WO2018080002A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2018080002A1
WO2018080002A1 PCT/KR2017/009393 KR2017009393W WO2018080002A1 WO 2018080002 A1 WO2018080002 A1 WO 2018080002A1 KR 2017009393 W KR2017009393 W KR 2017009393W WO 2018080002 A1 WO2018080002 A1 WO 2018080002A1
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tab
case
lead tab
secondary battery
disposed
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PCT/KR2017/009393
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English (en)
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이은중
유대형
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Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
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    • H01M50/202—Casings or frames around the primary casing of a single cell or a single battery
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    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and, more particularly, to a battery pack.
  • the battery pack is a hard pack type or hot melt resin that is stored in an outer case to protect bare cells and safety devices.
  • the battery pack fills the gap between the bare cell and the protective circuit board and uses tubing and labeling with a thin outer material. Used in the form of an inner pack.
  • Lithium secondary batteries may be divided into lithium metal batteries using an organic solvent electrolyte and lithium polymer batteries using a lithium ion battery and a solid polymer electrolyte according to electrolyte type.
  • the shape of the electrode assembly and the can containing the electrolyte can be divided into cylindrical, square and pouch type.
  • the outer shape in general, in the case of a polymer battery using a solid polymer electrolyte, the outer shape is formed in a pouch shape, and in the case of a lithium ion battery using an organic solvent electrolyte, the outer shape is formed in a cylindrical shape or a square shape.
  • Embodiments of the present invention seek to provide a battery pack.
  • One aspect of the present invention includes a secondary battery, a circuit module to which the electrode tabs of the secondary battery are connected, and a lead tab disposed on the circuit module to which the electrode tabs of the secondary battery are attached.
  • a groove may be provided in a portion where the lead tab is disposed, and the opening of the groove may provide a battery pack disposed in a direction opposite to the secondary battery.
  • Embodiments of the present invention can ensure the stability of the battery pack. In addition, embodiments of the present invention can ensure the ease and speed of assembly when assembling the battery pack.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating one surface of a circuit module and a part of a secondary battery illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a portion of a secondary battery and the other surface of the circuit module illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a partial perspective view illustrating a part of the battery pack illustrated in FIG. 1.
  • One aspect of the present invention includes a secondary battery, a circuit module to which the electrode tabs of the secondary battery are connected, and a lead tab disposed on the circuit module to which the electrode tabs of the secondary battery are attached.
  • a groove may be provided in a portion where the lead tab is disposed, and the opening of the groove may provide a battery pack disposed in a direction opposite to the secondary battery.
  • the lead tab may be formed to be collapsible, and the electrode tab may be disposed between the lead tabs.
  • the depth of the groove may be greater than the width of the lead tab.
  • the circuit board may further include a case disposed therein.
  • the case may shield the opening.
  • the distance from the inner surface of the case to the end of the circuit module may be smaller than the distance from the inner surface of the case to the end of the lead tab.
  • the distance from the inner surface of the case to the end of the lead tab may be smaller than the distance from the inner surface of the case to the end of the electrode tab.
  • the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • circuit pattern of the circuit module may not overlap the lead tab.
  • the apparatus may further include a connector connected to the circuit module.
  • the electrode tab may further include an insulation part disposed to surround a portion of the circuit module in which the electrode tab is disposed.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view showing the circuit module shown in FIG. 3 is a plan view illustrating a part of the battery pack illustrated in FIG. 1.
  • 4 is a conceptual diagram illustrating a part of a circuit pattern of the circuit module illustrated in FIG. 3.
  • the battery pack 100 includes a case 110, a secondary battery 120, a circuit module 130, a connector 140, an insulator 150, and an outer skin 160. can do.
  • the case 110 may be formed to accommodate the secondary battery 120 therein.
  • the case 110 may have a space formed to seat the circuit module 130.
  • the case 110 as described above may include an insulating material.
  • the case 110 may include a synthetic resin such as plastic.
  • the secondary battery 120 may be a pouch type secondary battery.
  • the secondary battery 120 may include a pouch 121, an electrode assembly (not shown), an electrolyte (not shown), and an electrode tab 122.
  • the pouch 121 may include a first insulating layer (not shown), a metal layer (not shown), and a second insulating layer (not shown) that are sequentially stacked.
  • the first insulating layer and the second insulating layer may be formed of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), nylon, and the like, and the metal layer may be formed of aluminum, steel, stainless steel, or the like.
  • the pouch 121 as described above may be formed in various ways.
  • the pouch 121 may have a three-layer structure of the first insulating layer formed of polypropylene (PP), the metal layer formed of aluminum, and the second insulating layer formed of polyethylene terephthalate (PET).
  • the electrode assembly includes a positive electrode plate (not shown) coated with a positive electrode slurry to which a positive electrode active material is added, a negative electrode plate (not shown) to which a negative electrode slurry is added to a negative electrode active material, and a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. (Not shown).
  • the positive electrode plate may include a positive electrode active material layer to which a positive electrode slurry is applied to a positive electrode current collector made of a material such as aluminum, and a positive electrode non-coated portion to which the positive electrode slurry is not applied.
  • the slurry for the positive electrode contains a positive electrode active material.
  • the positive electrode active material for example, a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMnO 4 , or a lithium chalcogenide compound may be used.
  • the positive electrode tab 122a is bonded to the positive electrode non-coated portion, and a part of the positive electrode tab 122a extends outward from the pouch 121.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode active material layer on which a negative electrode slurry is applied to a negative electrode current collector made of a material such as nickel, and a negative electrode non-coating portion on which a negative electrode slurry is not applied.
  • the negative electrode slurry contains a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material for example, crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon material such as carbon fiber, lithium metal or lithium alloy, or the like can be used.
  • the negative electrode tab 122b is bonded to the negative electrode uncoated portion, and a portion of the negative electrode tab 122b extends outward from the pouch 121.
  • the separator may include a porous polypropylene (PP) or porous polyethylene (PE) material to allow lithium ions to move well between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • PP porous polypropylene
  • PE porous polyethylene
  • the electrode tab 122 may include a positive electrode tab 122a and a negative electrode tab 122b connected to the electrode assembly.
  • the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b may be surrounded by the adhesive tab tape 123 to improve the sealing property with the pouch 121 and to electrically insulate the pouch 121.
  • the circuit module 130 may be connected to the secondary battery 120 and the connector 140. In this case, the circuit module 130 may be connected to the outside through the connector 140, and may control the charge / discharge of the secondary battery 120.
  • the circuit module 130 may include a circuit board 131, a circuit device 132 mounted on the circuit board 131, a lead tab 133, and a safety device 134.
  • the circuit device 132, the lead tab 133, and the safety device 134 may all be disposed on one surface of the circuit board 131.
  • a lead tab 133 is disposed on one surface of the circuit board 131 for electrical connection with the secondary battery 120.
  • the lead tab 133 may include a positive lead tab 133a and a negative lead tab 133b.
  • the positive lead tab 133a is electrically connected to the positive electrode tab 122a of the secondary battery 120 by welding
  • the negative lead tab 133b is electrically connected to the negative electrode tab 122b of the secondary battery 120 by welding. Is connected.
  • the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b may be formed to be folded.
  • the positive electrode tab 122a may be inserted between the folded positive lead tab 133a
  • the negative electrode tab 122b may be inserted between the folded negative lead tab 133b.
  • the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b may be easily welded when the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b are welded to the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b, respectively. Protrusions may be provided.
  • the circuit board 131 may be provided with a groove 135.
  • the groove 135 may be formed in the circuit board 131 of the portion where the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b are disposed.
  • the groove 135 may be disposed on a surface of the circuit board 131 that faces the pouch 121. That is, the opening of the groove 135 may be disposed to face the case 110, not the portion of the pouch 121.
  • the groove 135 may be formed on the surface of the circuit board 131 on which the lead tab 133 is not disposed (or the surface of the circuit board 131 on which the circuit element 132 is disposed).
  • the groove 135 may be disposed in a portion of the circuit board 131 corresponding to the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b.
  • the positive electrode tab 122a, the negative electrode tab 122b, and the positive electrode lead tab 133a when welding the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b to the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b, respectively, the positive electrode tab 122a, the negative electrode tab 122b, and the positive electrode lead tab 133a.
  • at least one of the cathode lead tabs 133b may be prevented from being connected to a circuit pattern to be described later.
  • the depth D of the groove 135 may be greater than the width W of at least one of the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b.
  • the depth D of the groove 135 may be a value measured in the direction of the pouch 121 from the opening of the groove 135, and the width of the positive lead tab 133a and the width W of the negative lead tab 133b. May be a value measured in the direction of the pouch 121 from the opening of the groove 135.
  • the circuit board 131 includes a charge / discharge circuit pattern (not shown) for controlling charge / discharge of the secondary battery 120 to make the state of charge uniform, or a protection circuit pattern (not shown) for preventing overdischarge and overcharge. .
  • a circuit element 132 provided for realizing the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be disposed on the circuit board 131.
  • the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be connected to the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b, respectively, and may be connected to the connector 140.
  • at least one of the charge and discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be disposed on the circuit board 131.
  • At least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be disposed on one surface of the circuit board 131 on which the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b are disposed.
  • one surface of the circuit board 131 may have a separate insulating material applied thereto.
  • at least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be disposed on the other surface of the circuit board 131.
  • the other surface of the circuit board 131 may refer to a surface facing one surface of the circuit board 131 on which the positive lead tab 133a and the negative lead tab 133b are disposed.
  • an insulating material may be applied to one surface of the circuit board 131 as described above.
  • at least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern will be described in detail with reference to a case where the circuit board 131 is disposed on the other surface.
  • At least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection circuit pattern may be disposed on the other surface of the circuit board 131 so as not to overlap with the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b.
  • at least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection arc pattern may be disposed on the other surface of the circuit board 131 to avoid the groove 135.
  • at least one portion of the charge / discharge circuit pattern and the protection arc pattern may be bent along the edge of the groove 135.
  • At least one of the charge / discharge circuit pattern and the protection arc pattern does not overlap with the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b, and thus may not be in contact with the positive electrode tab 122a and the negative electrode tab 122b.
  • the safety device 134 cuts off the current when the temperature of the secondary battery 120 reaches or exceeds the allowable temperature, thereby preventing an abnormal phenomenon due to heat generation of the secondary battery 120.
  • a positive thermal coefficient (PTC) or a thermal cut-off device (TCO) may be used as the safety device 134.
  • the connector 140 may be connected to the circuit module 130 and may be exposed to the outside of the case 110.
  • the connector 140 may include a cable 141 connected to the circuit module 130 and a connection terminal 142 installed on the cable 141.
  • the insulation unit 150 may shield a portion of the circuit module 130.
  • the insulation unit 150 may shield a portion of the circuit module 130 disposed on the terrace portion 124 of the secondary battery 120.
  • the insulation unit 150 may be formed in the form of an insulation tape and attached to the circuit module 130.
  • the outer skin 160 may fix the secondary battery 120 to the case 110 by shielding one surface of the case 110 or being attached to the case 110.
  • the outer skin part 160 may be provided in plural, and the plurality of outer skin parts 160 may be attached to a part of the secondary battery 120 and the case 110 to shield the secondary battery 120 from the external environment. .
  • the circuit module 130 and the secondary battery 120 may be connected by welding.
  • the positive electrode tab 122a may be welded to the positive electrode lead tab 133a.
  • the negative electrode tab 122b may be welded and connected to the negative electrode lead tab 133b.
  • the welding of the positive electrode tab 122a to the positive lead tab 133a and the welding of the negative electrode tab 122b to the negative lead tab 133b are the same or similar.
  • a case in which the positive electrode tab 122a is welded and connected to the 133a will be described in detail.
  • the positive electrode tab 122a When welding the positive electrode tab 122a to the positive electrode lead tab 133a, the positive electrode tab 122a is moved to the positive electrode lead tab 133a while the folded portion of the positive electrode lead tab 133a is unfolded or the positive electrode lead tab 133a is unfolded. ) Can be placed on. Subsequently, a part of the positive lead tab 133a may be folded to arrange a part of the positive lead tab 133a and another part of the positive lead tab 133a to face each other. In this case, the positive electrode tab 122a may be disposed between the positive lead tabs 133a.
  • the ends of the positive electrode tab 122a may be shielded between the positive electrode lead tabs 133a or protrude from the positive electrode lead tabs 133a.
  • welding may be completed, and the positive electrode tab 122a may be disposed in the groove 135 by folding the protruding portion.
  • welding may be performed by applying energy from one surface of the positive electrode lead tab 133a. At this time, the welding device may be contacted and pressed to the anode lead tab 133a.
  • the circuit board 131 may be disposed on the other surface of the anode lead tab 133a.
  • at least one of the positive lead tab 133a and the positive electrode tab 122a connects the connector 140 to at least one of the negative lead tab 133b and the negative electrode tab 122b by a burr generated during welding.
  • a problem may be caused in connection with at least one of the charge and discharge circuit pattern and the protection circuit pattern. In this case, the battery pack 100 may not operate normally or a short may occur, thereby degrading the safety of the battery pack 100.
  • the above-described problem may be solved by disposing the groove 135 in a portion where the positive lead tab 133 is disposed. That is, since the groove 135 is disposed at the portion where the positive lead tab 133a and the positive electrode tab 122a are welded, at least one of the circuit board 131, the charge / discharge circuit pattern, and the protection circuit pattern does not exist, thereby welding. At least one of the positive lead tab 133a and the positive electrode tab 122a has at least one of a charge and discharge circuit pattern and a protection circuit pattern connecting the connector 140 and at least one of the negative lead tab 133b and the negative electrode tab 122b.
  • an end of the anode lead tab 133a may be disposed closer to the pouch 121 than the opening of the groove 135.
  • the first distance H1 from the inner surface of the case 110 to the end of the circuit module 130 is smaller than the second distance H2 from the inner surface of the case 110 to the end of the positive lead tab 133a.
  • the first distance H1 from the inner surface of the case 110 to the end of the circuit module 130 may be smaller than the third distance H3 from the inner surface of the case 110 to the end of the positive electrode tab 122a. have. Accordingly, the positive electrode lead tab 133a and the positive electrode tab 122a may be prevented from being energized through the case 110 by not contacting the case 110.
  • the insulating part 150 may be installed on the circuit board 131.
  • the insulation unit 150 may be disposed to surround the circuit board 131 disposed on the terrace portion 124 of the secondary battery 120.
  • the circuit module 130 After connecting the positive lead tab 133a and the positive electrode tab 122a and the negative lead tab 133b and the negative electrode tab 122b as described above, connect the circuit module 130 and the secondary battery 120 to the case 110. Can be placed. At this time, the circuit module 130 may be in a state in which the connector 140 is connected.
  • the outer skin portion 160 may be attached to complete the manufacture of the battery pack 100.
  • the battery pack 100 prevents at least one of the lead tab 133 and the electrode tab 122 from contacting the circuit pattern of the circuit module 130 when welding the lead tab 133 and the electrode tab 122.
  • the stability of the battery pack 100 may be increased.
  • the battery pack 100 may minimize the interference that may occur when the electrode tab 122 is protruded from the circuit module 130 and assembled with the case 110.
  • the battery pack is easy to assemble, and embodiments of the present invention may be applied to electric vehicles, hybrid vehicles, ships, portable electronic devices, and the like.

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Abstract

본 발명의 배터리 팩을 개시한다. 본 발명은, 이차전지와, 상기 이차전지의 전극 탭이 연결되는 회로모듈과, 상기 회로모듈에 배치되어 상기 이차전지의 전극 탭이 부착되는 리드 탭을 포함하고, 상기 회로모듈에는 상기 리드 탭이 배치되는 부분에 홈이 구비되고, 상기 홈의 개구부는 상기 이차전지와 반대 방향에 배치된다.

Description

배터리 팩
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전과 더불어 캠코더, 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등이 널리 사용됨에 따라 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 이차전지의 수요가 늘어나고 있다. 이러한 수요에 부응하기 위해 많은 각광을 받고 있고, 그 이용 범위가 널리 확대되는 것으로 리튬 이차전지가 있다.
배터리 팩은 베어 셀 및 안전장치 등을 보호하기 위해 외장 케이스에 수납되는 하드팩(hard pack) 형태 또는 핫멜트 수지로 베어 셀과 보호회로기판 사이의 간극을 채우고 얇은 외장재로 튜빙, 라벨링을 실시하는 이너팩(inner pack) 형태로 사용된다.
리튬 이차전지는 전해질 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와 고체 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 나눌 수 있다. 또한, 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔의 형태에 따라 원통형, 각형 및 파우치형으로 구분될 수 있다.
일반적으로, 고체 고분자 전해질을 사용하는 폴리머 전지인 경우에는 외형이 파우치형으로 형성되고, 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지인 경우에는 외형이 원통형 또는 각형으로 형성된다.
본 발명의 실시예들은 배터리 팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 이차전지와, 상기 이차전지의 전극 탭이 연결되는 회로모듈과, 상기 회로모듈에 배치되어 상기 이차전지의 전극 탭이 부착되는 리드 탭을 포함하고, 상기 회로모듈에는 상기 리드 탭이 배치되는 부분에 홈이 구비되고, 상기 홈의 개구부는 상기 이차전지와 반대 방향에 배치된 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 배터리 팩의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시에들은 배터리 팩의 조립 시 조립의 용이성 및 신속성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 분해사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회로모듈의 일면과 이차전지의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 회로모듈의 타면과 이차전지의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 보여주는 부분사시도이다.
본 발명의 일 측면은, 이차전지와, 상기 이차전지의 전극 탭이 연결되는 회로모듈과, 상기 회로모듈에 배치되어 상기 이차전지의 전극 탭이 부착되는 리드 탭을 포함하고, 상기 회로모듈에는 상기 리드 탭이 배치되는 부분에 홈이 구비되고, 상기 홈의 개구부는 상기 이차전지와 반대 방향에 배치된 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 리드 탭은 접철 가능하도록 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 리드 탭 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 홈의 깊이는 상기 리드 탭의 폭보다 클 수 있다.
또한, 상기 회로 기판이 내부에 배치되는 케이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이스는 상기 개구부를 차폐할 수 있다.
또한, 상기 케이스의 내면으로부터 상기 회로모듈의 끝단까지의 거리는 상기 케이스의 내면으로부터 상기 리드 탭의 끝단까지의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상기 케이스의 내면으로부터 상기 리드 탭의 끝단까지의 거리는 상기 케이스의 내면으로부터 상기 전극탭의 끝단까지의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
또한, 상기 회로모듈의 회로패턴은 상기 리드 탭과 중첩되지 않을 수 있다.
또한, 상기 회로모듈과 연결되는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극탭이 배치된 상기 회로모듈의 일부를 감싸도록 배치되는 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 분해사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 회로모듈을 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 보여주는 평면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 회로모듈의 회로패턴 일부를 보여주는 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 배터리 팩(100)은 케이스(110), 이차전지(120), 회로모듈(130), 커넥터(140), 절연부(150) 및 외피부(160)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 내부에 이차전지(120)가 수납되도록 형성될 수 있다. 또한, 케이스(110)는 회로모듈(130)이 안착하도록 공간이 형성될 수 있다. 상기와 같은 케이스(110)는 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 케이스(110)는 플라스틱 등과 같은 합성수지를 포함할 수 있다.
이차전지(120)는 파우치형 이차전지일 수 있다. 이때, 이차전지(120)는 파우치(121), 전극조립체(미도시), 전해질(미도시), 전극탭(122)을 포함할 수 있다.
파우치(121)는 순차적으로 적층된 제1 절연층(미도시), 금속층(미도시) 및 제2 절연층(미도시)을 구비할 수 있다. 특히 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 등으로 형성될 수 있으며, 상기 금속층은 알루미늄, 스틸, 스텐레스 스틸 등으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 파우치(121)는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치(121)는 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 상기 제1 절연층, 알루미늄으로 형성된 상기 금속층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성된 상기 제2 절연층의 3층 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극 조립체는 양극 활물질이 첨가된 양극용 슬러리가 도포된 양극판(미도시)과, 음극 활물질이 첨가된 음극용 슬러리가 도포된 음극판(미도시)과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터(미도시)를 포함한다.
상기 양극판은 알루미늄 등의 소재로 이루어지는 양극 집전체에 양극용 슬러리가 도포되는 양극 활물질층과 양극용 슬러리가 도포되지 않는 양극 무지부를 포함할 수 있다. 양극용 슬러리에는 양극 활물질이 포함되어 있다. 양극 활물질로는 예컨대, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 사용할 수 있다. 일 실시예로, 양극 무지부에는 양극 탭(122a)이 접합되며, 양극 탭(122a)의 일부는 파우치(121)로부터 외부를 향해 연장된다.
상기 음극판은 니켈 등의 재질로 이루어지는 음극 집전체에 음극용 슬러리가 도포되는 음극 활물질층과 음극용 슬러리가 도포되지 않는 음극 무지부를 포함할 수 있다. 음극용 슬러리에는 음극 활물질이 포함되어 있다. 음극 활물질로는 예컨대, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등을 사용할 수 있다. 일 실시예로, 음극 무지부에는 음극 탭(122b)이 접합되며, 음극 탭(122b)의 일부는 파우치(121)로부터 외부를 향해 연장된다.
상기 세퍼레이터는 리튬 이온이 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 양호하게 이동할 수 있도록 다공성 폴리프로필렌(PP) 또는 다공성 폴리에틸렌(PE) 재질을 포함할 수 있다.
전극탭(122)은 상기 전극 조립체에 연결되는 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)을 포함할 수 있다. 양극 탭(122a)과 음극 탭(122b)은 파우치(121)와의 밀봉성을 향상시키고 파우치(121)와 전기적 절연을 위해, 각각 접착성 탭 테이프(123)로 둘러싸일 수 있다.
회로모듈(130)은 이차전지(120) 및 커넥터(140)와 연결될 수 있다. 이때, 회로모듈(130)은 커넥터(140)를 통하여 외부와 연결될 수 있으며, 이차전지(120)의 충방전을 제어할 수 있다.
회로모듈(130)은 회로기판(131), 회로기판(131) 상에 실장된 회로소자(132), 리드 탭(133) 및 안전소자(134)를 포함할 수 있다. 회로소자(132), 리드 탭(133) 및 안전소자(134)는 모두 회로기판(131)의 일면에 배치될 수 있다.
회로기판(131)의 일면에는 이차전지(120)와의 전기적 연결을 위한 리드 탭(133)이 배치된다. 이때, 리드 탭(133)은 양극 리드 탭(133a)과 음극 리드 탭(133b)을 포함할 수 있다. 양극 리드 탭(133a)은 이차전지(120)의 양극 탭(122a)과 용접에 의해 전기적으로 접속되며, 음극 리드 탭(133b)은 이차전지(120)의 음극 탭(122b)과 용접에 의해 전기적으로 접속된다. 이때, 양극 리드 탭(133a)과 음극 리드 탭(133b)은 각각 접철되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우 접철되는 양극 리드 탭(133a) 사이에는 양극 탭(122a)이 삽입되고, 접철되는 음극 리드 탭(133b) 사이에는 음극 탭(122b)이 삽입될 수 있다. 특히 양극 리드 탭(133a)과 음극 리드 탭(133b)는 차후 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)을 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)에 각각 용접할 경우 용접이 용이하도록 돌기를 구비할 수 있다.
회로기판(131)에는 홈(135)이 구비될 수 있다. 이때, 홈(135)은 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)이 배치되는 부분의 회로기판(131)에 형성될 수 있다. 상기와 같은 홈(135)은 파우치(121)와 대향하는 회로기판(131)의 면과 대향하는 면에 배치될 수 있다. 즉, 홈(135)의 개구부는 파우치(121) 부분이 아닌 케이스(110)와 대향하도록 배치될 수 있다. 또한, 홈(135)는 리드 탭(133)이 배치되지 않는 회로기판(131)의 면(또는 회로소자(132)가 배치된 회로기판(131)의 면)에 형성될 수 있다. 이러한 홈(135)은 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)와 각가 대응되는 회로기판(131) 부분에 배치될 수 있다. 이러한 경우 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)을 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)에 각각 용접하는 경우 양극 탭(122a), 음극 탭(122b), 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b) 중 적어도 하나가 후술할 회로패턴에 연결되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 홈(135)의 깊이(D)는 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b) 중 적어도 하나의 폭(W)보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 홈(135)의 깊이(D)는 홈(135)의 개구부로부터 파우치(121) 방향으로 측정한 값일 수 있으며, 양극 리드 탭(133a)의 폭 및 음극 리드 탭(133b) 폭(W)은 홈(135)의 개구부로부터 파우치(121) 방향으로 측정한 값일 수 있다.
회로기판(131)에는 이차전지(120)의 충방전을 제어함으로써 충전 상태를 균일하게 하는 충방전 회로 패턴(미도시), 또는 과방전 및 과충전을 방지하는 보호 회로 패턴(미도시)을 포함한다. 회로기판(131)에 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴의 구현을 위해 설치된 회로소자(132)가 배치될 수 있다. 이때, 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴은 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)에 각각 연결될 수 있으며, 커넥터(140)와 연결될 수 있다. 특히 이러한 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나는 회로기판(131)에 배치될 수 있다. 일 실시예로써, 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나는 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)이 배치되는 회로기판(131)의 일면에 배치될 수 있다. 이러한 경우 회로기판(131)의 일면에는 별도의 절연물질이 도포된 상태일 수 있다. 다른 실시예로써 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나는 회로기판(131)의 타면에 배치될 수 있다. 이때, 회로기판(131)의 타면은 양극 리드 탭(133a) 및 음극 리드 탭(133b)이 배치되는 회로기판(131)의 일면과 대향하는 면을 지칭할 수 있다. 이때, 회로기판(131)의 일면에는 상기에서 설명한 바와 같이 절연물질이 도포되는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나는 회로기판(131)의 타면에 배치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 경우 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나는 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)과 서로 겹치지 않도록 회로기판(131)의 타면에 배치될 수 있다. 이때, 충방전 회로 패턴 및 보호 호로 패턴 중 적어도 하나는 홈(135)을 회피하도록 회로기판(131)의 타면에 배치될 수 있다. 이러한 경우 충방전 회로 패턴 및 보호 호로 패턴 중 적어도 하나의 일부는 홈(135)의 테두리를 따라 절곡될 수 있다. 따라서 상기와 같이 충방전 회로 패턴 및 보호 호로 패턴 중 적어도 하나는 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)과 서로 중첩되지 않음으로써 양극 탭(122a) 및 음극 탭(122b)과 접촉하지 않을 수 있다.
안전소자(134)는 이차전지(120)의 온도가 허용 온도 이상이 되면 전류를 차단함으로써, 이차전지(120)의 발열로 인한 이상 현상을 방지한다. 안전소자(134)로는 PTC(Positive Thermal Coefficient) 또는 TCO(Thermal cut-off device)가 사용될 수 있다.
커넥터(140)는 회로모듈(130)과 연결될 수 있으며, 케이스(110) 외부로 노출될 수 있다. 이때, 커넥터(140)는 회로모듈(130)과 연결되는 케이블(141) 및 케이블(141)에 설치되는 연결단자(142)를 포함할 수 있다.
절연부(150)는 회로모듈(130)의 일부를 차폐할 수 있다. 특히 절연부(150)는 이차전지(120)의 테라스부(124)에 배치되는 회로모듈(130) 부분을 차폐할 수 있다. 이러한 절연부(150)는 절연 테이프 형태로 형성되어 회로모듈(130)에 부착될 수 있다.
외피부(160)는 케이스(110)의 일면을 차폐하거나 케이스(110)에 부착됨으로써 이차전지(120)를 케이스(110)에 고정시킬 수 있다. 이때, 외피부(160)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 외피부(160)는 이차전지(120) 및 케이스(110)의 일부에 부착됨으로써 외부 환경으로부터 이차전지(120)를 차폐시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 배터리 팩(100)의 제조 시 회로모듈(130)과 이차전지(120)를 용접을 통하여 연결할 수 있다. 구체적으로 양극 리드 탭(133a)에 양극 탭(122a)을 용접하여 연결할 수 있다. 또한, 음극 리드 탭(133b)에 음극 탭(122b)을 용접하여 연결할 수 있다. 이때, 양극 리드 탭(133a)에 양극 탭(122a)을 용접하는 경우와 음극 리드 탭(133b)에 음극 탭(122b)을 용접하는 경우는 동일 또는 유사하므로 이하에서는 설명의 편의를 위하여 양극 리드 탭(133a)에 양극 탭(122a)을 용접하여 연결하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
양극 리드 탭(133a)에 양극 탭(122a)을 용접하는 경우 양극 리드 탭(133a)의 접철된 부분을 펼치거나 양극 리드 탭(133a)이 펼쳐진 상태에서 양극 탭(122a)을 양극 리드 탭(133a) 상에 배치할 수 있다. 이후 양극 리드 탭(133a)의 일부를 접철하여 양극 리드 탭(133a)의 일부와 양극 리드 탭(133a)의 다른 일부가 서로 대향하도록 배치시킬 수 있다. 이러한 경우 양극 탭(122a)은 양극 리드 탭(133a) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 양극 탭(122a)의 끝단은 양극 리드 탭(133a) 사이에 차폐되거나 양극 리드 탭(133a)으로부터 돌출된 상태일 수 있다. 특히 양극 탭(122a)이 양극 리드 탭(133a)의 끝단으로부터 돌출된 경우 용접을 완료하고, 돌출된 부분을 접어서 홈(135) 내부에 양극 탭(122a)을 배치시킬 수 있다.
상기와 같이 양극 탭(122a)의 배치가 완료되면, 양극 리드 탭(133a)의 일면에서 에너지를 가하여 용접을 수행할 수 있다. 이때, 양극 리드 탭(133a)에 용접 장치를 접촉하여 가압할 수 있다.
상기와 같이 용접을 수행하는 경우 종래에는 회로기판(131)이 양극 리드 탭(133a)의 타면에 배치될 수 있다. 이러한 경우 용접 시 발생하는 버(Burr)에 의해 양극 리드 탭(133a) 및 양극 탭(122a) 중 적어도 하나가 음극 리드 탭(133b) 및 음극 탭(122b) 중 적어도 하나와 커넥터(140)를 연결하는 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나와 연결되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우 배터리 팩(100)은 정상적으로 작동하지 못하거나 쇼트가 발생함으로써 배터리 팩(100)의 안전성이 훼손될 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예들에서는 홈(135)을 양극 리드 탭(133)이 배치되는 부분에 배치함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 즉, 양극 리드 탭(133a)과 양극 탭(122a)이 용접되는 부위에는 홈(135)이 배치됨으로써 회로기판(131), 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나가 존재하지 않음으로써 용접 시 양극 리드 탭(133a) 및 양극 탭(122a) 중 적어도 하나가 음극 리드 탭(133b) 및 음극 탭(122b) 중 적어도 하나와 커넥터(140)를 연결하는 충방전 회로 패턴 및 보호 회로 패턴 중 적어도 하나와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 용접이 완료되면, 홈(135)의 개구부보다 양극 리드 탭(133a)의 끝단이 파우치(121)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 또한, 케이스(110)의 내면으로부터 회로모듈(130)의 끝단까지의 제1 거리(H1)가 케이스(110)의 내면으로부터 양극 리드 탭(133a)의 끝단까지의 제2 거리(H2)보다 작을 수 있다. 뿐만 아니라 케이스(110)의 내면으로부터 회로모듈(130)의 끝단까지의 제1 거리(H1)가 케이스(110)의 내면으로부터 양극 탭(122a)의 끝단까지의 제3 거리(H3)보다 작을 수 있다. 따라서 양극 리드 탭(133a) 및 양극 탭(122a)은 케이스(110)에 접촉하지 않음으로써 케이스(110)를 통하여 통전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 양극 리드 탭(133a)과 양극 탭(122a)을 서로 연결한 경우 회로기판(131)에는 절연부(150)가 설치될 수 있다. 특히 절연부(150)는 이차전지(120)의 테라스부(124)에 배치되는 회로기판(131)을 감싸도록 배치될 수 있다.
상기와 같이 양극 리드 탭(133a)과 양극 탭(122a) 및 음극 리드 탭(133b)과 음극 탭(122b)을 각각 연결한 후 케이스(110)에 회로모듈(130)과 이차전지(120)를 배치할 수 있다. 이때, 회로모듈(130)에는 커넥터(140)가 연결된 상태일 수 있다.
상기의 과정이 완료되면, 외피부(160)를 부착하여 배터리 팩(100)의 제조를 완료할 수 있다.
따라서 배터리 팩(100)은 리드 탭(133)과 전극탭(122)의 용접 시 리드 탭(133)과 전극탭(122) 중 적어도 하나가 회로모듈(130)의 회로패턴과 접촉하는 것을 방지함으로써 배터리 팩(100)의 안정성을 증대시킬 수 있다.
또한, 배터리 팩(100)은 전극탭(122)이 회로모듈(130)보다 돌출됨으로써 케이스(110)와 조립 시 발생할 수 있는 간섭을 최소화할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 조립이 간편한 배터리 팩을 제공하며, 전기자동차, 하이브리드 자동차, 선박, 휴대용 전자기기 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 이차전지;
    상기 이차전지의 전극 탭이 연결되는 회로모듈;
    상기 회로모듈에 배치되어 상기 이차전지의 전극 탭이 부착되는 리드 탭;을 포함하고,
    상기 회로모듈에는 상기 리드 탭이 배치되는 부분에 홈이 구비되고, 상기 홈의 개구부는 상기 이차전지와 반대 방향에 배치된 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드 탭은 접철 가능하도록 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 리드 탭 사이에 배치되는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 리드 탭의 폭보다 큰 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 기판이 내부에 배치되는 케이스;를 더 포함하는 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 개구부를 차폐하는 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이스의 내면으로부터 상기 회로모듈의 끝단까지의 거리는 상기 케이스의 내면으로부터 상기 리드 탭의 끝단까지의 거리보다 작은 배터리 팩.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이스의 내면으로부터 상기 리드 탭의 끝단까지의 거리는 상기 케이스의 내면으로부터 상기 전극탭의 끝단까지의 거리보다 작은 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서
    상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로모듈의 회로패턴은 상기 리드 탭과 중첩되지 않는 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로모듈과 연결되는 커넥터;를 더 포함하는 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극탭이 배치된 상기 회로모듈의 일부를 감싸도록 배치되는 절연부;를 더 포함하는 배터리 팩.
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