WO2020231218A1 - 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2020231218A1
WO2020231218A1 PCT/KR2020/006417 KR2020006417W WO2020231218A1 WO 2020231218 A1 WO2020231218 A1 WO 2020231218A1 KR 2020006417 W KR2020006417 W KR 2020006417W WO 2020231218 A1 WO2020231218 A1 WO 2020231218A1
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conductive plate
plate
metal
battery pack
conductive
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김의식
김인중
성기열
정용준
박근우
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack connection plate for ESS, EV, E-BIKE or power tools, electric bicycles, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a battery pack connection plate electrically connecting cylindrical cells of a battery pack, and manufacturing thereof It's about how.
  • the lithium ion cylindrical battery is a battery formed in a cylindrical shape and has features of high capacity and high output. Accordingly, cylindrical batteries are mainly used in products and fields that require a lot of power, such as energy storage systems (ESS), electric vehicles (EV), electric bicycles (E-BIKE), and power tools.
  • ESS energy storage systems
  • EV electric vehicles
  • E-BIKE electric bicycles
  • Cylindrical battery packs used in these various products may generally be composed of a plurality of cylindrical battery cells.
  • a means for electrically connecting a plurality of cylindrical battery cells that is, a connection plate, is required.
  • a structure for electrically connecting a plurality of battery cells through a conventional connection plate is as follows. First, the upper part of the battery cell and one part of the nickel plate are connected, and the opposite part of the nickel plate is resistance-welded with the nickel plate connected to the upper part of the adjacent battery cell. The cells are electrically connected.
  • the current amount is 12V, 6Ah, even when a nickel plate 1 of 0.1t to 0.15t of 8 mm width is used. It maintains its performance without heating or ignition.
  • a copper plate 2 (2) is used on a nickel plate 1 having a thickness of 0.1 to 0.2 t.
  • the thickness of the nickel plate should be 0.1t ⁇ 0.2t for the best workability and welding quality.
  • the welding current required for welding is 1Ka
  • the welding time is 2ms ⁇ 5ms
  • the pressing force is 1.8kg ⁇ 2.5kg.
  • the melting point of the nickel plate is about 1,450 degrees, and about 1,650 degrees of heat must be generated in order for the nickel plate and the battery cells to melt and bond.
  • the welding current is 3Ka or more
  • the welding time is 6ms ⁇ 10ms
  • the pressing force is about 3.5kg ⁇ 5kg.
  • it is weak welding or over-welding, and a lot of heat is generated when welding the negative electrode of the battery cell, and the separator inside the battery cell melts, resulting in a short or leakage between the negative electrode and the positive electrode, resulting in great workability and ignition. It can cause problems.
  • a copper plate (2) on top of the nickel plate (1) of 0.1t ⁇ 0.2t which is a second method, is laser welded to a number of joint points ( 3)
  • a line (line form) and increasing the allowable area of the current through the copper plate we tried to achieve smooth current flow and heat dissipation during charging and discharging, but the current is the junction between the nickel plate (1) and the copper plate (2).
  • the present invention provides a high-efficiency, high-performance battery pack connection plate capable of solving the problem of ignition risk due to high heat due to insufficient area of allowable current while designing the thickness of the metal welded to the battery cell to be suitable for resistance welding, and a manufacturing method thereof Is to do.
  • the present invention is to provide a battery pack connection plate capable of reducing the contact resistance between a nickel plate and a copper plate and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is to provide a battery pack connection plate capable of providing a high-capacity, high-output battery pack by allowing current to flow smoothly over the entire area, and a method of manufacturing the same.
  • a first conductive plate made of a first metal and electrically connecting electrodes of a plurality of cylindrical battery cells;
  • a second conductive plate made of a second metal and disposed on the first conductive plate;
  • a front bonding metal part provided between the first conductive plate and the second conductive plate so that the first conductive plate and the second conductive plate are electrically connected to each other.
  • the first conductive plate includes nickel or a nickel alloy containing a nickel component, and an electrode plate portion having first holes corresponding to each of the cylindrical battery cells, and protruding from the electrode plate portion to each of the first holes. And electrode contact portions formed and shaped to be electrically connected to the electrode of the cylindrical battery cell, wherein the second conductive plate is the same as the first conductive plate on a base plate including copper or a copper alloy containing a copper component.
  • the second conductive plate may include a metal plated layer, and the second conductive plate may include second holes facing the first holes, and a terminal portion extending from the base plate to one side and provided to be electrically connected to the circuit board.
  • the first conductive plate may have a thickness of 0.1t to 0.15t, and the plating layer may have a thickness of 6 to 8 ⁇ m.
  • the front bonding metal portion may have a thickness thinner than that of the first conductive plate and the second conductive plate.
  • the front bonding metal part may be provided by melting a part of the plating layer formed on the surface of the second conductive plate and a part of the first conductive plate.
  • each of the same metal as the first conductive plate may be provided.
  • it may further include a heat dissipation plate coupled to the upper portion of the second conductive plate in an assembly manner.
  • the heat dissipation plate may be made of any one of aluminum and magnesium.
  • a first conductive plate including a first metal Preparing a second conductive plate including a second metal
  • Setting the surface to which the first conductive plate and the second conductive plate are to be bonded in contact with each other in a closed chamber with the outside And melting the first conductive plate and the second conductive plate under a predetermined temperature, time and vacuum pressure condition in the chamber to form a front junction metal portion therebetween.
  • the first metal includes nickel or a nickel alloy containing a nickel component
  • the second conductive plate includes a plating layer of the same metal as the first metal on a base plate made of copper or a copper alloy containing a copper component.
  • the step of inserting a bonding plate including the first metal between the first conductive plate and the second conductive plate may be further included.
  • the pressure of the chamber temperature of the chamber is 700 °C ⁇ 1000 °C, in the step of forming the bonding metal layer is over 2x10 - 9 ⁇ can be carried out at about 4x10 -9 Torr (torr) conditions for 18-24 hours.
  • the contact resistance between the electrode plate portion and the second conductive plate is conventional. It can be significantly reduced compared to the contact resistance formed by laser welding at some points of the, as a result, has a special effect that the heat generated by the current flow between the electrode plate portion and the second conductive plate can be reduced.
  • the connection plate can be designed by appropriately reducing the thickness of the first conductive plate or the second conductive plate, and has a special effect of improving the productivity of the connection plate through mass production.
  • 1 to 4 are views for explaining a connection plate of a conventional battery pack.
  • FIG. 5 is a view showing a connection plate device of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • connection plate device of the battery pack is a plan view of the connection plate device of the battery pack.
  • connection plate device of the battery pack is a cross-sectional view of the connection plate device of the battery pack.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a main part of FIG. 7.
  • connection plate device 9 and 10 are diagrams for explaining a method of manufacturing a connection plate device for a battery pack.
  • connection plate device 11 is a view showing another example of the connection plate device of the battery pack.
  • connection plate device 12 is a view showing another example of the connection plate device of the battery pack.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a connection plate device of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a plan view of a connection plate device of a battery pack
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a connection plate device of a battery pack
  • connection plate device 10 of the battery pack may include a first conductive plate 100, a second conductive plate 200, and a front bonding metal part 300.
  • the first conductive plate 100 may include a flat electrode plate portion 110 and electrode contact portions 120.
  • the electrode plate portion 110 includes first holes 112 corresponding to each of the cylindrical battery cells 20.
  • the electrode contact portions 120 are formed to protrude from the electrode plate portion 110 to each of the first holes 112 and are shaped to be electrically connected to the electrodes of the cylindrical battery cell 20.
  • the electrode contact portion 120 may be fixed by welding a plurality of welding points after facing the electrode of the cylindrical battery cell 20, and the welding for forming such a weld is preferably performed by resistance welding.
  • the first conductive plate may be made of a first metal.
  • the first metal may include nickel or a nickel alloy containing a nickel component. It is preferable that the first conductive plate 100 has a thickness of 0.1t to 0.15t.
  • the electrode plate portion 110 may be front bonded to the second conductive plate 200 by the front bonding metal portion 300.
  • the second conductive plate 200 may be disposed on the first conductive plate.
  • the second conductive plate 200 may include a base plate 210 and a plating layer 220.
  • the base plate 210 may include copper or a copper alloy containing a copper component.
  • the plating layer 220 may be the same nickel metal as the first conductive plate 100.
  • the second conductive plate 200 may include second holes 212 facing the first holes 112.
  • the second conductive plate 200 may include a terminal portion 214 extending from the base plate 210 to one side and provided to be electrically connected to a circuit board (not shown).
  • the plating layer 220 may be provided on the bottom surface of the base plate 210 including the terminal portion 214. On the other hand, it is preferable that the plating layer has a thickness of 6 to 8 ⁇ m.
  • the front bonding metal part 300 may be provided between the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200 so that the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200 are electrically connected to each other. .
  • the front bonding metal part 300 is made of the same metal as the first conductive plate 100 and may have a relatively thinner thickness than the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200.
  • the front bonding metal part 300 may be formed by melting a part of the plating layer formed on the surface of the second conductive plate 200 and a part of the upper surface of the first conductive plate 100.
  • connection plate device of the battery pack having the above structure A method of manufacturing the connection plate device of the battery pack having the above structure will be described below.
  • the manufacturing method of the connection plate device connecting cylindrical battery cells is largely a step of preparing a first conductive plate (S100), a step of preparing a second conductive plate (S200), and putting them in a chamber.
  • Setting (S300) and forming the front bonding metal portion (S400) may be included.
  • the step of preparing the first conductive plate and the step of preparing the second conductive plate are not limited to this order.
  • the first conductive plate 100 having the electrode plate portion 110 and the electrode contact portions 120 and the second conductive plate 20 having the base plate 210 and the plating layer 220) are respectively Prepare.
  • the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200 prepared in this way are set in the chamber 30 sealed with the outside in a state in which the surfaces to be joined are in contact with each other (S300).
  • a plurality of objects to be treated may be set as much as the space of the chamber 30 allows.
  • the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200 are slowly melted under a predetermined temperature, time, and vacuum pressure condition in the chamber 30.
  • the metal part 300 is formed.
  • the temperature of the chamber is 700 ⁇ 1000 °C °C
  • pressure in the chamber was 2x10 - 9 to progress for 18 ⁇ 26 hours at from about 4x10 -9 Torr (torr) conditions It is desirable to be.
  • the process conditions of the front bonding metal part formation step are at a temperature of 850°C and a pressure of 3x10 -9 torr for 36-60 hours (preferably 48 hours). Can proceed.
  • connection plate device 11 is a view showing another example of the connection plate device of the battery pack.
  • a connection plate device 10a of a battery pack includes a first conductive plate 100, a second conductive plate 200 and a front bonding metal part 300, which are shown in FIG. 5. Since the first conductive plate 100, the second conductive plate 200 and the front bonding metal part 300 are provided with substantially similar configurations and functions, differences from the present embodiment will be mainly described below.
  • connection plate device 10a of the battery pack further includes a heat radiation plate 400.
  • the heat dissipation plate 400 may be coupled to an upper portion of the second conductive plate in an assembly manner.
  • the heat dissipation plate 400 radiates heat generated naturally when current flows from the connection plate device 10a of the battery pack, thereby making it possible to manufacture a high-capacity, high-output battery pack.
  • the heat dissipation plate 400 may be made of any one of aluminum and magnesium.
  • connection plate device 12 is a view showing another example of the connection plate device of the battery pack.
  • a connection plate device 10b of a battery pack includes a first conductive plate 100, a second conductive plate 200, and a front bonding metal part 300, which are shown in FIG. Since the first conductive plate 100, the second conductive plate 200 and the front bonding metal part 300 are provided with substantially similar configurations and functions, differences from the present embodiment will be mainly described below.
  • connection plate device 10b of the battery pack is provided between the first conductive plate 100 and the second conductive plate 200, and is made of the same metal as the first conductive plate 100.
  • the front bonding metal part 300 is provided between the first conductive plate 100 and the bonding plate 500 and between the bonding plate 500 and the second conductive plate 200, respectively.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치를 제공한다. 본 발명의 배터리 팩의 연결 플레이트 장치는 제1금속으로 이루어지고, 복수개의 원통형 배터리 셀들의 전극들을 전기적으로 연결하는 제1도전성 플레이트; 제2금속으로 이루어지고, 상기 제1도전성 플레이트 상부에 배치되는 제2도전성 플레이트; 및 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트가 전기적으로 상호 도통되도록 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 제공되는 전면 접합 금속부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법
본 발명은 ESS, EV, E-BIKE 또는 전동공구,전동자전거용 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 팩의 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 원통형 배터리는 원통형의 형태로 형성된 배터리로서 고용량 및 고출력의 특징을 가지고 있다. 따라서, 원통형 배터리는 주로 전력을 많이 필요로 하는 제품 및 분야, 예를 들어 에너지 저장 시스템(ESS), 전기자동차(EV), 전기자전거(E-BIKE), 전동 공구 등에 활용되고 있다.
이러한 다양한 제품에 사용되는 원통형 배터리 팩(Battery pack)은 일반적으로 다수개의 원통형 배터리 셀(Battery cell)들로 구성될 수 있다. 이때, 상기 원통형 배터리 팩을 제작하기 위해서는 다수개의 원통형 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 수단, 즉 연결 플레이트가 필요하다.
종래의 연결 플레이트를 통해 다수개의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 구조는 다음과 같다. 우선, 배터리 셀의 상부 부분과 니켈 플레이트의 한 부분을 연결하고, 니켈 플레이트의 반대 부분은 인접하는 배터리 셀의 상부 부분과 연결된 니켈 플레이트와 저항 용접함으로써, 배터리 셀들 간에 연결된 니켈 플레이트를 통하여 다수개의 배터리 셀들이 전기적으로 연결되어 있다.
도 1과 같이, 노트북용과 같은 6개 정도의 배터리 셀(20)들로 만들어진 배터리 팩의 경우, 12V, 6Ah 정도로 8 mm폭의 0.1t ~ 0.15t의 니켈 플레이트(1)를 사용하여도 전류량이 적어 발열 발화 없이 성능을 유지하고 있다.
또한, 도 2 및 도 3과 같이, 고성능 전동 공구, E-bike, EV, ESS 등의 배터리 팩의 배터리 셀(20)들이 적게는 수십 개에서 많게는 수백 수천 개의 배터리 셀들을 연결하여 사용하기 때문에, 기존의 0.1 ~ 0.15 t의 니켈 플레이트만으로 필요한 전류를 얻기에는 한계가 있다. 평균적으로 전기 자전거(E-bike)의 경우, 20Ah ~ 30Ah, 전기 자동차(EV)의 경우 60Ah ~ 70Ah, 많게는 150Ah의 전류가 필요하다.
현재 전류의 허용 면적을 늘리기 위해서 두 가지의 방법을 사용하고 있다. 첫 번째로 니켈 플레이트(1)의 폭과 두께를 높여 배터리 셀과 용접하여 사용하는 방법이고, 두 번째로는 도 4와 같이 0.1~0.2t 두께의 니켈플레이트(1) 위에 구리 플레이트(2)(Cu plate)를 레이저 용접(laser welding)으로 다수의 접합점(3)을 만들어 사용하는 방법이 있다.
그러나, 이러한 방법은 모두 필요 전류에 비하여 전류의 허용 면적(플레이트에 전류가 흐르는 면적)이 부족하여 발열, 발화 등과 같은 심각한 문제를 안고 있어, 고성능 고효율의 배터리 팩을 만드는데 제한적일 수밖에 없다.
우선, 첫 번째 방법의 경우, 니켈 플레이트의 두께를 높이는데 한계가 있다. 배터리 셀과 니켈 플레이트의 용접 시 최상의 작업성과 용접 품질을 위한 니켈 플레이트의 두께는 0.1t ~ 0.2t 이어야 한다. 이때, 니켈 플레이트의 용접 시 용접에 필요한 용접 전류는 1Ka, 용접 시간은 2ms ~ 5ms, 가압력은 1.8kg ~ 2.5kg, 이 필요하다. 여기서, 니켈 플레이트의 융점은 1,450도 정도로, 니켈 플레이트와 배터리의 셀이 용융되어 접합되기 위해 약 1,650도 열이 발생되어야 한다.
만일, 0.25t ~ 0.3t의 니켈 플레이트를 사용하여 용접할 경우, 돌기부가 필요하고, 용접 전류는 3Ka 이상, 용접 시간은 6ms ~ 10ms, 가압력은 3.5kg ~ 5kg 정도가 필요하고, 이 용접 조건으로 용접할 경우 약 용접 또는 과 용접으로, 배터리 셀의 음극 용접 시 많은 열이 발생하여, 배터리 셀의 내부의 분리막이 녹아 음극과 양극 간의 쇼트(short)나 누액 발생으로 작업성 및 발화 등의 커다란 품질 문제를 야기시킬 수 있다.
이에 0.3t 이상의 니켈 플레이트를 사용하고 싶어도 저항 용접이 불가능하여 0.3t 이상의 니켈 플레이트는 사용할 수 없으며, 니켈 플레이트의 가격 또한 크게 증가될 수도 있다.
이러한 이유로 품질 및 성능, 작업성, 제조 단가 등의 한계가 있어, 개선안으로 두 번째 방법인 0.1t ~ 0.2t의 니켈 플레이트(1)의 상부에 구리 플레이트(2)를 레이저 용접으로 다수의 접합점(3) 또는 라인(선 형태)을 만들어 구리 플레이트를 통하여 전류의 허용면적을 늘려 충방전 시 원활한 전류의 흐름과 방열을 꾀하고자 하였으나, 전류가 니켈 플레이트(1)와 구리 플레이트(2) 간의 접합점(3) 부분으로 제한적이고 집중되어 심한 저항이 발생하여, 발열 및 발화로 인하여 이 또한 원래의 목적한 바의 고용량 고출력의 배터리 팩의 제작이 매우 제한적 일 수 밖에 없는 상태이다.
본 발명은 배터리 셀에 용접되는 금속의 두께를 저항용접에 적합하게 얇게 설계하면서 전류의 허용 면적 부족으로 인한 고열에 의한 발화 위험 문제를 해결할 수 있는 고효율 고성능의 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 니켈 플레이트와 구리 플레이트 간의 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전류가 전체 면적으로 원활하게 흐를 수 있도록 하여 고용량 고출력의 배터리 팩을 제공할 수 있는 배터리 팩 연결 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1금속으로 이루어지고, 복수개의 원통형 배터리 셀들의 전극들을 전기적으로 연결하는 제1도전성 플레이트; 제2금속으로 이루어지고, 상기 제1도전성 플레이트 상부에 배치되는 제2도전성 플레이트; 및 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트가 전기적으로 상호 도통되도록 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 제공되는 전면 접합 금속부를 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기 제1도전성 플레이트는 니켈 또는 니켈 성분이 포함된 니켈 합금을 포함하고, 상기 원통형 배터리 셀들 각각에 대응하는 제1홀들을 갖는 전극판부와, 상기 전극판부로부터 상기 제1홀들 각각으로 돌출되어 형성되고 상기 원통형 배터리 셀의 전극과 전기적으로 연결되도록 형상지어지는 전극 접촉부들을 포함하며, 상기 제2도전성 플레이트는 구리 또는 구리 성분이 포함된 구리 합금을 포함하는 베이스판에 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속의 도금층을 포함하고, 상기 제2도전성 플레이트는 상기 제1홀들과 대향되는 제2홀들과, 상기 베이스판으로부터 일측으로 연장 형성되고 회로기판과 전기적으로 연결되도록 제공되는 단자부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1도전성 플레이트는 0.1t~0.15t의 두께를 갖고, 상기 도금층은 6 ~ 8 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 전면 접합 금속부는 상기 제1도전성 플레이트 및 상기 제2도전성 플레이트보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 전면 접합 금속부는 상기 제2도전성 플레이트의 표면에 형성된 도금층 일부와 상기 제1도전성 플레이트 일부가 용융되어 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 제공되며, 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속으로 제공되어지는 접합 플레이트를 더 포함하고, 상기 전면 접합 금속부는 상기 제1도전성 플레이트와 상기 접합 플레이트 사이 그리고 상기 접합 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 각각 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속으로 제공되어질 수 있다.
또한, 상기 제2도전성 플레이트의 상부에 조립 방식으로 결합되는 방열 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열 플레이트는 알루미늄 및 마그네슘 중 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1금속을 포함하는 제1도전성 플레이트를 준비하는 단계; 제2금속을 포함하는 제2도전성 플레이트를 준비하는 단계; 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트를 접합하려는 면을 서로 접촉시킨 상태로 외부와 밀폐된 챔버에 세팅하는 단계; 및 상기 챔버에서 기설정된 온도와 시간 그리고 진공압 조건에서 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트를 용융하여 이들 사이에 전면 접합 금속부를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1금속은 니켈 또는 니켈 성분이 포함된 니켈 합금을 포함하고, 상기 제2도전성 플레이트는 구리 또는 구리 성분이 포함된 구리 합금으로 이루어지는 베이스판에 상기 제1금속과 동일한 금속의 도금층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전면 접합 금속층을 형성하는 단계 전에 상기 제1금속을 포함하는 접합 플레이트를 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전면 접합 금속층을 형성하는 단계에서 상기 챔버의 온도는 700℃~1000℃, 상기 챔버의 압력은 2x10- 9 ~ 약 4x10-9 토르(torr) 조건에서 18~24시간 동안 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1도전성 플레이트의 전극판부가 전면 접합 금속부에 의해 제2도전성 플레이트와 전면 접합되어 전기적으로 연결됨에 따라, 전극판부 및 제2도전성 플레이트 사이에서의 접촉 저항이 종래의 일부 포인트에서 레이저 용접되어 형성된 접촉 저항에 비해 월등히 감소될 수 있고, 그 결과 전극판부 및 제2도전성 플레이트 사이에서의 전류 흐름에 따른 발열이 감소될 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
또한, 제1도전성 플레이트에서 제2도전성 플레이트로 전류가 원활하게 흐를 수 있어 고용량 고출력의 제품 실현이 가능한 각별한 효과를 갖는다.
또한, 제1도전성 플레이트 또는 제2도전성 플레이트의 두께를 적정하게 줄여 설계할 수 있고, 대량 생산으로 연결 플레이트의 생산성도 향상시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 종래 배터리 팩의 연결 플레이트를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 연결 플레이트 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 평면도이다.
도 7은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 단면도이다.
도 8은 도 7의 요부 확대도이다.
도 9 및 도 10은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 연결 플레이트 장치를 보여주는 사시도이고, 도 6은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 평면도이며, 도 7은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 단면도이며, 도 8은 도 7의 요부 확대도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10)는 제1도전성 플레이트(100), 제2도전성 플레이트(200) 그리고 전면 접합 금속부(300)를 포함할 수 있다.
제1도전성 플레이트(100)는 평평한 전극판부(110)와 전극 접촉부(120)들을 포함할 수 있다. 전극판부(110)는 원통형 배터리 셀(20)들 각각에 대응하는 제1홀(112)들이 포함한다. 전극 접촉부(120)들은 전극판부(110)로부터 제1홀(112)들 각각으로 돌출되어 형성되고 원통형 배터리 셀(20)의 전극과 전기적으로 연결되도록 형상 지어진다. 전극 접촉부(120)는 원통형 배터리 셀(20)의 전극에 대향시킨 후 복수개의 용접개소를 용접하여 고정할 수 있으며, 이러한 용접부 형성을 위한 용접은 저항 용접으로 수행하는 것이 바람직하다. 제1도전성 플레이트는 제1금속으로 이루어질 수 있다. 제1금속은 니켈 또는 니켈 성분이 포함된 니켈 합금을 포함할 수 있다. 제1도전성 플레이트(100)의 두께는 0.1t~0.15t의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 전극판부(110)는 전면 접합 금속부(300)에 의해 제2도전성 플레이트(200)와 전면 접합될 수 있다.
제2도전성 플레이트(200)는 제1도전성 플레이트 상부에 배치될 수 있다. 제2도전성 플레이트(200)는 베이스 판(210)과 도금층(220)을 포함할 수 있다. 베이스 판(210)은 구리 또는 구리 성분이 포함된 구리 합금을 포함할 수 있다. 도금층(220)은 제1도전성 플레이트(100)와 동일한 니켈 금속일 수 있다. 제2도전성 플레이트(200)는 제1홀(112)들과 대향되는 제2홀(212)들을 포함할 수 있다. 또한, 제2도전성 플레이트(200)는 베이스판(210)으로부터 일측으로 연장 형성되고 회로기판(미도시됨)과 전기적으로 연결되도록 제공되는 단자부(214)를 포함할 수 있다. 도금층(220)은 단자부(214)를 포함한 베이스 판(210) 저면에 제공될 수 있다. 한편, 도금층은 6 ~ 8 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
전면 접합 금속부(300)는 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200)가 전기적으로 상호 도통되도록 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200) 사이에 제공될 수 있다. 전면 접합 금속부(300)는 제1도전성 플레이트(100)와 동일한 금속으로 이루어지며, 제1도전성 플레이트(100) 및 제2도전성 플레이트(200)보다 상대적으로 두께가 얇을 수 있다. 전면 접합 금속부(300)는 제2도전성 플레이트(200)의 표면에 형성된 도금층 일부와 제1도전성 플레이트(100) 상부 표면 일부를 용융하여 형성할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법을 설명하면 아래와 같다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 원통형 배터리 셀들을 연결하는 연결 플레이트 장치의 제조 방법은 크게 제1도전성 플레이트를 준비하는 단계(S100), 제2도전성 플레이트를 준비하는 단계(S200), 이들을 챔버에 세팅하는 단계(S300) 그리고 전면 접합 금속부를 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 참고로, 제1도전성 플레이트를 준비하는 단계와 제2도전성 플레이트를 준비하는 단계는 이 순서에 한정되는 것이 아니다.
우선, 앞서 언급한 바와 같이 전극판부(110)와 전극 접촉부(120)들을 갖는 제1도전성 플레이트(100) 그리고 베이스 판(210)과 도금층(220)을 갖는 제2도전성 플레이트(20))를 각각 준비한다. 이렇게 준비된 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200)는 접합하려는 면을 서로 접촉시킨 상태로 외부와 밀폐된 챔버(30)에 세팅한다(S300). 이때, 챔버(30)의 공간이 허락하는 만큼 처리 대상물(제1,2도전성 플레이트)들을 복수개 세팅할 수 있다.
전면 접합 금속부 형성 단계(S400)는 챔버(30)에서 기설정된 온도와 시간 그리고 진공압 조건으로 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200)를 천천히 용융하는 것으로 이들 사이에 전면 접합 금속부(300)가 형성하게 된다. 전면 접합 금속층을 형성하는 단계(S400)에서 처리 조건을 살펴보면, 챔버의 온도는 700℃~1000℃, 챔버의 압력은 2x10- 9 ~ 약 4x10-9 토르(torr) 조건에서 18~26시간 동안 진행되는 것이 바람직하다. 일 예로, 도금층의 두께가 6 ~ 8 ㎛인 경우, 전면 접합 금속부 형성 단계의 공정 조건은 온도 850℃, 압력 3x10-9 토르(torr) 조건에서 36-60시간(바람직하게는 48시간) 동안 진행될 수 있다.
이러한 과정을 통해 제2도전성 플레이트(200)의 표면에 형성된 도금층(220) 일부와 제1도전성 플레이트(100) 일부가 용융되어 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200) 사이에 전면 접합 금속부(300)가 형성된다.
즉, 종래와 같이 포인트 레이저 용접으로 니켈 플레이트 및 구리 플레이트 사이를 접합할 경우, 전류의 흐름이 포인트 용접된 부분으로만 흘러 발열을 일으키고, 포인트 용접된 부분으로만 전류가 몰려 과부하가 걸릴 수 있지만, 본 발명과 같이, 제1도전성 플레이트와 제2도전성 플레이트 사이가 전면 접합 금속부에 의해 전면 접합할 때에는 전류가 전체 면적으로 고루 퍼져 발열을 상당히 감소될 수 있는 각별한 효과를 가지며, 전류의 허용면적이 기존 방법에 비하여 월등히 증가(90%이상)하여 고효율, 고성능의 배터리 팩 제조가 가능하다.
도 11은 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면 다른 예에 따른 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10a)는 제1도전성 플레이트(100), 제2도전성 플레이트(200) 그리고 전면 접합 금속부(300)를 포함하며, 이들은 도 5에 도시된 제1도전성 플레이트(100), 제2도전성 플레이트(200) 그리고 전면 접합 금속부(300)와 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
본 실시예에서 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10a)는 방열 플레이트(400)를 더 포함한다. 방열 플레이트(400)는 제2도전성 플레이트의 상부에 조립 방식으로 결합될 수 있다. 방열 플레이트(400)는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10a)에서 전류가 흐를 때 자연 발생되는 발열을 방열함으로써 고용량 고출력 배터리 팩 제작이 가능하다. 방열 플레이트(400)는 알루미늄 및 마그네슘 중 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
도 12는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면 다른 예에 따른 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10b)는 제1도전성 플레이트(100), 제2도전성 플레이트(200) 그리고 전면 접합 금속부(300)를 포함하며, 이들은 도 5에 도시된 제1도전성 플레이트(100), 제2도전성 플레이트(200) 그리고 전면 접합 금속부(300)와 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
본 실시예에서 배터리 팩의 연결 플레이트 장치(10b)는 제1도전성 플레이트(100)와 제2도전성 플레이트(200) 사이에 제공되며, 제1도전성 플레이트(100)와 동일한 금속으로 제공되어지는 접합 플레이트(500)를 포함한다는데 그 특징이 있다. 이에 따라, 전면 접합 금속부(300)는 제1도전성 플레이트(100)와 접합 플레이트(500) 사이 그리고 접합 플레이트(500)와 제2도전성 플레이트(200) 사이에 각각 제공된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 제1금속으로 이루어지고, 복수개의 원통형 배터리 셀들의 전극들을 전기적으로 연결하는 제1도전성 플레이트;
    제2금속으로 이루어지고, 상기 제1도전성 플레이트 상부에 배치되는 제2도전성 플레이트; 및
    상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트가 전기적으로 상호 도통되도록 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 제공되는 전면 접합 금속부를 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1도전성 플레이트는 니켈 또는 니켈 성분이 포함된 니켈 합금을 포함하고, 상기 원통형 배터리 셀들 각각에 대응하는 제1홀들을 갖는 전극판부와, 상기 전극판부로부터 상기 제1홀들 각각으로 돌출되어 형성되고 상기 원통형 배터리 셀의 전극과 전기적으로 연결되도록 형상지어지는 전극 접촉부들을 포함하며,
    상기 제2도전성 플레이트는 구리 또는 구리 성분이 포함된 구리 합금을 포함하는 베이스판에 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속의 도금층을 포함하고,
    상기 제2도전성 플레이트는 상기 제1홀들과 대향되는 제2홀들과, 상기 베이스판으로부터 일측으로 연장 형성되고 회로기판과 전기적으로 연결되도록 제공되는 단자부를 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1도전성 플레이트는 0.1t~0.15t의 두께를 갖고,
    상기 도금층은 6 ~ 8 ㎛의 두께를 갖으며,
    상기 전극판부는 상기 전면 접합 금속부에 의해 상기 제2도전성 플레이트와 전면 접합되는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전면 접합 금속부는
    상기 제1금속으로 이루어지며,
    상기 제1도전성 플레이트 및 상기 제2도전성 플레이트보다 얇은 두께를 갖는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전면 접합 금속부는
    상기 제2도전성 플레이트의 표면에 형성된 도금층 일부와 상기 제1도전성 플레이트 일부가 용융되어 제공되는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 제공되며, 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속으로 제공되어지는 접합 플레이트를 더 포함하고,
    상기 전면 접합 금속부는
    상기 제1도전성 플레이트와 상기 접합 플레이트 사이 그리고 상기 접합 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 각각 상기 제1도전성 플레이트와 동일한 금속으로 제공되어지는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2도전성 플레이트의 상부에 조립 방식으로 결합되는 방열 플레이트를 더 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 방열 플레이트는 알루미늄 및 마그네슘 중 어느 하나의 금속으로 이루어지는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치.
  9. 원통형 배터리 셀들을 연결하는 연결 플레이트 장치의 제조 방법에 있어서:
    제1금속을 포함하는 제1도전성 플레이트를 준비하는 단계;
    제2금속을 포함하는 제2도전성 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트를 접합하려는 면을 서로 접촉시킨 상태로 외부와 밀폐된 챔버에 세팅하는 단계; 및
    상기 챔버에서 기설정된 온도와 시간 그리고 진공압 조건에서 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트를 용융하여 이들 사이에 전면 접합 금속부를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1금속은 니켈 또는 니켈 성분이 포함된 니켈 합금을 포함하고,
    상기 제2도전성 플레이트는 구리 또는 구리 성분이 포함된 구리 합금으로 이루어지는 베이스판에 상기 제1금속과 동일한 금속의 도금층을 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전면 접합 금속층을 형성하는 단계 전에
    상기 제1금속을 포함하는 접합 플레이트를 상기 제1도전성 플레이트와 상기 제2도전성 플레이트 사이에 삽입하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전면 접합 금속층을 형성하는 단계에서
    상기 챔버의 온도는 700℃~1000℃, 상기 챔버의 압력은 2x10- 9 ~ 약 4x10-9 토르(torr) 조건에서 36-60시간 동안 진행되는 배터리 팩의 연결 플레이트 장치의 제조 방법.
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