KR102046122B1 - Pcb접속유닛 및 이를 이용한 전지모듈제작방법과 상기 방법에 의해 제작된 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB접속유닛 및 이를 이용한 전지모듈제작방법과 상기 방법에 의해 제작된 전지모듈에 관한 것이다. 상기 전지모듈은, 양극 및 음극의 전극탭을 가지며 상호 평행하게 배치되어 있는 다수의 파우치셀로 구성된 파우치셀패키지에 결합되어, 상기 전극탭을 전기적으로 접속시키는 것으로서, 외부회로와 접속되는 PCB기판과; 상기 PCB기판을 지지하는 기판수용부와; 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 다수의 전극탭 중 상호 접속시킬 전극탭을 그 내부에 받아들이는 다수의 관통구를 갖는 접속부와; 상기 접속부의 관통구내에 고정되는 것으로서, 관통구 내부로 진입되어 있는 전극탭을 접속시키는 버스바를 포함한다.

Description

PCB접속유닛 및 이를 이용한 전지모듈제작방법과 상기 방법에 의해 제작된 전지모듈{PCB connecting unit for Battery modularizaton and Method for manufacturing Battery module and Battery module made by the method}

본 발명은 PCB접속유닛 및 이를 이용한 전지모듈제작방법과 상기 방법에 의해 제작된 전지모듈에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기자동차나 하이브리드차량 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다.

이러한 이차전지를 사용하는 애플리케이션은 이차전지의 장점으로 인해 더욱 더 다양화되고 있으며, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 보다 콤팩트하고 강력한 파워를 출력할 수 있게 개발되고 있다. 예컨대 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지는 출력이 좋아, 복수개를 직렬로 연결하여 전기자동차나 하이브리드차량의 모터 구동에 사용된다.

전기자동차나 하이브리드차량에 적용되는 전지모듈은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결하여 모듈화 시킨 이른바 중대형 이차전지팩으로서 적용되고 있다. 상기 이차전지팩의 크기와 중량은 매우 중요한 요소로서 기술의 발전에 따라 점차 소형 경량화 되고 있다.

상기한 이차전지팩은, 케이스 내에 다수의 전지셀들을 적층시키켜 수납하고 이를 전기적으로 연결한 구성을 가진다. 특히 사용 중 전지셀들의 과충전, 과방전, 과전류, 발열, 연쇄적인 부반응에 의한 발화 또는 폭발을 방지하기 위하여, 상기 케이스의 외부에는 단위전지들의 전압, 전류, 온도 등을 계속적으로 검출하고 전지의 작동을 제어하는 제어장치가 구비된다.

상기한 이차전지팩을 구성하는 단위전지로서의 파우치형 이차전지(이하, 파우치셀)는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하다.

기본적으로 상기 파우치셀은, 다수의 양극전극(알루미늄호일)과 음극전극(구리호일)을 분리막을 사이에 두고 적층함과 아울러, 양극전극에 양극탭을, 음극전극에 음극탭을 용접한 후, 알루미늄파우치로 감싸 밀봉한 구조를 갖는다.

그런데 상기 파우치셀은, 그 자체의 기계적 강성이 약해 칫수 균일성을 기대하기 어렵고 셀 전체 사이즈의 공차가 크다는 단점이 있다. 이는 다수의 셀을 조립하는 모듈이나 전지팩에서 조립수율이 낮아지는 원인이 된다.

여하튼 상기한 파우치셀을 이용해 전지모듈을 제작하기 위해서는, 다수의 파우치셀을 케이스에 수납한 상태로, 접속탭을 이용해 파우치셀의 전극탭을 용접 결합한 후 상기 접속탭을 PCB기판의 센싱탭에 다시 용접하여야 하였다.

도 1은 종래 전지모듈 및 그 제작방법의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 부분 사시도로서, 도 1에 도시되어 있는 전지모듈(11)은, 국내 공개특허공보 제2013-008136호에 개시된 배터리모듈이기도 하다.

도시한 바와같이, 종전의 전지모듈(11)은, 케이스(13)의 상부에 장착되는 PCB기판(19)과 각 파우치셀(도면부호 미기입)의 전극탭(양극탭, 음극탭)이, 센싱탭(17) 및 접속탭(15)으로 접속된 구조를 갖는다.

상기 접속탭(15)은 상호 이웃하는 파우치셀의 전극탭을 묶어 접속시킨 상태로 센싱탭(17)과도 용접되어 파우치셀을 PCB기판(19)에 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.

그런데 상기한 종래의 전지모듈(11)은 상기 파우치셀에 대한 PCB기판(19)의 접속방식이 매우 불편하고 특히 접속불량이 자주 발생한다는 문제가 있었다.

상기 전지모듈(11)을 제작하기 위해서는, 먼저, 케이스(13)의 내부에 8장의 파우치셀을 수납하되 파우치셀의 열을 맞추어야 한다. 그런데, 상기한 바와같이 파우치셀은 그 자체의 기계적 강성이 약하고 사이즈의 공차가 크기 때문에 파우치셀의 양극탭과 음극탭을 열을 정확하게 맞추기가 매우 힘들다. 양극탭과 음극탭이 소위 들쭉날쭉 하기가 쉽다.

상기 양극탭과 음극탭의 얼라인먼트가 완료되었다면, 상호 이웃하는 파우치셀의 전극탭을 두 개씩 클램핑한 후 접속탭(15)을 끼운다. 이 과정에서 별도의 클램핑장치가 도입 사용되어야 한다. 상기 전극탭에 접속탭(15)이 끼워졌다면 고전압용접기를 이용해 접속탭에 고전압을 가하여 접속탭(15)을 전극탭에 용접시킨다. 이 과정을 여덟 번 반복하여 접속탭(15)의 용접을 완료한다.

상기 접속탭(15)의 용접이 완료되었다면 고전압용접기를 빼내고, PCB기판(19)을 케이스(13) 상부에 안착시킨 후, 저전압용접기를 동원하여 각 센싱탭(17)을 접속탭(15)에 용접시킨다. 즉 PCB기판(19)에 구비되어 있는 센싱탭(17)을 각 접속탭(15)에 밀착시킨 상태로, 접속탭(15)에 대해 센싱탭(17)을 용접하는 것이다.

이 때 진행되는 용접은 상기 전극탭에 대한 접속탭(15)의 용접시 행하던 고전압용접보다 상대적으로 낮은 전압에서 행해지는 이른바 저전압 용접이다. 고전압용접기와 저전압용접기는 용접기 자체가 다르다. 이는 전지모듈(11)의 제작하기 위해 고전압용접기와 저전압용접기가 따로 준비되어야 한다는 의미이다. 상기한 접속탭(15)이 8개 이므로, 저전압용접도 8회 진행되어야 함은 물론이다.

상기한 바와 같이 종래 전지모듈은, 고전압용접과 저전압용접을 따로 진행해야 하므로 제작이 매우 번거롭고, 고전압용접기와 저전압용접기와 클램핑장치나 지그 등이 따로 필요하다는 단점이 있었다. 이는 제작비용을 상승시키는 요인이 된다.

또한 특히 상기한 바와같이 고전압용접과 저전압용접이 수 회 진행되므로 제품 불량의 가능성이 높아 각별한 품질관리가 필요하였다. 용접개소가 많으므로 한 군데 만이라도 용접이 제대로 되지 않을 경우 전기적 단락이 발생하여 전지모듈(11) 전체의 작동이 불가능하고 경우에 따라 폭발이나 화재가 발생할 수 도 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 상호 평행하게 패키지화되어 있는 다수의 파우치셀의 전극과 PCB기판을 동시에 접속시켜 파우치셀에 대한 PCB기판의 용접작업을 매우 간편하고 신속하게 수행하게 하는 PCB접속유닛을 제공함과, 또한 다수의 파우치셀을, 서브탭이 고정되어 있는 하우징에 수납하되 양극탭과 음극탭을 상기 서브탭에 용접시켜 유닛화 하고 이를 다수 적층하여 패키지화하므로, 개별 파우치셀의 사이즈가 약간씩 다르더라도 그것에 구애받지 않고 PCT접속유닛과의 공차없는 조립 및 용접이 가능하며, 또한 PCB접속유닛에 구비되어 있는 버스바와 서브탭의 재질을 동일하게 구현하여 동종용접이 가능하므로 용접품질이 뛰어나 생산성이 좋고 공정을 간소화 할 수 있는 전지모듈과 상기 전지모듈의 제작방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PCB접속유닛은, 양극 및 음극의 전극탭을 가지며 상호 평행하게 배치되어 있는 다수의 파우치셀로 구성된 파우치셀패키지에 결합되어, 상기 전극탭을 전기적으로 접속시키는 것으로서, 외부회로와 접속되는 PCB기판과; 상기 PCB기판을 지지하는 기판수용부와; 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 다수의 전극탭 중 상호 접속시킬 전극탭을 그 내부에 받아들이는 다수의 관통구를 갖는 접속부와; 상기 접속부의 관통구내에 고정되는 것으로서, 관통구 내부로 진입되어 있는 전극탭을 접속시키는 버스바를 포함한다.

또한, 상기 접속부는 기판수용부를 중심에 두고 대칭으로 배치된 사각 플레이트형 부재이고, 상기 관통구는, 상기 접속부의 두께 방향으로 관통되고 상호 평행한 장공형 구멍으로서 상기 전극탭을 두 개씩 수용하며, 상기 버스바는, 일정두께를 갖는 직사각 플레이트형 부재로서 상기 관통구로 진입한 두 개의 전극탭의 상단부를 그 내부에 수용하는 용접슬릿을 갖는다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PCB접속유닛은, 사각틀의 형태를 취하며 그 상측부에 한 쌍의 서브탭이 이격 고정되어 있는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 수납되되 양극탭과 음극탭이 상기 서브탭에 접속결합되는 파우치셀로 구성되어 있는 파우치셀유닛을 다수개 겹쳐 구성한 것으로서, 그 상부 양측에 다수의 서브탭이 상향 돌출되어 평행하게 위치되어 있고, 상기 서브탭의 사이에는 오목한 형태의 장착홈부가 마련되어 있는 파우치셀패키지에 결합되어 상기 서브탭을 전기적으로 접속시키는 것으로서, 외부회로와 접속하는 PCB기판과; 상기 PCB기판을 고정한 상태로 상기 장착홈부에 삽입되는 기판수용부와; 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 상기 서브탭을 두 개씩 그 내부로 받아들이는 다수의 관통구를 갖는 접속부와; 상기 접속부의 관통구내에 고정되는 것으로서, 관통구 내부로 진입되어 있는 서브탭을 접속시키는 버스바를 구비한다.

또한, 상기 버스바는 일정두께를 갖는 직사각 플레이트의 형태를 취하며, 상기 서브탭의 상단부를 그 내부에 수용하는 두 개의 서브탭용접슬릿을 갖는다.

아울러, 상기 버스바는, 상기 서브탭과 같은 재질의 금속으로 제작된다.

또한, 상기 서브탭용접슬릿은 서브탭의 두께와 같은 폭을 가져, 서브탭이 서브탭용접슬릿내에 삽입된 상태로 서브탭의 양면이 서브탭용접슬릿의 내측면에 면접한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지모듈은, 사각틀의 형태를 취하며 그 상측부에 한 쌍의 서브탭이 이격 고정되어 있는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 수납되되 양극탭과 음극탭이 상기 서브탭에 접속결합되는 파우치셀로 구성되어 있는 파우치셀유닛을 다수개 겹쳐 구성한 것으로서, 그 상부 양측에 다수의 서브탭이 상향 돌출되어 평행하게 위치되어 있고, 상기 서브탭의 사이에는 오목한 형태의 장착홈부가 마련되어 있는 파우치셀패키지와; 상기 파우치셀패키지의 상부에 결합하여 상기 서브탭을 전기적으로 접속시키기 위한 것으로서, 외부회로와 접속하는 PCB기판과; 상기 PCB기판을 고정한 상태로 상기 장착홈부에 삽입되는 기판수용부와; 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 상기 서브탭을 두 개씩 그 내부로 받아들이는 다수의 관통구를 갖는 접속부와; 상기 접속부의 관통구내에 고정되는 것으로서, 관통구 내부로 진입되어 있는 서브탭을 접속시키는 버스바를 구비하는 PCB접속유닛을 포함한다.

또한, 상기 파우치셀은; 전극조립체 및 상기 전극조립체를 밀봉수용하는 파우치로 이루어진 전지본체와, 상기 전극조립체에 접속되며 파우치의 외부로 연장된 양극탭 및 음극탭으로 구성되고, 상기 하우징은; 상기 파우치셀을 그 내부에 수용한 상태로 상기 서브탭을 통해 파우치셀을 외부회로와 접속시키는 것으로서, 파우치셀의 전지본체와 양극탭 및 음극탭을 각기 수용하는 본체수용공간 및 탭수용공간을 갖는 하우징본체를 포함하고, 상기 서브탭은; 상기 하우징본체에 고정되되, 상기 파우치셀을 하우징본체에 수납한 상태에서 상기 양극탭 및 음극탭과 대면하는 자리에 고정되어 있다.

아울러, 상기 하우징본체는; 상기 파우치셀의 한쪽면을 지지하는 바닥부와, 상기 바닥부의 테두리에 일체를 이루며 상기 파우치셀을 그 내부 영역에 수용하고, 상기 서브탭이 고정된 벽부로 이루어진다.

또한, 상기 서브탭은; 상기 양극탭 및 음극탭보다 상대적으로 두꺼운 두께와 넓은 면적을 가지는 판상금속편으로서 상기 버스바와 접속할 수 있도록 하우징본체의 외부로 연장된다.

또한, 상기 버스바는 상기 서브탭과 같은 재질로 이루어진다.

또한, 상기 서브탭은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지모듈 제작방법은, 양극과 음극의 전극탭을 구비한 다수의 파우치셀을 나란하게 배치하여, 상기 전극탭이 평행하게 배치된 상태의 파우치셀패키지를 구성하는 파우치셀패키지 제작단계와; 상기 파우치셀패키지의 상부에 다수의 버스바를 배치하되 각 버스바가, 상호 이웃하는 두 개씩의 전극탭에 접속되게 하는 버스바안착단계와; 상기 버스바에 접촉되어 있는 전극탭을 버스바와 용접결합하는 용접단계를 포함한다.

아울러, 상기 파우치셀 패키지제작단계는; 사각틀의 형태를 취하며 그 상측부에 한 쌍의 서브탭이 이격 고정되어 있는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 수납되되 양극탭과 음극탭이 상기 서브탭에 접속결합되는 파우치셀로 구성되어 있는 파우치셀유닛을 다수개 겹쳐 상기 서브탭이 나란하도록 배치하는 과정이며, 상기 버스바안착단계는; 외부회로와 접속하는 PCB기판과, 상기 PCB기판을 고정하는 기판수용부와, 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 상기 서브탭을 그 내부로 받아들이는 관통구를 가지되 관통구내에 상기 버스바를 갖는 접속부로 이루어진 PCB접속유닛을, 상기 파우치셀패키지와 결합하여 상기 서브탭을 버스바에 접속시키는 과정이다.

또한, 상기 버스바는 직사각판의 형태를 취하며 상기 관통구로 진입한 서브탭의 상단부를 그 내부에 수용하는 두 개씩의 서브탭용접슬릿을 갖는다.

또한, 상기 용접단계는; 상기 서브탭의 상단부가 서브탭용접슬릿의 내부에 끼워진 상태로 수행되는 레이져용접 과정이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하겨 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 PCB접속유닛 및 이를 이용한 전지모듈제작방법과 상기 방법에 의해 제작된 전지모듈은, 상호 평행하게 패키지화되어 있는 다수의 파우치셀의 전극과 PCB기판을 동시에 접속시켜 파우치셀에 대한 PCB기판의 용접작업을 매우 간편하고 신속하게 수행할 수 있고, 또한 다수의 파우치셀을, 서브탭이 고정되어 있는 하우징에 수납하되 양극탭과 음극탭을 상기 서브탭에 용접시켜 유닛화 하고 이를 다수 적층하여 패키지화하므로, 개별 파우치셀의 사이즈가 약간씩 다르더라도 그것에 구애받지 않고 PCT접속유닛과의 공차없는 조립 및 용접이 가능하며, 또한 PCB접속유닛에 구비되어 있는 버스바와 서브탭의 재질을 동일하게 구현하여 동종용접이 가능하므로 용접품질이 뛰어나 생산성이 좋다.

도 1은 종래 전지모듈 및 그 제작방법의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 PCB접속유닛의 일부 절제 분해 사시도이다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 PCB접속유닛의 파우치셀패키지에 대한 용접방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 상기 도 2에 도시한 파우치셀패키지를 구성하는 파우치셀유닛의 내부 구성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈 제작방법을 정리하여 나타내 보인 블록도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소 들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, “제 1”, “제 2”, “일 측”, “타 측” 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈(31)의 분해사시도이다.

기본적으로, 본 실시예에 따른 전지모듈(31)은, 파우치셀(도 5의 73)을 수납 구성한 다수의 파우치셀유닛(51)을 다수 겹쳐 파우치셀패키지(49)로 만들고, 그 상부에 PCB접속유닛(33)을 안착 용접한 구조를 갖는다.

즉, 상기 파우치셀패키지(49)는 그 상부에 다수의 서브탭(71)과 장착홈부(65)를 가지며, PCB접속유닛(33)은 상기 파우치셀패키지(49)의 상부에 고정되며 상기 서브탭(71)을 전기적으로 접속시키기 위한 버스바(33d)를 갖는다.

상기 파우치셀패키지(49)는 다수의 파우치셀유닛(51)을 겹쳐 패키지화한 조립체이다. 상기 파우치셀유닛(51)은 도 6의 형태를 갖는 것으로서, 별도의 선행 공정을 통해 미리 제작된다. 이와같이 파우시셀유닛(51)을 적용한 것은 개별적인 파우치셀이 갖는 여러 가지 문제(가령 자체의 기계적 강성이 약해 칫수 균일성을 기대하기 어렵고 셀 전체 사이즈의 공차가 크다는 문제)를 없애기 위한 것과, 또한 파우치셀의 양극탭과 음극탭을 서브탭(71)에 접속시키기 위한 것이다. 상기 서브탭을 적용한 것은 버스바의 동종용접을 목적으로 한 것이다.

도 5 내지 도 7을 통해 상기 파우치셀유닛(51)에 대한 설명을 먼저 하기로 한다.

도 5 내지 도 7은 상기 도 2에 도시한 파우치셀패키지(49)를 구성하는 파우치셀유닛(51)의 내부 구성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도시한 바와같이, 상기 파우치셀유닛(51)는, 충방전이 가능한 사각판 형태의 파우치셀(73)과, 상기 파우치셀(73)을 그 내부에 수용하되 파우치셀(73)의 양극탭(73c) 및 음극탭(73d)에 용접 결합하는 서브탭(71)을 갖는 하우징(53)으로 구성된다.

상기 파우치셀(73)은 일반적인 파우치형 이차전지로서, 다수의 양극전극과 음극전극과 분리막으로 이루어진 전극조립체(73a)와, 상기 전극조립체(73a)를 그 내부에 밀봉 수용하는 파우치(73b)와, 상기 전극조립체(73a)의 양극전극에 용접되며 파우치(73b) 외부로 연장된 양극탭(73c)과, 전극조립체(73a)의 음극전극에 용접되며 파우치(73b) 외부로 연장된 음극탭(73d)으로 이루어진다.

상기 파우치셀(73)은, 정면에서 바라본 모습을 기준으로 셀본체(73e)와 양극탭(73c)과 음극탭(73d)으로 구분할 수 도 있다. 상기 셀본체(73e)는 파우치(73b) 자체와 파우치(73b)로 감싸인 부분이다.

상기 하우징(53)은, 사출공정을 통해 제작된 것으로서, 하우징본체(55)와, 상기 하우징본체(55)에 고정되는 두 개의 서브탭(71)으로 구성된다.

상기 각 서브탭(71)은 인서트 사출을 통해 하우징본체(55)에 그 일부가 박혀 고정된 것으로서, 두 개가 동일한 재질 및 동일한 사이즈를 갖는다. 특히 상기 서브탭(71)은, 파우치셀(73)의 양극탭(73c) 또는 음극탭(73d) 둘 중 어느 하나의 금속과 같은 금속으로 제작된다.

보통 양극탭(73c)은 알루미늄으로 제작되고 음극탭(73d)은 구리로 제작되므로, 상기 서브탭(71)은 알루미늄이나 구리로 제작된다. 바람직하게는 전기적 특성이나 강성이 상대적으로 좋은 구리로 제작함이 좋다.

또한 상기 서브탭(71)은 양극탭(73c) 또는 음극탭(73d)의 두께보다 1배 내지 5배 두껍게 제작할 수 있다. 또한 서브탭(27)의 폭(W)은 양극탭(73c) 또는 음극탭(73d)의 폭보다 1배 내지 1.5배 정도면 알맞다.

상기 하우징본체(55)는, 파우치셀(73)의 한쪽 면을 지지하는 바닥부(56)와, 상기 바닥부(56)의 테두리부에 일체를 이루어 사각틀을 제공하며 그 내부 영역에 파우치셀(73)을 수용하는 벽부(57)로 이루어진다. 또한 상기 바닥부(56)에는 파우치셀(73)에서 발생하는 열을 방열하기 위한 관통구(61)도 형성되어 있다. 상기 바닥부(56)와 벽부(57)가 이루는 공간은 상기 셀본체(73)를 수용하는 수용공간(59)이다.

상기 벽부(57)는 그 상측부에 두 개의 탭수용공간(58)을 제공한다. 상기 탭수용공간(58)은 상기 양극탭(73c)과 음극탭(73d)이 각각 안착되는 수용되는 공간이다. 상기 수용공간(59)에 셀본체(73e)를 수납할 때 양극탭(73c)과 음극탭(73d)이 상기 탭수용공간(58)에 자동으로 삽입된다.

또한 상기 탭수용공간(58)의 측부에는 서브탭끼움부(67)가 마련되어 있다. 상기 서브탭끼움부(67)는 상기한 서브탭(71)이 박혀 고정되는 부분이다. 상기 하우징본체(55)를 인서트사출을 통해 제작할 경우에는 서브탭끼움부(67)를 별도로 가공할 필요는 없다. 상기 서브탭끼움부(67)는 동일한 형상을 취하며 일정간격 이격되어 있다.

경우에 따라 하우징본체(55)를 인서트사출로 제작하지 않을 경우, 즉 상기 하우징본체(55)를 별도로 성형하고 성형된 하우징본체(55)에 서브탭(71)을 끼워야 할 경우에는, 사출시 상기 서브탭끼움부(67)를 추가 성형해야 한다. 상기 서브탭끼움부(67)에는 지지턱(67b)과 홀딩슬릿(67a)이 포함된다.

상기 지지턱(67b)은 서브탭(71)을 받쳐 지지하는 부분으로서, 서브탭(71)의 하단 두께면에 접한다. 또한 상기 홀딩슬릿(67a)은 서브탭(71)의 폭방향 양 옆의 슬릿삽입부(71a)가 끼워지는 부분이다.

상기 서브탭끼움부(67)의 사이에는 장착홈부(65)가 형성된다. 상기 장착홈부(65)는 벽부(57)의 외측면의 일부로서 오목한 형태를 취하여 후술할 기판수용부(33m)를 수용 지지한다.

또한 상기 벽부(57)의 전면(일측면)에는 다수의 돌출부(69)가 형성되어 있고, 상기 벽부(57)의 뒷면(타측면)에는 상기 돌출부(69)가 끼워지는 홈부(미도시)가 형성되어 있다. 상기 홈부는 뒤에 배치된 하우징에 형성되어 있는 돌출부(69)가 끼워지는 홈이다. 즉, 상기 돌출부(69)는 그 전방에 위치한 하우징본체(55)의 홈부에 삽입되는 부분이고, 홈부는 후방에 위치한 하우징본체의 돌출부(69)가 끼워지는 부분이다. 이와같이 하우징본체(55)의 앞뒤에 돌출부(69)와 홈부를 적용함으로써 파우치셀패키지(49)를 제작할 때 마무리 많은 파우치셀유닛(51)을 적층하더라도 하우징(53)의 정렬이 손쉽게 이루어진다.

상기 돌출부(69)와 이에 대응하는 홈부의 형상을 필요에 따라 얼마든지 변형 할 수 있음은 당연하다.

상기 서브탭(71)은, 하우징본체(55)에 파우치셀(73)이 수납될 때, 상기 양극탭(73c) 및 음극탭(73d)에 자동으로 맞추어진다. 즉 상기 파우치셀(73)의 셀본체(73e)를 수용공간(59)에 삽입한 상태에서 양극탭(73c)과 음극탭(73d)에 각각 대면하는 것이다.

즉, 도 6에 도시한 바와같이, 상기 서브탭(71)은, 상기 하우징(53)의 수용공간(59) 내에 파우치셀(73)이 수용된 상태로, 상기 양극탭(73c) 및 음극탭(73d)에 대향하는 것이다.

상기 양극탭(73c)과 음극탭(73d)은 상기 서브탭(71)에 각각 용접 결합된다. 상기 서브탭(71)이 구리일 경우, 양극탭(73c)과 서브탭(71)은 이종용접이고 음극탭(73d)과 서브탭(71)은 동종용접이다. 동종용접이던 이종용접이던 파우치셀유닛(51)은 한 개씩 제작되는 것이므로 용접불량은 없다. 또한 한 개씩의 파우치셀유닛(51)의 용접작업이 완료된 후 용접 검사가 수행될 것이므로 파우치셀유닛(51) 자체의 불량 발생의 염려는 없다. 상기 서브탭(71)에 대한 양극탭(73c)과 음극탭(73d)의 용접은 레이저용접이나 저항용접 등으로 할 수 있다.

상기한 과정을 통해 제작된 파우치셀유닛(51)을 적층 배열하면 파우치셀유닛(51)이 앞뒤로 밀착되어 도 2의 파우치셀패키지(49)가 얻어진다.

도 2에 도시되어 있는 바와같이, 상기 파우치셀패키지(49)의 상부에 다수의 서브탭(71)이 상향 돌출되어 있고, 상기 서브탭(71)의 사이에 장착홈부(65)가 마련되어 있다.

상기 서브탭(71)은 각 파우치셀유닛(51) 내부에서 파우치셀(73)의 양극탭(73c) 및 음극탭(73d)에 용접 완료된 상태로 서로에 대해 평행하게 대기한다. 상기한 바와같이 상기 서브탭(71)은 양극탭(73c) 또는 음극탭(73d)의 재질과 동일하며, 바람직하게는 음극탭(73d)과 동일한 구리로 제작된 것을 사용함이 좋다.

아울러 각 파우치셀유닛(51)의 상부 중앙에 형성되어 있는 장착홈부(65)는 다른 장착홈부(65)와 함께 모여 그 넓이가 확장되어 있다.

한편, 본 실시예의 전지모듈은, 상기 파우치셀패키지(49)의 상부로 돌출되어 있는 각 서브탭(71)을 한 번에 접속시키기 위해 PCB접속유닛(33)이 사용된다.

상기 PCB접속유닛(33)은, 그 자체가 하나의 조립체로서 상기 파우치셀패키지(49)의 상부에 안착된 상태로 각 서브탭(71)에 용접되어, 각 파우치셀을 전기적으로 접속시키는 역할을 한다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 PCB접속유닛(33)의 일부 절제 분해 사시도이다.

도시한 바와같이, 상기 PCB접속유닛(33)은, 외부회로와 접속되는 PCB기판(33b)과, 상기 PCB기판(33b)을 그 내부에 수용 고정하는 것으로서 육면체의 블록형태를 취하며 상기 장착홈부(65)에 수용 고정되는 기판수용부(33m)와, 상기 기판수용부(33m)의 양측부에 대칭으로 배치되며 다수의 버스바장착홈(33c)을 갖는 접속부(33n)와, 상기 접속부(33n)의 각 버스바장착홈(33c)에 고정되는 다수의 버스바(33d)로 구성된다.

상기 기판수용부(33m)와 접속부(33n)는 사출성형되어 일체를 이룬다. 상기 접속부(33n)는 일정두께를 갖는 직사각판의 형태를 취하며, 기판수용부(33m)와 더불어 파우치셀패키지(49)의 상부를 커버한다.

상기 기판수용부(33m)에 장착되는 PCB기판(33b)은, 접속배선(도 4의 33h)을 통해 각각의 버스바(33d)에 접속된 상태로, 파우치셀의 전력을 외부로 전달하거나 외주의 전력을 파우치셀로 공급한다. 상기 PCB기판(33b) 자체는 종전 PCB기판(19)과 같은 역할을 한다.

상기 기판수용부(33m)는 상기 장착홈부(65)의 내부에 끼움 결합하여 PCB접속유닛(33)이 흔들리지 않도록 지지한다. 필요에 따라 상기 기판수용부(33m)와 장착홈부(65)의 사이에 별도의 결합수단을 추가할 수 도 있다.

한편, 상기 버스바장착홈(33c)은 직사각형의 홈으로서 그 바닥면에 서브탭관통구(33f)를 갖는다. 상기 서브탭관통구(33f)는 일정폭을 갖는 슬릿형 구멍으로서, 상기 파우치셀패키지(49)에 대해 PCB접속유닛(33)을 하강시킬 때 각 서브탭(71)을 그 내부로 받아들인다.

상기 버스바(33d)는, 각 버스바장착홈(33c)의 내부에 장착 고정된 직사각판 형태의 금속부재로서, 상기 서브탭관통구(33f)에 대응하는 서브탭용접슬릿(33e)을 갖는다.

상기 서브탭용접슬릿(33e)은 서브탭관통구(33f)의 내부로 상향 진입한 각 서브탭(71)의 상단부가 끼워지는 관통 슬릿이다. 특히 상기 서브탭용접슬릿(33e)의 폭(Z)은 서브탭(71) 상단부의 두께에 대응하여, 서브탭용접슬릿(33e)의 내부에 끼워진 서브탭(71)의 양면이 서브탭용접슬릿(33e)의 내측면에 밀착한다. 아울러 상기 서브탭(71)의 상단부는 버스바(33d)의 상부로 돌출되지 않는다.

도 4는 상기 도 3에 도시한 PCB접속유닛(33)의 파우치셀패키지(49)에 대한 용접방식을 설명하기 위하여, 파우치셀패키지(49) 상부에 PCB접속유닛(33)이 안착된 모습을 나타낸 평면도이다.

도시한 바와같이, 각 버스바(33d)의 서브탭용접슬릿(33e)내에 서브탭(71)이 끼워져 있다. 특히 각 서브탭(71)의 양면은 서브탭용접슬릿(33e)의 내측면에 밀착한 상태이다. 또한 상기 서브탭(71)과 버스바(33d)는 동종금속으로서 구리로 제작되어 있다. 아울러 상기 각 버스바(33d)는 접속배선(33h)을 통해 PCB기판(33b)에 각각 접속되어 있다.

상기 상태에서, 레이저용접장치를 이용하여 서브탭(71)과 버스바(33d)를 레이저 용접한다. 즉 레이져용접장치로 서브탭(71)과 그 주변 영역에 나선형 용접라인(A)을 그리면서 레이저빔을 가하여, 버스바(33d)에 대해 서브탭(71)을 용접시키는 것이다. 이 때 상기 버스바(33d)와 서브탭(71)이 동종금속이므로 용접이 한결 쉽게 이루어짐은 물론이다.

상기 레이저용접 과정을 통해 버스바(33d)와 서브탭(71)의 용접이 완료됨에 따라, 각 파우치셀이 PCB기판(33b)에 전기적으로 접속되게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈 제작방법을 정리하여 나타내 보인 블록도이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 전지모듈 제작방법은, 파우치셀패키지제작단계(101)와, 버스바안착단계(103)와, 용접단계(105)를 포함하여 구성된다.

상기 파우치셀패키지제작단계(101)는, 상기한 파우치셀패키지(49)를 제작하는 과정으로서, 사각틀의 형태를 취하며 그 상측부에 한 쌍의 서브탭(71)이 이격 고정되어 있는 하우징(53)에 파우치셀(73)을 수납하되 파우치셀(73)의 양극탭(73c)과 음극탭(73d)을 상기 서브탭(71)에 용접한 구조의 파우치셀유닛(51)을 다수 제작하고 이를 적층 구성하는 과정이다.

상기 파우치셀패키지제작단계(101)를 통해 그 상부에 다수의 서브탭(71)이 배열되고 상기 서브탭(71)의 사이에 장착홈부(65)가 마련되어 있는 파우치셀패키지(49)가 제작된다.

이어지는 버스바안착단계(103)는, 상기 파우치셀패키지(49)의 상부에 PCB접속유닛(33)을 장착하여, 상기 서브탭(71)과 버스바(33d)가 접촉하게 세팅하는 단계이다. 이 때 상기 버스바(33d)의 서브탭용접슬릿(33e)에 서브탭(71)의 상단부가 삽입됨은 상기한 바와같다.

상기 버스바안착단계(103)가 완료된 후 수행되는 용접단계(105)는, 상기 서브탭용접슬릿(33e)의 내부에 끼워진 서브탭(71)의 상단부와 그 주변부분을 레이저용접하여 버스바(33d)에 서브탭(71)을 결합하는 과정이다. 상기 용접단계(105)를 통해 전지모듈의 제작과정을 마친다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

11:전지모듈 13:케이스 15:접속탭
17:센싱탭 19:PCB기판 31:전지모듈
33:PCB접속유닛 33b:PCB기판 33c:버스바장착홈
33d:버스바 33e:서브탭용접슬릿 33f:서브탭관통구
33h:접속배선 33m:기판수용부 33n:접속부
49:파우치셀패키지 51:파우치셀유닛 53:하우징
55:하우징본체 56:바닥부 57:벽부
58:탭수용공간 59:수용공간 61:관통구
65:장착홈부 67:서브탭끼움부 67a:홀딩슬릿
67b:지지턱 69:돌출부 71:서브탭
71a:슬릿삽입부 73:파우치셀 73a:전극조립체
73b:파우치 73c;양극탭 73d:음극탭
73e:셀본체

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 상측부에 한 쌍의 서브탭이 이격 고정되어 있는 하우징, 상기 하우징의 내부에 수납되되 양극탭과 음극탭이 상기 서브탭에 용접되는 파우치셀 및 상기 서브탭의 사이에는 오목한 형태의 장착홈부로 구성되어 있는 파우치셀유닛을 다수개 겹쳐 구성된 파우치셀패키지;
   상기 파우치셀패키지의 상부에 결합하여 상기 서브탭을 전기적으로 접속시키기 위한 것으로서, 외부회로와 접속하는 PCB기판, 상기 PCB기판을 고정하는 기판수용부, 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 상기 서브탭을 그 내부로 받아들이는 다수의 관통구를 갖는 접속부, 상기 접속부 내에 고정되는 것으로서 상기 관통구 내부로 진입되어 있는 상기 서브탭을 접속시키는 버스바를 구비하는 PCB접속유닛;을 포함하고,
   상기 파우치셀패키지 상부 양측에 다수의 서브탭이 상향 돌출되어 평행하게 위치되어 있으며,
   상기 기판수용부는 상기 장착홈부에 결합되는, 전지모듈.
8. 청구항 7항에 있어서,
   상기 파우치셀은;
   전극조립체 및 상기 전극조립체를 밀봉수용하는 파우치로 이루어진 전지본체와, 상기 전극조립체에 접속되며 파우치의 외부로 연장된 양극탭 및 음극탭으로 구성되고,
   상기 하우징은;
   상기 파우치셀을 그 내부에 수용한 상태로 상기 서브탭을 통해 파우치셀을 외부회로와 접속시키는 것으로서, 파우치셀의 전지본체와 양극탭 및 음극탭을 각기 수용하는 본체수용공간 및 탭수용공간을 갖는 하우징본체를 포함하고,
   상기 서브탭은;
   상기 하우징본체에 고정되되, 상기 파우치셀을 하우징본체에 수납한 상태에서 상기 양극탭 및 음극탭과 대면하는 자리에 고정되어 있는 전지모듈.
9. 청구항 8항에 있어서,
   상기 하우징본체는;
   상기 파우치셀의 한쪽면을 지지하는 바닥부와,
   상기 바닥부의 테두리에 일체를 이루며 상기 파우치셀을 그 내부 영역에 수용하고, 상기 서브탭이 고정된 벽부로 이루어진 전지모듈.
10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 서브탭은;
    상기 양극탭 및 음극탭보다 상대적으로 두꺼운 두께와 넓은 면적을 가지는 판상금속편으로서 상기 버스바와 접속할 수 있도록 하우징본체의 외부로 연장된 전지모듈.
11. 청구항 10항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 서브탭과 같은 재질로 이루어진 전지모듈.
12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 서브탭은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 전지모듈.
13. 삭제
14. 상측부에 한 쌍의 서브탭이 이격 고정되어 있는 하우징, 상기 하우징의 내부에 수납되되 양극탭과 음극탭이 상기 서브탭에 용접되는 파우치셀 및 상기 서브탭의 사이에는 오목한 형태의 장착홈부로 구성되어 있는 파우치셀유닛을 다수개 겹쳐 파우치셀패키지를 구성하고, 상기 파우치셀패키지 상부 양측에 다수의 서브탭이 상향 돌출되어 평행하게 위치하도록 하는, 파우치셀 패키지제작단계;
    외부회로와 접속하는 PCB기판과, 상기 PCB기판을 고정하는 기판수용부와, 상기 기판수용부의 양측에 배치되며 상기 서브탭을 그 내부로 받아들이는 관통구를 가지되 관통구내에 버스바를 갖는 접속부로 이루어진 PCB접속유닛을, 상기 장착홈부에 상기 기판수용부를 결합함으로써 상기 파우치셀패키지와 결합하여 상기 서브탭을 버스바에 접속시키는 버스바안착단계;
    상기 버스바에 접촉되어 있는 전극탭을 버스바와 용접결합하는 용접단계;를 포함하는 전지모듈 제작방법.
15. 청구항 14항에 있어서,
    상기 버스바는 직사각판의 형태를 취하며 상기 관통구로 진입한 서브탭의 상단부를 그 내부에 수용하는 두 개씩의 서브탭용접슬릿을 갖는 전지모듈 제작방법.
16. 청구항 15항에 있어서,
    상기 용접단계는;
    상기 서브탭의 상단부가 서브탭용접슬릿의 내부에 끼워진 상태로 수행되는 레이져용접 과정인 전지모듈 제작방법.
    

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