(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極端子が相互に対面するように平面配列された板状型電池セルから構成された電池パックを製造する方法であって、
（ａ）ＰＣＢ（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）の電極端子接続部に電池セルの電極端子を電気的に連結する過程；
（ｂ）熱可塑性樹脂の射出口が２つ以上形成されている金型内に、ＰＣＢと連結された電池セルを安着させる過程；
（ｃ）射出口を通して熱可塑性樹脂を注入して、ＰＣＢおよび電池セルの外周辺に熱可塑性樹脂からなるモールディングフレームを形成する過程；および
（ｄ）モールディングフレームを固化させる過程；を含み、
前記金型に形成された射出口は、電池セルの外周エッジ（ｅｄｇｅｓ）に対応する部位および電池セルの外周辺に対応する部位それぞれに少なくとも１つ以上形成されていることを特徴とする電池パックの製造方法。
【請求項２】
前記板状型電池セルは、パウチ型２次電池または角型２次電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項３】
前記電極端子が相互に対面した状態で、２つの板状型電池セルが平面配列されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ−ｂａｓｅｄ）樹脂、ポリ塩化ビニル系（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ）樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ）系樹脂、およびシリコーンゴムからなる群より選択される１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項５】
前記金型には、ＰＣＢに対応する部位に射出口がさらに形成されており、過程（ｃ）で、前記射出口を通してＰＣＢ上にも熱可塑性樹脂が注入されることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項６】
前記ＰＣＢは、ＰＣＢケースに搭載された状態で過程（ｂ）が行われることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項７】
前記ＰＣＢケースは、ＰＣＢが収納される下部ケースおよびＰＣＢが安着された状態で下部ケースと結合される上部ケースからなることを特徴とする請求項６に記載の電池パックの製造方法。
【請求項８】
前記ＰＣＢケースは、両側端部が開放された構造であることを特徴とする請求項６に記載の電池パックの製造方法。
【請求項９】
前記ＰＣＢケースには、外部入出力端子を引出するための開口が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１０】
前記上部ケースおよび下部ケースには、熱可塑性樹脂の注入のための貫通口が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１１】
前記貫通口は、金型に形成された熱可塑性樹脂の射出口に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１２】
前記貫通口は、２つ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１３】
金型には、前記ＰＣＢケースの開放された端部および貫通口に対応する部位それぞれに射出口がさらに形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１４】
前記モールディングフレームは、ＰＣＢを含む電池セルの外周辺を囲む構造に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１５】
前記モールディングフレームは、電池セルの上面および下面の外周端部を含んで電池セルの中心方向に延長されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの製造方法。
【請求項１６】
電池パックの製造装置であって、
前記電池パックの製造装置は、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の電池パックの製造方法を実行し、
相互結合される下部金型および上部金型を含み、
前記下部金型および上部金型のうち少なくともいずれか一つには、ＰＣＢを含む電池セルの外形に対応する構造が刻印されており、
前記金型には、熱可塑性樹脂を注入できる射出口が形成されていることを特徴とする電池パックの製造装置。
【請求項１７】
前記金型は、電池セルの外周エッジに対応する部位および電池セルの外周辺に対応する部位それぞれに少なくとも１つ以上の射出口が形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の電池パックの製造装置。
【請求項１８】
前記金型には、ＰＣＢに対応する部位またはＰＣＢケースに形成された熱可塑性樹脂の貫通口に対応する部位に射出口が形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の電池パックの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１６年２月３日付の韓国特許出願第１０−２０１６−００１３３４６号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、熱可塑性樹脂による固定構造を含む電池パックの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての２次電池に対して需要が急激に増加しており、そのような２次電池の中でも、高いエネルギー密度と作動電位を示し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム２次電池が商用化されて広く使用されている。
【０００４】
一方、リチウム２次電池には各種可燃性物質が内蔵されているので、過充電、過電流、その他の物理的外部衝撃などによって発熱、爆発などの危険性があるため、安全性において大きな短所を有している。したがって、リチウム２次電池には、過充電、過電流などの異常な状態を効果的に制御できる安全素子として、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍｏｄｕｌｅ：ＰＣＭ）などが電池セルに接続されている。
【０００５】
このような２次電池は、小さなサイズおよび重量で製造することが望ましいので、容量対応重量の小さい角型電池、パウチ型電池などが２次電池の電池セルとして主に用いられている。特に、アルミニウムラミネートシートなどを外装部材として使用するパウチ型電池は、重量が小さく、製造コストが低いという利点から、最近多くの関心を集めている。
【０００６】
このようなパウチ型電池セルは、ケースに電池セルを装着した状態で電池セルの電極にＰＣＭを連結して固定し、ケースの外面にラベルを付着して完成し、前記ケースは、例えば、電池セルの外面を囲む上部カバーおよび下部カバーの組み立て構造、または電池セルの角部位を固定する別途の固定部材などが使用された。
【０００７】
また、前記電池セルを適用製品に装着するためには、一般的にフレームを使って電池セルを収納して外部振動や衝撃から保護することが必要である。
【０００８】
しかし、モバイルデバイスの小型化および高性能化の傾向により使用される電池パックも小型化および高容量化が要求されているため、同一サイズで大容量を提供できる電池パックに対する必要性が増加している。
【０００９】
また、電池パックの製造段階を単純化して製造コストを低くすることができるだけでなく、外部衝撃から安定性が向上した電池パックを製造するための方法に対する必要性の高いのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本出願の発明者らは、鋭意研究と多様な実験を重ねた結果、後述するように、複数個の電池セルで構成される電池パックの製造時に熱可塑性樹脂からなるモールディングフレームを形成することによって、別途の組み立て構造を使わないために電池パックの組み立て過程を省略できて工程性が向上し、製造コストを節減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明による電池パックの製造方法は、電極端子が相互に対面するように平面配列された板状型電池セルから構成された電池パックを製造する方法であって、
（ａ）ＰＣＢ（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）の電極端子接続部に電池セルの電極端子を電気的に連結する過程；
（ｂ）熱可塑性樹脂の射出口が２つ以上形成されている金型内に、ＰＣＢと連結された電池セルを安着させる過程；
（ｃ）射出口を通して熱可塑性樹脂を注入して、ＰＣＢおよび電池セルの外周辺に熱可塑性樹脂からなるモールディングフレームを形成する過程；および
（ｄ）モールディングフレームを固化させる過程；を含むことを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明による電池パックの製造方法は、ＰＣＢおよび電池セルの外周辺に熱可塑性樹脂からなるモールディングフレームを形成する過程を含むため、従来に電池パックを組み立てたり外部デバイスに固定させるために別途の組み立て構造を必要とするといった問題を解決することができる。また、熱可塑性樹脂を利用したモールディングフレームの形成過程を短時間に行うことができ、電池パックの全体的な大きさを減らすことができるという長所があり、前記熱可塑性樹脂は所定の弾性を有するため、外部衝撃から電池パックを保護できる。
【００１３】
一具体例において、前記板状型電池セルは、電池セルの外形を考慮する時、パウチ型２次電池または角型２次電池であることもあるが、追加の固定部材なしにモールディングフレームだけで組み立ておよび固定が行われる点を考慮すれば、好ましくはパウチ型２次電池でありうる。
【００１４】
一方、前記電池パックは、ＰＣＢの両側面に位置した２つの電池セルそれぞれの電極端子が前記ＰＣＢの電極端子接続部に連結されているため、前記電極端子が相互に対面した状態で、板状型電池セルが平面配列された構造でありうる。この時、前記電池セルの個数は２つ以上であることもあり、ＰＣＢを中心として両側面に対称な構造に配置されることが望ましいので、偶数個形成されることができる。
【００１５】
前記熱可塑性樹脂は射出口を通して注入された後、電池セルの外周辺に移動してモールディングフレームを形成するため、電池セルの損傷を防止するために比較的に高くない温度で流動性を持たせなければならない。このような条件の熱可塑性樹脂の種類としては、例えば、ポリオレフィン系（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ−ｂａｓｅｄ）樹脂、ポリ塩化ビニル系（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ）樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ  Ａｃｅｔａｔｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ）系樹脂、およびシリコーンゴムからなる群より選択される１種以上であることができる。
【００１６】
一方、前記金型に形成された射出口の個数が少ない場合、熱可塑性樹脂の移動性が落ちて、モールディングフレームの厚さおよび形状に対する不良率が高くなるという問題が発生することができる。したがって、前記射出口は、電池セルの外周エッジ（ｅｄｇｅｓ）に対応する部位および電池セルの外周辺に対応する部位それぞれに少なくとも１つ以上形成されることが望ましい。
【００１７】
一具体例において、前記ＰＣＢが別途のケースに搭載されない状態でモールディングフレームによって電池セル本体に固定される場合、前記金型にはＰＣＢに対応する部位に射出口がさらに形成されており、過程（ｃ）で、前記射出口を通してＰＣＢ上にも熱可塑性樹脂が注入されてＰＣＢの固定が安定的に行われる。
【００１８】
他の具体例において、前記ＰＣＢはＰＣＢと電池セル本体との安定した固定のためにＰＣＢケースに搭載された状態で過程（ｂ）が行われるため、前記ＰＣＢケースはＰＣＢが収納される下部ケースおよびＰＣＢが安着された状態で下部ケースと結合される上部ケースからなる。
【００１９】
また、ＰＣＢの電極端子接続部に連結された電極端子を保護するために、前記熱可塑性樹脂がＰＣＢケース内部に注入されなければならないので、前記ＰＣＢケースは両側端部が開放された構造からなり、これによって、熱可塑性樹脂がＰＣＢ内部に移動することができる。
【００２０】
一方、前記ＰＣＢには外部デバイスとの連結のための外部入出力端子が電気的に連結されているので、前記ＰＣＢケースには外部入出力端子を引出するための開口が上部ケース乃至下部ケースの一部に形成されている。
【００２１】
また、熱可塑性樹脂をＰＣＢケース内部に隙間なく満たすため、ＰＣＢケースの開放された端部だけでなく、ＰＣＢケースの中心部からも注入する必要があるので、前記上部ケースおよび下部ケースには熱可塑性樹脂の注入のための貫通口が形成されている。
【００２２】
この時、金型で射出された熱可塑性樹脂がＰＣＢケース内部に正確に注入されて固定部材の役割を果たすために、前記貫通口は、金型に形成された熱可塑性樹脂の射出口に対応する位置に形成されていることが望ましい。
【００２３】
このように、ＰＣＢケース内部に熱可塑性樹脂を注入するために、上部ケースおよび下部ケースに形成された貫通口の個数は２つまたはそれ以上でありうる。
【００２４】
前記ＰＣＢがＰＣＢケースに搭載された状態で金型内に安着される場合、前記金型で射出された熱可塑性樹脂がＰＣＢケース内部に正確に注入されるために、前記金型には前記ＰＣＢケースの開放された端部および貫通口に対応する部位それぞれに射出口がさらに形成されている。
【００２５】
一具体例において、前記モールディングフレームは、ＰＣＢを含む電池セルの外周辺を囲む構造からなるので、電池セルの外周辺に形成されるだけでなく、電池セルの間に位置するＰＣＢ乃至ＰＣＢケース内にも注入されるため、電池セルとＰＣＢ乃至ＰＣＢケースを固定することができ、電池パックをデバイスに固定させることもできる。
【００２６】
他の具体例において、前記モールディングフレームは、電池セルの上面および下面の外周端部を含んで電池セルの中心方向に延長されるように形成される。このように、モールディングフレームが電池セルの中心方向に延長形成される場合、電池セルの外周辺から印加される衝撃から電池パックを保護できる。
【００２７】
本発明は、前記製造方法により製造された電池パックの製造装置を提供するものであって、相互結合される下部金型と上部金型とを含み、前記下部金型および上部金型のうち少なくともいずれか一つにＰＣＢを含む電池セルの外形に対応する構造が刻印されており、前記金型には熱可塑性樹脂を注入できる射出口が形成されている構造からなる電池パックの製造装置を提供する。
【００２８】
一般に、金型に形成されている射出口の個数が少ない場合には、熱可塑性樹脂が金型内で不均一に拡散するため、不良率が高くなる。また、熱可塑性樹脂を注入する時、高い圧力が必要になり、高圧成形時に電池セルに衝撃が加わるという問題がある。
【００２９】
これに、本発明による電池パックの製造装置に使用される金型は、電池セルの外周エッジに対応する部位および電池セルの外周辺に対応する部位それぞれに少なくとも１つ以上の射出口が形成されている構造からなっている。
【００３０】
例えば、２つの電池セルの間にＰＣＢが位置する場合、一つの電池セルでＰＣＢ方向を除いた３つの外周辺、およびＰＣＢが位置した反対側の２つの外周エッジ部それぞれに１つ以上の射出口が形成される。したがって、熱可塑性樹脂の移動距離が短くなれば全体的に均一に分布できるので、モールディングフレームの不良率を低くすることができる。
【００３１】
一方、前記金型は、ＰＣＢに対応する部位またはＰＣＢケースに形成された熱可塑性樹脂の貫通口に対応する部位に射出口が形成されている構造であるため、電池セルに対するＰＣＢの装着がより安定的に行われる。
【００３２】
また、前記モールディングフレームは、ＰＣＢを含む電池セルの上面および下面の外周端部を含んで電池セルの中心方向に延長されるように形成されるため、このようなモールディングフレームを形成できるように、前記金型は、電池セルの上面および下面の外周端部から電池セルの中心方向に延長されたモールディングフレームが形成されるように傾いた構造からなっている。
【００３３】
本発明はまた、前記方法で製造された電池パックおよび前記電池パックを電源として含むデバイスを提供する。
【００３４】
具体的に、前記電池パックは、高温安全性、長いサイクル特性および高いレート特性などが要求されるデバイスの電源として使用することができ、このようなデバイスの具体的な例としては、モバイル電子機器、電池基盤モータによって動力を受けて動くパワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）などを含む電気車；電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気スクーター（Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒ）を含む電気二輪車；電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｏｌｆ  ｃａｒｔ）；電力貯蔵用システムなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
これらデバイスの構造およびその製作方法は当業界に公知されているので、本明細書ではこれに対する詳しい説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施例による金型に安着されたＰＣＢと連結された電池セルを示す平面図である。
【図２】他の実施例による金型に安着されたＰＣＢと連結された電池セルを示す平面図である。
【図３】ＰＣＢケースに搭載されたＰＣＢを示す分解斜視図である。
【図４】一実施例によるモールディングフレームが形成された電池パックを示す平面図である。
【図５】他の実施例によるモールディングフレームが形成された電池パックを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態による図面を参照して説明するが、これは本発明をさらに容易に理解するためのものであって、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図１および図２は、本発明の電池パックの製造方法に使用される金型にＰＣＢと連結された電池セルが安着された状態を模式的に示す平面図である。図１および図２を参照すれば、金型１００にはＰＣＢ１２０を間において両側に配置された板状型電池セル１０１、１０２が平面配列された状態で安着されている。電池セル１０１、１０２の電極端子１０３、１０４はＰＣＢの電極端子接続部１２１と連結されており、前記ＰＣＢは別途の部材なしに電極端子接続部を通して電池セルと連結されている。
【００３８】
金型１００には熱可塑性樹脂を注入するための複数の射出口１１１、１１２が形成されているが、電池セルの外周辺に対応する部位それぞれに射出口１１２が形成されており、電池セルの外周エッジ１１３に対応する部位に射出口１１１が形成されている。図１には、電池セルの外周辺それぞれに１つの射出口が示されているが、それぞれの外周辺ごとに２つまたは２つ以上の射出口が形成されることもある。
【００３９】
一方、ＰＣＢの電極端子接続部に電池セル１０１、１０２の電極端子が接続される形態乃至方法は本明細書で特に限定されないが、一つの電極端子接続部に連結される電極端子の電極が同一の構造になるように、電極端子の方向を異にする電池セルを使用したり、電池セルの配置乃至設計などを多様に設定できるだろう。
【００４０】
図２には、ＰＣＢ２２０を中心に両側に配置された２つの電池セル２０１、２０２がＰＣＢに連結された状態で金型２００に安着された状態を示しており、図１の金型１００と比較する時、ＰＣＢ２２０に対応する部位に射出口２２３がさらに形成されている点で差がある。このように、ＰＣＢと対応する部位に射出口をさらに形成する場合、熱可塑性樹脂をＰＣＢの中心部まで移動させてＰＣＢと電池セルの間に安定した連結をなすことができる。
【００４１】
図３には、ＰＣＢ２２０が上部ケース２３０および下部ケース２４０からなるＰＣＢケースに収納された状態の分解斜視図を模式的に示している。
【００４２】
図３を参照すれば、ＰＣＢケース２５０は、ＰＣＢ２２０の上面に位置する上部ケース２３０およびＰＣＢ２２０の下面に位置する下部ケース２４０から構成されており、熱可塑性樹脂がＰＣＢケース内部に注入されるためにＰＣＢケース２５０の両端は開放された構造２４２からなっている。
【００４３】
電極端子接続部を含むＰＣＢは、電極端子が電極端子接続部２２１に結合された状態で、ＰＣＢケースに搭載された状態で金型内に安着できるので、上部ケース２３０には電極端子接続部２２１と連結された外部入出力端子（図示せず）を引出するための開口２３２が形成されており、上部ケース２３０および下部ケース２４０には熱可塑性樹脂の注入のための貫通口２３１がそれぞれ２つずつ形成されている。
【００４４】
図４および図５には、モールディングフレームが形成された電池パックの平面図を模式的に示している。
【００４５】
図４および図５を参照すれば、電池パック３００は、ＰＣＢまたはＰＣＢケース３２０と連結された２つの電池セル３０１、３０２の外周辺にモールディングフレーム３６０が形成されている。モールディングフレーム３６０は、ＰＣＢの電極端子連結部と連結された電極端子が安定的に固定され、電池セルに対するＰＣＢの安定した装着が可能であるように形成されるため、ＰＣＢの上面および下面を囲みながら電池セルとの連結をなすように一定の厚さを有するフレーム構造に形成されたり、または熱可塑性樹脂がＰＣＢケースの外周辺を囲みながらＰＣＢケースの内部空間にも隙間なく注入されることができる。
【００４６】
電池パック４００は、電池パック３００のように、電池セル４０１、４０２の上面および下面の外周端部を囲むようにモールディングフレーム４６０が形成されており、さらには、電池セルの上面および下面の外周端部から電池セルの中心方向に延長された構造からなっている。このように、電池セルの中心方向にモールディングフレームが延長されて形成される場合、電池セルおよびＰＣＢの安定した固定が行われるだけでなく、モールディングフレームが形成された部分は外部衝撃を緩和する効果を得ることができて、電池パックを衝撃から保護することができる。
【００４７】
本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、前記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行えるだろう。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上で説明したように、本発明による電池パックの製造方法および電池パックの製造装置は、複数の電池セルで構成される電池パックに別途の組み立て構造を使わないため、電池パックの組み立て過程を省略でき、高容量の電池パックを提供することができる。
【００４９】
また、熱可塑性樹脂からなるモールディングフレームが形成されるため、外部衝撃が緩和される効果があって、安全性が向上した電池パックを提供することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  金型
１０１  板状型電池セル
１０２  板状型電池セル
１０３  電極端子
１０４  電極端子
１１１  射出口
１１２  射出口
１１３  外周エッジ
１２０  ＰＣＢ
１２１  電極端子接続部
２００  金型
２０１  電池セル
２０２  電池セル
２２０  ＰＣＢ
２２１  電極端子接続部
２２３  射出口
２３０  上部ケース
２３１  貫通口
２３２  開口
２４０  下部ケース
２４２  構造
２５０  ＰＣＢケース
３００  電池パック
３０１  電池セル
３０２  電池セル
３２０  ＰＣＢケース
３６０  モールディングフレーム
４００  電池パック
４０１  電池セル
４０２  電池セル
４６０  モールディングフレーム
【図１】
0006604636.tif 000002
【図２】
0006604636.tif 000003
【図３】
0006604636.tif 000004
【図４】
0006604636.tif 000005
【図５】
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