KR101084982B1 - 신규한 구조의 이차전지 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 쌍의 체결홈이 소정의 깊이로 형성되어 있는 전지셀, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재, 한 쌍의 접속 체결부재가 하부로 돌출된 형태로 장착되어 있는 보호회로 모듈(PCM), 및 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡을 포함하며, 상기 절연성 장착부재가 전지셀의 상단면에 장착된 상태에서, 상기 접속 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단자의 체결홈에 삽입됨으로써, 전지셀 및 절연성 장착부재에 대한 PCM의 결합과, 전지셀과 PCM의 전기적 연결이 이루어지는 구조의 이차전지 팩을 제공한다.
Description
본 발명은 신규한 구조의 이차전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀, 절연성 장착부재, 한 쌍의 접속 체결부재가 하부로 돌출된 형태로 장착되어 있는 보호회로 모듈(PCM), 및 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡을 포함하고 있으며, 상기 절연성 장착부재가 전지셀의 상단면에 장착된 상태에서, 상기 접속 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단자의 체결홈에 삽입됨으로써, 전지셀 및 절연성 장착부재에 대한 PCM의 결합과, 전지셀과 PCM의 전기적 연결을 달성하는 구조의 이차전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
일반적으로 PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다. 즉, PCM의 전극 탭에 니켈 플레이트를 각각 용접 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 이러한 접속 형태를 구현하기 위해서는 다수 개의 절연성 장착부재 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 상대적으로 전지셀을 수납하는 공간이 감소하게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전지팩을 구성하기 위하여 다수의 용접 또는 솔더링이 요구되며, 이러한 용접 등은 이차전지의 작은 구조로 인해 매우 정밀한 작업으로 진행되어야 하므로, 그만큼 불량의 가능성이 높다. 더욱이, 제품의 제조공정 중에 이러한 공정의 추가로 인하여 제품단가가 상승하는 요인으로 작용한다.
따라서, 전지셀 상단에 탑재되는 부품 수를 줄이고 조립 공정을 간소화하여 전지셀의 제조 공정성을 향상시키는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예 를 들어, 한국 특허출원공개 제2007-01566호는 보호회로가 형성되며, 양극단자와 음극단자를 포함하는 보호회로부, 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 일측에 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 구비하며 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 베어셀, 및 상기 베어셀과 보호회로부를 서로 전기적으로 연결하는 양극 리드 플레이트와 음극 리드 플레이트를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 양극 리드 플레이트에 돌출부를 형성하고, 전지의 제조과정에서 상기 양극 리드 플레이트의 돌출부를 전해액 주입구에 삽입하여, 보호회로부가 베어셀로부터 분리되는 현상을 방지하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 기술은 돌출부가 형성된 특정한 구조의 양극 리드 플레이트를 제조하는 공정이 복잡하고, 또한 상기 돌출부가 전해액 주입구의 밀봉 역할을 하므로, 그에 따른 돌출부의 단순한 압입만으로는 전해액의 누액을 방지할 수 없다. 따라서, 이러한 누액 현상을 방지하기 위해 전해액 주입구와 상기 돌출부를 용접 등으로 밀봉시키는 방법이 있으나, 이 또한, 추가 공정을 필요로 하므로 제조 공정성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 전지셀의 상단에 장착되는 부재들의 수를 감소시켜 조립공정을 단순화하고, 용접 공정을 제거하여 조립 과정에서의 불량 발생을 최소화하며, 전지셀 상단부에 탑재되는 부재들을 상호간 안정적으로 결합시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩에 소요되는 부품 수를 줄이고 조립공정을 단순화하여 전지의 제조비용을 감소시키고, 솔더링 및 용접 공정을 제거하여 제조 공정의 용이성을 확보하며 불량 발생을 최소화할 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 이차전지 팩의 제조가 가능할 수 있도록 접속 체결부재들이 특정한 구조로 결합되어 있는 PCM을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 팩은,
양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 상면에 하기 접속 체결부재가 삽입될 수 있도록 한 쌍의 체결홈이 소정의 깊이로 형성되어 있는 전지셀;
상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재;
과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있고, 전지셀과의 기계적 체결 및 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속 체결부재가 하부로 돌출된 형태 로 장착되어 있으며, 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM); 및
상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하고 있으며,
상기 절연성 장착부재가 전지셀의 상단면에 장착된 상태에서, 상기 접속 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단자의 체결홈에 삽입됨으로써, 전지셀 및 절연성 장착부재에 대한 PCM의 결합과, 전지셀과 PCM의 전기적 연결을 달성하는 구조로 구성되어 있다.
일반적으로, 종래의 전지팩에서 PCM은 별도의 부재로서 전지셀 상단부에 전기적으로 연결된 상태로 장착되고, 니켈 클래드 또는 니켈 플레이트를 사용하여 PCM과 전지셀의 양극단자 및 음극단자를 연결하는 바, 이러한 PCM과 전지셀의 상단부의 연결방법으로는 주로 용접 또는 솔더링 작업 등을 사용하므로 불량이 많이 발생하게 되고, 동시에 니켈 플레이트의 장착을 위한 공간이 요구되는 등 많은 문제점들이 유발된다.
그러나, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 보호회로 모듈에 장착된 한 쌍의 접속 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단자에 형성된 체결홈에 삽입됨으로써, 전지셀 및 절연성 장착부재에 대한 PCM의 결합과, 전지셀과 PCM의 전기적 연결이 함께 달성되므로, 전체적으로 간단한 연결 방식으로 소정의 조립 과정이 수행될 수 있고, 작업의 용이성이 향상되어 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 니켈 플레이트와 니켈 클래드 등을 사용하지 않고도, PCM과 전지셀의 전기적 연결을 달성할 수 있으므로, 전지팩 제조에 소요되는 부품 수를 절감하고, 솔더링 또는 용접 작업 없이 순수 조립 작업으로만 전지팩을 제조할 수 있다.
상기 전지케이스는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도가 요구되므로, 금속 소재의 캔일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 캔 또는 스테인리스 스틸 캔일 수 있다.
상기 접속 체결부재는 보호회로 모듈에 장착된 상태에서 전지셀 전극단자의 체결홈에 삽입되어 상호간의 접속을 용이하게 이루는 구조라면 특별히 제한되지는 않으며, 바람직하게는, 도전성 접속핀 또는 도전성 나사 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서, 접속 체결부재는 PCM의 회로에 연결된 상태에서, PCM을 상부로부터 관통하여 고정되어 있는 구조로 PCM에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 접속 체결부재는 접속핀 또는 나사 형태의 본체와, 상기 본체의 직경보다 큰 구조의 직경을 가지는 헤드로 구성되며, 상기 본체의 하부가 PCM을 관통하여 전지셀 전극단자의 체결홈과 결합되었을 때, 상기 헤드는 PCM의 상면에 밀착됨으로써, PCM이 전지셀의 상부로부터 분리되는 것을 방지하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극단자 체결홈에 대한 접속 체결부재의 결합은 다양한 방식으로 달성될 수 있으며, 바람직하게는 억지 끼움 또는 나사 결합 방식으로 이루어져 있어서, 접속 체결부재와 체결홈의 결합을 더욱 견고하게 할 수 있다.
예를 들어, 나사 형상의 접속 체결부재가 내면에 나사산이 형성되어 있는 체결홈에 삽입되어 상호간의 전기적 연결 및 기계적 결합을 용이하게 달성할 수 있 다. 또한, 나사 형상의 접속 체결부재를 체결홈에 삽입할 때 나사선이 형성되는 방식으로 상호간의 결합이 달성될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 PCM의 하면에는 보호회로 상에 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 소자가 탑재될 수 있다. 이러한 PTC 소자는 다양한 구조로 PCM의 보호회로 상에 탑재될 수 있으며, 예를 들어, 한 쌍의 도전성 부재 사이에 PTC 소자를 개재한 후, 도전성 부재들을 PCM의 보호회로에 접속시키거나, 또는 PTC 소자를 칩의 형태로 제작하여 표면실장기술(SMT) 방식으로 PCM의 보호회로에 부착시킬 수도 있다.
참고로, SMT는 인쇄회로기판(PCB)과 같은 전자기판 위에 표면실장형 부품을 장착하는데 많이 사용되고 있고, PTC 소자는 온도에 따라 저항이 변화하는 물질이 포함되어 있어서, 전지 내부의 온도가 급상승할 경우, 전류를 차단하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 체결홈은, 앞서 언급한 바와 같이, 전지셀의 양극단자 및 음극단자가 형성되어 있는 전지셀의 상면인 탑 캡에 형성되어 있으며, 체결홈의 깊이는 0.3 내지 3 mm의 크기로 이루어질 수 있다. 체결홈의 깊이가 너무 깊으면, 그에 따라 탑 캡의 두께가 두꺼워져야 하거나, 또는 접속 체결부재가 탑 캡을 관통하여 전지셀의 내부와 접촉될 수 있다. 반대로, 체결홈의 깊이가 너무 얕으면, 접속 체결부재가 체결홈으로부터 쉽게 분리될 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 전극단자의 체결홈은 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 평면상 원형, 타원형, 슬릿으로 이루어지는 군에서 선택되는 형상으로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 접속 체결부재는 상기 체결홈에 삽입되어 고정될 수 있도록, 체결홈에 대응하는 형상으로 이루어져 있다.
상기 절연성 장착부재는, 앞서 설명한 바와 같이, PCM이 상부에 탑재되는 구조로서 전지셀의 상단면에 직접 밀착되는 절연성의 소재로 이루어져 있고, 하나의 예로서, 전지셀의 상단면과 대략 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀의 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 이러한 절연성 장착부재의 제 1 개구 및 제 2 개구의 구조에 의해, PCM의 접속 체결부재는 각각의 개구들을 관통하여 전지셀의 제 1 전극단자 및 제 2 전극단자의 체결홈에 용이하게 삽입될 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극단자는 양극단자이고 제 2 전극단자는 음극단자일 수 있다.
예를 들어, 각형 전지셀은 그것의 상단면에 돌출된 전극 단자와 전지 케이스가 각각 음극단자와 양극단자를 형성하는 구조로 이루어져 있고, 이들 사이에는 절연부재가 개재되어 상호 절연을 이루고 있다. 따라서, 이러한 각형 전지셀 구조에서, 제 1 전극단자는 전지케이스의 상단면인 양극단자이고, 제 2 전극단자는 상기 전지케이스 상단면에 돌출된 음극단자일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 절연성 장착부재의 상부면은 PCM이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 PCM에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 돌출된 최외측 양측 단부에 절연성 캡과 결합되는 돌출부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기와 같은 절연성 장착부재의 구조는 절연성 장착부재와 PCM의 밀착력을 향상시키고, PCM이 절연성 장착부재의 상부면에 장착된 경우, 진동 및 낙하 등 외부충격에 의해 PCM이 측면 방향으로 정위치를 이탈하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 PCM의 양측 단부에는 소정의 폭을 가지고 내측으로 만입되어 있는 만입홈이 형성되어 있고, 상기 절연성 장착부재의 돌출부 상단에는 상기 만입홈에 대응하여 내측으로 돌출된 체결 돌기가 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 이러한 체결 구조에 의해, 전지의 조립시 절연성 장착부재와 PCM의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 절연성 캡은 전지셀을 외부의 충격으로부터 보호하고 전지셀 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완함과 동시에 전기적 절연상태를 유지하는 역할을 수행하게 된다. 바람직하게는, 전지셀에 대한 결합력을 향상시킬 수 있도록, 상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장된 구조일 수 있다. 이러한 효과를 극대화하기 위하여, 상기 절연성 캡의 하향 연장부는 전지셀의 상단부 외측면에 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 결합되어 있는 구조가 바람직하다.
상기 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡 이외에 하단부에도 별개의 절연성 캡(하단 캡)이 장착되는 구조일 수 있으며, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 구조일 수 있다. 이를 통해 외부 충격으로부터 전지셀을 보호하고 전기적 절연상태를 유지할 수 있다. 바람직하게는 상기 외장 필름은 절연성 캡의 하향 연장부를 감싸는 구조로 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 각형의 리튬 이차전지를 전지셀로서 포함하는 전지팩에 적용될 수 있다.
본 발명은, 또한, 이차전지 셀에 장착되는 보호회로모듈(PCM)로서,
과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있는 PCM 본체; 및
전지셀에 대한 기계적 체결과 전기적 연결을 위해, 전지셀 전극단자에 대응하는 위치에서, PCM 본체를 상부로부터 관통하여 하부로 돌출된 형태로 고정되어 있는 도전성 핀 또는 나사 구조의 한 쌍의 접속 체결부재들;
을 포함하는 구조의 보호회로 모듈을 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은 솔더링 또는 용접을 사용하여 전지셀의 전극단자와 전기적 연결하는 종래의 전지셀 연결 구조와 비교하여, 솔더링 또는 용접 없이 접속 체결부재를 사용하여 전지셀의 전극단자와 간단하고 용이하게 전기적 연결 및 기계적 결합을 달성할 수 있다.
또한, 이러한 접속 체결부재를 포함하고 있는 보호회로 모듈의 구조는 니켈 플레이트 또는 니켈 클래드를 필요로 하지 않으므로, 부품 구성을 크게 간소화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이차전지 팩(100)은, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는 전지셀(200), 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어하는 PCM(300), 상부에 PCM(300)이 탑재되며 전지셀(200)의 상단면(210)에 장착되는 절연성 장착부재(400), PCM(300)가 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(400)를 감싸면서 전지셀(200)의 상단부에 결합되는 절연성 상단 캡(500), 전지셀(200)의 하단부에 결합되는 절연성 하단 캡(510), 및 전지셀(200) 케이스의 외면을 감싸며 부착되는 외장 필름(520)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(200)의 상단면(210)에는 전지케이스와 절연된 상태에서 상부로 돌출된 제 1 전극단자(220)가 형성되어 있고, 제 1 전극단자(220)를 제외한 나머지 부위는 양극단자를 형성한다. 또한, 금속볼 및 고분자 수지 등에 의해 밀봉된 전해액 주입부(240)가 평면상 원형 형상으로 돌출되어 있다.
절연성 장착부재(400)는 접착 방식으로 전지셀(200)의 상단면(210)에 탑재되어 결합되며, 전지셀(200)의 돌출된 제 1 전극단자(220)가 상부로 노출될 수 있도록 절연성 장착부재(400)의 중앙 부위에 제 1 개구(410)가 형성되어 있고, 우측 부위에는 전지셀(200)의 상단면(210) 일부가 노출될 수 있도록 제 2 개구(420)가 형 성되어 있다.
절연성 상단 캡(500)은 PCM(300)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(400)를 감싸면서 전지셀(200)의 상단부에 결합되며, 전지셀(200)의 상단부 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있고, 상단면 일측에는 A/S 라벨(502)이 부착되어 있다.
전지케이스의 외면에는 외부와 전기적 절연상태를 확보하고 제품의 정보를 표시하는 외장 필름(520)이 부착되어 있다. 열수축성 소재로 이루어진 외장 필름(520)은 튜브 형태로 제조되어 전지셀(200)을 감싼 후 열을 가하여 전지셀(200) 케이스 표면에 수축되면서 밀착되는 구조로 부착된다.
도 2에는 PCM 어셈블리, 절연성 장착부재, 전지셀의 결합 구조를 나타내는 분해 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(200)의 상단면(210)은 제 2 전극단자(230)로 사용되고, 상단면(210)의 중앙 부위에는 제 2 전극단자(230)와 절연부재(224)에 의해 절연되어 있는 제 1 전극단자(220)가 형성된 구조로 이루어져 있다. 전지셀(200) 상단면(210)의 일측과 제 1 전극단자(220)에는 전극단자 체결홈들(222, 232)이 각각 형성되어 있다. 절연성 장착부재(400)는 전지셀(200)의 상단면(210)과 대략 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀(200)의 제 1 전극단자(220)가 노출되는 제 1 개구(410)과, 전지셀(200) 상단면(210)의 전극단자 체결홈(232)이 노출되는 제 2 개구(420)가 형성되어 있다.
접속 체결부재들(322, 332)은 PCM(300)에서 전지셀(200)의 전극단자 체결홈 들(222, 232)에 대응하는 위치에 도전성 핀 또는 나사 구조로 장착되어 있다. 접속 체결부재들(322, 332)은 PCM(300)의 회로(도시하지 않음)에 연결된 상태에서 PCM(300)을 상부로부터 관통하여 고정되어 있는 구조로 PCM(300)에 장착되어 있고, 전지의 조립시 접속 체결부재들(322, 332)의 하부가 전지셀(200)의 전극단자 체결홈들(222, 232)에 각각 삽입되어 전지셀(200)의 전극단자들(220, 230)과 PCM(300)의 전기적 접속 및 기계적 체결이 이루어진다.
또한, 소정의 깊이를 가진 전극단자 체결홈들(222, 232)은 접속 체결부재들(322, 332)의 하면에 대응하는 형상인 평면상 원형으로 형성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 PCM의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 PCM이 전지셀의 상단면에 장착된 구조의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, PCM(300)의 양측 단부에는 소정의 폭을 가지고 내측으로 만입되어 있는 슬릿 형상의 만입홈들(332)이 형성되어 있고, PCM(300)에 장착되어 있는 접속 체결부재들(322, 332)의 하부(323, 333)에는 나사산이 형성되어 있다. 이러한 나사산은 전지셀(200)의 전극단자 체결홈들(222, 232)에 삽입될 때 그것의 내면에 형성하므로, 접속 체결부재들(322, 332)과 전극단자 체결홈들(222, 232)은 나사 결합 방식에 의해 상호 결합된다. 경우에 따라서는, 접속 체결부재들(322, 332)이 도전성 핀의 구조로 이루어져 있어서, 억지끼움 방식으로 전극단자 체결홈들(222, 232)에 삽입되어 상호 결합을 이룰 수도 있다.
또한, PCM(300)의 하면에는 보호회로(도시하지 않음) 상에 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 소자(도시하지 않음)가 칩의 형태로 SMT 방식에 의해 탑재되 어 있다.
도 5에는 전지셀의 상부에 절연성 장착부재가 결합되어 있는 구조의 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 구조에 PCM을 장착한 구조의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 절연성 장착부재(400)의 상부는 PCM(300)이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 PCM(300)에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 돌출된 최외측 양측 단부에 절연성 캡(도 1: 500)에 결합되는 체결부들(434)이 형성되어 있다. 또한, 돌출부들(430)의 상단에는 PCM (300)의 양측 단부에 형성된 만입홈들(332)에 대응하여 내측으로 돌출된 체결 돌기들(432)이 형성되어 있다. 따라서, 절연성 장착부재(400)의 체결 돌기들(432)과 PCM(300)의 만입홈들(332)이 결합됨으로써, PCM(300)은 절연성 장착부재(400) 상에 더욱 안정된 구조로 장착된다.
도 7에는 도 6의 구조에 절연성 상단 캡을 결합한 구조의 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 완성된 이차전지 팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 절연성 상단 캡(500)은 그것의 적어도 일부가 전지셀(200) 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장된 구조로 형성되며, 전지셀(200)의 상단부 외측면에 접착 방식으로 결합되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 보호회로 모듈에 장착된 한 쌍의 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단 자에 형성된 체결홈과 직접 삽입되어 결합함으로써, 니켈 클래드 및 니켈 플레이트를 사용하는 종래의 전지셀 구조와 비교하여, 간단하고 용이하게 보호회로 모듈과 전지셀의 전기적 접속 및 기계적 연결이 가능하며, 부품 구성을 크게 간소화할 수 있다.
또한, 전지의 제조과정에서 솔더링, 용접 공정 등을 필요로 하지 않으므로, 제조 공정성을 향상시킬 수 있고 불량을 최소화할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다;
도 2는 PCM 어셈블리, 절연성 장착부재, 전지셀의 결합 구조를 나타내는 분해 모식도이다;
도 3은 PCM 어셈블리의 모식도이다;
도 4는 PCM 어셈블리가 전지셀의 상단면에 장착된 구조의 모식도이다;
도 5는 전지셀의 상부에 절연성 장착부재가 결합되어 있는 구조의 모식도이다;
도 6은 도 5의 구조에 PCM 어셈블리를 장착한 구조의 모식도이다;
도 7은 도 6의 구조에 절연성 상단 캡을 결합한 구조의 모식도이다;
도 8은 완성된 이차전지 팩의 사시도이다.
Claims (14)
- 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 상면에 하기 접속 체결부재가 삽입될 수 있도록 한 쌍의 체결홈이 탑 캡에 0.3 내지 3 mm의 깊이로 형성되어 있는 전지셀;상기 전지셀의 전극단자들이 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 보호회로 모듈이 상부에 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 상단면에 장착되는 절연성 장착부재;과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있고, 전지셀과의 기계적 체결 및 전기적 연결을 위한 한 쌍의 접속 체결부재가 하부로 돌출된 형태로 장착되어 있으며, 상기 절연성 장착부재 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM); 및상기 PCM이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;을 포함하고 있으며,상기 절연성 장착부재가 전지셀의 상단면에 장착된 상태에서, 상기 접속 체결부재가 절연성 장착부재의 개구를 관통하여 전지셀 전극단자의 체결홈에 삽입됨으로써, 전지셀 및 절연성 장착부재에 대한 PCM의 결합과, 전지셀과 PCM의 전기적 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔인 것을 특징으로 하는 이차전 지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접속 체결부재는 도전성 접속핀 또는 도전성 나사 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 3 항에 있어서, 상기 접속 체결부재는 PCM의 회로에 연결된 상태에서, PCM을 상부로부터 관통하여 고정되어 있는 구조로, PCM에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극단자 체결홈에 대한 접속 체결부재의 결합은 억지 끼움 또는 나사 결합 방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PCM의 하면에는 보호회로 상에 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 PTC 소자가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재는 전지셀의 상단면과 일치하는 크기를 가지며, 중앙에 전지셀의 제 1 전극단자가 노출되는 제 1 개구와, 상기 제 1 개구로부터 소정의 이격거리에 전지셀의 케이스 상단면의 일부(제 2 전극단자)가 노출되는 제 2 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 장착부재의 상부면은 PCM이 장착되어 정위치로 고정될 수 있도록 PCM에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 돌출된 최외측 양측 단부에 절연성 캡과 결합되는 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 PCM의 양측 단부에는 소정의 폭을 가지고 내측으로 만입되어 있는 만입홈이 형성되어 있고, 상기 절연성 장착부재의 돌출부 상단에는 상기 만입홈에 대응하여 내측으로 돌출된 체결 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 하단부에는 또 다른 절연성 캡(하단 캡)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 케이스 외면에는 외장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형의 리튬 이차전지 셀인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
- 이차전지 셀에 장착되는 보호회로모듈(PCM)로서,과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 보호회로가 형성되어 있는 PCM 본체; 및전지셀에 대한 기계적 체결과 전기적 연결을 위해, 전지셀 전극단자에 대응하는 위치에서, PCM 본체를 상부로부터 관통하여 하부로 0.3 내지 3 mm의 높이로 돌출된 형태로 고정되어 있는 도전성 핀 또는 나사 구조의 한 쌍의 접속 체결부재들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로 모듈.
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