KR102355380B1 - 측면 와이어 본딩 가능한 전지팩, 전지모듈 및 전지모듈 제조 방법 - Google Patents

측면 와이어 본딩 가능한 전지팩, 전지모듈 및 전지모듈 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지모듈을 구성함에 있어서 바텀(bottom) 영역에 충분한 공간 확보가 어려운 구조에서, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀의 외면을 감싸는 절연부재 및 상기 전지케이스의 측면으로 상기 절연부재가 절개된 절개부가 형성되어 상기 절개부를 통해 상기 전지케이스와 전기적으로 연결되는 리드와이어를 포함하여 구성되는 전지팩, 상기 전지팩들로 구성되는 전지모듈 및 전지모듈을 제조하는 방법을 제공함으로써 바텀(bottom) 영역의 공간 확보가 어렵더라도 와이어 본딩으로 음극 단자를 버스 바와 연결이 용이하도록 하는 것이다.

Description

측면 와이어 본딩 가능한 전지팩, 전지모듈 및 전지모듈 제조 방법{A side wire-bondable battery pack, a battery module, and a method of manufacturing a battery module}
본 발명은 전지셀의 측면에 리드와이어를 포함하는 측면 와이어 본딩 가능한 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이
차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극판/분리막/음극판의 적층 구조로 이루어진 충바전이 가능한 전기조자로서, 전극활물질이 도포된 긴 시트형의 양극판
과 음극판 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고, 금속 캔의 개방된 상단에 캡 어셈블리를 장착하여 밀봉하는 구조로 이루어져 있다. 전극조립체의 양극은 캡 어셈블리의 상단에 연결되어 양극 단자를 형성하고, 전극조립체의 음극은 금속 캔에 연결된 상태에서 금속 캔의 측면은 절연 시트로 둘러싸 절연시킴으로써 금속 캔의 하단에 음극 단자를 형성한다.
이러한 원통형 전지는 최근 전기자동차 제품군에서 수요가 급증하고 있다.
특히 전기자동차용 제품군은 다수개의 원통형 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 용량과 출력을 적용 제품의 스펙에 알맞도록 조정이 되는데, 이때 다수개의 원통형 전지를 전기적으로 연결하기 위하여 모듈을 구성하여 전기자동차에 적용하고 있다.
이러한 다수개의 원통형 전지로 모듈을 구성하기 위해 모듈케이스를 적용하고, 모듈케이스의 상부와 하부에 메탈플레이트(metal plate)와 같은 버스 바(bus bar)를 적용하여 왔다.
즉, 종래의 전지모듈을 구성하는 원통형 전지는 상단면 및 하단면이 각각 전극 단자로 형성되어 있는 구조로 이루어져 있음으로써, 전지가 장착되는 디바이스와 전기적으로 연결되기 위해 디바이스 내부의 전지 접촉 부위가 상하로 형성되게끔 특정 구조로 제한되게 하며, 이는 전지모듈의 하부에 공간 확보가 우선되어야 하는 문제로 이어지고 있다.
따라서, 상기의 문제를 해결할 수 있는 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
KR 2016-0147366 A
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 측면 와이어 본딩 가능한 전지백으로서, 배터리 모듈의 협소한 공간에 장착될 수 있고, 전지셀들의 전기적 연결을 용이하고 유연하게 달성할 수 있도록 하는 측면 본딩 가능한 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 측면 와이어 본딩 가능한 전지팩은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀의 외면을 감싸는 절연부재 및 상기 전지케이스의 측면으로 상기 절연부재가 절개된 절개부가 형성되어 상기 절개부를 통해 상기 전지케이스와 전기적으로 연결되는 리드와이어를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전극조립체는, 시트형의 양극판 및 시트형의 음극판과 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 형성되는 젤리-롤형 전극조립체인 것이 바람직하다.
상기 전지케이스는 측면 와이어 본딩 가능한 금속 캔인 것이 바람직하다.
상기 전지케이스의 일측 단부로는 음극 또는 양극 단자 전극판 중 하나에 연결되는 전극단자가 형성되며, 상기 전지케이스는 상기 일측 단부로 형성되는 상기 전극단자와 절연되며, 상기 전극단자가 연결되지 않은 양극 또는 음극 전극판 중 하나에 연결되어 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀, 상기 전지셀의 외면을 감싸는 절연부재, 상기 전지케이스의 측면으로 상기 절연부재가 절개된 절개부가 형성되어 상기 절개부를 통해 상기 전지케이스와 전기적으로 연결되는 리드와이어를 포함하여 구성되는 전지팩, 상기 전지팩의 외관 형상에 대응되고 상기 전지팩이 삽입되는 다수의 모듈프레임 홈이 형성되어 있고, 상기 홈들은 상기 전지팩의 양극단자가 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 모듈프레임, 상기 모듈프레임의 홈에 상기 전지팩이 삽입되는 경우, 상기 전지팩들이 형성하는 행 사이로 삽입되어 상기 전지팩의 리드와이어와 접합되는 다수의 측면 버스 바 및 상기 모듈프레임의 홈에 상기 전지팩이 삽입되는 경, 상기 모듈프레임의 홈으로 노출된 양극단자와 와이어 본딩되는 상부 버스 바를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전지팩들은, 4행으로 배열된 것이 바람직하다.
상기 측면 버스바는, 상기 전지팩들의 제1행과 제2행 사이에 위치하여 제1행 과 제2행의 전지팩들과 접합되고, 상기 전지팩들의 제3행과 제4행 사이에 위치하여 제3행과 제4행의 전지팩들과 접합되어 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 제조방법은, 전지셀의 절연부재를 절개하여 전지 케이스의 측면이 노출 되도록 하는 측면 절개 단계, 전지셀의 측면이 노출된 전지 케이스에 리드와이어를 본딩하고, 전지셀의 양극단자에 접속와이어를 본딩하는 와이어 본딩단계, 접속와이어 및 리드와이어가 본딩된 전지셀들을 모듈프레임에 수납하는 셀 수납단계, 상기 모듈프레임의 상부에 상부 버스 바를 위치시키고 접속와이어를 상기 상부 버스 바와 용접하는 양극단자 접합단계, 전지셀들의 제1행과 제2행 사이에 제1 측면 버스 바를 삽입하고, 전지셀들의 제3행과 제4행 사이에 제2 측면 버스 바를 삽입하는 측면버스바 삽입단계 및 제1행과 제2행의 전지셀들의 리드와이어와 제1 측면 버스 바를 본딩하고, 제3행과 제4행의 전지셀들의 리드와이어와 제2 측면 버스 바를 본딩하는 측면 버스 바 본딩 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 셀 수납단계는, 상기 전지셀의 측면에 본딩된 리드와이어가 모듈프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 수납하되, 홀수 행을 이루는 전지셀의 리드와 이어와 짝수 행을 이루는 전지셀의 리드와이어는 서로 반대방향을 향하도록 수납하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전지모듈의 바텀(bottom) 영역에 공간 확보가 불가하여 전지셀의 음극단자와 버스 바의 와이어 본딩이 어려운 경우에도, 전지모듈을 구성하는 전지셀들의 측면으로터 연장되는 리드와이어와 전지셀들의 행 사이에 위치하는 측면 버스 바를 와이어 본딩하여 전지모듈의 디자인 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 측면 본딩 가능한 전지팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전지모듈 제조 방법을 나타낸 플로우 도이다.
※ 첨부된 도면은 본 도안의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로써 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 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. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 전지팩에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 측면 본딩 가능한 전지팩은, 전지셀(10), 절연부재(20), 리드와이어(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전지셀(10)은 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체(미도시)가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 구조로 이루어져 있다.
상기 전지셀(10)의 전극조립체는 시트형의 양극판 및 시트형의 음극판과 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되는 젤리-롤형 전극조립체로 구성된다.
또한, 상기 전지셀(10)의 전지케이스는 측면에 리드와이어(40)이 본딩 가능하도록 원통형의 금속 캔으로 이루어져 있다. 본 설명에서는 원통형의 캔 형상으로
설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며 직육면체 형상의 캔도 가능하며 금속재질의
케이스이면 그 구성이 가능하다.
상기 전지케이스는 그 일측 단부로는 음극 또는 양극 전극판 중 하나에 연결되는 전극단자가 형성되며, 상기 전지케이스는 상기 일측 단부로 형성되는 상기 전극단자와 절연되며, 상기 전극단자가 연결되지 않은 양극 또는 음극 전극판 중 하나에 연결되어 구성되어 있다.
본 설명에서는 상기 전지케이스의 일측 단부로 양극 전극판이 연결되는 전극단자가 형성되어, 상기 전지케이스는 음극 전극판이 연결되어 음극단자의 기능을 하는 것으로 설명하도록 하지만, 상기 전지케이스의 일측 단부로 음극 전극판이 연결되는 전극단자가 형성되고, 상기 전지케이스는 양극 전극판이 연결되어 양극단자의 기능을 하는 것도 가능하다.
상기 절연부재(20)는 상기 전지셀(10)의 외부 표면을 감싸도록 형성되되, 양극단자(11)가 외부로 노출되도록 감싸여 있다.
또한, 상기 전지셀(10)의 측면으로는 상기 절연부재(20)가 절개되어 있는 절개부(30)가 형성되어 있으며, 상기 절개부(30)에 의해서 외부로 노출되는 전지케이스에 리드와이어(40)가 연결되어 상기 전지케이스가 외부기기의 음극단자와 전기적으로 연결 가능하도록 하고, 상기 전지셀(10)의 양극단자(11)에도 접속와이어(50)가 연결되어 외부기기의 양극단자(11)와 전기적으로 연결 가능하도록 구성되어있다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈은 측면 본딩 가능한 전지팩, 상기 전지팩이 수납되는 모듈프레임, 상기 모듈프레임에 수납되는 전지팩의 양극단자(11)와 전기적으로 연결되는 상부 버스 바(300) 및 상기 전지팩들의 리드와이어(40)와 연결되는 측면 버스 바(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전지팩은 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀(10), 상기 전지셀(10)의 외면을 감싸는 절연부재(20), 상기 전지케이스의 측면으로 상기 절연부재(20)가 절개된 절개부(30)가 형성되어 상기 절개부(30)를 통해 상기 전지 케이스와 전기적으로 연결되는 리드와이어(40)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 모듈프레임(100)은 상기 전지팩의 외관 형상에 대응되고 상기 전지팩이 삽입되는 다수의 모듈프레임 홈(110)이 형성되어 있고, 상기 모듈프레임 홈(110)들은 상기 전지팩의 양극단자(11)가 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로써, 상기 모듈프레임의 홈(110)들은 4행으로 배열되록 구성되어 있다.
상기 측면 버스 바(200)는 상기 모듈프레임의 홈에 상기 전지팩(1)이 삽입되는 경우에, 상기 전지팩(1)들이 형성하는 행(A, B, C, D) 사이로 삽입되어 상기 전지팩의 리드와이어(40)와 접합되도록 구성되어 있다.
즉, 상기 측면 버스 바(200)는 상기 전지팩(1)들의 제1행(A)과 제2행(B) 사이에 삽입되어 제1행(A)과 제2행(B)의 전지팩(1)들과 접합되고, 상기 전지팩(1)들의 제3행(C)과 제4행(D) 사이에 삽입되어 제3행(C)과 제4행(D)의 전지팩(1)들과 접합되도록 구성되어 있다.
상기 상부 버스 바(300)는 상기 모듈프레임의 홈(110)에 상기 전지팩(1)들이 삽입되는 경우, 상기 모듈 프레임의 홈(110)으로 노출된 양극단자(11)와 접속와이어(50)를 통해 접합되도록 한다.
<실시 예 3>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 전지팩에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 전지모듈의 제조 방법을 나타내는 플로우도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 전지모듈 제조 방법은, 전지셀(10)의 외부를 감싸는 절연부재(20)를 절개하는 측면 절개 단계(S100), 상기 측면 절개 단계에서 외부로 노출된 전지케이스에 리드와이어(40)를 본딩하고, 상기 전지셀(10)의 양극단자(11)에 접속와이어(50)를 본딩하는 와이어 본딩 단계(S200), 리드와이어(40) 및 접속와이어(50)가 본딩된 전지팩(1)을 모듈프레임에 수납하는 셀 수납단계(S300), 모듈프레임의 홈들을 통해서 노출된 양극단자(11)들과 상부 버스 바(300)를 접속 와이어를 통해서 전기적으로 연결하는 양극단자(11) 접합 단계(S400), 모듈프레임에 수납되어 있는 셀들의 행 방향으로 측면 버스 바(200)를 삽입하는 측면 버스 바(200) 삽입 단계(S500), 삽입된 측면 버스 바(200)와 전지 셀(10)의 리드와이어(40)를 접합하는 측면 버스바 본딩 단계(S600)를 포함하여 구성된다.
상기 측면 절개 단계(S100)에서는 전지셀(10)을 준비하고, 상기 전지셀(10)의 외부면을 감싸고 있는 절연부재(20)를 절개하여 전지셀(10)의 전지케이스가 외부로 노출 되도록 한다.
상기 셀 수납단계(S300)에서는 전지셀(10)의 측면에 본딩된 리드와이어(40)가 모듈프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 수납하되, 홀수 행을 이루는 전지셀(10)의 리드와이어(40)와 짝수 행을 이루는 전지셀(10)의 리드와이어(40)는 서로 반대방향을 향하도록 수납하도록 한다.
10 전지셀
11 양극단자
20 절연부재
30 절개부
40 리드와이어
50 접속와이어
100 모듈프레임
200 측면 버스 바
300 상부 버스 바

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 다수의 전지팩을 포함하는 전지 모듈에 있어서,
    다수의 전지팩;
    상기 다수의 전지팩이 삽입되어 거치되는 모듈 프레임;
    상기 전지팩들의 사이에 삽입되고, 전지팩들의 측면에 배치되는 측면 버스바;
    상기 전지팩들의 상부에 배치되는 상부 버스바;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 전지팩은,
    음극 및 양극의 전극조립체와 전해액을 내장하고 음극 또는 양극과 연결되는 전지케이스;
    전지팩의 외면을 감싸는 절연부재; 를 포함하여 구성되며,
    상기 음극 또는 양극과 연결되는 전지케이스의 일부가 전지팩의 측면에서 노출되도록 전지팩의 측면을 구성하는 절연부재의 일부위에 형성된 절개부;
    그 일단이 상기 절개부를 통하여 전지케이스에 접합된 리드와이어;
    를 포함하여 구성되어,
    상기 리드와이어의 타단이 상기 측면 버스바에 연결되어 다수의 전지팩들을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전지팩은,
    전지팩의 음극 또는 양극 중 전지 케이스에 전기적으로 연결되지 않는 전극 단자와 전기적으로 연결되는 접속와이어를 더 포함하여 구성되며,
    상기 상부 버스 바는,
    상기 접속와이어를 통해 상기 다수의 전지팩들과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 삭제
  8. 전지팩의 측면을 절개하여 절개부를 형성하고, 양극 또는 음극과 연결된 전지케이스의 일부를 노출시키도록 하는 측면 절개 단계;
    상기 노출된 전지케이스에 리드와이어를 본딩하고, 상기 전지케이스에 전기적으로 연결되지 않은 전지팩의 전극 단자에 접속와이어를 본딩하는 와이어 본딩 단계;
    상기 접속와이어 및 리드와이어가 본딩된 전지팩들을 모듈프레임에 수납하는 팩 수납 단계;
    상기 모듈프레임의 상부에 상부 버스 바를 위치시키고 접속와이어를 상기 상부 버스 바와 접합하는 접속와이어 접합 단계;
    전지팩들의 사이에 측면 버스 바를 삽입하는 측면 버스바 삽입 단계; 및
    전지팩의 측면 절개부를 통하여 전지케이스에 연결된 리드와이어를 측면 버스 바와 접합하는 측면 버스 바 본딩 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 팩 수납 단계는,
    상기 전지팩의 측면에 본딩된 리드와이어가 모듈프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 수납하되,
    홀수 행을 이루는 전지팩의 리드와이어와 짝수 행을 이루는 전지팩의 리드와이어는 서로 반대방향을 향하도록 수납하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 제조 방법.
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