CN116998057A - 圆柱形二次电池模块、以及包括圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆 - Google Patents
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Abstract
公开了圆柱形二次电池模块、以及包括该圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆。根据本发明的一个实施方式的圆柱形二次电池模块包括：多个圆柱形二次电池单元，在多个圆柱形二次电池单元中容纳有电极组件和电解液；单元框架，在单元框架中设置有多个圆柱形二次电池单元；以及汇流条，该汇流条联接到多个圆柱形二次电池单元中的每一个并且具有多个焊接部，其中，在多个焊接部当中，以较大距离彼此间隔开的焊接部可以彼此焊接。
Description
技术领域
本申请要求于2021年9月3日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0117933的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种圆柱形二次电池模块、以及包括该圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆，并且更具体地说，涉及能够通过提高焊接质量即使在高温振动下也能确保耐久性的圆柱形二次电池模块、以及包括该圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆。
背景技术
随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速地增加，并且镍镉电池或氢离子电池已经被用作常规二次电池，但是最近，与镍基二次电池相比几乎没有记忆效应的锂二次电池，从而具有自由充电/放电、非常低的自放电速率和高能量密度的优点，被广泛地使用。
这些锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括二次电池单元和外部材料(即，电池壳体)，在二次电池单元中分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板被设置为在二者之间具有隔膜，外部材料与电解液一起密封且容纳二次电池单元。
锂二次电池由正极、负极、插置于二者之间的隔膜和电解液组成，并且根据使用哪种正极活性材料和负极活性材料而被分类为锂离子电池(LIB)、聚合物锂离子电池(PLIB)等。通常，这些锂二次电池的电极是通过在集流器(例如，铝或铜片、网、膜、箔等)上涂覆正极活性材料或负极活性材料，并且然后对其进行干燥而形成的。
通常，可以根据其中容纳有二次电池单元的外部材料的形状将二次电池分类为圆柱形、棱柱型或袋型，并且可以通过对多个二次电池单元进行串联或并联连接以二次电池模块的形式来使用圆柱形二次电池。
在圆柱形二次电池中，汇流条通过焊接联接到每个二次电池单元，并且电阻焊接通常用于使二次电池单元的电极端子的变形最小化。
电阻焊接是一种在用焊接杆按压汇流条和电极端子的同时通过使电流流动利用电阻生成的热量部分地熔化汇流条来接合汇流条和电极端子的焊接方法。
这里，电阻焊接包括图1的2点焊接方法和图4的4点焊接方法，如在现有技术文献韩国公开No.10-2021-0054790中所描述的。
然而，2点焊接方法的问题在于，在诸如二次电池的充电和放电之类的高温条件下或者在诸如驾驶车辆之类的振动条件下，汇流条的焊接部容易断裂。
另外，传统的4点焊接方法是分别对彼此靠近的两个点进行焊接，并且与2点焊接方法相比，无功电流增大，从而导致不仅在基材表面上飞溅，而且焊接熔核(weldingnugget)生长不均匀的问题，焊接熔核在焊接之后熔化并硬化表面。
具体地，当汇流条的焊点彼此靠近时，电流流向电阻相对低的汇流条的外周表面，并且对焊接没有贡献，并且这种对焊接没有贡献的电流被称为无功电流。
如果在电阻焊接期间无功电流增加，则存在焊接质量劣化并且容易脱落的问题，并且因此需要一种用于减小无功电流的方法。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决相关技术的问题，并且因此本公开旨在提供能够通过减小无功电流来提高焊接质量并且防止汇流条因高温振动或冲击被损坏的圆柱形二次电池模块、以及包括该圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆。
技术方案
根据本公开的一个方面，可以提供一种圆柱形二次电池模块，所述圆柱形二次电池模块包括：多个圆柱形二次电池单元，在所述多个圆柱形二次电池单元中容纳有电极组件和电解液；单元框架，在所述单元框架中设置有所述多个圆柱形二次电池单元；以及汇流条，所述汇流条联接到所述多个圆柱形二次电池单元中的每一个并且在所述汇流条上形成有多个焊接部，其中，在所述多个焊接部当中，以较大间距间隔开的焊接部彼此焊接。
另外，在所述汇流条上形成有四个焊接部，其中，在四个焊接部当中，位于沿着第一对角线方向的直线上的第一焊接部和第三焊接部可以彼此焊接，并且在四个焊接部当中，位于沿着第二对角线方向的直线上的第二焊接部和第四焊接部可以彼此焊接。
另外，沿着第一对角线方向的直线和沿着第二对角线方向的直线可以彼此正交，沿着第一对角线方向的直线是将第一焊接部和第三焊接部连接的直线，沿着第二对角线方向的直线是将第二焊接部和第四焊接部连接的直线。
另外，在焊接部的焊接中，可以通过在任意第一方向上施加第一电压来执行初次焊接，并且然后可以通过在与第一方向相反的第二方向上施加第二电压来执行二次焊接。
另外，第一电压和第二电压可以具有不同的幅值。
另外，用于二次焊接的第二电压的幅值可以大于用于初次焊接的第一电压的幅值。
另外，第一电压和第二电压可以具有不同的供应时间。
另外，用于二次焊接的第二电压的供应时间可以比用于初次焊接的第一电压的供应时间长。
另外，焊接部可以被设置为形成在汇流条上的突起。
此外，根据本公开的另一方面，可以提供一种包括上述圆柱形二次电池模块的二次电池组，并且还可以提供一种包括圆柱形二次电池模块的车辆。
有益效果
根据本公开的实施方式，增加焊接部之间的间隙以减小无功电流，从而提高焊接质量并且防止汇流条因高温振动或冲击被损坏。
附图说明
图1是根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块的示意性透视图。
图2是图1的分解透视图。
图3是图1中的部分A的放大图。
图4是示意性地示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块中的二次电池单元和汇流条的焊接方法的视图。
图5是示意性地示出根据图4的焊接方法的曲线图的图。
图6是示出根据图4的焊接方法的实际实验曲线图的图。
图7是示出根据图6的实验的结果数据的图。
图8是示出与图6的比较实验曲线图的图。
图9是示出根据图8的实验的结果数据的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应当被解释为限于一般含义和字典含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅仅是用于说明的目的的优选示例，而不是旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等效替换和修改。
在附图中，为了描述的方便和清楚起见，每个组件或构成组件的特定部分的尺寸被夸大、省略或示意性地示出。因此，每个组件的尺寸并不能完全地反映实际尺寸。如果确定对相关的已知功能或配置的详细描述可能不必要地模糊本公开的要点，则将省略这样的描述。
如本文中所使用的，术语“联接”或“连接”不仅是指一个构件和另一构件直接联接或直接连接的情况，而且是指一个构件通过接头构件而间接地联接或间接地连接到另一构件的情况。
图1是根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块的示意性透视图，图2是图1的分解透视图，图3是图1中的部分A的放大图，图4是示意性地示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块中的二次电池单元和汇流条的焊接方法的视图，以及图5是示意性地示出根据图4的焊接方法的曲线图的图。
参照附图，根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块10包括多个圆柱形二次电池单元100、单元框架200和汇流条300。
圆柱形二次电池单元100包括电极组件(例如，卷芯型电极组件)、将电解液与电极组件一起容纳在其中的圆柱形电池壳体、以及形成在电池壳体中的电极端子110(例如，形成在电池壳体的上部上的正极端子和形成在电池壳体的下部上的负极端子)。
电极组件可以具有这样的结构，其中隔膜插置在正极与负极之间并且卷绕成卷芯形状，其中正极引线附接到正极并且连接到例如电池壳体的上正极端子，并且负极引线附接到负极并且连接到例如电池壳体的下负极端子。
另外，圆柱形中央销可以被插入到电极组件的中央。中央销可以用作用于固定和支撑电极组件以及在充电/放电和操作期间排放由内部反应生成的气体的通道。
这里，在电池壳体内部(例如，在顶盖的下部处)，可以设置用于通过由于电池壳体内部的压力增加而破裂来排放气体的安全排气口。
多个圆柱形二次电池单元100可以以各种方式串联或并联连接以供使用。例如，汇流条300可以连接到圆柱形二次电池单元100的正极端子和负极端子中的每一个，以串联或并联连接。
单元框架200由各种形状和材料形成，从而分别设置多个圆柱形二次电池单元100。单元框架200可以由金属材料制成以保持预定刚度，但不限于此。
汇流条300联接到多个圆柱形二次电池单元100中的每一个。汇流条300可以由导电的各种材料(例如铜或各种类型的铜合金)制成。例如，汇流条300可以由镀锡的铜合金制成，但是材料不限于此。
参照图3，在汇流条300上形成多个焊接部310。这里，焊接部310可以被设置为从汇流条300突出形成的突起。另外，多个焊接部310可以例如通过电阻焊接联接到圆柱形二次电池单元100。这里，在多个焊接部310当中，以较大间距间隔开的焊接部310被设置为彼此焊接。
参照图1至图3作为示例，可以在汇流条300上形成四个焊接部310。然而，多个焊接部310的数量不限于四个。
另外，四个焊接部310当中的位于沿着第一对角线方向的直线400上的第一焊接部311和第三焊接部313彼此焊接，使得四个焊接部310当中的以较大间距间隔开的焊接部310可以彼此焊接。
另外，在四个焊接部310当中，位于沿着第二对角线方向的直线500上的第二焊接部312和第四焊接部314彼此焊接。这里，如果四个焊接部310以直线连接，则四个焊接部310可以被设置为绘制出正方形。另选地，四个焊接部310也可以被设置为通过将四个焊接部以直线连接而绘制出矩形或菱形。
也就是说，参照图3，第一焊接部311被焊接到位于距离第一焊接部311在对角线方向上最远的第三焊接部313，并且第二焊接部312被焊接到位于距离第二焊接部312在对角线方向上最远的第四焊接部314。
以此方式，当四个焊接部310当中的以较大间距间隔开的焊接部310(即，彼此相距最远的焊接部310)被焊接在一起时，无功电流减小。
另外，对焊接有贡献的有功电流相对地增加了与为焊接提供的电流当中的无功电流减小的一样多，从而改进焊接质量并且防止对焊接区域的损坏。
此外，第一对角线直线400和第二对角线直线500可以被设置为彼此正交，第一对角线直线400是将第一焊接部311和第三焊接部313连接的直线，第二对角线直线500是将第二焊接部312和第四焊接部314连接的直线。
以此方式，当第一对角线直线400和第二对角线直线500被设置为彼此正交时，四个焊接部310之间的距离是平衡的，从而可以进行均匀的焊接。
参照图4，在汇流条300的焊接部310和电极端子110被焊接杆800按压的同时执行焊接，并且此时，焊接部310的焊接被设置为使得通过在任意第一方向上施加第一电压610来执行初次焊接，并且然后通过在与第一方向相反的第二方向上施加第二电压710来执行二次焊接。
例如，基于图4，在向左侧的+极和右侧的-极施加第一电压610的同时执行初次焊接，并且第一电流620沿着第一方向(即，在图4中从左到右)流动。
另外，在初次焊接之后，执行二次焊接。基于图4，在向右侧的+极和左侧的-极施加第二电压710的同时执行二次焊接，并且第二电流720沿着第二方向(即，在图4中从右向左)流动。
如上所述，在根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块10中，在初次焊接之后电压的极性被反转，并且然后执行二次焊接，使得通过这种极性切换型焊接在整个焊接部310上方实现平衡接合。
此外，在上述极性切换型焊接中，初次焊接的第一电压610和其极性与第一电压610相反的二次焊接的第二电压710可以被设置为具有不同的幅值。例如，用于二次焊接的第二电压710的幅值可以大于用于初次焊接的第一电压610的幅值。
参照图5作为与电压相关的实施方式，用于初次焊接的第一电压610的绝对幅值为5.0伏，而用于二次焊接的第二电压710的绝对幅值为5.4伏。在图5中，伏由V表示。
如果在汇流条300和电极端子110未被焊接的状态下以高电压初次对焊接部310执行焊接，则焊接表面可能剥离并且焊接可能变得不稳定。
为了解决这个问题，以比二次焊接相对更低的电压执行初次焊接。另外，当通过初次焊接在汇流条300和电极端子110之间进行一定程度的接合时，即使在二次焊接中使用高于初次焊接的电压，也可以稳定地执行焊接而不会剥离焊接表面。
也就是说，如上所述，当用于二次焊接的第二电压710的幅值大于用于初次焊接的第一电压610的幅值时，可以防止焊接表面被剥离并且可以稳定地执行焊接。
然而，图5中的电压的幅值在一个实施方式中并且不限于该电压的幅值。另外，在图5中，二次焊接被指示为-5.4伏，这意味着在与初次焊接相反的方向上施加电压。
图6是示出根据图4的焊接方法的实际实验曲线图的图，图7是示出根据图6的实验的结果数据的图，图8是示出与图6的比较实验曲线图的图，以及图9是示出根据图8的实验的结果数据的图。
参照图6，在实际实验中，用于初次焊接的第一电压610的绝对幅值为4.4伏，用于二次焊接的第二电压710的绝对幅值为4.8伏，并且第一电压610的绝对幅值和第二电压710的绝对幅值不同。在图6中，与图5一样，伏由V表示。
参照图7，图7是图6的实际实验的结果数据，当按压力为3.8kgf时，拉力的最大值为22.42kgf，最小值为16.38kgf，并且平均值为19.55kgf。这里，按压力是在焊接期间对焊接部施加的力，并且拉力是在焊接完成之后拉动以分离焊接部所需的力。高拉力意味着焊接区域的接合力高，并且因此提高了焊接部的机械性能。这里，拉力是在焊接完成之后通过机械测试(例如，机械地撕裂焊接部的测试)测量的值。
参照图8，在实际实验中，用于初次焊接的第一电压610的绝对幅值和用于二次焊接的第二电压710的绝对幅值相同，均为4.8伏。在图8中，与图5一样，伏由V表示。
参照图9，图9是图8的实际实验的结果数据，当按压力为3.8kgf时，拉力的最大值为18.20kgf，最小值为12kgf，并且平均值为16.1kgf。
当比较图7和图9时，可以看出，在第一电压610和第二电压710的绝对幅值彼此不同的情况下的拉力高于第一电压610和第二电压710的绝对幅值相同的情况下的拉力。也就是说，当第一电压610和第二电压710的绝对幅值彼此不同时，尤其是当第二电压710的绝对幅值大于第一电压610的绝对幅值时，可以看出焊接部的机械性能得到了改进。
另外，在上述极性切换型焊接中，初次焊接的第一电压610的供应时间和其极性与第一电压610相反的二次焊接的第二电压710的供应时间可以被设置为彼此不同。例如，用于二次焊接的第二电压710的供应时间可以比用于初次焊接的第一电压610的供应时间长。这与上面在第一电压610和第二电压710之间的幅值差中描述的原因相同。
参照图5，作为与供应时间相关的实施方式，用于初次焊接的第一电压610的供应时间是3.9毫秒，而用于二次焊接的第二电压710的供应时间是4.3毫秒。在图5中，毫秒由ms表示。
如果在汇流条300和电极端子110未被焊接的状态下以预设电压初次对焊接部310长时间执行焊接，则焊接表面可能剥离并且焊接可能变得不稳定。
为了解决这个问题，在比二次焊接相对更短的时间内执行初次焊接。另外，当通过初次焊接进行一定程度的接合时，即使在二次焊接中使用电压达比初次焊接更长的时间，也可以稳定地执行焊接而不会剥离焊接表面。
也就是说，如上所述，当用于二次焊接的第二电压710的供应时间比用于初次焊接的第一电压610的供应时间长时，可以防止焊接表面被剥离并且可以稳定地执行焊接。
然而，图5中的电压的供应时间在一个实施方式中并且不限于该电压的供应时间。
此外，参照图6，在实际实验中，用于初次焊接的第一电压610的供应时间为2.5毫秒，而用于二次焊接的第二电压710的供应时间为2.9毫秒。在图6中，与图5一样，毫秒由ms表示。
另外，参照图8，在实际实验中，用于初次焊接的第一电压610的供应时间和用于二次焊接的第二电压710的供应时间相同，均为3.3毫秒。在图8中，与图5一样，毫秒由ms表示。
当比较图7和图9时，可以看出，在第一电压610和第二电压710的供应时间彼此不同的情况下的拉力高于第一电压610和第二电压710的供应时间相同的情况下的拉力。也就是说，当第一电压610和第二电压710的供应时间彼此不同时，尤其是当第二电压710的供应时间比第一电压610的供应时间长时，可以看出焊接部的机械性能得到了改进。
在下文中，将参照附图描述根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块10的操作和效果。
参照附图，被设置为突起的焊接部310形成在汇流条300上。这里，四个焊接部310可以形成在汇流条300上，并且四个焊接部310中的每一个可以焊接到位于沿着对角线方向的直线上的另一焊接部。例如，第一焊接部311和第三焊接部313可以被焊接，并且第二焊接部312和第四焊接部314可以被焊接。
以此方式，当彼此相距最远的焊接部310被焊接时，减小了无功电流并且提高了焊接质量，从而防止了对焊接区域的损坏。
另外，当四个焊接部310当中的两个焊接部310被焊接在一起时，执行初次焊接，使得电流在任意方向上流动，并且然后可以在电压的极性被反转同时执行二次焊接，使得电流在与任意方向相反的方向上流动。
通过这种极性切换型焊接，可以在整个焊接部310上方实现平衡接合。
此外，在极性切换型焊接中，初次焊接的第一电压610和其极性与第一电压610相反的二次焊接的第二电压710可以被设置为具有不同的幅值，例如，用于二次焊接的第二电压710的幅值可以大于用于初次焊接的第一电压610的幅值。
另外，在极性切换型焊接中，初次焊接的第一电压610的供应时间和其极性与第一电压610相反的二次焊接的第二电压710的供应时间可以被设置为不同，例如，用于二次焊接的第二电压710的供应时间可以比用于初次焊接的第一电压610的供应时间长。
因此，当汇流条300被焊接到圆柱形二次电池单元100时，存在防止焊接表面被熔断并且可以稳定地执行焊接的效果。
此外，根据本公开的实施方式的二次电池组(未示出)可以包括一个或多个如上所述的根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块10。另外，除了二次电池模块之外，二次电池组(未示出)还可以包括用于容纳二次电池模块的外壳和用于控制二次电池模块的充电/放电的各种设备，例如BMS、电流传感器、保险丝等。
此外，根据本公开的实施方式的车辆(未示出)可以包括上述圆柱形二次电池模块10或二次电池组(未示出)，并且圆柱形二次电池模块10可以包括在二次电池组(未示出)中。
另外，根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池模块10或二次电池组(未示出)可以应用于车辆(未示出)，例如，诸如电动车辆或混合动力车辆之类的被设置为使用电力的预定车辆(未示出)。
虽然上文已经关于有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种修改和改变。
工业适用性
本公开涉及圆柱形二次电池模块、以及包括该圆柱形二次电池模块的二次电池组和车辆，并且尤其适用于与二次电池相关的行业。
Claims (11)
1.一种圆柱形二次电池模块，所述圆柱形二次电池模块包括：
多个圆柱形二次电池单元，在所述多个圆柱形二次电池单元中容纳有电极组件和电解液；
单元框架，在所述单元框架中设置有所述多个圆柱形二次电池单元；以及
汇流条，所述汇流条联接到所述多个圆柱形二次电池单元中的每一个并且在所述汇流条上形成有多个焊接部，
其中，在所述多个焊接部当中，以较大间距间隔开的焊接部彼此焊接。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池模块，
其中，在所述汇流条上形成有四个焊接部，
其中，在所述四个焊接部当中，位于沿着第一对角线方向的直线上的第一焊接部和第三焊接部彼此焊接，并且
在所述四个焊接部当中，位于沿着第二对角线方向的直线上的第二焊接部和第四焊接部彼此焊接。
3.根据权利要求2所述的圆柱形二次电池模块，
其中，沿着所述第一对角线方向的直线和沿着所述第二对角线方向的直线彼此正交，沿着所述第一对角线方向的直线是将所述第一焊接部和所述第三焊接部连接的直线，沿着所述第二对角线方向的直线是将所述第二焊接部和所述第四焊接部连接的直线。
4.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池模块，
其中，在所述焊接部的焊接中，通过在任意第一方向上施加第一电压来执行初次焊接，并且然后通过在与所述第一方向相反的第二方向上施加第二电压来执行二次焊接。
5.根据权利要求4所述的圆柱形二次电池模块，
其中，所述第一电压和所述第二电压具有不同的幅值。
6.根据权利要求5所述的圆柱形二次电池模块，
其中，用于所述二次焊接的所述第二电压的幅值大于用于所述初次焊接的所述第一电压的幅值。
7.根据权利要求4所述的圆柱形二次电池模块，
其中，所述第一电压和所述第二电压具有不同的供应时间。
8.根据权利要求7所述的圆柱形二次电池模块，
其中，用于所述二次焊接的所述第二电压的供应时间比用于所述初次焊接的所述第一电压的供应时间长。
9.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池模块，
其中，所述焊接部被设置为形成在所述汇流条上的突起。
10.一种二次电池组，所述二次电池组包括根据权利要求1至9中的任一项所述的圆柱形二次电池模块。
11.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至9中的任一项所述的圆柱形二次电池模块。
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