JP2016536738A - 電気絶縁性部材を含む電池パック - Google Patents
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Abstract
本発明は、電気絶縁性部材を含む電池パックであって、電極端子が一側方向に整列されるように平面配列された２つ以上の板状型電池セル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌｓ）；前記板状型電池セルの上面及び下面が開放された状態で電池セルの外周面を囲む２つ以上の電池セル収納部を含んでいるパックフレーム（ｐａｃｋ ｆｒａｍｅ）；前記電極端子に電気的に接続されており、電池パックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）；前記保護回路モジュールを収納し、前記密封余剰部上に搭載される中間モールド（ｍｉｄｄｌｅ ｍｏｌｄ）；前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用される電気絶縁性部材；及び前記電池セル、パックフレーム及び電気絶縁性部材を覆うラベル（ｌａｂｅｌ）；を含んでいることを特徴とする電池パックを提供する。
Description
本発明は、電気絶縁性部材を含む電池パックに係り、より詳細には、平面配列された２つ以上の板状型電池セル、２つ以上の電池セル収納部を含んでいるパックフレーム、電池パックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）、密封余剰部上に搭載される中間モールド、電気絶縁性部材、及びラベルを含む電池パックに関する。
二次電池は、その外形によって円筒型電池、角型電池、パウチ型電池などに大別され、モバイル機器の小型化に対する最近の傾向により、特に、厚さの薄い角型電池、パウチ型電池に対する需要が増加している。図１及び図２には、パウチ型電池の分解斜視図及び結合状態の斜視図が模式的に示されている。
図１及び図２を参照すると、パウチ型電池１０は、一定の大きさの内部空間２１が形成されているパウチ型ケース２０；パウチ型ケース２０にヒンジ式で連結されているカバー３０；正極板４１、負極板４２及び分離膜４３からなり、パウチ型ケース２０の収納部２１に装着される電極組立体４０；電極組立体４０の正極板４１と負極板４２の端部から延びている電極タブ４１ａ，４２ａ；及び電極タブ４１ａ，４２ａと接続される電極端子５０，５１からなっている。
パウチ型ケース２０の収納部２１の上縁部には、熱融着のための一定の幅の側面延長部２２が形成されており、電極タブ４１ａ，４２ａと接続された電極端子５０，５１の中央には、パウチ型ケース２０の側面延長部２２とカバー３０の側部３１とが熱融着機（図示せず）によって熱融着されるとき、電極端子５０，５１間にショートが発生しないように絶縁性物質の端子テープ５２がコーティングされている。
前述したような従来技術によるパウチ型電池の製造方法を説明すると、次の通りである。
まず、多数の正極板４１、負極板４２及び分離膜４３からなる電極組立体４０をパウチ型ケース２０の収納部２１内に装着させた後、一定量の電解液をその内部空間に注入する。このとき、電極組立体４０の電極タブ４１ａ，４２ａは、中央部分が端子テープ５２でコーティングされた当該電極端子５０，５１と接続されており、電極端子５０，５１と端子テープ５２の一部は、パウチ型ケース２０とカバー３０の外部に突出している。
その後、カバー３０をパウチ型ケース２０に密着させ、パウチ型ケース２０の側面延長部２２とカバー３０の側部３１を電解液が漏出しないように熱融着機（図示せず）を用いて密封する。
このようなパウチ型電池が内蔵されている代表的な電池パックの形状が図３に示されており、それの組立前の分離状態図が図４に模式的に示されている。
図３及び図４を参照すると、電池パック６０は、正極、負極及び分離膜の電極組立体と電解液が密封された状態で内蔵されている長方形の電池１０、電池１０を収納できる内部空間を有するケース本体７０、及び電池１０が収納されているケース本体７０上に結合されて電池１０を密封する上部蓋８０からなっている。ケース本体７０と電池１０との間、及び上部蓋８０と電池１０との間には両面テープ９０が付着している。
一般に、このような構造の電池パック６０は、それぞれＰＣ、ＡＢＳなどのようなプラスチック材質からなっているケース本体７０と上部蓋８０を超音波溶着法によって互いに結合させることによって組み立てられる。前記超音波溶着法（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）とは、例えば、２０，０００Ｈｚの高周波を用いた振動で摩擦熱を起こし、２つの被接着面を溶融接着させる方法である。
一般に、このような構造の電池パック６０は、それぞれＰＣ、ＡＢＳなどのようなプラスチック材質からなっているケース本体７０と上部蓋８０を超音波溶着法によって互いに結合させることによって組み立てられる。前記超音波溶着法（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）とは、例えば、２０，０００Ｈｚの高周波を用いた振動で摩擦熱を起こし、２つの被接着面を溶融接着させる方法である。
しかし、より薄い厚さの電池パックに対する需要が増加するに伴い、最近は、ケース本体７０と上部蓋８０の厚さがそれぞれ０．３〜０．３５ｍｍにまで薄くなり、それにより、金型加工及び射出成形に困難が大きく、溶着強度が弱くなるなどの溶着不良率が高くなっている。
また、缶（ｃａｎ）をケースとして使用する電池の場合、缶の構造的特徴により、薄い厚さのケースでも外部衝撃に対する適正な強度を提供するのに反して、図１に示したような構造のパウチ型電池１０などは、構造的に外部衝撃に対する強度が小さいため、厚さが薄いケースの適用に限界がある。
さらに、外部衝撃の印加時に、両面テープ９０による結合にもかかわらず、電池１０がケース本体７０と上部蓋８０の内部空間で上下に移動してしまい、ショートまたは断電が起こることがある。
したがって、作製が容易であり、薄い厚さのケースを使用しながらも外部衝撃に適正な強度を提供し、ショート乃至断電に対する安全性に優れた電池パックの必要性が高い実情である。
一方、二次電池は、それが使用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使用されたり、多数の単位電池を電気的に接続した電池パックの形態で使用されたりする。例えば、携帯電話のような小型デバイスは、１個の電池の出力と容量で所定時間作動が可能である一方、ノートパソコン、タブレットコンピュータ、小型ＰＣ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのような中型または大型デバイスは、出力及び容量の問題のため、多数の電池を内蔵した電池パックの使用が要求される。
二次電池の中でもリチウム二次電池は、高い出力特性及び大きな容量により多く使用されている。
このようなリチウム二次電池には各種可燃性物質が内蔵されているので、過充電、過電流、その他の物理的な外部衝撃などによって発熱、爆発などの危険性があるため、安全性において大きな欠点を有している。したがって、リチウム二次電池には、過充電、過電流などの異常な状態を効果的に制御できる安全素子として、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ：ＰＣＭ）などが電池セルに接続された状態で搭載されている。
上述したように、小型モバイル機器には、デバイス１台当たり１つ、または２〜４つの電池セルが使用される一方、自動車などのような中大型デバイスには、高出力大容量の必要性によって、多数の電池セルを電気的に接続した中大型電池モジュールが使用される。電池モジュールの大きさ及び重量は、当該中大型デバイスなどの収容空間及び出力などに直接的な関連性があるので、製造メーカーは、可能な限り小型且つ軽量の電池モジュールを製造しようと努力している。
一般的には、多数の単位電池が直列又は並列に接続された状態でカートリッジに内蔵され、このようなカートリッジを電気的に多数接続することで電池パックが作製される。
図５には、従来技術の高出力／大容量の電池パックにおいて、単位電池の直列方式の接続が模式的に示されている。
図５を参照すると、単位電池１１０は、内部に正極、負極、分離膜及び電解質が内蔵された状態でケースによって密封されており、それの上下部にそれぞれ正極タブ１２０と負極タブ１３０が突出している。１番目の単位電池１１０において正極タブ１２０が上向きに位置しているとき、隣接する２番目の単位電池１１１は、正極タブ１２１が下向きに位置するように配置される。これら単位電池１１０，１１１は、互いに反対の電極が隣接した状態で電極リード１４０によって電気的に接続されている。３番目の単位電池１１２も、そのような方式で配置された状態で２番目の単位電池１１１と直列に接続される。前記のような直列方式で接続された多数の単位電池からなる第１電池群に隣接して、図５には示されていないが、同一の方式で接続された多数の単位電池からなる第２電池群が、図５の第１電池群に隣接して並列に接続されている。
このように、多数の電池群が並列方式で接続された状態で、各電池群の１番目の単位電池１１０の正極タブ１２０が正極外部端子１５０に接続され、最後の単位電池１１５の負極タブ１３５が負極外部端子１６０に接続された状態でハウジング１７０に内蔵される。図５の単位電池１１０は、長軸方向に電極タブ１２０，１３０が形成されているが、場合によっては、短軸方向に電極タブが対向して形成された構造も開発されている。
しかし、単位電池１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５が電気的に接続された電池パックにおいて、同一の多数の単位電池１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５は同一の大きさ又は容量を有するものと構成されて電池パックが形成されるので、電池パックが適用されるデバイスのデザインを考慮して軽量且つ薄く製造するためには、電池パックの容量を減少させるか、またはより大きい大きさにデバイスのデザインを変更しなければならないという問題がある。また、このようなデザイン変更過程で電気的接続方式が複雑になり、それにより、所望の条件を満足する電池パックの作製が難しくなるという問題もある。
したがって、このような問題点を解決できる電池パックに対する必要性が高い実情である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本発明の目的は、多数の電池セルを特定の方式で電気的接続して電池パックに収納することによって、多数の単位電池を接続して電池パックの容量を維持しながらも、電池パックが適用されるデバイスの形状に応じて適用可能な電池パックを提供することである。
本発明の更に他の目的は、特定の素材で電池セルと電池パックフレームを固定することによって、薄い厚さのケースを使用しながらも、外部衝撃に適正な強度を有し、ショート乃至断電に対して安全性に優れた電池パックを提供することである。
このような目的を達成するための本発明に係る電池パックは、
密封余剰部を含む一側面に負極端子及び正極端子が形成されており、電極端子が一側方向に整列されるように平面配列された２つ以上の板状型電池セル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌｓ）；
前記平面配列された板状型電池セルの上面及び下面が開放された状態で電池セルの外周面を囲む２つ以上の電池セル収納部を含んでいるパックフレーム（ｐａｃｋ ｆｒａｍｅ）；
前記電池セルの一側方向に整列された電極端子に電気的に接続されており、電池パックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）；
前記保護回路モジュールを収納し、前記密封余剰部上に搭載される中間モールド（ｍｉｄｄｌｅ ｍｏｌｄ）；
前記中間モールド及び保護回路モジュールが前記パックフレームと一体化されるように、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用される電気絶縁性部材；及び
前記電池セル、パックフレーム及び電気絶縁性部材を覆うラベル（ｌａｂｅｌ）；
を含んでいる構成となっている。
密封余剰部を含む一側面に負極端子及び正極端子が形成されており、電極端子が一側方向に整列されるように平面配列された２つ以上の板状型電池セル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌｓ）；
前記平面配列された板状型電池セルの上面及び下面が開放された状態で電池セルの外周面を囲む２つ以上の電池セル収納部を含んでいるパックフレーム（ｐａｃｋ ｆｒａｍｅ）；
前記電池セルの一側方向に整列された電極端子に電気的に接続されており、電池パックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）；
前記保護回路モジュールを収納し、前記密封余剰部上に搭載される中間モールド（ｍｉｄｄｌｅ ｍｏｌｄ）；
前記中間モールド及び保護回路モジュールが前記パックフレームと一体化されるように、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用される電気絶縁性部材；及び
前記電池セル、パックフレーム及び電気絶縁性部材を覆うラベル（ｌａｂｅｌ）；
を含んでいる構成となっている。
したがって、本発明の電池パックは、超音波溶着法を用いずにパックフレーム内に電池を装着して固定できるので、ケースの大きさ乃至構造が大きく限定されず、ケースの内部空間で電池の移動が抑制されるので、外部衝撃によるショート乃至断電を防止することができる。
また、本発明に係る電池パックは、電池パックが適用されるデバイスのデザイン形状に対応するように電池セルを組み合わせて電池パックの構造を形成することによって、高容量を提供しながらも、デバイスの様々な形状に合わせて柔軟に適用することができる。
一具体例において、前記パックフレームは、電池を収納できる内部空間を有すると共に、電池の側面を覆う形態であれば特に制限されるものではなく、例えば、電池の側面のみを覆うフレーム状の部材であってもよい。
また、パックフレームの素材は、内蔵されている電池を保護することができる素材であれば特に制限されるものではなく、例えば、Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ（ＰＣ）、Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ（ＡＢＳ）などのプラスチック素材や、ステンレススチール（ＳＵＳ）などの金属素材であってもよい。
前記板状型電池セルは、例えば、角型二次電池またはパウチ型二次電池であってもよい。
前記角型二次電池は、角形の金属ケースに電極組立体が密封されている構造であってもよく、前記パウチ型二次電池は、具体的に、樹脂層と金属層を含むラミネートシートに電極組立体が密封されている構造であってもよい。
前記二次電池は、好ましくは、高いエネルギー密度、放電電圧、及び出力安定性のリチウム二次電池であってもよい。このようなリチウム二次電池のその他の構成要素については、以下で詳細に説明する。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、リチウム塩含有非水電解液などで構成されている。
正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じて、充填剤をさらに添加することもある。負極はまた、負極集電体上に負極材料を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、上述したような成分がさらに含まれてもよい。
前記分離膜は、負極と正極との間に介在し、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。
リチウム塩含有非水系電解液は、非水電解液とリチウム塩からなっており、非水電解液としては、液状非水電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。
前記集電体、電極活物質、導電材、バインダー、充填剤、分離膜、電解液、リチウム塩などは当業界に公知となっているので、それについての詳細な説明は本明細書で省略する。
このようなリチウム二次電池は、当業界に公知となっている通常の方法により製造することができる。すなわち、正極と負極との間に多孔性分離膜を挿入し、それに電解液を注入して製造することができる。
正極は、例えば、上述したリチウム遷移金属酸化物活物質、導電材及び結合剤を含有したスラリーを集電体上に塗布した後、乾燥して製造することができる。同様に、負極は、例えば、上述した炭素活物質、導電材及び結合剤を含有したスラリーを薄い集電体上に塗布した後、乾燥して製造することができる。
本発明に係る電池パックにおいて、前記板状型電池セルは、好ましくは、電極端子が一側方向に整列されるように２つの板状型電池セルが平面配列されている構造であってもよい。
また、前記電池セルは、ＰＣＭを経由して互いに電気的に並列接続または直列接続されている構造であってもよい。
上述したように、本発明に係る電池パックは、電池セルの平面配列によって約１個の電池セルの厚さに対応する厚さを有するところ、例えば、電池セルの厚さと同一またはそれより１〜１０％大きい大きさからなることができる。
前記パックフレームは、内部に収納した電池セルの遊動を防止するように、好ましくは、電池セルが互いに隣接する一側面の間に位置し、パックフレームと一体型に形成されている電池セル分離壁を含む構造であってもよい。したがって、電池セルの互いに隣接する部位に分離壁が存在することによって、パックフレームの内部に収納された電池セルをより強固且つ安定的に固定して収納することができる。また、このような分離壁は、それぞれの電池セルの外郭寸法と対応する大きさに形成されているので、電池セルをパックフレームに装着する組立工程において、より簡素な組立工程を提供することができる。
一具体例において、前記パックフレームの少なくとも一側面には、前記板状型電池セルの平面配列方向と平行な方向に外部に突出して形成された１つ以上の締結部が形成されている構造であってもよい。
このような締結部は、パックフレームを適用デバイスに、より強固且つ安定的に固定できるように、締結固定部材の役割を果たすことができる。例えば、このような締結部は、適用デバイスとボルト及びナットによって互いに締結結合されてもよく、リベット又はフック構造によって互いに締結結合されてもよいことは勿論である。したがって、このようなパックフレームに収納された電池セルは、デバイスに適用された後にもその安定性が保障され得る。
更に他の具体例において、前記パックフレームの少なくとも一側面には、前記ＰＣＭから外部にバスバー又はワイヤが導出され得るように、１つ以上の開口部が形成されている構造であってもよい。前記開口部は、パックフレームの側面のどこに形成されてもよいが、好ましくは、電池セルの密封余剰部と隣接する位置に形成されていてもよい。
このようなバスバー又はワイヤは、ＰＣＭ接続端子部から引き出されて外部接続端子部、すなわち、外部デバイスの回路と電気的に接続されるところ、パックフレームに収納された電池セルの充放電及びセンシングのための電気的導電部材の役割を果たすように使用され得る。
前記ＰＣＭは、様々な形態を有することができ、例えば、保護回路が印刷されている印刷回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。
一具体例において、前記電池パックは、パックフレームの内部に収納された電池セルの電極端子と電気的に接続され、電池セルの密封余剰部上に搭載される１つのＰＣＭを含む構造であってもよい。
具体的に、パックフレームの内部に収納された多数の電池セルを１つのＰＣＭと電気的に接続させ、このようなＰＣＭを電池セルの密封余剰部上に搭載することができるので、従来の電池パックに比べて、よりコンパクトな構造の電池パックを提供する。また、１つのＰＣＭのみを適用するので、従来の電池パックに比べて全般的に電気配線を簡素化する効果を達成することができる。
前記ＰＣＭは、単独で電池セルの密封余剰部上に搭載されてもよいが、好ましくは、中間モールドに装着された後、密封余剰部上に搭載されてもよい。具体的に、前記中間モールドの大きさは、電池セルの密封余剰部に対応する形状及び大きさであれば特に制限はないが、好ましくは、パックフレームの内部に収納された全ての電池セルの密封余剰部の幅長さと対応する長さに形成された構造であり得る。
したがって、ＰＣＭは、中間モールドによって、外力による衝撃から保護され得、電池セルの密封余剰部に対応する形状及び大きさを有する中間モールドに装着されるので、より安定的且つ強固に電池セルの余剰部に搭載され得る。
ＰＣＭを装着した中間モールドが電池セルの密封余剰部上に搭載されるとき、密封余剰部と中間モールドとの間に絶縁テープをさらに付着してもよく、例えば、前記絶縁テープは両面テープであってもよい。
したがって、前記ＰＣＭは、電池セルの密封余剰部上に、より安定的且つ強固に搭載することができ、絶縁テープの特性によって、ＰＣＭ上に装着された回路素子と電池セルの密封余剰部との電気的短絡を防止することができる。
前記電池セルは、機械的強度が低いが、小さい重量及び厚さに製造できるパウチ型電池が特に好ましく、その中でも、電解液の漏液の可能性が低いリチウムイオンポリマー電池が特に好ましい。
一方、パウチ型電池は、パックフレームの内部空間に装着されたとき、その上端に実装乃至結合されている電極端子、ＰＣＭ（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）、絶縁材などの構成により、パックフレームの上端内面との間に空き空間が発生する。このような電池の上端部は相対的に脆弱であるため、電池パックが落下したり、外部の衝撃が加わったりするとき、容易に変形が誘発されて不良を招くことがある。例えば、落下又は外部衝撃の印加によって、電池がパックフレームの内部空間の上端側に移動する場合、素子間の電気的接触によってショートが誘発され得、逆に、電池がパックフレームの内部空間の下端側に移動する場合、電池の上端に位置した素子の電気的接続が断電され得る。
本発明の特徴の一つは、密封余剰部及びパックフレームによって形成される内部空間、中間モールド及び保護回路モジュールの上に、落下、外部衝撃などに対する緩衝の役割及び電気的接続の補完の役割を果たすことができるように絶縁性部材が適用されているという点である。
前記絶縁性部材は、好ましくは、熱溶融されて、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、中間モールド及び保護回路モジュールの上に印加された後、固化する素材からなっている。このような素材の具体的な例としては、プラスチック樹脂を挙げることができるが、それのみに限定されるものではない。プラスチック樹脂の場合、その融点がパックフレームの上端内面と電池の上端との間に位置する素子の変形を誘発しない温度範囲にある熱可塑性素材が好ましい。しかし、場合によっては、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、中間モールド及び保護回路モジュールの上に印加された後、化学的反応、物理的反応などによって固化できるその他の素材も、絶縁性のものであれば特に制限なしに使用することができる。前記化学的反応は、熱、光（可視光線、紫外線など）、触媒などによる硬化によって物質の固化が起こる反応などを含む意味であり、前記物理的反応は、溶剤（ｓｏｌｖｅｎｔ）の気化によって物質の固化が起こる反応を含む意味である。
場合によっては、前記絶縁性部材が、電池の外面とパックフレームの内面のその他の離隔空間にさらに適用されてもよい。
本発明はまた、前記電池パックを製造する方法を提供し、本発明に係る電池パックを製造する方法は、
（ａ）電池セルを電極端子が一側方向に整列されるように平面配列するステップと、
（ｂ）電池セルの電極端子を溶接によってＰＣＭに接続するステップと、
（ｃ）ＰＣＭに中間モールドを装着するステップと、
（ｄ）中間モールドを電池セルの密封余剰部上に搭載するステップと、
（ｅ）電池セルをパックフレームに装着するステップと、
（ｆ）中間モールド及びＰＣＭの上に電気絶縁性部材を適用するステップと、
（ｇ）電池セルを含むパックフレームにラベルを付着するステップと、
を含むことができる。
（ａ）電池セルを電極端子が一側方向に整列されるように平面配列するステップと、
（ｂ）電池セルの電極端子を溶接によってＰＣＭに接続するステップと、
（ｃ）ＰＣＭに中間モールドを装着するステップと、
（ｄ）中間モールドを電池セルの密封余剰部上に搭載するステップと、
（ｅ）電池セルをパックフレームに装着するステップと、
（ｆ）中間モールド及びＰＣＭの上に電気絶縁性部材を適用するステップと、
（ｇ）電池セルを含むパックフレームにラベルを付着するステップと、
を含むことができる。
一具体例において、前記溶接は、電池セルの電極端子とＰＣＭとの電気的接続を達成できる溶接であれば特に制限されるものではないが、好ましくは、スポット（ｓｐｏｔ）溶接であってもよい。
本発明はまた、前記電池パックを電源として含んでいるモバイルデバイスを提供する。
本発明に係る電池パックを使用することができるモバイルデバイスの具体的な例としては、ノートパソコン、ネットブック、タブレットＰＣ、スマートパッドなどのようなモバイルデバイスを挙げることができる。
このようなモバイルデバイスは、一回の充電で長時間使用が可能であり、軽薄短小化されたデザインが要求される最近の傾向を考慮するとき、それによって、大きさに比べて容量が大きく、厚さが薄い構造の電池パックが要求される。しかし、このような要件を同時に満足するための電池パックが装着されるモバイルデバイスの内部空間は、従来とは異なり、一定の大きさ、例えば、規格化された直方体形状を有することが難しい実情である。すなわち、厚さが薄いモバイルデバイスは、これを構成する部品の装着位置などによって、電池パックを装着できる空間が非常に制限的であり、規格化しにくい面がある。一方、本発明に係る電池パックは、様々な大きさ乃至容量を有する電池群によって電池セルの配置に柔軟性が非常に高いので、このような問題点を一挙に解決することができる。
前記のようなデバイス乃至装置は当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての具体的な説明を省略する。
以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図６には、本発明の一実施例に係る電池パックの斜視図が示されており、図７には、図６に示された電池パックの分解斜視図が示されている。
まず、図６を参照すると、電池パック８００は、２つの電池セル２１０，２２０をパックフレーム５００に収納し、ラベル７００がパックフレーム５００の４つの側面及び２つの電池セル２１０，２２０の一部を覆っており、ラベル７００によって覆われていない電池セル２１０，２２０の上部面にバーコードラベル７１０がさらに付着している。
また、パックフレーム５００の両側辺には、パックフレーム５００の内部に収納された電池セル２１０，２２０の平面配列方向と平行な方向に外部に突出して形成された４つの締結部５２０が形成されており、パックフレーム５００の上端一側には、外部入出力端子の役割を果たすワイヤ３１０が導出され得るように、開口部５３０が形成されている。
次に、図７を参照すると、電池パック８００は、大きく、計６個の部材（電池セル２１０，２２０、パックフレーム５００、ＰＣＭ３００、中間モールド４００、プラスチック樹脂６００、ラベル７００）で構成されている。また、これに加えて、２個の部材（絶縁テープ４１０、バーコードラベル７１０）がさらに構成されている。
具体的に、２つの電池セル２１０，２２０は、密封余剰部２１１，２２１を含む一側面に負極端子２１２，２２２及び正極端子２１３，２２３が形成されている。
また、パックフレーム５００は、２つの電池セル２１０，２２０を収納できる内部空間を有し、電池セル２１０，２２０の側面のみを覆うフレーム構造となっている。パックフレーム５００の両側面には、締結孔５２１を含む締結具５２０が形成されている。また、パックフレーム５００の中央部分には、電池セル２１０，２２０を内部に収納したとき、電池セル２１０，２２０の相互隣接部２３０の間に介在して固定される分離壁５１０が形成されている。
また、ＰＣＭ３００の一側部には、外部入出力端子部３１１に接続されて外部に導出されるワイヤ３１０が形成されている。
一方、図７に示されたプラスチック樹脂６００は、電池パック８００の構成部材の理解を容易にするために単純に広げた状態で示されており、実際にプラスチック樹脂６００は、ＰＣＭ３００及び中間モールド４００と共にパックフレーム５００に一体化されている。
具体的に、プラスチック樹脂６００は、電池セル２１０，２２０がＰＣＭ３００及び中間モールド４００と共にパックフレーム５００に装着された後、熱溶融されて、電池セルの密封余剰部２１１，２２１及びパックフレーム５００によって形成される空間、及び中間モールド４００及びＰＣＭ３００の上に適用された後、固化する。
図８〜図１２には、本発明の一実施例に係る電池パックを製造する工程を示す模式図が示されている。
これら図面を参照すると、第１のステップＡにおいて、電池セル２１０，２２０は、両側に形成された密封余剰部２１４，２２４を上向きに折り曲げ（２４０）た後、電極端子２１２，２１３，２２２，２２３が一側方向に整列されるように一側面（相互隣接部）２３０が互いに接しながら平面配列されている。
第２のステップＢにおいて、外部入出力端子の役割を果たすワイヤ３１０が外部入出力端子部３１１に接続されているＰＣＭが、電池セル２２０，２１０と接続されている。具体的に、電池セル２１０，２２０の電極端子２２３，２２２，２１３，２１２は、ＰＣＭ３００の端子接続部３０１，３０２，３０３，３０４にそれぞれスポット溶接３２０によって接続される。
第３のステップＣにおいて、中間モールド４００に絶縁テープ４１０を付着（４１１）する。
第４のステップＤにおいて、絶縁テープ４１０を付着した中間モールド４００をＰＣＭ３００上に装着する。
第５のステップＥにおいて、ＰＣＭ３００を内部に装着した中間モールド４００が電池セルの密封余剰部上に搭載されるように、電極端子２２３，２２２，２１３，２１２を折り曲げ（４１３）る。このとき、両面テープの役割を同時に行う絶縁テープ４１０によって、中間モールド４００は電池セルの密封余剰部上に強固に搭載される。
第６のステップＦにおいて、電池セル２１０，２２０が、ＰＣＭ３００及び中間モールド４００と共にパックフレーム５００に装着される。このとき、パックフレーム５００の中央部位に形成されている分離壁５１０が、電池セル２１０，２２０の相互隣接部２３０の間に介在して２つの電池セル２１０，２２０を強固に固定している。
第７のステップＧにおいて、プラスチック樹脂６００が熱溶融されて、電池セルの密封余剰部２１１，２２１及びパックフレーム５００によって形成される空間、及び中間モールド４００及びＰＣＭ３００の上に適用された後、固化する。
第７のステップＧにおいて、プラスチック樹脂６００が熱溶融されて、電池セルの密封余剰部２１１，２２１及びパックフレーム５００によって形成される空間、及び中間モールド４００及びＰＣＭ３００の上に適用された後、固化する。
第８のステップＨにおいて、ラベル７００がパックフレーム５００の４つの側面及び２つの電池セル２１０，２２０の一部を覆っている。
最後に、第９のステップＩにおいて、ラベル７００によって覆われていない電池セル２１０，２２０の上部面にバーコードラベル７１０がさらに付着する。
以上、本発明の実施例に係る図面を参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上の説明のように、本発明に係る電池パックは、超音波溶着法を用いずとも、薄い厚さの電池パックの製造が可能であるので、精密且つ高価の超音波溶着機の使用を必要とせず、組立過程が非常に簡単であり、電池の上端と電池パックの上端内面の空間に絶縁性部材が充填されて固化しているので、電池の落下又は外部衝撃の印加時にも、電池の移動によるショート乃至断電を防止することができるという効果がある。
また、本発明に係る電池パックは、デバイスのデザイン形状に対応するように電池セルを組み合わせて電池パックのデザインを構成することによって、高容量性能を維持しながらも、デバイスの様々な形状に合わせて柔軟に適用することができる。
１０ 電池、パウチ型電池
２０ パウチ型ケース
２１ 収納部、内部空間
２２ 側面延長部
３０ カバー
３１ 側部
４０ 電極組立体
４１ 正極板
４１a、４２a 電極タブ
４２ 負極板
４３ 分離膜
５０ 電極端子
５１ 電極端子
５２ 端子テープ
６０ 電池パック
７０ ケース本体
８０ 上部蓋
９０ 両面テープ
１１０ 単位電池
１１１ 単位電池
１１２ 単位電池
１１３ 単位電池
１１４ 単位電池
１１５ 単位電池
１２０ 正極タブ、電極タブ
１２１ 正極タブ
１３０ 電極タブ、負極タブ
１３５ 負極タブ
１４０ 電極リード
１５０ 正極外部端子
１６０ 負極外部端子
１７０ ハウジング
２１０ 電池セル
２１１ 密封余剰部
２１２ 電極端子、負極端子
２１３ 電極端子、正極端子
２１４ 密封余剰部
２２０ 電池セル
２２１ 密封余剰部
２２２ 負極端子、電極端子
２２３ 正極端子、電極端子
２２４ 密封余剰部
２３０ 相互隣接部、一側面（相互隣接部）
３００ ＰＣＭ
３０１ 端子接続部
３０２ 端子接続部
３０３ 端子接続部
３０４ 端子接続部
３１０ ワイヤ
３１１ 外部入出力端子部
３２０ スポット溶接
４００ 中間モールド
４１０ 絶縁テープ
４１１ 付着
５００ パックフレーム
５１０ 分離壁
５２０ 締結具、締結部
５２１ 締結孔
５３０ 開口部
６００ プラスチック樹脂
７００ ラベル
７１０ バーコードラベル
８００ 電池パック
２０ パウチ型ケース
２１ 収納部、内部空間
２２ 側面延長部
３０ カバー
３１ 側部
４０ 電極組立体
４１ 正極板
４１a、４２a 電極タブ
４２ 負極板
４３ 分離膜
５０ 電極端子
５１ 電極端子
５２ 端子テープ
６０ 電池パック
７０ ケース本体
８０ 上部蓋
９０ 両面テープ
１１０ 単位電池
１１１ 単位電池
１１２ 単位電池
１１３ 単位電池
１１４ 単位電池
１１５ 単位電池
１２０ 正極タブ、電極タブ
１２１ 正極タブ
１３０ 電極タブ、負極タブ
１３５ 負極タブ
１４０ 電極リード
１５０ 正極外部端子
１６０ 負極外部端子
１７０ ハウジング
２１０ 電池セル
２１１ 密封余剰部
２１２ 電極端子、負極端子
２１３ 電極端子、正極端子
２１４ 密封余剰部
２２０ 電池セル
２２１ 密封余剰部
２２２ 負極端子、電極端子
２２３ 正極端子、電極端子
２２４ 密封余剰部
２３０ 相互隣接部、一側面（相互隣接部）
３００ ＰＣＭ
３０１ 端子接続部
３０２ 端子接続部
３０３ 端子接続部
３０４ 端子接続部
３１０ ワイヤ
３１１ 外部入出力端子部
３２０ スポット溶接
４００ 中間モールド
４１０ 絶縁テープ
４１１ 付着
５００ パックフレーム
５１０ 分離壁
５２０ 締結具、締結部
５２１ 締結孔
５３０ 開口部
６００ プラスチック樹脂
７００ ラベル
７１０ バーコードラベル
８００ 電池パック
Claims (25)
- 密封余剰部を含む一側面に負極端子及び正極端子が形成されており、電極端子が一側方向に整列されるように平面配列された２つ以上の板状型電池セル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌｓ）と、
前記平面配列された板状型電池セルの上面及び下面が開放された状態で電池セルの外周面を囲む２つ以上の電池セル収納部を含んでいるパックフレーム（ｐａｃｋ ｆｒａｍｅ）と、
前記電池セルの一側方向に整列された電極端子に電気的に接続されており、電池パックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、
前記保護回路モジュールを収納し、前記密封余剰部上に搭載される中間モールド（ｍｉｄｄｌｅ ｍｏｌｄ）と、
前記中間モールド及び保護回路モジュールが前記パックフレームと一体化されるように、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用される電気絶縁性部材と、
前記電池セル、パックフレーム及び電気絶縁性部材を覆うラベル（ｌａｂｅｌ）と、
を含んでいることを特徴とする、電池パック。 - 前記板状型電池セルは、角型二次電池またはパウチ型二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記パウチ型二次電池は、樹脂層と金属層を含むラミネートシートに電極組立体が密封されている構造からなることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
- 前記電池セルはリチウム二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電極端子が一側方向に整列されるように、２つの板状型電池セルが平面配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池セルは、ＰＣＭを経由して互いに電気的に並列接続または直列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記パックフレームの厚さは、電池セルの厚さと同一であるか、または１０％以下の大きさで大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記パックフレームは、内部に収納した電池セルの遊動を防止するように、電池セルが互いに隣接する一側面の間に位置し、パックフレームと一体型に形成されている電池セル分離壁を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記パックフレームの少なくとも一側面には、前記板状型電池セルの平面配列方向と平行な方向に外部に突出して形成された１つ以上の締結部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記パックフレームの少なくとも一側面には、前記ＰＣＭから外部にバスバーまたはワイヤが導出され得るように、１つ以上の開口部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記開口部は、パックフレームの側面において、電池セルの密封余剰部と隣接する位置に形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
- 前記ＰＣＭは、保護回路が印刷されている印刷回路基板（ＰＣＢ）であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池パックは、パックフレームの内部に収納された電池セルの電極端子と電気的に接続され、電池セルの密封余剰部上に搭載される１つのＰＣＭを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記中間モールドは、パックフレームの内部に収納された全ての電池セルの密封余剰部の幅長さと対応する長さに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記密封余剰部と中間モールドとの間に絶縁テープがさらに付着していることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記絶縁テープは両面テープであることを特徴とする、請求項１５に記載の電池パック。
- 前記電気絶縁性部材は、熱溶融されて、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用された後、固化する素材からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記素材はプラスチック樹脂であることを特徴とする、請求項１７に記載の電池パック。
- 前記プラスチック樹脂は、その融点がパックフレームの上端内面とＰＣＭに位置する素子の変形を誘発しない温度範囲にある熱可塑性樹脂であることを特徴とする、請求項１８に記載の電池パック。
- 前記電気絶縁性部材は、前記密封余剰部及びパックフレームによって形成される空間、及び中間モールド及び保護回路モジュールの上に適用された後、化学的反応または物理的反応によって固化する素材であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電気絶縁性部材は、電池セルの外面とパックフレームの内面のその他の離隔空間にもさらに適用されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 請求項１〜２１のいずれかに記載の電池パックを製造する方法であって、
（ａ）電池セルを電極端子が一側方向に整列されるように平面配列するステップと、
（ｂ）電池セルの電極端子を溶接によってＰＣＭに接続するステップと、
（ｃ）ＰＣＭに中間モールドを装着するステップと、
（ｄ）中間モールドを電池セルの密封余剰部上に搭載するステップと、
（ｅ）電池セルをパックフレームに装着するステップと、
（ｆ）中間モールド及びＰＣＭの上に電気絶縁性部材を適用するステップと、
（ｇ）電池セルを含むパックフレームにラベルを付着するステップと、
を含むことを特徴とする、電池パック製造方法。 - 前記溶接は、スポット（ｓｐｏｔ）溶接であることを特徴とする、請求項２２に記載の電池パック製造方法。
- 請求項１〜２１のいずれかに記載の電池パックを電源として含むことを特徴とする、モバイルデバイス。
- 前記モバイルデバイスは、ノートパソコン、ネットブック、タブレットＰＣまたはスマートパッドであることを特徴とする、請求項２４に記載のモバイルデバイス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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