KR101219232B1 - 배터리 팩 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 베어 셀, 상기 베어 셀 중 적어도 하나의 베어 셀의 길이 방향과 나란하게 배치되며 회로부를 구비하는 보호회로모듈 및 상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈을 전기적으로 연결하며, 상기 보호회로모듈과 연결되는 연결단부에 일체로 형성되는 적어도 하나의 결합부재가 구비된 연결탭을 포함하는 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 일정량의 결합부재를 미리 연결탭에 결합시키면 용접 공정의 문제점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 자동화된 용접 공정을 구현할 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이의 제조방법{Battery pack and manufacturing method of the same}
본 발명은 휴대용 전자 기기에 사용되는 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 제조공정을 단순화하여 불량률 및 생산비를 저감하고 자동화 공정을 구현할 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 휴대용 전자기기의 보급이 늘어나고 있다. 휴대용 전자기기의 전원으로는 재충전이 가능한 이차 전지가 주로 사용되고 있다.
현재 팩 형태의 전지가 이차 전지로서 널리 사용되고 있다. 팩 형태의 전지는 전기에너지를 제공하는 베어 셀과, 충방전을 안정적으로 제어하는 보호회로모듈(protection circuit module, PCM)이 하나의 유닛으로 통합된 형태이다. 종래에 베어 셀과 보호회로모듈의 전기적 연결을 위해 보호회로모듈의 회로기판에 베어 셀과 연결된 전극탭을 용접봉을 이용해 저항용접으로 결합시키는 방법이 이용되고 있다. 이러한 종래의 저항용접은 두 용접봉을 전극탭이 결합되는 정해진 위치에 접촉시켜 이루어지기 때문에, 작업성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 제조공정을 단순화하여 불량률 및 생산비를 저감할 수 있는 하는 배터리 팩 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자동화 공정을 구현할 수 있는 배터리 팩 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 베어 셀, 상기 베어 셀 중 적어도 하나의 베어 셀의 길이 방향과 나란하게 배치되며 회로부를 구비하는 보호회로모듈 및 상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈을 전기적으로 연결하며, 상기 보호회로모듈과 연결되는 연결단부에 일체로 형성되는 적어도 하나의 결합부재가 구비된 연결탭을 포함한다.
여기서, 상기 연결단부는 상기 연결단부의 표면에 적어도 하나의 요철부를 구비할 수 있다.
길이 방향에서의 상기 요철부의 단면은 직사각형 모양, 사다리꼴 모양, 후크 모양, 원호 모양 중 적어도 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
상기 결합부재는 상기 요철부와 상보적으로 결합되는 수용부를 구비할 수 있다.
상기 결합부재는 납을 포함할 수 있다.
상기 연결탭은 니켈, 구리, 철 및 스테인리스 스틸 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 밀착되게 배치되도록 상기 연결탭의 적어도 일부분이 절곡될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제조방법은, 적어도 하나의 베어 셀을 마련하는 단계, 상기 베어 셀 중 적어도 하나의 베어 셀의 길이 방향과 나란하게 회로부를 구비한 보호회로모듈을 배치하는 단계, 상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 연결되도록, 상기 보호회로모듈과 연결되는 연결단부에 일체로 형성되는 결합부재가 구비된 연결탭을 배치하는 단계, 상기 연결탭의 위치에 상응하도록 가열부재를 배치하는 단계 및 상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 전기적으로 연결되도록 상기 가열부재에 열을 인가하는 단계를 포함한다.
상기 가열부재를 배치하는 단계에서, 상기 가열부재는 적어도 하나의 가열단자를 구비한 열가압 프레스일 수 있다.
상기 가열부재를 배치하는 단계에서, 상기 가열부재는 적어도 하나의 와이어리스 인두일 수 있다.
본 발명에 따르면, 일정량의 결합부재를 미리 연결탭에 결합시키면 용접 공정의 문제점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 자동화된 용접 공정을 구현할 수 있다.
또한, 상기와 같은 공정 개선으로 배터리 팩의 생산성 향상은 물론 불량률 저감에 따른 생산비 저감의 효과 또한 동시에 달성할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도.
도 4는 도 2의 B 부분의 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 수납되는 원통형 베어 셀의 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 제조공정의 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 결합부재에 열을 인가하는 공정도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 결합부재에 열을 인가하는 공정도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 변형 및 변경될 수 있으므로 이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것에 불과함을 당업자는 이해할 수 있다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에 있어서 동일한 구성 요소들이 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조 번호 또는 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장 또는 축소될 수 있으므로 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이며, 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이고, 도 4는 도 2의 B 부분의 확대도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 수납되는 원통형 베어 셀의 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(100)은 원통형 베어 셀(10)과 보호회로모듈(20) 및 상기 배터리 팩(100)과 상기 베어 셀(10)을 전기적으로 연결하는 연결탭(13)을 포함한다. 즉, 상기 배터리 팩(100)은 하나 이상의 베어 셀(10)과, 상기 베어 셀(10)의 길이 방향과 나란하게 배치되며 회로부(도시하지 않음)를 구비하는 보호회로모듈(20) 및 결합부재(14)가 구비된 연결탭(13)을 포함하도록 구성된다.
여기서, 상기 연결탭(13)은 병렬로 연결되어 있는 베어 셀(10)을 연결하며, 또한 베어 셀(10)과 보호회로모듈(20)을 연결한다. 상기 연결탭(13)과 보호회로모듈(20)의 연결부인 연결단부(13a)의 표면에 적어도 하나의 요철부(13b)를 구비한다. 여기서, 상기 연결탭(13)은 니켈, 구리, 철 및 스테인리스 스틸 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하도록 형성되는 것이 바람직하나, 베어 셀(10)과 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결할 수 있는 금속 재질이면 이에 한정되지 않는다.
베어 셀(10)의 측면에는 보호회로모듈(20)이 구비된다. 보호회로모듈(20)은 베어 셀(10)의 충방전 시 전압 또는 전류를 제어함으로써, 상기 베어 셀(10)이 과충전 또는 과방전되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 보호회로모듈(20)은 베어 셀(10)의 전압 또는 전류를 제어하기 위한 보호 소자 또는 외부 단자 등의 실장 부품 및 상기 실장 부품을 포함할 수 있다. 외부 단자는 커버 프레임(도시하지 않음)을 통하여 외부로 노출되고, 외부로 노출된 외부 단자에 의하여 베어 셀(10)은 외부와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 보호회로모듈(20)은 일측 또는 양측 표면에 상기 실장 부품 간의 전기적 연결을 위한 도전성 패턴을 더 포함할 수 있다.
여기서, 연결단부(13a)의 표면에 구비된 요철부(13b)의 모양은 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 길이 방향에서의 상기 요철부(13b)의 단면은 도 2 및 도 3a에 도시된 직사각형 모양, 도 3b에 도시된 사다리꼴 모양, 도 3c에 도시된 후크 모양, 도 3d에 도시된 원호 모양을 갖도록 형성될 수 있으며, 요철부(13b)의 개수 또한 필요에 따라 복수 개로 형성될 수 있다.
한편, 상기 결합부재(14)를 중심으로 보면, 결합부재(14)는 상기 요철부(13b)와 상보적으로 결합되는 도 3a 내지 도 3d 및 도 4에서 굵은 선으로 표시한 수용부(14a)를 구비하며, 상기 요철부(13b)와 상기 수용부(14a)는 일체로 결합한다. 여기서, 상기 결합부재(14)는 납을 포함하도록 구성되는 것이 바람직하나, 열이 인가되면 녹아서 요철부(13b)에 일체로 형성되는 것이면 이에 한정되지 않는다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 팩(100)에 수납되는 베어 셀(10)은 원통형이다. 상기 베어 셀(10)은 개구부가 있는 캔 (12)과 상기 캔(12)의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체(11)로 구성된다. 또한, 상기 캔(12)의 개구부에 대응하는 위치에는 바닥면이 구비되어 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 캔(12)의 내부에는 전극 조립체와 전해액이 수납되어 있다. 상기 전극 조립체는 양극판 및 음극판과, 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 이루어진다. 상기 양극판 및 음극판에는 각각 전극탭이 구비되어 있고, 상기 전극탭은 캔(12) 및 캡 조립체(11)와 연결되어 있다. 따라서, 상기 극판들 및 전해액과의 화학 반응에 의하여 발생하는 전기 에너지는 상기 전극탭에 의하여 외부로 전달된다. 이와 같은 베어 셀(10)은 상기 배터리 팩(100)에 하나 이상이 직렬 또는 병렬 중 어느 하나 이상의 방식으로 연결되어 있다. 도 1에서는 6개의 원통형 베어 셀(10)이 도시되어 있다. 6개의 상기 베어 셀(10)은 3개가 직렬로 연결되고, 상기 직렬 연결된 3개의 전지가 2줄로 병렬로 연결되는 형태이다. 즉, 상기 베어 셀(10)은 3S2P로 구성되어 있으나, 이는 하나의 실시예일뿐 상기 베어 셀(10)의 개수 및 연결 형태는 변형이 가능하다.
도 5를 참조하면, 상기 연결탭(13)은 원통형의 상기 베어 셀(10)과 상기 보호회로모듈(20)이 밀착되게 배치될 수 있게 상기 연결탭(13)의 일부분이 절곡되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조공정을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 제조공정의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 결합부재에 열을 인가하는 공정도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 결합부재에 열을 인가하는 공정도이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 팩(100)의 제조공정은 적어도 하나의 베어 셀(10)을 마련하는 단계(S1), 베어 셀(10)의 길이 방향과 나란하게 보호회로모듈(20)을 배치하는 단계(S2), 상기 보호회로모듈(20)과 연결되는 연결단부(13a)에 결합부재(14)가 구비된 연결탭(13)을 배치하는 단계(S3), 연결탭(13)의 위치에 상응하도록 가열부재(30, 40)를 배치하는 단계(S4) 및 가열부재(30, 40)에 열을 인가하는 단계(S5)를 포함한다.
적어도 하나의 베어 셀(10)을 마련하는 단계(S1)에서, 도 1, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 6개의 원통형 베어 셀(10)은 3개를 직렬로 연결하고, 상기 직렬 연결된 3개의 전지를 2줄로 병렬 연결한다. 즉, 상기 베어 셀(10)은 3S2P로 구성하였으나, 이는 하나의 실시예일뿐 상기 베어 셀(10)의 개수 및 연결 형태는 변형이 가능하다.
다음, 베어 셀(10)의 길이 방향과 나란하게 보호회로모듈(20)을 배치하는 단계(S2)에서, 상기 연결탭(13)은 원통형의 상기 베어 셀(10)과 상기 보호회로모듈(20)이 밀착되게 배치될 수 있게 상기 연결탭(13)의 일부분이 절곡되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 보호회로모듈(20)과 연결되는 연결단부(13a)에 결합부재(14)가 구비된 연결탭(13)을 배치하는 단계(S3)를 설명한다. 상기 연결탭(13)과 보호회로모듈(20)의 연결부인 연결단부(13a)의 표면에 적어도 하나의 요철부(13b)를 구비한다. 한편, 결합부재(14)는 상기 요철부(13b)와 상보적으로 결합되는 수용부(14a)를 구비하며, 상기 요철부(13b)와 상기 수용부(14a)는 일체로 결합한다. 여기서, 상기 연결탭(13)은 니켈, 구리, 철 및 스테인리스 스틸 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하도록 형성되는 것이 바람직하나, 베어 셀(10)과 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결할 수 있는 금속 재질이면 이에 한정되지 않는다. 한편, 상기 결합부재(14)는 납을 포함하도록 구성되는 것이 바람직하나, 열이 인가되면 녹아서 요철부(13b)에 일체로 형성되는 것이면 이에 한정되지 않는다.
다음, 연결탭(13)의 위치에 상응하도록 가열부재(30, 40)를 배치(S4)한 후, 가열부재(30, 40)에 열을 인가(S5)한다. 여기서, 열을 인가하는 단계(S5)는 상기 결합부재(14)가 납을 포함하도록 구성되는 경우 350℃ 내지 450℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하나, 결합부재(14)가 다른 재료일 경우 상기 재료가 녹아서 요철부(13b)에 일체로 형성되는 온도범위이면 된다.
도 7을 참조하면, 상기 가열부재(30)는 적어도 하나의 가열단자(31)를 구비한 열가압 프레스일 수 있다. 열가압 프레스를 이용한 가열부재(30)를 사용할 경우, 연결탭(13)의 위치에 상응하도록 배치된 가열부재(30)에 한꺼번에 열을 인가함으로써 상기 베어 셀(10)과 상기 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 가열부재(40)는 적어도 하나의 와이어리스 인두일 수 있다. 와이어리스 인두를 연결탭(13)의 위치에 상응하도록 복수 개로 배치하면, 상기 열가압 프레스의 경우와 같이 가열부재(40)에 한꺼번에 열을 인가함으로써 상기 베어 셀(10)과 상기 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결할 수 있을 것이다.
상기와 같이, 가열부재(30, 40)를 사용하여 상기 베어 셀(10)과 상기 보호회로모듈(20)을 전기적으로 연결하는 경우 모두는 기존의 납 와이어와 인두가 필요한 용접 공정의 문제점을 개선할 수 있다. 용접 공정 중에 납 와이어를 너무 오래 방치하면 과납의 문제가 있고, 반대의 경우이면 냉납의 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서와 같이, 일정량의 결합부재를 미리 연결탭에 결합시키면 용접 공정의 문제점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 자동화된 용접 공정을 구현할 수 있다. 또한, 상기와 같은 공정 개선으로 배터리 팩의 생산성 향상은 물론 불량률 저감에 따른 생산비 저감의 효과 또한 동시에 달성할 수 있을 것이다.
본 발명의 기술 사상은 양호한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하기 위함이 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명의 권리 범위는 이하의 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 것으로, 본 명세서의 기재에 구속되지 않으며, 특허 청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
10: 베어 셀 11: 캡 조립체
12: 캔 13: 연결탭
13a: 연결단부 13b: 요철부
14: 결합부재 14a: 수용부
20: 보호회로모듈 30, 40: 가열부재
100: 배터리 팩

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 베어 셀;
    상기 베어 셀 중 적어도 하나의 베어 셀의 길이 방향과 나란하게 배치되며 회로부를 구비하는 보호회로모듈; 및
    상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈을 전기적으로 연결하며, 상기 보호회로모듈과 연결되는 연결단부에 일체로 형성되는 적어도 하나의 결합부재가 구비된 연결탭을 포함하되,
    상기 연결단부는 상기 연결단부의 표면에 적어도 하나의 요철부를 구비하며, 상기 결합부재는 상기 요철부와 상보적으로 결합되는 수용부를 구비하되, 상기 결합부재는 외부에서 인가되는 열에 의해 녹아 상기 요철부에 일체로 형성되는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    길이 방향에서의 상기 요철부의 단면은 직사각형 모양, 사다리꼴 모양, 후크 모양, 원호 모양 중 적어도 어느 하나의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결합부재는 납을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결탭은 니켈, 구리, 철 및 스테인리스 스틸 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 밀착되게 배치되도록 상기 연결탭의 적어도 일부분이 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 적어도 하나의 베어 셀을 마련하는 단계;
    상기 베어 셀 중 적어도 하나의 베어 셀의 길이 방향과 나란하도록 회로부를 구비한 보호회로모듈을 배치하는 단계;
    상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 연결되도록, 상기 보호회로모듈과 연결되는 연결단부에 일체로 형성되는 결합부재가 구비된 연결탭을 배치하는 단계;
    상기 연결탭의 위치에 상응하도록 가열부재를 배치하는 단계; 및
    상기 베어 셀과 상기 보호회로모듈이 전기적으로 연결되도록 상기 가열부재에 열을 인가하는 단계를 포함하되,
    상기 연결단부는 상기 연결단부의 표면에 적어도 하나의 요철부를 구비하며, 상기 결합부재는 상기 요철부와 상보적으로 결합되는 수용부를 구비하되, 상기 결합부재는 상기 인가되는 열에 의해 녹아 상기 요철부에 일체로 형성되는 배터리 팩의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열부재를 배치하는 단계에서,
    상기 가열부재는 적어도 하나의 가열단자를 구비한 열가압 프레스인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가열부재를 배치하는 단계에서,
    상기 가열부재는 적어도 하나의 와이어리스 인두인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조방법.
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