JP2021502685A - モジュールバスバーを含むバッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明によるバッテリーモジュールは、電極端子が上部及び下部に各々形成された複数の円筒型電池セルと、前記複数の円筒型電池セルを挿入して収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、前記複数の円筒型電池セルの上部または下部に位置し、水平方向へ延びた本体部、及び前記本体部の一側から前記複数の円筒型電池セルの電極端子と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続部が備えられた第1金属プレートと、前記第1金属プレートの本体部に接合され、相対的に前記第1金属プレートよりも電気伝導性の高い金属を含む第2金属プレートと、を備えたモジュールバスバーと、を含む。

Description

本発明は、モジュールバスバーを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、電流損失を減らし、製造効率を向上させることができるバッテリーモジュールの製造方法に関する。
本出願は、2018年9月21日出願の韓国特許出願第10−2018−0114299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、すべて本出願に組み込まれる。
最近、ノートブックPC、ビデオカメラ、スマートフォーンなどのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電が可能な高性能の二次電池についての研究が盛んでいる。
現在、商用化した二次電池としては、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があり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いなどの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及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介して配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材と、を備える。
このような二次電池の使用において、二次電池の温度、電流及び電圧などを確認することは、安全事故発生の防止及び二次電池の寿命向上などの面で非常に重要である。
即ち、電子機器の性能がますます向上して行くにつれ、一回に高出力の電力を供給する二次電池の性能も向上している。特に、このような高出力電子機器に使われる二次電池の場合、発熱量が非常に大きいことから、温度上昇に適切に対処できない場合、発火/爆発などの事故を誘発し得る。
このために、電子機器に適用されるバッテリー管理ユニットは、複数の二次電池の温度測定のために使われる温度素子としてNTC素子(negative temperature coefficient device)、PTC素子(positive temperature coefficient device)などを備え得る。
また、従来技術のバッテリーモジュールは、複数の二次電池を電気的に直列接続するか、または並列接続するように電気伝導性のバスバープレートを備えていた。さらに、このようなバスバープレートは、バッテリー管理ユニットと電気的に接続し、複数の二次電池の充放電を制御するか、または外部入出力端子を介して複数の二次電池の電力を外部電子デバイスへ伝達するように構成されるのが一般的であった。
最近、このようなバッテリーモジュールに備えられるバスバープレートは、電極端子との抵抗溶接の溶接性を高めるために電気抵抗が比較的高い素材を使用する場合がある。
しかし、このように電気抵抗の高いバスバープレートは、二次電池で生成された電流を外部のデバイスにまで伝達するのに電流損失を大きくする要素となり得、エネルギー効率を阻害する恐れがある。また、電気抵抗が高い素材であるほど熱伝導度が低下し、このようなバスバープレートを適用したバッテリーモジュールの放熱性能を低下させる原因になり得る。
逆に、電気抵抗が低い素材のバスバープレートを用いる場合、抵抗溶接を用いて電極端子とバスバープレートとを接合するとき、抵抗熱を充分生じさせにくいため、溶接性が劣り、溶接作業時間が長くなるという問題があった。これによって、製造コストが上昇し、バッテリーモジュールの耐久性が劣るなどの問題が発生していた。
さらに、電気抵抗を低めるために厚い金属プレートを用いる場合には、厚い金属プレートを所定の温度以上に溶接温度を上昇させるのに長い時間がかかり、多い熱源を付加しなければならないため、円筒型電池セルと厚い金属プレートとを直接抵抗溶接することが非常に困難であった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、電流損失を減らし、製造効率を向上させることができるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
なお、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の本発明によるバッテリーモジュールは、
電極端子が上部及び下部に各々形成された複数の円筒型電池セルと、
前記複数の円筒型電池セルを挿入して収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、
前記複数の円筒型電池セルの上部または下部に位置し、水平方向へ延びた本体部、及び前記本体部の一側から前記複数の円筒型電池セルの電極端子と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続部が備えられた第1金属プレートと、前記第1金属プレートの本体部に接合され、相対的に前記第1金属プレートよりも電気伝導性の高い金属を含む第2金属プレートと、を備えたモジュールバスバーと、
を含み得る。
また、前記第2金属プレートは、前記第1金属プレートの本体部にクラッド接合され得る。
さらに、前記第1金属プレートの本体部と対向している前記第2金属プレートの外側面には、前記第1金属プレートの本体部が位置した方向へ突出した結合突起が形成され得る。
そして、前記第1金属プレートの本体部には、前記結合突起が挿入固定されるように凹んだ結合溝が形成され得る。
また、前記第1金属プレートの本体部には、前記第2金属プレートの少なくとも一部が挿入されるように外側方向へ突出した支持壁が備えられた挿入部が形成され得る。
また、前記第2金属プレートには、前記第1金属プレートの本体部の少なくとも一部を囲むように本体の内部方向へ凹んだ収容溝が形成され得る。
さらに、前記第1金属プレートの接続部は、相対的に第2金属プレートよりも厚さが薄いことがある。
そして、前記モジュールバスバーは、前記第2金属プレートの外側面に接合された接合部及び前記接合部の一側から前記複数の円筒型電池セルの電極端子と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続延長部が形成された第3金属プレートをさらに備え得る。
また、前記第1金属プレートの接続部及び前記第3金属プレートの接続延長部は、所定の距離で離隔して配置され得る。
また、前記第2金属プレートは、前記第1金属プレートの本体部から外部方向へ突出して延びるように構成された突出部を備え、前記突出部には、外部入出力端子が挿入結合する固定孔が形成され得る。
そして、前記モジュールハウジングには、前記モジュールバスバーが外側に据え付けられる据付け部が形成され得る。また、前記据付け部には、前記据付け部の上に据え付けられた前記モジュールバスバーを内側方向へ加圧固定するフック構造が形成され得る。
なお、上記の課題を達成するための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を少なくとも二つ以上を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明によるデバイスは、バッテリーパックを含む。
さらに、上記の課題を達成するための本発明によるモジュールバスバーを製造する方法は、
第1金属プレートの複数の円筒型電池セルが配列された方向へ延びた本体部と前記複数の円筒型電池セルを電気的に接続するように構成された接続部とを圧延ローラーを用いて圧延して形状加工する段階と、
所定の温度で前記第1金属プレートの本体部の上に前記第1金属プレートよりも高い電気伝導性を有する第2金属プレートを圧延してクラッド接合する接合段階と、
前記第1金属プレートの前記本体部から水平方向へ延びた接続部が形成されるようにダイを用いてパンチング成形するパンチング段階と、
を含む。
さらに、前記接合段階では、前記第2金属プレートにおいて前記第1金属プレートが位置した方向へ突出して形成された結合突起が、前記第1金属プレートの本体部に挿入結合し得る。
また、前記製造方法は、前記第2金属プレートの外部入出力端子が形成されるようにダイを用いてパンチング成形する成形段階をさらに含み得る。
本発明の一面によれば、本発明のバッテリーモジュールは、第2金属プレートが、第1金属プレートの金属よりも相対的に電気伝導性の高い金属を含むことで、モジュールバスバーの電流損失を減らすことができ、バッテリーモジュールの電力損失を減少させることができる。さらに、高い伝導性を有する第2金属プレートは、相対的に第1金属プレートよりも熱伝導率が高くて冷却速度が速い。これによって、バッテリーモジュールの熱放出を手伝ってバッテリーモジュールの冷却効率を大幅向上させることができる。
また、本発明の他面によれば、第2金属プレートが第1金属プレートの本体部にクラッド接合されることで、第2金属プレートと第1金属プレートの本体部との電気的接続性が非常に優秀となり、第2金属プレートと第1金属プレートの本体部との接合性(結合性)が優秀となることから、モジュールバスバーの耐久性が弱くなることを防止することができる。
さらに、本発明の他面によれば、第2金属プレートの外側面に結合突起を形成し、第1金属プレートの本体部に結合溝を形成することで、第2金属プレートが第1金属プレートの本体部に強い結合力で接合可能となる。特に、第1金属プレートの本体部の上に第2金属プレートを圧延接合する場合、結合突起は、図3のモジュールバスバーと比較した場合、第2金属プレートとの接触面積を増加させることができ、高い結合力を呈し、接合部位に金属混和が容易になる効果を奏する。
そして、本発明の他面によれば、第1金属プレートの本体部に支持壁が備えられた挿入部を形成することで、第2金属プレートが一次的に支持固定できる。特に、第1金属プレートの本体部の上に第2金属プレートを圧延接合する場合、第2金属プレートが正位置に接合されるように、挿入部の突起によって安定的に支持固定できる利点がある。さらに、挿入部は、図3のモジュールバスバーと比較した場合、第2金属プレートとの接触面積を増加させることができ、高い結合力が得られる共に、接合部位に発生し得る電気抵抗を減少させることができる。
また、本発明の一面によれば、第2金属プレートに本体の内部方向へ凹んだ収容溝を形成することで、第2金属プレートが安定的に結合固定できる。特に、第1金属プレートの本体部の上に第2金属プレートを圧延接合する場合、第2金属プレートが正位置に接合される前に、第2金属プレートを第1金属プレートの本体部の上に一次的に固定することができ、接合工程を容易にするという利点がある。
さらに、本発明の他面によれば、第1金属プレートの接続部の厚さを薄く構成することで、このような接続部と円筒型電池セルの電極端子との溶接を迅速かつ低い工程温度で行うことができる。即ち、抵抗溶接時、厚い場合と比較すれば、接続部が薄いほど低い温度で速く溶融できる利点がある。これによって、製造工程の効率を向上させることができるだけでなく、溶接温度による円筒型電池セルの不良発生を最小化することができる。
そして、本発明の他面によれば、第1金属プレートの接続部及び第3金属プレートの接続延長部を円筒型電池セルの電極端子に抵抗溶接するように所定の距離で離隔して配置する場合、第1金属プレートの接続部同士の電流経路と比較すれば、第1金属プレートの接続部と第3金属プレートの接続延長部との電流経路はさらに長くて電気抵抗が高くなり、第1金属プレートの接続部から円筒型電池セルの電極端子、及び第3金属プレートの接続延長部までの電流経路に電流が集中できる。これによって、モジュールバスバーと電極端子との抵抗溶接が効率的に行われる。そして、製造時間を短縮し、溶接性に優れたバッテリーモジュールを製造することができる。
さらに、本発明の他面によれば、第1金属プレートよりは第2金属プレートに外部入出力端子が結合するように突出部を形成する場合、第1金属プレートが相対的に電気伝導性の高い第2金属プレートを介して外部電子機器に電力を送ることができるので、バッテリーモジュールから供給される電力の損失を最小化することができる。そして、第2金属プレートは、放熱特性が第1金属プレートよりも優秀であるので、外部入出力端子に発生した熱を外部へ放熱することがさらに有利となる。
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。 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分解して概略的に示した分解斜視図である。 図1の線C−C’によるモジュールバスバーの概略的な断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールのモジュールバスバーの概略的な断面図である。 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モジュールバスバーの概略的な断面図である。 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モジュールバスバーの概略的な断面図である。 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モジュールバスバーを概略的に示した斜視図である。 図7の線D−D’によるモジュールバスバーの概略的な断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に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じた意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に基材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。
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る。そして、図2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分解して概略的に示した分解斜視図である。
図1及び図2を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール200は、複数の円筒型電池セル100、モジュールハウジング220及びモジュールバスバー210を含み得る。
ここで、前記円筒型電池セル100は、円筒状電池缶120と、円筒状電池缶120の内部に収容された電極組立体(図示せず)と、を含み得る。
また、円筒状電池缶120は、電気伝導性の高い材質を含んでおり、例えば、円筒状電池缶120は、アルミニウムまたは銅素材を含み得る。
さらに、円筒状電池缶120は上下方向へ長く立てられた形態で構成され得る。そして、円筒状電池缶120は、上下方向へ延びた円筒状であり得る。さらに、円筒状電池缶120の上部及び下部の各々に、電極端子111及び電極端子112が形成され得る。具体的に、円筒状電池缶120の上端の扁平な円形の上面には、正極端子(電極端子)111が形成され得、円筒状電池缶120の下端の扁平な円形の下面には、負極端子(電極端子)112が形成され得る。
また、前記円筒型電池セル100は、水平方向へ複数の列及び行に配置され得る。ここで、水平方向とは、円筒型電池セル100を地面に置いたとき、地面に平行な方向を意味し、上下方向に垂直する平面上の少なくとも一方向であるともいえる。また、水平方向とは、図1のX及びY方向であるといえる。
例えば、図2に示したように、前記バッテリーモジュール200は、左右方向(X方向)の5個の列及び前後方向(Y方向)の3行に配置された複数の円筒型電池セル100を備え得る。
また、電極組立体(図示せず)は、正極と負極との間に分離膜を挟んだ状態でゼリーロール型に巻き取られた構造で形成され得る。さらに、前記正極(図示せず)には、正極タブが付着され、円筒状電池缶120の上端の正極端子(電極端子)111に接続し得る。前記負極(図示せず)には、負極タブが付着され、円筒状電池缶120の下端の負極端子(電極端子)112に接続し得る。
一方、前記モジュールハウジング220には、前記円筒型電池セル100を内部に挿入して収容できる収容部220s1、220s2が備えられ得る。具体的に、前記収容部220s1、220s2は、前記円筒型電池セル100の外側面を囲むように形成された中空構造として複数個形成され得る。この際、前記モジュールハウジング220は、電気絶縁性の素材を含み得る。例えば、前記電気絶縁性の素材は、高分子プラスチックであり得る。より具体的に、前記電気絶縁性の素材は、PVC(Poly Vinyl Chloride)であり得る。
また、図1を参照すれば、前記モジュールハウジング220は、内部空間を形成するようになっており、前、後、左、右方向へ形成された外側壁220dを備え得る。そして、図2を参照すれば、前記上部ケース220a及び前記下部ケース220bには、締結ボルト228が挿入されるように貫通孔220hが形成され得る。
例えば、図1に示したように、前記モジュールハウジング220を構成する前記上部ケース220a及び前記下部ケース220bの各々には、締結ボルト228が挿入固定される貫通孔220hが形成され得る。これによって、前記上部ケース220aと前記下部ケース220bとは、前記貫通孔220hに挿入された締結ボルト228を介して締結結合できる。
一方、図1〜図3をさらに参照すれば、前記モジュールバスバー210は、複数の円筒型電池セル100を電気的に接続するように構成され得る。例えば、前記モジュールバスバー210は、複数の円筒型電池セル100を電気的に直列接続するように構成され得る。または、前記モジュールバスバー210は、複数の円筒型電池セル100を電気的に並列接続するように構成され得る。このようなモジュールバスバー210は、電気伝導性に優れた金属からなり得る。
また、前記モジュールバスバー210は、第1金属プレート212及び第2金属プレート214を備え得る。具体的に、前記第1金属プレート212は、前記複数の円筒型電池セル100の上部または下部に位置し、水平方向へ延びた本体部212aを備え得る。さらに、前記本体部212aは、前記2列に配列された複数の円筒型電池セル100の間に配置され得る。前記本体部212aは、所定の厚さの四角プレートの形状を有し得る。
そして、前記第1金属プレート212は、前記本体部212aの一側から前記複数の円筒型電池セル100の電極端子111と接触するように水平方向へ本体部212aの両側部の各々から延びて形成された複数の接続部212bを備え得る。即ち、前記接続部212bは、前記本体部212aの水平方向(図1のX方向)の側部から前記複数の円筒型電池セル100の電極端子111の上部面と接触するように延びて形成され得る。
例えば、図3に示したように、前記モジュールバスバー210は、一つの第1金属プレート212を備え得る。また、前記第1金属プレート212は、前記複数の円筒型電池セル100の上部または下部に位置し、水平方向(図1のX方向)へ延びた本体部212aと、前記本体部212aの一側から前記複数の円筒型電池セル100の電極端子111と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続部212bと、を備え得る。
さらに、本発明の一面によれば、円筒型電池セル100の電極端子111と電気的に接続するモジュールバスバー210の接続部212bは、二つに分かれた分枝構造を有するように形成されることで、接続部212bと電極端子111との溶接工程に際し、分枝構造の間隙を用いて溶接加熱のための熱伝導率を効果的に高めることで、溶接時間を短縮し、溶接信頼性を向上させることができる。
そして、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212の本体部212aに接合され得る。さらに、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212の本体部212aと類似に四角プレートの形状を有し得る。例えば、図3に示したように、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212の本体部212aの上に接合され得る。これによって、前記第2金属プレート214は、本体部212aの延長方向に沿って延びた四角プレートの形状を有し得る。
また、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212よりも相対的に電気伝導性が高い金属を含み得る。具体的に、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212よりも相対的に電気伝導性の高い金属からなり得る。さらに、前記第2金属プレート214は、相対的に前記第1金属プレート212よりも電気伝導性がさらに高く構成され得る。
例えば、前記第1金属プレート212はニッケル素材を含み、前記第2金属プレート214は銅素材を含み得る。しかし、必ずしもこのような素材のみに限定されるものではなく、前記第2金属プレート214を、前記第1金属プレート212よりも相対的に高い電気伝導性を有するように構成できれば、前記第1金属プレート212及び前記第2金属プレート214は、ニッケル、アルミニウム、金、銀などを主材料として構成された金属合金を全て適用可能である。
即ち、前記第1金属プレート212は、前記第2金属プレート214よりも相対的に高い比抵抗の金属を含むことができる。例えば、前記高い比抵抗の金属は、ニッケルであり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第2金属プレート214は、相対的に第1金属プレート212が含む金属よりも電気伝導性の高い金属を含むことで、モジュールバスバー210の電流損失を減らすことができ、バッテリーモジュール200の電力損失を減らすことができる。さらに、前記高い伝導性の第2金属プレート214は、第1金属プレート212よりも相対的に熱伝導率が高くて冷却速度が速い。これによって、バッテリーモジュール200の熱放出を手伝ってバッテリーモジュール200の冷却効率を大幅向上させることができる。
逆に、前記第1金属プレート212は、前記第2金属プレート214が含む金属よりも比抵抗が高い金属を含むことで、前記第1金属プレート212の接続部212bを前記円筒型電池セル100の電極端子111と抵抗溶接するとき、比抵抗の高い金属によって溶接部位で高い抵抗熱を発生させることができ、溶接工程性を向上させることができる。
また、前記接続部212bは、二つに分かれた分枝構造を含み得る。即ち、前記接続部212bは、二つに分かれた分枝構造の間に所定の間隙が形成された形態であり得る。例えば、図1に示したように、前記接続部212bは、前記第1金属プレート212の本体部212aから二つに分かれた分枝構造(分離した構造)の形態で水平方向へ突出して延びて形成され得る。
一方、図3をさらに参照すれば、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212の本体部212aにクラッド接合され得る。ここで、前記第2金属プレート214と前記第1金属プレート212の本体部212aとがクラッド接合した部位は、前記第2金属プレート214の金属と前記第1金属プレート212の本体部212aの金属とが相互に金属結合した状態であり得る。
即ち、前記第2金属プレート214と前記第1金属プレート212の本体部212aとが相互に所定の温度で圧延接合される過程で、前記第2金属プレート214の一部金属と前記第1金属プレート212の本体部212aの一部金属とが相互に金属結合して混和できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第2金属プレート214が前記第1金属プレート212の本体部212aにクラッド接合されることで、前記第2金属プレート214と前記第1金属プレート212の本体部212aとの電気的接続性が非常に優秀となり、前記第2金属プレート214と前記第1金属プレート212の本体部212aとの接合性(結合性)が優秀となるので、前記モジュールバスバー210の耐久性が弱くなることを防止することができる。
図4は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールのモジュールバスバーの概略的な断面図である。
図4を参照すれば、他の実施例によるモジュールバスバー210Bは、前記第1金属プレート212Bの本体部212aと対向している前記第2金属プレート214Bの外側面に、前記第1金属プレート212Bの本体部212aが位置した方向へ突出した結合突起212pが形成され得る。そして、前記結合突起212pの形状は、凹凸構造であり得る。
しかし、前記結合突起212pの形状が凹凸構造のみに限定されず、前記結合突起212pが前記第1金属プレート212Bの本体部212aに挿入固定され、二つの部材の結合力を高めることができる適切な形状であれば、全て適用可能である。
さらに、前記第1金属プレート212Bの本体部212aには、前記結合突起212pが挿入固定されるように凹んだ結合溝212hが形成され得る。具体的に、前記結合溝212hは、前記結合突起212pの外形と対応する構造で凹んだ形態であり得る。
例えば、図4に示したように、前記第1金属プレート212Bの本体部212aと対向している前記第2金属プレート214Bの外側面には、下方へ突出して延びた9個の結合突起212pが形成され得る。そして、前記第1金属プレート212Bの本体部212aには、9個の結合突起212pと対応する形状で凹んだ9個の結合溝212hが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第2金属プレート214Bの外側面には結合突起212pを形成し、前記第1金属プレート212Bの本体部212aには結合溝212hを形成することで、前記第2金属プレート214Bが前記第1金属プレート212Bの本体部212aに強い結合力で接合できる。特に、前記第1金属プレート212Bの本体部212aの上に第2金属プレート214Bを圧延して接合する場合、前記結合突起212pは、図3のモジュールバスバー210と比較した場合、前記第2金属プレート214Bとの接触面積(結合面積)を増加させることができるため、高い結合力を呈し、接合部位に金属混和が容易になるという効果を奏する。
図5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モジュールバスバーの概略的な断面図である。
図5を参照すれば、さらに他の実施例によるモジュールバスバー210Cは、前記第1金属プレート212Cの本体部212aには、前記第2金属プレート214の少なくとも一部が挿入されるように構成された挿入部212iが形成され得る。具体的に、前記挿入部212iは、外側方向へ突出した支持壁212wを備え得る。
例えば、図5に示したように、前記第1金属プレート212Cの本体部212aには、前記第2金属プレート214の一部が挿入されるように挿入空間が形成された挿入部212iが備えられ得る。また、前記挿入部212iには、前記第2金属プレート214の水平方向の両側部を支持するように上方へ突出して形成された二つの支持壁212wが備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第1金属プレート212Cの本体部212aに支持壁212wが備えられた挿入部212iを形成することで、前記第2金属プレート214が一次的に結合固定される。特に、前記第1金属プレート212Cの本体部212aの上に第2金属プレート214を圧延接合する場合、前記第2金属プレート214が正位置に接合されるように、前記挿入部212iの突起によって安定的に支持固定できるという利点がある。さらに、前記挿入部212iは、図3のモジュールバスバー210と比較した場合、前記第2金属プレート214との接触面積を増加させることができることから、高い結合力が得られ、接合部位に発生し得る電気抵抗を減らすことができる効果を奏する。
図6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モジュールバスバーの概略的な断面図である。
図6を参照すれば、他の実施例によるモジュールバスバー210Dが備えた他の形態の第2金属プレート214Dには、本体の内部方向へ凹んだ収容溝214hが形成され得る。具体的に、前記収容溝214hは、前記第1金属プレート212Dの本体部212aの少なくとも一部を囲み得る大きさの内部空間を有し得る。例えば、図6に示したように、前記第2金属プレート214Dには、前記第1金属プレート212Dの本体部212aの水平方向における左右側面の一部及び上端面を囲むように凹んだ収容溝214hが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第2金属プレート214Dに本体の内部方向へ凹んだ収容溝214hを形成することで、前記第2金属プレート214Dを安定的に結合固定できる。特に、前記第1金属プレート212Dの本体部212aの上に第2金属プレート214Dを圧延接合する場合、前記第2金属プレート214Dが正位置に接合される前に、前記第2金属プレート214Dを前記第1金属プレート212Dの本体部212aの上に一次的に固定することができ、接合工程を容易にする利点がある。
さらに、前記収容溝214hは、図3のモジュールバスバー210と比較した場合、前記本体部212aと前記第2金属プレート214Dとの接触面積を増加させることができることから、高い結合力が得られ、接合部位に発生し得る電気抵抗を減少させることができる。
一方、図2と共に図3をさらに参照すれば、前記第1金属プレート212の接続部212bは、相対的に第2金属プレート214よりも上下方向の厚さT1が薄くてもよい。ここで、厚さT1は、前記接続部212bが前記円筒型電池セル100の電極端子111と対向する方向(上下方向)の厚さT1を意味する。
具体的に、前記第1金属プレート212の接続部212bは、前記円筒型電池セル100の電極端子111と効率的に接合されるためには、溶接時、速く溶融することが望ましい。一方、前記第2金属プレート214は、溶接が行われる部位ではなく、前記円筒型電池セル100から伝達された電流を外部電子装置へ送る電流経路の役割を果たすことができる。このために、前記第2金属プレート214は、電流伝送時における電流損失をより最小化するために電気抵抗を減少させる必要がある。これによって、前記第2金属プレート214は、電流が流れる方向の断面積がなるべく大きいことが望ましい。即ち、前記第2金属プレート214の厚さT2が厚いほど電力損失を減らすことができる。
例えば、図3に示したように、本発明のモジュールバスバー210は、前記第1金属プレート212の接続部212bの上下方向の厚さT1が、第2金属プレート214の厚さT2よりも相対的に薄くてもよい。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第1金属プレート212の接続部212bの厚さT1を薄く構成することで、前記接続部212bと前記円筒型電池セル100の電極端子111との溶接を迅速にかつ低い工程温度で行うことができる。即ち、抵抗溶接時、前記接続部が相対的に厚い場合と比較した場合、前記接続部212bが薄いほど低い温度で速く溶融できるという利点がある。これによって、製造工程の効率を向上させるだけでなく、溶接温度による円筒型電池セル100の不良発生を最小化することができる。
図7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モジュールバスバーを概略的に示した斜視図である。そして、図8は、図7の線D−D’によるモジュールバスバーを概略的に示した断面図である。
図2と共に図7及び図8を参照すれば、さらに他の実施例によるモジュールバスバー210Eは、第3金属プレート216をさらに含み得る。具体的に、前記第3金属プレート216は、前記第2金属プレート214の外側面に接合された接合部216aを含み得る。また、前記接合部216aは、第2金属プレート214の上に位置し得る。さらに、前記接合部216aは、前記2列に配列された複数の円筒型電池セル100の間に配置され得る。
そして、前記第3金属プレート216には、前記接合部216aの一側から水平方向wへ延びて形成された複数の接続延長部216bが形成され得る。さらに、複数の接続延長部216bの各々は、前記複数の円筒型電池セル100の各々の電極端子111と接触し得る。
また、前記第3金属プレート216は、相対的に前記第2金属プレート214よりも電気伝導性の低い金属を含み得る。例えば、前記第3金属プレート216は、ニッケル素材を含み得る。さらに、前記第3金属プレート216は、ニッケル、アルミニウム、金、銀などを主材料として構成された金属合金であれば、全て適用可能である。
例えば、図8に示したように、本発明のモジュールバスバー210Eは、第1金属プレート212、第2金属プレート214及び第3金属プレート216を備え得る。この際、前記第1金属プレート212及び前記第3金属プレート216は、ニッケルを主に含み得る。また、前記第2金属プレート214は、主に銅を含み得る。即ち、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212及び前記第3金属プレート216よりも相対的に高い電気伝導性を有し得る。さらに、前記第3金属プレート216は、前記第2金属プレート214の外側面に接合された接合部216aと、前記接合部216aの一側から水平方向へ延びて形成された複数の接続延長部216bと、を備え得る。
これによって、本発明のこのような構成によれば、他の実施例によるモジュールバスバー210Eは、第3金属プレート216をさらに備えることで、前記第1金属プレート212の本体部212a、前記第2金属プレート214及び前記第3金属プレート216の接合部216aを圧延接合できる。これによって、モジュールバスバー210Eの金属プレート同士の接合力をさらに向上させ、前記円筒型電池セル100と電気的に接続する第1金属プレート212及び第3金属プレート216と第2金属プレート214との接合面積が増大することで、接合による電気抵抗を最小化することができ、モジュールバスバー210Eの電流損失を減少させることができる。
図7及び図8をさらに参照すれば、さらに他の実施例によるモジュールバスバー210Eは、図3のモジュールバスバー210の接続部212bと異なる形態の前記第1金属プレート212の接続部212b1を有し得る。即ち、前記モジュールバスバー210Eは、前記第3金属プレート216の接続延長部216bが、前記接続部212b1と所定の距離で離隔して配置され得る。即ち、前記第1金属プレート212の接続部212b1と、前記第3金属プレート216の接続延長部216bとは、所定の距離で離隔して水平方向へ相互に平行に配置され得る。
さらに、前記第1金属プレート212の接続部212b1と、前記第3金属プレート216の接続延長部216bとは、所定の距離で離隔して配置され得る。そして、前記第1金属プレート212の接続部212b1と、前記第3金属プレート216の接続延長部216bとの離隔距離は、前記円筒型電池セル100の電極端子111への抵抗溶接時、適切な抵抗熱を発生させることができる距離で離隔することが望ましい。
また、前記第1金属プレート212の接続部212b1と、前記第3金属プレート216の接続延長部216bとは、相互に同じ素材から構成され得る。例えば、前記第1金属プレート212の接続部212b1及び前記第3金属プレート216の接続延長部216bは、ニッケル素材を主に含み得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第1金属プレート212の接続部212b1と、前記第3金属プレート216の接続延長部216bとを前記円筒型電池セル100の電極端子111に抵抗溶接するように所定の距離で離隔して配置する場合、前記第1金属プレート212の二つの接続部212b1同士の電流経路と比較すれば、前記第1金属プレート212の接続部212b1と前記第3金属プレート216の接続延長部216bとの間の電流経路がさらに長くて電気抵抗が高いため、前記第1金属プレート212の接続部212b1から前記円筒型電池セル100の電極端子111、及び前記第3金属プレート216の接続延長部216bまでの電流経路に電流の流れが集中できる。これによって、モジュールバスバー210Eと電極端子との抵抗溶接を効率的に行うことができる。そして、製造時間が短縮し、溶接性に優れたバッテリーモジュール200を製造することができる。
図1及び図3をさらに参照すれば、本発明の他の形態のモジュールバスバー210Aの前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212の本体部212aよりも外部方向へ突出して延びるように構成された突出部214aを備え得る。具体的に、前記突出部214aには、外部入出力端子が結合するように結合構造が形成され得る。例えば、前記突出部214aには、外部入出力端子(図示せず)が挿入結合するように穿孔された固定孔214bが形成され得る。そして、前記外部入出力端子は、前記固定孔214bに挿入締結されるボルト形態を有し得る。
例えば、図1に示したように、6個のモジュールバスバー210Aのうち、二つのモジュールバスバー210Aに突出部214aが形成され得る。また、前記各々の突出部214aには、外部入出力端子(図示せず)が結合する固定孔214bが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第1金属プレート212よりは第2金属プレート214に外部入出力端子が結合するように突出部214aを形成する場合、第1金属プレート212よりも電気伝導性の高い第2金属プレート214を介して外部電子機器に電力を送ることができるので、バッテリーモジュール200から供給される電力の損失を最小化することができる。
そして、前記第2金属プレート214は、第1金属プレート212よりも放熱特性に優れているため、外部入出力端子に発生した熱を外部へ放熱するのにさらに有利である。
図9は、本発明の他の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9を参照すれば、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュール200Fは、前記モジュールハウジング220に、前記モジュールバスバー210が外側に据え付けられる据付け部222が形成され得る。具体的に、前記モジュールハウジング220の上面または下面には、前記モジュールバスバー210が据え付けられる据付け部222が形成され得る。即ち、前記モジュールハウジング220に収納された複数の円筒型電池セル100の間に、前記モジュールバスバー210、210Aの各々が据え付けられる据付け部222が形成され得る。言い換えれば、前記モジュールハウジング220の複数の円筒型電池セル100が収容される二つの収容部の間に、前記モジュールバスバー210、210Aの各々が据え付けられる据付け部222が形成され得る。
また、前記据付け部222には、前記据付け部222の上に据え付けられた前記モジュールバスバー210を内側方向へ加圧固定するフック構造222kが形成され得る。具体的に、前記フック構造222kは、前記モジュールバスバー210の上面または下面から外側方向へ延びて突出した本体部222k1と、前記本体部222k1の延長方向の端部から前記モジュールバスバー210の外側面を加圧するように水平方向へ延びた加圧部222k2と、を備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記フック構造によって加圧されたモジュールバスバー210が安定的に固定され、前記複数の円筒型電池セル100の電極端子111、112と接合された構造を維持できるだけでなく、前記フック構造の内部方向への加圧力によって複数の金属プレート同士の接合状態を緊密に維持させることができるので、モジュールバスバー210の耐久性も向上させることができる。
また、本発明によるバッテリーパック(図示せず)は、前記バッテリーモジュール200を少なくとも二つ以上含み得る。具体的に、前記少なくとも二つ以上のバッテリーモジュール200は、一方向へ整列配置された構造であり得る。場合によって、前記バッテリーパックは、放熱の目的でヒートシンク(図示せず)をさらに備え得る。
そして、本発明による電子デバイス(図示せず)は、前記バッテリーパックを含み得る。例えば、前記バッテリーパックは、前記電子デバイスの外装ケースの内部に収容され得る。また、前記電子デバイスは、電気自転車のような移動手段、または電動工具などであり得る。
一方、図1〜図3をさらに参照すれば、本発明によるモジュールバスバー210を製造する方法は、形状加工段階、接合段階及びパンチング段階を含み得る。具体的に、前記形状加工段階は、第1金属プレート212の複数の円筒型電池セル100が配列された方向へ延びた本体部212aと前記複数の円筒型電池セル100を電気的に接続するように構成された接続部212bとを圧延ローラー(図示せず)を用いて圧延して形状加工する段階であり得る。
また、前記接合段階は、所定の温度で前記第1金属プレート212の本体部212aの上に、前記第1金属プレート212よりも高い電気伝導性を有する第2金属プレート214を圧延してクラッド接合する段階であり得る。この際に用いられる圧延は、通常の熱処理方法で行うことができる。例えば、熱処理温度は、常温からニッケル及び銅の融点よりも低い温度範囲であり得る。より具体的に、前記所定の温度は、100℃〜500℃であり得る。そして、前記パンチング段階は、前記第1金属プレート212の前記本体部212aから水平方向へ延びた接続部212bが形成されるようにダイ(図示せず)を用いてパンチング成形する段階であり得る。この際、ダイは、前記接続部212bが所定の間隙を有する分枝構造を有するように形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールバスバー210を第1金属プレート212と第2金属プレート214とが相互にクラッド接合されるように構成することで、単一の金属プレートからなるバスバーと比べて、二つの長所を有し得る。即ち、前記複数の円筒型電池セル100と接合されるように構成された第1金属プレート212は、前記第2金属プレート214よりも相対的に低い電気伝導性を有する金属を含み、放熱特性が低くて溶接が容易となる長所を有する。そして、前記第2金属プレート214は、前記第1金属プレート212よりも相対的に高い電気伝導性を有する金属を含むことで、前記複数の円筒型電池セル100から供給された電流を、電力損失を最小化して送ることができる長所を有する。
また、前記モジュールバスバー210は、前記第1金属プレート212と前記第2金属プレート214とが相互にクラッド接合(金属混和)するように構成されるため、二つの部材の接合部位で発生する電気抵抗を最小化することができる。
一方、図4をさらに参照すれば、前記圧延段階において、前記第2金属プレート214において前記第1金属プレート212が位置した方向へ突出して形成された結合突起212pが、前記第1金属プレート212の本体部212aに挿入結合できる。
この際、前記結合突起212pの形状は、凹凸構造であり得る。しかし、前記結合突起212pの形状は凹凸構造のみに限定されず、前記結合突起212pが前記第1金属プレート212の本体部212aに挿入固定されて二つの部材の結合力を高めることができる適切な形状であれば、全て適用可能である。
さらに、前記第1金属プレート212の本体部212aには、前記結合突起212pが挿入固定されるように凹んだ結合溝212hが形成され得る。具体的に、前記結合溝212hは、前記結合突起212pの外形に対応する構造で凹んだ形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第2金属プレート214の外側面には結合突起212pを形成し、前記第1金属プレート212の本体部212aには結合溝212hを形成することで、前記第2金属プレート214が前記第1金属プレート212の本体部212aに強い結合力で接合可能となる。さらに、前記第2金属プレート214と前記第1金属プレート212の本体部212aとの接合部位に、金属混和が容易になる効果を奏する。
一方、図1及び図3をさらに参照すれば、前記製造方法は、前記第2金属プレート214の固定孔214bが形成されるように構成されたダイ(図示せず)を用いてパンチング成形する成形段階をさらに含み得る。
具体的に、前記第2金属プレート214には、前記第1金属プレート212の本体部212aから外部方向へ突出するように長く延びた突出部214aを形成し得る。また、前記突出部214aには、外部入出力端子が挿入されるように穿孔された固定孔214bが形成されるように形状加工し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第1金属プレート212よりも第2金属プレート214に外部入出力端子が結合するように突出部214aが形成される場合、第1金属プレート212よりも電気伝導性の高い第2金属プレート214を介して外部電子機器に電力を送ることができるので、バッテリーモジュール200から供給される電力の損失を最小化することができる。そして、前記第2金属プレート214は、第1金属プレート212よりも放熱特性が優秀であるため、外部入出力端子に発生した熱を外部へ放熱するのにさらに有利である。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事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、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、モジュールバスバーを含むバッテリーモジュールに関する。また、本発明の前記バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及びデバイス関連産業に利用可能である。
100 円筒型電池セル
111 電極端子(正極端子)
112 電極端子(負極端子)
200 バッテリーモジュール
210 モジュールバスバー
212 第1金属プレート
212a 本体部
212b 接続部
212h 結合溝
212i 挿入部
212p 結合突起
212w 支持壁
214 第2金属プレート
214a 突出部
214b 固定孔
214h 収容溝
216 第3金属プレート
216a 接合部
216b 接続延長部
220 モジュールハウジング
220s1 収容部
220s2 収容部
220a 上部ケース
220b 下部ケース
222 据付け部
222k フック構造

Claims (15)

  1. 電極端子が上部及び下部に各々形成された複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを挿入して収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、
    前記複数の円筒型電池セルの上部または下部に位置し、水平方向へ延びた本体部、及び前記本体部の一側から前記複数の円筒型電池セルの電極端子と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続部が備えられた第1金属プレートと、前記第1金属プレートの本体部に接合され、相対的に前記第1金属プレートよりも電気伝導性の高い金属を含む第2金属プレートと、を備えたモジュールバスバーと、
    を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記第2金属プレートが、前記第1金属プレートの本体部にクラッド接合された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. 前記第1金属プレートの本体部と対向している前記第2金属プレートの外側面には、前記第1金属プレートの本体部が位置した方向へ突出した結合突起が形成され、
    前記第1金属プレートの本体部には、前記結合突起が挿入固定されるように凹んだ結合溝が形成された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。
  4. 前記第1金属プレートの本体部には、前記第2金属プレートの少なくとも一部が挿入されるように外側方向へ突出した支持壁が備えられた挿入部が形成された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。
  5. 前記第2金属プレートには、前記第1金属プレートの本体部の少なくとも一部を囲むように本体の内部方向へ凹んだ収容溝が形成された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. 前記第1金属プレートの接続部は、相対的に第2金属プレートよりも厚さが薄い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。
  7. 前記モジュールバスバーは、前記第2金属プレートの外側面に接合された接合部及び前記接合部の一側から前記複数の円筒型電池セルの電極端子と接触するように水平方向へ延びて形成された複数の接続延長部が形成された第3金属プレートをさらに備え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。
  8. 前記第1金属プレートの接続部及び前記第3金属プレートの接続延長部は、所定の距離で離隔して配置された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。
  9. 前記第2金属プレートは、前記第1金属プレートの本体部から外部方向へ突出して延びるように構成された突出部を備え、前記突出部には、外部入出力端子が挿入結合する固定孔が形成された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。
  10. 前記モジュールハウジングには、前記モジュールバスバーが外側に据え付けられる据付け部が形成され、
    前記据付け部には、前記据付け部の上に据え付けられた前記モジュールバスバーを内側方向へ加圧固定するフック構造が形成された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。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも二つ以上を含む、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、デバイス。
  13. モジュールバスバーの製造方法であって、
    第1金属プレートの複数の円筒型電池セルが配列された方向へ延びた本体部と前記複数の円筒型電池セルを電気的に接続するように構成された接続部とを圧延ローラーを用いて圧延して形状加工する段階と、
    所定の温度で前記第1金属プレートの本体部の上に前記第1金属プレートよりも高い電気伝導性を有する第2金属プレートを圧延してクラッド接合する接合段階と、
    前記第1金属プレートの前記本体部から水平方向へ延びた接続部が形成されるようにダイを用いてパンチング成形するパンチング段階と、
    を含むことを特徴とする製造方法。
  14. 前記接合段階では、前記第2金属プレートにおいて前記第1金属プレートが位置した方向へ突出して形成された結合突起が、前記第1金属プレートの本体部に挿入結合することを特徴とする請求項13に記載の製造方法。
  15. 前記製造方法は、
    前記第2金属プレートの外部入出力端子が形成されるようにダイを用いてパンチング成形する成形段階をさらに含むことを特徴とする請求項13または14に記載の製造方法。
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