JP2015149282A - バッテリーモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バスバーを通じて各バッテリーセルを連結したとき、電気的安全性を向上させられるバッテリーモジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】それぞれ端子部１１１を備える複数のバッテリーセル１１０と、端子部１１１上に配置される反射部１３０と、端子部１１１に溶接され、複数のバッテリーセル１１０の間を電気的に連結するが、反射部１３０の少なくとも一部を露出させる開口部１２２が形成されたバスバー１２０と、を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びその製造方法に関する。
近年、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力バッテリーモジュールが開発されている。 このような高出力バッテリーモジュールは、高電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に使用されることができるように、複数のバッテリーセルを並列または直列に連結して高電圧または大容量で具現されている。
このようなバッテリーモジュールを採用する機器が増えつつ、バッテリーモジュールの生産性向上についての研究が進められており、機器の外観が多様化しつつ、これに対応してバッテリーモジュールの形態も多様になることが求められている。但し、バッテリーモジュールは、基本的に安全性が前提されるべきであり、これをすべて満たすことができるバッテリーモジュールの構造に関する研究が多方面へ進められている。
特許第５５２８５７１号公報
したがって、本発明は、上記の課題を解決するために案出されたもので、その目的は、バスバーを通じて各バッテリーセルを連結したとき、電気的安全性を向上させられるバッテリーモジュール及びその製造方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明の実施例によるバッテリーモジュールは、それぞれ端子部を備える複数のバッテリーセルと、前記端子部上に配置される反射部、及び前記端子部に溶接され、前記複数のバッテリーセルの間を電気的に連結するが、前記反射部の少なくとも一部を露出させる開口部が形成されたバスバーを含むことができる。
ここで、前記反射部は、前記開口部を介して流入されるレーザーを反射させることができる。
また、前記反射部が反射した前記レーザーの少なくとも一部は、前記バスバーと前記端子部との間に案内されうる。
また、前記反射部の少なくとも一部は、前記レーザーによって前記バスバーと前記端子部との間で溶融されうる。
また、前記バスバーの前記開口部は、段差の形状を有することができる。
また、前記バスバーの開口部は、第１開口部、及び前記第１開口部と連通され、前記第１開口部に比べて直径が大きく、前記端子部に隣接して位置する第２開口部を含むことができる。
また、前記反射部は、前記第２開口部内に位置することができる。
また、前記反射部は、前記第２開口部に隣接する前記バスバーの一部に接触することができる。
また、前記反射部は、少なくとも一つの傾斜面を含めて前記開口部を介して流入するレーザーを前記傾斜面に反射させて前記バスバーと前記端子部との間に案内する第１反射部、及び前記第１反射部と、前記端子部との間に位置するが、前記第２開口部に隣接する前記バスバーの一部に接触する第２反射部を含むことができる。
また、前記第２反射部の露出した表面には凹凸が形成することができる。
また、前記バスバーの開口部は、前記端子部から離れるほどサイズが小さくなる形状を有することができる。
また、前記反射部は、少なくとも一つの傾斜面を含むことができる。
また、前記開口部を介して流入するレーザーは、前記傾斜面に反射され、前記バスバーと前記端子部との間を結合させることができる。
また、前記バスバーの内壁には凹凸が形成することができる。
また、露出した前記端子部の表面には凹凸を形成することができる。
また、前記反射部の少なくとも一部は、三角形、台形、または曲面形状を有することができる。
また、前記反射部は、前記反射部に加わるレーザーの少なくとも８０％を反射させることができる。
また、前記反射部は、銀、アルミニウム、銅、及びガラス層と前記ガラス層にコーティングされた金属層を含むミラーの中から選択される少なくとも一つを含むことができる。
さらに、本発明の実施例によるバッテリーモジュールの製造方法は、それぞれ上面に反射部が配置された複数のバッテリーセルの端子部の間を電気的に連結し、前記反射部の少なくとも一部を露出させる開口部が形成されたバスバーを位置させる段階と、前記バスバーと前記端子部との間を溶接する段階を含むことができる。
この際、前記溶接の段階で、前記バスバーに形成された開口部を介してレーザーを照射することができる。
また、前記照射されたレーザーは、前記反射部で反射され、少なくとも一部が前記バスバーと前記端子部とが出会う地点へ案内することができる。
以上のように、本発明のバッテリーモジュール及びその製造方法によれば、バスバーと端子部との間の溶接部が外部に直接的に露出することなく、溶接部を堅固にすることができ、バスバーの連結による電気的安全性を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 図１に示したバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図１に示したバッテリーモジュールと比較するためのバッテリーモジュールの断面図である。 図１に示したバッテリーモジュールと比較するためのバッテリーモジュールの断面図である。 図１に示したＡ-Ａ'線に沿ったバッテリーモジュールの断面図である。 図５に示したバッテリーモジュールの反射部の多様な形態を示した断面図である。 図５に示したバッテリーモジュールの変形例によるバッテリーモジュールの断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。 本発明のまた他の実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。 本発明の実施例によるバッテリーモジュールの製造方法を説明するための工程フローチャートである。
本発明の目的、特定の長所及び新規な特徴等は、添付された図面と連関する以下の詳細な説明及び実施例からより明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素らに参照番号を付け加えるにおいて、同じ構成要素らに限っては、たとえ他の図面上に表示されてもできるだけ同じ番号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、第１、第２などの用語は多様な構成要素らを説明するのに使用しうるが、前記構成要素らは前記用語によって限定されてはならない。前記用語等は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。また、本発明を説明するにおいて、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に不透明にすると判断される場合、その詳細な説明は略する。
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１００ａの斜視図、図２は、図１に示したバッテリーモジュール１００ａの分解斜視図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーモジュール１００ａについて説明する。
図１及び図２に示したように、本実施例によるバッテリーモジュール１００ａは、複数のバッテリーセル１１０、バッテリーセル１１０の間を電気的に連結するバスバー１２０、及びバッテリーセル１１０の端子部１１１に位置する反射部１３０を含むことができる。
バッテリーセル１１０は、エネルギーを発生する部材であり、複数で構成することができる。ここで、それぞれのバッテリーセル１１０は、一面が開口されたバッテリーケースとバッテリーケース内に収納された電極組立体、及び電解液を含むことができる。この時、電極組立体及び電解液は、電気化学的に反応してエネルギーを発生することができ、このようなバッテリーケースは、例えばキャップ組立体を含むバッテリーセル１１０の一面によって密閉することができる。
また、バッテリーセル１１０の一面には、互いに異なる極性を有する端子部１１１、すなわち、陽極端子と陰極端子とが突出して具備することができ、バッテリーセル１１０の安全手段として内部から発生する気体を外部へ放出する通路として作用するベント部１１２がさらに具備することができる。一方、複数のバッテリーセル１１０は、一方向に整列することができ、直列連結の時には隣接したバッテリーセル１１０の端子部１１１の極性が互いに異なるように整列され、並列連結の時には隣接したバッテリーセル１１０の端子部１１１の極性が互いに同じくなるように整列することができる。
バスバー１２０は、複数のバッテリーセル１１０の間を電気的に連結する部材であり、バッテリーセル１１０の端子部１１１に、例えば溶接などによって結合することができる。ここで、本実施例を説明するにあたり、バスバー１２０と端子部１１１は溶接によって結合されたものと説明するが、本発明は溶接に限定されず、バスバー１２０と端子部１１１が結合される場合であれば、本発明に含まれる。また、バスバー１２０は、複数のバッテリーセル１１０うち、互いに隣合うバッテリーセル１１０の端子部１１１の間を連結して直列または並列の電気的連結を具現することができる。また、バスバー１２０は、端子部１１１に溶接することができ、この時溶接に利用されるレーザーがバスバー１２０と端子部１１１との間に引入されるようにバスバー１２０には開口部１２１が形成することができる。一方、図示しなかったが、複数のバッテリーセル１１０を固定するとか、収容するためのハウジング、プレートなどがさらに付加することもできる。
図３及び図４は、図１に示したバッテリーモジュール１００ａと比較するためのバッテリーモジュールの断面図、図５は、図１に示したＡ-Ａ’線に沿ったバッテリーモジュール１００ａの断面図、図６は、図５に示したバッテリーモジュール１００ａの反射部１３０の多様な形態を示した断面図である。
以下、これらを参照して本実施例によるバッテリーモジュール１００ａの反射部１３０について説明する。前述したように、バスバーには溶接のためのレーザーが導入されるように開口部が形成することができる。この時、図３のようなバスバー１０構造の場合、開口部１１を介してレーザーを照射してバスバー１０と端子部２０との間にレーザーを案内することができる。しかし、このような構造の場合、溶接部が外部に直接的に露出するところ、安全性の側面から好ましくない場合もある。
このような問題点を解決する方案として図４のような構造のバスバー３０を考慮して見ることができる。しかし、図４の構造のようにバスバー３０の開口部３１が段差形状を有する場合、直進性を有するレーザーを直接開口部３１の内壁と端子部４０との間、すなわち、溶接部５０に案内しにくいことがある。
レーザーを傾くようにして照射をしても図４に示したように溶接を必要としない所にレーザーが触れてしまい、溶接部５０以外のバスバー３０部分に損傷が発生することがあり、これは電気的安全性の側面からも好ましくない。
本発明の場合、図５に示したように、反射部１３０を端子部１１１上に置いてレーザーを溶接部１４０に伝達することで、このような問題点を解決することができる。具体的に、反射部１３０は、少なくとも一つの傾斜面１３１を具備し、開口部１２１を介して導入されたレーザーは傾斜面１３１に反射されてバスバー１２０と端子部１１１との間、すなわち、溶接部１４０に案内することができる。
この時、開口部１２１は、段差形状を有し、より具体的には、相対的に端子部１１１から遠く位置する第１開口部１２２、及び第１開口部１２２と連通されるが、相対的に端子部１１１に隣接して位置し、第１開口部１２２より直径の大きい第２開口部１２３を含むことができる。ここで、反射部１３０は、第２開口部１２３の内側に位置されることができ、レーザーを反射させて第２開口部１２３によって定義される内壁と端子部１１１とが出会う地点へレーザーの少なくとも一部を伝達することができる。
これによって、端子部１１１とバスバー１２０とが安定的に溶接されながらも溶接部１４０が外部に直接露出することなく、電気的安全性が向上しうる。この時、溶接部１４０が直接露出しないという意味は、第１開口部１２２が第２開口部１２３より小さくて外部からの影響を相対的に受けないという意味でもあり得る。
一方、反射部１３０は、端子部１１１上に位置するが、開口部１２１を介して露出する所に位置することができる。すなわち、開口部１２１を介して直視した時、反射部１３０が見えなければならないことを意味する。そうでない場合、レーザーを反射部１３０に直接当てることができないからである。例えば、第１開口部１２２の鉛直下方に反射部１３０を位置させることで、レーザーを反射部１３０の傾斜面に照射することができる。
一方、反射部１３０は、レーザーの照射によって一部が溶融されることもでき、溶融された一部はバスバー１２０と端子部１１１との間に介在されて溶接部１４０の一部になることも可能である。ただし、本発明がこれに限定されるものではなく、レーザーによって溶融されない物質で反射部１３０を構成することも可能である。また、溶接部１４０が溶融される場合には、反射部１３０の形状が初期とは変わることができるのは勿論である。
また、反射部１３０は、図６に示したように多様な形状で具現することができる。具体的に、図６Ａ及び図６Ｂのように反射部１３０、１３０'の少なくとも一部、例えば、断面は少なくとも一つの傾斜面１３１を有する三角形または台形形状を有することができ、または図６Ｃに示したように反射部１３０”の断面は、曲面１３２を有する半円形状を有することもできる。ただし、本発明がこれに限定されるものではなく、反射部１３０の形状は、開口部１２１を介して導入されるレーザーを反射させることができる形状であればすべて可能である。また、反射部１３０の反射率は、例えば、８０%以上を有することができるが、反射部１３０に加えられるレーザーの少なくとも８０%を反射させることができるという意味である。また、反射部１３０は、反射率の高い部材で構成することができるが、例えば、銀、アルミニウム、銅、及びミラーを含むことができる。この時、ミラーは硝子層と硝子層にコーティングされた金属層を含むように構成することができる。
図７は、図５に示したバッテリーモジュール１００ａの変形例によるバッテリーモジュール１００ｂの断面図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーモジュール１００ｂについて説明する。
前述したように、溶接部が外部に直接的に露出する場合、電気的安全性が劣ることがあり得る。この時、図５に示したようなバスバー１２０の外に図７に示したようなバスバー１２０ｂを考慮してみることができる。図７に示したバスバー１２０ｂの場合、開口部１２１ｂが端子部１１１から遠くなるほどサイズが小くなる形状を有し、これによって溶接部１４０が直接的に外部に露出しないこともあって、電気的安全性が向上されうる。また、バスバー１２０ｂと端子部１１１を溶接するためにレーザーを照射する場合、照射されたレーザーが反射部１３０によって反射し、レーザーの少なくとも一部がバスバー１２０ｂと端子部１１１との間に案内されるようにすることができる。したがって、バスバー１２０ｂと端子部１１１との間を溶接する工程に便宜を提供することができ、また電気的安全性を向上させることができる。
図８は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュール１００ｃの断面図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーモジュール１００ｃについて説明する。ここで、同じ構成要素には、同じ図面符号で説明し、以前実施例と重複する説明は略する。
図８に示したように、本実施例によるバッテリーモジュール１００ｃは、バッテリーセル１１０、バスバー１２０、及び反射部１３０を含むが、バスバー１２０の内壁及び端子部１１１の上面の中で少なくとも一つには、凹凸１１３、１２４が形成することができる。
前述したように反射部１３０が含まれる場合、レーザーの一部が溶接される地点に案内されることができる。しかしながら、傾斜面１３１の角度、またはレーザーの照射角度の違いにより、最初から溶接される地点に案内されるレーザーの量が不十分であるか、反射部１３０がレーザーによって溶融されながら傾斜面１３１の角度が変わって溶接される地点に案内されるレーザーの量が徐々に十分でなくなることがあり得る。この時、溶接される地点の周囲に乱反射を起こすようになれば、溶接される地点に案内されるレーザーの量を増やすことができるが、本実施例では乱反射を起こすためにバスバー１２０の開口部１２１の内壁及び/または端子部１１１の上面に凹凸１１３、１２４を形成することができる。
具体的に、バスバー１２０の第２開口部１２３の内壁と段差面１２５に凹凸１２４を形成するか、または反射部１３０が位置された地点を除いた端子部１１１の上面に凹凸１１３を形成することができ、これによって反射部１３０によって反射されたレーザーが溶接される地点に正確に案内されなくても第２開口部１２３の内側空間で乱反射されながら溶接部１４０に徐々に案内することができる。したがって、溶接工程上便宜を提供することができ、溶接部１４０を堅固にしてバスバー１２０の連結による電気的安全性を向上させることができる。
図９は、本発明のまた他の実施例によるバッテリーモジュール１００ｄの断面図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーモジュール１００ｄについて説明する。ここで、同じ構成要素には同じ図面符号で説明し、以前実施例と重複される説明は略する。
図９に示したように、本実施例によるバッテリーモジュール１００ｄは、バッテリーセル１１０、バスバー１２０、及び反射部１３０ｄを含むが、反射部１３０ｄの少なくとも一部外側面が第２開口部１２３に隣接したバスバー１２０に突き当たることができる。具体的に、反射部１３０ｄは、少なくとも一つの傾斜面１３１を含んで開口部１２１を介して流入されるレーザーを傾斜面１３１へ反射させてバスバー１２０と端子部１１１との間に案内する第１反射部１３３、及び第１反射部１３３と端子部１１１との間に位置して外側面が第２開口部１２３に隣接したバスバー１２０の少なくとも一部に突き当たる第２反射部１３４を含むことができる。
これによって、バスバー１２０を設置する時、第２反射部１３４の外側面に第２開口部１２３に隣接したバスバー１２０の内壁が突き当たるようにすることで、バスバー１２０のアラインメント工程を容易にすることができる。また、バスバー１２０と端子部１１１との間の空間、すなわち、溶接される地点と実質的に突き当たっている第２反射部１３４の一部が、レーザーによって溶融されながらバスバー１２０と端子部１１１との間に染みこんで溶接部１４０の一部になりうるため、溶接部１４０がより堅固に形成されてバスバー１２０の連結による電気的安全性をさらに向上させることができる。
一方、乱反射を起こすために、以前実施例で説明したように第２開口部１２３の内壁及び段差面１２５に凹凸１２４を形成することもでき、乱反射の效果を極大化するために第２反射部１３４の上面に凹凸１３５を形成することもできる。この時、第２反射部１３４の上面に凹凸１３５を形成する場合、第１反射部１３３と連結される部分を除いた第２反射部１３４の上面に凹凸１３５を形成することができる。
図１０は、本発明の実施例によるバッテリーモジュールの製造方法を説明するための工程フローチャートである。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーモジュールの製造方法について説明する。
本実施例によるバッテリーモジュールを製造するためには、まず、複数のバッテリーセル１１０を準備する（Ｓ１１０）。この時、バッテリーセル１１０は、整列された状態で準備することができ、各バッテリーセル１１０の端子部１１１の上面には反射部１３０を位置させることができる。
次に、複数のバッテリーセル１１０の間を電気的に連結するバスバー１２０を端子部１１１上に位置させることができる（Ｓ１２０）。この時、直列連結、並列連結によってバスバー１２０を配置することができ、バスバー１２０には反射部１３０の少なくとも一部を露出させる開口部１２１を形成させることができる。
次に、バスバー１２０と端子部１１１との間を溶接することができる（Ｓ１３０）。この時、バスバー１２０の開口部１２１を介してレーザーを照射して直進性のレーザーが反射部１３０に反射するようにし、反射部１３０によって反射したレーザーがバスバー１２０と端子部１１１とが出会う地点に案内されてバスバー１２０が端子部１１１に溶接されるようにすることができる。
このような製造方法によってバッテリーモジュールを製造させることができ、当業者であれば凹凸を付け加えるか、反射部の形状を異にするなど、多様に変形して使用可能であることを理解することができ、これは本発明の保護範囲内に含まれると言えるだろう。
以上、本発明を具体的な実施例を通じて詳しく説明したが、これは本発明を具体的に説明するためであり、本発明によるバッテリーモジュール及びその製造方法はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者によってその変形や改良が可能であることは明白であろう。また、本発明の単なる変形ないし変更は、いずれも本発明の領域に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は添付された特許請求の範囲によって明確になるであろう。
１１０ バッテリーセル、
１１１ 端子部、
１１３、１２４、１３５ 凹凸、
１２０、１２０ｂ バスバー、
１２１、１２１ｂ 開口部、
１２２ 第１開口部、
１２３ 第２開口部、
１３０、１３０'、１３０”、１３０ｄ 反射部、
１３１ 傾斜面、
１３３ 第１反射部、
１３４ 第２反射部、
１４０ 溶接部

Claims (21)

  1. それぞれ端子部を備える複数のバッテリーセルと、
    前記端子部上に配置される反射部と、
    前記端子部に溶接され、前記複数のバッテリーセルの間を電気的に連結するが、
    前記反射部の少なくとも一部を露出させる開口部が形成されたバスバーと、
    を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記反射部は、前記開口部を介して流入されるレーザーを反射させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記反射部が反射した前記レーザの少なくとも一部は、前記バスバーと前記端子部との間に案内されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記反射部の少なくとも一部は、前記レーザーによって前記バスバーと前記端子部との間で溶融されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記バスバーの前記開口部は、段差の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記バスバーの開口部は、第１開口部、及び前記第１開口部と連通され、前記第１開口部に比べて直径が大きくて、前記端子部に隣接して位置される第２開口部を含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記反射部は、前記第２開口部内に位置することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記反射部は、前記第２開口部に隣接する前記バスバーの一部に接触することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記反射部は、少なくとも一つの傾斜面を含めて前記開口部を介して流入するレーザーを前記傾斜面に反射させて前記バスバーと前記端子部との間に案内する第１反射部と、
    前記第１反射部と前記端子部との間に位置し、前記第２開口部に隣接する前記バスバーの一部に接触する第２反射部と、
    を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記第２反射部の露出した表面には凹凸が形成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記バスバーの開口部は、前記端子部から離れるほどサイズが小さくなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記反射部は、少なくとも一つの傾斜面を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 前記開口部を介して流入されるレーザーは、前記傾斜面に反射され、前記バスバーと前記端子部との間を結合させることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
  14. 前記バスバーの内壁には凹凸が形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  15. 露出した前記端子部の表面には凹凸が形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  16. 前記反射部の少なくとも一部は、三角形、台形、または曲面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  17. 前記反射部は、前記反射部に加わるレーザーの少なくとも８０％を反射させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  18. 前記反射部は、銀、アルミニウム、銅、及びガラス層と前記ガラス層にコーティングされた金属層を含むミラーの中から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  19. それぞれ上面に反射部が配置された複数のバッテリーセルの端子部の間を電気的に連結し、
    前記反射部の少なくとも一部を露出させる開口部が形成されたバスバーを位置させる段階と、
    前記バスバーと前記端子部との間を溶接する段階と、
    を含むことを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。
  20. 前記溶接の段階で、前記バスバーに形成された開口部を介してレーザーを照射することを特徴とする請求項１９に記載のバッテリーモジュールの製造方法。
  21. 前記照射されたレーザーは、前記反射部で反射され、少なくとも一部が前記バスバーと前記端子部とが出会う地点へ案内されることを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーモジュールの製造方法。
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