KR20200058111A - 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20200058111A
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이영규
손영수
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대용량 배터리가 수용되도록 복수개의 소자가 구성된 전류차단용 어셈블리가 적용된 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 및 이를 제조하는 방법{BATTERY PACK AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고출력 대용량 배터리가 수용되도록 복수개의 소자가 구성된 전류차단용 어셈블리가 적용된 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 배터리 팩은 리튬계 이차전지로써, 전지케이스의 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 분류되고, 이중 파우치형 리튬 이차전지(이하, 배터리 팩)는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.
한편, 상기 배터리 팩에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기 배터리 팩에는 전압, 전류, 온도 등의 값을 지속적으로 검출하고 검출된 값을 근거로 판단된 배터리 팩의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: 이하 PCM)과 퓨즈성 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 및 TCO(Thermal Cut-Off) 등의 안전소자가 구성되어 있다.
일반적으로 TCO는 배터리와 PCM이 연결되는 경로에 배치되어 배터리의 과열이 감지되거나 과전류가 감지되는 경우, TCO 소자 내 바이메탈이 특성에 의해 휘어져 배터리와 PCM 사이의 전기적 연결을 해제시킨다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 내 전류차단용 어셈블리의 구조도이다.
도1을 참고하면, 종래에는 하나의 TCO가 메탈 플레이트 표면에 용접 가공에 의해 접합되어 전류차단용 어셈블리가 구성된다.
일반적인 TCO의 임계점은 방전 시 65℃, 6A까지이며, 실측치로도 7.5A가 한계 값이다.
그러나 점차 대용량 배터리 셀이 요구됨에 따라 10A 이상의 전류가 흐르는 배터리 셀이 생성되나, 종래의 구조는 TCO의 임계 전류값이 초과되므로 대용량 배터리 셀에 적용하기 어려운 문제가 발생하였다.
따라서 대용량 배터리 셀에 적용 가능한 전류차단용 어셈블리 구조에 대한 기술 개발이 요구된다.
KR 2014-0033994 A
본 발명은 대용량 배터리 셀이 수용 가능한 전류차단용 어셈블리가 적용된 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 전지 조립체(114), 내부에 상기 전지 조립체를 탑재하고, 일측에 전류차단용 어셈블리 수용부를 포함하여 구성되는 배터리 셀 케이스(110), 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재되는 전류차단용 어셈블리(120) 및 상기 전류차단용 어셈블리 및 전류차단용 어셈블리와 연결되지 않은 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결되는 보호회로 모듈(PCM, 130)을 포함하여 구성된다.
상기 전류차단용 어셈블리는, TCO(Thermal Cut-Off) 소자가 복수개 적층되어 병렬 연결된 TCO 소자부(121), 상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 상기 TCO 소자부(121)의 사이에 게재되며, 일측은 상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 접합되고, 타측은 상기 TCO소자부의 일측과 접합되는 판상형의 제1 전도성 연결부재(122) 및 상기 TCO 소자부와 상기 보호회로 모듈(PCM) 사이에 게재되며, 일측은 상기 TCO소자부의 타측과 접합되고, 타측은 상기 보호회로 모듈(PCM)과 접합되는 제2 전도성 연결부재(123)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 전도성 연결부재는, 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부와 접합되는 소정너비의 리드부 접합부(122_1), 상기 리드부 접합부의 장변으로부터 연장되어 TCO 소자부의 일측과 접합하는 제1 TCO 소자부 접합부(122_2) 및 상기 리드부 접합부의 단변으로부터 연장되고 절곡되어 상기 제1 TCO 소자부 접합부를 덮는 커버부(122_3)를 포함하여 구성되고, 상기 제1 전도성 연결부재는, 상기 리드부 접합부, 제1 TCO 소자부 접합부, 커버부가 순차적으로 적층되도록 리드부 접합부와의 연장영역이 절곡된다.
상기 제1 전도성 연결부재의 리드부 접합부, 제1 TCO 소자부 접합부 및 커버부는, 동일한 형태로 형성된다.
상기 TCO 소자부는, 복수개의 TCO 소자가 소정간격 이격되어 마주보도록 배치되며, 각각의 TCO 소자의 양측으로 연장되는 TCO 연결부(121_1)가 각각 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재에 연결된다.
상기 제2 전도성 연결부재(123)는, 'ㄱ'자 형태로 절곡 형성되어 상기 PCM과 접합되는 PCM 접합부(123_1) 및 상기 TCO 소자부의 타측과 접합되는 제2 TCO 소자부 접합부(123_2)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 셀 케이스는, 상기 전류차단용 어셈블리 수용부와 중복되지 않는 영역에 전지조립체가 수용되는 전지조립체 수용영역을 가진다.
상기 대용량 배터리 팩은 디바이스 동력원이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법은 배터리 셀 케이스 내측에 전지 조립체를 탑재하여 배터리 셀을 생성하는 배터리 셀 생성단계, 복수개가 병렬 연결된 TCO 소자를 포함하는 전류차단용 어셈블리를 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결시키는 리드부 연결단계 및 상기 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 연결된 전류차단용 어셈블리를 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재시키는 전류차단용 어셈블리 탑재단계를 포함하여 구성된다.
상기 리드부 연결단계 전에, 복수개의 TCO 소자가 상호 소정간격 이격되어 마주보도록 배치한 후, 각각의 TCO 소자의 TCO 연결부(121_1)를 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재에 접합하여 전류차단용 어셈블리를 형성하는 전류차단용 어셈블리 형성단계를 더 포함하여 구성된다.
상기 전류차단용 어셈블리 탑재단계 전에, 리드부 접합부와 제1 TCO 소자부 접합부의 연결영역을 절곡하는 연결영역 절곡단계를 더 포함하여 구성된다.
전류차단용 어셈블리 탑재단계는, 전류차단용 어셈블리의 리드부 접합부와 접합된 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나를 절곡한다.
전류차단용 어셈블리 탑재단계 후에, 리드부 접합부와 커버부가 연결된 연결영역을 절곡하는 커버부 절곡단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 및 이를 제조하는 방법은 두 개의 메탈 플레이트 사이에 복수개의 TCO 소자를 배치하여 적정 두께로 배터리 팩이 형성되고, 고출력 대용량 배터리 셀에도 적용될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 내 전류차단용 어셈블리의 구조도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 전류차단용 어셈블리의 분해 구조도.
도 4-(a)는 종래의 전류차단용 어셈블리의 측면도,
도 4-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 전류차단용 어셈블리의 측면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법의 순서도.
도 6-(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 연결영역 절곡단계의 배터리 팩 A면 구조도,
도 6-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 연결영역 절곡단계의 배터리 팩 B면 구조도.
도 7-(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 전류차단용 어셈블리 탑재단계의 배터리 팩 A면 구조도,
도 7-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 전류차단용 어셈블리 탑재단계의 배터리 팩 B면 구조도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 커버부 절곡단계의 배터리 팩 구조도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법에 의해 제조된 배터리 팩의 구조도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 메탈 플레이트로 구성된 전도성 연결부재 사이에 복수개의 TCO 소자를 소정간격 이격하여 병렬로 배치되는 구조로 형성되어 적정 두께 내에 TCO 소자를 포함한 구성이 형성되며 대용량 배터리 셀에 적용될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 전지 조립체(114), 내부에 상기 전지 조립체(114)를 탑재하고, 일측에 전류차단용 어셈블리 수용부(112)를 포함하여 구성되는 배터리 셀 케이스(110), 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부(112)에 탑재되는 전류차단용 어셈블리(120) 및 상기 전류차단용 어셈블리(120) 및 전류차단용 어셈블리와 연결되지 않은 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나와 전기적으로 연결되는 보호회로 모듈(PCM, 130)를 포함하여 구성된다.
상기 전류차단용 어셈블리는, TCO(Thermal Cut-Off) 소자가 복수개로 병렬 연결되어 구성된다.
이러한 배터리 팩에 대한 상세한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
먼저 전지 조립체(114)는 일반적으로 리튬계 이차전지를 사용하므로 다수의 양극전극(알루미늄호일)과 음극전극(구리호일)을 분리막을 사이에 두고 적층된다. 상기 양극전극에는 양극탭, 음극전극에는 음극탭이 용접된 후, 알루미늄 파우치 형태의 배터리 셀 케이스(110)로 감싸 밀봉한다.
상기 배터리 셀 케이스(110)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 배터리 셀 케이스(110)는 상기 전지 조립체(114)의 탭과 전기적으로 연결되는 케이스 리드부(111), 일측에 전류차단용 어셈블리가 배치되도록 형성된 전류차단용 어셈블리 수용부(112) 및 상기 전류차단용 어셈블리 수용부(112)와 중복되지 않는 영역에 전지조립체가 수용되도록 형성된 전지조립체 수용영역(113)을 포함하여 구성된다.
상기 전류차단용 어셈블리 수용부(112)는 상기 전류차단용 어셈블리(120)와 배터리 셀 케이스(110)는 하나의 구성으로 배터리 셀을 형성하므로 전류차단용 어셈블리(120)가 배터리 셀 케이스(110) 내에 안정적으로 배치될 수 있도록 전류차단용 어셈블리 수용부(112)를 구성한다.
상기 PCM(130)은 PCB상에 보호회로가 형성되고 상기 전류차단용 어셈블리(120) 및 전류차단용 어셈블리와 연결되지 않은 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나와 전기적으로 연결됨에 따라 배터리 셀이 제어 및 관리될 수 있도록 한다.
또한, 상기 전류차단용 어셈블리(120)는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재되는 구성으로서, 상기 도 2를 들어 상세하게 설명한다.
상기 도2를 참고하면, 상기 전류차단용 어셈블리(120)는, 복수개가 적층되어 병렬 연결된 TCO 소자부(121), 상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 상기 TCO 소자부(121)의 사이에 게재되며, 일측은 상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 접합되고, 타측은 상기 TCO소자부의 일측과 접합되는 판상형의 제1 전도성 연결부재(122) 및 상기 TCO 소자부와 상기 보호회로 모듈(PCM) 상에 게재되며, 일측은 상기 TCO소자의 타측과 접합되고, 타측은 상기 보호회로 모듈(PCM)과 접합되는 판상형의 제2 전도성 연결부재(123)를 포함하여 구성된다.
상기 전류차단용 어셈블리(120)는 도 3을 통해 좀 더 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 전류차단용 어셈블리의 분해 구조도이다.
도 3을 참고하면, 상기 TCO 소자부(121)는 TCO 연결부(121_1)가 양측으로 연장 형성되어 상기 제1 전도성 연결부재(122) 및 제2 전도성 연결부재(123)와 연결된다.
상기 TCO 연결부(121_1)는 두께가 얇은 한 쌍의 도전박판(박판 형태의 니켈 재질의 금속플레이트)의 형태로 형성되어 용접 가공에 의해 제1 전도성 연결부재(122) 및 제2 전도성 연결부재(123)와 접합된다.
또한, 상기 TCO 소자부(121)는 도4를 들어 더욱 상세하게 설명한다.
도 4-(a)는 종래의 전류차단용 어셈블리의 측면도이고,
도 4-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 전류차단용 어셈블리의 측면도이다.
도4-(b)를 참고하면, 상기 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재의 상부면에 배치되는 제1 TCO 소자(121_2) 및 상기 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재의 하부면에 배치되는 제2 TCO 소자(121_3)를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 제1 TCO 소자 및 제2 TCO 소자는 소정간격 이격되어 마주보도록 배치된다.
전류차단용 어셈블리(120)는 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 배치되며 이는 전류차단용 어셈블리와 전류차단용 어셈블리 수용부가 결합된 구성의 높이가 배터리 셀의 높이 이하로 형성되어야 하는 것을 의미한다.
이에 도 4-(a)와 같이 종래의 TCO 소자부는 하나의 구성으로 형성되어 높이의 제한없이 메탈 플레이트 상부면에 접합된다.
그러나 도 4-(b)와 같이 두 개의 TCO 소자부(121)로 구성된 본 발명은 TCO 소자의 높이에 의해 제약이 발생되므로 메탈 플레이트를 두개로 분리시켜 TCO 소자가 배치되는 영역에는 메탈 플레이트가 위치하지 않도록 형성한다.
또한, TCO 소자의 발열 등의 원인으로 상호 간의 간섭이 발생될 수 있으므로 TCO 소자 사이를 소정 거리 이격시켜 TCO 소자의 오작동이 발생되지 않도록 한다.
또한, 제1 전도성 연결부재(122)는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나와 접합되도록 소정 값의 너비를 가진 리드부 접합부(122_1), 상기 리드부 접합부(122_1)의 장변으로부터 연장되어 TCO 소자부(121)와 접합되는 제1 TCO 소자부 접합부(122_2) 및 상기 리드부 접합부(122_1)의 단변으로부터 연장되고 절곡되어 상기 제1 TCO 소자부 접합부를 덮는 커버부(122_3)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제1 전도성 연결부재는(122), 상기 리드부 접합부(122_1), 제1 TCO 소자부 접합부(122_2), 커버부(122_3)가 순차적으로 적층되도록 절곡하여 형성된다.
상기 리드부 접합부(122_1)는 상기 상기 제1 TCO 소자부 접합부(122_2)와 상기 TCO 연결부(121_1)가 접합된 영역과 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나와 중첩되지 않는 소정의 너비를 가질 수 있도록 한다. 이는 충/방전 시 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 중 하나에서도 발열이 발생되므로 TCO 소자에 추가적인 온도가 감지되어 오작동이 발생되는 것을 방지하도록 한다.
또한, 상기 제1 전도성 연결부재의 리드부 접합부, 제1 TCO 소자부 접합부 및 커버부는, 동일 크기로 형성되어 각 구성의 접합 영역이 소정 간격 이격될 수 있도록 한다. 이는 접합 영역에서도 발열이 주변 온도보다 높게 발생되므로 각 접합영역을 소정 간격 이격 형성한다.
또한, 상기 커버부((122_3)는 전체 제1 전도성 연결부재(122)를 고정시키며 외부로부터 접합영역이 보호될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2 전도성 연결부재(123)는 'ㄱ'자 형태로 형성되어 상기 PCM(130)과 접합되는 PCM 접합부(123_1) 및 상기 TCO 소자부(121)와 접합되는 제2 TCO 소자부 접합부(123_2)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 제2 전도성 연결부재(123)의 형태는 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부(111) 간의 영향이 최소화되도록 상호 간격이 소정거리 이격되어야 한다. 이에 TCO 소자부의 소정부분이 제2 전도성 연결부재(123)의 절곡영역에 배치되어 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 한다.
또한, 여기서 접합은 예를 들어, 스폿 용접(spot welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 초음파 용접(ultrasonic welding)일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 전류차단용 어셈블리가 적용된 대용량 배터리 팩은 노트북과 같이 작은 부피를 가지며 경량의 다양한 디바이스에 동력원으로 사용되어 종래보다 증대된 대용량 배터리 셀에 안전소자 보호가 적용될 수 있도록 한다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법은 상기 실시 예에 따른 배터리 팩을 제조하는 방법으로서, 대용량 배터리 셀을 생성하고, 생성된 대용량 배터리 셀에 복수개가 병렬 연결된 TCO 소자가 포함된 전류차단용 어셈블리를 연결하여 대용량 배터리 셀에도 TCO소자를 이용한 보호제어가 수행될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법의 순서도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법(S100)은 배터리 셀 케이스 내측에 전지 조립체를 탑재하여 배터리 셀을 생성하고(배터리 셀 생성단계: S110), 복수개가 병렬 연결된 TCO 소자를 포함하는 전류차단용 어셈블리를 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결한다(리드부 연결단계: S120).
그런 후, 상기 리드부 연결단계(S120)에서 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 연결된 전류차단용 어셈블리를 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재시킨다(전류차단용 어셈블리 탑재단계: S130).
이러한 배터리 팩 제조방법의 각 단계는 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 배터리 셀 생성단계(S110)는 배터리 셀 케이스 내측에 전지 조립체를 탑재하여 배터리 셀을 생성하는 단계로서, 리튬 이온 전지뿐만 아니라 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 다양한 파우치형 배터리 셀을 생성할 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 알루미늄 필름 포장재로 형성된 배터리 셀 케이스 내측에 전지 조립체를 게재시킨 후, 전해질을 투입하여 밀봉시켜 배터리 셀을 생성한다.
또한, 상기 리드부 연결단계 전에는, 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재에 복수개의 TCO 소자를 각각 소정간격 이격되어 마주보도록 배치한 후, 접합하여 전류차단용 어셈블리를 형성하는 전류차단용 어셈블리 형성단계를 수행한다.
그런 후, 복수개가 병렬 연결된 TCO 소자를 포함하는 전류차단용 어셈블리를 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결하는 리드부 연결단계(S120)를 수행한다. 상기 전류차단용 어셈블리는 일 실시 예로서, 양극 리드부에 연결되어 방전 시 배터리 셀로부터 과전류 또는 과발열이 발생되는 것을 방지한다. 또한, 상기 전류차단용 어셈블리는 TCO 소자가 두개로 구성되어 있으므로, 배터리 셀로부터 출력되는 전류의 임계 값은 대략 12A ~ 15A로 기존의 전류 임계 값인 6A ~ 7.5A보다 증가하여 10A 이상인 대용량 배터리 셀이 형성될 수 있도록 한다.
또한, 상기 전류차단용 어셈블리 탑재단계(S130) 전에, 리드부 접합부와 제1 TCO 소자부 접합부의 연결영역을 절곡하는 연결영역 절곡단계를 포함하는데, 이는 도 6을 들어 상세하게 설명한다.
도 6-(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 연결영역 절곡단계의 A면 구조도이고, 도 6-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 연결영역 절곡단계의 B면 구조도이다.
도 6-(a)를 참고하면, 상기 전류차단용 어셈블리는 배터리 셀 케이스의 리드부의 후면에 배치되어 접합된다.
또한, 도 6-(b)와 같이 제1 TCO 소자부 접합부(122_2)가 리드부 접합부(122_1)에 중첩되도록 리드부 접합부(122_1)와 제1 TCO 소자부 접합부(122_2)의 연결영역을 절곡시킨다.
또한, 상기 전류차단용 어셈블리 탑재단계(S130)는 상기 리드부 연결단계(S120)에서 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 연결된 전류차단용 어셈블리를 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재시키는 단계로서, 도 7을 들어 상세하게 설명한다.
도 7-(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 전류차단용 어셈블리 탑재단계의 A면 구조도이고,
도 7-(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 전류차단용 어셈블리 탑재단계의 B면 구조도이다.
도 7-(a), 도 7-(b)를 참고하면, 리드부 접합부와 접합된 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나를 절곡하여 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셉블리 수용부에 탑재될 수 있도록 한다.
상기 도 7-(a), 도 7-(b)와 같이 상기 리드부 접합부(122_1)는 제1 TCO 소자부 접합부(122_2)와 중첩되어 TCO 연결부(121_1)가 리드부 접합부(122_1)에 가려져 연결부분이 보호될 수 있도록 한다.
또한, 전류차단용 어셈블리 탑재단계 후에, 리드부 접합부와 커버부가 연결된 연결영역을 절곡하는 커버부 절곡단계가 수행되는데, 이는 도 8 및 도9를 들어 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조방법 중 커버부 절곡단계의 배터리 팩 구조도이고,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 제조방법에 의해 제조된 배터리 팩의 구조도이다.
도8을 참고하면, 상기 전류차단용 어셈블리 탑재단계 후에 리드부 접합부(122_1)와 제1 TCO 소자부 접합부(122_2)가 순차적으로 적층된 표면에 TCO 연결부(121_1)와 제1 TCO 소자부 접합부의 접합영역이 보호되도록 리드부 접합부와 커버부가 연결된 연결영역을 절곡한다.
이렇게 형성된 배터리 팩은 도9와 같이 구성되고, 일반적으로 10A 급의 배터리 셀의 두께는 대략 4mm이고 TCO 소자가 듀얼로 구성된 전류차단용 어셈블리가 대략 2.8mm의 두께로 형성되므로 용이하게 전류차단용 어셈블리 수용부에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
100: 배터리 팩
110: 배터리 셀 케이스
111: 양극 리드부 또는 음극 리드부
112: 전류차단용 어셈블리 수용부
113: 전지조립체 수용영역
114: 전지 조립체
120: 전류차단용 어셈블리
121: TCO 소자부
121_1: TCO 연결부
121_2: 제1 TCO 소자
121_3: 제2 TCO 소자
122: 제1 전도성 연결부재
122_1: 리드부 접합부
122_2: 제1 TCO 소자부 접합부
122_3: 커버부
123: 제2 전도성 연결부재
123_1: PCM 접합부
123_2: 제2 TCO 소자부 접합부
130: 보호회로 모듈(PCM)

Claims (13)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    전지 조립체(114);
    내부에 상기 전지 조립체를 탑재하고, 일측에 전류차단용 어셈블리 수용부를 포함하여 구성되는 배터리 셀 케이스(110);
    상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재되는 전류차단용 어셈블리(120); 및
    상기 전류차단용 어셈블리 및 전류차단용 어셈블리와 연결되지 않은 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결되는 보호회로 모듈(PCM, 130); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류차단용 어셈블리는,
    TCO(Thermal Cut-Off) 소자가 복수개 적층되어 병렬 연결된 TCO 소자부(121);
    상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 상기 TCO 소자부(121)의 사이에 게재되며, 일측은 상기 전류차단용 어셈블리(120)가 연결되는 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 접합되고, 타측은 상기 TCO소자부의 일측과 접합되는 판상형의 제1 전도성 연결부재(122); 및
    상기 TCO 소자부와 상기 보호회로 모듈(PCM) 사이에 게재되며, 일측은 상기 TCO소자부의 타측과 접합되고, 타측은 상기 보호회로 모듈(PCM)과 접합되는 제2 전도성 연결부재(123);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전도성 연결부재는,
    상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부와 접합되는 소정너비의 리드부 접합부(122_1);
    상기 리드부 접합부의 장변으로부터 연장되어 TCO 소자부의 일측과 접합하는 제1 TCO 소자부 접합부(122_2); 및
    상기 리드부 접합부의 단변으로부터 연장되고 절곡되어 상기 제1 TCO 소자부 접합부를 덮는 커버부(122_3); 를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 전도성 연결부재는, 상기 리드부 접합부, 제1 TCO 소자부 접합부, 커버부가 순차적으로 적층되도록 리드부 접합부와의 연장영역이 절곡되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 전도성 연결부재의 리드부 접합부, 제1 TCO 소자부 접합부 및 커버부는, 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 TCO 소자부는, 복수개의 TCO 소자가 소정간격 이격되어 마주보도록 배치되며, 각각의 TCO 소자의 양측으로 연장되는 TCO 연결부(121_1)가 각각 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 전도성 연결부재(123)는, 'ㄱ'자 형태로 절곡 형성되어 상기 PCM과 접합되는 PCM 접합부(123_1); 및
    상기 TCO 소자부의 타측과 접합되는 제2 TCO 소자부 접합부(123_2);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀 케이스는, 상기 전류차단용 어셈블리 수용부와 중복되지 않는 영역에 전지조립체가 수용되는 전지조립체 수용영역을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 1 내지 7에 따른 대용량 배터리 팩을 동력원으로 사용하는 디바이스.
  9. 배터리 팩을 제조하는 방법에 있어서,
    배터리 셀 케이스 내측에 전지 조립체를 탑재하여 배터리 셀을 생성하는 배터리 셀 생성단계;
    복수개가 병렬 연결된 TCO 소자를 포함하는 전류차단용 어셈블리를 상기 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 전기적으로 연결시키는 리드부 연결단계; 및
    상기 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나와 연결된 전류차단용 어셈블리를 배터리 셀 케이스의 전류차단용 어셈블리 수용부에 탑재시키는 전류차단용 어셈블리 탑재단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 리드부 연결단계 전에, 복수개의 TCO 소자가 상호 소정간격 이격되어 마주보도록 배치한 후, 각각의 TCO 소자의 TCO 연결부(121_1)를 제1 전도성 연결부재 및 제2 전도성 연결부재에 접합하여 전류차단용 어셈블리를 형성하는 전류차단용 어셈블리 형성단계; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전류차단용 어셈블리 탑재단계 전에,
    리드부 접합부와 제1 TCO 소자부 접합부의 연결영역을 절곡하는 연결영역 절곡단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    전류차단용 어셈블리 탑재단계는,
    전류차단용 어셈블리의 리드부 접합부와 접합된 배터리 셀 케이스의 양극 리드부 또는 음극 리드부 중 하나를 절곡하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    전류차단용 어셈블리 탑재단계 후에,
    리드부 접합부와 커버부가 연결된 연결영역을 절곡하는 커버부 절곡단계; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.

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