부분을 이하에서는 절곡부(221)라고 지칭하기로 한다. 상기 절곡부(221)는 기판이 거의 180도로 접히면서 형성된 U 형상의 곡면 형상이다. 다만, 상기 절곡부(221)는 반드시 곡면 형상으로 형성될 필요는 없으며 180도로 절곡되되 하나 또는 두 개의 각진 모서리가 형성될 수도 있다.

상기 절곡부(221)에는 절개부가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 절곡부(221)의 너비방향 양 테두리에 각각 대략적인 반원 형상의 절개부(222)가 형성되어 상기 절곡부(221)의 폭이 부분적으로 좁아졌다가 다시 넓어진다. 다만, 상기 절곡부(221)에 절개부가 형성되는 위치는 이에 한정되지 않고 상기 절곡부(221)의 너비방향 중간 부분에 관통공과 같은 절개부가 형성될 수도 있다. 상기 절개부에 의해 상기 플렉서블 기재층을 부분적으로 용이하게 절곡할 수 있다. 다만, 상기 절곡부(221)는 다른 실시예로서 상기 절개부가 형성되지 않을 수도 있다.

상기 플렉서블 기재층(220)은 상기 절곡부(221)의 양단에서 각각 연장되되 서로 이격된 상태로 중첩되도록 연장되는 제1 및 제2 평탄부(227, 226)를 더 포함한다. 상기 제1 및 제2 평탄부(227, 226)는 각각 상기 단위 전지의 폭방향으로 연장되며, 단자 실장면이 상기 단위 전지의 실링부에 대향하도록 배치된다.

상기 제1 평탄부(227)에는 상기 제1 양극 연결단자와 상기 제1 음극 연결단자를 통해 제1 단위 전지의 양극 탭(112A) 및 음극 탭(113A)이 각각 고정된다. 상기 제1 양극 연결단자(212A)와 제1 음극 연결단자(213A)는 상기 제1 평탄부의 단자 실장면에 고정되되, 상기 제1 단위 전지의 양극 탭(112A)과 음극 탭(113A)이 이격된 거리 정도로 이격되어 고정된다. 마찬가지로 상기 제2 평탄부(226)에는 상기 제2 양극 연결단자와 상기 제2 음극 연결단자를 통해 제2 단위 전지의 양극 탭(112B) 및 음극 탭(113B)이 각각 고정된다.

상기 제1 평탄부(227)는 단자 실장면이 상기 제1 단위 전지의 실링부(142A)를 향하고 상기 제1 평탄부(227)의 단자 실장면의 반대 면이 상기 제2 평탄부(226)를 향하도록 배치된다. 다만 상기 제1 평탄부(227)의 단자 실장면의 반대면에는 리지드 기재층이 적층되는데 이는 후술한다.

상기 제2 평탄부(226)는 단자 실장면이 상기 제2 단위 전지의 실링부(142B)를 향하고 상기 제2 평탄부(226)의 단자 실장면의 반대면이 상기 제1 평탄부(227)를 향하도록 배치된다. 다만 상기 제2 평탄부(226)의 단자 실장면의 반대면에는 리지드 기재층이 적층되는데 이는 후술한다.

상기 리지드 기재층(230A, 230B)은 제1 리지드 기재층(230A)과 제2 리지드 기재층(230B)을 포함한다. 상기 제1 리지드 기재층(230A)은 상기 제1 평탄부(227)에 적층되어 상기 제1 평탄부의 형상을 평탄하게 유지하고, 상기 제2 리지드 기재층(230B)은 상기 제2 평탄부(226)에 적층되어 상기 제2 평탄부의 형상을 평탄하게 유지한다.

설명의 편의를 위해 도 7 및 도 8에 단위 전지와 조립되기 전의 제어모듈(200)을 도시하였다. 도 7은 회로기판의 단자 실장면이 보이도록 도시한 것이고, 도 8은 회로기판의 단자 실장면의 반대면이 보이도록 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 복수의 연결단자(212A, 213A, 212B, 213B)는 대략 90도로 꺽인 리브 형상으로 상기 단위 전지의 양극 탭이나 음극 탭이 고정되기 전의 형상이다. 상기 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭이 각각 대응되는 연결 단자에 안착된 후에 상기 연결단자가 상기 양극 탭의 단부와 음극 탭의 단부를 각각 감싸도록 대략 90도로 더 꺽여 상기 양극 탭과 상기 음극 탭을 고정한다. 상기 단위 전지의 양극 탭이나 음극 탭을 고정하고 있는 연결 단자의 최종 형상은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.

도 7과 도 8을 참조하면, 플렉서블 기재층(220)은 단일의 기재층으로 형성되되 상기 단위 전지와 조립된 상태에서 절곡되는 부분인 절곡부(221)와 상기 단위 전지와 조립된 상태에서 평평한 부분인 제1 및 제2 평탄부(227, 226)을 포함한다. 상기 플렉서블 기재층(220)은 길이가 상기 제1 단위 전지의 너비와 상기 제2 단위 전지의 너비를 합한 정도가 되도록 연장된다.

다만 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 플렉서블 기재층(220)의 길이는 적어도 상기 제1 단위 전지의 양극 탭(112A) 및 음극 탭(113A)과 상기 제2 단위 전지의 양극 탭(112B) 및 음극 탭(113B)을 모두 지나는 길이로 연장된다. 그리고 플렉서블 기재층(220)에 실장되는 회로 소자 및 커넥터의 배치에 따라 상기 프렉서블 기재층이 연장되는 길이가 변경될 수 있으며 예를 들어 상기 제1 및 제2 단위 전지의 폭의 합보다 더 길어질 수 있다.

상기 제1 리지드 기재층(230A)은 상기 제1 평탄부(227)와 동일한 길이로 형성되고 상기 제2 리지드 기재층(230B)은 상기 제2 평탄부(226)와 동일한 길이로 형성된다. 그러나 상기 리지드 기재층과 대응하는 평탄부의 연장되는 길이가 반드시 동일할 필요는 없다.

상기 제1 리지드 기재층(230A)은 다른 실시예로서 상기 제1 평탄부의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 리지드 기재층(230A)은 적어도 제1 단위 전지의 제1 양극 탭(112A)와 제1 음극 탭(113A) 사이의 거리보다는 길고 상기 제1 평탄부보다는 짧게 연장될 수 있다. 마찬가지로 제2 리지드 기재층(230B)은 적어도 제2 단위 전지의 제2 양극 탭(112B)과 제2 음극 탭(113B) 사이의 거리보다는 길고 상기 제2 평탄부보다는 짧게 연장될 수 있다.

즉, 다른 실시예에 따른 상기 제1 리지드 기재층은 제1 양극 연결단자(212A) 및 제1 음극 연결단자(213A)와 적어도 일부분이 중첩되어 상기 연결단자(212A, 213A)가 상기 제1 리지드 기재층에 의해 충분히 지지되도록 한다. 마찬가지로 다른 실시예에 따른 상기 제2 리지드 기재층은 제2 양극 연결단자(212B) 및 제2 음극 연결단자(213B)와 적어도 일부분이 중첩되어 상기 연결단자(212B, 213B)가 상기 제2 리지드 기재층에 의해 충분히 지지되도록 한다.

상기 제1 리지드 기재층(230A)은 제1 리지드 베이스(231A)를 포함한다. 상기 제1 리지드 베이스는 상기 제1 리지드 기재층의 몸체에 해당한다. 상기 제1 리지드 베이스(231A)에는 상기 제1 리지드 기재층 쪽에서 상기 연결단자에 접근할 수 있도록 상기 연결 단자의 일부분을 노출시키는 복수의 홈(232A, 233A)이 형성된다.

상기 제2 리지드 기재층(230B)은 제2 리지드 베이스(231B)를 포함한다. 상기 제2 리지드 베이스는 상기 제2 리지드 기재층의 몸체에 해당하며, 상기 제1 리지드 베이스와 마찬가지로 복수의 홈(232B, 233B)이 형성된다.

상기 제1 리지드 베이스와 상기 제2 리지드 베이스는 각각 제1 평탄부와 제2 평탄부를 평평하게 지지하기 충분한 두께로 형성된 판상체이며, 배선패턴은 인쇄되어 있지 않다. 그러나 상기 회로기판은 이에 한정되지 않으며 상기 회로기판이 다른 실시예로서 공지의 리지드 플렉서블 인쇄회로기판(RF PCB)으로 구비되는 경우 상기 리지드 기재층에 도전성 배선이 구비될 수도 있다.

도 5 및 도 6은 상기 단위 전지의 일 실시예로서 파우치형 케이스에 밀봉된 전극조립체를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 단위 전지(150)는 전지 케이스(140) 및 상기 전지 케이스에 전해액과 함께 밀봉되는 전극 조립체(110)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 전극조립체(110)는 양극판, 분리판 및 음극판이 차례로 적층된 후 권취되어 형성된다. 상기 양판은 양극으로 기능하고, 상기 음극판은 음극으로 기능한다. 또한 상기 전극 조립체는 상기 전지 케이스 외부로 연장되는 전극탭(111)을 포함하며, 상기 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 전극 탭(111)에 의해 상기 단위 전지에서 발생한 전기화학적 에너지가 외부로 전달할 수 있다.

상기 전지 케이스(140)는 전극조립체(110)를 감싸는 부재로서 제1 부케이스(140a) 및 제2 부케이스(140b)를 포함한다. 이때, 제1 부케이스(140a)에는 전극조립체(110)를 수납하는 공간인 수납부(141)가 형성되고 제2 부케이스(140b)는 제1 부케이스(140a)를 덮도록 구현될 수 있다. 따라서, 수납부(141)는 전극조립체(110)의 형태 및 크기에 대응하도록 구비될 수 있는데, 예를 들어 평판에서 이음부 없이 중공 용기를 만드는 딥드로잉(deep drawing) 공정을 통하여 수납부(141)를 제작할 수 있을 것이다.

상기 단위 전지(150)는 상기 전극 조립체(110)와 전해액을 상기 수납부(141)에 구비시키고, 제1 부케이스(140a)와 제2 부케이스(140b)를 서로 밀착시킨 상태에서 제1 부케이스(140a)의 가장자리(142a)와 제2 부케이스(140b)의 가장자리(142b)를 열융착시켜 실링부(142)를 형성함으로써 제작될 수 있다. 이때, 전극조립체(110)의 전극탭(111)은 실링부(142)를 통하여 상기 전지 케이스 밖으로 연장된다.

도 6을 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.

전극 탭(111)에는 절연을 위한 필름(114)이 더 구비되어 상기 전극 탭(111)과 상기 전지 케이스(140) 사이를 절연할 수 있다. 상기 필름(114)은 실링부(142)에 안착되도록 구비될 수 있으며, 전기적 부도체로 이루어져 전극탭(111)과 금속층(144)의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 필름(114)은 실링부(142)와 유사한 물질로 이루어져 실링부(142)가 완전히 열융착되도록 보조할 수 있다. 따라서 상기 필름에 의해 금속으로 이루어진 전극탭(111)이 실링부(142)와 완벽하게 밀착되어 전지케이스(140)의 밀폐력이 강화된다. 또한 상기 필름(114)은 전극탭(111)의 절곡에 따라 함께 절곡될 수 있다.

도 5 및 도 6을 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.

이하에서는 본 실시예에 구비되는 복수의 절연부재(250, 310)와 라벨(330)을 상세하게 설명한다. 복수의 절연부재는, 상기 제어모듈(200)을 주변부로부터 절연하는 제1 절연부재(250)와 제2절연부재(310)를 포함한다.

제1절연부재(250)는 단위전지의 양극 탭 및 음극 탭과 각각 연결된 제어모듈(200)을 둘러싸 절연하는 부재이다. 상기 제1절연부재는 절연테이프일 수 있다. 상기 제1 절연부재(250)는 특히 상기 단위전지(150A, 150B)와 상기 제어모듈(200) 사이에 배치된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1절연부재(250)는 제어 모듈의 단자 실장면과 제1 및 제2 리지드 베이스(231A, 231B)가 적층된 면을 모두 덮는다. 따라서 제1절연부재(250)는 상기 제1 단위 전지의 실링부(142A)와 제1 양극 및 음극 연결단자(212A, 213A) 사이에 배치되어 상기 연결단자(212A, 213A)가 상기 실링부(142A) 및 상기 실링부에서 노출된 양극 탭 및 음극 탭의 부분과 접촉되지 않도록 한다. 마찬가지로 상기 제1절연부재는 상기 제2 단위 전지의 실링부(142B)와 제2 양극 및 음극 연결단자(212B, 213B) 사이에 배치되어 상기 연결단자(212B, 213B)가 상기 실링부(142B) 및 상기 실링부에서 노출된 양극 탭과 음극 탭의 부분과 접촉되지 않도록 한다.

또한 상기 제1 절연부재(250)는 상기 제어모듈(200)이 상기 단위 전지의 케이스에 면한 부분을 모두 둘러싸 케이스(140A, 140B)에 상기 제어모듈(200)이 접촉되는 것을 방지한다. 도 4를 참조하면, 상기 제1 절연부재(250)는 상기 제어모듈(200)과 상기 단위 전지의 케이스(140A, 140B) 사이를 완전히 가로막도록 그 사이를 가로질러 배치된다. 따라서 상기 제1 절연부재에 의해 상기 제어모듈이 상기 단위 전지와 면한 부분이 모두 절연된다.

제2 절연부재(310)는 상기 제어모듈(200)가 외부와 절연되도록 한다. 도 1을 참조하면, 상기 제2 절연부재(310)는 상기 제어 모듈(200)을 완전히 감싸고, 상기 제어 모듈이 설치되는 부분의 제1 및 제2 단위 전지의 케이스 외면을 덮도록 연장된다. 상기 제2 절연부재(310)에는 상기 커넥터(255)를 전지 팩 외부로 노출시키기 위한 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공을 통해 커넥터(255)가 전지 팩 밖으로 연장된다. 상기 제2 절연부재(310)는 절연테이프일 수 있다.

라벨(330)은 적층된 제1 및 제2 단위 전지의 외면을 대부분 감싸는 테이프로, 그 위에 일련번호 등을 표시할 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 11을 참조하여 상기 전지 팩의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 도 9를 참조하면, 상기 제1 및 제2 단위 전지(150A, 150B)는 전극 탭이 같은 방향으로 배열되도록 서로 나란하게 배치되고, 상기 제어모듈(200)이 펼쳐진 상태에서 상기 단위 전지와 연결된다.

복수의 연결 단자(212A, 212B, 213A, 213B)에 대응되는 단위 전지의 양극 및 음극 탭(112A, 112B, 113A, 113B)이 배치되면, 상기 연결 단자는 상기 전극 탭을 향해 거의 90도로 절곡된다. 그리고 상기 연결단자와 상기 전극 탭은 저항용접 등의 방법으로 견고하게 고정될 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 복수의 연결단자에 상기 전극 탭이 고정된 후 제1절연부재(250)가 상기 제어모듈(200)의 단자 실장면과 상기 리지드 기재층이 적층된 면과 양 단부를 감싼다. 도 10을 참조하면, 상기 제1절연부재가 부착된 제어모듈(200)은 1번 화살표처럼 상기 단위 전지를 향해 180도로 접히면서 제1 단위 전지의 실링부(142A)와 제2 단위 전지의 실링부(142B)에 중첩되도록 배치된다. 도 10d에 도시된 제어모듈은 1번 화살표 방향으로 접힌 상태이다. 그 후 제1 단위 전지(150A)를 2번 화살표처럼 제2 단위 전지(150B)를 향해 180도로 회전시켜 상기 제2 단위 전지에 적층한다.

도 10에서는 상기 제2 단위 전지(150B)에 접착층(350)이 형성되어 있으나 이에 한정되지 않은 것은 상술하였다. 2번 화살표처럼 회전하면서 상기 제1 단위전지와 상기 제2 단위 전지가 적층된 후 도 11과 같이 제2 절연부재(310)가 제어모듈(200)이 설치된 부분을 완전히 감싼다.

그 후에 도 1에 도시된 바와 같이 라벨(330)이 적층된 단위 전지를 감싸 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩이 제조 가능하다.

150 : 단위 전지, 150A, 150B : 제1 및 제2 단위 전지
220 : 플렉서블 기재층
230A, 230B : 제1 및 제2 리지드 기재층
250 : 제1 절연부재, 310 : 제2 절연부재

Claims

중첩된 적어도 두 개의 단위 전지; 및
상기 단위 전지가 전기적으로 연결되고, 적어도 한번 휘어진 회로기판;을 포함하고,
상기 회로기판은,
적어도 하나의 절곡부를 포함하는 플렉서블 기재층; 및
상기 플렉서블 기재층에 적층되고, 상기 플렉서블 기재층보다 딱딱한 리지드 기재층;을 포함하는
전지 팩.
제 1항에 있어서,
상기 회로기판에 실장되고 상기 단위 전지와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 소자;를 더 포함하는
전지 팩.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 회로 소자는,
상기 단위 전지의 과충전 또는 과방전을 방지하는 회로를 구성하는 적어도 하나의 소자를 포함하는
전지 팩.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 회로 소자는, 상기 리지드 기재층이 적층된 면의 반대 면에서 상기 플렉서블 기재층에 고정되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 플렉서블 기재층에 실장되고 상기 단위 전지와 전기적으로 연결되는 복수의 연결단자;를 더 포함하고,
상기 연결단자는, 상기 리지드 기재층이 적층된 면의 반대 면에서 상기 플렉서블 기재층에 고정되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 5항에 있어서,
상기 단위 전지는, 단위 전지의 케이스 밖으로 연장되어 상기 복수의 연결단자 중 하나에 고정되는 음극 탭 및 상기 복수의 연결단자 중 또 다른 하나에 고정되는 양극 탭을 포함하는
전지 팩.
제 5항에 있어서,
상기 플렉서블 기재층과 상기 리지드 기재층은, 상기 복수의 연결단자와 중첩되는 부분에 홈이 형성되어 상기 연결단자가 상기 리지드 기재층에서 노출되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 1항에 있어서,
상기 단위 전지는, 단위 전지의 케이스 밖으로 연장되어 상기 회로 기판에 고정되는 양극 탭 및 음극 탭을 포함하고,
상기 리지드 기재층은, 상기 양극 탭과 상기 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장되는
전지 팩.
제 8항에 있어서,
상기 리지드 기재층은, 상기 양극 탭이나 상기 음극 탭이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 1항에 있어서,
상기 절곡부는, 상대적으로 너비가 줄어드는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 단위 전지는, 제1 및 제2 단위 전지를 포함하고,
상기 플렉서블 기재층은, 상기 절곡부의 양단에서 각각 연장되고 서로 이격된 상태로 중첩되는 제1 및 제2 평탄부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 11항에 있어서,
상기 리지드 기재층은, 제1 평탄부에 적층되는 제1 리지드 베이스 및 제2 평탄부에 적층되는 제2 리지드 베이스를 포함하는
전지 팩.
제 12항에 있어서,
상기 제1 리지드 베이스는 상기 제1 평탄부와 동일한 방향으로 연장되고, 상기 제2 리지드 베이스는 상기 제2 평탄부와 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 13항에 있어서,
상기 제1 리지드 베이스는, 제1 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 제1 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장되고,
상기 제2 리지드 베이스는, 제2 단위 전지의 양극 탭과 음극 탭 사이의 거리보다는 크고 상기 제2 단위 전지의 너비보다는 작거나 같은 길이로 연장되는 것을 특징으로 하는
전지 팩.
제 12항에 있어서,
상기 제1 리지드 베이스와 상기 제2리지드 베이스는 서로 분리된 것을 특징으로 하는
전지 팩.