JP2020513661A - バッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、二次電池の電極リードとバスバーとの接合工程の工程効率性が向上したバッテリーモジュールに関する。そのため、本発明によるバッテリーモジュールは、複数のパウチ型二次電池と、電気伝導性材質で構成され、前記二次電池の電極リードのうち少なくとも２つと接合して二次電池の間を電気的に連結するバスバーとを含み、前記電極リードは、前記二次電池から前後方向に突出する形態で構成され、左右側面の少なくとも１つが前記バスバーに接合される。

Description

本発明は、２つ以上の二次電池を収容するバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、二次電池の電極リードとバスバーとの間の接合工程の効率性が向上したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０１７年６月７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００７０８７５号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が常用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池パウチ外装材を備える。
一般にリチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けられる。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。このように中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるために多数の二次電池が電気的に連結される。特に、中大型装置には、積層が容易であるという長所から、パウチ型二次電池が多く用いられる。
バッテリーモジュールの内部で二次電池を電気的に連結するためには、電極リードを相互連結し、連結状態を維持するために連結部分を溶接する。さらに、バッテリーモジュールは、二次電池同士の並列及び／または直列の電気的連結を有するが、そのために電極リードの一端部は二次電池同士の電気的連結のためのバスバーに溶接などの方式で接触固定され得る。
二次電池同士の電気的連結は電極リードをバスバーに接合する方式で行われる場合が多い。このとき、二次電池を並列で電気的に連結するためには、同一極性の電極リード同士を連結接合し、直列で電気的に連結するためには、異なる極性の電極リードを互いに連結接合する。
このような接合工程で、連結されてはならない電極リード同士が接触するようになれば、内部短絡が発生して、バッテリーパックの損傷は勿論、酷い場合は発火や爆発が起きる恐れがある。一方、互いに連結されるべき電極リードが分離されれば、バッテリーモジュールから電源が正常的に供給できず、電源不感現象が生じるか又はバッテリーモジュールの容量や出力を低下させることがある。このように、電源不感現象などが生じる場合、バッテリーモジュールが装着された装置、例えば自動車などの作動が止まる恐れがあり、大きい事故につながり得る。
したがって、電極リードの接触状態は、本来の意図通りに安定的に維持される必要があり、意図せぬ電極リード間の接触又は分離が生じてはならない。さらに、自動車などに用いられるバッテリーモジュールの場合、振動や衝撃などに頻繁に露出されるため、振動や衝撃にも電極リードの連結状態が安定的に維持できるバッテリーモジュールの開発が持続的に求められている。
また、バッテリーモジュールにおいては、このような電極リード同士の連結に対する安定性と共に、溶接性の確保が必要となる。例えば、電極リード同士の連結が安定的であっても、その溶接工程が難しければ、バッテリーモジュールの生産性が低下し、不良が発生する可能性が増加し得る。
特に、バッテリーモジュールにおいて、二次電池同士を電気的に連結するためにバスバーが備えられるが、このようなバスバーは電極リードとの溶接のために電極リードと接触する必要がある。したがって、バッテリーモジュールの製造過程で電極リードとバスバーとの容易な連結のため、電極リードとバスバーとの間の接合部分に対する溶接作業を容易にするための構造が必要である。さらに、複数の電極リードとバスバーとは連結状態を安定的に維持するため、レーザー溶接などの結合工程が行われ得るが、この場合、溶接性に優れたモジュール構造が設けられることが望ましい。
しかし、従来技術のバッテリーモジュールは、二次電池の電極リードとバスバーとの安定的な接合のため、電極リードの比較的広い面積の一側面がバスバーに接触するように電極リードの一端部を折り曲げた後、電極リードの折り曲げられた一側面とバスバーの前面とを接合しなければならない。
このような接合工程では、電極リードを折り曲げてバスバーと接触させる作業をさらに行わなければならず、このような作業のために追加的な折曲ジグ構成が必要である。これによって、電極リードとバスバーとの間の溶接接合工程が複雑になり、作業時間とコストが増加する問題がある。
また、バスバーと電極リードとを接合するためのレーザー溶接などの作業は、積層された二次電池の電極リード同士の間隔が非常に狭いことから、溶接作業中に電極リード同士が接触され易くて、二次電池が損傷されないように溶接することは非常に困難な作業である。
さらに、上述した電極リードの折曲部位は、溶接工程でより広い作業空間が必要となる原因になる。例えば、接合のために溶接を行う場合、電極リードの折曲部位とバスバーとの間の溶接打点、このような溶接打点のための余裕公差、電極リードを折り曲げられた形態でバスバーと密着させるための溶接ジグの配置空間などが必要になることで、溶接作業空間がさらに狭くなり溶接効率性が低下する原因になっている。
特に、近年の軽量化趨勢によって、二次電池の厚さが益々減少し、電極リードとバスバーとの接合工程のための空間もさらに狭くなっている。すなわち、電極リードの一端部の折曲方向が二次電池の積層方向と一致する場合、積層方向の二次電池の厚さが薄くて、電極リードとバスバーとの溶接中に隣接した二次電池同士が干渉又は損傷し易く、溶接作業がややこしくなって工程時間が延びるなどの問題が生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電極リードとバスバーとの間の電気的連結の信頼性と共に、向上した溶接効率性が確保できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、電極リードを備える複数のパウチ型二次電池であって、少なくとも一方向に積層されて配列された複数のパウチ型の二次電池と、電気伝導性材質で構成されたバスバーであって、前記二次電池の電極リードのうち少なくとも２つと接合して二次電池の間を電気的に連結するバスバーとを含むことができる。
ここで、前記電極リードは、前記二次電池から前後方向に突出する形態で構成され、左右側面のうち少なくとも１つが前記バスバーに接合され得る。
また、前記バスバーは、電極リードの一端部が挿通される少なくとも１つの貫通口が形成された本体フレームを含むことができる。
さらに、前記本体フレームは、前記本体フレームが上下方向に立てられた場合、前記本体フレームの上部に位置して水平方向に長く延びたバー形態の上段バー、前記本体フレームの下部に位置して水平方向に長く延びたバー形態の下段バー、及び、前記上段バーと前記下段バーとを連結する構造で形成された延長部を含むことができる。
そして、前記延長部には、前記延長部の左右方向の厚さが前記電極リードが挿入される方向で連続的に増加するように少なくとも１つの傾斜面が形成され得る。
また、前記延長部には、前記電極リードが貫通口に挿入される方向に穿設された少なくとも１つの開口が形成され得る。
さらに、前記バスバーは、前後方向を基準に前面、後面及び側辺部を含む接合プレートを含み、前記接合プレートの側辺部は、前記電極リードの左側面または右側面と接合し得る。
そして、前記接合プレートは、前記接合プレートの外部に露出した前面が前記本体フレームの外部に露出した前面を基準に前方に突出するように、前記本体フレームに接合され得る。
一方、前記バスバーは、前記二次電池の電極リードに密着した少なくとも１つの固定プレートをさらに含むことができる。
さらに、前記固定プレートは、前記電極リードの一端部の一側面が前記接合プレートの側辺部と密着するように前記電極リードの一端部の他側面を加圧し得る。
一方、前記接合プレートの側辺部には、左側または右側に突出した少なくとも１つの突出部が形成され得る。
さらに、前記突出部は、前記電極リードの一端部の上面または下面と接合し得る。
そして、前記突出部は、前記接合プレートの一方の側辺部または他方の側辺部の上端部もしくは下端部、またはその両方に形成され得る。
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを含む。
また、上記の課題を達成するため、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。
本発明によれば、バッテリーモジュールは、二次電池の電極リードが前記二次電池の前後方向に突出する形態で構成され、前記電極リードの左右側面のうち少なくとも１つがバスバーに接合されることで、前記電極リードに折曲構造を設けなくても、前記電極リードと前記バスバーとの間の信頼性高い電気的連結が可能な接合を具現することができる。
したがって、本発明のバッテリーモジュールを製造するための接合工程では、電極リードを折り曲げてバスバーと接触させる作業を省くことができ、前記電極リードの折曲作業及び折曲ジグ構成が不要になることで、製造コストを節減し、作業時間を短縮させることができる。
また、本発明によれば、バスバーと接合する電極リードの折曲部位のため溶接工程により広い作業空間が必要となり製造効率性が低下する従来技術のような問題を防止することができる。
さらに、本発明によれば、バスバーが接合プレートを備えることで、前記バスバーと電極リードとの間の接触面積を増大させ、前記電極リードの一端部と前記バスバーとの間の溶接作業の効率性を高めることができる。
そして、本発明によれば、電極リードと追加的に接合可能な固定プレートを備えることで、前記バスバーと前記電極リードとの間の信頼性高い接合を具現することができる。
さらに、本発明によれば、多様な形状でバスバーを製造でき、バッテリーモジュールに設けられたバスバーが外部物体と干渉することを防止でき、構成の空間活用性を高めてコンパクトなバッテリーモジュールを製造することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの各構成を分離して一部のみを示した分離斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの二次電池を上部から眺めた形態の一部拡大図である。 図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの構成を分離して示した分離斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの一形態を示した正面図である。 図５のＡ−Ａ’線に沿った断面の一形態を示した断面図である。 図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの一形態を示した後面斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの一部二次電池とバスバー構成の一形態を示した斜視図である。 図８のＢ−Ｂ’線に沿った断面の一形態を示した断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池とバスバー構成の一形態を示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池の電極リードとバスバーとの接合過程を示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池の電極リードとバスバーとの接合過程を示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池とバスバーの一形態を示した斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面における構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張、省略、または、概略的に示され得る。したがって、各構成要素の大きさや比率は実際的な大きさや比率を専ら反映するものではない。
図１は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した斜視図であり、図２は図１のバッテリーモジュールの各構成を分離して一部のみを示した分離斜視図であり、図３は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの二次電池を上部から眺めた形態の一部拡大図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュール４００は、複数の二次電池１００及びバスバー２００を含むことができる。
前記二次電池１００は、パウチ型の二次電池１００であり得る。特に、このようなパウチ型二次電池１００は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備えることができる。
ここで、電極組立体は、１つ以上の正極板及び１つ以上の負極板がセパレータを介在して配置された形態で構成され得る。より具体的に、電極組立体は、１つの正極板と１つの負極板とがセパレータと一緒に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介在して積層された積層型などに分けられる。
また、パウチ外装材は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備える形態で構成され得る。このようなパウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために金属薄膜、例えばアルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１００内部の構成要素と二次電池１００外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するため、絶縁物質で形成された絶縁層の間に介在され得る。
特に、パウチ外装材は、２つのパウチで構成され得、そのうち少なくとも１つに凹んだ形態の内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチの内部空間には電極組立体が収納され得る。そして、２つのパウチの外周面にはシーリング部が備えられ、このようなシーリング部が相互融着されることで、電極組立体が収容された内部空間が密閉される。
それぞれのパウチ型二次電池１００は、電極リード１１１を備え、このような電極リード１１１には正極リード１１１及び負極リード１１２が含まれ得る。ここで、電極リード１１１、１１２は、図２に示されたように、プレート状で構成され、Ｆ方向（図１を参照）から眺めたとき、地面に略垂直に立てられる形態で配置され、２つの広い面が左右側にそれぞれ位置している。
より具体的に、電極リード１１１、１１２は、左右側面が上面と下面に比べて広い面で構成され、前後方向に位置したパウチ外装材のシーリング部から突出している。このような電極リード１１１、１１２は、二次電池１００の電極端子として機能することができる。
さらに、前記正極リード１１１と前記負極リード１１２とは、二次電池１００の中心を基準に相互逆方向に備えられ得る。換言すれば、二次電池１００は、電極リード１１１、１１２が前方と後方に突出するように構成され得る。例えば、図３に示されたように、１つの電極リード１１１は二次電池１００から前方に突出する形態で構成され、他の１つの電極リード１１２は二次電池１００から後方に突出する形態で構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、１つの二次電池１００において、正極リード１１１と負極リード１１２との干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を拡大でき、電極リード１１１間の溶接工程及び電極リード１１１とバスバー２００との間の溶接工程などをより容易に行うことができる。
パウチ型二次電池１００は、バッテリーモジュール４００に複数個含まれて、少なくとも一方向に積層されて配列され得る。例えば、図１に示されたように、複数のパウチ型二次電池１００が水平方向に並んで積層された形態で構成され得る。このとき、それぞれのパウチ型二次電池１００は、Ｆ方向から眺めたとき、２つの広い面が左右側にそれぞれ位置し、上部と下部、前方と後方にはシーリング部が位置するように地面に略垂直に立てられる形態で配置され得る。換言すれば、それぞれの二次電池１００は、上下方向に立てられた形態で構成され得る。
一方、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。ただし、本明細書では、説明の便宜上、Ｆ方向から眺めるときを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示すことにする。
上述したパウチ型二次電池１００の構成については、本願発明が属する技術分野の当業者にとって自明な事項であるため、より詳細な説明は省略する。そして、本発明によるバッテリーモジュール４００には、本願発明の出願時点で公知された多様な二次電池１００を採用できる。
一方、前記バッテリーモジュール４００は、バスバー２００を含むことができる。
ここで、バスバー２００は、電気伝導率が比較的に高い電気伝導性金属材質で構成され得る。例えば、前記バスバー２００は、ニッケル、銅、アルミニウム、鉛及びスズから選択される１つ以上の電気伝導性素材で構成され得る。例えば、前記バスバー２００は銅素材を備える。ただし、本発明が必ずしもこれに限定されることはなく、外にも多様な金属がバスバー２００の材料として用いられ得る。
また、前記バスバー２００は、前記複数の二次電池１００の電極リード１１１、１１２のうち少なくとも２つと接合して、複数の二次電池１００の間を電気的に連結することができる。
例えば、前記バスバー２００は、同一極性の２つ以上の電極リード１１１と接合して、複数の二次電池１００の間を電気的に並列連結することができる。また、前記バスバー２００は、異なる極性の電極リード１１１、１１２と接合して、複数の二次電池１００の間を電気的に直列連結することができる。さらに、前記バスバー２００は、並列方式と直列方式を両方使用して複数の二次電池１００の間を電気的に連結することができる。
特に、本発明のバッテリーモジュール４００は、二次電池１００から前後方向に突出している電極リード１１１の左右側面の少なくとも１つが前記バスバー２００に接合され得る。
本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーモジュール４００は、前後方向に突出した電極リード１１１の端部の側面がバスバー２００と接合することで、従来技術と異なって、電極リード１１１に折曲構造を設けなくても、電極リード１１１とバスバー２００との間の信頼性高い接合を具現することができる。これによって、電極リード１１１とバスバー２００との間の接合工程が容易になり、工程時間が短縮する効果がある。
また、前記電極リード１１１の一端部は、上下方向の面より相対的に面積が広い左右方向の側面の少なくとも１つが前記バスバー２００に接合され得る。
さらに、前記電極リード１１１は、電極リード１１１が突出した前後方向に沿って一直線に延び得る。しかし、本発明がこのような電極リードの構造のみに限定されることはなく、場合によって、電極リード１１１の一端部が、バスバー２００の一部と接合するように、電極リード１１１が突設された前後方向に対して所定の角度に曲がり得る。例えば、電極リード１１１は、電極リード１１１が突設された前後方向に対して３０°未満の範囲で曲がり得る。
図４は図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの構成を分離して示した分離斜視図であり、図５は図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの一形態を示した正面図であり、図６は図５のＡ−Ａ’線に沿った断面の一形態を示した断面図であり、図７は図１のバッテリーモジュールの一部構成であるバスバーの一形態を示した後面斜視図である。
図４〜図７を参照すれば、前記バスバー２００は、本体フレーム２３０及び接合プレート２１０、２１１を含むことができる。
ここで、前記本体フレーム２３０は、電気伝導率が比較的に高い電気伝導性金属材質で構成され得る。例えば、前記本体フレーム２３０は、ニッケル、銅、アルミニウム、鉛及びスズから選択される１つ以上の電気伝導性素材で構成され得る。例えば、前記本体フレーム２３０は、銅素材を備える。ただし、本発明が必ずしもこれに限定されることはなく、外にも多様な金属が本体フレーム２３０の材料として用いられ得る。
また、前記本体フレーム２３０には、少なくとも１つの貫通口Ｈ１が形成され得る。より具体的に、前記貫通口Ｈ１は、電極リード１１１が折り曲げられずに本体フレーム２３０の内部に位置できるように、電極リード１１１と対応する位置に形成され得る。さらに、前記貫通口Ｈ１は、電極リード１１１の末端部の挿入が容易な形状であり得、例えば、電極リード１１１の末端部の形状と類似するか、または、それより大きい幅と長さを有する長方形に形成され得る。
本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーモジュール４００は、前記電極リード１１１が折り曲げられずに一直線に延びた状態で、本体フレーム２３０と干渉せずに貫通口Ｈ１に挿入されてバスバー２００と接合し得る。
そして、前記本体フレーム２３０は、上段バー２３２、下段バー２３３及び延長部２３４、２３５を含むことができる。
ここで、上段バー２３２は、本体フレーム２３０が上下方向に立てられた場合、本体フレーム２３０の上部に位置して水平方向に長く延びたバー形態であり得る。
また、下段バー２３３は、前記本体フレーム２３０の下部に位置して水平方向に長く延びたバー形態であり得る。
そして、延長部２３４、２３５は、前記上段バー２３２と下段バー２３３とを連結する構造である。より具体的に、前記延長部２３４、２３５は、上段バー２３２から下方に延びて下段バー２３３と連結されたリーブ形状であり得る。また、前記延長部２３４、２３５の間には貫通口Ｈ１が形成され得る。図７に示されたように、前記バスバー２００の前記本体フレーム２３０には、上段バー２３２と下段バー２３３とを連結する構造で形成された７つの延長部２３４、２３５が形成され得る。
図６を再び参照すれば、前記延長部２３４、２３５には、少なくとも１つの傾斜面２３６が形成され得る。具体的に、前記延長部２３４、２３５は、少なくとも一部分に対する左右方向の厚さｔ１が電極リード１１１が挿入される方向、すなわち内側から外側に連続的に増加する傾斜面２３６が形成され得る。すなわち、図７に示されたように、前記バスバー２００の本体フレーム２３０には、内側から外側に傾斜面２３６が延長部２３４、２３５の一側面または両側面に形成され得る。
このような構成によれば、本発明によるバッテリーモジュール４００は、前記電極リード１１１が貫通口Ｈ１に挿入される過程で本体フレーム２３０と干渉する場合にも、電極リード１１１が延長部２３５に形成された傾斜面２３６に沿って貫通口Ｈ１にガイドされて挿入できる。これによって、本発明は、電極リード１１１がバスバー２００に挿入される工程が容易になることで、バッテリーモジュール４００の製造工程性が向上し、自動化に有利であり、製造効率が向上することができる。
また、前記延長部２３４、２３５のうちいずれか１つ以上には、少なくとも１つの開口Ｑ１が形成され得る。すなわち、開口Ｑ１は、少なくとも１つの延長部２３４、２３５に形成され得る。また、前記開口Ｑ１は、１つの延長部２３５に１つ以上形成され得る。
しかし、本発明が本体フレーム２３０に形成されたすべての延長部２３４、２３５に開口Ｑ１が形成された形態に限定されることはなく、一部の延長部２３５のみに開口Ｑ１が形成された形態も含まれる。例えば、図７に示されたように、本体フレーム２３０の７つの延長部２３４、２３５のうち、３つの延長部２３５のみに開口Ｑ１が形成されても良い。
具体的に、前記開口Ｑ１は、電極リード１１１が貫通口Ｈ１に挿入される方向と同じ方向、例えばバッテリーモジュール４００の前後方向に穿設され得る。図７に示されたように、前記開口Ｑ１は、前記バスバー２００の本体フレーム２３０が上下方向に立てられた場合、電極リード１１１が貫通口Ｈ１に挿入される方向と同じ方向、換言すれば、内側から外側に、延長部２３５の上部、中部及び下部にそれぞれ形成され得る。
このような構成によれば、前記本体フレーム２３０は、延長部２３５に形成された開口Ｑ１の個数と大きさによってバスバー２００の体積と重量を効果的に低減できて、バッテリーモジュール４００も軽量化することができる。
一方、前記バスバー２００は、電極リード１１１と接合して電気的に連結される接合プレート２１０、２１１を含むことができる。
図４を再び参照すれば、前記接合プレート２１０は、前後方向を基準に前面２１３、後面２１４及び側辺部２１５、２１６、２１７、２１８を含む形状であり得る。ここで、「側辺部」は、接合プレート２１０、２１１の外側縁になる部分である。しかし、「側辺部」という用語に限定されず、場合によって、側部、エッジ、角などに表され得る。
さらに、前記接合プレート２１０の前面２１３と後面２１４は、相対的に側辺部２１５、２１６、２１７、２１８より広い面積で形成され得る。
また、前記接合プレート２１０、２１１は、本体フレーム２３０の前面に位置し得る。そして、前記接合プレート２１０、２１１は、上下に長く立てられた状態で複数個が一定間隔を置いて離隔して位置し得る。
図８は図１のバッテリーモジュールの一部二次電池とバスバー構成の一形態を示した斜視図であり、図９は図８のＢ−Ｂ’線に沿った断面の一形態を示した断面図である。
図４、図８及び図９を参照すれば、前記接合プレート２１０、２１１の側辺部２１５、２１６、２１７、２１８のうち左右側の側辺部２１５、２１６は、電極リード１１１の左側面または右側面と接合し得る。すなわち、前記接合プレート２１０、２１１は、一方の側辺部２１５及び／または他方の側辺部２１６の一部が電極リード１１１と接合し得る。
例えば、図４及び図５に示されたように、前記本体フレーム２３０の左右両側端に形成された接合プレート２１１は、左右方向の一方の側辺部または他方の側辺部に電極リード１１１が接合され得る。また、前記本体フレーム２３０の両側端に形成された接合プレート２１１を除いた他の接合プレート２１０は、一方の側辺部２１５及び他方の側辺部２１６に電極リード１１１が接合され得る。
ここで、前記電極リード１１１と接合プレート２１０との間の接合は、溶接接合であり得る。具体的に、前記電極リード１１１は、溶接によって電極リード１１１の一端部と接合プレート２１０の一部を溶融加熱した後、溶融された金属が混融されながら電極リードの一端部と接合プレート２１０との間が接合され得る。例えば、前記接合プレート２１０と２つの電極リード１１１との間は、相互接触した状態でレーザー溶接などの方式でレーザーを照射して溶接され得る。
すなわち、前記電極リード１１１は、溶接工程で前記接合プレート２１０の電極リード１１１の一端部が溶融され、溶融状態の金属が接合プレート２１０の側辺部と接触して接合され得る。
本発明のこのような構成によれば、本発明のバスバー２００は、電極リード１１１が突出された前後方向に貫通口Ｈ１に挿入された状態で、接合プレート２１０の側辺部と接合することで、電極リード１１１の折曲構造がなくても電極リード１１１とバスバー２００との間の信頼性高い接合構造を具現することができる。これによって、前記電極リード１１１の端部を折り曲げる工程を省くことができ、製造時間及びコストを効果的に減少させることができる。
一方、前記接合プレート２１０は、前記本体フレーム２３０の前面に接合され得る。例えば、図６に示されたように、４つの接合プレート２１０、２１１は、前記本体フレーム２３０の外部に露出した前面を基準に、前面が前方に突出するように本体フレーム２３０に接合され得る。このような構成によれば、前記接合プレート２１０の側辺部が本体フレーム２３０の前面より突出し、突出した側辺部と電極リード１１１の一端部との間の接合工程を容易に行うことができる。
また、本発明の他の実施例による接合プレート２１０、２１１は、電極リード１１１の末端部より前方に位置するように構成され得る。このような構成によって、前記電極リード１１１の末端部より前方に位置した前記接合プレート２１０の一方の側辺部２１５または他方の側辺部２１６で、接合プレート２１０の前面を基準に内側に該当する部位のみが、電極リード１１１の一端部の左右側面と接合し得る。
本発明のこのような構成によれば、本発明のバスバー２００は、外部物体の衝撃又は干渉によって電極リード１１１がバスバー２００と分離されることを予め防止することができる。
図１０は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池とバスバー構成の一形態を示した斜視図である。
図１０を参照すれば、前記バスバー２０１は、二次電池１００の電極リード１１１に密着した少なくとも１つの固定プレート２４１をさらに含むことができる。
また、前記固定プレート２４１は、電極リード１１１の溶融点より高い溶融点を有する素材で構成され得る。例えば、前記固定プレート２４１の素材は鋼鉄、ステンレス鋼などであり得る。このような構成によれば、前記固定プレート２４１は、電極リード１１１と接合プレート２１０、２１１との間の溶接接合の際、相対的に高い溶融点を有するため溶融されず、固定プレート２４１が溶融された電極リード１１１と接合することを防止することができる。
さらに、前記固定プレート２４１は、電気伝導性が低い素材で構成され得る。例えば、前記固定プレート２４１は非伝導性のプラスチック素材で構成され得る。
そして、前記固定プレート２４１は、前後方向を基準に前面、後面及び側辺部を含む形状であり得る。詳しくは、前記固定プレート２４１は、前面と後面が相対的に側辺部より広い面積で形成され得る。
例えば、図１０に示されたように、前記固定プレート２４１は、本体フレーム２３０の前面に位置し得る。そして、前記固定プレート２４１は、上下方向に長く立てられた状態で複数個が一定間隔を置いて離隔して位置し得る。
さらに、前記固定プレート２４１は、電極リード１１１を介在して接合プレート２１０と対向するように位置し得る。例えば、図１０に示されたように、前記固定プレート２４１は、電極リード１１１の一端部の左右方向の一側面が接合プレート２１０、２１１の左右方向の側辺部と密着するように、電極リード１１１の一端部の左右方向の他側面を加圧するように形成され得る。
また、前記固定プレート２４１は、本体フレーム２３０の前面で移動可能に構成され得る。すなわち、前記固定プレート２４１は、接合プレート２１０、２１１それぞれの側辺部に電極リード１１１の一端部を密着させるように、本体フレーム２３０前面で左右方向に移動可能に構成され得る。
例えば、図１０に示されたように、前記本体フレーム２３０の前面には、固定プレート２４１の左右方向への移動をガイドするように構成されたガイドバー２４５が形成され得る。しかし、前記ガイドバー２４５は、固定プレート２４１を移動させるための構成のみに限定されず、前記固定プレート２４１を左右方向に精密に移動できる移動手段であれば適用可能である。
本発明のこのような構成によれば、前記バスバー２０１は、接合プレート２１０の左右方向の側辺部に電極リード１１１の一端部の左右側面が信頼性高く溶接され、電極リード１１１とバスバー２０１との間の堅固な接合構造を具現することができる。
図１１及び図１２は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池の電極リードとバスバーとの接合過程を示した斜視図である。
図１１及び図１２を参照すれば、前記延長部２３５に形成された開口Ｑ１は、バスバー２００と電極リード１１１との接合工程中に、電極リード１１１の左右側面がバスバー２００の接合プレート２１０、２１１それぞれの左右側辺部に密着するように、ボルト３００を開口Ｑ１に挿入して固定プレート３４１を左右方向に移動させる加圧力を伝達するための構造として活用できる。
例えば、図５及び図１１に示されたように、固定プレート３４１を開口Ｑ１が形成された延長部２３５の前面に隣接して位置させる。その後、図５及び図１２に示されたように、末端に向かって直径が減るテーパー状のボルト３００を前記延長部２３５に形成された開口Ｑ１に挿入し、挿入されたボルト３００が固定プレート３４１を接合プレート２１０が位置した方向に加圧移動させることで、電極リード１１１の一端部を接合プレート２１０、２１１の側辺部に密着させることができる。
図１３は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの二次電池とバスバーの一形態を示した斜視図である。
図１３を参照すれば、本発明のさらに他の実施例によるバスバー２０２は、前記接合プレート２１０、２１１の側辺部に、電極リード１１１が突設された方向を基準に左側または右側に突出した少なくとも１つの突出部２１２が形成され得る。
具体的に、前記突出部２１２は、前記接合プレート２１０、２１１の一方の側辺部または他方の側辺部の上端部及び／又は下端部に形成され得る。例えば、図１３に示されたように、前記接合プレート２１０の左右方向の一方の側辺部２１５及び他方の側辺部２１６の上端部及び下端部それぞれに２つの突出部２１２が形成され、前記接合プレート２１１の他方の側辺部の上端部及び下端部に２つの突出部２１２が形成され得る。
そして、前記突出部２１２は、電極リード１１１の一端部の上面または下面と接合した構造であり得る。例えば、図１３に示されたように、接合プレート２１１に形成された２つの突出部２１２は、電極リード１１１の一端部の上面及び下面と接合した構造であり得る。
このような構成によれば、本発明のさらに他の実施例によるバスバー２０２は、電極リード１１１と接合プレート２１０との間の接合面積をさらに増加させ、電極リード１１１とバスバー２０２との間の堅固な接合構造を具現することができる。
本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュール４００を１つ以上含むことができる。また、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール４００の外に、バッテリーモジュール４００を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール４００の充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサ、ヒューズなどをさらに含むことができる。
また、本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含むことができる。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のように方向を表す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜上使用されたものであって、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは本発明の当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明はバッテリーモジュールに関し、特に、このようなバッテリーモジュールを使用して構成したバッテリーパック、該バッテリーパックによって駆動される自動車、例えば電気自動車に関連する産業に利用可能である。
１００ 二次電池
１１１ 電極リード（正極リード）
１１２ 電極リード（負極リード）
２００ バスバー
２０１ バスバー
２０２ バスバー
２１０ 接合プレート
２１１ 接合プレート
２１２ 突出部
２１３ 前面
２１４ 後面
２１５ 側辺部
２１６ 側辺部
２１７ 側辺部
２１８ 側辺部
２３０ 本体フレーム
２３２ 上段バー
２３３ 下段バー
２３４ 延長部
２３５ 延長部
２３６ 傾斜面
２４１ 固定プレート
２４５ ガイドバー
３００ ボルト
３４１ 固定プレート
４００ バッテリーモジュール

Claims (12)

  1. 電極リードを備える複数のパウチ型二次電池であって、少なくとも一方向に積層されて配列された複数のパウチ型の二次電池と、
    電気伝導性材質で構成されたバスバーであって、前記二次電池の電極リードのうち少なくとも２つと接合して二次電池の間を電気的に連結するバスバーと
    を含み、
    前記電極リードは、前記二次電池から前後方向に突出する形態で構成され、左右側面の少なくとも１つが前記バスバーに接合されることを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記バスバーは、前記電極リードの一端部が挿通される少なくとも１つの貫通口が形成された本体フレーム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。
  3. 前記本体フレームは、
    前記本体フレームが上下方向に立てられた状態で、前記本体フレームの上部に位置して水平方向に長く延びたバー形態の上段バー、
    前記本体フレームの下部に位置して水平方向に長く延びたバー形態の下段バー、及び、
    前記上段バーと前記下段バーとを連結する構造で形成された延長部
    を含む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. 前記延長部には、前記延長部の左右方向の厚さが前記電極リードが挿入される方向で連続的に増加するように少なくとも１つの傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記延長部には、前記電極リードが貫通口に挿入される方向に穿設された少なくとも１つの開口が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記バスバーは、前後方向を基準に前面、後面及び側辺部を含む接合プレートを含み、
    前記接合プレートの側辺部は、前記電極リードの左側面または右側面と接合す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。
  7. 前記接合プレートは、前記接合プレートの外部に露出した前面が前記本体フレームの外部に露出した前面を基準に前方に突出するように、前記本体フレームの前面に接合され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. 前記バスバーは、前記二次電池の電極リードに密着した少なくとも１つの固定プレートをさらに含み、
    前記固定プレートは、前記電極リードの一端部の一側面が前記接合プレートの側辺部と密着するように前記電極リードの一端部の他側面を加圧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. 前記接合プレートの側辺部には、左側または右側に突出した少なくとも１つの突出部が形成され、
    前記突出部は、前記電極リードの一端部の上面または下面と接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記突出部は、前記接合プレートの一方の側辺部または他方の側辺部の上端部もしくは下端部、またはその両方に形成された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. 請求項１〜請求項１０のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
  12. 請求項１１に記載のバッテリーパックを含む自動車。
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