JP7062758B2 - バスバーを加圧する加圧ジグ及びそれを含むバッテリーモジュール製造システム - Google Patents

Description

本発明は、バスバーを加圧する加圧ジグ及びそれを含むバッテリーモジュール製造システムに関し、より詳しくは、バスバーと電極リードとが相互密着した状態で溶接を行うことができるようにバスバーを両側から加圧する加圧ジグ及びそれを含むバッテリーモジュール製造システムに関する。

本出願は、２０１８年４月４日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－００３９２３１号に基づく優先権を主張し、当該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。

従来のバッテリーモジュールの場合、積層されたバッテリーセル同士を電気的に連結するためバスバーを適用するが、複数のバッテリーセルそれぞれから引き出された複数の電極リードを曲げてバスバー上に位置させてから溶接を行った。

バッテリーモジュールをこのように製造する場合、曲げられた電極リードをバスバー上に位置させた状態で、ジグを用いて電極リードをバスバーに向かう方向に加圧して電極リードをバスバーに密着した後、電極リード上にレーザーを照射して溶接を行った。

図１及び図２を参照すれば、複数のパウチ型バッテリーセルをバスバーによって電気的に連結した形態の従来のバッテリーモジュールが示されている。

このような従来のバッテリーモジュールは、図１に示されたように、複数のパウチ型バッテリーセル１から引き出されたそれぞれの電極リード２をバスバー３のリードスリット４に挿入した後、図２に示されたように、挿入された電極リード２を曲げてバスバー３に密着させ溶接することで製造される。

しかし、このように従来のバッテリーモジュールは、電極リード２をバスバー３のリードスリット４に挿入する工程及び電極リード２をバスバー３に溶接する工程の外にも、電極リード２を曲げる工程をさらに必要とするため、製造工程が複雑になる。

また、バッテリーモジュールに適用されるパウチ型セルの場合、セルの厚さが薄くなるほど電極リードの長さも短く製造されるが、このように電極リードが短くなる場合、電極リードとバスバーとの接合面積も減少するようになって結合強度が低下するため、製品不良が発生する可能性が高くなる。

したがって、電極リードの曲げ工程を省略可能なバッテリーモジュール構造の開発が求められ、それとともに電極リードとバスバーとの接合構造に適した新たな溶接用加圧ジグの開発も求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、曲げられていない状態の電極リードがバスバーと溶接によって結合される形態のバッテリーモジュールを製造するとき、バスバーと電極リードとが相互密着した状態で溶接が行われるように、バスバーを両側から加圧することができる加圧ジグを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態によるバスバーを加圧する加圧ジグは、バッテリーモジュールの一側に設けられ、前記バッテリーモジュールに備えられたバスバーを両側から加圧することで、前記バスバーに形成されたリードスリット内に位置する電極リードとバスバーとを相互密着した状態で溶接する溶接用加圧ジグであって、第１距離調節部及び第１加圧部を含む第１フレームと、前記第１距離調節部と対向する第２距離調節部及び前記第１加圧部と対向する第２加圧部を含む第２フレームとを含み、前記第１フレームと第２フレームとは、前記第１距離調節部と第２距離調節部との距離が近くなれば前記第１加圧部と第２加圧部との距離が遠くなり、前記第１距離調節部と第２距離調節部との距離が遠くなれば前記第１加圧部と第２加圧部との距離が近くなるように、ヒンジによって結合される。

前記加圧ジグは、前記第１フレームと第２フレームとの間を連結して相互に相対回動可能にするヒンジをさらに含み得る。

前記加圧ジグは、前記第１距離調節部と第２距離調節部との間に連結され、前記第１距離調節部と第２距離調節部とが相互に近づく方向に弾性力を与える復元部材をさらに含み得る。

前記加圧ジグは、ネジ山を有する回転軸を中心に回転し、前記第１フレームを前記第２フレームに近づく方向または前記第２フレームから遠ざかる方向に移動させる距離調節ノブをさらに含み得る。

前記第１加圧部はその端部に形成された第１把持部を備え、前記第２加圧部はその端部に形成された第２把持部を備え、前記第１把持部と第２把持部とは、それぞれの対向面に前記バスバーが挿入できるように一定の深さで形成された把持溝を備え得る。

上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態による加圧ジグを含むバッテリーモジュール製造システムは、複数のバッテリーセルが積層されて形成されたセル積層体、前記セル積層体を収容するモジュールケース及び前記モジュールケースの一側開口部を覆うバスバーアセンブリを含むバッテリーモジュールと、前記バスバーアセンブリ上に設けられて前記バスバーアセンブリに備えられるバスバーを両側から加圧することで、前記バスバーに形成されたリードスリット内に位置する電極リードとバスバーとを相互密着した状態で溶接できるようにする加圧ジグとを含む。

本発明の一実施形態によれば、電極リードの曲げ工程が省略された形態のバッテリーモジュールを製造することができ、これによってバッテリーモジュールの製造工程を簡素化でき、また、バッテリーセルの電極リードがバスバーの外側に露出しないため、組み立て工程及び／または使用過程で電極リードと外部物体との摩擦により電極リードとバスバーとの結合が切断される現象を最小化することができ、これによって製品不良の発生を最小化することができる。

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形態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。

従来のバッテリーモジュールの製造において、電極リードとバスバーとを結合する工程を示した図である。 従来のバッテリーモジュールの製造において、電極リードとバスバーとを結合する工程を示した図である。 本発明の一実施形態による加圧ジグ及びバッテリーモジュールを含むバッテリーモジュール製造システムを示した図である。 バッテリーモジュールの部分拡大図であって、バスバーに形成されたリードスリットを通って電極リードが露出した形態を示した図である。 本発明の一実施形態による加圧ジグを用いてバスバーを加圧する様子を示した図である。 本発明の一実施形態による加圧ジグ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形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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３～図６を参照して、本発明の一実施形態による加圧ジグ及びそれを含むバッテリーモジュール製造システムについて説明する。

図３は本発明の一実施形態による加圧ジグ及びバッテリーモジュールを含むバッテリーモジュール製造システムを示した図であり、図４はバッテリーモジュールの部分拡大図であって、バスバーに形成されたリードスリットを通って電極リードが露出した形態を示した図である。また、図５は本発明の一実施形態による加圧ジグを用いてバスバーを加圧する様子を示した図であり、図６は本発明の一実施形態による加圧ジグを示した斜視図である。

まず、図３～図５を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール製造システムは、バッテリーモジュール１００及びその一側に設けられる加圧ジグ２００を含む形態で具現される。

前記バッテリーモジュール１００は、モジュールケース１１０内に複数のバッテリーセル１２０が積層されて形成されたセル積層体（図５を参照）を収容した後、モジュールケース１１０の一側開口部をバスバーアセンブリ１３０で覆った形態で具現される。

前記バッテリーセル１２０は、互いに反対方向に引き出される一対の電極リード１２１を備え、隣接した複数のバッテリーセル１２０から引き出されて同じ方向に延びた電極リード１２１が２個または３個以上集められて一つの電極リード集合体を形成し、後述するバスバー１３２に形成されたリードスリットＳ１、Ｓ２内に挿入される。

前記バスバーアセンブリ１３０は、セル積層体を挿入できるようにモジュールケース１１０の一側に形成された開口部に対応する大きさと形状を有するバスバーフレーム１３１、及びバスバーフレーム１３１に固定される複数のバスバー１３２を含む。

前記複数のバスバー１３２は、バスバーフレーム１３１にバスバー１３２と対応する大きさと形状で複数備えられたバスバー収容部１３１ａ内にそれぞれ設けられる。

このようなバスバー１３２は、中央に位置する第１バスバー１３２ａ、及び第１バスバー１３２ａの両側にそれぞれ位置する第２バスバー１３２ｂと第３バスバー１３２ｃからなり、第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃは第１バスバー１３２ａと分離された別の部品から構成される。

前記第１バスバー１３２ａは、バスバーフレーム１３１のバスバー収容部１３１ａ内に固定されるように設けられる。第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃは、バスバー収容部１３１ａ内で第１バスバー１３２ａの両側に配置され、第１バスバー１３２ａに近づく方向または第１バスバー１３２ａから遠ざかる方向に移動できるように設けられる。

前記第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃは、バスバー収容部１３１ａ内に挿入された加圧ジグ２００の把持部２１２ａ、２２２ａによって把持されて第１バスバー１３２ａに向かって動くことで、第１バスバー１３２ａと第２バスバー１３２ｂとの間に形成された第１リードスリットＳ１、及び第１バスバー１３２ａと第３バスバー１３２ｃとの間に形成された第２リードスリットＳ２内にそれぞれ位置する電極リード１２１を加圧するようになる。

積層された複数のバッテリーセル１２０からなる第１バッテリーセル群から引き出された第１電極リード集合体と、第１バッテリーセル群と隣接した第２バッテリーセル群から引き出された第２電極リード集合体とが同じ一つのバスバー１３２に接触することで、互いに隣接した一対のバッテリーセル群同士が互いに電気的に連結されるようになる。

このとき、前記第１電極リード集合体と第２電極リード集合体とが相互に逆極性を有するため、互いに隣接した第１バッテリーセル群と第２バッテリーセル群とは直列で連結されることになる。

すなわち、前記バッテリーモジュール１００は、第１バッテリーセル群を構成する複数のバッテリーセル１２０同士は互いに並列連結関係を成し、複数のバッテリーセル群同士は互いに直列連結関係を成す形態で具現される。

本発明の図面では、一つのバッテリーセル群が三つのバッテリーセル１２０から構成され、それによって一つの電極リード集合体は三つの電極リードが集められて構成される場合のみを示しているが、このような構成によって本発明が限定されることはない。

すなわち、一つのバッテリーセル群が２個または４個以上のバッテリーセル１２０から構成されてもよく、それによって一つの電極リード集合体が２個または４個以上の電極リード１２１から構成されてもよい。

以下、図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態による加圧ジグ２００の具体的な構造について説明する。

図５は本発明の一実施形態による加圧ジグを用いてバスバーを加圧する様子を示した図であり、図６は本発明の一実施形態による加圧ジグを示した斜視図である。

図５及び図６を参照すれば、本発明の一実施形態による加圧ジグ２００は、第１フレーム２１０、第２フレーム２２０、ヒンジ２３０、復元部材２４０及び距離調節ノブ２５０を含むことができる。

前記第１フレーム２１０は第１距離調節部２１１及び第１加圧部２１２を含み、第２フレーム２２０は第２距離調節部２２１及び第２加圧部２２２を含む。前記第１フレーム２１０と第２フレーム２２０とは、相互に相対回動できるようにヒンジ２３０によって結合される。

本発明では、前記第１フレーム２１０において、ヒンジ２３０によって第２フレーム２２０と結合される部位を基準にして、一側に位置する部分を第１距離調節部２１１と定義し、その反対側である他側に位置する部分を第１加圧部２１２と定義することにする。同様に、前記第２フレーム２２０において、ヒンジ２３０によって第１フレーム２１０と結合される部位を基準にして、一側に位置する部分を第２距離調節部２２１と定義し、その反対側である他側に位置する部分を第２加圧部２２２と定義することにする。

前記第１フレーム２１０と第２フレーム２２０とは、ヒンジ２３０によって相互結合された状態で、第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１とが対向し、第１加圧部２１２と第２加圧部２２２とが対向するように配置される。

前記第１フレーム２１０と第２フレーム２２０とは、第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１との距離が近くなれば第１加圧部２１２と第２加圧部２２２との距離が遠くなり、逆に第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１との距離が遠くなれば第１加圧部２１２と第２加圧部２２２との距離が近くなるように、ヒンジ２３０によって結合される。

すなわち、ユーザは、前記加圧ジグ２００を使う際に、第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１との距離が遠くなるように操作することで、バスバー１３２を両側から加圧することができる。

一方、前記第１加圧部２１２は、バスバー１３２を安定的に把持するため、その一端部に形成される第１把持部２１２ａを備え、第１把持部２１２ａは、バスバー１３２と当接する部分に一定の深さで形成された把持溝Ｇを備える。

同様に、前記第２加圧部２２２は、バスバー１３２を安定的に把持するため、その一端部に形成される第２把持部２２２ａを備え、第２把持部２２２ａは、バスバー１３２と当接する部分に一定の深さで形成された把持溝Ｇを備える。

すなわち、前記第１把持部２１２ａと第２把持部２２２ａとは、それぞれの対向面に形成された把持溝Ｇを備えることで、それぞれ第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃの一部を安定的に挿入／固定することができる。

図４とともに図５及び図６を参照すれば、第１把持部２１２ａ及び第２把持部２２２ａは、それぞれ、バスバー収容部１３１ａの内側壁と第２バスバー１３２ｂとの間及びバスバー収容部１３１ａの内側壁と第３バスバー１３２ｃのと間に挿入され、第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃを第１バスバー１３２ａに向かう方向に移動させる。

また、このように第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃが移動することで、第１リードスリットＳ１及び第２リードスリットＳ２が狭くなり、これによって第１リードスリットＳ１内に挿入された電極リード集合体及び第２リードスリットＳ２内に挿入された電極リード集合体が加圧され、電極リード１２１とバスバー１３２とが密着するようになる。

前記復元部材２４０は、第１フレーム２１０と第２フレーム２２０との間に連結される弾性復元力を有する部材である。具体的には、前記復元部材２４０は、その両側端部が第１距離調節部２１１の一端部から延設された第１固定部２１１ａ及び第２距離調節部２２１の一端部から延設された第２固定部２２１ａに結合され、第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１とが近づく方向に第１距離調節部２１１及び第２距離調節部２２１に力を加える。

すなわち、前記第１距離調節部２１１及び第２距離調節部２２１に他の外力が加えられない場合であれば、復元部材２４０によって第１距離調節部２１１と第２距離調節部２２１とが近づく方向に移動するようになり、これによって第１加圧部２１２と第２加圧部２２２とは遠ざかる方向に移動するようになる。

前記距離調節ノブ２５０は、外周面上の少なくとも一部にネジ山が形成された回転軸２５１、及び回転軸２５１の一端部に連結されたノブ取っ手２５２を含むことができる。

前記回転軸２５１は、ノブ取っ手２５２が形成された一端部の反対側である他端部が第１距離調節部２１１に回動自在に締結され、第２距離調節部２２１を貫通する。前記回転軸２５１が貫通する第２距離調節部２２１の貫通孔の内面に、回転軸２５１に形成されたネジ山と対応するネジ山が形成されることで、回転軸２５１の回転によって第２距離調節部２２１は第１距離調節部２１１に近づく方向または第１距離調節部２１１から遠ざかる方向に動くことができる。

すなわち、前記距離調節ノブ２５０を時計回りに回転させると、第２距離調節部２２１が第１距離調節部２１１から遠ざかる方向に移動し、第１加圧部２１２と第２加圧部２２２との距離が狭くなってバスバー１３２が加圧される。逆に、前記距離調節ノブ２５０を反時計回りに回転させると、第２距離調節部２２１が第１距離調節部２１１に近づく方向に移動し、第１加圧部２１２と第２加圧部２２２との間が広がってバスバー１３２に対する加圧状態が解除される。

したがって、前記加圧ジグ２００のユーザは、第１加圧部２１２と第２加圧部２２２との間がバスバー１３２の幅よりも広くなっている状態で、距離調節ノブ２５０を時計回りに回転させることで、第２バスバー１３２ｂ及び第３バスバー１３２ｃを第１バスバー１３２ａに向かう方向に移動させて、リードスリットＳ１、Ｓ２内に位置した電極リード１２１をバスバー１３２と密着させた状態で溶接を行うことができる。

この場合、溶接のための溶接装置は、第１フレーム２１０と第２フレーム２２０との間の空間から、図５に示された矢印方向に沿ってバスバー１３２に近付くことができる。

以上のように、本発明を限定された実施形態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。

１００ バッテリーモジュール
１１０ モジュールケース
１２０ バッテリーセル
１２１ 電極リード
１３０ バスバーアセンブリ
１３１ バスバーフレーム
１３１ａ バスバー収容部
１３２ バスバー
１３２ａ 第１バスバー
１３２ｂ 第２バスバー
１３２ｃ 第３バスバー
２００ 加圧ジグ
２１０ 第１フレーム
２１１ 第１距離調節部
２１１ａ 第１固定部
２１２ 第１加圧部
２１２ａ 第１把持部
２２０ 第２フレーム
２２１ 第２距離調節部
２２１ａ 第２固定部
２２２ 第２加圧部
２２２ａ 第２把持部
２３０ ヒンジ
２４０ 復元部材
２５０ 距離調節ノブ
２５１ 回転軸
２５２ ノブ取っ手
Ｇ 把持溝
Ｓ１ 第１リードスリット
Ｓ２ 第２リードスリット

Claims (10)

1. バッテリーモジュールの一側に設けられ、前記バッテリーモジュールに備えられたバスバーを両側から加圧することで、前記バスバーに形成されたリードスリット内に位置する電極リードと前記バスバーとを相互密着した状態で溶接する溶接用の加圧ジグであって、
   第１距離調節部及び第１加圧部を含む第１フレームと、
   前記第１距離調節部と対向する第２距離調節部及び前記第１加圧部と対向する第２加圧部を含む第２フレームとを含み、
   前記第１フレームと前記第２フレームとは、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との距離が近くなれば前記第１加圧部と前記第２加圧部との距離が遠くなり、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との距離が遠くなれば前記第１加圧部と前記第２加圧部との距離が近くなるように、２つのヒンジによって結合され、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間には、溶接のための溶接装置が前記バスバーに近付くことができるように、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との間から前記第１加圧部と前記第２加圧部との間まで前記２つのヒンジの間を通じた空間が形成されている、加圧ジグ。
2. 前記ヒンジは、前記第１フレームと前記第２フレームとの間を連結して相互に相対回動可能にする、請求項１に記載の加圧ジグ。
3. 前記加圧ジグは、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との間に連結され、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部とが相互に近づく方向に弾性力を与える復元部材をさらに含む、請求項１又は２に記載の加圧ジグ。
4. 前記加圧ジグは、ネジ山を有する回転軸を中心に回転し、前記第１フレームを前記第２フレームに近づく方向または前記第２フレームから遠ざかる方向に移動させる距離調節ノブをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の加圧ジグ。
5. 前記第１加圧部は、その端部に形成された第１把持部を備え、
   前記第２加圧部は、その端部に形成された第２把持部を備え、
   前記第１把持部と前記第２把持部とは、それぞれの対向面に前記バスバーが挿入できるように一定の深さで形成された把持溝を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の加圧ジグ。
6. 複数のバッテリーセルが積層されて形成されたセル積層体、前記セル積層体を収容するモジュールケース、及び前記モジュールケースの一側開口部を覆うバスバーアセンブリを含むバッテリーモジュールと、
   前記バスバーアセンブリ上に設けられて前記バスバーアセンブリに備えられるバスバーを両側から加圧することで、前記バスバーに形成されたリードスリット内に位置する電極リードと前記バスバーとを相互密着した状態で溶接できるようにする加圧ジグとを含む、バッテリーモジュール製造システムであって、
   前記加圧ジグは、
   第１距離調節部及び第１加圧部を含む第１フレームと、
   前記第１距離調節部と対向する第２距離調節部及び前記第１加圧部と対向する第２加圧部を含む第２フレームとを含み、
   前記第１フレームと前記第２フレームとは、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との距離が近くなれば前記第１加圧部と前記第２加圧部との距離が遠くなり、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との距離が遠くなれば前記第１加圧部と前記第２加圧部との距離が近くなるように、ヒンジによって連結され、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間には、溶接のための溶接装置が前記バスバーに近付くことができるように空間が形成されている、バッテリーモジュール製造システム。
7. 前記ヒンジは、前記第１フレームと前記第２フレームとの間を連結して相互に相対回動可能にする、請求項６に記載のバッテリーモジュール製造システム。
8. 前記加圧ジグは、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部との間に連結され、前記第１距離調節部と前記第２距離調節部とが相互に近づく方向に弾性力を与える復元部材をさらに含む、請求項６又は７に記載のバッテリーモジュール製造システム。
9. 前記加圧ジグは、ネジ山を有する回転軸を中心に回転し、前記第１フレームを前記第２フレームに近づく方向または前記第２フレームから遠ざかる方向に移動させる距離調節ノブをさらに含む、請求項６から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール製造システム。
10. 前記第１加圧部は、その端部に形成された第１把持部を備え、
    前記第２加圧部は、その端部に形成された第２把持部を備え、
    前記第１把持部と前記第２把持部とは、それぞれの対向面に前記バスバーが挿入できるように一定の深さで形成された把持溝を備える、請求項６から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール製造システム。

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