KR101065963B1 - 배터리팩 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법은 각각 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하는 보호회로기판을 마련하는 단계(N>1인 자연수), 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 동시에 연결하는 단계(M>1인 자연수, N=M) 및 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드와 제 2 하프패드를 순차적으로 전기적 연결하는 단계를 포함한다.
배터리팩, 보호회로기판, 패드, 탭

Description

배터리팩 및 그 제조방법{Battery Pack and Manufacturing Method for the Same}
본 발명은 배터리팩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 사용되는 외부기기에 따라 단위전지(하나의 베어셀)만이 제품화되어 사용될 때도 있지만, 조전지의 형식으로 복수개의 단위전지가 하나의 팩으로 구성되어 제품화 될 수도 있다.
복수개의 단위전지는 상호간에 다수의 리드플레이트(또는 탭)를 통해 전기적으로 연결되며, 다수의 리드플레이트는 보호회로기판과 전기적으로 연결된다.
다수의 리드플레이트와 보호회로기판을 연결하는 과정에서 보호회로기판은 낮은 전압단과 연결된 리드플레이트부터 높은 전압단과 연결된 리드플레이트의 순서로 연결되어야 한다. 그렇지 못한 경우 보호회로기판이 플로팅되어 파괴될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보호회로기판이 파괴되는 것을 방지하면서 효율적으로 탭과 보호회로기판을 연결할 수 있는 배터리팩 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법은 각각 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하는 보호회로기판을 마련하는 단계(N>1인 자연수), 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 연결하는 단계(M>1인 자연수, N=M) 및 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드와 제 2 하프패드를 순차적으로 전기적 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩은 복수의 베어셀, 베어셀과 전기적으로 연결된 보호회로기판을 포함하고, 보호회로기판은 각각 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하고 (N>1인 자연수) 제 1 하프패드 및 상기 제 2 하프패드는 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 및 그 제조방법은 보호회로기판 상에 형성된 패드 상에 복수의 리드플레이트를 연결하는 방법을 제시함으로써 공정의 단순화 및 효율화를 가져올 수 있는 효과가 있다.
후술하는 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리팩 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩(10)은 복수의 베어 셀(111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142)로 이루어지는 제 1 베어셀 세트 내지 제 4 베어셀 세트(110, 120, 130, 140), 제 1 리드플레이트 내지 제 5 리드플레이트(210, 220, 230, 240, 250), 제 1 탭 내지 제 5 탭(215, 225, 235, 245, 255) 및 보호회로기판(300)으로 이루어질 수 있다.
상기 베어셀은 전극조립체(미도시), 전극조립체를 수용하는 캔 및 전극조립체가 수용된 채 캔의 개구부에 결합되는 캡조립체(미도시)를 포함할 수 있다. 베어셀에서 양 측면은 서로 다른 극성을 나타내는데, 본 실시예에서는 볼록한 부분을 가지는 측면을 양극으로, 평평한 부분을 가지는 측면을 음극으로 지칭하기로 한다.
상기 제 1 베어셀 세트 내지 제 4 베어셀 세트(110, 120, 130, 140)는 각각 병렬로 연결되는 복수의 베어셀을 포함할 수 있다. 본 도면에 따른 베어셀 세트(110, 120, 130, 140)는 베어셀 두 개가 병렬로 연결된 구조를 도시하였으나, 베어셀의 수는 두 개보다 많을 수 있다. 또한, 베어셀 세트(110, 120, 130, 140)는 하나의 베어셀만을 포함할 수도 있다. 또한, 본 도면에서는 네 개의 베어셀 세트를 도시하였으나 베어셀 세트는 두 개 이상일 수 있다.
상기 B+, B-는 대전류단을 표시하고, 직·병렬 연결된 베어셀들에서 양 끝단의 전원부를 나타낸다. B+는 양극 전원부로서 최고 전위단, B-는 음극 전원부로서 최저 전위단을 나타낸다. 따라서, 제 1 베어셀 세트(110)의 음극단자 측은 최저 전위단이 될 수 있고, 제 4 베어셀 세트(140)의 양극 단자 측은 최고 전위단이 될 수 있다.
상기 제 1 리드플레이트 내지 제 5 리드플레이트(210, 220, 230, 240, 250) 중 제 1 리드플레이트(210)는 제 1 베어셀 세트(110)의 음극단자에 위치하여 상호 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있고, 제 5 리드플레이트(250)는 제 4 베어셀 세트(140)의 양극단자에 위치하여 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 리드플레이트(210) 및 제 5 리드플레이트(250)는 각각 제 1 베어셀 세트(110)의 베어셀들(111, 112)을 병렬로 연결시킬 수 있고, 제 4 베어셀 세트(140)의 베어셀들(141, 142)을 병렬로 연결시킬 수 있다. 제 1 리드플레이트(210) 및 제 5 리드플레이트(250)는 평판 형상으로 이루어지며 구리, 니켈, 알루미늄 등의 전기전도성이 좋은 금속으로 이루어질 수 있다. 제 1 리드플레이트(210)는 최저 전위단(B-)에 위치하며, 제 5 리드플레이트(250)는 최고 전위단(B+)에 위치할 수 있다.
상기 제 2 리드플레이트 내지 제 4 리드플레이트(220, 230, 240)는 각각 제 1 베어셀 세트(110)와 제 2 베어셀 세트(120) 사이(B1), 제 2 베어셀 세트(120)와 제 3 베어셀 세트(130) 사이(B2), 제 3 베어셀 세트(130)와 제 4 베어셀 세트(140) 사이(B3)에 각각 위치하여, 복수의 베어셀 세트를 직렬 및 병렬로 연결할 수 있다. 이 때, 제 2 리드플레이트 내지 제 4 리드플레이트(220, 230, 240)와 베어셀 세트(110, 120, 130, 140)는 서로 용접되어 연결될 수 있고, 제 2 리드플레이트 내지 제 4 리드플레이트(220, 230, 240)에는 베어셀 세트(110, 120, 130, 140)가 용접되는 위치에 용접돌기(미도시) 가 더 형성될 수 있다. 제 2 리드플레이트 내지 제 4 리드플레이(220, 230, 240)트는 각각 중앙부분이 절곡되어 "ㄷ(디귿)"자 형태의 구조를 가지며, 구리, 니켈, 알루미늄 등의 전기전도성이 좋은 금속으로 이루어질 수 있다. 제 2 리드플레이트 내지 제 4 리드플레이트(220, 230, 240)는 각각 B1 전위 단, B2 전위단, B3 전위단에 위치할 수 있다.
상기 제 1 탭 내지 제 5 탭(215, 225, 235, 245, 255)은 각각 제 1 리드플레이트 내지 제 5 리드플레이트(210, 220, 230, 240, 250)에 전기적으로 연결되며, 보호회로기판(300)의 패드에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제 1 탭은 상기 배터리팩의 최저전위단과 전기적으로 연결되고, 상기 제 5 탭은 상기 배터리팩의 최고전위단과 전기적으로 연결되게 된다. 즉, 제 1 탭 내지 제 5 탭은 번호가 올라갈수록, 배터리팩의 높은 전위단과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 보호회로기판(300)은 기판(미도시), 보호회로부(미도시), 커넥터(미도시), 패드(도 3 내지 도 9에서 313, 323, 333, 343, 353)를 포함할 수 있다.
상기 기판은 인쇄회로기판으로 이루어질 수 있다. 기판의 내부에는 도전성 금속패턴(미도시)이 형성되어 있으며, 패드, 보호회로소자 및 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 보호회로부(미도시)는 기판의 일면에 위치하며, 베어셀의 충방전 상태, 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 배터리팩을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 커넥터(미도시)는 기판의 일측에 위치하여 외부 전자기기와 연결되는 전기적 통로 역할을 할 수 있다.
상기 패드는 기판의 일측에 위치하며, 상기 제 1 탭 내지 제 5 탭과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이하에서는, 패드의 구조 및 제 1 탭 내지 제 5 탭과 패드와의 연결방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법은 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하는 보호회로기판을 마련하는 단계(S10), 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 전기적으로 연결하는 단계(S20) 및 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드를 N번에 걸쳐 전기적으로 연결하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
이하에서, 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하는 보호회로기판을 마련하는 단계(S10)를 설명한다.
도 3을 참조하면, 상면에 제 1 패드 내지 제 N 패드가 형성된 보호회로기판을 마련한다.(S10) 제 N 패드에서 N은 1보다 큰 자연수이며, 본 실시예에서는 N을 5로 정하여 제 1 패드 내지 제 5 패드(313, 323, 333, 343, 353)가 형성된 보호회로기판(300)을 설명하기로 한다.
상기 제 1 패드 내지 제 5 패드(313, 323, 333, 343, 353)는 각각 제 1 하프패드(311, 321, 331, 341, 351) 및 제 2 하프패드(312, 322, 332, 342, 352)를 포함한다. 상기 제 1 하프패드와 제 2 하프패드는 상호 분리되어, 전기적으로 연결되 어 있지 않다. 제 1 하프패드는 보호회로기판(300) 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 절연되어 있으며, 제 2 하프패드는 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결되어 있다. 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드는 전기전도성을 가지는 물질로서, 대표적으로는 구리로 이루어질 수 있다.
이하에서, 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 전기적으로 연결하는 단계(S20)를 설명한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제 1 패드 내지 제 5 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 전기적으로 연결한다. 제 M 탭에서 M은 1보다 큰 자연수이며, 본 실시예에서는 M을 5로 정하여 패드의 개수와 맞추기로 한다. 제 1 탭은 상기 배터리팩의 최저전위단과 전기적으로 연결되고, 상기 제 5 탭은 상기 배터리팩의 최고전위단과 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 제 1 탭 내지 제 5 탭은 번호가 올라갈수록, 배터리팩의 높은 전위단과 전기적으로 연결된 상태이다.
상기 제 1 탭 내지 제 5 탭(215, 225, 235, 245, 255)은 각각 제 1 패드 내지 제 5 패드(313, 323, 333, 343, 353)의 제 1 하프패드(311, 321, 331, 341, 351)와 저항용접 또는 레이저 용접을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 본 단계(S20)에서 제 1 하프패드는 상술한대로 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 제 1 탭 내지 제 5 탭은 보호회로기판과 전기적으로 연결되어 있지 않은 상태이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제 1 탭 내지 제 5 탭(215, 225, 235, 245, 255)은 제 1 하프패드(311, 321, 331, 341, 351)와 저전위에서 고전위로 순차적으로 접속될 수도 있으나, 이와 달리, 전위의 고저에 관계없이 비순차적으로 접속될 수도 있다. 또는, 상기 제 1 탭 내지 제 5 탭(215, 225, 235, 245, 255)이 동시에 제 1 하프패드(311, 321, 331, 341, 351)와 연결될 수도 있다.
이하에서, 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드를 N번에 걸쳐 전기적으로 연결하는 단계(S30)를 설명한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 제 1 탭 내지 제 5 탭을 대응하는 각각의 제 1 하프패드에 연결한 후, 제 1 패드 내지 제 5 패드 각각의 제 1 하프패드와 제 2 하프패드를 N번에 걸쳐 전기적으로 연결한다. 여기서 N은 패드와 탭의 숫자와 동일하게 5가 된다.
상기 제 1 하프패드와 제 2 하프패드는 납땜 용접 방식에 의해 전기적으로 연결될 수 있으나, 제 1 하프패드와 제 2 하프패드를 전기적으로 연결할 수만 있다면 그 방식에 있어서 특별히 제한이 있는 것은 아니다.
본 단계(S30)에서 제 1 패드 내지 제 5 패드(313, 323, 333, 343, 353) 각각의 제 1 하프패드(311, 321, 331, 341, 351)와 제 2 하프패드(312, 322, 332, 342, 352)는 각각 제 1 탭부터 제 5 탭까지의 순서로 순차적으로 연결된다.
다수의 베어셀 세트를 다수의 탭을 통해 보호회로기판과 연결하는 경우, 낮은 전위단과 연결된 탭부터 높은 전위단과 연결된 탭의 순서로 연결되어야 한다. 높은 전위단을 연결한 탭을 먼저 보호회로기판과 연결한 후 낮은 전위단을 연결한 탭을 보호회로기판과 연결하거나, 동시에 연결하는 경우에는, 보호회로기판에 기설정된 전위단의 시그널을 순차적으로 받아들이지 못하여 보호회로기판이 파괴되는 경우가 발생한다. 보다 상세하게는 보호회로기판의 보호회로부가 파괴된다. 따라서, 이와 같은 경우를 방지하기 위하여, 낮은 전위단부터 높은 전위단의 순서로 탭을 보호회로기판에 연결해야 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 최저전위단(B-)부터 최고전위단(B+)까지 순차적으로 연결된 제 1 탭 내지 제 5 탭을 전위의 고저에 관계없이 비순차적으로 제 1 하프패드에 연결할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 탭 내지 제 5 탭을 동시에 연결할 수도 있다. 제 1 하프패드는 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 절연되어 있으므로 제 1 탭 내지 제 5 탭은 제 1 하프패드와 전기적으로 연결되어 있을 뿐, 보호회로부에는 전기적인 시그널을 보낼 수 없다. 이는 제 1 탭 내지 제 5 탭을 각각 순차적으로 보호회로기판의 패드에 연결하는 방식에서, 전위에 관계없이 비순차적으로 또는 동시에 연결하는 방식으로 변경하여 공정의 효율화를 가져올 수 있다.
이후, 제 1 패드 내지 제 5 패드 각각의 제 1 하프패드와 제 2 하프패드는 각각 제 1 탭부터 제 5 탭의 순서로 납땜 용접을 통해 순차적으로 연결된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩은 패드부가 보호회로기판의 상면에 위치한다. 따라서, 탭이 보호회로기판의 홀을 통과하여 용접되는 방식에 비교하여 공정이 단순화될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.

Claims (20)

  1. 각각 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하는 보호회로기판을 마련하는 단계 (N>1인 자연수);
    상기 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 연결하는 단계 (M>1인 자연수, N=M); 및
    상기 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드를 순차적으로 전기적 연결하는 단계;
    를 포함하는 배터리팩의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 하프패드에 제 1 탭 내지 제 M 탭을 각각 연결하는 단계에서, 상기 제 1 탭 내지 제 M 탭은 상기 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 제 1 하프패드에 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탭은 상기 배터리팩의 최저전위단과 전기적으로 연결되고, 상기 제 M 탭은 상기 배터리팩의 최고전위단과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드를 순차적으로 연결하는 단계는 상기 제 1 패드부터 상기 제 N 패드까지 번호가 낮은 순서에서 높은 순서로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패드 내지 제 N 패드는 상기 보호회로기판의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드는 상기 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 하프패드는 상기 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 하프패드에 각각 상기 제 1 내지 제 M 탭을 연결시 저항용접 또는 레이저용접하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드를 연결시 납땜 용접하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 M 탭은 각각 베어셀들을 연결하는 리드플레이트와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩의 제조방법.
  13. 복수의 베어셀;
    상기 베어셀과 전기적으로 연결된 보호회로기판;
    을 포함하고, 상기 보호회로기판은 각각 제 1 하프패드 및 제 2 하프패드로 이루어진 제 1 패드 내지 제 N 패드를 포함하고 (N>1인 자연수), 상기 제 1 하프패드 및 상기 제 2 하프패드는 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 패드 내지 제 N 패드는 상기 보호회로기판의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 패드 내지 제 N 패드 각각의 상기 제 1 하프패드에는 제 1 내지 제 M 탭 (M>1인 자연수, N=M)이 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 M 탭은 각각 베어셀들을 연결하는 리드플레이트와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드는 상기 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 하프패드는 상기 보호회로기판 내부의 도전성 금속패턴과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 하프패드는 각각 상기 제 1 내지 제 M 탭과 저항용접 또는 레이저용접된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 하프패드와 상기 제 2 하프패드는 납땜 용접된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
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