JP5714723B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、電池モジュールに関し、より詳細には、上側に延びて形成される電極タブが下側方向に折り曲げられた後、さらに上側方向に折り曲げられてジグザグ状に形成されることで、電池セルに平行に形成された溶接部を超音波振動で融着させても、ジグザグ状に形成された電極タブが振動を吸収して電池セルの損傷を最小化することができる電池モジュールに関する。
ガソリンや重油を主原料として使用する内燃エンジンを用いる自動車は大気汚染などの公害発生に深刻な影響を与えている。したがって、最近は、公害発生を低減するために電気自動車またはハイブリッド（hybrid）自動車を開発する多くの取り組みが行われている。
近年、高いエネルギー密度の非水電解液を用いた高出力二次電池が開発されている。
電気自動車などのようにモータの駆動のための大電力を必要とする機器に用いられることができるように、複数個の高出力二次電池を直列連結して大容量の二次電池を構成する。
上記のように１つの大容量二次電池（以下、「電池」という）は複数個のセルが直列または並列に連結される。
この際、前記電池は複数個のセルを電気的に連結するための電極タブを備えており、前記複数個のセルは、クリップ、圧着、溶接、ボルト締結などの様々な方法で連結される。
このうち、図１は従来の溶接方式を示した図面であって、図１に図示した従来の溶接方式は、電極タブ２０の溶接部２１がセル１０に垂直な方向に折り曲げられて互いに重なるように位置された後、前記電極タブ２０の溶接部２１の面に垂直な方向に溶接が行われる。
ところで、前記図１に図示した溶接方式は、３つ以上のタブの溶接、並列構造の連結、セルセンシングラインなどの追加溶接が困難であるという問題点がある。
また、レーザ溶接方式の場合、レーザスポットサイズが約２３０μｍ程度にすぎず、溶接部位がそのスポットサイズ以内でなければならないため、モジュールの組み立て過程で量産性が非常に劣るという短所がある。
したがって、溶接方法が簡単で、製造が容易であって量産性が高い電池モジュール及び電極タブの溶接方法の開発が必要な状況である。
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、上側に延びて形成される電極タブが下側方向に折り曲げられた後、さらに上側方向に折り曲げられてジグザグ状に形成されることで、電池セルに平行に形成された溶接部を超音波振動で融着させても、ジグザグ状に形成された電極タブが振動を吸収して電池セルの損傷を最小化することができる電池モジュールを提供することにある。
また、本発明の目的は、レーザ溶接に比べ量産性が高い超音波溶接で電極タブを溶接させても、電池セルが損傷することなく容易に製造することができる電池モジュールを提供することにある。
本発明の電池モジュール１は、２つ以上の電池セル１００と、それぞれの電池セル１００から延びて互いに超音波溶接される電極タブ２００と、を含む電池モジュール１であって、前記電池モジュール１は、上側に延びて形成された電極タブ２００が下側方向に折り曲げられ、さらに上側方向及び下側方向に繰り返して折り曲げられて形成される延長部２１０と、前記延長部２１０がさらに上側方向に折り曲げられて前記電池セル１００に平行な方向に溶接面を形成する溶接部２２０と、を含んで形成されることを特徴とする。
また、前記電池モジュール１は、隣接した負極の電極タブ２００と正極の電極タブ２００とが互いに溶接される直列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることを特徴とする。
また、前記電池モジュール１は、隣接した同一の極性の電極タブ２００が溶接される並列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることを特徴とする。
また、前記電池モジュール１は、「Ｗ」または「Ｎ」字形状に折り曲げられて形成されるダミータブ３００をさらに含み、前記ダミータブ３００の一側と他側が隣接した電池モジュール１の電極タブ２００の溶接部２２０とそれぞれ溶接されることを特徴とする。
また、２つ以上の電池セル１００と、それぞれの電池セル１００から延びて互いに超音波溶接される電極タブ２００と、を含む電池モジュール１の電極タブの溶接方法は、前記電池セル１００に平行な方向に溶接面を形成する溶接部２２０、及び前記溶接部２２０と電池セル１００とを連結するように延びる延長部２１０を含む電極タブ形成段階（Ｓ１００）と、複数の前記電極タブ２００の複数の溶接部２２０が互いに接するように、複数の溶接部２２０を固定する固定段階（Ｓ２００）と、前記複数の溶接部２２０を超音波振動により融着させる超音波溶接段階（Ｓ３００）と、を含むことを特徴とする。
また、前記固定段階（Ｓ２００）で、電池セル１００を固定するための治具が用いられることを特徴とする。
また、前記超音波溶接段階（Ｓ３００）は、前記複数の溶接部２２０の複数の溶接面が密着されるように密着部材で複数の溶接面を加圧する密着段階（Ｓ３１０）を含むことを特徴とする。
また、前記密着段階（Ｓ３１０）において、前記密着部材がローラまたはばねであることを特徴とする。
本発明の電池モジュール及び電極タブの超音波溶接方法は、上側に延びて形成される電極タブが下側方向に折り曲げられた後、さらに上側方向に折り曲げられてジグザグ状に形成されることで、電池セルに平行に形成された溶接部を超音波振動で融着させても、ジグザグ状に形成された電極タブが振動を吸収して電池セルの損傷を最小化することができるという長所がある。
また、本発明の電池モジュール及び電極タブの超音波溶接方法は、レーザ溶接に比べ量産性が高い超音波溶接で電極タブを溶接させても、電池セルが損傷することなく容易に製造することができるという長所がある。
以下、添付図面を参照して本発明の電池モジュールを詳細に説明する。なお、図２〜５、７〜９は本発明の参考例について説明する図面であり、図６が本発明の実施の形態について説明する図面である。
図１は従来の電池の溶接を示した図面であり、図２は本発明による電池モジュールの斜視図であり、図３は本発明による電池の斜視図であり、図４は本発明による電池の電極タブが折り曲げられた形状を示した断面図であり、図５は本発明による電池モジュールの断面図であり、図６は本発明による他の電池モジュールの断面図であり、図７は本発明によるさらに他の電池モジュールの断面図であり、図８は本発明によるさらに他の電池モジュールの斜視図であり、図９は本発明による電極タブの超音波溶接方法を示した概略図である。
本発明の電池モジュール１は複数個の電池が連結されたものを意味し、前記電池モジュール１は、２つ以上の電池セル１００と、それぞれの電池セル１００から延びて互いに溶接される複数個の電極タブ２００と、を含む。
この際、前記電池モジュール１は、上側に延びて形成された電極タブ２００が下側方向に折り曲げられる延長部２１０と、前記延長部２１０がさらに上側方向に折り曲げられて前記電池セル１００に平行な方向に溶接面を形成する溶接部２２０と、を含んで形成される。
図面において、溶接面は太い線で表示した。
前記延長部２１０は、電池セル１００に平行に上側に延びる第１延長部２１１と、前記第１延長部２１１の端部から下側方向に折り曲げられて延びる第２延長部２１２と、を含んで形成されることができる。
即ち、前記第１延長部２１１は、前記溶接部２２０が前記電池セル１００から離隔されるように前記電池セル１００に平行に延びる部分である。また、前記第２延長部２１２は、前記第１延長部２１１から延び、端部に形成された溶接部２２０と隣合って位置する別の溶接部２２０とが互いに接するように、前記第１延長部２１１の端部から下側方向に折り曲げられる部分である。
本発明の電池モジュール１は、隣接した負極の電極タブ２００と正極の電極タブ２００とが互いに溶接される直列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることができる。
また、前記電池モジュール１は、隣接した同一の極性の電極タブ２００が溶接される並列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることもできる。
これにより、本発明の電池モジュール１は、直列、並列、直・並列連結が全て可能であり、前記溶接部２２０の形成領域が電池セル１００の形成領域を妨害しないため、大容量の電池モジュール１を容易に生産することができるという長所がある。
特に、本発明の電池モジュール１は、電極タブ２００が超音波融着で溶接される。超音波溶接の場合、超音波融着による振動が前記電池セル１００に伝達されて前記電池セル１００が損傷される恐れがあるという問題点がある。
したがって、本発明の電池モジュール１は、上述したように、前記延長部２１０を下側方向に折り曲げて前記電極タブ２００をジグザグ状に形成することで、ばねのように振動を吸収するダンピング（damping）効果が発生して、超音波融着による振動で前記電池セル１００が損傷されることを防止することができる。
図６に図示されたように、前記電池モジュール１は、下側方向に折り曲げられた延長部２１０がさらに上側方向及び下側方向に繰り返して折り曲げられて形成されることができる。
これにより、図６に図示された電池モジュール１は超音波融着による振動をさらに効果的に吸収することができる。
他の実施例として、図７に図示されたように、前記電池モジュール１は、延長部２１０がジグザグ状に折り曲げられて形成されず、上側方向に延びて形成される延長部２１０の一定領域が隣接した電極タブ２００と溶接される面の外側に突出して形成されることができる。
この場合、前記電池モジュール１は、突出して形成される部分が超音波融着による振動を吸収するため、前記電池セル１００が損傷されることを防止することができる。
一方、図８に図示されたように、前記電池モジュール１は、「Ｗ」または「Ｎ」字形状に折り曲げられて形成されるダミータブ３００をさらに含み、前記ダミータブ３００の一側と他側が隣接した電池モジュール１の電極タブ２００の溶接部とそれぞれ溶接されることができる。
これにより、前記電池モジュール１の電極タブ２００が直列に連結される場合、隣接した電池モジュール１に形成された同一の極性の電極タブ２００と連結されることにより、複数個の電池モジュール１を並列連結することができる。
また、前記電池モジュール１の電極タブ２００が並列に連結される場合、隣接した電池モジュール１に形成された異なる極性の電極タブ２００と連結されることにより、複数個の電池モジュール１を直列連結することもできる。
前記電池モジュール１は、上述のような方法によって電池モジュールの容量を増加させることができるという長所がある。
一方、図９に図示されたように、本発明の電極タブの溶接方法は、電極タブ形成段階（Ｓ１００）と、固定段階（Ｓ２００）と、超音波溶接段階（Ｓ３００）と、を含む。
前記電極タブ形成段階（Ｓ１００）は、前記電池セル１００に平行な方向に溶接面を形成する溶接部２２０、及び前記溶接部２２０と電池セル１００とを連結するように延びる延長部２１０を含む電極タブ２００を形成する段階である。
前記固定段階（Ｓ２００）は前記電極タブ２００の溶接部２２０が互いに接するように固定する段階であって、この際、電池セル１００を固定するための治具が用いられることができる。
前記超音波溶接段階（Ｓ３００）は、前記電池セル１００に平行な方向に前記溶接部２２０の間（互いに密着されて溶接面を形成する部分）に超音波振動による融着で溶接がなされる段階である。
この際、超音波溶接段階（Ｓ３００）は、前記溶接部２２０の溶接面が密着されるように密着部材で加圧する密着段階（Ｓ３１０）を含んで溶接効率をさらに高めることができる。
前記密着部材としては、溶接面側に力を加えることができるローラまたはばねが用いられることができる。
これにより、本発明の電池モジュール及び電極タブの超音波溶接方法は、上側に延びて形成される電極タブが下側方向に折り曲げられた後、さらに上側方向に折り曲げられてジグザグ状に形成されることで、電池セルに平行に形成された溶接部を超音波振動で融着させても、ジグザグ状に形成された電極タブが振動を吸収して電池セルの損傷を最小化することができるという長所がある。
また、本発明の電池モジュール及び電極タブの超音波溶接方法は、レーザ溶接に比べ量産性が高い超音波溶接で電極タブを溶接させても、電池セルが損傷することなく容易に製造することができるという長所がある。
本発明は上記の実施例に限定されず、適用範囲が多様であるということは勿論であり、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れることなく様々な変形実施が可能であるということを理解するべきである。
１ 電池モジュール
１００ 電池セル
２００ 電極タブ
２１０ 延長部
２２０ 溶接部
２１１ 第１延長部
２１２ 第２延長部
Ｓ１００〜Ｓ３１０ 電極タブの溶接方法の各段階
１００ 電池セル
２００ 電極タブ
２１０ 延長部
２２０ 溶接部
２１１ 第１延長部
２１２ 第２延長部
Ｓ１００〜Ｓ３１０ 電極タブの溶接方法の各段階
Claims (4)
- ２つ以上の電池セルと、それぞれの電池セルから延びて互いに超音波溶接される電極タブと、を含む電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、
上側に延びて形成された電極タブが、下側方向に折り曲げられ、さらに上側方向及び下側方向に繰り返して折り曲げられて形成される延長部と、前記延長部がさらに上側方向に折り曲げられて前記電池セルに平行な方向に溶接面を形成する溶接部と、を含んで形成されることを特徴とする、電池モジュール。 - 隣接した負極の電極タブと正極の電極タブとが互いに溶接される直列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
- 隣接した同一の極性の電極タブが溶接される並列形態を有し、互いに対向する方向に折り曲げられて前記溶接面を介して溶接されることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
- 「Ｗ」または「Ｎ」字形状に折り曲げられて形成されるダミータブをさらに含み、前記ダミータブの一側と他側が隣接した電池モジュールの電極タブの溶接部とそれぞれ溶接されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池モジュール。
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