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KR100770108B1 - 배터리 팩 및 그 제조 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100770108B1
KR100770108B1 KR1020050134564A KR20050134564A KR100770108B1 KR 100770108 B1 KR100770108 B1 KR 100770108B1 KR 1020050134564 A KR1020050134564 A KR 1020050134564A KR 20050134564 A KR20050134564 A KR 20050134564A KR 100770108 B1 KR100770108 B1 KR 100770108B1
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 제조 방법에 관한 것으로서, 베어 셀에 보호회로기판을 연결시키는 단계와, 베어 셀의 상측에 상부 케이스를 결합시키는 단계와, 보호회로기판을 검사하는 단계 및 베어 셀의 외측에 침수확인부를 부착시키는 단계를 포함하므로, 배터리 팩의 침수확인유무를 판단할 수 있다.

Description

배터리 팩 및 그 제조 방법{Battery pack and its manufacturing method}
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 일실시예를 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 베어 셀을 도시한 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 베터리 팩을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 도시한 순차 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 베어 셀 151 : 케이스
152 : 캡 플레이트 153 : 절연 가스켓
154 : 전극단자 155 : 전극 조립체
156a : 제1전극탭 156b : 제2전극탭
157 : 절연케이스 158 : 터미널 플레이트
159 : 절연 플레이트 160 : 양성온도소자
161 : 제1전극리드 163 : 제2전극리드
180 : 보호회로기판 181 : 검사부
183 : 외부단자 210 : 상부 케이스
220 : 하부케이스 230 : 침수확인부
240 : 외장재
본 발명은 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 베어 셀과 보호회로모듈 그리고 침수방지부 등이 구비된 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 충방전 가능한 베어 셀과, 베어 셀에 전기적으로 결합되어 충방전을 제어하고 또한 과충방전시 회로를 차단하는 보호회로기판과, 베어 셀과 보호회로기판 사이의 틈에 충진되어 보호회로기판이 베어 셀로부터 분리되지 않도록 하는 수지와, 베어 셀, 보호회로기판 및 수지를 팩킹하여 외부 세트에 장착 가능한 형태로 하는 케이스로 이루어져 있다.
이러한 배터리 팩을 제조하기 위해 먼저 베어 셀의 양극에 리드를 접속하고, 또한 음극에 피티씨 서미스터(PTC thermistor)를 접속한 상태에서, 다시 보호회로기판을 상기 리드 및 피티씨 서미스터에 전기적으로 접속한다. 이어서, 보호회로기판이 베어 셀로부터 분리되지 않도록 보호회로기판과 베어 셀 사이의 틈에 수지를 충진하여 기계적으로 고정하고, 또한, 외부 장치에 장착 가능한 형태가 되도록 케이스를 구비하여, 베어 셀 및 보호회로기판 등을 팩킹한다. 여기서, 케이스는 베어 셀, 보호회로기판 및 수지와 함께 다른 수지로 몰딩되어 일체로 형성되거나, 또는 상부 케이스 및 하부 케이스를 각각 준비하고, 그 사이에 상기 일체의 베어 셀 및 보호회로기판을 수납한 후, 상부 케이스 및 하부 케이스를 상호 결합시킨다.
그러나, 이러한 종래의 배터리 팩은 침수확인 용지를 부착하지 않은 경우, 배터리 팩이 침수된 후에도 침수유무를 확인할 수 없는 문제점이 있다.
즉, 침수된 배터리 팩은 수분에 의해 손상되므로 그 기능이 불량해진다. 따라서, 침수된 배터리 팩은 전자기기에 전원을 공급할 수 없게 되는 것이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 팩의 침수유무를 구별할 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 베어 셀과, 상기 베어 셀에 전기적으로 연결되는 보호회로기판 및 상기 베어셀의 외측에 설치된 침수확인부를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 보호회로기판은 회로기판 상에 보호회로 및 양성온도소자가 연결된 것일 수 있다.
상기 보호회로기판에는 정상작동유무를 확인하는 검사부가 구비된 것이 좋다.
상기 베어 셀의 상측에는 상부 케이스가 설치되며, 상기 상부 케이스에는 상기 검사부와 연통되며 상기 보호회로기판을 검사하기 위한 검사홀이 형성된 것이 좋다.
상기 침수 확인부는 상기 검사홀의 외측에 상기 검사홀을 커버하도록 부착 될 수 있다.
상기 베어 셀은 양극 또는 음극중 선택된 어느 하나의 극성을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체와, 상기 케이스를 마감하며 상기 케이스와 다른 극성을 갖는 전극단자를 포함하는 캡 조립체로 이루어진 것이 좋다.
상기 전극단자는 음극 극성을 갖는 것이 좋다.
상기 케이스는 각형일 수 있다.
또한, 본 발명은 상하부에 케이스가 결합되는 베어 셀에 보호회로기판을 연결시키는 단계와, 상기 베어 셀의 상측에 상부 케이스를 결합시키는 단계와, 상기 보호회로기판을 검사하는 단계 및 상기 베어 셀의 외측에 침수확인부를 부착시키는 단계를 포함하는 배터리 팩 제조방법을 제공한다.
상기 보호회로기판에는 정상작동유무를 확인하는 검사부가 구비된 것이 좋다.
상기 상부 케이스에는 상기 검사부와 연통되는 검사홀이 형성된 것이 좋다.
상기 침수확인부는 상기 검사부의 검사가 끝난 후, 상기 검사홀을 커버하도록 부착될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 베어 셀을 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 베터리 팩을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 도시한 순차 도면이다.
도 1을 참조하면, 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리 팩은 베어 셀(100)과 베어 셀(100)에 전기적으로 연결되는 보호회로기판(180) 베어 셀(100)의 외면을 감싸는 외장재(240), 베어 셀(100)의 상측을 커버하는 상부 커버(210), 베어 셀(100)의 하부를 커버하는 하부 커버(220) 그리고, 베어 셀(100)의 외측에 설치되는 침수확인부(230)를 포함한다.
베어 셀(100)은 실제로 일정한 에너지로 충전되거나 또는 방전되는 에너지원으로서, 좀더 세분화하여 설명하면 케이스(151)와, 케이스(151)에 수용되는 전극 조립체(155), 케이스(151)를 마감하는 캡 조립체(150) 그리고, 케이스(151)에 주입되어 전극 조립체(155) 사이에 이온이 이동될 수 있도록 하는 전해액(미도시)으로 이루어질 수 있다.
케이스(151)는 각형으로서, 대략 육면체 형태로 형성될 수 있으며 양극 또는 음극 중 선택된 어느 하나의 극성을 갖는다.
전극 조립체(155)는 양극 활물질(예를 들면 코발트산리튬(LiCoO2), 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMn2O4) 또는 그 등가물)이 부착된 제1전극판(155a), 음극 활물질(예를 들면 흑연 또는 그 등가물)이 부착된 제2전극판(155b) 및 제1전극판(155a)과 제2전극판(155b) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(155c)로 이루어질 수 있으며, 위의 제1전극판(155a), 제2전극판(155b) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(155c)는 대략 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취되어 케이스(151)에 수납될 수 있다. 이때, 제1전극판(155a)과 제2전극판(155b)에는 상측으로 인출되는 제1전극탭(156a)과 제2전극탭(156b)이 각각 설치된다. 여기서, 제1전극판(155a)은 알루미늄(Al) 포일, 제2전극판(155b)은 구리(Cu) 포일, 세퍼레이터(155c)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
캡 조립체(150)는 케이스(151)의 상부에 위치되며 전극 조립체(155)의 상부에서 부터 순차적으로 절연 케이스(157), 캡 플레이트(152), 터미널 플레이트(158), 절연 플레이트(159)가 더 결합될 수 있다. 물론, 절연 케이스(157), 캡 플레이트(152), 터미널 플레이트(158) 및 절연 플레이트(159)는 전극 단자(154)가 상부에서 관통 결합될 수 있도록 통공(152a,157a,158a,159a)이 각각 형성될 수 있다.
또한, 중앙에 통공(152a)이 형성된 캡 플레이트(152)의 일측에는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(152b)가 형성될 수 있다. 전해액 주입구(152b)에는 전해액 주입후 볼(152c)이 결합되어 용접된다. 캡 플레이트(152)의 통공(152a)에는 절연 가스켓(153)이 결합되고, 절연 가스켓(153)에는 전극 단자(154)가 결합될 수 있다. 캡 플레이트(152)의 일측에는 상부 케이스(210)를 결합시키기 위해 주입되는 수지를 강화하기 위한 보강부(141)가 설치된다.
이때, 케이스(151)는 양극이고, 전극단자(154)는 음극일 수 있다.
한편, 도시되지 않은 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전 해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있다.
베어 셀(100)에는 보호회로기판(180)이 전기적으로 연결된다. 보호회로기판(180)은 일반적으로 인쇄회로기판(PCB : Printed circuit Board) 상에 다양한 보호회로 및 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient,160)를 구비하는 구조로 이루어진다. 또한, 보호회로기판(180)의 표면에는 보호회로기판(180)의 이상유무를 검사할 수 있는 검사부(181)가 구비되고, 외부로 노출되는 다수의 외부 단자(183)가 형성된다.
여기서, 베어 셀(100)과 보호회로기판(180) 사이에는 베어 셀(100)과 보호회로기판(180)이 절연되도록 절연부재(140)가 개재된다. 즉, 절연부재(140)는 보호회로기판(180) 의 각종 전자 부품이 베어 셀(100)의 표면에 직접 접촉되어 단락되지 않도록 한다.
한편, 외장재(240)는 적어도 일측이 개구되게 형성되어 베어 셀(100)을 수용한다. 외장재(240)에 의해 감싸진 베어셀(100)에는 그 상측과 하측을 커버하는 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)가 구비된다.
상부 케이스(210)에는 일측에 보호회로기판(180)의 표면에 형성된 외부 단자(183)가 상부 케이스(210)의 외측으로 노출되도록 외부단자홀(213)이 형성된다. 또한, 상부 케이스(210)에는 타측에 보호회로기판(180)을 검사하기 위한 검사홀(211)이 형성된다.
다시 설명하면, 보호회로기판(180)의 양성온도소자(160)는 베어 셀(100)의 온도가 일정 온도를 넘으면 전기 저항이 거의 무한대까지 크게 되는 것으로서, 베 어 셀(100)이 고온 상태에 노출되었을 때 베어 셀(100)의 충방전을 제어하고, 또한 베어 셀(100)의 과충방전시 회로를 오픈시켜 베어 셀(100)의 파열을 방지하기 위한 것이다. 이에, 보호회로기판(180)은 제품의 안정성과 신뢰도를 향상시키기 위해 생산라인 공정 중 검사를 통하여 보호회로기판(180)의 이상유무를 확인하여야 한다. 따라서, 보호회로기판(180)은 상부 케이스(210)에 형성된 검사홀(211)을 통해 베어 셀(100)의 과충전 차단전압, 과충전 해지전압, 과방전 차단전압, 과방전 해지전압, 과전류 차단전류 등을 검사할 수 있다.
보호회로기판(180)은 제1,2전극리드(161,163)를 매개로 베어 셀(100)과 전기적으로 연결된다. 즉, 제1전극탭(156a)과 연결된 전극단자(154)에는 제1전극리드(161)가 용접될 수 있고, 제2전극탭(156b)과 연결된 캡 플레이트(152)에는 제2전극리드(163)가 용접될 수 있다. 제1전극리드(161)는 알루미늄(Al) 재질, 제2전극리드(163)는 니켈(Ni) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 제1전극탭(156a)은 양극 극성을 갖고, 제2전극탭(156b)은 음극 극성을 가질 수 있다. 그러므로, 케이스(151) 및 캡 플레이트(152)가 양극이면, 전극 단자(154)는 음극이 된다. 역으로, 케이스(151) 및 캡 플레이트(152)가 음극이면, 전극 단자(154)는 양극이 된다.
침수확인부(230)는 수분에 노출되었을 때 잉크가 번지는 라벨이 일반적으로 사용되며, 상부 케이스(210)에 형성되며 보호회로기판(180)의 검사부(181)와 연통되게 형성된 검사홀(211)에 부착될 수 있다.
즉, 침수확인부(230)는 상부 케이스(210)의 검사홀(211)을 통해 보호회로기판(180)의 검사가 끝나면 검사홀(211)을 커버하여 검사홀(211)을 통해 보호회로기판(180)에 이물질이 인입되는 것을 방지한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 배터리팩의 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 베어 셀(100)을 준비한다. 즉, 베어셀(100)은 케이스(151)에 제1,2전극탭(156a,156b)이 인출된 전극 조립체(155)를 수용시킨 후, 절연 가스켓(153)이 개재된 전극단자(154)가 관통된 캡 플레이트(152), 절연 플레이트(159), 터미널 플레이트(158) 등으로 이루어진 캡 조립체(150)로 마감된다.
이어서, 베어 셀(100)에는 보호회로기판(180), 제1,2전극리드(161,163), 양성온도소자(160) 및 절연부재(140)를 결합시킨다.
먼저, 양성온도소자(160)의 일측은 전극 단자(154)와 연결되고, 타측은 보호회로기판(180)과 연결된다. 다음, 베어 셀(100)의 상측 다시 설명하면 캡 플레이트(152)의 상면에는 절연부재(140)를 설치하여 보호회로기판(180)과 베어 셀(100)의 불필요한 쇼트를 방지한다. 이러한 작업 순서를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 보호회로기판(180)은 제1,2전극리드(161,163)를 매개로 베어 셀(100)과 연결되는데, 제1전극리드(161)의 일측은 캡 플레이트(152)와 연결되고, 제2전극리드(163)의 일측은 전극단자(154)와 연결된다. (S300)
다음, 보호회로기판(180)이 연결된 베어 셀(100)은 외장재(240)에 삽입된다. 여기서, 외장재(240)의 일측에는 적어도 하나 이상의 개구가 형성되어 있어, 보호 회로기판(180)에 형성된 외부 단자(183)는 그대로 외부로 노출된다.
다음, 베어 셀(100)의 상부와 하부에는 각각 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)가 결합된다. 여기서, 상부 케이스(210)의 검사홀(211)은 보호회로기판(180)의 검사부(181)와 연통되게 설치되어야 한다. (S310)
다음, 보호회로기판(180)은 검사홀(211)을 통해 노출된 검사부(181)로 정상작동유무를 검사받는다.(S320)
다음, 개방된 검사홀(211)에는 침수확인부(230)가 부착되어 배터리 팩이 완성된다.(S330)
따라서, 검사홀(211)에 침수확인부(230)가 부착된 배터리 팩은 침수유무를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 팩의 조립이 끝난 후에 침수확인부(230)를 부착할 수 있으므로, 기존의 배터리 팩에도 설치 가능하고, 그 설치가 간단하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 및 그 제조 방법은 침수확인부가 구비됨에 따라 배터리 팩의 침수유무를 판단할 수 있는 이점이 있다.
또한, 배터리 팩 및 그 제조 방법은 보호회로기판을 검사하기 위 개방되게 형성된 검사홀에 부착되던 별도의 검사홀 커버부 대신 침수확인부를 부착함에 따라 배터리 팩에 검사홀을 통해 이물질이 인입되는 것을 방지할 수 있으므로, 기존의 배터리 팩의 제조 방법에 별도의 공정이 추가되지 않는 이점이 있다.
그리고, 침수확인부는 검사홀을 커버하도록 부착됨에 따라, 기존의 배터리 팩에도 장착할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 팩 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 베어 셀;
    상기 베어 셀에 전기적으로 연결되며, 상기 베어 셀과 대향하는 면의 이면에 보호회로의 정상 작동을 확인하기 위한 검사부가 구비되는 보호회로기판;
    상기 베어셀의 상측에 상기 보호회로 기판을 커버하도록 형성되며, 상기 검사부와 연통되어 상기 보호회로를 검사할 수 있도록 하는 검사홀을 가지는 상부 케이스; 및
    상기 검사홀을 커버하도록 상기 상부 케이스에 설치되는 침수확인부를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호회로기판은 회로기판 상에 보호회로 및 양성온도소자가 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 삭제
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  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어 셀은 양극 또는 음극중 선택된 어느 하나의 극성을 갖는 케이스;
    상기 케이스에 수용되는 전극 조립체; 및
    상기 케이스를 마감하며 상기 케이스와 다른 극성을 갖는 전극단자를 포함하는 캡 조립체로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전극단자는 음극 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 케이스는 각형인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 베어 셀에 보호회로의 정상 작동을 검사하기 위한 검사부를 가지는 보호회로기판을 연결시키는 단계;
    상기 검사부와 연통되어 상기 보호회로를 검사할 수 있도록 하는 검사홀을 가지는 상부 케이스를 상기 베어 셀의 상측에 상기 보호회로 기판을 커버하도록 결합시키는 단계;
    상기 검사홀을 통해 상기 보호회로기판의 상기 검사부를 검사함으로써 상기 보호회로의 정상 작동을 검사하는 단계; 및
    상기 검사홀을 커버하도록 상기 상부 케이스에 침수확인부를 부착시키는 단계를 포함하는 배터리 팩 제조방법.
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