KR101134393B1 - Battery Pack of Novel Structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀; (b) 상기 전지셀의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 기판 상에 인쇄되어 있고, 전지셀의 전극단자에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상단에 탑재되어 있는 보호회로 기판; (c) 상기 전지셀을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위해, 전지셀의 측면으로부터 돌출된 형태로 장착되어 있는 외부 입출력 단자부; 및 (d)상기 보호회로 기판을 상기 외부 입출력 단자부에 연결하는 회로 기판 연결부재;를 포함하고, 상기 보호회로 기판을 감싸는 구조로 전지셀의 상단과 결합되는 전기절연성의 캡 하우징이, 인서트 사출 성형에 의해, 상기 보호회로 기판 전체 및 상기 회로 기판 연결부재의 일부와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.The present invention (a) a battery cell in which the electrode assembly of the positive electrode / separator / negative electrode is embedded in the battery case together with the electrolyte; (b) a protection circuit board on which a protection circuit for controlling overcharging, overdischarging, and overcurrent of the battery cell is printed on a substrate, and mounted on an upper end of the battery cell while being electrically connected to an electrode terminal of the battery cell; (c) an external input / output terminal unit mounted to protrude from a side surface of the battery cell to electrically connect the battery cell to an external device; And (d) a circuit board connection member for connecting the protective circuit board to the external input / output terminal, wherein the cap housing is electrically insulative and coupled to the top of the battery cell in a structure surrounding the protective circuit board. The present invention provides a battery pack, which is integrally formed with the entire protective circuit board and a part of the circuit board connection member.
Description
본 발명은 전지팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀; 상기 전지셀의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 기판 상에 인쇄되어 있고, 전지셀의 전극단자에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상단에 탑재되어 있는 보호회로 기판; 상기 전지셀을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위해, 전지셀의 측면으로부터 돌출된 형태로 장착되어 있는 외부 입출력 단자부; 및 상기 보호회로 기판을 상기 외부 입출력 단자부에 연결하는 회로 기판 연결부재;를 포함하고, 상기 보호회로 기판을 감싸는 구조로 전지셀의 상단과 결합되는 전기절연성의 캡 하우징이, 인서트 사출 성형에 의해, 상기 보호회로 기판 전체 및 상기 회로 기판 연결부재의 일부와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack, and more particularly, a battery cell in which the electrode assembly of the positive electrode / separator / negative electrode is embedded in the battery case together with the electrolyte; A protection circuit board on which a protection circuit for controlling overcharging, overdischarging, and overcurrent of the battery cell is printed on a substrate, and mounted on an upper end of the battery cell while being electrically connected to an electrode terminal of the battery cell; An external input / output terminal unit mounted to protrude from a side surface of the battery cell to electrically connect the battery cell to an external device; And a circuit board connecting member connecting the protective circuit board to the external input / output terminal, wherein the cap housing is electrically insulatively coupled to the top of the battery cell in a structure surrounding the protective circuit board, by insert injection molding. It relates to a battery pack, characterized in that formed integrally with the entire protective circuit board and a portion of the circuit board connecting member.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특 성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.Due to the development of technology and increasing demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are not only various mobile devices but also various electronic products. It is widely used as an energy source.
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. However, since lithium secondary batteries contain various combustible materials, there is a risk of overheating, explosion, etc. due to overcharging, overcurrent, and other physical external shocks, and thus has great disadvantages in safety.
따라서, 이러한 리튬 이차전지를 전지셀(battery cell)로서 포함하고 있는 전지팩에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다. 즉, 일반적인 전지팩은 전지셀에 보호회로 모듈이 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.Therefore, a battery pack including such a lithium secondary battery as a battery cell is mounted with a protection circuit module (PCM) connected to the battery cell, which can effectively control abnormal conditions such as overcharging. That is, a general battery pack has a structure in which a protection circuit module is electrically connected to a battery cell.
상기 전지셀은 양극판, 음극판 및 분리막으로 이루어진 전극조립체와, 전극조립체의 전극단자가 외부로 돌출되도록 전극조립체를 수용하고 내부에 일정량의 전해질을 밀봉 상태로 포함하고 있는 케이스로 이루어져 있다.The battery cell includes an electrode assembly consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and a case accommodating the electrode assembly so that the electrode terminals of the electrode assembly protrude outwards and contain a predetermined amount of electrolyte in a sealed state.
상기 보호회로 모듈은 전지셀의 전극단자와 전기적으로 접속되는 보호회로가 마련된 기판과, 이러한 기판의 반대편에 마련되어 외부기기(예를 들어, 무선 단말기 등)와 접속되는 외부 입출력 단자로 이루어져 있다.The protection circuit module includes a substrate provided with a protection circuit electrically connected to an electrode terminal of a battery cell, and an external input / output terminal provided on the opposite side of the substrate and connected to an external device (for example, a wireless terminal).
도 1에는 종래기술에 따른 전지팩의 대표적인 예가 모식적으로 도시되어 있다.1 schematically shows a representative example of a battery pack according to the prior art.
도 1에서 보는 바와 같이, 전지팩(10)은 전극조립체와 전해액을 내장하고 있는 전지셀(20), 전지셀(20)의 상부에 탑재되는 보호회로 모듈(30), 전지셀(20)과 보호회로 모듈(30)이 장착된 상태에서 상호 결합되는 상하부 팩 케이스(40, 50), 및 상하부 팩 케이스(40, 50)의 외면을 감싸는 외장 필름(60)으로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, the
보호회로 모듈(30)은 보호회로가 형성되어 있는 기판(보호회로 기판: 31)과 보호회로 기판(31)의 상단에 형성되어 있는 외부 입출력 단자부(32)로 이루어져 있다. 전지팩(10)이 조립되었을 때, 외부 입출력 단자부(32)는 하부 팩 케이스(50)의 상단에 천공되어 있는 개구(51)를 통해 외부로 노출된다.The
전지셀(20)의 상단으로부터 돌출되어 있는 전극단자들(도시하지 않음)은 니켈 플레이트 등의 접속부재들(도시하지 않음)에 의해 보호회로 모듈(30)의 보호회로에 전기적으로 연결된다. Electrode terminals (not shown) protruding from the top of the
따라서, 전지셀(20)에 대한 보호회로 모듈(30)의 장착을 위해 상하부 팩 케이스(40, 50)가 필요하고, 외부 입출력 단자부(32)는 전지팩(10)의 상단에 위치하게 된다. Therefore, upper and
이러한 구조의 전지팩은 크기 증가를 초래하고, 디바이스에 대한 전지팩의 장착 방식을 매우 제한한다. 즉, 상하부 팩 케이스의 사용은 그것의 크기만큼 전지팩의 두께를 증가시키고, 디바이스에 전지팩이 장착되었을 때, 디바이스에서 전지팩의 외부 입출력 단자부에 접속되는 부위가 전지팩의 상단에 대응하는 위치에 형성되어 있어야 한다. The battery pack of this structure results in an increase in size and greatly limits the manner in which the battery pack is mounted on the device. That is, the use of the upper and lower pack cases increases the thickness of the battery pack by its size, and when the battery pack is mounted on the device, a position where the portion connected to the external input / output terminal of the battery pack in the device corresponds to the top of the battery pack Should be formed in
반면에, 디바이스 구조가 매우 다양화되고 있고, 그에 따라 전지팩 장착 공간을 최소화하면서 동일 규격 대비 높은 용량의 전지팩이 요구됨에 따라, 보다 얇은 두께의 전지팩이 요구되고 있고, 디바이스에 대한 전지팩의 전기적 연결구조가 전지팩의 상단 부위가 아닌 위치에 형성될 필요성이 존재한다.On the other hand, as the device structure is very diversified and accordingly, a battery pack having a higher capacity than the same standard is required while minimizing battery pack mounting space, a battery pack having a thinner thickness is required, and a battery pack for a device The electrical connection structure of the need to be formed in a position other than the top portion of the battery pack.
그러나, 상기와 같은 변화에 대응하여, 도 1과 같은 종래의 전지팩에서 팩 케이스의 두께를 더욱 얇게 하는 것은 실질적으로 불가능하다. 따라서, 별도의 팩 케이스를 사용하지 않고 보호회로 모듈을 전지셀의 상단부에 탑재한 상태에서 테이프 등으로 탑재 부위를 감싸는 구조를 고려할 수는 있으나, 이 경우 안정적인 장착 구조를 형성하기 어려우므로 외력에 의한 단락의 가능성이 매우 높아지는 문제가 발생한다.However, in response to such a change, in the conventional battery pack as shown in FIG. 1, it is substantially impossible to make the thickness of the pack case even thinner. Therefore, it is possible to consider a structure that wraps the mounting portion with a tape or the like while the protection circuit module is mounted on the upper end of the battery cell without using a separate pack case, but in this case, it is difficult to form a stable mounting structure. The problem arises that the possibility of a short circuit becomes very high.
또한, 전지팩과 디바이스의 전기적 접속 위치를 변화시키기 위해서는 복잡한 배선 구조가 필요하고, 그에 따라 한정된 장착 공간에서 전지셀의 크기를 최대화하기는 매우 어렵다. 전지셀의 크기는 전지팩의 용량에 직접적으로 기여하므로, 동일 규격 대비 전지셀의 크기 축소는 전지팩의 용량 감소를 초래한다.In addition, in order to change the electrical connection position of the battery pack and the device requires a complicated wiring structure, it is very difficult to maximize the size of the battery cell in a limited mounting space. Since the size of the battery cell directly contributes to the capacity of the battery pack, the reduction of the size of the battery cell compared to the same standard results in a decrease in the capacity of the battery pack.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 기술의 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high need for technology for solving these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명의 첫 번째 목적은 동일 규격 대비 용량을 최대화 할 수 있도록 두께가 얇은 구조의 전지팩을 제공하는 것이다. The first object of the present invention is to provide a battery pack having a thin structure to maximize the capacity compared to the same specification.
본 발명의 두 번째 목적은 디바이스와의 전기적 접속 위치가 전지팩의 상단부가 아닌 측면부에 위치하는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다. It is a second object of the present invention to provide a battery pack having a structure in which an electrical connection position with a device is located at a side of the battery pack, not at an upper end thereof.
본 발명의 세 번째 목적은 상기와 같은 얇은 두께와 측면 방향의 전기적 접속 위치를 제공하면서도, 조립 공정이 용이하여 생산성이 높고, 안정적인 장착 구조에 의해 외력에 대한 단락의 가능성이 낮은 전지팩을 제공하는 것이다. A third object of the present invention is to provide a battery pack having a thin thickness and a lateral direction as described above, while providing a battery pack having a high productivity due to an easy assembling process and a stable mounting structure and a low possibility of short circuit against external force. will be.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,Battery pack according to the present invention for achieving this object,
(a) 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀; (a) a battery cell in which an electrode assembly of a cathode / separator / cathode is embedded in a battery case together with an electrolyte solution;
(b) 상기 전지셀의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 기판 상에 인쇄되어 있고, 전지셀의 전극단자에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상단에 탑재되어 있는 보호회로 기판; (b) a protection circuit board on which a protection circuit for controlling overcharging, overdischarging, and overcurrent of the battery cell is printed on a substrate, and mounted on an upper end of the battery cell while being electrically connected to an electrode terminal of the battery cell;
(c) 상기 전지셀을 외부 디바이스에 전기적으로 연결하기 위해, 전지셀의 측면으로부터 돌출된 형태로 장착되어 있는 외부 입출력 단자부; 및(c) an external input / output terminal unit mounted to protrude from a side surface of the battery cell to electrically connect the battery cell to an external device; And
(d) 상기 보호회로 기판을 상기 외부 입출력 단자부에 연결하는 회로 기판 연결부재;a circuit board connection member connecting the protection circuit board to the external input / output terminal;
를 포함하고, Including,
상기 보호회로 기판을 감싸는 구조로 전지셀의 상단과 결합되는 전기절연성의 캡 하우징이, 인서트 사출 성형에 의해, 상기 보호회로 기판 전체 및 상기 회로 기판 연결부재의 일부와 일체로 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.An electrically insulating cap housing coupled to the upper end of the battery cell in a structure surrounding the protective circuit board is formed by insert injection molding, which is integrally formed with the entire protective circuit board and a part of the circuit board connecting member. have.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 별도의 팩 케이스를 사용하지 않으므로 전 지팩의 두께를 최소화할 수 있으며, 외부 입출력 단자가 회로 기판 연결부재를 통해 보호회로 기판에 전기적으로 연결된 상태에서 전지셀의 측면 방향에 위치하므로 전지팩과 디바이스의 전기적 접속 위치를 디바이스의 사양에 맞출 수 있다. 또한, 보호회로 기판이 인서트 사출 성형에 의해 캡 하우징과 일체화된 상태에서 전지셀의 상단에 결합되므로, 안정적인 장착 구조를 제공하며, 전지팩의 조립공정을 크게 간소화할 수 있다. Therefore, since the battery pack according to the present invention does not use a separate pack case, it is possible to minimize the thickness of the battery pack, and the side of the battery cell in the state in which the external input / output terminals are electrically connected to the protection circuit board through the circuit board connection member. In this direction, the electrical connection position between the battery pack and the device can be matched to the specifications of the device. In addition, since the protection circuit board is coupled to the upper end of the battery cell in a state integrated with the cap housing by insert injection molding, it provides a stable mounting structure, it can greatly simplify the assembly process of the battery pack.
본 발명의 전지팩에서 상기 전지셀은 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 구조라면, 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. In the battery pack of the present invention, as long as the battery cell has a structure in which the electrode assembly of the anode / separator / cathode is embedded in the battery case together with the electrolyte, the kind thereof is not particularly limited.
예를 들어, 상기 전극조립체는 젤리-롤 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조 등이 모두 가능하다. 또한, 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수도 있다.For example, the electrode assembly may be a jelly-roll structure, a stacked structure, a stacked / folded structure, or the like. In addition, the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly may have a form in which its electrode tab directly protrudes to the outside of the battery, or the electrode tab is connected to a separate lead to protrude out of the battery.
다만, 얇은 두께의 전지팩을 구현할 수 있도록, 전지셀은 판상형 전지셀로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 이러한 판상형 전지셀의 구조에서, 상기 전지케이스는 바람직하게는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이러한 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 구체적인 예로는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 들 수 있다.However, in order to implement a thin battery pack, the battery cell is preferably made of a plate-shaped battery cell. In the structure of such a plate-shaped battery cell, the battery case may be preferably made of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer. Specific examples of the battery case made of such a laminate sheet may be a pouch type case of an aluminum laminate sheet.
라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 사용하는 전지셀은, 예를 들어, 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체와 전해액을 내장한 상태에서 케이스의 외주면 을 열융착하여 밀봉함으로써 제조될 수 있다.The battery cell using the pouch-type case of the laminate sheet can be manufactured by, for example, heat-sealing and sealing the outer circumferential surface of the case in a state in which the electrode assembly and the electrolyte are incorporated in the accommodating portion of the pouch-type case.
상기 보호회로 기판은 바람직하게는 상기와 같이 밀봉된 전지셀의 상단의 열융착부(실링부)에 탑재되는 구조일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 전지셀 상단의 열융착부(실링부)와 보호회로 기판 사이에 절연성 시트를 개재하여, 보호회로 기판에 대한 전지셀의 전기적 절연상태를 보완할 수 있다.The protective circuit board may be preferably mounted on a heat seal portion (sealing portion) of the upper end of the sealed battery cell as described above. In some cases, an electrical insulating state of the battery cell with respect to the protection circuit board may be compensated for by interposing an insulating sheet between the heat sealing part (sealing part) at the top of the battery cell and the protection circuit board.
보호회로 기판은 일반적으로 판상의 에폭시계 복합수지에 전지의 과충전, 과방전, 과전류 등을 방지할 수 있는 회로(보호회로)가 인쇄되어 있는 PCB(Printed Circuit Board) 구조로 이루어져 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 보호회로 기판은 전지셀의 전극단자에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀의 상단에 탑재되어 있다. 경우에 따라서는, 과전류, 과충전, 또는 과방전으로부터 더욱 안전하게 전지셀을 보호할 수 있도록, 안전소자 등이 PCB 상에 또는 전극조립체와 PCB 사이에 전기적으로 연결된 상태로 더 포함될 수도 있다.The protective circuit board generally consists of a printed circuit board (PCB) structure in which a circuit (protective circuit) capable of preventing overcharging, overdischarging, and overcurrent of a battery is printed on a plate-type epoxy composite resin. According to the present invention, the protective circuit board is mounted on the top of the battery cell in an electrically connected state to the electrode terminal of the battery cell. In some cases, a safety device or the like may be further included on the PCB or in an electrically connected state between the electrode assembly and the PCB so as to protect the battery cell more safely from overcurrent, overcharge, or overdischarge.
상기 회로 기판 연결부재는 보호회로 기판을 외부 입출력 단자부에 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 회로 기판 연결부재는 이러한 전기적 연결을 행하기 위한 구조라면 그것의 형태가 특별히 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 외부 입출력 단자부는 전지셀의 측면으로부터 돌출된 형태로 장착되어서, 외부 입출력 단자부와 보호회로 기판은 서로 직각의 연결 구조를 이루고 있으므로, 이들을 연결하는 회로 기판 연결부재는 바람직하게는 원호 형상의 L 자형 구조로 이루어진 F-PCB(Flexible-Printed Circuit Board)일 수 있다. F-PCB는 움직임이 유연하여 설치 위치를 자유롭게 변화시킬 수 있으므로, 본 발명과 같이 보호회로 기판 및 외부 입출력 단자부가 직각 연결 구조를 이루고 있는 경우, 전지팩의 부피 증가를 최소화하면서 이들간의 전기적 연결을 용이하게 달성할 수 있게 해 준다.The circuit board connection member serves to electrically connect the protection circuit board to the external input / output terminal. The circuit board connection member is not particularly limited as long as it is a structure for making such an electrical connection, but the external input / output terminal part of the present invention is mounted in a form protruding from the side of the battery cell, and thus the external input / output terminal part and the protective circuit board Since they form a connection structure at right angles to each other, the circuit board connecting member connecting them may be a flexible-printed circuit board (F-PCB) preferably made of an arc-shaped L-shaped structure. Since the F-PCB has a flexible movement, the installation position can be freely changed. Therefore, when the protection circuit board and the external input / output terminal portion form a right angle connection structure as in the present invention, the F-PCB minimizes the increase in the volume of the battery pack and minimizes the electrical connection therebetween. Makes it easy to achieve.
바람직하게는, 회로 기판 연결부재는 전기절연성의 고정용 테이프에 의해 전지셀의 외면에 밀착될 수 있다. 전기절연성의 고정용 테이프는 회로기판 연결부재를 전지셀에 고정하여 전지셀 및 회로기판 연결부재를 외부의 충격으로부터 보호하고 기계적 강도를 보완한다. Preferably, the circuit board connection member may be in close contact with the outer surface of the battery cell by the electrically insulating fixing tape. The electrically insulating fixing tape fixes the circuit board connection member to the battery cell to protect the battery cell and the circuit board connection member from external shocks and to compensate for mechanical strength.
이러한 고정용 테이프는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 내열성과 전기 절연성이 우수한 폴리이미드 테이프일 수 있다. 그 중에서도, 캡톤 테이프는 장기간에 걸쳐 우수한 내열성을 발휘하고, 내화학성, 절연성, 내전압성 등이 우수하므로 특히 바람직하다.The fixing tape may be a variety of materials can be used, for example, may be a polyimide tape excellent in heat resistance and electrical insulation. Among them, the Kapton tape is particularly preferred because it exhibits excellent heat resistance over a long period of time and is excellent in chemical resistance, insulation, voltage resistance and the like.
본 발명의 전지팩의 특징 중의 하나는, 앞서 설명한 바와 같이, 외부 입출력 단자부가 전지셀의 측면으로부터 돌출된 형태로 장착되어 있다는 점이다.One of the features of the battery pack of the present invention, as described above, is that the external input and output terminal portion is mounted in a form protruding from the side of the battery cell.
이러한 독특한 전기적 접속 위치를 구현하면서 전지팩의 두께를 최소화할 수 있도록, 바람직하게는, 외부 입출력 단자부가 전지셀의 두께와 동일하거나 그 보다 작은 높이로 보호회로 기판에 인접한 위치의 전지셀 측면에 장착되어 있는 구조일 수 있다.In order to minimize the thickness of the battery pack while realizing such a unique electrical connection location, the external input / output terminal is preferably mounted on the side of the battery cell at a position adjacent to the protection circuit board at a height equal to or smaller than the thickness of the battery cell. It may be a structure.
이러한 외부 입출력 단자부는 회로 기판 연결부재를 통해 보호회로 기판에 전기적으로 연결된 상태로 외부 디바이스와 접속되는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 커넥터 구조로 이루어질 수 있다.The external input / output terminal unit is not particularly limited as long as it is connected to an external device in a state of being electrically connected to the protection circuit board through a circuit board connection member. For example, the external input / output terminal unit may have a connector structure.
상기 캡 하우징은 보호회로 기판을 감싸는 구조로 전지셀의 상단과 결합되 며, 전기절연성 물질로 이루어져 있다. 따라서, 전지셀을 외부의 충격으로부터 보호하고, 전지셀 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완함과 동시에, 전기적 절연상태를 제공한다. The cap housing is coupled to the top of the battery cell in a structure surrounding the protective circuit board, and is made of an electrically insulating material. Accordingly, the battery cell is protected from external shock, and the mechanical strength of the members mounted on the top of the battery cell is compensated for, and at the same time, the electrical insulation state is provided.
상기 인서트 사출 성형은, 전지셀, 보호회로 기판, 회로기판 연결부재, 및 외부 입출력 단자부를 금형의 성형공간에 삽입하고, 상기 성형공간 안으로 수지 용융물을 주입한 후 고화시켜, 보호회로 기판을 포함한 전지셀 상단부위가 고분자 수지에 의해 일체화된 구조를 형성하는 것을 의미한다.The insert injection molding inserts a battery cell, a protective circuit board, a circuit board connecting member, and an external input / output terminal into a molding space of a mold, injects a resin melt into the molding space, and solidifies the battery. It means that the upper end of the cell forms a structure integrated by the polymer resin.
그러나, 이러한 인서트 사출 성형은 회로가 동작하는 상태에서 수행하므로, 전지셀과 보호회로 기판, 회로 기판 연결부재 및 외부 입출력 단자부가 일체로 고정되는 과정에서 금형과의 접촉으로 전기적 쇼트를 발생시킬 우려가 매우 높다.However, since such insert injection molding is performed while the circuit is operating, there is a concern that the electrical short may be generated by contact with the mold while the battery cell, the protection circuit board, the circuit board connecting member, and the external input / output terminal unit are integrally fixed. Very high.
따라서, 바람직하게는, 상기 금형은 상부 금형과 하부 금형으로 이루어져 있고, 전지셀의 전극단자, 보호회로 기판, 회로기판 연결부재 및 외부 입출력 단자부에 대응하는 위치의 금형 부위가 전기절연성 물질로 이루어져 있거나, 상기 금형 부위에 전기절연성 물질이 코팅되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상기 전기절연성 물질은 사출 성형에서의 온도, 반복적인 사출 성형에서의 내구성 등을 고려할 때 세라믹인 것이 바람직하다.Therefore, preferably, the mold is composed of an upper mold and a lower mold, and a mold portion at a position corresponding to an electrode terminal, a protection circuit board, a circuit board connecting member, and an external input / output terminal of the battery cell is made of an electrically insulating material. It consists of a structure in which an electrically insulating material is coated on the mold portion. The electrically insulating material is preferably a ceramic in consideration of temperature in injection molding, durability in repeated injection molding, and the like.
상기와 같이 금형의 특정 부위가 전기절연성 물질로 구성하거나 전기절연성 물질로 코팅되어 있으므로, 전기적 쇼트를 방지하고, 보호회로의 전기적 손상의 위험성을 방지할 수 있기 있으며, 일반적으로 사용되는 수지를 이용하여 성형할 수도 있다.As described above, since a specific part of the mold is made of an electrically insulating material or coated with an electrically insulating material, it is possible to prevent an electric short and to prevent the risk of electric damage of a protection circuit. It may also be molded.
따라서, 저온 저압의 수지 용융물 뿐만 아니라 고온 고압의 수지 용융물에 의해 성형할 때에도 거의 불량이 발생되지 않게 된다. 즉, 본 발명의 인서트 사출 성형에는 폴리아미드 수지, 폴리올레핀계 수지 등의 저온 저압 성형용 수지와, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지 등의 고온 고압 성형용 수지가 모두 사용될 수 있으며, 더나아가 전기 절연성이 있는 것이라면 기타의 일반 수지까지도 사용이 가능하다.Therefore, defects hardly occur when molding not only the resin melt of low temperature and low pressure but also the resin melt of high temperature and high pressure. That is, in the insert injection molding of the present invention, both low-temperature low-pressure molding resins such as polyamide resins and polyolefin resins, and high-temperature high-pressure molding resins such as polyethylene resins and epoxy resins can be used. Other general resins can also be used.
하나의 바람직한 예에서, 인서트 사출 성형에 의한 고분자 수지는 보호회로 기판 전체와 회로 기판 연결부재 중 보호회로 기판에 연결된 부위를 매립한 구조일 수 있다.In one preferred example, the polymer resin by insert injection molding may have a structure in which the entire protective circuit board and the portion connected to the protective circuit board of the circuit board connection member are buried.
본 발명에 따른 전지팩에서 전지셀은 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있고, 또한 상기 전지팩은 바람직하게는 다양한 종류의 무선 디바이스에 탑재 또는 장착되어 사용할 수 있다. 일 예로, PDA, PMP, 휴대폰, MP3 플레이어 또는 DMB 수신기 등에 장착될 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. In the battery pack according to the present invention, the battery cell may be preferably a lithium secondary battery, and the battery pack may be preferably mounted or mounted on various kinds of wireless devices. For example, it may be installed in a PDA, a PMP, a mobile phone, an MP3 player, or a DMB receiver, but is not limited thereto.
이하에서는 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.In order to help understanding of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀(200), 보호회로 기판(300), 회로 기 판 연결부재로서의 F-PCB(400), 외부 입출력 단자부로서의 커넥터(500) 등으로 이루어져 있다. Referring to FIG. 2, the
전지셀(200)는 양극/분리막/음극의 전극조립체(도시하지 않음)가 전해질에 함침된 상태에서 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉되어 있다. 구체적으로, 전지셀(200)은 양극 단자(210)와 음극 단자(220)가 상단부로부터 노출되도록 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착하고 케이스의 외주면을 열융착 밀봉한 구조로 이루어져 있다.The
이러한 양극 단자(210)와 음극 단자(220)는 보호회로 기판(400)의 하면에 형성되어 있는 단자 접속부들(도시하지 않음)에 전기적으로 연결된다. 일반적으로, 양음극 단자들(210, 220)은 초음파 용접에 의해 상기 단자 접속부들에 결합되는데, 소재의 특성으로 인해 용접이 용이하지 않은 경우가 발생한다. 예를 들어, 니켈 리드의 음극 단자(220)는 초음파 용접이 용이한 반면에, 알루미늄 리드의 양극 단자(210)는 그렇지 않을 수 있다. 따라서, 알루미늄 리드의 양극 단자(210)에 니켈 플레이트(230)를 용접한 상태에서 단자 접속부와 초음파 용접을 수행할 수 있다. The
보호회로 기판(300)은 전지셀(200)의 과충전, 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 보호회로가 기판 상에 인쇄되어 있으며, 전지셀(200)의 양음극 단자들(210, 220)에 전기적으로 연결된 상태로 전지셀(100)의 상단에 탑재된다. 구체적으로, 보호회로 기판(300)은 절연성 시트(310)가 개재된 상태에서 전지셀(200)의 상단 실링부(240)에 탑재된다. 보호회로 기판(210)은 전지셀(100)의 대향 면과 대략 동일한 크기의 장방형 형상을 이루고 있다.The
커넥터(500)는 보호회로 기판(300)에 인접한 위치에서 전지셀(200)의 측면으로부터 돌출된 상태로 장착된다. The
보호회로 기판(300)에 대해 커넥터(500)의 위치는 대략 직각을 이루고 있으며, 원호 형상의 L 자형 구조로 이루어진 F-PCB(400)가 이들을 전기적으로 연결한다.The position of the
F-PCB(400)는 전기절연성의 고정용 테이프인 캡톤 테이프(410)에 의해 전지셀(200)의 외면에 밀착된 상태로 고정되어 있다. 따라서, 전지팩(100)의 두께를 최소화하면서 안정적인 장착 구조를 이루며, 높은 내열성에 의해 충방전 과정에서 발생하는 열과 통전 과정에서의 발생하는 열에 대해 우수한 내구성을 발휘한다. The F-
캡 하우징(600)은 보호회로 기판(300)을 감싸는 구조로 전지셀(200)의상단과 결합되고 전기 절연성을 가지며, 인서트 사출 성형에 의해, 보호회로 기판(300) 전체 및 F-PCB(220)의 일부와 일체로 성형된다.The
전지팩의 조립이 완료되면 전지셀(200)의 외면에는 부분적으로 라벨(610)이 부착된다.When the assembly of the battery pack is completed, the
도 3에는 도 2의 전지팩이 조립 완료된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.3 schematically shows a structure in which the battery pack of FIG. 2 is assembled.
도 3을 참조하면, 보호회로 기판(300)과 F-PCB(400) 일부는 캡 하우징(600)에 완전히 감싸여 있어서 외부로부터 밀폐되어 있으며, 전지셀(100)의 측면으로부터 돌출된 커넥터(500)와 F-PCB(400)의 나머지 부위만이 외부로 노출되어 있다. 외부로 노출된 F-PCB(400)의 해당 부위는 캡톤 테이프(410)에 의해 전지셀(200)의 외면에 밀착된 상태로 고정되어 있다Referring to FIG. 3, a portion of the
캡 하우징(600)이 인서트 사출 성형에 의해, 보호회로 기판(300) 전체와 F-PCB(400)의 일부와 일체로 형성되어 전지팩을 제조하는 하나의 바람직한 실시예에 따른 방법을 설명하면 다음과 같다. When the
도 4에는, 도 3의 전지팩을 제조하기 위하여, 금형내의 성형공간에 도 2의 전지팩 부품들을 장착한 상태의 정면 및 측면 수직 단면도가 도시되어 있다. 표현의 간략화를 위해, 도 4에서는 전지셀, 커넥터 등을 함께 도시하지는 않았고, 보호회로 기판과 F-PCB 만을 선택으로 도시하였다. FIG. 4 is a front and side vertical cross-sectional view of the battery pack components of FIG. 2 mounted in a molding space in a mold to manufacture the battery pack of FIG. 3. For the sake of simplicity, the battery cells, connectors, and the like are not shown together in FIG. 4, but only the protection circuit board and the F-PCB are illustrated.
도 4를 참조하면, 형개된 상부 금형(710)과 하부 금형(720)의 성형공간에 보호회로 기판(300), F-PCB(400) 등을 전기적 접속 상태로 위치시키고, 이들 상부 금형 및 하부 금형(710, 720)을 닫은 후, 금형(700)의 측면에 형성되어 있는 수지 주입구(730)를 통해 수지를 주입함으로써, 보호회로 기판(300)의 외면과 F-PCB(400)의 일부를 캡 하우징(도시하지 않음)이 감싼 형태의 성형체를 제조하게 된다. 보호회로 기판(300)의 하면에는 다수의 보호회로 칩들(320)이 실장되어 있다.Referring to FIG. 4, the
상부 금형(710)과 하부 금형(720)의 성형공간 내부에서 전지셀의 전극단자, 보호회로 기판(300), F-PCB(400) 등에 대응하는 위치의 금형 부위(740)는 전기절연성 물질로 이루어져 있거나, 금형 부위(740)에 전기절연성 물질이 코팅되어 있다. In the mold space of the
도 5에는 도 4의 과정으로 제조된 전지팩에서 전지셀의 상단에 위치하게 되는 구조물이 모식적으로 도시되어 있다.5 schematically illustrates a structure that is positioned on the top of the battery cell in the battery pack manufactured by the process of FIG.
도 2 및 도 5를 참조하여 설명하면, 인서트 사출성형의 과정에서, 보호회로 기판(300)을 감싸는 구조로 전지셀(200)의 상단과 결합되는 전기절연성의 캡 하우 징(600)이, 보호회로 기판(300) 전체 및 F-PCB(400)의 일부와 일체로 형성되어 도 5와 같은 구조물이 만들어진다.Referring to FIGS. 2 and 5, in the insert injection molding process, an electrically
하기 실험예에서는, 본 발명에 따른 전지팩의 안전성을 평가하기 위햐여, 전방 방향으로의 드롭 테스트(drop test)를 수행하여 단락의 여부를 체크하였다.In the following experimental example, in order to evaluate the safety of the battery pack according to the present invention, a drop test in the forward direction was performed to check whether there was a short circuit.
[실험예][Experimental Example]
전지셀, 보호회로 기판, 회로기판 연결부재, 및 외부 입출력 단자부를 금형의 성형공간에 삽입하고, 상기 성형공간 안으로 수지 용융물을 주입한 후 고화시켜, 보호회로 기판을 포함한 전지셀 상단부위가 고분자 수지에 의해 일체화된 구조를 형성하는 전지팩을 제조하였다.Inserting the battery cell, the protection circuit board, the circuit board connection member, and the external input / output terminal portion into the molding space of the mold, injecting a resin melt into the molding space and solidifying the polymer cell. The battery pack which forms the integrated structure by was manufactured.
본 발명에 따라 제조된 전지팩의 안전성을 평가하기 위하여, 초유동 콘크리트(smooth concrete)로부터 1.5 m 높이에서 전지팩의 각 면 위에 각각 6 drops씩 3 회 실시함으로써, 드롭 테스트(drop test)를 수행하여 전지팩의 단락 여부를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to evaluate the safety of the battery pack manufactured according to the present invention, a drop test was performed by performing six drops of three drops each on each side of the battery pack at a height of 1.5 m from a smooth concrete. By measuring the short circuit of the battery pack. The results are shown in Table 1 below.
<표 1>TABLE 1
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 전지팩은 3회의 드롭 테스트(drop test) 모두에서 단락이 발생하지 않았다. 이는 전지팩의 전반적인 구조적 안정성이 매우 우수함을 입증한다.As shown in Table 1, the battery pack manufactured according to the present invention did not cause a short circuit in all three drop tests. This demonstrates that the overall structural stability of the battery pack is very good.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 별도의 팩 케이스를 사용하지 않으므로 전지팩의 두께를 최소화할 수 있으며, 외부 입출력 단자가 회로 기판 연결부재를 통해 보호회로 기판에 전기적으로 연결된 상태에서 전지셀의 측면 방향에 위치하므로 전지팩과 디바이스의 전기적 접속 위치를 디바이스의 사양에 맞출 수 있다. 또한, 보호회로 기판이 인서트 사출 성형에 의해 캡 하우징과 일체화된 상태에서 전지셀의 상단에 결합되므로, 안정적인 장착 구조를 제공하며, 전지팩의 조립공정을 크게 간소화할 수 있다.As described above, since the battery pack according to the present invention does not use a separate pack case, it is possible to minimize the thickness of the battery pack, and in the state in which the external input / output terminals are electrically connected to the protective circuit board through the circuit board connecting member. Since it is located in the side of the cell, the electrical connection position between the battery pack and the device can be matched to the device specification. In addition, since the protection circuit board is coupled to the upper end of the battery cell in a state integrated with the cap housing by insert injection molding, it provides a stable mounting structure, it can greatly simplify the assembly process of the battery pack.
이상, 본 발명에 따른 일부 실시예들을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.The foregoing has been described above with reference to some embodiments according to the present invention, but those skilled in the art to which the present invention pertains to various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above information It will be possible.
도 1은 종래기술에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;1 is an exploded perspective view of a battery pack according to the prior art;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;2 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 전지팩의 조립 상태의 사시도이다;3 is a perspective view of an assembled state of the battery pack of FIG. 2;
도 4는 도 3의 전지팩을 제조하기 위하여, 금형내의 성형공간에 도 2의 전지팩 부품들을 장착한 상태의 개략적인 수직 단면도이다;4 is a schematic vertical cross-sectional view of mounting the battery pack components of FIG. 2 in a molding space in a mold to manufacture the battery pack of FIG. 3;
도 5는 도 4의 과정으로 제조된 전지팩에서 전지셀의 상단에 위치하게 되는 구조물의 모식도이다.5 is a schematic view of a structure that is located on the top of the battery cell in the battery pack manufactured by the process of FIG.
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