JP2023174909A - 電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極リードおよびバスバーの間の電気的接続の工程性および信頼度を向上させるバスバーと電極リードの連結構造を有する電池モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は電極リードとの接合のためのバスバー構造を含む電池モジュールに関し、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体から突出して形成された電極リード、前記電極リードと電気的に接続されるバスバーおよび前記バスバーが取り付けられるバスバーフレームを含み、前記バスバーは、挟み部および前記挟み部を連結して固定する固定部で形成され、前記電極リードは前記バスバーの挟み部の間に取り付けられる。このような電池モジュールはバスバーをバスバーフレームの開口部に取り付ける段階、電極リードをバスバーの挟み部の間に挿入する段階、ジグによりバスバーと電極リードを密着させる段階、前記ジグを除去する段階を経て製造される。【選択図】図1
Description
[関連出願との相互引用]
本出願は2019年3月15日付韓国特許出願第10-2019-0030176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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は2019年3月15日付韓国特許出願第10-2019-0030176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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は電池モジュールおよびその製造方法に関し、より詳細には電極リードとバスバーの連結構造を有する電池モジュールおよびその製造方法に関する。
二次電池はモバイル機器および電気自動車などの多様な製品群においてエネルギー源として多くの関心を集めている。このような二次電池は化石燃料を使用する既存製品の使用に代わる有力なエネルギー資源であって、エネルギ使用による副産物が発生しないため環境に優しいエネルギー源として脚光を浴びている。
最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれ、多数の二次電池が直列/並列に連結された電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。
一方、複数の電池セルを直列/並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。
このような電池モジュールは相互積層される複数の電池セルおよび複数の電池セルの電極リードを電気的に接続するバスバーを含んで構成される。
図1は従来の電池モジュールでの電極リードがバスバーと連結された姿を示す図である。
図1を参照すると、従来には電池セルを積層して電池セル積層体40を形成した後、電池セル積層体40と、バスバー20が取り付けられたバスバーフレーム(図示せず)を組み立てて、電池セル積層体から突出して形成される電極リード10を前記バスバーフレームに取り付けられたバスバー20とレーザ溶接などを行い電極リード10とバスバー20を接合した。
しかし、図1に示すように、電池セル積層体40をバスバー20と組み立てる際、電池セル積層体40と連結された電極リード10をベンディングしてバスバーと接合させるべきであるが、このようなベンディング工程で既にベンディングされた電極リードのベンディングが弾性によって原状回復するスプリングバック(spring-back)現象が現れる問題がある。
また、同様に図1に示すように、複数の電極リード10がベンディングされて並んでバスバー20に接合されるとき、複数の電極リード10が重なったままベンディングされてバスバーに接合される。このとき、電極リード10間に発生するスプリングバック現状の相互作用、ベンディングによる電極リード10間の位置差による電極リード間の間隙が発生し、電極リード10とバスバー20との距離に応じた溶接接合においても差が発生するため電極リード10とバスバー20の間の接合強度が低下して電気的接続性に異常が発生し得る。
また、リードの破損などの理由により電極リード10のベンディングを手作業で行われる場合もあるため、これによる自動化工程率の低下および溶接性品質の低下などの問題が発生し得る。
本発明が解決しようとする課題は、電極リードおよびバスバーの間の電気的接続の工程性および信頼度を向上させるバスバーと電極リードの連結構造を有する電池モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
前記課題を実現するための本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体から突出して形成された電極リード、前記電極リードと電気的に接続されるバスバーおよび前記バスバーが取り付けられるバスバーフレームを含み、前記バスバーは、挟み部および前記挟み部を連結して固定する固定部で形成され、前記電極リードは前記バスバーの挟み部の間に取り付けられる。
前記バスバーフレームは前記バスバーの固定部に対応する下部開放部と前記バスバーの挟み部の端部に対応する掛かり部を含み得る。
前記下部開放部は前記バスバーフレームが陥没した構造に対応し得る。
前記バスバーの挟み部は前記固定部から延びた2個のクリップ部で形成され、前記2個のクリップ部の間の間隔は前記固定部方向に行くほど減り得る。
前記電極リードは、前記クリップ部の端部よりも前記固定部にさらに近い部分で、前記クリップ部と接触し得る。
前記電極リードは平板形状に突出して形成され得る。
前記電池セル積層体に含まれた電池セルのうち互いに隣り合う電池セルからそれぞれ突出したセルテラスをさらに含み、前記電極リードは前記セルテラスから突出して形成され得る。
前記バスバーの挟み部は前記電極リードの平板面と垂直方向に密着し得る。
本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法は、バスバーをバスバーフレームの開口部に取り付ける段階、電極リードを前記バスバーの挟み部の間に挿入する段階、ジグにより前記バスバーと前記電極リードを密着させる段階および前記ジグを除去する段階を含む。
前記バスバーと前記電極リードを密着させる段階で前記ジグは、前記バスバーフレームと前記バスバーの間に挿入されて前記バスバーと前記電極リードを密着し得る。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、平板の電極リードをバスバーに挿入して取り付け、電極リードをベンディングせずとも電極リードとバスバーを接合できるため、電極リードとバスバーの間の接合強度およびそれによる電気的接続と関連して信頼性を得ることができる。
また、本発明の一実施形態による電池モジュールは、ベンディング作業のために必要であった手作業工程が不要であるため、生産による自動化工程率を向上させることができる。
また、本発明の一実施形態による電池モジュールは、ジグによりバスバーと電極リードを密着させて電極リードとバスバーの間の電気的接続が安定的に行われるようにする。
また、本発明の一実施形態による電池モジュールは、薄いクリップ形態のバスバー構造によりバスバーの軽量化をなすことができる。
本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得る。
以下で説明される実施形態は発明の理解を深めるために例示的に示すものであり、本発明はここで説明される実施形態とは異なり多様に変形して実施できることを理解しなければならない。ただし、本発明を説明するにあたり関連する公知機能あるいは構成要素に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合はその詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付する図面は発明の理解を深めるために実際の縮尺のとおり図示されたものではなく一部の構成要素のサイズを誇張して示し得る。
本出願で使われる第1、第2の用語は多様な構成要素を説明するために使われるが、構成要素は用語によって限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的にのみ使用される。
また、本出願で使われる用語は単に特定の実施形態を説明するために使われ、権利範囲を限定する意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なる意味を示さない限り、複数の表現を含む。本出願で「含む」、「からなる」または「構成される」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものとして理解しなければならない。
以下、図2ないし図3を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。
図2は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図3は図2の電極リードがバスバーに挿入された姿を示す図である。
図2および図3を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュールは、基本的に複数の電池セル100が積層されている電池セル積層体、電池セル積層体に含まれた電池セル100から突出して形成された電極リード120、電極リード120と電気的に接続されるバスバー200、バスバー200が取り付けられたバスバーフレーム300を含み、さらに電池セル積層体およびバスバーフレーム300を囲むフレーム部材500を含む。
電池セル100は二次電池として、パウチ型二次電池で構成されることができる。複数の電池セル100は相互電気的に接続されるように相互積層されて電池セル積層体を形成することができる。
このような複数の電池セル100はそれぞれ電極組立体、電池ケースおよび電極組立体から突出した電極リード120を含み得る。前記電極組立体は陽極板、陰極板およびセパレータなどで構成されることができる。前記電池ケースは前記電極組立体をパッケージングするためのものであり、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなる。このような電池ケースは、ケース本体およびセルテラス110を含み得る。電極リード120は前記電極組立体と電気的に接続され得る。
上述した電池セル100の構成は一例であり、電池セル積層体を構成するための電池セル100の形態を多様に変形することができる。
電極リード120は平板で形成されて電池セル100の少なくとも一側に突出して形成される。このような電極リード120は片方の方向に積層して突出し得、これにより電極リード120間の直列または、並列連結が可能である。電極リード120は電池端子として機能することができ、銅あるいはアルミニウムのような金属材質で形成される。また、電極リード120は多様な厚さで形成されることができ、多様な幅で形成されることもできる。このような電極リード120の厚さや幅は二次電池および電池モジュールの仕様によって異なるように製作することができる。
バスバー200は、電極リード120と接触して電気的に接続され得る。バスバー200は電極リード120との電気的接続のために、電極リード120と同様に銅あるいはアルミニウムのような電気伝導性の金属材質で形成される。
以下、図2ないし図5を参照して、本発明の一実施形態による電池モジュールでバスバーフレーム、これに取り付けられるバスバーおよびバスバーと連結される電極リードについて詳細に説明する。
図4は図3のバスバーフレームを正面から見た断面図である。図5は図4のバスバーフレームにバスバーおよび電極リードが取り付けられた姿を示す断面図である。
図4を参照すると、本発明の実施形態によるバスバーフレーム300の構造は上端部の一部が開放されて開口部310が形成されている。開口部310はその上端に開口部310の入口を基準として段差を有する掛かり部311を含み、その下端に開口部310中央部から下へさらに陥没した下部開放部312を含み得る。
図5を参照すると、本実施形態によるバスバー200は、電極リード120が挿入されるように形成された挟み部210、挟み部210を連結および固定する固定部220で形成される。
挟み部210は、固定部220から上側斜線方向にそれぞれ延びた2個のクリップ部211,212で形成される。電極リード120の挿入時に、電極リード120は2個のクリップ部211,212の内面と接触し得る。
固定部220は、挟み部210の下側で挟み部210を連結および固定する役割をすることができる。固定部220は2個のクリップ部211,212の下端部とそれぞれ連結され、本発明の一実施形態によれば、固定部220は挟み部210の下側に曲率を有するように形成され、電極リード120が挟み部210の挿入を容易にすると同時に挟み部210の変形または移動を弾性的に阻止して挟み部210が固定されるようにすることができる。
上述したようなバスバー200は、電池セル積層体の一側に備えられたバスバーフレーム300内に形成された開口部310に取り付けられる。この際、挟み部210の上端部はバスバーフレーム300の掛かり部311に位置し、固定部220はバスバーフレーム300の下部開放部312に位置する。
掛かり部311は開口部310の上側両頂点部分にそれぞれ陥没形成され、挟み部210の両側のクリップ部211,212の上端が両掛かり部311にそれぞれ掛かって取り付けられ、バスバー200が動かないように上側で支持することができる。
下部開放部312はバスバーフレーム300が下側方向に陥没した構造に対応するように形成され、固定部220が挿入して取り付けられてバスバー200が動かないように下側で支持することができる。
結果的にバスバーフレーム300はバスバー200の挟み部210を上側左右でそれぞれ支持し、バスバーの固定部220を下側中央で支持することができる。
本発明の実施形態によれば、バスバー200の挟み部210および固定部220は電極リード120の平板面と接し得る程度の最小限の幅を有する曲がった板状のクリップ形状で形成され、従来バスバー構造の不要な体積を減少させてより軽量化されたバスバー装置を電池モジュールに取り付けることができる。
電極リード120はバスバー200と電気的に接続され、これのために電極リード120とバスバー200との接触が必要である。本発明の一実施形態によれば、電極リード120は平板形状に横方向に積層されて複数の電池セル100からそれぞれ突出して形成され、このように突出した電極リード120は、バスバー200の挟み部210内に挿入された後、左右のクリップ部211,212により接触および固定されてバスバー200との電気的接続をなす。
バスバーフレーム300の上側は開放構造であり、電極リード120のバスバーフレーム300の内部への挿入が容易なように形成され、バスバーフレーム300の内部に取り付けられたバスバー200の挟み部210もまた、上側が開放されるように形成されるので、電極リード120はバスバーフレーム300およびバスバー200の上側開放構造を用いてバスバー200の挟み部210に容易に挿入して取り付けられる。
2個のクリップ部211,212の間の間隔は、クリップ部211,212の上側両終端の間の間隔を基準として下側の固定部220の方向に行くほど小さくなる。したがって、バスバー200の上側から挿入される電極リード120は挟み部210の2個のクリップ部211,212が形成する挿入空間に沿って下側に挿入され得、下側に行くほど2個のクリップ部211,212の間の間隔が小さくなる。
したがって、電極リード120は、前記2個のクリップ部の上端部側より、前記固定部220とさらに近い側に形成された2個のクリップ部211,212の間の部分と接触し得る。より詳細には、電極リード120の平板面は2個のクリップ部211,212の対向面と対応するので、結果的にバスバー200の挟み部210は電極リード120の平板面と垂直方向に密着して接触し得る。
実施形態によりバスバーフレーム300の上側両端に位置する掛かり部311の間の間隔が狭いほど2個のクリップ部211,212の間の間隔は狭くなり、電極リード120と2個のクリップ部211,212の間の接触位置は上側に移動し得る。
本発明の実施形態によれば、電極リード120とバスバー200の挟み部210の間の接触を密着した状態で連続的に可能にするために、2個の構成要素間の接触は溶接による接合により行われる。
本発明の実施形態のように、電極リード120が平板形状に突出して形成され、挟み部と固定部からなるクリップ形態のバスバーの間で挿入して取り付けられる際、電極リード120をベンディングする必要がないため工程の自動化率を向上することができ、ベンディングに対するスプリングバック現象の恐れがないため電極リードとバスバーの間の電気的接続に対する信頼性を確保することができる。
図6は図5のバスバーフレームにジグが挿入されてバスバーと電極リードを密着する姿を示す断面図である。
以下、図2ないし図6を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明する。
先にバスバー200をバスバーフレーム300の開口部310の上に取り付ける。バスバー200の挟み部210はバスバーフレーム300の上側開口部の両側に形成された掛かり部311に取り付けられ、バスバー200の固定部220はバスバーフレーム300の下部開口部に取り付けられる。この時、バスバー200の取り付けはジグ400により行われる。
バスバー200がバスバーフレーム300に取り付けられた後、電極リード120はバスバー200の挟み部210の間に挿入される。これにより電極リード120は両側でバスバー200と電気的に接続される。
電極リード120がバスバー200の挟み部210の間に挿入された後、ジグによりバスバー200と電極リード120を密着させる。図6に示すように、ジグはバスバーフレーム300とバスバー200の間の空間に挿入され、バスバー200と電極リード120を密着することができる。バスバー200と電極リード120を密着させることで相互間の電気的接続に対する信頼性を確保することができる。
ジグ400によりバスバー200と電極リード120を密着させた後、前記ジグ400を電池モジュールから除去することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様に変形して実施できることは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別に理解されるべきではない。
100 電池セル
110 セルテラス
120 電極リード
200 バスバー
210 挟み部
211 第1クリップ部
212 第2クリップ部
220 固定部
300 バスバーフレーム
310 開口部
311 掛かり部
312 下部開放部
400 ジグ
110 セルテラス
120 電極リード
200 バスバー
210 挟み部
211 第1クリップ部
212 第2クリップ部
220 固定部
300 バスバーフレーム
310 開口部
311 掛かり部
312 下部開放部
400 ジグ
Claims (11)
- 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、
前記電池セル積層体から突出して形成された電極リード、
前記電極リードと電気的に接続されるバスバー、および
前記バスバーが取り付けられるバスバーフレームを含み、
前記バスバーは、挟み部と、前記挟み部を連結して固定する固定部とを含み、
前記電極リードは、前記バスバーの挟み部の間に位置し、
前記バスバーフレームは、開口部と、前記開口部の上側に形成されて前記挟み部の上端が位置するようにする掛かり部と、前記開口部の下側に形成されて前記固定部が位置するようにする下部開放部とを含む、電池モジュール。 - 前記掛かり部は前記開口部の上側に段差を有して形成され、前記挟み部の上端は前記掛かり部の段差に掛かって取り付けられる、請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記下部開放部は前記開口部の下側に陥没形成され、前記固定部は前記下部開放部に挿入して取り付けられる、請求項1又は2に記載の電池モジュール。
- 前記バスバーの挟み部は前記固定部から延びた2個のクリップ部で形成され、前記2個のクリップ部の間の間隔は前記固定部の方向に行くほど小さくなる、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記掛かり部は前記開口部を中心に両側にそれぞれ形成され、前記2個のクリップ部の上端部は前記両側に形成された掛かり部にそれぞれ掛かって取り付けられる、請求項4に記載の電池モジュール。
- 前記電極リードは、前記クリップ部の端部よりも前記固定部にさらに近い部分で、前記クリップ部と接触する、請求項4又は5に記載の電池モジュール。
- 前記電極リードは平板形状に突出して形成される、請求項1から6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記電池セル積層体に含まれた電池セルのうち互いに隣り合う電池セルからそれぞれ突出したセルテラスをさらに含み、前記電極リードは前記セルテラスから突出して形成される、請求項7に記載の電池モジュール。
- 前記バスバーの挟み部は前記電極リードの平板面と垂直方向に密着する、請求項7又は8に記載の電池モジュール。
- バスバーをバスバーフレームの開口部に取り付ける段階、
電極リードを前記バスバーの挟み部の間に挿入する段階、
ジグにより前記バスバーと前記電極リードを密着させる段階、および
前記ジグを除去する段階を含む、電池モジュールの製造方法。 - 前記バスバーと前記電極リードを密着させる前記ジグは、
前記バスバーフレームと前記バスバーの間に挿入されて前記バスバーと前記電極リードを密着する、請求項10に記載の電池モジュールの製造方法。
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