KR101539691B1 - 파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법 - Google Patents

파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지 프레임, 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지를 패키징하는데 사용되는 프레임으로서, 상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착되는 메인 플레이트; 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 라인을 덮는 절연 플레이트; 및 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 절연지를 사용하지 않고도 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하여, 절연상태를 유지할 수 있다. 또한, 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 별도의 절연지가 필요하지 않으므로, 배터리 팩을 제조하는 과정에서 있어서 공정을 간소화 할 수 있으며, 원가 절감이 가능하다.

Description

파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법{FRAME FOR POUCH TYPE SECONDARY BATTERY, BATTERY PACK HAVING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보호 회로와 이차 전지가 절연될 수 있는 구조를 가진 파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차 전지는 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류되는데, 이 중 파우치형 이차 전지는 제조가 용이하고 제조 원가가 낮으며 복수의 단위 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 대용량의 전지 팩을 구성하기 쉽다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩(10)의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 일반적인 배터리 팩(10)은 파우치형 이차 전지(11), 보호 회로(12), 절연지(13), 프레임(14) 및 라벨 필름(15)을 포함한다.
상기 파우치형 이차 전지(11)는 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리가 상부 및 하부 파우치 필름 사이에 개재되고, 상기 상부 및 하부 파우치 필름을 열융착하여 제조한다. 이때, 일반적인 파우치 필름은 연성이 높고 얇은 알루미늄 금속층을 기반으로 제조되기 때문에, 파우치형 이차 전지(11)는 원통형이나 각형에 비해서 외부 충격으로부터 쉽게 그 형상이 변형되는 단점이 있다.
따라서, 파우치형 이차 전지(11)를 이용하여 배터리 팩(10)을 제조할 경우, 파우치형 이차 전지(11)의 형태를 유지하며 외부의 충격으로부터 내부의 셀 어셈블리를 보호할 목적으로 파우치형 이차 전지(11)를 배터리 케이스에 장착하여 배터리 팩(10)을 제조한다. 최근에는 배터리 팩(10)의 부피를 최소화하고 이차 전지의 강성을 효율적으로 보완하기 위해, 파우치형 이차 전지(11)의 외면을 모두 감싸는 박스형의 배터리 케이스 대신, 측면만을 감싸는 프레임(14)의 사용이 늘어나고 있다.
한편, 파우치형 이차 전지(11)에 사용되는 파우치 필름은 열융착층, 금속층 및 절연층으로 이루어져 있다. 상기 열융착층은 상기 금속층의 한쪽 면에, 상기 절연층은 상기 금속층의 다른 한쪽 면에 접합된 구조를 가진다. 상기 열융착층 또는 절연층은 대략 30 내지 40 마이크로미터(um)의 두께를 가지며, 금속층에 코팅 또는 라미네이팅될 수 있다.
상기 절연층은 상기 금속층이 외부로 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 금속층은 외부 환경으로부터 파우치 필름 내부의 셀 어셈블리를 전기적으로 절연시킨다.
그런데, 상기 파우치 필름의 절단면은, 적은 면적이지만, 금속층의 일부가 외부에 노출되어 있다. 따라서, 상기 셀 어셈블리와 연결된 전극 리드가 상기 노출된 금속층과 접촉하여 금속층을 통해 누설 전류가 흐를 수도 있다. 또한, 상기 전극 리드가 보호 회로를 통해 간접적으로 상기 노출된 금속층과 접촉하여 금속층을 통해 누설 전류가 흐를 수도 있다.
이를 방지하기 위해, 상기 절연지(13)는 파우치형 이차 전지(11)와 상기 보호 회로(12) 사이에 개재되어, 파우치형 이차 전지(11)와 상기 보호 회로(12)의 전기적 접촉을 차단한다. 이때, 사용되는 절연지(13)는 종이 또는 고분자 필름으로서 전도성이 낮아 절연성을 가지는 물질이다.
따라서, 상기 절연지(13)의 절연기능을 대체할 수 있는 형상을 가진 프레임이 있다면, 배터리 팩(10)을 제조하는 과정에서 있어서 공정을 간소화할 수 있으며, 원가 절감이 가능하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 전극 리드에 대한 절연 구조를 가진 파우치형 이차 전지의 프레임, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 프레임은, 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지를 패키징하는데 사용되는 프레임으로서, 상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착되는 메인 플레이트; 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 라인을 덮는 절연 플레이트; 및 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트;를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 상기 파우치형 이차 전지의 보호 회로 기판이 실장되는 공간인 보호회로안착부가 정의된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연 플레이트는 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인을 연속적으로 덮는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연 플레이트의 하부면은 상기 열융착 라인의 표면 토폴로지에 대응되는 형상을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 절연 플레이트의 영역 중 상기 전극 리드 부위를 덮는 영역의 두께는 다른 영역의 두께보다 얇다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격벽 플레이트는 상기 파우치형 이차 전지의 두께에 대응하는 높이를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격벽 플레이트는 상기 파우치형 이차 전지의 보호 회로 기판과 연결된 케이블의 넓이에 대응되는 폭을 가져서 상기 케이블이 외부로 인출될 수 있도록 하는 리세스부가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 프레임은, 상기 절연 플레이트의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트의 내면과 평행하도록 연장된 스텁 플레이트;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 스텁 플레이트와 상기 메인 플레이트 사이에 슬릿이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연 플레이트 또는 상기 격벽 플레이트는 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트), 폴리아미드(polyamides, PA,　나일론), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC,　사란), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE,　테플론), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK,　폴리케톤) 및 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI,　울템)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 절연 플레이트 또는 상기 격벽 플레이트는 종이 재질로 이루어진다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지; 상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착된 메인 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 부위 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 부위를 덮는 절연 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트를 포함하는 파우치형 이차 전지 프레임; 및 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되며, 상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 정의되는 보호회로안착부에 실장되는 보호 회로 기판;을 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 보호 회로 기판에 접속되어 상기 파우치형 이차 전지와 외부 기기를 전기적으로 연결시키는 케이블;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격벽 플레이트는 케이블의 넓이에 대응되는 폭을 가진 리세스부가 형성되어 있으며, 상기 케이블은 상기 리세스부를 통해 외부로 인출된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파우치형 이차 전지의 둘레에 형성된 열융착 라인 중 상기 메인 플레이트에 대향하는 열융착 라인은 수직으로 접힌 구조를 가지며, 상기 메인 플레이트는 상기 접혀진 열융착 라인에 밀착된다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 절연 플레이트의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트의 내면과 평행하도록 연장된 스텁 플레이트;를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 접힌 열융착 라인의 단부가 상기 스텁 플레이트와 상기 메인 플레이트 사이에 형성된 슬릿에 삽입된다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 보호회로안착부를 국소적으로 덮는 프레임 커버;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 파우치형 이차 전지 및 파우치형 이차 전지 프레임을 감싸는 라벨 필름;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬로 연결된 팩 모듈; 및
상기 팩 모듈로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이때, 상기 부하는 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 정보통신 단말, 휴대용 오디오 장치 또는 휴대용 비디오 장치가 될 수 있다.
본 발명에 다른 배터리 구동 시스템은, 상기 각 배터리 팩의 전기적 특성 모니터링 또는 각 배터리 팩의 충방전을 제어하는 배터리 관리 시스템;을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, (a) 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지를 준비하는 단계; (b) 상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착되는 메인 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 부위 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 부위를 덮는 절연 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트를 포함하는 파우치형 이차 전지 프레임에 의해 정의되는 공간에 상기 파우치형 이차 전지를 삽입하고 밀착시키는 단계; 및 (c) 상기 전극 리드와 전기적으로 연결하고, 상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 정의되는 보호회로안착부에 상기 보호 회로 기판을 실장시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 절연지를 사용하지 않고도 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하여, 절연상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 별도의 절연지가 필요하지 않으므로, 배터리 팩을 제조하는 과정에서 있어서 공정을 간소화 할 수 있으며, 원가 절감이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 프레임의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프레임을 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 설명하기 위한 공정 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 프레임(100)의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 프레임(100, 이하 '프레임')은 메인 플레이트(110), 절연 플레이트(120) 및 격벽 플레이트(130)를 포함한다.
본 발명에 따른 프레임(100)은 파우치형 이차 전지를 패키징(packaging)하는데 사용된다. 따라서, 메인 플레이트(110), 절연 플레이트(120) 및 격벽 플레이트(130)에 의해 형성된 프레임(100)의 내부 공간에 파우치형 이차 전지가 실장된다. 이때, 상기 메인 플레이트(110)는 패키징되는 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착된다. 그리고, 상기 절연 플레이트(120)는 패키징되는 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 라인을 덮는다. 또한, 상기 격벽 플레이트(130)는 패키징되는 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트(120)로부터 연장된다.
본 발명에 따른 프레임(100)은, 도 2에 도시된 실시예처럼, 상기 절연 플레이트(120)의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트(110)의 내면과 평행하도록 연장된 스텁(stub) 플레이트(150)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 스텁 플레이트(150)와 상기 메인 플레이트(110) 사이에는 슬릿(slit)이 형성될 수 있다. 상기 슬릿(155)은 패키징되는 파우치형 이차 전지와 상기 프레임(100)의 결합력을 높이기 위한 구조로서, 자세한 설명은 본 발명에 따른 배터리 팩을 설명하면서 함께 하도록 하겠다.
한편, 본 명세서에서는 상기 절연 플레이트(120)와 상기 격벽 플레이트(130)에 의해 형성되는 공간을 보호회로안착부(140)라 명명하겠다. 상기 보호회로안착부(140)에는 패키징되는 파우치형 이차 전지의 보호 회로 기판이 실장된다. 이때, 상기 절연 플레이트(120)와 상기 격벽 플레이트(130)는 패키징되는 파우치형 이차 전지의 외부 표면과 상기 보호회로안착부(140)에 실장된 보호 회로 기판을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
따라서, 상기 절연 플레이트(120) 또는 상기 격벽 플레이트(130)는 전도성이 낮은 고분자 물질 또는 종이로 이루어 질 수 있다. 고분자 물질의 경우, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트), 폴리아미드(polyamides, PA,　나일론), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE,　테플론), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK,　폴리케톤) 및 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI,　울템)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 프레임(100)은 상기 메인 플레이트(110) 및 상기 스텁 플레이트(150)를 상기 절연 플레이트(120) 또는 상기 격벽 플레이트(130)와 동일한 재질을 사용하여, 일체로 제작될 수도 있다. 물론, 필요에 따라 상기 메인 플레이트(110), 상기 절연 플레이트(120), 상기 격벽 플레이트(130) 및 상기 스텁 플레이트(150)의 재질을 서로 달리 하는 것도 가능하다.
앞서 언급하였듯이, 본 발명에 따른 프레임(100)은 파우치형 이차 전지를 패키징하는데 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 프레임(100)에 포함된 각 구성의 역할 및 기능은 상기 파우치형 이차 전지가 패키징된 배터리 팩의 제조 방법에서 상기 프레임(100)과 파우치형 이차 전지의 관계를 통해 보다 명확하게 이해할 수 있다. 이에 따라, 도 2를 참조하여 상기 프레임(100)에 포함된 각 구성의 명칭만 간단하게 살펴보고, 이후 도 3 내지 도 9에 도시된 본 발명에 따른 배터리 팩(200)의 제조 방법을 통해서 상기 프레임(100)에 포함된 각 구성의 역할 및 기능에 대해서 보다 자세히 설명하도록 하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 프레임(100)을 포함하는 배터리 팩(200)의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은 프레임(100), 파우치형 이차 전지(210) 및 보호 회로 기판(220)을 포함한다.
상기 프레임(100)은 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략하도록 하겠다.
상기 파우치형 이차 전지(210)는 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리(211)를 포함한다. 상기 분리막은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 상기 양극판의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 상기 양극판의 일부 영역에는 양극 탭이 구비되는데 양극 탭은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 상기 양극판에 대응되는 음극판은 주로 구리 재질이 이용된다. 상기 음극판 또한 일부 영역에 음극 탭이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 양극판과 음극판의 적어도 어느 한 쪽 표면에는 각각 전기화학적으로 반응을 하는 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅되어 있다. 일 예로, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 상기 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이다. 한편, 상기 양극판에 구비된 양극 탭에는 양극 리드(212)가 전기적으로 접속되고, 상기 음극판에 구비된 음극 탭에는 음극 리드(213)가 전기적으로 접속된다.
도 3에 도시된 파우치형 이차 전지(210)는 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리(211)를 감싼 후, 셀 어셈블리(211)의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한다. 이때, 상기 셀 어셈블리(211)에 접속된 두 전극리드(212, 213)의 일부가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 열융착한다. 상기 파우치 포장재는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 외부로 노출된 두 전극리드(212, 213)를 통해서 상기 셀 어셈블리(211)가 외부 회로 또는 부하와 전기적으로 접속된다.
한편, 상기 파우치형 이차 전지(210)는 일 예시에 불과하며, 상기 셀 어셈블리(211)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 상기 셀 어셈블리(211)의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 다양한 파우치형 이차 전지로 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리 범위가 상기 파우치형 이차 전지(210)의 종류, 충방전 용량, 크기, 구조, 형상 등에 의해서 제한되지 않는다.
상기 보호 회로 기판(220)은 퓨즈를 포함하여 상기 파우치형 이차 전지(210)의 운용상 발생할 수 있는 사고 등으로부터 파우치형 이차 전지(210)의 파손 또는 배터리 팩(200)의 사용자를 보호하는 역할을 한다. 일 예로, 상기 파우치형 이차 전지(210)와 연결된 부하에서 단락이 발생한 경우, 과전류가 흐를 수 있다. 이때, 상기 퓨즈가 절단되면서 단락이 발생한 부하와 상기 파우치형 이차 전지(210)의 전기적 연결이 해제된다. 나아가, 상기 보호 회로 기판(220)은 상기 파우치형 이차 전지(210)의 충방전 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값을 측정하여 이차 전지의 상태를 모니터링할 수 있도록 전류 및 전압 측정 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 회로 기판(220)은 외부 회로 또는 부하와의 전기적 연결을 위해 케이블 커넥터(cable connector)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 보호 회로 기판(220)는 상기와 같은 기능을 구현할 수 있도록 퓨즈 소자, 전압 및 전류 측정 소자, 케이블 커넥터 등이 하나의 회로기판 상에 일체화된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로 제작될 수 있다. 상기 보호 회로 기판(220)은 그 기능 및 구성에 대해서 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있고, 필요한 기능 및 구성을 추가할 수 있는바, 본 발명이 상기 보호 회로 기판(220)의 기능 및 구성에 의해서 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은 일단이 상기 보호 회로 기판(220)에 연결되어 상기 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급받는 장치의 단자와 전기적 연결을 형성할 수 있는 케이블(230)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 케이블(230)의 일단은 상기 보호 회로 기판(220)에 구비된 케이블 커넥터를 통해서 연결될 수 있다. 바람직하게, 상기 케이블(230)은 자유롭게 구부러질 수 있는 연성 케이블이 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은 상기 프레임(100)에 포함된 절연 플레이트(120)와 격벽 플레이트(130)에 의해서 정의되는 공간인 보호회로안착부(140)를 국소적으로 덮는 프레임 커버(240)를 더 포함할 수 있다. 상기 프레임 커버(240)는 상기 보호회로안착부(140)에 실장된 보호 회로 기판(220)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할 및 완성된 배터리 팩(200)의 외형 치수 관리를 위한 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(30)은 상기 파우치형 이차 전지(210) 및 프레임(100)을 감싸는 라벨 필름(250)을 더 포함할 수 있다. 상기 라벨 필름(250)은 파우치형 이차 전지(210)와 프레임(100) 사이의 결합력을 더욱 높이고 외부의 이물질이 파우치형 이차 전지(210)와 프레임(100)의 결합부위 또는 프레임(100)내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 상기 파우치형 이차 전지(210)에서 상기 셀 어셈블리(211)의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착할 때 형성되는 라인을 열융착 라인이라고 한다. 이렇게 형성된 열융착 라인은 파우치형 이차 전지(210)의 둘레 영역에 형성된다.
본 발명에 따른 배터리 팩(200)에 포함된 파우치형 이차 전지(210)는, 상기 파우치형 이차 전지(210)의 둘레 영역에 형성된 열융착 라인 중 상기 메인 플레이트(110)에 대향하는 영역의 열융착 라인(214)이 수직으로 접힌 구조를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 9를 통해서 상기 배터리 팩(200)의 제조 방법을 살펴보도록 하겠다. 이하에서 상술되는 배터리 팩(200)의 제조 방법을 통해서, 본 발명에 따른 프레임(100)의 구조 및 기능은 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)의 제조 방법을 개략적으로 설명하기 위한 공정 사시도이다.
먼저 도 4를 참조하면, 상기 파우치형 이차 전지(210)가 본 발명에 따른 프레임(100)의 내부 공간에 실장된다. 이때, 상기 파우치형 이차 전지(210)의 둘레에 형성된 열융착 라인 중 상기 메인 플레이트(110)에 대향하는 열융착 라인(214)은 수직으로 접힌 구조를 가지고 있으므로, 상기 메인 플레이트(110)는 상기 접힌 열융착 라인(214)과 밀착된다.
또한, 상기 접힌 열융착 라인(214)의 단부가 상기 스텁 플레이트(150)과 상기 메인 플레이트(110) 사이에 형성된 슬릿(155)에 억지 끼움 방식을 통해 삽입된다. 억지 끼움 방식을 통해, 상기 파우치형 이차 전지(210)와 상기 프레임(100)의 결합 구조가 더욱 견고하게 될 있다. 그러나, 이러한 결합 방법은 일예시에 불과하며, 다양한 결합 방법이 존재할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 그리고, 상기 보호 회로 기판(220)이 상기 파우치형 이차 전지(210)의 양 전극리드(212, 213)에 연결될 수 있도록 위치되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상술하였듯이, 상기 절연 플레이트(120)는 상기 파우치형 이차 전지(210)의 외부 표면과 상기 보호회로안착부(140)에 실장될 보호 회로 기판(220)을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 절연 플레이트(120)는 상기 전극 리드(212, 213)가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인을 연속적으로 덮는 것이 바람직하다.
다시 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 전극 리드(212, 213)가 배치된 측의 셀 어셈블리 모서리(215)와 상기 전극 리드(212, 213)가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인 사이에 형성되는 공간을 '테라스 영역(216)'이라 한다. 상기 테라스 영역(216)에 해당하는 파우치 포장재 내부에는 다수의 전극 탭과 상기 전극 리드(212, 213)가 결합되어 있으며, 또한 상기 전극 리드(212, 213)와 파우치 포장재 사이에는 절연 테이프가 개재되어 있어서, 상기 테라스 영역(216)에 해당하는 파우치 외장재의 표면 토폴로지(topology)는 균일하지 않다. 따라서, 상기 절연 플레이트(120)의 하부면은, 상기 열융착 라인의 표면 토폴로지에 대응되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 절연 플레이트(120)의 영역 중 상기 전극 리드(212, 213) 부위를 덮는 영역의 두께는 다른 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
다음 도 5를 참조하면, 상기 보호 회로 기판(220)이 상기 파우치형 이차 전지(210)의 양 전극리드(212, 213)에 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 보호 회로 기판(220)과 상기 두 전극리드(212, 213)는 납땜 방식에 의해서 연결될 수 있으며, 초음파 용접에 의해 연결될 수도 있다. 상기 보호 회로 기판(220)과 상기 두 전극리드(212, 213)의 다양한 연결 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 공지의 기술인바 자세한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로 도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 두 전극리드(212, 213)가 상단 방향으로 꺾여 접혀 상기 보호 회로 기판(220)이 상기 절연 플레이트(120)와 상기 격벽 프레임(100)에 의해 형성된 보호회로안착부(140)에 실장된다.
그 결과, 상기 절연 플레이트(120)는 상기 테라스 영역(216)에 대응하는 파우치 포장재의 외부면과 상기 보호 회로 기판(220) 사이에 위치한다. 따라서, 상기 절연 플레이트(120)는 파우치형 이차 전지(210)의 외부면과 상기 보호 회로 기판(220)의 전기적인 접촉을 차단시키는 역할을 한다.
또한, 상기 격벽 플레이트(130)는 상기 전극 리드(212, 213)가 배치된 셀 어셈블리의 모서리(215)에 대응하는 파우치형 이차 전지(31)의 외부면과 상기 보호 회로 기판(220) 사이에 위치한다. 따라서, 상기 격벽 플레이트(130)는 상기 셀 어셈블리의 모서리(215)에 대응되는 파우치형 이차 전지(31)의 외부면과 상기 보호 회로 기판(220)의 전기적인 접촉을 차단시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 격벽 플레이트(130)는 상기 파우치형 이차 전지(210)의 두께에 대응하는 높이를 가지는 것이 바람직하다.
다음으로 도 8을 참조하면, 상기 보호 회로 기판(220)에 케이블(230)이 연결된다. 설명의 편의를 위해 상기 보호 회로 기판(220)이 상기 보호회로안착부(140)에 실장된 후, 상기 케이블(230)이 상기 보호 회로 기판(220)에 연결되는 순서로 설명하였으나, 본 발명이 상기 케이블(230)의 연결 순서에 의해 제한되는 것은 아니다. 제조 공정의 편의를 위해, 상기 케이블(230)이 상기 보호 회로 기판(220)에 연결된 후, 상기 보호 회로 기판(220)이 꺾여 접혀 상기 보호회로안착부(140)에 실장될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 프레임(100)에 포함된 격벽 플레이트(130)에는 상기 보호 회로 기판(220)과 연결된 케이블(230)의 넓이에 대응되는 폭을 가진 리세스부(135)가 형성될 수 있다. 잠시 도 2를 참조하면, 상기 격벽 플레이트(130)의 중간 부분에 공간이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 공간은 리세스부(135)로서, 상기 케이블(230)의 넓이에 대응되는 폭을 가지고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보호 회로 기판(220)은 꺾여 접혀 상기 보호회로안착부(140)에 실장되므로, 상기 케이블(230)을 상기 리세스부(135)를 통해서, 도 8에 도시된 것과 같이, 배터리 팩(200)의 상단 방향으로 인출시킬 수 있다. 그리고, 상기 보호회로안착부(140)를 국소적으로 덮는 프레임 커버(240)가 결합된다.
한편, 상기 보호 회로 기판(220)의 크기, 면적, 두께 등을 고려하여 상기 절연 플레이트(120) 및 격벽 플레이트(130)의 길이, 넓이, 높이 및 형상을 다양하게 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
마지막으로 도 9를 통해 확인할 수 있듯이, 상기 파우치형 이차 전지(210) 및 프레임(100)을 라벨 필름(250)으로 감싸서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)의 제조가 완료된다.
상술한 구조를 갖는 다수의 배터리 팩(200)들은 소망하는 용량에 따라 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 집합체로서 모듈화될 수 이다. 그리고, 모듈화된 배터리 팩(200)들은, 각 배터리 팩(200)의 전기적 특성을 모니터링 또는 각 배터리 팩(200)의 충방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)과 결합될 수 있고, 상기 배터리 팩(200)과 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 정보통신 단말, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩(200)이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩(200)이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
본 발명에 따르면, 절연지를 사용하지 않고도 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하여, 절연상태를 유지할 수 있다. 또한, 파우치형 이차 전지와 이차 전지 보호 회로가 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 별도의 절연지가 필요하지 않으므로, 배터리 팩을 제조하는 과정에서 있어서 공정을 간소화 할 수 있으며, 원가 절감이 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 종래 기술에 따른 배터리 팩 11 : 파우치형 이차 전지
12 : 보호 회로 13 : 절연지
14 : 종래 기술에 따른 프레임 15 : 라벨 필름
100 : 파우치형 이차 전지의 프레임 110 : 메인 플레이트
120 : 절연 플레이트 130 : 격벽 플레이트
135 : 리세스부 140 : 보호회로안착부
150 : 스텁 플레이트 155 : 슬릿
200 : 배터리 팩 210 : 파우치형 이차 전지
211 : 셀 어셈블리 212 : 양극 리드
213 : 음극 리드 214 : 열융착 라인
215 : 셀 어셈블리 모서리 216 : 테라스 영역
220 : 보호 회로 기판 230 : 케이블
240 : 프레임 커버 250 : 라벨 필름

Claims (32)

  1. 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지를 패키징하는데 사용되는 프레임에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착되는 메인 플레이트;
    상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 라인을 덮는 절연 플레이트;
    상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트; 및
    상기 절연 플레이트의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트의 내면과 평행하도록 연장된 스텁 플레이트를 포함하며,
    상기 스텁 플레이트와 상기 메인 플레이트 사이에는 상기 파우치형 이차전지의 둘레에 형성된 열융착 라인 중 상기 메인 플레이트에 대향하는 열융착 라인이 수직으로 접혀 삽입 고정되는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치용 이차 전지 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 상기 파우치형 이차 전지의 보호 회로 기판이 실장되는 공간인 보호회로안착부가 정의되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 라인을 연속적으로 덮는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트의 하부면은, 상기 열융착 라인의 표면 토폴로지에 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트의 영역 중 상기 전극 리드 부위를 덮는 영역의 두께는 다른 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 플레이트는, 상기 파우치형 이차 전지의 두께에 대응하는 높이를 가진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 플레이트는, 상기 파우치형 이차 전지의 보호 회로 기판과 연결된 케이블의 넓이에 대응되는 폭을 가져서 상기 케이블이 외부로 인출될 수 있도록 하는 리세스부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트 또는 상기 격벽 플레이트는,
    폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트), 폴리아미드(polyamides, PA,　나일론), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC,　사란), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE,　테플론), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK,　폴리케톤) 및 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI,　울템)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트 또는 상기 격벽 플레이트는 종이 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 프레임.
  12. 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지;
    상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착된 메인 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 부위 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 부위를 덮는 절연 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트와, 상기 절연 플레이트의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트의 내면과 평행하도록 연장된 스텁 플레이트를 포함하는 파우치형 이차 전지 프레임; 및
    상기 전극 리드와 전기적으로 연결되며, 상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 정의되는 보호회로안착부에 실장되는 보호 회로 기판;을 포함하며,
    상기 스텁 플레이트와 상기 메인 플레이트 사이에는 상기 파우치형 이차전지의 둘레에 형성된 열융착 라인 중 상기 메인 플레이트에 대향하는 열융착 라인이 수직으로 접혀 삽입 고정되는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 부위를 연속적으로 덮는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 절연 플레이트의 하부면은, 상기 열융착 부위의 표면 토폴로지에 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 절연 플레이트의 영역 중 상기 전극 리드 부위를 덮는 영역의 두께는 다른 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 격벽 플레이트는, 상기 파우치형 이차 전지의 두께에 대응하는 높이를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 보호 회로 기판에 접속되어 상기 파우치형 이차 전지와 외부 기기를 전기적으로 연결시키는 케이블;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 격벽 플레이트는 케이블의 넓이에 대응되는 폭을 가진 리세스부가 형성되어 있으며,
    상기 케이블은 상기 리세스부를 통해 외부로 인출된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제12항에 있어서,
    상기 보호회로안착부를 국소적으로 덮는 프레임 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지 및 파우치형 이차 전지 프레임을 감싸는 라벨 필름;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  23. 제12항 내지 제18항 및 제21항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 다수의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬로 연결된 팩 모듈; 및
    상기 팩 모듈로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 각 배터리 팩의 전기적 특성 모니터링 또는 각 배터리 팩의 충방전을 제어하는 배터리 관리 시스템;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 부하는, 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 정보통신 단말, 휴대용 오디오 장치 또는 휴대용 비디오 장치임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  26. 제12항 내지 제18항 및 제21항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전극 리드가 일단에 부착된 셀 어셈블리를 내장하고 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 파우치 포장재를 사용하여 상기 셀 어셈블리를 감싼 후 상기 셀 어셈블리의 주변을 따라 상기 파우치 포장재를 열융착하여 제조한 파우치형 이차 전지를 준비하는 단계;
    (b) 상기 파우치형 이차 전지의 둘레 영역 중에서 상기 전극 리드가 노출되지 않은 둘레 영역에 밀착되는 메인 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 둘레 영역의 열융착 부위 중 적어도 상기 전극 리드 상에 형성된 열융착 부위를 덮는 절연 플레이트와, 상기 전극 리드가 노출된 셀 어셈블리의 측면에 대향하도록 상기 절연 플레이트로부터 연장된 격벽 플레이트를 포함하는 파우치형 이차 전지 프레임에 의해 정의되는 공간에 상기 파우치형 이차 전지를 삽입하고 밀착시키는 단계; 및
    (c) 상기 전극 리드와 전기적으로 연결하고, 상기 절연 플레이트와 상기 격벽 플레이트에 의해 정의되는 보호회로안착부에 상기 보호 회로 기판을 실장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 파우치형 이차 전지의 둘레에 형성된 열융착 라인 중, 전극 리드가 노출되지 않은 영역의 열융착 라인을 상기 셀 어셈블리와 대향하도록 수직으로 폴딩하는 단계; 및
    상기 메인 플레이트의 내면을 상기 폴딩된 열융착 라인에 밀착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지 프레임은, 상기 절연 플레이트의 양쪽 단부로부터 상기 메인 플레이트의 내면과 평행하도록 연장된 스텁 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 (b) 단계는, 상기 스텁 플레이트와 상기 메인 플레이트 사이에 형성된 슬릿에 상기 폴딩된 열융착 라인의 단부를 삽입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    (d) 상기 파우치형 이차 전지와 외부 기기를 전기적으로 연결시키는 케이블을 상기 보호 회로 기판에 연결하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 격벽 플레이트는 상기 케이블의 넓이에 대응되는 폭을 가진 리세스부가 형성되어 있고,
    상기 (d) 단계는, 상기 리세스부를 통해 상기 케이블이 외부로 인출되도록 상기 보호 회로 기판에 연결하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    (e) 프레임 커버를 사용하여 상기 보호회로안착부를 국소적으로 덮는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지 및 파우치형 이차 전지 프레임을 라벨 필름으로 감싸는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020101216A1 (ko) * 2018-11-15 2020-05-22 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
US11283132B2 (en) 2017-04-06 2022-03-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US11367922B2 (en) 2018-06-29 2022-06-21 Lg Energy Solution, Ltd. Secondary battery pack having holder

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101936418B1 (ko) * 2017-01-06 2019-01-08 주식회사 이랜텍 배터리 홀더를 구비하는 배터리 팩
KR102221780B1 (ko) * 2017-05-04 2021-03-02 주식회사 엘지화학 배터리 팩 및 이의 제조방법
KR102252162B1 (ko) 2019-11-27 2021-05-14 (주)한빛레이저 레이저와 유리 도광판을 이용한 파우치 융착방법과 장치
CN114747070B (zh) * 2020-06-30 2024-03-19 东莞新能德科技有限公司 电池、电池组件、电池组及电子装置
KR102514511B1 (ko) * 2021-02-10 2023-03-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050037366A (ko) * 2003-10-17 2005-04-21 소니 가부시끼 가이샤 외장 필름으로 덮여진 박형 배터리의 구조, 배터리 팩 및배터리 팩의 제조 방법
KR20100018173A (ko) * 2008-08-06 2010-02-17 주식회사 엘지화학 전지셀 이동장치를 이용한 전지팩 제조방법
KR20110130848A (ko) * 2010-05-28 2011-12-06 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지팩
KR20120027982A (ko) * 2010-09-14 2012-03-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050037366A (ko) * 2003-10-17 2005-04-21 소니 가부시끼 가이샤 외장 필름으로 덮여진 박형 배터리의 구조, 배터리 팩 및배터리 팩의 제조 방법
KR20100018173A (ko) * 2008-08-06 2010-02-17 주식회사 엘지화학 전지셀 이동장치를 이용한 전지팩 제조방법
KR20110130848A (ko) * 2010-05-28 2011-12-06 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지팩
KR20120027982A (ko) * 2010-09-14 2012-03-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11283132B2 (en) 2017-04-06 2022-03-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US11367922B2 (en) 2018-06-29 2022-06-21 Lg Energy Solution, Ltd. Secondary battery pack having holder
WO2020101216A1 (ko) * 2018-11-15 2020-05-22 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
US11784356B2 (en) 2018-11-15 2023-10-10 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module

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