KR20210104265A - 무용접 체결 방식의 배터리 팩 및 이의 제조방법 - Google Patents

무용접 체결 방식의 배터리 팩 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무용접 체결방식의 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전극 리드를 포함하는 배터리 셀; 상기 전극 리드가 절곡되는 배터리 연결보드(Internal Circuit Board, ICB)를 포함하는 배터리 연결보드 어셈블리; 및 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호회로(Battery Management System, BMS) 및 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB(Printed Circuit Board))를 포함하는 배터리 보호회로 어셈블리;를 포함하고, 상기 배터리 보호회로 어셈블리는 배터리 보호회로 버스바를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

무용접 체결 방식의 배터리 팩 및 이의 제조방법{No-welding Inserting Type Battery Pack and Method for manufacturing the same}
본 발명은 무용접 체결 방식의 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 셀의 전극 리드가 배터리 연결 보드를 관통하여, 배터리 보호회로 어셈블리에 존재하는 배터리 보호회로 버스바에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등에 적용되고 있어, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 갈수록 높아지고 있는 상황이다.
특히 다수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 배터리 팩은 기존의 배터리 셀의 용량 및 출력을 크게 향상시킬 수 있어 다양한 전자제품에서 사용되고 있다. 하지만 이러한 배터리 팩은 에너지 밀도와 작동 전압이 높아 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발과 같은 안전성 문제가 발생할 수 있다.
배터리 팩의 안전성을 향상시키기 위해, 기존의 배터리 팩은, 배터리 셀을 BMS(Battery management system) 어셈블리에 연결하여 배터리 내부를 모니터링 하여 위험을 사전에 차단하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩에 관한 모식도를 나타내고 있다.
종래 기술에 따른 배터리 팩(1)은, 전극 리드(11)를 포함하는 배터리 셀(10)을 ICB 어셈블리(20)를 통해 BMS 어셈블리(30)와 연결하고, 상기 BMS 어셈블리(30)를 외부와 연결하고 있다.
상기 부재들은 ICB 와이어 하네스(41), BMS 와이어 하네스(42), 외부 커넥터(43)와 같은 연결부재(40)로 연결된다. 상기 ICB 어셈블리(20)와 상기 BMS 어셈블리(30)는 ICB 와이어 하네스(41)로 연결되고, 상기 BMS 어셈블리(30)와 외부는 BMS 와이어 하네스(42)와 외부 커넥터(43)로 연결된다.
상기 배터리 셀(10)은 카트리지(51) 및 엔드 플레이트(52)와 같은 배터리 셀 고정부(50)로 고정된 상태에서, 상기 ICB 어셈블리(20)및 상기 BMS 어셈블리(30)와 함께 상부 하우징(61)과 하부 하우징(62)과 같은 외부 하우징(60)에 수용된다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리 팩의 제조방법에 관한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면서 종래 기술에 따른 배터리 팩의 제조방법에 관하여 설명하고자 한다.
종래 기술에 따른 배터리 팩은, (a) 카트리지(51)와 엔드 플레이트(52)로 고정된 배터리 셀(10)을 준비하는 단계; (b) 상기 배터리 셀(10)을 ICB 어셈블리(20)와 연결하는 단계; 및 (c) 상기 배터리 셀(10)의 상기 전극 리드(11)를 상기 ICB 사출물(21)을 통과시킨 후, 상기 전극 리드(11)를 절곡시켜 상기 ICB 버스바(23)에 접촉시키는 단계;를 거친다.
상기 ICB 어셈블리(20)는 ICB(internal circuit board) 사출물(21), ICB-PCB(printed circuit board)(22), ICB 버스바(23) 및 ICB 커넥터(24)를 포함하고 있다. 상기 ICB 사출물은 그 내부에 상기 ICB-PCB(22), ICB 버스바(23), ICB 커넥터(24)가 수납되어 있는 형태를 가지고 있다. 상기 ICB-PCB(22)는 상기 ICB 버스바(23)의 하부에 위치하여 절곡된 전극 리드에 닿지 않도록 위치해 있고, 상기 ICB-PCB(22)와 상기 ICB 버스바(23)가 접촉하지 않는 부분에 상기 ICB 커넥터(24)가 위치하여 상기 ICB-PCB에서 나온 전류를 타 부재에 이동시키도록 한다.
상기 단계 (c) 이후에, (d) 상기 ICB 버스바(23)에 접촉한 상기 전극 리드(11)를 레이저 등을 통해 용접하는 단계;를 거치고,
(e) 상기 단계 (d)를 거친 배터리 셀(10) 및 ICB 어셈블리(20)를 BMS 어셈블리(30)와 결합시키는 단계;를 거친다.
(f)이후 외부 단자와 외부 와이어 하네스(44)와 연결하는 단계;를 거쳐 (g) 종래 기술에 따른 배터리 팩(1)을 완성한다.
상기와 같이 연결된 배터리 팩(1)의 전류의 흐름(C)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하고자 한다. 상기 배터리 셀(10)에서 나온 전류는 ICB 버스바(23), ICB-PCB(22), ICB 커넥터(24)를 통해 ICB 어셈블리(20)로 향하게 된다. 이후, 상기 ICB 어셈블리(20)에서 ICB 와이어 하네스(41)를 통과한 전류는, BMS-PCB 커넥터(34)를 통해 BMS-PCB(32)을 향해 이동한다. 이후 외부 방향에 위치하는 BMS 와이어 하네스(42) 및 BMS-PCB 커넥터(34)를 이용하여 외부 기기로 전류가 이동한다.
하지만, 이러한 종래 기술에 따른 배터리 팩(1)은 상기 배터리 셀(10)과 ICB 어셈블리(20)를 용접을 하여 사용하고 있다. 하지만, 상기 배터리 셀(10)의 상기 전극 리드(11)와 상기 ICB 어셈블리(20)를 연결하기 위해 상기 전극 리드(11)의 용접부(W)에 다수의 용접을 하여야 하고, 매우 정밀한 작업이 요구된다. 또한, 용접 과정에서 불량이 발생할 가능성이 높고, 용접 불량이 발생할 경우 배터리 팩(1) 전체에 하자가 발생하는 문제가 발생하는 문제가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위해, 특허문헌 1에서는 전지 케이스의 상단에 장착되는 베이스 프레이트와 PCM 상에 전지의 양극과 음극에 연결되는 관통구를 마련하고 있고, 이러한 관통구에 3개의 리벳을 체결하고 있으나, 이는 다수의 배터리 셀을 하나의 전지 팩으로 형성하는 구성이 아니고, 배터리 셀의 전극 리드들을 외부에 연결된 하나의 단자로 형성하는 방법에 관하여는 고려하지 않고 있다.
따라서 다수의 배터리 셀을 용접 없이 하나로 연결할 수 있는 구조의 배터리 팩이 필요하다.
대한민국공개특허공보 제2007-0081559호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 용접 없이 배터리 셀, ICB 어셈블리, 버스바 어셈블리를 연결할 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 배터리 팩 제조시 용접 하자를 감소시키고, 용접여부를 확인하는 단계를 감소시켜 생산비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 리드를 포함하는 배터리 셀; 상기 전극 리드가 절곡되는 배터리 연결보드(Internal Circuit Board, ICB)를 포함하는 배터리 연결보드 어셈블리; 및 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호회로(Battery Management System, BMS) 및 배터리 보호회로(BMS) 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)를 포함하는 배터리 보호회로 어셈블리;를 포함하고, 상기 배터리 보호회로 어셈블리는 배터리 보호회로 버스바를 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 버스바는 상기 배터리 보호회로의 상기 전극 리드 대면부에 존재할 수 있다. 이 때, 상기 배터리 보호회로 버스바는 상기 배터리 보호회로 인쇄회로 기판과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 또한 상기 전극 리드는 상기 배터리 보호회로에 전기적으로 직접 연결되어 있을 수 있다.
상기 전극 리드는 배터리 연결보드를 관통하여 상기 배터리 보호회로 버스바와 연결될 수 있다. 그 일례로, 상기 전극 리드는 상기 배터리 보호회로 버스바, 상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)은 전압을 감지할 수 있는 전압감지구조가 포함되어 있을 수 있다.
상기 전극 리드, 상기 배터리 보호회로 버스바, 상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)을 그 결합 방향으로 가압해주는 스트립 밴드를 더 포함할 수 있다. 상기 스트립 밴드는 상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리, 상기 배터리 보호회로 어셈블리를 수납하는 외부 하우징 내에 존재할 수 있다. 또한, 상기 스트립 밴드는 상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리 및 상기 배터리 보호회로 어셈블리가 결합한 배터리 셀 결합체의 외곽에 결합하여 상기 배터리 셀 결합체의 결합력을 상승시킬 수 있다.
상기 배터리 연결보드 어셈블리는 배터리 연결보드 버스바를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립 방법은, S1) 배터리 연결보드 어셈블리의 전극 리드 삽입부에 전극 리드를 삽입하는 단계; S2) 삽입된 상기 전극 리드를 절곡하는 단계; 및 S3) 절곡된 상기 전극 리드 상에 배터리 보호회로 버스바가 직접 접촉하도록 배터리 보호회로 어셈블리가 결합하여 배터리 셀 결합체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 S4) 단계 이후에 S5) 상기 배터리 셀 결합체의 배터리 보호회로 인쇄회로 기판(PCB) 커넥터에 와이어 하네스를 결합하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 S5) 단계 이후에 S6) 상기 전극 리드, 상기 배터리 보호회로 버스바, 배터리 보호회로 인쇄회로기판(PCB)를 결합 방향에서 가압해주는 스트립 밴드를 결합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 기재에 따른 배터리 팩 조립 방법 중 어느 하나와 관련하여, S7) 상기 S4) 내지 S6) 단계 이후에 상기 S4) 내지 S6) 중 어느 한 단계를 거친 상기 배터리 셀 결합체를 외부 하우징에 수납하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 연결보드 어셈블리는 배터리 연결보드 버스바, 배터리 연결보드 인쇄회로기판 및 배터리 연결보드 커넥터가 없을 수 있다. 상기와 같은 조립방법을 통해 상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리, 배터리 보호회로 어셈블리는 별도의 용접 없이 연결될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 기재된 것 중 어느 하나에 해당하는 배터리 팩을 포함하는 이차전지 일 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 용접 없이 배터리 팩을 체결하므로, 배터리 셀의 전극 리드, 배터리 연결보드 어셈블리 및 배터리 보호회로 어셈블리 간의 용접 불량률이 감소하게 될 수 있는 이점이 있다.
또한, 용접을 하지 않으므로, 조립시 인장강도 시험을 생략할 수 있고, 용접 검사를 하지 않을 수 있다. 또한, 조립시 용접 장비를 사용하지 않아 경제적이다.
게다가, 배터리 연결보드 어셈블리의 구성을 간편화 하면서, 배터리 연결보드와 연결되는 와이어 하네스가 감소하였으므로, 경제적인 효과를 누릴 수 있다. 부가적으로 배터리 셀, 배터리 연결보드 어셈블리 및 배터리 보호회로 어셈블리 간의 전기적 연결 통로가 간소화되어, 저항이 감소하는 이점도 있다.
또한, 특정 부분에 하자가 발생할 경우 배터리 팩 조립 이후에도 이를 분해 후 교체할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩에 관한 모식도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리 팩의 제조방법에 관한 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩에 관한 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조방법에 관한 모식도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 이동 가능한 버스 조립체를 구비한 배터리 팩 및 이를 포함하는 이차전지에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩에 관한 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조방법에 관한 모식도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면서 설명하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 전극 리드(111)를 포함하는 배터리 셀(110); 상기 전극 리드(111)가 절곡되는 배터리 연결보드(Internal Circuit Board, 이하 'ICB 사출물'이라 한다)(121)를 포함하는 배터리 연결보드 어셈블리(이하 'ICB 어셈블리'라 한다)(120); 및 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호회로(Battery Management System, 이하 'BMS 사출물'이라 한다)(131) 및 배터리 보호회로 인쇄회로기판(Battery Management System Printed Circuit Board, 이하 'BMS-PCB'라 한다)(132)를 포함하는 배터리 보호회로 어셈블리(이하 'BMS 어셈블리'라 한다)(130);를 포함하고, 상기 BMS 어셈블리(130)는 배터리 보호회로 버스바(이하 'BMS 버스바'라 한다)(133)를 포함한다. 상기 BMS 어셈블리(130)는 외부와 BMS 와이어 하네스(141), 외부 커넥터(142) 및 외부 와이어 하네스(143)를 포함하는 연결부재(140)를 통해 전기적으로 연결되어 있다.
상기 배터리 셀(110)은 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등의 전극 조립체를 포함할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 전극 조립체는 셀 케이스에 내장되며, 셀 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기 배터리 셀(110)의 양극 리드(111(+))와 음극 리드(111(-))로 이루어지는 전극 리드(111)들은 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후, 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어질 수 있고, 양극 탭과 음극 탭 없이 리드가 직접 전극조립체와 케이스 외부를 연결하는 구조일 수도 있으나, 이에 제한하지 않는다. 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 배터리 셀(110)은 카트리지(151) 및 엔드 플레이트(152)에 의해 고정되어 있는 형태로 존재한다. 상기 배터리 셀 사이에 쿠션 부재, 쿨링 플레이트 등을 더 부가할 수 있다. 상기 카트리지(151) 및 상기 엔드 플레이트(152)는 상기 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(111)의 적어도 일부분이 외부로 돌출되도록 생기 배터리 셀(110)을 수용한다. 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 용량이나 출력을 위해 다수의 상기 배터리 셀(110)을 수평 또는 수직방향으로 나란하게 적층한 형태로 사용한다.
본원 발명에 따른 상기 ICB 어셈블리(120)는 ICB 사출물(121)로 구성되어 있다. 상기 ICB 어셈블리(120)는 도 1 및 도2에서 도시한 종래 기술에 따른 ICB 어셈블리(20)와 다르게, ICB 버스바(23)가 존재하지 않는 형태이다. 상기 ICB 어셈블리(120)에는 ICB-PCB(22) 및 ICB 커넥터(24) 또한 존재하지 않을 수 있다.
도 4의 (b)에서 볼 수 있듯, 상기 ICB 어셈블리(120)는 ICB 사출물(121)만이 존재한다. 상기 ICB 어셈블리(120)는 상기 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(111)가 돌출되어 있는 부분에 결합하여, 상기 ICB 사출물(121)의 홈을 통해 상기 전극 리드(111)를 관통시킨다.
상기 ICB 사출물(121)은 상기 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(111)들이 구획된 상태로 관통하여 접힐 수 있는 관통 홀을 제공한다. 상기 관통 홀은 상기 전극 리드(111)들이 통과할 수 있도록 복수 개의 관통 홀이 미리 정해진 간격으로 천공된 구조로 형성된다. 상기 ICB 사출물(121)은 상기 전극 리드(111)를 구획된 상태로 관통하여 상기 BMS 버스바(133)에 접촉할 수 있는 형태이면 그 형태는 무관하다. 상기 ICB 어셈블리(120)는 그 내부에 쿨링 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 BSM 어셈블리(130)는 상기 ICB 어셈블리(120) 상에서 상기 ICB 어셈블리(120)를 관통한 상기 전극 리드(111)와 접촉한다.
상기 BMS 어셈블리(130)는 상기 BMS 사출물(131)의 하부, 즉 상기 전극 리드(111) 대면부에 상기 BMS 버스바(133)를 배치하여 상기 전극 리드(111)와 상기 BMS 버스바(133)가 접촉할 수 있도록 하고 있다. 상기 BMS 버스바(133)는 상기 전극 리드(111)를 상기 BMS-PCB(132)와 전기적으로 연결하는 역할을 수행한다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 상기 BMS 버스바(133)를 통해 상기 배터리 셀(110)과 상기 BMS 어셈블리(130)는 전기적으로 직접 연결될 수 있다.
상기 BMS-PCB(132)는 상기 BMS 사출물(131) 내부에 존재하고, 상기 BMS 버스바(133) 상에 존재한다. 상기 BMS-PCB(132)는 상기 BSM 버스바(133)에서 이동해온 전류를 외부로 전달하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 BMS-PCB(132)는 상기 BMS 버스바(133) 모두를 연결할 수 있는 형태인 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 BMS-PCB(132)는 하나의 부재 또는 하나 이상의 부재들이 연결되어 있는 형태일 수 있다.
상기 BMS-PCB(132)는 전압 센싱 구조를 포함하여 상기 BMS 버스바(133)와 접촉하여 상기 BMS 버스바(133)를 통해 전달된 전류의 이상 여부를 확인할 수 있다.
상기 BMS 버스바(133)는 상기 배터리 셀(110)들을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 것으로, 상기 ICB 어셈블리(120)를 관통한 상기 전극 리드(111)와 접촉하는 형태를 가지고 있다. 상기 BMS 버스바(133)는 상기 ICB 사출물(131)의 하부에 하나 이상이 존재할 수 있다.
상기 배터리 팩(100) 내의 전류의 흐름(C)은 상기 BMS 버스바(133)에서 상기 BMS-PCB(132)로 이동하고, 이후, BMS-PCB 커넥터(134) 및 BMS 와이어 하네스(141), 외부 커넥터(142)로 이동하게 된다. 이와 같은 구조로 인해, 상기 배터리 셀(110)에서 외부로의 전류 이동 경로가 단축되고, 이로 인해 받는 저항이 감소하여 배터리 팩(100)의 수명이 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 상기 배터리 셀(110), 상기 ICB 어셈블리(120) 및 상기 BMS 어셈블리(130)의 접촉력을 상승시키고, 상기 ICB 어셈블리(120)와 상기 BMS 어셈블리(130)의 이탈을 방지하기 위해 이들을 수용하는 외부 하우징(160) 내에 같이 수용되는 스트립 밴드(170)을 두고 있다.
상기 스트립 밴드(170)는 상기 전극 리드(111), 상기 BMS 버스바(133), 상기 BMS-PCB(132)를 그 결합 방향으로 가압하는 형태로 구비될 수 있다. 또한 상기 스트립 밴드(170)는 상기 배터리 셀(110), 상기 ICB 어셈블리(120) 및 상기 BMS 어셈블리(130)가 결합한 배터리 셀 결합체의 외곽의 측면 및 상하면에서 이들을 결합 방향으로 가압하는 형태 일 수 있다.
상기 스트립 밴드(170)는 탄성력이 있으면서 고온에도 안정적인 소재를 쓰는 것이 바람직하다. 상기 스트립 밴드(170)는 상기 배터리 셀 결합체를 결합방향으로 고정하면서, 상기 배터리 셀(110)들의 팽창을 방지할 수 있도록 상기 배터리 셀(110)의 적층 방향의 양 끝단에 위치할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀 결합체에 스트립 밴드 결합부가 존재하여 상기 스트립 밴드(170)가 이탈하지 않도록 할 수 있다. 또한 상기 스트립 밴드(170)를 상기 배터리 셀(110)과 외부 하우징(160)사이에 위치시켜 상기 배터리 셀(110)을 고정시키는 역할도 할 수 있다.
상기 스트립 밴드(170)는 탈착이 가능한 형태로 상기 배터리 셀 결합체와 결합하여, 상기 배터리 셀 결합체 내의 특정 부재에 하자가 있을 경우, 이를 교체할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립 방법은, S1) ICB 어셈블리(120)의 전극 리드 삽입부에 상기 전극 리드(111)를 삽입하는 단계(도 4의 (a) 및 (b)); S2) 삽입된 상기 전극 리드(111)를 절곡하는 단계(도 4의 (c)); 및 S3) 상기 ICB 어셈블리(120)에 존재하는 절곡된 상기 전극 리드(111)에 BMS 버스바(133)가 직접 접촉하도록 BMS 어셈블리(130)가 결합하여 배터리 셀 결합체를 형성하는 단계(도 4의 (d));를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립 방법에서의 배터리 팩(100), ICB 어셈블리(120) 및 BMS 어셈블리(130)는 상기에서 언급한 특징을 가지고 있을 수 있다.
상기와 같이 상기 ICB 어셈블리(120)에 존재하는 절곡된 상기 전극 리드(111)에 BMS 버스바(133)가 직접 접촉하도록 BMS 어셈블리(130)가 결합하여 배터리 셀 결합체를 형성하기 때문에, 상기 배터리 셀(110), 상기 ICB 어셈블리(120), BMS 어셈블리(130)는 별도의 용접 없이 연결될 수 있다.
또한, 상기 ICB 어셈블리(120)는 ICB 버스바, ICB-PCB 및 ICB-커넥터가 없어, 종래 기술에 따른 배터리 팩(1)이 이들을 거쳐 ICB 버스바(23) 등을 거쳐 외부와 연결됨에 반해 더 짧은 이동경로를 가지게 되어, 전체 배터리 팩(1)에 작용하는 저항요인이 감소할 뿐 아니라 사용하는 부재가 감소하는 경제적인 효과도 얻을 수 있다.
상기 S4) 단계 이후에, S5) 상기 배터리 셀 결합체의 BMS-PCB 커넥터(134)에 외부 와이어 하네스(143)를 결합하는 단계;(도 4의 (e))를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 S5) 단계 이후에, S6) 상기 전극 리드(111), 상기 BMS 버스바(133), BMS-PCB(132)를 결합 방향에서 가압해주는 스트립 밴드(170)를 결합하는 단계;(도 4의 (f))를 더 포함할 수 있다.
상기 스트립 밴드(170)는 상기 S5) 단계 이전에 수행될 수도 있다. 이는 스트립 밴드(170)의 형태가 상기 외부 와이어 하네스(143)도 고정하는 형태가 아닌 경우, 그 순서는 무관하다.
S7) 상기 S4) 내지 S6) 단계 이후에 상기 S4) 내지 S6) 중 어느 한 단계를 거친 상기 배터리 셀 결합체를 외부 하우징(160)에 수납하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 하우징(160)은 상부 하우징(161)과 하부 하우징(162)로 구성되어 있을 수 있고, 상기 상부 하우징(161)과 상기 배터리 셀 결합체가 결합하는 시기와 상기 하부 하우징(162)이 상기 배터리 셀 결합체에 결합하는 시기가 다를 수 있다.
일례로, 상기 하부 하우징(162)이 상기 배터리 셀(110)에 결합된 상태에서 상기 ICB 어셈블리(120)와 결합할 수도 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
1, 100 : 배터리 팩
10, 110 : 배터리 셀
11, 111 : 전극 리드
20, 120 : 배터리 연결보드 어셈블리(ICB 어셈블리)
21, 121 : 배터리 연결보드(ICB 사출물)
22 : ICB 보호회로 모듈(ICB-PCB)
23 : ICB 버스바
24 : ICB 커넥터
30, 130 : 배터리 보호회로 어셈블리(BMS 어셈블리)
31, 131 : 배터리 보호회로(BMS 사출물)
32, 132 : 배터리 보호회로 인쇄기판(BMS-PCB)
133 : 배터리 보호회로 버스바(BMS 버스바)
34, 134 : BMS??PCB 커넥터
40, 140 : 연결부재
41 : ICB 와이어 하네스
42, 141 : BMS 와이어 하네스
43, 142 : 외부 커넥터
44, 143 : 외부 와이어 하네스
50 : 배터리 셀 고정부
51, 151 : 카트리지
52, 152 : 엔드 플레이트
60, 160 : 외부 하우징
161 : 상부 하우징
162 : 하부 하우징
170 : 스트립 밴드
C : 전류의 흐름
W : 용접부

Claims (15)

  1. 전극 리드를 포함하는 배터리 셀;
    상기 전극 리드가 절곡되는 배터리 연결보드(Internal Circuit Board, ICB)를 포함하는 배터리 연결보드 어셈블리; 및
    배터리를 보호하기 위한 배터리 보호회로(Battery Management System, BMS) 및 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB(Printed Circuit Board))를 포함하는 배터리 보호회로 어셈블리;를 포함하고,
    상기 배터리 보호회로 어셈블리는 배터리 보호회로 버스바를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드는 상기 배터리 보호회로에 전기적으로 직접 연결되어 있는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 리드는 상기 배터리 연결보드를 관통하여 상기 배터리 보호회로 버스바에 연결되는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극 리드는 상기 배터리 보호회로 버스바, 상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)를 통해 외부와 전기적으로 연결되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)은 전압을 감지할 수 있는 전압감지구조가 포함된 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드, 상기 배터리 보호회로 버스바, 상기 배터리 보호회로 인쇄회로기판(BMS-PCB)을 그 결합 방향으로 가압해주는 스트립 밴드를 더 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스트립 밴드는 상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리, 상기 배터리 보호회로 어셈블리를 수납하는 외부 하우징 내에 존재하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스트립 밴드는 상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리 및 상기 배터리 보호회로 어셈블리가 결합한 배터리 셀 결합체의 외곽에 결합되는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 연결보드 어셈블리는 배터리 연결보드 버스바를 포함하지 않는 배터리 팩.
  10. S1) 배터리 연결보드 어셈블리의 전극 리드 삽입부에 전극 리드를 삽입하는 단계;
    S2) 삽입된 상기 전극 리드를 절곡하는 단계;
    S3) 절곡된 상기 전극 리드 상에 배터리 보호회로 버스바가 직접 접촉하도록 배터리 보호회로 어셈블리가 결합하여 배터리 셀 결합체를 형성하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 조립 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 S4) 단계 이후에 S5) 상기 배터리 셀 결합체의 배터리 보호회로 인쇄회로 기판(PCB) 커넥터에 와이어 하네스를 결합하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩 조립방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 S5) 단계 이후에 S6) 상기 전극 리드, 상기 배터리 보호회로 버스바, 배터리 보호회로 인쇄회로기판(PCB)를 결합 방향에서 가압해주는 스트립 밴드를 결합하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩 조립방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    S7) 상기 S4) 내지 S6) 단계 이후에 상기 S4) 내지 S6) 중 어느 한 단계를 거친 상기 배터리 셀 결합체를 외부 하우징에 수납하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩 조립방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 연결보드 어셈블리는 배터리 연결보드 버스바, 배터리 연결보드 인쇄회로기판 및 배터리 연결보드 커넥터가 없는 배터리 팩 조립방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀, 상기 배터리 연결보드 어셈블리, 배터리 보호회로 어셈블리는 별도의 용접 없이 연결된 것을 포함하는 배터리 팩 조립방법.

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