WO2019212151A1 - 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조과정 상의 불량 검출이 용이한 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법을 위하여, 내부에 전극조립체를 포함하는, 배터리 셀; 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치된 전도성 소재의 연결탭을 포함하며 상기 배터리 셀의 일측에 연결된, 보호회로모듈; 및 일측은 상기 배터리 셀의 상기 전극조립체와 연결되고 타측은 상기 보호회로모듈의 상기 연결탭과 연결되며, 상기 보호회로모듈과 연결된 측의 단부의 적어도 일부에 불규칙적인 파단면을 갖는, 단자부를 구비하는, 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법
본 발명은 제조과정 상의 불량 검출이 용이한 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.
무선인터넷이나 통신기술의 발달로 인하여 전원공급장치 없이 전지를 사용하여 운용 가능한 휴대용 전자기기의 사용이 보편화 되고 있다. 그 중 휴대용 컴퓨터는 소형이며 휴대가 간편하여 이동성이 뛰어난 장점이 있어 업무용 또는 개인용으로 널리 사용되고 있다. 휴대용 컴퓨터가 전원공급장치에 구애됨 없이 여러 장소에서 사용되기 위하여 배터리 팩을 구비할 수 있다. 배터리 팩은 충분한 출력을 제공하기 위하여 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 다수의 단위 전지들을 구비할 수 있다.
이러한 배터리 팩을 제조하기 위하여 도전성 플레이트 간에 수많은 결합을 포함한다. 도전성 플레이트를 결합하는 방법 중에 하나는 용접을 이용한 방법이 있다. 이러한 용접을 이용한 도전성 플레이트 간의 결합에서, 간혹 용접이 정상적으로 이루어 지지 않아 도전성 플레이트 간의 결합 불량이 발생하고, 이는 배터리 팩 전체의 불량을 유발한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 제조과정 상의 불량 검출이 용이한 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 전극조립체를 포함하는, 배터리 셀;
회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치된 전도성 소재의 연결탭을 포함하며 상기 배터리 셀의 일측에 연결된, 보호회로모듈; 및 일측은 상기 배터리 셀의 상기 전극조립체와 연결되고 타측은 상기 보호회로모듈의 상기 연결탭과 연결되며, 상기 보호회로모듈과 연결된 측의 단부의 적어도 일부에 불규칙적인 파단면을 갖는, 단자부를 구비하는, 배터리 팩이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 파단면은 상기 단부의 중앙부에 위치할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 파단면을 제외한 상기 파단면의 일측과 타측은 절삭면일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 단자부는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 제1 단면적의 파단면을 갖고, 상기 제2 단자는 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적의 파단면을 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 단자는 상기 제1 금속보다 인장강도가 큰 제2 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 단자는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 단자는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 단자부와 상기 연결탭은 용접 방식으로 결합될 수있다.
본 실시예에 있어서, 상기 단자부의 단부는 상기 보호회로모듈의 상기 회로기판의 단부보다 상기 배터리 셀 측으로 인입될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 내부에 전극조립체를 포함하며 일측에 단자부를 포함하는 배터리 셀을 제조하는 단계; 단자부가 인입부를 중심으로 일측에 접합부, 타측에 비접합부 및 접합부와 비접합부 사이에 검출부를 포함하도록, 단자부의 폭 방향을 따라 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 인입부를 형성하는 단계; 단자부의 접합부와 보호회로모듈의 연결탭을 결합하는 단계; 및 비접합부를 잡아당겨 검출부를 파단시킴에 따라 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계를 포함하는, 배터리 팩의 제조방법이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부와 연결탭을 결합하는 단계는, 용접 방식을 통해 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계는, 상기 검출부를 파단시켜 상기 단자부의 단부의 적어도 일부에 파단면을 형성하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 인입부를 형성하는 단계는, 상기 단자부의 폭방향을 따라 중앙부의 검출부를 남기고 일측 및 타측을 절삭하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 단자부는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계는, 상기 제1 단자의 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계 및 상기 제2 단자의 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계를 포함하고, 상기 제1 단자는 제1 단면적의 파단면을 갖고, 상기 제2 단자는 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적의 파단면을 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 단자는 상기 제1 금속보다 인장강도가 큰 제2 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 단자는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 단자는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 보호회로모듈은 회로기판을 포함하고, 상기 단자부의 단부는 상기 보호회로모듈의 상기 회로기판의 단부보다 상기 배터리 셀 측으로 인입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 제조방법으로 제조된, 배터리 팩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는, 전극조립체; 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 밀봉 케이스; 및 상기 제1 전극판과 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 전극판과 연결되는 제2 단자를 포함하는, 단자부;를 포함하며, 상기 단자부는 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 폭 방향으로 인입된 인입부를 갖고, 상기 단자부는 상기 인입부를 사이에 두고 상기 전극조립체 측에 위치한 제1 부분과 반대측의 제2 부분을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 단자부는 중앙부에 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이를 연결하며 상기 인입부 사이에 구비된 제3 부분을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조과정 상의 불량 검출이 용이한 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
아울러 본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터 도출될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩은 배터리 셀(100), 배터리 셀(100)의 일측에 연결된 보호회로모듈(200) 및 배터리 셀(100)과 보호회로모듈(200)을 연결하는 단자부(300)를 구비한다.
배터리 팩은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(100)를 포함할 수 있으며, 도 1과 같이 배터리 셀(100)들은 복수개 구비되어 제1 방향(+x 방향)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 각각의 배터리 셀(100)는 전극조립체(120)(120, 도 2 참조), 전극조립체(120)를 수용하는 밀봉 케이스(110) 및 단자부(300)를 포함할 수 있다. 도 1과 같이 본 실시예에서는 복수개의 배터리 셀(100)들은 제1 방향(+x 방향)을 따라 연속적으로 배치되며, 각각의 배터리 셀(100)들은 접착 테이프(106, 108)로 서로 연결될 수 있다.
각각의 배터리 셀(100)은 내부에 전극조립체(120)를 포함할 수 있다. 전극조립체(120)는 전극 활물질이 도포된 제1 전극판, 제2 전극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 제1 전극판과 제2 전극판은 서로 다른 극성을 갖는다. 전극조립체(120)는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 후 젤리롤(jelly-roll) 형태가 되도록 권취하여 제작될 수 있다. 다른 실시예로서, 전극조립체(120)는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 순차적으로 적층된 적층형 전극조립체(120)일 수 있다.
밀봉 케이스(110)는 내부에 전극조립체(120)를 수용할 수 있는 수납공간을 구비할 수 있다. 밀봉 케이스(110)는 일측에 개구를 포함하며, 개구를 통해 전극조립체(120)가 내부에 수용될 수 있다. 이러한 밀봉 케이스(110)는 금속재로 형성될 수 있으며, 예컨대 코팅된 알루미늄 박막을 포함할 수 있다. 상세하게는, 밀봉 케이스(110)는 통상적으로 금속 재질의 박막의 상면과 하면에 나일론, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 합성수지로 덮어진 적층구조를 가지도록 형성되고, 밀봉을 위해 내면은 열접착성 수지로 이루어진다. 따라서, 밀봉 케이스(110)는 내면에 코팅된 열접착성 수지가 가열, 가압에 의하여 상호 융착되어 밀봉될 수 있다. 본 실시예에서 밀봉 케이스(110)는 전극조립체(120) 및 전해액을 수용할 수 있으며, 유연성을 가지는 파우치형(Pouched-case)일 수 있다. 다른 실시예로, 밀봉 케이스(110)는 각형 또는 원통형일 수도 있다.
밀봉 케이스(110)는 일측에 테라스부(112)가 위치할 수 있다. 테라스부(112)는 전극조립체(120)가 라미네이트 시트의　밀봉 케이스(110)에　밀봉될 때 형성되는　밀봉된 외주면들 중, 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 부분으로 정의될 수 있다. 테라스부(112)는 제2 방향(+y방향)으로 연장될 수 있으며, 후술할 보호회로모듈(200)과 일부 중첩하도록 배치될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)의 일측에 배치되며, 배터리 셀(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)와 전기적으로 연결되어 배터리 셀(100)의 충방전을 제어할 수 있으며, 과충전, 과방전 또는 과전류로 인해 발생되는 과열 및 폭발을 방지할 수 있다. 보호회로모듈(200)은 배터리 팩을 외부 디바이스와 전기적으로 연결하는 외부단자(240)를 포함할 수 있다.
한편, 배터리 셀(100)는 메인면(102), 메인면(102)과 연결되며 메인면(102)에 수직인 측면(104)을 가질 수 있다. 도 1에서 메인면(102)은 제1 평면(x-y평면)으로 정의되고, 측면(104)은 제1 평면(x-y평면)과 수직인 제2 평면(x-z평면)으로 정의될 수 있다. 도 1과 같이 본 실시예의 보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)와 평행하게 배치될 수 있다. 보호회로모듈(200)이 배터리 셀(100)와 평행하게 배치된다고 함은, 보호회로모듈(200)은 배터리 셀(100)의 메인면(102)과 평행하게 배치되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 도 1에서 보호회로모듈(200)은 제1 평면(x-y평면)과 평행하게 배치될 수 있다.
보호회로모듈(200)은 회로기판(210), 회로기판(210)에 마운트된 소자부(220), 연결탭(230) 및 외부단자(240)를 포함할 수 있다. 회로기판(210)은 복수개의 배터리 셀(100)이 결합된 방향을 따라 연장될 수 있다. 소자부(220)는 회로기판(210)의 저항 및 콘덴서와 같은 수동소자나 전계트랜지스터와 같은 능동소자로 이루어지는 안전 소자, 또는 집적 회로들이 선택적으로 형성될 수 있다. 안전 소자로는 예컨대, PTC 소자(positive temperature coefficient element), 퓨즈(fuse) 및　TCO　소자(thermal cutoff element) 등이 포함될 수 있다.
보호회로모듈(200)의 연결탭(230)은 회로기판(210) 상에 배치될 수 있으며, 전도성 소재로 구비될 수 있다. 연결탭(230)은 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 연결되어 배터리 셀(100)과 보호회로모듈(200)을 전기적으로 연결하도록 한다.
단자부(300)는 서로 극성이 다른 제1 단자(310, 도 2 참조) 및 제2 단자(320, 도 2 참조)를 포함할 수 있다. 제1 단자(310) 및 제2 단자(320)는 각각 전극조립체(120)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 단자(310)는 전극조립체(120)의 제1 전극판과 연결되고 제2 단자(320)는 전극조립체(120)의 제2 전극판과 연결될 수 있으며, 이 경우 제1 단자(310)는 음극을 갖고, 제2 단자(320)는 양극을 가질 수 있다. 이러한 제1 단자(310) 및 제2 단자(320)는 보호회로모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1의 확대도를 참조하면, 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)는 각각 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 연결될 수 있다. 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)와 배터리 셀(100)의 단자부(300)는 예컨대, 스팟 용접(spot welding)에 의해 접합될 수 있다. 따라서 본 실시예에서, 회로기판(210)은 단자홈(250)을 포함할 수 있다. 회로기판(210)의 단자홈(250)을 통해 -z 방향으로 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)와 배터리 셀(100)의 단자부(300)가 용접될 수 있다.
다만, 도 1에서는 배터리 셀(100)의 단자부(300)를 하부에 두고, 배터리 셀(100)의 단자부(300) 상에 보호회로모듈(200)을 배치한 후, 연결탭(230)과 단자부(300)를 연결한 구조를 도시하는 바, 상술한 것과 같이 단자홈(250)이 요구된다. 다른 실시예로, 배터리 셀(100)의 단자부(300)를 상부에 두고, 배터리 셀(100)의 단자부(300) 하부에 보호회로모듈(200)을 배치한 후, 연결탭(230)과 단자부(300)를 연결하는 경우에는 단자홈(250)은 구비되지 않을 수도 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정에서, 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 보호회로모듈(200)의 연결탭(230) 간의 연결 상태를 확인한 표시로써, 배터리 셀(100)의 단자부(300)의 단부의 적어도 일부에 파단면(310e, 320e, 도 4 참조)을 구비할 수 있다. 파단면(310e, 320e)에 관하여는 도 4에서 자세히 설명한다.
외부 케이스(400)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(100) 및 배터리 셀(100)에 연결된 보호회로모듈(200)을 수용할 수 있다. 외부 케이스(400)는 배터리 셀(100)의 일부를 외부로 노출할 수 있도록 개구(OP)를 포함할 수 있다. 이러한 개구(OP)를 통해 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 외부 케이스(400)의 일측에는 보호회로모듈(200)의 외부단자(240)가 외부로 노출될 수 있도록 단자개구(402)가 구비될 수 있다.
한편, 적어도 하나 이상의 배터리 셀(100)과 보호회로모듈(200)은 서로 결합되어 외부 케이스(400)에 수용될 수 있다. 외부 케이스(400)에 수용된 배터리 셀(100)과 보호회로모듈(200)는 외부 케이스(400)로부터 탈거되지 않도록 외부 케이스(400)에 표면에 접착 테이프(미도시) 로 고정시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 2에서는 보호회로모듈(200)과 연결되기 전 단계의 배터리 셀(100)의 구조를 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩은 도 2와 같은 배터리 셀(100)을 포함한다. 배터리 셀(100)은 밀봉 케이스(110), 밀봉 케이스(110) 내부에 수용된 전극조립체(120) 및 일측은 전극조립체(120)와 연결되고 타측은 밀봉 케이스(110) 외부로 연장된 단자부(300)를 포함한다.
본 실시예에서는 도 2에 도시된 것과 같이 내부에 전극조립체(120)를 포함하며, 일측에 단자부(300)를 갖는 배터리 셀(100)을 제조하는 단계를 거친다. 단자부(300)는 제1 단자(310)와 제2 단자(320)를 포함할 수 있다. 제1 단자(310)와 제2 단자(320)는 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
그 후, 제1, 2 단자(310, 320) 각각에 인입부(310d, 320d)를 형성하는 단계를 거친다. 즉 본 실시예에 있어서, 보호회로모듈(200)과 연결되기 전의 배터리 셀(100)은 각각 인입부(310d, 320d)가 형성된 제1, 2 단자(310, 320)를 포함할 수 있다.
이러한 구조는 후술할 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 단자부(300)와 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)을 용접을 통해 결합한 후, 단자부(300)와 연결탭(230)의 용접 불량을 검출하는 구조로 이해될 수 있다. 이에 대하여 자세히 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩의 제조과정의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 3은 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)을 용접한 직후의 구조를 도시하고, 도 4는 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)의 용접 불량의 검출을 마친 이후 구조를 도시한다.
먼저 도 3을 참조하면, 배터리 셀(100)의 단자부(300)는 인입부(310d, 320d)를 포함할 수 있다. 인입부(310d, 320d)는 단자부(300)의 폭 방향(x축 방향)을 따라 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 단자부(300)는 인입부(310d, 320d)를 중심으로 일측에 접합부(310a, 320a), 타측에 비접합부(310b, 320b)를 포함할 수 있으며, 접합부(310a, 320a)와 비접합부(310b, 320b)를 연결하는 검출부(310c, 320c)를 포함할 수 있다. 검출부(310c, 320c)는 인입부(310d, 320d) 사이에 위치하며, 인입부(310d, 320d)가 형성되지 않은 부분으로 이해될 수 있다.
제1 단자(310)는 제1 인입부(310d)를 포함하고, 제1 인입부(310d)는 제1 단자(310)의 폭 방향(x축 방향)을 따라 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 제1 인입부(310d)가 형성되지 않은 중앙부는 제1 검출부(310c)일 수 있다. 제1 단자(310)는 제1 인입부(310d)를 중심으로 일측에 제1 접합부(310a), 타측에 제1 비접합부(310b)를 포함할 수 있으며, 제1 검출부(310c)는 제1 접합부(310a)와 제1 비접합부(310b)를 연결하는 부분일 수 있다.
마찬가지로, 제2 단자(320)는 제2 인입부(320d)를 포함하고, 제2 인입부(320d)는 제2 단자(320)의 폭 방향(x축 방향)을 따라 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 제2 인입부(320d)가 형성되지 않은 중앙부는 제2 검출부(320c)일 수 있다. 제2 단자(320)는 제2 인입부(320d)를 중심으로 일측에 제2 접합부(320a), 타측에 제2 비접합부(320b)를 포함할 수 있으며, 제2 검출부(320c)는 제2 접합부(320a)와 제2 비접합부(320b)를 연결하는 부분일 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 배터리 셀(100)의 단자부(300)와 보호회로모듈(200)의 연결탭(230)을 결합하는 단계를 거칠 수 있다. 이때, 접합부(310a, 320a)가 각각 보호회로모듈(200)의 제1, 2 연결탭(232, 234)과 결합할 수 있다. 단자부(300)의 접합부(310a, 320a)는 연결탭(230)과 용접(WD)을 통해 결합될 수 있다. 구체적으로, 제1 단자(310)의 제1 접합부(310a)는 제1 연결탭(232)과 결합될 수 있고, 제2 단자(320)의 제2 접합부(320a)는 제2 연결탭(234)과 결합될 수 있다. 제1 단자(310)와 제2 단자(320)는 각각 제1 연결탭(232)과 제2 연결탭(234)에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 단자부(300)와 연결탭(230)을 결합하는 과정에서 용접을 이용할 수 있다. 금속 플레이트 간의 결합에는 납땜을 이용할 수도 있으나, 납땜은 플레이트 사이에 일정 높이 이상의 공간이 필요하기 때문에, 초박형 트렌드를 따르는 제품에는 부합하지 않아, 용접의 활용도가 높이지는 추세이다. 본 발명에서도 단자부(300)와 연결탭(230)을 결합하는 과정에서 용접 방식을 이용하는데, 이러한 용접 방식으로는 예컨대, +, - 전극을 모재간에 연결하여 저항열로 용접하는 방식과 빛(laser)을 이용하여 용접 하는 방식이 대표적이다.
이와 같은 용접 방식은 용접면을 육안 검사나 일정 시료를 샘플링하여 검사하는 방법으로 용접 품질을 확인한다. 다만, 용접면을 육안으로 검사하는 것은 한계가 있으며, 시료를 샘플링하는 경우에도 샘플로 추출된 이외의 제품에 하자가 발생할 수 있고 전 제품에 대하여 검사를 실시할 수 없다는 점에서 한계가 존재하였다.
이에 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩에서는 배터리 셀(100)의 단자부(300)에 인입부(310d, 320d)를 형성하고, 인입부(310d, 320d)가 형성되지 않은 부분에 용접 검출부(310c, 320c)를 형성함으로써, 용접 이후 모든 제품에 직접 용접 테스트를 실시할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래의 배터리 팩의 제조방법에서는 단자부와 연결탭을 결합한 후, 회로기판에 맞추어 회로기판 외부로 돌출된 단자부의 일부를 절단하여 마감하는 방식을 사용하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조방법에서는 단자부(300)와 연결탭(230)을 결합한 후, 회로기판(210)에 맞추어 회로기판(210) 외부로 돌출된 단자부(300)의 일부를 절단하는 과정에서, 단자부(300)의 전부를 절단하지 않고 푹 방향의 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 인입부(310d, 320d)를 형성할 정도로 단자부(300)를 절단 하여 검출부(310c, 320c)를 형성한 후, 검출부(310c, 320c)를 이용하여 용접 검사를 실시할 수 있다. 다른 실시예로, 배터리 셀(100)을 제조하는 과정, 즉 보호회로모듈(200)과 결합하기 전에 단자부(300)에 인입부(310d, 320d)를 미리 형성해놓는 것도 가능하다.
용접 불량을 검출하는 방법은, 비접합부(310b, 320b)를 제2 방향(+y 방향)으로 잡아당겨 검출부(310c, 320c)를 파단시킴으로써 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)의 용접 상태를 확인할 수 있다. 이때, 검출부(310c, 320c)를 파단시키는데 필요한 힘(F1)은 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)이 정상적으로 용접되어 결합하고 있는 힘(F2)과 동일해야 한다. 이하에서, 검출부(310c, 320c)를 파단시키는데 필요한 힘(F1)을 파단 강도(F1), 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)이 정상적으로 용접되어 결합하고 있는 힘(F2)은 용접 강도(F2)로 정의한다.
파단 강도는 시험편이 파단될 때 생긴 응력을 의미할 수 있으며, 단면적 대비 파단시의 힘으로 정의될 수 있다. (파단강도=파단시의 힘/최초 단면적)
일반적으로 휴대폰, 노트북과 같은 소형 IT기기들에서 단자부(310)를 니켈(Ni)(두께 약 0.08~0.15mm) 재질로 형성하는 경우, 정상적으로 용접된 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)의 용접 강도(F2)는 약 1.5~3kgf/cm 2 의 값을 갖는다. 예를 들어, 0.15mm 두께의 니켈(Ni) 단자부(310)를 사용하는 경우 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)의 용접 강도(F2)는 3kgf/cm 2 이며, 따라서 검출부(310c, 320c)를 파단시키는대 필요한 파단 강도(F1)는 용접 강도(F2)와 동일한 3kgf/cm 2 로 설정되어야 한다.
비교예로 파단 강도(F1)가 3kgf/cm 2 이하로 설정되는 경우, 정상적인 용접이 이루어 지지 않은 경우에도 검출부(310c, 320c)가 파단되어 용접 검출 효과를 달성할 수 없으며, 비교예로 파단 강도(F1)가 3kgf/cm 2 이상으로 설정되는 경우, 검출부(310c, 320c)를 파단시키기 위한 작업에 의해 정상적으로 용접된 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)이 오히려 파단되는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 수치 및 파단강도 및 용접 강도(F1, F2)는 일 예시이며, 단자부(310)의 두께 및 재질에 따라 변형 가능함은 물론이다. 이 경우에도, 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩에 따르면, 정상적으로 용접된 접합부(310a, 320a)와 연결탭(230)의 용접 강도(F2)와 검출부(310c, 320c)를 파단시키는대 필요한 파단 강도(F1)은 서로 동일한 값을 가져야 한다.
이와 같이 검출부(310c, 320c)를 파단하여 용접 불량 검사를 실시한 이후의 상태가 도 4에 도시되어 있다. 도 4와 같이 단자부(300)의 단부의 적어도 일부에 파단면(310e, 320e)이 형성된다. 한편, 용접 불량 검사 이후 배터리 팩에서는 비접합부(310b, 320b)는 제거되는 바, 도 4의 단자부(300)는 접합부(310a, 320a)를 의미하며, 이하에서도 단자부(300)는 접합부(310a, 320a)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
단자부(300)는 단부의 적어도 일부에 파단면(310e, 320e)을 갖고, 파단면(310e, 320e)을 제외한 파단면(310e, 320e)의 일측과 타측은 절삭면(310f, 320f)일 수 있다. 이때, 파단면(310e, 320e)이란 금속성 소재로 형성되는 검출부(310c, 320c)가 최대인장하중을 넘어서 파단되어 형성된 면을 의미하고, 절삭면(310f, 320f)은 레이저 컷팅 등으로 금속을 잘라낸 면을 의미한다. 단자부(300)의 검출부(310c, 320c)는 전술한 것과 같이 용접 검사를 실시하기 위해 필요한 시편만을 남겨둔 것이고, 검출부(310c, 320c)를 제외한 부분은 도 3의 인입부(310d, 320d)와 같이 단자부(300)의 일부를 절삭하여 형성할 수 있다.
한편, 도 4의 우측 확대도를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 배터리 팩에 있어서, 제2 단자(320)의 단부(320g)는 보호회로모듈(200)의 회로기판(210)의 단부(210g)보다 배터리 셀(100) 측으로 인입된 구조를 가질 수 있다. 제1 단자(310) 역시 이와 동일하다. 따라서 이하에서는 제1, 2 단자(310, 320)를 아울러 단자부(300)로 설명한다.
파단면(310e, 320e)은 별도의 마감 처리를 통해 제거할 수 있다. 다만, 이 경우 마감 처리로 인해 공정이 추가되고 제조 비용이 증가할 수 있다. 따라서 별도의 마감 처리 없이 파단면(310e, 320e)을 잔존시키기 위해 파단면(310e, 320e)이 형성된 단자부(300)의 단부(320g)를 회로기판(210)의 단부(210g)보다 내측으로 인입되도록 설계할 수 있다.
즉, 파단면(310e, 320e)은 절삭면(310f, 320f)을 기준으로 제2 방향(+y 방향)으로 돌출된 제1 높이(h1)를 가질 수 있고, 회로기판(210)은 단자부(300)의 단부(320g)(즉, 절삭면(310f, 320f))을 기준으로 제2 방향(+y 방향)으로 돌출된 제2 높이(h2)를 가질 수 있다. 이 경우 제1 높이(h1)는 제2 높이(h2)보다 낮을 수 있다.
이는 용접 검사를 실시한 후 단자부(300)에 형성되는 파단면(310e, 320e)에 대하여 별도의 마감 처리를 하지 않은 경우, 돌출된 파단면(310e, 320e)에 의해 추가적으로 불량이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 단자부(300)의 단부(320g)를 회로기판(210)의 단부(210g)보다 내측으로 인입되도록 설계한 것으로 이해될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 배터리 팩의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 제1 단자(310') 및 제2 단자(320')를 도시하고 있으며, 본 실시예예서는 제1 단자(310')와 제2 단자(320')는 서로 다른 금속을 포함할 수 있다. 이러한 제1 단자(310')는 음극의 극성을 갖고, 제2 단자(320')는 양극의 극성을 가질 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 제1 단자(310')는 제1 금속을 포함하고, 제2 단자(320')는 제2 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 금속은 알루미늄(Al)일 수 있고, 제2 금속은 니켈(Ni) 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)일 수 있다.
본 실시예에서, 제1 단자(310')의 파단면(310e)은 제1 폭(w1)을 갖고, 도 6의 제2 단자(320')의 파단면(310e)은 제2 폭(w2)을 가질 수 있으며, 이때, 제1 폭(w1)은 제2 폭(w2)보다 클 수 있다. 이는 제1 단자(310') 및 제2 단자(320')의 두께를 동일한 것으로 가정했을 때, 제1 단자(310')의 파단면(310e)의 단면적이 제2 단자(320')의 파단면(310e)의 단면적 보다 크다는 것을 의미할 수 있다.
이와 같은 구조는 제1 금속과 제2 금속의 기계적 강도가 서로 다르기 때문으로 이해될 수 있다. 예를 들어 제1 금속이 알루미늄(A1)을 포함하고, 제2 금속이 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 니켈(Ni) 탭에 비해 상대적으로 기계적 강도(즉, 인장강도)가 작은 알루미늄(Al) 탭은 동일한 크기의 용접 강도를 측정하기 위해서 상대적으로 더 넓은 단면적의 파단면(310e)을 구비해야 한다.
탭의 용접 강도는 금속의 재질에 관계없이 항상 일정하며, 예컨대, 소형 배터리 팩의 용접 강도를 3kgf/cm 2 로 가정할 경우, 니켈(Ni) 탭의 파단면(320e)은 1cm 2 당 3kgf의 힘으로 파단 되나, 알루미늄(Al) 탭의 파단면(310e)은 1cm 2 당 1kgf의 힘으로 파단 된다. 따라서, 니켈(Ni) 탭의 파단면(320e)과 동일한 단면적으로는 3kgf/cm 2 의 용접 강도를 측정하기에 적합하지 않다. 즉, 알루미늄(Al) 탭의 파단면(310e)은 용접 강도에 이르지 못하고 파단 되기 때문이다. 따라서, 알루미늄(Al) 탭의 파단면(310e)은 니켈(Ni) 탭의 파단면(320e) 보다 약 3배 정도 넓은 단면적을 가져야 니켈(Ni) 탭의 파단면(320e)과 동일한 힘으로 파단에 이를 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.

Claims (19)

  1. 내부에 전극조립체를 포함하는, 배터리 셀;
    회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치된 전도성 소재의 연결탭을 포함하며 상기 배터리 셀의 일측에 연결된, 보호회로모듈; 및
    일측은 상기 배터리 셀의 상기 전극조립체와 연결되고 타측은 상기 보호회로모듈의 상기 연결탭과 연결되며, 상기 보호회로모듈과 연결된 측의 단부의 적어도 일부에 불규칙적인 파단면을 갖는, 단자부;
    를 구비하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파단면은 상기 단부의 중앙부에 위치하는, 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파단면을 제외한 상기 파단면의 일측과 타측은 절삭면인, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단자부는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고,
    상기 제1 단자는 제1 단면적의 파단면을 갖고, 상기 제2 단자는 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적의 파단면을 갖는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 단자는 상기 제1 금속보다 인장강도가 큰 제2 금속을 포함하는, 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 단자는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 단자는 니켈(Ni)을 포함하는, 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단자부와 상기 연결탭은 용접 방식으로 결합되는, 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단자부의 단부는 상기 보호회로모듈의 상기 회로기판의 단부보다 상기 배터리 셀 측으로 인입된, 배터리 팩.
  9. 내부에 전극조립체를 포함하며 일측에 단자부를 포함하는 배터리 셀을 제조하는 단계;
    단자부가 인입부를 중심으로 일측에 접합부, 타측에 비접합부 및 접합부와 비접합부 사이에 검출부를 포함하도록, 단자부의 폭 방향을 따라 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 인입부를 형성하는 단계;
    단자부의 접합부와 보호회로모듈의 연결탭을 결합하는 단계; 및
    비접합부를 잡아당겨 검출부를 파단시킴에 따라 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 팩의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접합부와 연결탭을 결합하는 단계는, 용접 방식을 통해 결합되는, 배터리 팩의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계는, 상기 검출부를 파단시켜 상기 단자부의 단부의 적어도 일부에 파단면을 형성하는 단계인, 배터리 팩의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 인입부를 형성하는 단계는, 상기 단자부의 폭방향을 따라 중앙부의 검출부를 남기고 일측 및 타측을 절삭하는 단계인, 배터리 팩의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 단자부는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고,
    상기 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계는,
    상기 제1 단자의 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계 및 상기 제2 단자의 접합부와 연결탭의 결합을 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 단자는 제1 단면적의 파단면을 갖고, 상기 제2 단자는 상기 제1 단면적보다 좁은 제2 단면적의 파단면을 갖는, 배터리 팩의 제조방법.
  14. 제13항 있어서,
    상기 제1 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 단자는 상기 제1 금속보다 인장강도가 큰 제2 금속을 포함하는, 배터리 팩의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 단자는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 단자는 니켈(Ni)을 포함하는, 배터리 팩의 제조방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 회로기판을 포함하고,
    상기 단자부의 단부는 상기 보호회로모듈의 상기 회로기판의 단부보다 상기 배터리 셀 측으로 인입된, 배터리 팩의 제조방법.
  17. 제9항 및 제16항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된, 배터리 팩.
  18. 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는, 전극조립체;
    상기 전극조립체를 내부에 수용하는 밀봉 케이스; 및
    상기 제1 전극판과 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 전극판과 연결되는 제2 단자를 포함하는, 단자부;를 포함하며,
    상기 단자부는 중앙부를 제외한 일측 및 타측에 폭 방향으로 인입된 인입부를 갖고, 상기 단자부는 상기 인입부를 사이에 두고 상기 전극조립체 측에 위치한 제1 부분과 반대측의 제2 부분을 포함하는, 배터리 셀.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단자부는 중앙부에 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이를 연결하며 상기 인입부 사이에 구비된 제3 부분을 포함하는, 배터리 셀.
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