KR20140135399A - 용접 신뢰성이 향상된 접속부재를 포함하고 있는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 접속부재는 각각의 전지셀의 전극단자에 접촉하도록 위치하고, 전지셀 전극단자에 대응하는 접속부재의 부위에는 소정의 높이로 돌출되어 있는 밀착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

용접 신뢰성이 향상된 접속부재를 포함하고 있는 전지팩 {Battery Pack Employed with Electrical Connecting Member of Improved Welding Reliability }

본 발명은 신규한 구조의 접속부재를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 원통형 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 접속부재는 각각의 원통형 전지셀의 전극단자에 접촉하도록 위치되어 있고, 전지셀 전극단자에 대한 접속부재의 용접점은 전지셀의 원통형 케이스 격벽에 대응하는 전극단자 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지들을 내장한 전지팩의 사용이 요구된다.

이러한 전지팩은 다수의 단위전지(이차전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 이차전지가 단위전지로서 유리하다.

반면에, 원통형 이차전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 이차전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 이차전지의 외형적 특성상 적층구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 이차전지 팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 잇점이 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 이차전지들을 직렬방식 또는 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다. 그러한 전지팩에 사용되는 코어 팩의 구조로서, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조, 1P-3S의 선형 구조, 1P-3S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다.

병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 이차전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.

직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들을 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.

이러한 원통형 이차전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 금속 플레이트 등과 같은 얇은 접속부재를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다.

도 1 및 도 2에는 금속 플레이트를 사용하여 다수의 전지를 연결하는 과정의 도면들이 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 우선 지그(10)에 전지들(20, 21)을 고정하고 전지(20)의 단자상에 금속 플레이트(30)를 위치시킨 뒤 용접 팁(40)으로 스폿 용접을 행한다. 이들 전지들(20, 21)은 병렬방식으로 연결된다. 그런 다음, 도 2에서와 같이, 다른 쌍의 병렬 전지들(22, 23)을 스폿 용접하게 된다. 병렬 전지 쌍들(20,21,22,23)을 직렬로 연결하기 위해서는, 이들을 90 도로 위치시킨 다음, 금속 플레이트(30)도 90 도로 꺾어 용접하여야 하고, 이러한 작업은 다른 쌍의 병렬 전지들(24, 25)에 대해서도 마찬가지다.

고출력, 대용량의 전지팩을 구성하기 위해서는 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬로 연결할 필요가 있으며, 전지팩의 성능을 균일하게 유지하기 위하여, 단자 접속부위의 저항 변화를 최소화하기 위한 안정적인 결합방식이 요구된다. 이러한 전지셀들 간의 전기적 연결은 솔더링 또는 용접 또는 스팟 용접을 통해 이루어지는 것이 일반적이다.

그러나, 전지셀들 사이의 스팟 용접 또는 솔더링 공정 등은 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.

구체적으로, 스팟 용접 또는 솔더링 공정은, 별도의 지그와 같은 보조 장치가 요구되어 작업자의 숙련된 기술과 노하우를 필요로 하고, 용접의 강도를 결정하기 위한 파라미터들의 관리를 지속적으로 수행하여야 하므로, 부수적인 보조 장치가 요구되며 생산 공정이 복잡해지고 비용이 증가하게 되어 생산 효율을 저해하는 요인으로 작용한다.

또한, 전지셀에 직접 스팟 용접 또는 솔더링을 행하는 과정에서, 전지팩의 진동 또는 외부 충격으로 인하여 용접부위의 단락(쇼트)이 발생할 수 있고, 전지셀과 연결부재 사이에 전기적 또는 열적 손상이 가해지므로, 전지의 안전성을 위협하고 제품의 불량률을 높이는 원인이 된다. 더욱이, 제조과정 또는 사용 중에 일부 전지셀(들)에 불량이 발생하였을 때, 전지팩을 구성하는 모든 전지셀을 폐기하여야 하는 문제점도 존재한다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 근본적으로 전지셀 간의 안정적인 접속구조 및 외력에 대한 전극 손상 등을 방지하여 전지의 안전성을 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 원통형 전지셀들의 전극단자와 접촉되는 접속부재의 용접 부위에 소정의 높이로 돌출되어 있는 밀착부를 형성시켜 레이져에 의한 비접촉 방식으로 용접을 수행함으로써, 별도의 보조 장비 없이도 용접면 확보가 용이할 뿐만 아니라, 종래의 용접으로 발생되는 열이 격벽으로 전달되어 내부 전극 및 분리막에 손상을 근본적으로 방지할 수 있는 전지팩을 개발하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서,

상기 접속부재는 각각의 전지셀의 전극단자에 접촉하도록 위치하고, 전지셀 전극단자에 대응하는 접속부재의 부위에는 소정의 높이로 돌출되어 있는 밀착부가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 원통형 전지셀들의 전극단자에 접촉되는 접속부재의 용접 부위를 상기 전극단자에 대응하는 형상의 밀착부를 형성시켜 레이져 용접을 수행함으로써, 별도의 보조 장치 없이도 소정의 밀착도 확보가 용이하여 정밀한 지점의 용접 수행 및 균일한 용접 품질의 확보가 가능하다.

상기 전지셀은 원통형 전지셀이 바람직하며, 상기 접속부재는 전지셀과 전기적으로 연결이 용이한 도전성 플레이트로서, 바람직하게는, 금속 플레이트일 수 있는 바, 이러한 금속 플레이트는, 예를 들어, 니켈, 구리, 알루미늄 등과 같은 순수한 금속 또는 구리에 니켈 등의 금속이 도금된 얇은 판상체로 이루어질 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 도금층은 플레이트 본체의 일면 또는 양면의 전부 또는 일부에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 플레이트 본체의 산화 및 부식 방지 효과를 최대화하기 위해 플레이트 본체 양면의 전부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 접속부재는 금속 플레이트 본체에 부식 방지을 방지하기 위해 도금층이 형성되는 구조일 수 있다.

본 발명에 따른 상기 접속부재는 다양한 방식에 의해 제작될 수 있으며, 바람직하게는 폴딩(Folding) 또는 드로잉(Drawing) 방식으로 성형되는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 밀착부의 돌출 높이는 접속부재의 두께를 기준으로 120% 내지 400% 크기일 수 있으며, 바람직하게는 200% 내지 300% 크기일 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 밀착부는 평면상으로 전지셀 전극단자에 대응하는 형상일 수 있다.

따라서, 전극단자의 접촉 부위가 소정의 깊이로 함몰 또는 돌출되어 있는 경우에도 밀착도 확보가 용이하여 용접 효율이 향상될 수 있고, 용접이 필요한 부위의 정확한 용접 포인트의 확보가 가능하다.

상기 구조에서, 상기 밀착부는 바람직하게는 평면상으로 원형 또는 사각형 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다.

바람직하게는, 상기 밀착부의 상단면 직경은 전지셀 전극단자의 직경과 같거나 작은 직경을 갖는 구조일 수 있으나, 경우에 따라서는 상기 전지셀의 전극단자와 상기 접속부재의 밀착도가 확보될 수 있는 범위에서 다양하게 제공될 수 있다.

상기 전지셀의 전극단자와 상기 밀착부는, 바람직하게는 레이저 용접에 의해 수행될 수 있는 바, 상기 레이저 용접은 비접촉 방식에 의해 용접이 달성된다.

따라서, 상기 전지셀의 전극단자와 접속부재의 비접촉 가압 시 소정의 텐션(tension)에 의한 상기 접속부재의 중앙부위의 들뜸 현상 없이 용접이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명에서, 상기 접속부재는 서로 평행하게 배열되어 있고 일정 간격으로 밀착부들이 형성되어 있는 제 1 본체와 제 2 본체, 및 상기 밀착부들에 대응하는 위치에서 제 1 본체와 제 2 본체를 연결하는 브릿지들을 포함하는 구조로 이루어지는 구조일 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 제 1 본체와 상기 제 2 본체에 형성된 상기 밀착부들은 가상 수직축을 기준으로 지그재그 형태, 즉 편향되어 있는 위치에 배열되는 구조일 수 있다.

본 발명은, 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 전지팩은 고출력 대용량을 필요로 하는 휴대용 DVD, PMP, PSP, 소형 PC 등과 같은 무선 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 노트북 컴퓨터의 전원으로 사용될 수 있다.

상기와 같은 전지팩과 이를 포함하는 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 원통형 전지셀들의 전극단자와 접속부재가 상호 용접으로 접촉되는 부위를 상호 대응하는 형상으로 돌출되어 있는 밀착부를 형성시킴으로써, 별도의 보조 장치 없이도 상기 전지셀들의 전극단자와 접속부재의 밀착도가 확보되어 용접부위의 균일한 용접 품질의 확보가 가능한 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지팩은 바람직하게는 레이저에 의한 비접촉 용접 방식이 수행됨으로써, 별도의 추가 가공 및 장비가 필요하지 않으므로, 용접 공정 및 부품을 간소화할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따라 금속 플레이트를 사용하여 다수의 전지를 연결하는 과정의 모식도들이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접속부재를 나타내는 사시도이다;
도 3a는 도 3의 'A' 부분을 보여주는 부분 확대도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접속부재의 배면을 나타내는 사시도이다;
도 4a는 도 4의 'B' 부분을 보여주는 부분 확대도이다;
도 5는 본 발명에 따른 접속부재를 사용하여 다수의 전지가 용접되어 있는 모습을 나타내는 단면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접속부재를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3A에는 도 3의 'A' 를 보여주는 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 접속부재(100)는 서로 평행하게 배열되어 있는 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120), 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)에 각각 형성되어 있는 밀착부들(111, 121) 및 밀착부들(111, 121)에 대응하는 위치에서 제 1 본체와 제 2 본체를 연결하는 브릿지들(130)을 포함하는 것으로 구성되어 있다.

제 1 본체(110)에는 밀착부들(111)이 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성되어 있고, 마찬가지로 제 2 본체(120)에는 밀착부들(121)이 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성되어 있다.

제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)는 상호 평행하게 배열되고, 제 1 본체(110)의 밀착부들(111)과 제 2 본체(120)의 밀착부들(121)이 형성된 부위에는 이들을 연결하는 다수의 브릿지들(130)이 형성되어 있으므로, 전지셀(도시하지 않음)의 전극단자(-)가 밀착부들(111, 121)이 형성된 부위에 안착되어 용접이 수행된다.

접속부재(100)는 4개의 밀착부를 연결하는 사각형 모양이 연속적으로 배열되어 전체적으로 사다리 모양으로 형성되어 있다.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접속부재의 배면을 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4A에는 도 4의 'B' 를 보여주는 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 접속부재(200)는 서로 평행하게 배열되어 있는 제 1 본체(210)와 제 2 본체(220), 제 1 본체(210)와 제 2 본체(220)에 각각 형성되어 있는 밀착부들(211, 221) 및 밀착부들(211, 221)에 대응하는 위치에서 제 1 본체와 제 2 본체를 연결하는 브릿지(230)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

이러한 구조에서, 도 3에서 전술한 실시예의 밀착부들(111, 121)과는 평면상 원형이점 이외에는 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 5에는 본 발명에 따른 접속부재를 사용하여 다수의 전지가 용접되어 있는 모습을 나타내는 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 3 내지 도 4와 함께 참조하면, 전지팩(300)은 한 쌍의 원통형 전지셀들(150, 250)의 전극단자들(-)이 접속부재(110)에 의해 레이저 용접 방식으로 결합되어 있다.

한 쌍의 원통형 전지셀들(150, 250)과 접속부재(110)가 상호 접촉하는 부위에는 밀착부들(111, 121)이 상측 방향으로 소정의 높이로 돌출되어 있고, 원통형 전지셀들(150, 250)의 전극단자(-)에 대응하는 부위에 레이저 용접에 의해 형성되어 있다.

구체적으로, 밀착부들(111, 121)는 상측 방향으로 접속부재(110)의 두께(h)를 기준으로 120% 내지 400%, 바람직하게는, 200% 내지 300% 크기 범위(H)로 돌출되어 형성되어 있고, 밀착부들(111, 121)의 최상단면의 직경(W1)은 전지셀들(150, 250)의 전극단자(-)의 직경(W) 보다 작게 형성되어 있다.

또한, 밀착부들(111, 121)은 지그 또는 용접 팁 등과 같은 별도의 추가적인 장비가 없이 비접촉 방식으로 수행되며, 전극단자(-)와 접속부재(110)의 밀착부가 상호 대응하는 모양으로 형성되어 용접면의 밀착도가 확보된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (14)

1. 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 접속부재에 의해 전기적으로 연결된 상태로 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서,
   상기 접속부재는 각각의 전지셀의 전극단자에 접촉하도록 위치하고, 전지셀 전극단자에 대응하는 접속부재의 부위에는 소정의 높이로 돌출되어 있는 밀착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 원통형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 금속 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 전지팩.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 접속부재는 금속 플레이트 본체에 부식 방지용 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 폴딩(Folding) 또는 드로잉(Drawing) 방식으로 성형되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착부의 돌출 높이는 접속부재의 두께를 기준으로 120% 내지 400% 크기인 것을 특징으로 하는 전지팩.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착부는 평면상으로 전지셀 전극단자에 대응하는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착부는 평면상으로 원형 또는 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 밀착부의 상단면 직경은 전지셀 전극단자의 직경과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 전지팩.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 전극단자와 상기 밀착부는 레이저 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 레이저 용접은 비접촉 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는, 서로 평행하게 배열되어 있고 일정 간격으로 밀착부들이 형성되어 있는 제 1 본체와 제 2 본체, 및 상기 밀착부들에 대응하는 위치에서 제 1 본체와 제 2 본체를 연결하는 브릿지들을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무선 디바이스.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 무선 디바이스는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 무선 디바이스.
    

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