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KR101397027B1 - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

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KR101397027B1
KR101397027B1 KR1020120100663A KR20120100663A KR101397027B1 KR 101397027 B1 KR101397027 B1 KR 101397027B1 KR 1020120100663 A KR1020120100663 A KR 1020120100663A KR 20120100663 A KR20120100663 A KR 20120100663A KR 101397027 B1 KR101397027 B1 KR 101397027B1
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원희연
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 리드 탭, 이를 구비하는 배터리 팩 및 리드 탭의 제조방법에 관련된 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 탭은, 돌출되게 형성된 보스부를 구비하며 전기 절연 소재로 이루어지는 절연커버와, 과열 차단 소자와 상기 과열 차단 소자에 전기적으로 결합되는 제1리드 및 제2리드와 상기 절연커버의 보스부에 끼워지는 구멍을 구비하는 과열 차단 소자 조립체를 구비하며, 상기 절연커버의 보스부는 상기 절연커버와 상기 과열 차단 소자 조립체가 분리되는 것이 제한되도록 그 단부가 상기 구멍보다 크게 형성된다.

Description

배터리 팩 {Battery pack}
본 발명은 리드 탭, 이를 구비하는 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법에 관련된 것이다.
노트북 컴퓨터, 태블릿 검퓨터, 스마트 폰 등 휴대용 전자기기가 널리 사용되고 있다. 이러한 휴대용 전자기기는 외부의 전원과 분리된 상태에서도 일정 시간 동안 사용이 가능하도록 전력을 저장하는 배터리 팩을 구비한다. 이러한 배터리 팩은 반복적으로 사용이 가능하도록 충방전이 가능한 이차 전지로 이루어지는 복수의 배터리 셀을 구비할 수 있다.
한편, 배터리 셀의 양극단자 또는 음극단자에는 리드 탭이 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 배터리 셀의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 리드 탭 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하고자 한다. 또한 본 발명의 일 측면은 리드 탭을 간단하고 신속하면서도 낮은 제조 단가로 제조할 수 있는 리드 탭의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 리드 탭은, 돌출되게 형성된 보스부를 구비하며, 전기 절연 소재로 이루어지는 절연커버와, 과열 차단 소자와 상기 과열 차단 소자에 전기적으로 결합되는 제1리드 및 제2리드와 상기 절연커버의 보스부에 끼워지는 구멍을 구비하는 과열 차단 소자 조립체를 구비하며, 상기 절연커버의 보스부는 상기 절연커버와 상기 과열 차단 소자 조립체가 분리되는 것이 제한되도록, 그 단부가 상기 구멍보다 크게 형성된다.
또한 상기 절연커버는 제1관통구를 구비하며, 상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 제1리드는 상기 제1관통구를 통하여 상기 절연커버의 저면으로 노출될 수 있다.
또한 상기 절연커버는 제2관통구를 더 구비하며, 상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 과열 차단 소자는 상기 절연커버의 상기 제2관통구를 통하여 상기 절연커버의 저면으로 노출될 수 있다.
또한 상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 구멍은, 상기 제2리드로부터 연장되게 형성된 결합부에 위치될 수 있다.
또한 상기 절연커버는, 상기 과열 차단 소자 조립체의 둘레의 적어도 일부를 감싸는 측벽부를 구비할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 실시예의 배터리 팩은, 단자를 구비하는 복수의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 단자 중 적어도 일부에 결합되는 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 배터리 리드 탭을 구비할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 일 실시예의 배터리 셀의 리드 탭의 제조방법은, 돌출되게 형성된 보스부를 구비하며 전기 절연 소재로 이루어지는 절연커버를 마련하는 단계와, 과열 차단 소자와 상기 과열 차단 소자에 전기적으로 결합되는 제1리드 및 제2리드와 상기 절연커버의 보스부가 끼워질 수 있는 구멍을 구비하는 과열 차단 소자 조립체를 마련하는 단계와, 상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 구멍이 상기 절연커버의 보스부에 끼워지도록 상기 과열 차단 소자 조립체를 상기 절연커버의 상측에 배치하는 단계와, 상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 구멍을 통하여 돌출된 상기 절연커버의 상기 보스부의 단부를 열 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 리드 탭은 배터리 셀의 과열을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 탭의 제조방법에 따르면 리드 탭을 간단하고 신속하면서도 낮은 제조 단가로 제조할 수 있다.
도 1은 배터리 팩의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 탭을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 및 도 5는 도 3의 리드 탭을 제조하는 과정의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 리드 탭의 일부분의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
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 리드 탭을 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 케이스(100), 케이스(100)의 내부에 수용되는 다수의 배터리 셀(200), 보호회로모듈(400)을 구비한다.
케이스(100)는 다수의 배터리 셀(200) 및 보호회로모듈(400)을 내부에 수용할 수 있다. 케이스(100)의 내부에 수용되는 배터리 셀(200)의 외장재는 금속성 소재를 포함하는 캔(211)으로 제작될 수 있으며, 이때 배터리 셀(200)들의 불필요한 전기적 접속을 피하기 위해 케이스(100)는 절연성 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 케이스(100)는 플라스틱 사출물일 수 있다.
케이스(100)는 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)를 포함할 수 있다. 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 측면을 따라 형성된 후크 구조를 통해 상호 결합될 수 있다. 하부 케이스(120)는 배터리 셀(200)이 안착될 수 있는 공간(S1)과, 보호회로모듈(400)이 안착될 수 있는 공간(S2)을 구비할 수 있다.
케이스(100)의 전체적 두께를 최소화하기 위해, 상부 케이스(110)의 상면 또는 하부 케이스(120)의 하면은, 배터리 셀(200)의 상면 또는 하면과 대응되는 영역이 개방된 상태로 형성될 수 있다. 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 개방된 영역은, 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120) 각각에 부착되는 라벨(510, 520)에 의하여 덮일 수 있다.
배터리 셀(200)은 재충전이 가능한 이차전지로서 리튬-이온 전지로 구성될 수 있다. 배터리 셀(200)은 전극 조립체(미도시) 및 전극 조립체를 수용하는 캔(211)을 포함한다. 전극 조립체는 양극판과 음극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 적층한 후 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수 있다. 캔(211)은 금속성 소재로 제작될 수 있다. 예컨대, 캔(211)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다수의 배터리 셀(200)들은 일 방향을 따라 나란하게(side-by-side) 배치될 수 있다. 배터리 셀(200) 각각의 양극과 음극이 전면에 배치되도록 배터리 셀(200)들은 나란하게 배치될 수 있다. 예컨대, 다수의 배터리 셀(200)들은 리드 플레이트(300)에 의하여 직렬 연결될 수 있다. 리드 플레이트(300)는 테이프(350)에 의해서 배터리 셀(200)에 안정적으로 결합될 수 있다.
본 실시예에서는 3개의 배터리 셀(200)들이 직렬 연결되어 하나의 배터리 팩(10)을 구성하는 경우를 설명하였으나, 배터리 팩(10)을 구성하는 배터리 셀(200)들의 개수나 연결 방법은 이에 제한되지 않고 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.
보호회로모듈(400)은 다수의 배터리 셀(200)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로모듈(400)은 배터리 셀(200)들의 과충전, 과방전 또는 과전류로 인해 발생되는 과열 및 폭발을 방지할 수 있다. 보호회로모듈(400)은 기판(410) 및 기판(410)의 일측 또는 내부에 실장되는 보호소자(미도시)를 포함할 수 있다. 보호소자는 저항 및 콘덴서와 같은 수동소자나 전계트랜지스터와 같은 능동소자로 이루어지는 안전 소자, 또는 집적 회로들이 선택적으로 형성될 수 있다.
보호회로모듈(400)의 일측에는 외부의 전자 기기로 전력을 공급하기 위한 커넥터(420)가 구비될 수 있다.
도 2는 도 1의 배터리 팩(10)의 배터리 셀(200), 리드 탭(700) 및 리드 플레이트(300)을 도시한 분리 사시도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 셀(200)의 각각에는 양극단자(210) 및 음극단자(220)가 마련된다.
리드 탭(700)은 각 배터리 셀(200)의 음극단자(220)에 접속되며 리드 플레이트(300)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서는 리드 탭(700)이 음극단자(220)에 배치되는 것으로 설명하나, 리드 탭(700)은 배터리 셀(200)의 양극단자(210)에만 배치되거나, 양극단자(210)와 음극단자(220)에 모두 배치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 탭(700)을 개략적으로 도시한 사시도로, 도 2 및 도 3을 참조하면 리드 탭(700)은 절연커버(710)와, 과열 차단 소자 조립체(720)을 구비한다.
절연커버(710)는 과열 차단 소자 조립체(720)를 지지하며, 전기 절연 소재, 예컨대 폴리카보네이트 등의 합성 수지로 이루어진다.
절연커버(710)의 보스부(712)는 과열 차단 소자 조립체(720)와의 안정적 결합을 위하여 과열 차단 소자 조립체(720)에 형성된 구멍(729)에 끼워지되, 그 단부는 과열 차단 소자 조립체(720)의 구멍(729)보다 넓게 형성되어 있다.
과열 차단 소자 조립체(720)은 과열 차단 소자(722), 제1리드(724), 제2리드(726) 및 결합부(728)를 구비한다.
과열 차단 소자(또는 TCO(thermal cut off) 소자)(720)는 소정의 온도 이상으로 온도가 올라가면 전류를 차단하는 소자로서, 양의 열 저항(positive thermal coefficient)를 가지는 서미스터(thermistor)를 구비할 수 있다.
제1리드(724)는 과열 차단 소자(722)와 배터리 셀(200)의 음극단자(220)를 전기적으로 연결한다. 제1리드(724)는 배터리 셀(200)의 음극단자(220)와 접속될 수 있도록 절연커버(710)의 저면으로 노출되게 배치된다.
제2리드(726)는 과열 차단 소자(722)와 리드 플레이트(300)를 전기적으로 연결한다. 제2리드(726)는 리드 플레이트(300)는 용접에 의해서 결합될 수 있다. 즉, 배터리 셀(200)의 음극단자(220)는 과열 차단 소자 조립체(720)의 제1리드(724), 과열 차단 소자(722), 제2리드(726)를 거쳐 리드 플레이트(300)에 전기적으로 연결된다. 따라서 배터리 셀(200)이 소정의 온도 이상으로 가열되면 과열 차단 소자(722)가 전류를 차단해주므로, 배터리 셀(200)의 추가적인 과열을 즉각적이고 효과적이고 차단할 수 있다.
결합부(728)는 제2리드(726)에서 연장되게 형성되며, 구멍(729)이 형성되어 있다. 도 6은 절연커버(710)와 과열 차단 소자 조립체(720)의 결합부(728)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면 결합부(728)의 구멍(729)에는 절연커버(710)의 보스부(712)가 끼워진다. 절연커버(710)의 보스부의 단부(712A)는 보스부(712)가 결합부(728)의 구멍(729)에서 빠지지 않도록 결합부(728)의 구멍(729)보다 크게 펴진 형태로 형성된다.
리드 플레이트(300)는 각 배터리 셀(200)을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 것으로, 배터리 셀(200)의 양극단자(210)에 전기적으로 연결되는 제1접속부(310)와, 배터리 셀(200)의 음극단자(220)에 연결된 리드 탭(700)의 제2리드(726)에 전기적으로 연결되는 제2접속부(320)를 구비한다. 리드 플레이트(300)의 제1접속부(310)와 배터리 셀(200)의 양극단자(210)의 접속, 및 리드 플레이트(300)의 제2접속부(320)와 리드 탭(700)의 제2리드(726)의 접속은 용접에 의해서 이루어질 수 있다. 리드 플레이트(300)는 제1접속부(310)와 제2접속부(320)를 구비하는 도전 플레이트와, 그 도전 플레이트의 제1접속부(310) 및 제2접속부(320)를 제외한 부분을 감싸는 절연 필름을 구비할 수 있다.
다음으로 본 발명의 상술한 리드 탭(700)의 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
본 실시예에 따른 리드 탭(700)의 제조방법은, 절연커버(710)를 마련하는 단계와, 과열 차단 소자 조립체(720)를 마련하는 단계와, 과열 차단 소자 조립체(720)를 절연커버(710)의 상측에 배치하는 단계와, 절연커버(710)의 보스부(712)를 열 가압하는 단계를 포함한다.
절연커버(710)를 마련하는 단계는, 보스부(712)를 구비하는 전기 절연 소재로 이루어지는 절연커버(710)를 마련하는 단계이다.
도 4는 절연커버(710) 및 과열 차단 소자 조립체(720)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 절연커버(710)는 과열 차단 소자 조립체(720)의 제1리드(724)가 삽입되는 제1관통구(713)와, 과열 차단 소자 조립체(720)의 과열 차단 소자(722)가 삽입되는 제2관통구(715)와, 과열 차단 소자 조립체(720)의 제2리드(726)가 안착되는 제2리드 안착부(716), 과열 차단 소자 조립체(720)의 결합부(728)의 구멍(729)에 끼워지는 보스부(712)를 구비한다. 또한, 절연커버(710)는 그 상측에 배치되는 과열 차단 소자 조립체(720)의 상대적인 이동을 제한하도록 과열 차단 소자 조립체의 둘레의 적어도 일부를 감싸는 측벽부(711)를 구비할 수 있다.
과열 차단 소자 조립체(720)를 마련하는 단계는, 상술한 과열 차단 소자 조립체(720)는 마련하는 단계이다. 즉 본 단계는 과열 차단 소자(722)와, 상기 과열 차단 소자(722)의 양 단자에 각각 연결되는 제1리드(724) 및 제2리드(726)와, 상기 절연커버(710)의 보스부(712)가 끼워질 수 있는 구멍(729)을 구비하는 과열 차단 소자 조립체(720)를 마련하는 단계이다.
과열 차단 소자 조립체(720)를 절연커버(710)의 상측에 배치하는 단계는, 과열 차단 소자 조립체(720)를 절연커버(710)의 상측에 결합시키는 단계이다. 본 단계에서 절연커버(710)의 보스부(712)는 과열 차단 소자 조립체(720)의 결합부(728)의 구멍(729)에 끼워지며 그 단부는 과열 차단 소자 조립체(720)로부터 상측으로 돌출된다.
또한, 과열 차단 소자 조립체(720)와 절연커버(710)가 결합되면, 과열 차단 소자(722)의 제1리드(724)는 절연커버(710)의 제1관통구(713)를 통하여 절연커버(710)의 하면으로 노출되어 배터리 셀(200)의 음극단자(220)와 연결된다. 또한, 과열 차단 소자(722)는 절연커버(710)의 제2관통구(715)를 통하여 절연커버(710)의 하면으로 노출되어 배터리 셀(200)과 접하게 되므로 배터리 셀(200)에서 발생하는 열에 직접적인 영향을 받게 된다. 따라서 과열 차단 소자(722)는 배터리 셀(200)에서 발생하는 열에 대해서 민감하게 반응할 수 있다.
절연커버(710)의 보스부(712)를 열 가압하는 단계는 과열 차단 소자 조립체(720)로부터 돌출된 절연커버(710)의 보스부(712)를 도 5에 도시된 바와 같이 열 융착기(P)로 가열 융착하는 단계이다. 이러한 과정을 통해서 보스부(712)가 과열 차단 소자 조립체(720)의 결합부(728)에 융착됨은 물론, 보스부의 단부(712A)가 도 6에 도시된 바와 같이 펴지게 되어 과열 차단 소자 조립체(720)가 절연커버(710)로부터 이탈되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
한편, 본 출원인은 리드 탭(700)을 제조하기 위한 방법으로 인서트 사출을 이용하기도 하였으나, 본 실시예의 리드 탭(700)의 제조방법이 인서트 사출 공정을 이용하는 경우에 비해서 공정이 간단하고 신속하며 재료비의 절감에 유리한 장점을 가진다.
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.
10 ... 배터리 팩 200 ... 배터리 셀
700 ... 리드 탭 710 ... 절연 커버
720 ... 과열 차단 소자 조립체 722 ... .과열 차단 소자
724 ... 제1리드 726 ... 제2리드
712 ... 보스부 712A ... 보스부의 단부

Claims (11)

  1. 각각 단자를 구비하며, 리드 플레이트를 통하여 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀의 단자에 결합되는 리드 탭을 구비하는 배터리 팩으로서,
    상기 리드 탭은,
    돌출되게 형성된 보스부를 구비하며, 전기 절연 소재로 이루어지는 절연커버와,
    과열 차단 소자와, 상기 과열 차단 소자에 전기적으로 결합되는 제1리드 및 제2리드와, 상기 절연커버의 보스부에 끼워지는 구멍을 구비하는 과열 차단 소자 조립체를 구비하며,
    상기 절연커버의 보스부는,
    상기 절연커버와 상기 과열 차단 소자 조립체가 분리되는 것이 제한되도록, 그 단부가 상기 구멍보다 크게 형성되고,
    상기 제1리드의 저면은 배터리 셀의 단자와 접속될 수 있도록 제1관통구를 통하여 절연커버의 저면으로 노출되며,
    상기 제2리드는 과열 차단 소자와 리드 플레이트를 연결하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연커버는 제2관통구를 더 구비하며,
    상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 과열 차단 소자는,
    상기 절연커버의 상기 제2관통구를 통하여 상기 절연커버의 저면으로 노출되는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 과열 차단 소자 조립체의 상기 구멍은,
    상기 제2리드로부터 연장되게 형성된 결합부에 위치되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연커버는,
    상기 과열 차단 소자 조립체의 둘레의 적어도 일부를 감싸는 측벽부를 구비하는 배터리 팩.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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