KR102553135B1 - 배터리 팩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탭 플레이트와 전극탭 사이의 용접 강도를 확보할 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일례로, 전극탭이 인출된 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 회로 기판과 상기 회로 기판의 일면에 형성되어 상기 전극탭과 전기적으로 연결된 탭 플레이트가 형성된 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 탭 플레이트에는 상기 전극탭을 가열하기 위한 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩 및 그 제조 방법{Battery pack and manufacturing method for thereof}
본 발명은 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 배터리 셀과 상기 배터리 셀에 연결된 보호 회로 모듈로 이루어진다. 상기 보호 회로 모듈은 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어한다. 상기 보호 회로 모듈에는 PTC 소자 및 서멀 퓨즈 등의 보호소자가 설치되어 배터리 셀이 고온으로 상승되거나, 과도한 충전 및 방전으로 인한 설정전압이 이상 발생시 외부와의 전류 흐름을 차단한다.
또한, 배터리 셀의 전극탭은 보호 회로 모듈의 탭 플레이트에 용접되어, 상기 배터리 셀과 보호 회로 모듈이 전기적으로 연결된다. 여기서, 전극탭과 탭 플레이트는 레이저 용접에 의해 용접되고, 레이저 용접에 의해 다수의 용접 비드가 형성된다. 그러나, 다수의 용접 비드는 그 형성 순서에 따라 크기가 달라 전극탭과 탭 플레이트 사이에 균일한 용접 강도를 유지하기가 어려운 문제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 탭 플레이트와 전극탭 사이의 용접 강도를 확보할 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 배터리 팩은 전극탭이 인출된 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 회로 기판과 상기 회로 기판의 일면에 형성되어 상기 전극탭과 용접 비드를 통해 전기적으로 연결된 탭 플레이트가 형성된 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 탭 플레이트에는 상기 전극탭을 가열하기 위한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀은 상기 용접 비드와 중첩되지 않고 상기 용접 비드로부터 이격된다.
상기 보호 회로 모듈은 상기 회로 기판을 관통하며, 상기 탭 플레이트의 상부에 형성된 용접홀을 더 포함할 수 있다.
상기 탭 플레이트와 전극탭은 레이저 용접에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 탭 플레이트와 전극탭의 표면에는 상기 용접 비드가 형성될 수 있다.
상기 용접 비드는 상기 관통홀의 일측에 형성된 제 1 용접 비드; 상기 제 1 용접 비드로부터 제1방향으로 이격되어 형성된 제 2 용접 비드; 상기 제 1 용접비드로부터 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격되어 형성된 제 3 용접 비드; 및 상기 제 3 용접비드로부터 제1방향으로 이격되어 형성된 제 4 용접 비드를 포함하고, 상기 제 1 용접 비드 내지 제 4 용접 비드의 크기는 동일할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 전극탭이 인출된 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 회로 기판과 상기 회로 기판의 일면에 형성되어 상기 전극탭과 전기적으로 연결된 탭 플레이트가 형성된 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 탭 플레이트의 중심에는 상기 탭 플레이트를 가열하기 위한 더미 비드가 형성된 것을 특징으로 한다.
더불어, 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조 방법은 배터리 셀로부터 인출된 전극탭이 보호 회로 모듈의 관통홀이 형성된 탭 플레이트와 접촉하도록, 상기 배터리 셀의 상부에 상기 보호 회로 모듈을 안착시키는 단계; 상기 관통홀을 통해 레이저를 조사하여 상기 전극탭을 가열하는 단계; 및 상기 전극탭을 가열하는 단계 이후, 상기 탭 플레이트에 레이저를 조사하여 상기 탭 플레이트와 전극탭을 전기적으로 연결시키는 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 전극탭을 가열하는 단계에서는 상기 전극탭이 용융되기 위한 레이저 세기의 30%에 해당하는 레이저를 조사할 수 있다.
상기 용접 비드를 형성하는 단계는 상기 관통홀의 일측에 제1세기의 레이저를 조사하여 제 1 용접 비드를 형성하는 단계; 상기 제 1 용접 비드로부터 제1방향으로 이격된 부분에 제1세기보다 작은 제2세기의 레이저를 조사하여 제 2 용접 비드를 형성하는 단계; 상기 제 1 용접 비드로부터 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격된 부분에 제2세기보다 작은 제3세기의 레이저를 조사하여 제 3 용접 비드를 형성하는 단계; 및 상기 제 3 용접 비드로부터 제1방향으로 이격된 부분에 제3세기보다 작은 제4세기의 레이저를 조사하여 제 4 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 배터리 팩의 제조 방법은 배터리 셀로부터 인출된 전극탭이 보호 회로 모듈의 탭 플레이트와 접촉하도록, 상기 배터리 셀의 상부에 상기 보호 회로 모듈을 안착시키는 단계; 상기 탭 플레이트의 중심에 레이저를 조사하여 더미 비드를 형성하고 상기 탭 플레이트를 가열하는 단계; 및 상기 더미 비드의 외측에 레이저를 조사하여 상기 탭 플레이트와 상기 전극탭을 전기적으로 연결시키는 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탭 플레이트를 가열하는 단계에서 상기 더미 비드는 상기 탭 플레이트가 용융되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 관통홀이 형성된 탭 플레이트를 구비함으로써, 상기 관통홀을 통해 하부에 위치한 전극탭을 미리 가열시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 팩은 탭 플레이트와 전극탭 간에 동일한 크기의 용접 비드를 형성하여 안정적인 용접 강도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트 사이의 용접 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트를 뒤집은 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4의 A-A선을 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 관통홀의 다양한 실시예를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트 사이의 용접 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트를 뒤집은 상태를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장 또는 축소된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, "하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 이차 전지의 다양한 제조 공정 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 이차 전지가 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀을 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110) 및 보호 회로 모듈(120)을 포함한다.
상기 배터리 셀(110)은 전극 조립체(111)와 상기 전극 조립체(111)를 수용하는 케이스(114)를 포함한다. 상기 전극 조립체(111)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극(111a), 세퍼레이터(111c) 및 제 2 전극(111b)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극(111a)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극(111b)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극(111a) 및 제 2 전극(111b)은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 제 1 전극(111a)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(112)이 부착된다. 예를 들어, 상기 제 1 전극탭(112)은 용접에 의해 상기 제 1 전극 무지부에 부착될 수 있다. 상기 제 1 전극탭(112)의 일단은 상기 제 1 전극(111a)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 전극탭(112)의 타단은 상기 케이스(114)의 외부로 연장되어 돌출된다.
상기 제 2 전극(111b)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(113)이 부착된다. 예를 들어, 상기 제 2 전극탭(113)은 용접에 의해 상기 제 2 전극 무지부에 부착될 수 있다. 상기 제 2 전극탭(113)의 일단은 상기 제 2 전극(111b)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 전극탭(113)의 타단은 상기 케이스(114)의 외부로 연장되어 돌출된다.
여기서, 상기 제 1 전극탭(112) 및 제 2 전극탭(113)은 절연 부재(112a, 113a)로 감싸여, 상기 케이스(114)와 전기적으로 쇼트되지 않는다.
상기 세퍼레이터(111c)는 제 1 전극(111a)과 제 2 전극(111b)의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 상기 세퍼레이터(111c)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 세퍼레이터(111c)의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 케이스(114)는 상기 전극 조립체(111)를 수납한다. 예를 들어, 상기 케이스(114)는 상기 전극 조립체(111)를 수납하여 밀봉할 수 있도록 파우치 형태로 형성될 수 있다. 상기 케이스(114)는 상기 전극 조립체(111)가 수납되는 하부 케이스(115)와 상기 전극 조립체(111)를 덮으며 상기 하부 케이스(115)에 결합되는 상부 케이스(116)를 포함한다. 상기 하부 케이스(115)에는 프레스(press) 가공 등을 통해 상기 전극 조립체(111)가 수용될 수 있는 수용홈(115a)이 형성되고, 상기 수용홈(115a)의 외주연에는 상기 상부 케이스(116)와의 실링을 위한 실링부(115b)가 형성된다. 상기 실링부(115b)는 상기 하부 케이스(115)와 상부 케이스(116)가 일체로 접하여 있는 한 변과 나머지 세변을 따라서 모두 형성될 수 있다. 상기 케이스(114)는 상기 하부 케이스(115)와 상부 케이스(116)가 마주하는 두개의 장변과 상기 두개의 장변과 수직을 이루며 마주하는 두개의 단변을 포함한다. 여기서, 상기 전극 조립체(111)의 제 1,2 전극탭(112, 113)은 상기 두개의 단변 중 하부 케이스(115)와 상부 케이스(116)가 연결되는 단변과 마주보는 측의 단변을 통해 인출된다. 이때, 상기 제 1,2 전극탭(112, 113)에 형성된 절연 부재(112a, 113a)가 상기 실링부(115b)에 실링된다. 즉, 상기 절연 부재(112a, 113a)는 상기 제 1,2 전극탭(112, 113)과 실링부(115b)가 접촉하는 부분에 형성되어 상기 제 1,2 전극탭(112, 113)이 상기 케이스(114)와 쇼트되는 것을 방지한다.
상기 케이스(114)는 제 1 절연층, 금속층 및 제 2 절연층을 갖는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층은 상기 케이스(114)의 내측면으로 절연성 및 열접착성을 가지는 물질로 형성되고, 제 2 절연층은 상기 케이스(114)의 외측면으로 외부 전자기기와의 기계적, 화학적 충격을 완화하는 역할을 할 수 있다. 또한, 금속층은 제 1 절연층과 제 2 절연층 사이에 개재되어, 외부로부터 수분과 산소가 유입되는 것을 막고 상기 케이스(114) 내부에 채워진 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
더불어, 상기 케이스(114)는 파우치 형태뿐만 아니라, 금속 재질로 이루어진 캔으로 이루어질 수도 있다. 즉, 상기 배터리 셀(110)은 파우치형 이외에도 각형으로 이루어질 수도 있다.
상기 보호 회로 모듈(120)은 상기 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 셀(110)의 충/방전을 제어한다. 상기 보호 회로 모듈(120)은 회로 기판(121)과 상기 회로 기판(121)에 형성된 다수의 소자들을 포함한다.
상기 회로 기판(121)은 수지로 이루어지며, 대략 평평한 직사각형의 플레이트로 형성된다. 예를 들어, 상기 회로 기판(121)은 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 또한, 상기 회로 기판(121)은 상기 배터리 셀(110)의 충전 및 방전을 제어하는 회로, 또는 과방전 및 과충전을 방지하는 회로와 같은 보호 회로 등을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(121)은 제1면(121a)과 상기 제1면(121a)의 반대면인 제2면(121b)을 포함하고, 상기 제2면(121b)에는 상기 배터리 셀(110)의 제 1 전극탭(112) 및 제 2 전극탭(113)이 각각 결합되는 제 1 탭 플레이트(122) 및 제 2 탭 플레이트(123)가 형성된다. 구체적으로, 상기 제 1 탭 플레이트(122)에는 제 1 전극탭(112)이 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 탭 플레이트 (123)에는 제 2 전극탭(113)이 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속된다. 레이저 용접은 4 포인트로 이루어질 수 있으며, 용접 포인트에는 레이저 용접에 따른 용접 비드(B1~B4)가 형성된다.(도 4 참조)
또한, 상기 제 1 전극탭(112) 및 제 2 전극탭(113)은 상기 회로 기판(121)의 제2면(121b)측에 결합된다. 즉, 하부에서부터 제 1,2 전극탭(112,113), 제 1,2 탭 플레이트(122,123), 회로 기판(121)의 순으로 형성된다. 따라서, 상기 회로 기판(121)은 상기 제 1,2 전극탭(112,113)의 상부에 위치하게 되고, 상기 케이스(114)의 수용홈(115a)과 대응되는 방향에 위치한다.
더불어, 상기 회로 기판(121)에는 상기 제 1 탭 플레이트(122) 및 제 2 탭 플레이트(123)와 제 1 전극탭(112) 및 제 2 전극탭(113)과의 용접을 위한 제 1 용접홀(122a) 및 제 2 용접홀(123a)이 형성된다. 즉, 상기 제 1 용접홀(122a)은 상기 회로 기판(121)을 관통하며 상기 제 1 탭 플레이트(122)의 상부에 형성되고, 상기 제 2 용접홀(123a)은 상기 회로 기판(121)을 관통하며 상기 제 2 탭 플레이트(123)의 상부에 형성된다. 이러한, 제 1,2 용접홀(122a,123a)은 상기 제 1,2 탭 플레이트(122,123)와 제 1,2 전극탭(112,113)의 용접을 위해 형성된다.
다음은 제 1 탭 플레이트와 제 1 전극탭 사이의 용접 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트 사이의 용접 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트를 뒤집은 상태를 도시한 사시도이다. 도 6은 도 4의 A-A선을 도시한 단면도이다.
한편, 도 4 내지 도 6에서, 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트의 용접 방법에 대해서만 설명하였으나, 제 2 전극탭과 제 2 탭 플레이트도 이와 동일한 방법으로 용접될 수 있으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 탭 플레이트(122)에는 관통홀(122b)이 형성된다. 상기 관통홀(122b)은 대략 제 1 탭 플레이트(122)의 중심에 형성되며, 원형으로 이루어질 수 있다. 상기 관통홀(122b)은 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)의 용접 시 제 1 전극탭(112)을 미리 가열하기 위한 홀이다. 상기 관통홀(122b)을 통해 레이저를 조사하면 제 1 전극탭(112)이 일정 온도로 가열되어, 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112) 사이의 용접 비드(B1~B4)가 균일하게 형성된다.
여기서, 레이저 용접은 두 개의 금속판을 겹쳐 놓고 상부에서 레이저를 조사하여 용접하는 방식이다. 따라서, 상부 금속판(제 1 탭 플레이트)에 비해 하부 금속판(제 1 전극탭)의 열전도가 떨어지고, 용접시간이 지날수록 하부 금속판(제 1 전극탭)이 서서히 가열되므로 처음에 형성된 용접 비드와 나중에 형성된 용접 비드 사이의 크기 차이가 발생하게 된다. 즉, 처음에 형성된 용접 비드의 크기는 하부 금속판(제 1 전극탭)이 덜 가열된 상태이므로 상대적으로 작고, 나중에 형성된 용접 비드의 크기는 하부 금속판(제 1 전극탭)이 서서히 가열되었으므로 상대적으로 크게 형성된다. 이와 같이, 용접 비드의 크기가 다르면 용접 강도가 서로 상이하므로 전극탭과 탭 플레이트 사이의 안정적인 용접 강도를 확보하기가 어렵다.
이를 위해, 본 발명에서는 제 1 탭 플레이트(122)에 관통홀(122b)을 형성하고, 상기 관통홀(122b)에 레이저를 조사하여 제 1 전극탭(112)을 미리 가열시킴으로써, 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112) 간의 용접 비드(B1~B4)가 동일한 크기로 형성되도록 하여, 균일하면서도 안정적인 용접 강도를 확보할 수 있다.
먼저, 제 1 전극탭(112)의 상부에 제 1 탭 플레이트(122)가 접촉되도록, 상기 제 1 전극탭(112)의 상부에 보호 회로 모듈(120)을 올려 놓는다. 여기서, 제 1 전극탭(112)과 제 1 탭 플레이트(122)는 동일한 금속으로 이루어지거나 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극탭(112)과 제 1 탭 플레이트(122)는 모두 니켈(Ni)로 이루어지거나, 제 1 전극탭(112)은 알루미늄(Al)으로 제 1 탭 플레이트(122)는 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다.
그리고 나서, 제 1 탭 플레이트(122)에 형성된 관통홀(122b)을 통해 레이저를 조사하여, 제 1 전극탭(112)을 일정 온도로 가열한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 관통홀(122b)을 통해 레이저를 조사하면, 관통홀(122b)과 대응 제 1 전극탭(112)에는 그에 따른 자국이 남을 수 있다. 물론, 레이저의 세기에 따라서 제 1 전극탭(112)에는 자국이 남지 않을 수도 있다. 이때, 관통홀(122b) 통해 조사되는 레이저의 세기는 상기 제 1 전극탭(112)이 용융되기 위한 기준 세기의 약 30% 정도에 해당하는 크기일 수 있다. 또한, 제 1 전극탭(112)에 레이저를 조사할 때 제 1 전극탭(112)의 상부에 위치한 제 1 탭 플레이트(122)에도 열이 전달되어, 상기 제 1 탭 플레이트(122)의 온도가 상승하게 된다.
다음으로, 회로 기판(121)에 형성된 제 1 용접홀(122a)을 통해 제 1 탭 플레이트(122)의 상부에서 레이저 조사하여 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)을 용접한다. 이때 레이저 용접은 4포인트에서 이루어질 수 있으며, 그에 따라 용접 비드(B1~B4)도 4개가 형성된다. 먼저, 관통홀(122b)의 일측에 레이저를 제1세기로 조사하여 제 1 용접 비드(B1)를 형성한다. 그리고 나서, 상기 제 1 용접 비드(B1)로부터 제1방향으로 이격된 부분에 레이저를 제2세기로 조사하여 제 2 용접 비드(B2)를 형성한다. 여기서, 제 1 용접 비드(B1)와 제 2 용접 비드(B2)는 상기 관통홀(122b)을 기준으로 대칭되게 형성될 수 있다. 다음으로, 상기 제 1 용접 비드(B1)로부터 제2방향으로 이격된 부분에 레이저를 제3세기로 조사하여 제 3 용접 비드(B3)를 형성한다. 여기서, 제2방향은 제1방향과 수직한 방향이다. 그리고 나서, 제 3 용접 비드(B3)로부터 제1방향으로 이격된 부분에 레이저를 제4세기로 조사하여 제 4 용접 비드(B4)를 형성한다. 따라서, 상기 관통홀(122b)을 기준으로, 제 1,3 용접 비드(B1,B3)가 일측에 위치하고 제 2,4 용접 비드(B2,B4)가 타측에 위치한다.
또한, 레이저의 세기는 제1세기보다 제2세기가 더 작고, 제2세기보다 제3세기가 더 작으며, 제3세기보다 제4세기가 더 작다. 이는 레이저 용접이 진행될수록 제 1 탭 플레이트(122) 및 제 1 전극탭(112)의 온도가 점차 상승하므로, 레이저의 세기를 점점 줄임으로써 용접 비드(B1~B4)의 크기가 동일하게 형성될 수 있도록 한다. 구체적으로, 상기 제1세기는 기준 세기의 약 90%이고, 제2세기는 기준 세기의 약 80%이며, 제3세기는 기준 세기의 약 70%이고, 제4세기는 기준 세기의 약 60%일 수 있다. 여기서, 기준 세기는 제 1 탭 플레이트(122)가 용융될 수 있는 레이저의 세기를 말한다. 또한, 관통홀(122b)을 통해 레이저가 미리 조사되어 제 1 전극탭(112) 및 제 1 탭 플레이트(122)가 가열되어 있으므로, 제 1 용접 비드(B1)를 형성하기 위한 제1세기는 기준 세기의 약 90%정도로만 조사하여도 충분하다.
이와 같이, 본 발명은 제 1 탭 플레이트(122)에 관통홀(122b)을 형성하여 하부에 위치한 제 1 전극탭(112)을 미리 가열시키고 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)을 용접할 때 레이저의 세기를 점차적으로 줄임으로써, 동일한 크기의 용접 비드를 형성하여 안정적인 용접 강도를 확보할 수 있다.
도 7 및 도 8은 관통홀의 다양한 실시예를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제 1 탭 플레이트(122)에 형성된 관통홀(222b)은 사각형으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 관통홀(222b)은 제 1,3 용접 비드(B1,B3)와 제 2,4 용접 비드(B2,B4)를 서로 격리시키도록 제2방향으로 길게 형성된 직사각형일 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 탭 플레이트(122)에 형성된 관통홀(322b)은 사각형으로 이루어지며, 제 1,2 용접 비드(B1,B2)와 제 3,4 용접 비드(B3,B4)를 서로 격리시키도록 형성된다. 즉, 상기 관통홀(322b)은 제1방향으로 길게 형성된 직사각형일 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트 사이의 용접 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 10은 도 9에 도시된 제 1 전극탭과 제 1 탭 플레이트를 뒤집은 상태를 도시한 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)을 서로 용접하기 전에, 제 1 탭 플레이트(122)의 중심에 더미 비드(B0)를 형성한다. 상기 더미 비드(B0)는 제 1 탭 플레이트(122)를 미리 가열시키기 위한 것으로, 상기 제 1 탭 플레이트(122)의 중심에 레이저를 조사하여 제 1 탭 플레이트(122)가 용융됨으로써 형성된다. 다시 말해, 상기 더미 비드(B0)는 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)을 서로 용접하기 위한 것이 아니라, 제 1 탭 플레이트(122)를 미리 가열시키기 위한 비드이다. 이와 같은 용접 방법은 제 1 탭 플레이트(122)의 용융점이 제 1 전극탭(112)의 용융점보다 높은 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 탭 플레이트(122)가 니켈(Ni)로 형성되고 제 1 전극탭(112)이 알루미늄(Al)으로 형성된 경우, 상대적으로 용융점이 높은 제 1 탭 플레이트(122)를 미리 가열하기 위해 더미 비드(B0)를 형성한다. 이후에, 차례로 제 1 용접 비드(B1), 제 2 용접 비드(B2), 제 3 용접 비드(B3) 및 제 4 용접 비드(B4)를 형성한다. 이때, 레이저의 세기를 점점 줄임으로써 제 1 용접 비드(B1) 내지 제 4 용접 비드(B4)의 크기가 동일하게 형성될 수 있도록 한다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 더미 비드(B0)는 제 1 탭 플레이트(122)와 제 1 전극탭(112)을 용접하기 위한 비드가 아니므로, 제 1 전극탭(112)의 표면에는 제 1 용접 비드(B1) 내지 제 4 용접 비드(B4)만 형성되고, 더미 비드(B0)는 별도로 형성되지 않는다. 물론, 레이저 조사의 세기에 따라, 더미 비드(B0)가 위치한 곳의 제 1 전극탭(112)의 표면에는 약간의 흔적이 발생할 수는 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 팩 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 배터리 팩 110: 배터리 셀
112: 제 1 전극탭 113: 제 2 전극탭
120: 보호 회로 모듈 121: 회로 기판
122: 제 1 탭 플레이트 122a: 제 1 용접홀
122b, 222b, 322b: 관통홀 123: 제 2 탭 플레이트
123a: 제 2 용접홀

Claims (10)

  1. 전극탭이 인출된 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 회로 기판과 상기 회로 기판의 일면에 형성되어 상기 전극탭과 용접 비드를 통해 전기적으로 연결된 탭 플레이트가 형성된 보호 회로 모듈을 포함하며,
    상기 탭 플레이트에는 상기 전극탭을 가열하기 위한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀은 상기 용접 비드와 중첩되지 않고 상기 용접 비드로부터 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈은 상기 회로 기판을 관통하며, 상기 탭 플레이트의 상부에 형성된 용접홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭 플레이트와 전극탭은 레이저 용접에 의해 전기적으로 연결되고,
    상기 탭 플레이트와 전극탭의 표면에는 상기 용접 비드가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 용접 비드는
    상기 관통홀의 일측에 형성된 제 1 용접 비드;
    상기 제 1 용접 비드로부터 제1방향으로 이격되어 형성된 제 2 용접 비드;
    상기 제 1 용접비드로부터 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격되어 형성된 제 3 용접 비드; 및
    상기 제 3 용접비드로부터 제1방향으로 이격되어 형성된 제 4 용접 비드를 포함하고,
    상기 제 1 용접 비드 내지 제 4 용접 비드의 크기는 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 전극탭이 인출된 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 회로 기판과 상기 회로 기판의 일면에 형성되어 상기 전극탭과 전기적으로 연결된 탭 플레이트가 형성된 보호 회로 모듈을 포함하며,
    상기 탭 플레이트의 중심에는 상기 탭 플레이트를 가열하기 위한 더미 비드가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 배터리 셀로부터 인출된 전극탭이 보호 회로 모듈의 관통홀이 형성된 탭 플레이트와 접촉하도록, 상기 배터리 셀의 상부에 상기 보호 회로 모듈을 안착시키는 단계;
    상기 관통홀을 통해 레이저를 조사하여 상기 전극탭을 가열하는 단계; 및
    상기 전극탭을 가열하는 단계 이후, 상기 탭 플레이트에 레이저를 조사하여 상기 탭 플레이트와 전극탭을 전기적으로 연결시키는 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극탭을 가열하는 단계에서는 상기 전극탭이 용융되기 위한 레이저 세기의 30%에 해당하는 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 용접 비드를 형성하는 단계는
    상기 관통홀의 일측에 제1세기의 레이저를 조사하여 제 1 용접 비드를 형성하는 단계;
    상기 제 1 용접 비드로부터 제1방향으로 이격된 부분에 제1세기보다 작은 제2세기의 레이저를 조사하여 제 2 용접 비드를 형성하는 단계;
    상기 제 1 용접 비드로부터 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격된 부분에 제2세기보다 작은 제3세기의 레이저를 조사하여 제 3 용접 비드를 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 용접 비드로부터 제1방향으로 이격된 부분에 제3세기보다 작은 제4세기의 레이저를 조사하여 제 4 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
  9. 배터리 셀로부터 인출된 전극탭이 보호 회로 모듈의 탭 플레이트와 접촉하도록, 상기 배터리 셀의 상부에 상기 보호 회로 모듈을 안착시키는 단계;
    상기 탭 플레이트의 중심에 레이저를 조사하여 더미 비드를 형성하고 상기 탭 플레이트를 가열하는 단계; 및
    상기 더미 비드의 외측에 레이저를 조사하여 상기 탭 플레이트와 상기 전극탭을 전기적으로 연결시키는 용접 비드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탭 플레이트를 가열하는 단계에서 상기 더미 비드는 상기 탭 플레이트가 용융되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제조 방법.
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