KR20200124552A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20200124552A
KR20200124552A KR1020190048022A KR20190048022A KR20200124552A KR 20200124552 A KR20200124552 A KR 20200124552A KR 1020190048022 A KR1020190048022 A KR 1020190048022A KR 20190048022 A KR20190048022 A KR 20190048022A KR 20200124552 A KR20200124552 A KR 20200124552A
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박상훈
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 보호회로 모듈과 배터리 셀들이 프레임에 장착된 상태에서 레이저 용접되므로 핸들링이 용이할 수 있으며, 회로 기판의 기판 관통홀과, 프레임의 프레임 관통홀을 통해 레이저 용접 이상 여부를 확인할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 회로 기판과, 회로 기판의 상면에 장착된 양극 탭 접속부와 음극 탭 접속부로 이루어진 탭 접속부를 포함하며, 탭 접속부의 하부에 위치한 회로 기판에 상면과 하면 사이를 관통하는 기판 관통홀이 구비된 보호회로 모듈과, 일단부로 돌출되며 양극과 음극 극성을 각각 갖는 양측 전극탭이 양극 탭 접속부와 음극 탭 접속부의 상면에 각각 접촉되어, 상부 방향에서 레이저가 조사되어 탭 접속부와 용접된 배터리 셀 및, 보호회로 모듈이 수용되는 모듈 안착부와, 배터리 셀이 수용되는 셀 안착부를 구비하는 프레임을 포함하며, 프레임의 모듈 안착부에는 하면이 구비되고, 하면으로 부터 상부 방향으로 연장된 리드의 상부에 보호회로 모듈이 안착되며, 프레임의 하면에는 기판 관통홀과 대응되는 크기 및 위치에 프레임 관통홀이 더 구비되어 탭 접속부의 하면을 하부로 노출시킬 수 있는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명의 다양한 실시예는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 노트북, 미니 노트북, 넷북, 모바일 컴퓨터, UMPC(Ultra Mobile Personal Computer) 및 PMP(Portable Multimedia Player)와 같은 전자 장치는 이동형 전원으로서 다수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 이루어진 배터리 팩을 이용한다. 이러한 배터리 팩은 과충전, 과방전 및/또는 과전류로부터 배터리 셀을 보호하기 위한 보호회로모듈(PCM: protective circuit module)을 포함하며, 상기 배터리 셀 및 보호회로모듈은 케이스에 함께 내장될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 보호회로 모듈과 배터리 셀들이 프레임에 장착된 상태에서 레이저 용접되므로 핸들링이 용이할 수 있으며, 회로 기판의 기판 관통홀과, 프레임의 프레임 관통홀을 통해 레이저 용접 이상 여부를 확인할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 회로 기판과, 상기 회로 기판의 상면에 장착된 양극 탭 접속부와 음극 탭 접속부로 이루어진 탭 접속부를 포함하며, 상기 탭 접속부의 하부에 위치한 상기 회로 기판에 상면과 하면 사이를 관통하는 기판 관통홀이 구비된 보호회로 모듈과, 일단부로 돌출되며 양극과 음극 극성을 각각 갖는 양측 전극탭이 상기 양극 탭 접속부와 상기 음극 탭 접속부의 상면에 각각 접촉되어, 상부 방향에서 레이저가 조사되어 상기 탭 접속부와 용접된 배터리 셀 및, 상기 보호회로 모듈이 수용되는 모듈 안착부와, 상기 배터리 셀이 수용되는 셀 안착부를 구비하는 프레임을 포함하며, 상기 프레임의 상기 모듈 안착부에는 하면이 구비되고, 상기 하면으로 부터 상부 방향으로 연장된 리드의 상부에 상기 보호회로 모듈이 안착되며, 상기 프레임의 하면에는 상기 기판 관통홀과 대응되는 크기 및 위치에 프레임 관통홀이 더 구비되어 상기 탭 접속부의 하면을 하부로 노출시킬 수 있다.
상기 리드는 상하 방향으로 연장되어 상기 프레임 관통홀을 중심으로 양측에서 상기 회로 기판의 하면과 접촉된 양측 지지부를 포함할 수 있다.
상기 리드는 상기 양측 지지부 사이를 연결하며, 상기 기판 관통홀을 중심으로 전후방향을 따라 연장된 추가 지지부를 더 포함하며, 상기 추가 지지부가 상기 회로 기판의 하면과 접촉될 수 있다.
상기 양측 지지부의 측방향 폭인 두께와, 상기 추가 지지부의 전후방향 폭인 두께는 0.3mm 내지 1.4mm 중 어느 하나일 수 있다.
상기 양측 지지부 사이의 이격 거리는 0.8mm 내지 5mm 중 어느 하나일 수 있다.
상기 양측 전극탭과 상기 탭 접속부에 상기 레이저가 조사하여 용접된 레이저 용접점과 상기 양측 지지부 사이의 이격 거리와, 상기 레이저 용접점과 상기 추가 지지부 사이의 이격 거리는 0 내지 0.4mm 중 어느 하나일 수 있다.
상기 레이저 용접점은 측방향으로 이격되며 서로 대칭되도록 2개가 위치하고, 두 개의 레이저 용접점의 중심으로 부터의 거리인 용접점 피치는 0.1mm 내지 1mm 중 어느 하나일 수 있다.
상기 기판 관통홀과 상기 프레임 관통홀의 전후방향의 크기는 0.4mm 내지 5mm 중 어느 하나로, 서로 동일할 수 있다.
상기 배터리 셀은 측면이 서로 접촉되도록 다수개가 상기 셀 안착부 내에 배치되며, 상기 프레임의 전방벽을 따라 측방향으로 연장된 판형상의 상기 보호회로 모듈은 전후방향으로 상기 프레임의 전방벽과, 상기 셀 안착부 사이의 상기 모듈 안착부에 안착될 수 있다.
상기 보호회로 모듈은 상기 다수의 배터리 셀의 양측 전극탭과 각각 전기적으로 접속되기 위한 다수의 탭 접속부가 상기 다수의 배터리 셀의 양측 전극탭들과 대응되는 위치의 상기 회로기판의 상면에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 보호회로 모듈과 배터리 셀들이 프레임에 장착된 상태에서 레이저 용접되므로 핸들링이 용이할 수 있으며, 회로 기판의 기판 관통홀과, 프레임의 프레임 관통홀을 통해 레이저 용접 이상 여부를 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 보호회로 모듈의 탭 접속부의 상면에 배터리 셀의 양측 전극탭이 중첩하도록 접촉된 상태에서, 상기 양측 전극탭의 상부방향에서 레이저에 의해 용접하고 회로 기판의 기판 관통홀과, 프레임의 프레임 관통홀을 통해 탭 접속부의 하면에서 용접 이상 여부를 확인할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도와, 분해 사시도이다.
도 2는 도 1b에 도시된 배터리 팩에서 배터리 셀들과, 보호회로 모듈 및 프레임의 결합을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 3부분을 확대 도시한 확대 사시도이다.
도 4는 도 3의 4-4선을 절단한 단면 사시도이다.
도 5는 도 1b에 도시된 배터리 셀을 확대 도시한 저면 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 배터리 셀들과, 보호회로 모듈 사이가 용접된 후, 도 2의 3부분을 확대 도시한 투과 평면도 및 저면도의 일예이다.
도 7은 배터리 셀들과, 보호회로 모듈 사이가 용접된 후, 도 2의 3부분을 확대 도시한 투과 평면도의 다른 예이다.
도 8은 도 7의 8-8선을 절단한 단면 사시도이다.
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"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
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.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도와, 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결된 보호회로 모듈(120), 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120)을 함께 수용하는 프레임(130) 및, 배터리 셀(110),보호회로 모듈(120) 및 프레임(130)을 감싸는 커버(140)를 포함할 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 도 1b에 도시된 배터리 팩에서 배터리 셀(110)과, 보호회로 모듈(120)이 프레임(130)에 결합된 결합 평면도가 도시되어 있고, 도 3을 참조하면, 도 2의 3부분을 확대 도시한 확대 사시도가 도시되어 있으며, 도 4를 참조하면 도 3의 4-4선을 절단한 단면 사시도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1a 내지 도 1b에 도시된 배터리 팩(100)을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하고자 한다.
이하에서는 도면에 도시된 제1방향(x), 제2방향(y) 및 제3방향(z)은 배터리 팩(100)의 배치에 따라 서로 변경 가능한 것으로, 설명의 편의를 위해 제1방향(x), 제2방향(y) 및 제3방향(z)을 각각 측방향(x)과, 전후방향(y) 및 상하방향(z)으로 설명하고자 한다.
우선 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시)와 전해질(미도시)이 케이스(111)의 내부에 수용될 수 있다. 여기서 전극 조립체는 양극판과 음극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 적층하거나, 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수 있다. 전극 조립체는 전해질과 함께 케이스(111)의 내부에 수용된 후, 밀봉될 수 있다. 이와 같이 형성된 배터리 셀(110)은 파우치형 케이스(111)내에 전극조립체가 수용된 파우치형 이차전지일 수 있다. 이와 같은 배터리 셀(110)은 전방면으로부터 돌출되고 음극판과 전기적으로 접속된 음극탭(112)과, 상기 음극탭(112)로부터 일정간격 이격되며 전방면으로부터 외측으로 돌출되고 양극판과 전기적으로 접속된 양극탭(113)을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 1b에 도시된 배터리 팩이 배터리 셀(110)의 저면 사시도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)은 음극탭(112)과 양극탭(113)이 케이스(111)에 구비된 평탄부(111a)를 통해 외부로 연장 및 돌출될 수 있다.
상기 케이스(111)는 직방형 파우치 막을 측방향(x)을 기준으로 접철한 상부 파우치와 하부 파우치로 이루어질 수 있다. 또한 케이스(111)는 상부 파우치와 하부 파우치를 융착 및 접착하여 형성된 평탄부(111a)와 접합부(111b)를 포함할 수 있다.
상기 접합부(111b)는 케이스(111)의 양쪽 측부에서 측방향(x)을 따라 일정길이 연장된 부분을 의미하며, 상부 파우치 방향으로 절곡되어 테이프(110x)에 의해 케이스(111)의 측부에 접착 및 고정될 수 있다.
상기 평탄부(111a)는 배터리 셀(110)의 전후방향(y)을 따라 외측방향으로 연장된 부분으로, 일정길이 평탄 되게 연장된 부분을 의미한다. 또한 평탄부(111a)는 양극탭(113)과 음극탭(112)이 돌출된 부분일 수 있다. 또한 케이스(111)와 양극탭(113) 사이와, 케이스(111)와 음극탭(112) 사이에는 절연을 위한 절연테이프(112a, 113a)가 더 개재될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은 양극탭(113)이 상부 및 평탄부(111a) 방향으로 2회 절곡되어, 평탄부(111a)와 평행할 수 있다. 또한 평탄부(111a)와 평행한 양극탭(113)의 끝단은 온도 소자(114)와 전기적으로 접속될 수 있다. 여기서 온도 소자(114)는 평탄부(111a)의 상부에 위치할 수 있다. 또한 온도 소자(114)는 TCO(Temperature CutOff,114a)와 TCO(114a)를 중심으로 양측에 각각 전기적으로 접속된 제1탭(114b)과 제2탭(114c)을 포함할 수 있다. 여기서, TCO(114a)는 배터리 셀(110)의 온도가 기준치를 초과하여 증가할 경우, 전류를 차단하는 퓨즈로서 동작할 수 있다. 여기서 온도 소자(114)는 제1탭(114b)이 양극탭(113)과 접촉 및 결합될 수 있고, 제2탭(114c)이 금속판인 리드 플레이트(115)와 접촉 및 결합될 수 있다. 여기서 제1탭(114b) 및 제2탭(114c)은 금속 또는 그 등가물일 수 있다. 즉, 양극탭(113)과 리드 플레이트(115) 사이에는 온도 소자(114)가 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에서 온도 소자(114)는 배터리 셀(110)에 접속된 구성으로 도시하였으나, 온도 소자(114)는 보호회로 모듈(120)에 구비될 수 있다. 이때, 배터리 셀(110)은 양극탭(113)과 음극탭(112)이 각각 보호회로 모듈(120)에 전기적으로 접속될 수 있다.
여기서 리드 플레이트(115)는 평탄부(111a)로부터 전후방향(y)을 따라 외측으로 연장됨으로써, 음극탭(112)과 대략 평행하게 배치된다. 여기서 리드 플레이트(115)는 금속 또는 그 등가물로 형성될 수 있다. 상기 리드 플레이트(115)는 온도 소자(114)를 통해 양극탭(113)과 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 온도 소자(114)와 양극탭(113)은 평탄부(111a)와 함께 절연테이프(116)에 의해 감싸져, 케이스(111)의 평탄부(111a)에 고정됨과 동시에 전기적으로 보호될 수 있다. 또한 리드 플레이트(115)와 음극탭(112)은 보호회로 모듈(120)에 용접되어, 보호회로 모듈(120)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 음극탭(112)과 리드 플레이트(115)를 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)으로 지칭하고자 한다.
또한 도 5에 도시된 배터리 셀(110)은 온도 소자(114)가 평탄부(111a)의 하부에 위치하도록 상하부가 반전되어, 프레임(130) 내에 장착될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은 프레임(130)에서 셀 안착부(130a)내에 안착될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은 다수개가 서로 측면이 인접한 상태로 배치되도록 프레임(130)내에 장착될 수 있다. 이때 배터리 셀(110)은 접합부(111b)가 테이프(110x)에 의해 배터리 셀(110)의 측부에 고정되어, 프레임(130) 내부에 취출이 용이할 수 있다. 또한 배터리 셀(110)들은 프레임(130)내에 장착된 후, 핸들링이 용이하도록 양측에 인접한 배터리 셀(110)과, 상면에 테이프(110y)를 통해 접착되어, 결합 및 고정될 수 있다. 여기서 배터리 셀(110)의 양측면은 배터리 셀(110)을 중심으로 양측 접합부(111b)가 테이프(110x)에 의해 고정된 면으로, 전후방향(y)을 따라 연장된 면일 수 있다. 또한 도 1b에서는 4개의 배터리 셀(110)이 측면이 서로 인접하도록 배치된 구성을 도시하였으나, 본 발명에서 배터리 셀(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 다수의 배터리 셀(110)은 측방향(x)을 따라 순차적으로 서로 나란하게(side-by-side) 배치될 수 있다. 예컨대, 하나의 배터리 셀(110)은 이웃하는 배터리 셀(110)과 측면이 서로 마주 보도록 배치될 수 있다.
상기 보호회로 모듈(120)은 프레임(130)에서 모듈 안착부(130b)내에 안착될 수 있다. 상기 모듈 안착부(130b)는 프레임(130)내에서, 전방벽(131a)과 셀 안착부(130a)사이에 위치할 수 있다. 상기 보호회로 모듈(120)은 모듈 안착부(130b)에 구비된 모듈 지지부(133)에 안착될 수 있다. 또한 보호회로 모듈(120)은 프레임(130)의 전방벽(131a)을 따라 측방향(x)으로 연장된 판 평상으로, 프레임(130)의 전방벽(131a)과 배터리 셀(110)사이에 위치하며, 전후방향(y)으로 일정폭을 가질 수 있다. 이때 배터리 셀(110)은 보호회로 모듈(120)의 후방에 위치할 수 있다.
상기 보호회로 모듈(120)은 다수의 배선 패턴이 형성된 판형상의 회로 기판(121)을 포함한다. 상기 회로 기판(121)은 판 형상으로, 프레임(130)의 전방벽(131a)을 따라 측방향(x)으로 연장될 수 있다. 또한 회로 기판(121)은 배선 패턴을 통해 전기적으로 접속된 다수의 보호 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한 보호회로 모듈(120)은 다수의 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)과 각각 접속되기 위한 탭 접속부(122, 123)를 더 포함할 수 있다. 상기 탭 접속부(122, 123)는 회로 기판(121)에 구비된 배선 패턴에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 탭 접속부(122, 123)는 회로 기판(121)에 구비된 배선 패턴에 의해 다수의 배터리 셀(110) 사이를 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결할 수 있다.
또한 회로 기판(121)은 외부로 노출 및 돌출된 커넥터(124)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 보호회로 모듈(120)은 커넥터(124)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 배터리 셀(110)의 충방전을 제어할 수 있다.
상기 회로 기판(121)의 상면에는 배터리 셀(110)과 전기적으로 접속되기 위한 탭 접속부(122, 123)가 장착될 수 있다. 상기 탭 접속부(122, 123)는 음극 탭 접속부(122)와 양극 탭 접속부(123)를 포함할 수 있다. 회로 기판(121)은 다수의 배터리 셀(110) 각각과 전기적으로 접속되기 위한 다수의 탭 접속부(122, 123)를 포함할 수 있다. 또한 다수의 탭 접속부(122, 123)는 측방향(x)을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한 다수의 탭 접속부(122, 123)는 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(121)은 탭 접속부(122, 123)의 하부에 상면과 하면 사이를 관통하는 기판 관통홀(121a)이 각각 위치할 수 있다. 이때, 탭 접속부(122, 123)의 하면은 기판 관통홀(121a)을 통해 회로 기판(121)의 하부로 노출될 수 있다. 즉, 음극 탭 접속부(122)와 양극 탭 접속부(123)의 하부에는 각각 기판 관통홀(121a)이 위치하여, 음극 탭 접속부(122)의 하면과 양극 탭 접속부(123)의 하면은 회로 기판(121)의 하부로 노출될 수 있다. 또한 탭 접속부(122, 123)의 상면은 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)과 각각 접촉될 수 있다.
상기 음극 탭 접속부(122)는 배터리 셀(110)의 음극탭(112)과 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되며, 양극 탭 접속부(123)는 배터리 셀(110)의 리드 플레이트(115)와 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 이와 같은 용접은 하기에서 자세히 설명하고자 한다.
상기 프레임(130)은 배터리 셀(110)들과 보호회로 모듈(120)의 조립 위치를 정의할 수 있다. 프레임(130)은 절연성 소재로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 열이나 압력에 의해 성형할 수 있는 고분자 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 프레임(130)은 프레임(130)의 내측에 위치하는 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120)을 둘러싸며, 두께 방향인 상하방향(z)으로 연장된 사각링 형상의 외측벽(131)을 포함할 수 있다.
상기 프레임(130)은 4개의 외측벽(131)중, 전방벽(131a)과 인접한 영역에 모듈 안착부(130b)가 구비되며, 모듈 안착부(130b)의 후방에 셀 안착부(130a)가 구비될 수 있다. 즉, 프레임(130)에서 외측벽(131)에 의해 감싸진 영역 내에, 셀 안착부(130a)와 모듈 안착부(130b)이 구비될 수 있다. 여기서, 전방벽(131a)은 보호회로 모듈(120)의 커넥터(124)가 외부로 노출 및 돌출되기 위한 커넥터 홀(131aa)이 구비된 면일 수 있다.
여기서 프레임(130)의 셀 안착부(130a)에는 상부면과 하부면이 모두 개방될 수 있다. 또한 프레임(130)의 모듈 안착부(130b)에는 하면(134)이 구비될 수 있다. 즉, 프레임(130)에서 전방벽(131a)과 인접한 영역에는 하면(134)이 구비될 수 있다. 또한, 프레임(130)의 모듈 안착부(130b)의 하면(134)에는 상부 방향으로 돌출되어, 보호회로 모듈(120)을 지지하기 위한 모듈 지지부(133)가 구비될 수 있다.
즉, 프레임(130)은 전방벽(131a)으로부터 일영역인 모듈 안착부(130b)에는 하면(134)이 구비될 수 있다. 또한 모듈 안착부(130b)에 구비된 모듈 지지부(133)는 회로 기판(121)의 하면에 접촉될 수 있다. 여기서, 모듈 지지부(133)의 높이는 프레임(130)의 외측벽(131)에 비해서 더 낮은 높이를 가질 수 있다. 상기 모듈 지지부(133)는 모듈 안착부(130b)의 다수 영역에 다수개 구비되어, 다수의 위치에서 보호회로 모듈(120)의 안착을 지지할 수 있다. 또한 모듈 지지부(133)는 회로 기판(121)의 기판 관통홀(121a)과 인접한 영역에서 회로 기판(121)의 하면에 접촉되어 지지하는 리브(132)를 더 포함할 수 있다. 여기서 리브(132)는 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120) 사이를 용접할때, 가해지는 압력을 지지하기 위해 구비될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)과, 보호회로 모듈(120)의 탭 접속부(122, 123) 사이가 용접된 후, 도 2의 3부분을 확대 도시한 투과 평면도와, 저면도가 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 프레임(130)와, 배터리 셀(110)과, 보호회로 모듈(120) 사이의 용접 관계를 자세히 설명하고자 한다.
상기 프레임(130)의 하면(134)에도 회로 기판(121)의 기판 관통홀(121a)과 대응되는 크기 및 형상의 프레임 관통홀(134a)이 더 구비될 수 있다. 즉, 프레임 관통홀(134a)은 기판 관통홀(121a)과 측방향(x) 및 전후방향(y) 크기가 동일할 수 있다.
여기서 회로 기판(121)의 음극 탭 접속부(122) 및 양극 탭 접속부(123)의 하면은 기판 관통홀(121a)과 프레임 관통홀(134a)을 통해 하면이 회로 기판(121) 및 프레임(130)의 하부로 노출될 수 있다. 상기 리브(132)는 두께 방향인 상하방향(z)으로 연장되어 프레임 관통홀(134a)을 중심으로, 양측에서 회로 기판(121)의 하면에 접촉되어 지지할 수 있다. 즉 리브(132)는 회로 기판(121)에서 기판 관통홀(121a)이 구비된 영역의 양측의 하부에서, 회로 기판(121)을 지지할 수 있다.
하부 리브(132)중에서, 전후방향(y)을 따라 연장된 두 개의 지지부(132x,132y)가 기판 관통홀(121a)을 중심으로 회로 기판(121)을 양측에서 지지할 수 있다.
이와 같은 하부 리브(132)는 보호회로 모듈(120)의 탭 접속부(122, 123)와, 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)사이를 각각 상부에서 레이저 용접하기 위해 가압하여 고정할 경우 회로 기판(121)을 하부에서 지지할 있다. 여기서, 음극 탭 접속부(122)는 상면에 음극탭(112)의 하면이 접촉되어, 서로 중첩된 상태에서 상부 방향에서 레이저에 의해 용접될 수 있다. 또한 양극 탭 접속부(123)는 상면에 리드 플레이트(115)의 하면이 접촉되어, 서로 중첩된 상태에서 상부 방향에서 레이저에 의해 용접될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120)은 프레임(130) 내에 안착된 상태에서 레이저에 의해서 용접되므로, 용접시 핸들링이 용이할 수 있다.
또한 보호회로 모듈(120)과 배터리 셀(110) 사이가 상부 방향에서 레이저가 조사되어 용접된 후, 기판 관통홀(121a)과 프레임 관통홀(132a)을 통해 탭 접속부(122, 123)의 하면에서 용접 이상 유무를 확인하는 백 비드(Back Bead)검사를 수행할 수 있다. 여기서 백 비드 검사란, 음극 탭 접속부(122)와 음극탭(112)사이와, 양극 탭 접속부(123)와 리드 플레이트(115)사이가 각각 상부 방향에서 조사되는 레이저를 통해 용접된 후, 기판 관통홀(121a)과 프레임 관통홀(132a)을 통해 하부 방향에서 탭 접속부(122, 123)의 하면으로 빛을 발산하고, 수광 CCD를 통해 반사된 빛의 광량을 확인하여 용접 이상 여부를 확인하는 방법을 의미한다. 즉, 기판 관통홀(121a)과 프레임 관통홀(132a)을 통해, 외부로 노출된 탭 접속부(122, 123)의 하면에서 백 비드 검사를 통해, 양측 전극탭(112,115)과 탭 접속부(122, 123) 사이의 용접 이상 유무를 확인 할 수 있다.
리브(132)는 보호회로 모듈(120)과 배터리 셀(110) 사이를 레이저 용접하기 위해서, 회로 기판(121)상에 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)을 가압하여 고정할 경우, 회로 기판(121)을 지지하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한 보호회로 모듈(120)의 탭 접속부(122, 123)와, 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)이 레이저 용접될 경우, 측방향(x)으로 서로 대칭되도록 최소 2개의 포인트가 용접될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에서는 보호회로 모듈(120)의 탭 접속부(122, 123)와, 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)사이가 레이저 용접될 경우, 측방향(x)뿐만 아니라, 전후방향(y)으로도 대칭되도록 4개의 포인트가 용접된 것을 도시하였으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
도 7을 참조하면, 배터리 셀(110)의 양측 전극탭(112,115)과, 보호회로 모듈(120)의 탭 접속부(122, 123) 사이가 용접된 후, 도 2의 3부분을 확대 도시한 투과 평면도의 다른예로, 하부 리브(132)가 3개의 변을 통해 회로 기판(121)을 지지하는 구성이 도시되어 있다. 또한 도 8을 참조하면 도 7의 8-8선을 절단한 단면 사시도가 도시되어 있다.
리브(132)는 프레임 관통홀(134a)을 중심으로 전후방향(y)을 따라 연장된 두 개의 면인 양측 지지부(132x,132y)가 회로 기판(121)을 기판 관통홀(121a)을 중심으로 양측에서 지지할 수 있다. 추가적으로 프레임 관통홀(134a)을 중심으로 측방향(x)을 따라 연장된 어느 하나의 면인 추가 지지부(132z)가 회로 기판(121)을 더 지지할 수 있다. 즉, 하부 리브(132)는 프레임 관통홀(132a)을 중심으로 양측에서 양측 지지부(132x, 132y)가 회로 기판(121)을 지지하거나, 양측 뿐만 아니라 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 후방의 추가 지지부(132z)가 회로 기판(121)을 더 지지할 수 있다. 즉, 하부 리브(132)는 기판 관통홀(121a)과 인접한 2개 변 또는 3개의 변을 통해 회로 기판(121)을 지지할 수 있다.
리브(132)는 프레임 관통홀(134a)을 중심으로 측방향(x) 양측에서 회로 기판(121)을 지지하는 양측 지지부(132x, 132y)를 포함한다. 또한 하부 리브(132)는 양측 지지부(132x, 132y) 사이를 연결하는 후방에도 추가 지지부(132z)를 통해 회로 기판(121)을 지지할 수 있다.
여기서 레이저 빔의 직경은 0.4mm 내지 0.8mm 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 레이저 빔에 의해서 탭 접속부(122, 123)와 양측 전극탭(112,115) 사이를 용접하여 형성된 레이저 용접점(w)은 레이저 빔의 직경과 동일할 수 있다.
여기서 리브(132)의 양측 지지부(132x, 132y)사이의 이격 거리인 제1이격 거리(a)는 0.5mm 내지 5mm 중 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 0.8mm내지 3mm 중 어느 하나일 수 있다. 여기서 제1이격 거리(a)가 0.8mm미만일 경우, 프레임 관통홀(132a)을 통해 용접 이상 여부 관찰이 어려울 수 있으며, 5mm을 초과할 경우 회로 기판(121)을 지지 및 고정하는데 어려움이 있을 수 있다.
또한 리브(132)의 두께(b)는 프레임(130)의 하면(134)의 두께의 50%~ 70%로 형성될 수 있다. 여기서 프레임 하면(134)의 두께는 0.6mm 내지 2mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.8mm 내지 1.2mm중 어느 하나일 수 있다. 이때 리브(132)의 두께는 0.3mm 내지 1.4mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.5mm 내지 0.8mm 중 어느 하나일 수 있다. 프레임 하면(134)의 두께가 0.6mm 미만일 경우, 리브 성형시 상단부가 미형성될 수 있으며, 2mm를 초과할 경우, 배터리 팩(100)의 전체 크기 증가로 인해 슬림한 배터리 팩(100) 형성에 용이하지 않을 수 있다. 또한 리브(132)의 두께(b)가 0.3mm 미만일 경우, 회로 기판(121)과 양측 전극탭(112,115)사이를 가압할 때 지지 및 고정되지 않아 용접 불량이 발생 수 있으며, 1.4mm를 초과될 경우 프레임(130)을 성형에 의해 형성할 때 리브(132)에서 취성이 높아지는 영역이 발생해서, 신뢰성에 문제가 발생될 수 있다.
여기서 리브(132)의 두께(b)는 양측 지지부(132x, 132y)와 추가 지지부(132z)의 각각의 두께로, 리브(132) 중 양측 지지부(132x, 132y)의 측방향(x) 폭과 추가 지지부(132z)의 전후방향(y) 폭을 의미한다.
또한 레이저 용접점(w)과 하부 리브(132)사이의 측방향(x) 이격 거리인 제2이격 거리(c)는 0 내지 0.5mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.2mm 내지 0.4mm 중 어느 하나일 수 있다. 제2이격 거리(c)가 0 미만일 경우에는, 레이저 용접점이 하부 리브(132)와 중첩되어 백 비드(Back Bead)검사시 용접 비드 확인이 어려울 수 있으며, 0.5mm를 초과할 경우 양측 지지부(132x, 132y)의 이격 거리 증가와 연계되어 회로 기판(121)을 지지 및 고정하는데 어려움이 있을 수 있다.
또한 레이저 용접점(w)은 측방향(x)으로 서로 대칭되도록 최소 2개가 위치할 수 있으며, 서로 대칭되는 두 개의 레이저 용접점(w)의 피치는 0.1mm 내지 1mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.4mm 내지 0.8mm중 어느 하나일 수 있다. 여기서 두 개의 레이저 용접점의 피치란, 서로 대칭된 두 개의 용접점의 중심으로부터 거리를 의미한다. 서로 대칭되는 두 개의 레이저 용접점의 이격 거리가 0.1mm 미만일 경우에는, 두 개의 레이저 용접점(w)이 서로 겹쳐지는 부분이 증가하므로 용접 효율이 하나의 용접접을 구비할때와 같이 저감될 수 있으며, 1mm를 초과할 경우 양측 지지부(132x, 132y)의 이격 거리 증가와 연계되어 회로 기판(121)을 지지 및 고정하는데 어려움이 있을 수 있다.
또한 레이저 용접점(w)과 회로 기판(121)사이의 전후방향(y)사이의 이격 거리 또는 레이저 용접점(w)과 하부 리브(132)사이의 전후방향(y)사이의 이격 거리인 제3이격 거리(e)는 0 내지 0.5mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.2mm 내지 0.4mm 중 어느 하나일 수 있다. 제3이격 거리(e)가 0 미만일 경우에는, 레이저 용접점이 하부 리브(132) 또는 회로 기판(121)과 중첩되어 백 비드(Back Bead)검사시 용접 비드 확인이 어려울 수 있으며, 0.5mm 를 초과할 경우 불필요하게 프레임 관통홀(132a) 및 기판 관통홀(121a)만 증가시킬 수 있다.
여기서 기판 관통홀(121a)과 프레임 관통홀(132a)의 전후방향(y)사이의 크기인, 관통홀 크기(f)는 0.4mm 내지 5mm 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 0.8mm 내지 3mm 중 어느 하나일 수 있다. 여기서 관통홀 크기(f)가 0.4mm미만일 경우, 프레임 관통홀(132a)을 통해 용접 이상 여부 관찰이 어려울 수 있으며, 5mm을 초과할 경우 회로 기판(121)을 지지 및 고정하는데 어려움이 있을 수 있으며, 불필요하게 프레임 관통홀(132a) 및 기판 관통홀(121a)만 증가시킬 수 있다.
또한, 탭 접속부(122, 123)와 양측 전극탭(112,115)은 레이저에 의해 용접된 후, 도 1b에 도시된 바와 같이 탭 접속부(122, 123)와 양측 전극탭(112,115)을 감싸도록 회로 기판(121)의 상면에 절연 테이프(125)가 더 부착될 수 있다. 상기 절연 테이프(125)는 탭 접속부(122, 123)와 양측 전극탭(112,115)을 외부 환경으로부터 전기적으로 보호할 수 있다.
상기 커버(140)는 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120)이 장착된 프레임(130)의 상면과 하면을 각각 덮도록 설치될 수 있다. 상기 커버(140)는 상부 커버(141)와 하부 커버(142)를 포함할 수 있다. 상기 상부 커버(141)는 프레임(130)을 중심으로 배터리 셀(110)의 상면과 보호회로 모듈(120)의 상면을 덮도록 프레임(130)의 상부 방향에서 결합될 수 있다. 상기 하부 커버(142)는 프레임(130)을 중심으로 배터리 셀(110)의 하면과 프레임(130)의 하면(134)을 덮도록 프레임(130)의 하부방향에서 결합될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)과 보호회로 모듈(120)은 프레임(130) 및 커버(140)의 내측에 수용될 수 있다. 상기 커버(140)는 외부 환경으로부터 배터리 셀(110) 및 보호회로 모듈(120)을 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 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 120: 보호회로 모듈
121: 회로 기판 121a: 기판 관통홀
130: 프레임 132a: 프레임 관통홀
140: 커버

Claims (10)

  1. 회로 기판과, 상기 회로 기판의 상면에 장착된 양극 탭 접속부와 음극 탭 접속부로 이루어진 탭 접속부를 포함하며, 상기 탭 접속부의 하부에 위치한 상기 회로 기판에 상면과 하면 사이를 관통하는 기판 관통홀이 구비된 보호회로 모듈;
    일단부로 돌출되며 양극과 음극 극성을 각각 갖는 양측 전극탭이 상기 양극 탭 접속부와 상기 음극 탭 접속부의 상면에 각각 접촉되어, 상부 방향에서 레이저가 조사되어 상기 탭 접속부와 용접된 배터리 셀; 및
    상기 보호회로 모듈이 수용되는 모듈 안착부와, 상기 배터리 셀이 수용되는 셀 안착부를 구비하는 프레임을 포함하며,
    상기 프레임의 상기 모듈 안착부에는 하면이 구비되고, 상기 하면으로 부터 상부 방향으로 연장된 리드의 상부에 상기 보호회로 모듈이 안착되며,
    상기 프레임의 하면에는 상기 기판 관통홀과 대응되는 크기 및 위치에 프레임 관통홀이 더 구비되어 상기 탭 접속부의 하면을 하부로 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드는 상하 방향으로 연장되어 상기 프레임 관통홀을 중심으로 양측에서 상기 회로 기판의 하면과 접촉된 양측 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리드는 상기 양측 지지부 사이를 연결하며, 상기 기판 관통홀을 중심으로 전후방향을 따라 연장된 추가 지지부를 더 포함하며,
    상기 추가 지지부가 상기 회로 기판의 하면과 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양측 지지부의 측방향 폭인 두께와, 상기 추가 지지부의 전후방향 폭인 두께는 0.3mm 내지 1.4mm 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 양측 지지부 사이의 이격 거리는 0.8mm 내지 5mm 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 양측 전극탭과 상기 탭 접속부에 상기 레이저가 조사하여 용접된 레이저 용접점과 상기 양측 지지부 사이의 이격 거리와, 상기 레이저 용접점과 상기 추가 지지부 사이의 이격 거리는 0 내지 0.5mm 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 용접점은 측방향으로 이격되며 서로 대칭되도록 2개가 위치하고, 두 개의 레이저 용접점의 중심으로 부터의 거리인 용접점 피치는 0.1mm 내지 1mm 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 관통홀과 상기 프레임 관통홀의 전후방향의 크기는 0.4mm 내지 5mm 중 어느 하나로, 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 측면이 서로 접촉되도록 다수개가 상기 셀 안착부 내에 배치되며,
    상기 프레임의 전방벽을 따라 측방향으로 연장된 판형상의 상기 보호회로 모듈은 전후방향으로 상기 프레임의 전방벽과, 상기 셀 안착부 사이의 상기 모듈 안착부에 안착된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보호회로 모듈은 상기 다수의 배터리 셀의 양측 전극탭과 각각 전기적으로 접속되기 위한 다수의 탭 접속부가 상기 다수의 배터리 셀의 양측 전극탭들과 대응되는 위치의 상기 회로기판의 상면에 장착된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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