KR101127605B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 전지 모듈이 개시된다. 상기 전지 모듈은 각각 전극 조립체와 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하는 복수의 전지 유니트들과, 복수의 전지 유니트들 중에서 제1 전지 유니트의 전극 단자와 제2 전지 유니트의 전극 단자를 연결시키는 버스 바와, 제1, 제2 전지 유니트의 전극 단자에 대해 버스 바의 위치를 유지시키도록 구성된 위치정렬부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 다수의 전지들을 연결하여 구성되는 전지 모듈에 있어, 이웃한 전지들을 전기적으로 연결해주는 버스 바의 조립위치를 규제하도록 위치정렬부를 형성함으로써 버스 바의 용접시 버스 바의 정위치가 유지되고 용접 작업성이 향상되는 전지 모듈이 제공된다.

Description

전지 모듈{Battery module}
본 발명은 다수의 전지들이 연결되어 구성되는 전지 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 전기적으로 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 전지 모듈이 선호되며, 전지 모듈은 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지들을 직렬 연결 또는 병렬 연결시킴으로써 요구되는 출력전압이나 출력전류를 얻게 된다.
본 발명의 실시형태는 다수의 전지들을 연결하여 구성되는 전지 모듈에 있어, 이웃한 전지들을 전기적으로 연결해주는 버스 바의 조립위치를 규제하도록 위치정렬부를 형성함으로써 버스 바의 용접시 버스 바의 정위치가 유지되고 용접 작업성이 향상되는 전지 모듈을 포함한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전지 모듈은,
각각 전극 조립체와 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하는 복수의 전지 유니트들;
상기 복수의 전지 유니트들 중에서 제1 전지 유니트의 전극 단자와 제2 전지 유니트의 전극 단자를 연결시키는 버스 바; 및
상기 제1, 제2 전지 유니트의 전극 단자에 대해 상기 버스 바의 위치를 유지시키도록 구성된 위치정렬부를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 전지 유니트는 상기 제1 전지 유니트의 전극 단자와 연결된 제1 터미널 플레이트를 포함하고,
상기 제2 전지 유니트는 상기 제2 전지 유니트의 전극 단자와 연결된 제2 터미널 플레이트를 포함하며,
상기 버스 바는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트에 용접된다.
예를 들어, 상기 위치정렬부는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트 중 적어도 하나의 터미널 플레이트의 표면으로부터 제1 방향으로 돌출되며, 상기 적어도 하나의 터미널 플레이트의 적어도 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 적어도 하나의 가이드부를 포함하고,
상기 버스 바는 상기 적어도 하나의 가이드부에 인접한 상기 적어도 하나의 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 적어도 일부를 포함한다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 가이드부는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 적어도 하나의 절곡부를 포함한다.
예를 들어, 상기 버스 바의 두께는 상기 적어도 하나의 가이드부의 높이와 실질적으로 같다.
예를 들어, 상기 버스 바의 두께는 상기 적어도 하나의 가이드부의 높이 보다 높다.
예를 들어, 상기 버스 바는 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접된다.
예를 들어, 상기 버스 바는,
상기 버스 바의 적어도 일부를 포함하는 본체부; 및
상기 적어도 하나의 가이드부와 중첩되는 단차부;를 포함한다.
예를 들어, 상기 단차부는 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접된다.
예를 들어, 상기 버스 바는 상기 제2 방향으로 연장되는 적어도 하나의 용접선을 따라 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접된다.
예를 들어, 상기 위치정렬부는,
제1 방향으로 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되며, 상기 제1 터미널 플레이트의 제1 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
상기 제1 방향으로 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되며, 상기 제1 측과 반대되는 제1 터미널 플레이트의 제2 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
상기 버스 바는 상기 제1, 제2 가이드부 사이에서 상기 제1 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 제1 부분을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 가이드부 중 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함한다.
예를 들어, 상기 위치정렬부는,
상기 제1 방향으로 상기 제2 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 제2 터미널 플레이트의 제1 측을 따라 상기 제2 방향으로 연장되는 제3 가이드부; 및
상기 제1 방향으로 상기 제2 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 제1 측과 반대되는 제2 터미널 플레이트의 제2 측을 따라 상기 제2 방향으로 연장되는 제4 가이드부;를 더 포함하며,
상기 버스 바는 상기 제3, 제4 가이드부 사이에서 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 제2 부분을 포함한다.
예를 들어, 상기 버스 바의 제1 부분은 상기 제1 터미널 플레이트의 표면에 용접되고,
상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제2 터미널 플레이트의 표면에 용접된다.
예를 들어, 상기 버스 바의 제1 부분은 제1 금속을 포함하고,
상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 버스 바의 제1 부분은 제1, 제2 가이드부 간의 거리와 실질적으로 동일하다.
예를 들어, 상기 위치정렬부는,
제1 방향을 따라 제1 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 제1 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
상기 제1 방향을 따라 제2 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 제1 측과 반대되는 버스 바의 제2 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
상기 버스 바는 제1, 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되고, 제1, 제2 가이드부 사이에 배치된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 가이드부 중에서 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함한다.
예를 들어, 상기 위치정렬부는,
제1 방향을 따라 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
상기 제1 방향을 따라 제2 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
상기 버스 바는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되고, 상기 버스 바의 일 측은 상기 제1, 제2 가이드부에 인접한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 가이드부 중에서 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함한다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 일 실시형태에 의하면, 이웃한 전지 유니트들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 조립위치를 규제하도록 위치정렬부를 형성함으로써 버스 바의 용접 작업시 버스 바의 정위치가 유지되어 용접 작업성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 수직 단면도로서, 전지 유니트의 수직 단면도이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 8은 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다.
도 11는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 12은 도 11의 XII-XII 선을 따라 취한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 14는 도 13의 XIV-XIV 선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 전지 모듈에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 관한 전지 모듈의 사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 전지 모듈(80)은 열을 이루어 배열된 적어도 2 이상의 전지 유니트(20)들을 포함한다. 예를 들어, 상기 전지 모듈(80)은 일 방향을 따라 배열된 전지 유니트(20)들을 포함할 수 있고, 1열 또는 2열 이상 복열로 배열된 전지 유니트(20)들을 포함하는 적층구조를 가질 수 있다.
상기 전지 유니트(20)로는 리튬 이온 전지와 같은 이차 전지가 적용될 수 있다. 이때, 원통형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 폴리머 전지 등 다양한 형태의 이차 전지가 적용될 수 있으며, 어느 하나의 형태로 한정될 필요는 없다.
상기 전지 유니트(20)들은 전지 유니트(20) 상의 양측에 형성된 터미널 플레이트(41,42)의 접속을 통하여 서로 전기적으로 연결되며, 버스 바(40)를 통하여 서로 접속된다. 예를 들어, 상기 버스 바(40)는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(20) 간의 연결을 매개하며, 터미널 플레이트(41,42) 위에 안착되어 터미널 플레이트(41,42)들을 서로 접속시킨다.
서로 연결된 한 쌍의 터미널 플레이트 중 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42)는 각 전지 유니트(20) 상에 형성된다. 위치정렬부는 서로 연결된 한 쌍의 터미널 플레이트 중에서 상기 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42)에 대해 버스 바(40)의 위치를 유지한다. 일 실시형태에 의하면, 상기 위치정렬부는 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42) 모두 또는 이들 중 어느 하나로부터 돌출된 적어도 하나 이상의 가이드부(41a,42a)를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 위치정렬부는 양극 및 음극 터미널 플레이트(41,42)의 양단에서 서로 마주하게 쌍을 이루어 돌출된 두 개의 가이드부(41a,42a)를 포함한다. 상기 버스 바는 가이드부(41a,42a)들 사이에 안착되고, 터미널 플레이트(41,42)와 겹쳐진 상태에서 터미널 플레이트(41,42) 상에 용접 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 전지 유니트(20)들은 같은 극성끼리 병렬 연결되거나 또는 반대 극성끼리 직렬 연결될 수 있으며, 이를 위해 전지 유니트(20)들은 극성이 서로 엇갈리는 방향으로 배치될 수도 있다.
도 2에는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 수직 단면도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 2에 도시된 전극 조립체가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 전지 유니트(20)는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)가 수용되는 케이스(34)와, 케이스(34) 상단을 폐쇄하는 캡 조립체(30)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전극 조립체(10)는 양극판(11)과, 음극판(12)과, 상기 양극판(11) 및 음극판(12) 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)를 포함한다. 예를 들어, 상기 양극판(11), 음극판(12), 및 세퍼레이터(13)의 적층체는 젤리 롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다.
상기 양극판(11)은 양극 집전체(11a)와, 상기 양극 집전체(11a)의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층(11b)을 포함하고, 양극 집전체(11a)의 폭 방향을 따라 일 가장자리에는 양극 활물질층(11b)이 형성되지 않은 양극 무지부(11c)가 형성되어 있다.
상기 음극판(12)은 음극 집전체(12a)와, 상기 음극 집전체(12a)의 적어도 일면에 형성된 음극 활물질층(12b)을 포함하고, 음극 집전체(12a)의 폭 방향을 따라 일 가장자리에는 음극 활물질층(12b)이 형성되지 않은 음극 무지부(12c)가 형성되어 있다.
이때, 상기 양극 무지부(11c) 및 음극 무지부(12c)는 전극 조립체(10)의 폭 방향으로 서로 반대되는 가장자리에 배치된다. 상기 전극 조립체(10)는 상기 케이스(34)의 좌우에 양극 무지부(11c)와 음극 무지부(12c)가 위치하도록 삽입된다. 상기 양극 무지부(11c)에는 양극 집전판(50)이 전기적으로 연결되고, 상기 음극 무지부(12c)에는 음극 집전판(60)이 전기적으로 연결된다. 상기 양극 무지부(11c)에 대한 양극 집전판(50)의 결합과, 음극 무지부(12c)에 대한 음극 집전판(60)의 결합은 초음파 용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 캡 조립체(30)는 케이스(34) 상단을 폐쇄하기 위한 캡 플레이트(30)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(30)와 케이스(34)의 맞닿는 부분은 레이저 용접으로 기밀성 결합을 형성할 수 있다. 상기 캡 플레이트(30)에는 케이스(34) 내부 압력이 설정 포인트를 초과하면 가스의 배출 경로를 제공하도록 파단 가능하게 설계된 안전 벤트(39)가 형성되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(30)에는 케이스(34) 내로 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(38a)가 형성되어 있으며, 전해액 주입이 완료된 이후에 실링 마개(38)에 의해 전해액 주입구(38a)가 폐쇄된다.
상기 양극 집전판(50)은 양극 단자(21)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 단자(21)는 캡 플레이트(30)를 관통하여 외부로 인출되며, 캡 플레이트(30) 상으로부터 소정 길이로 돌출될 수 있다. 상기 음극 집전판(60)은 음극 단자(22)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 음극 단자(22)는 캡 플레이트(30)를 관통하여 외부로 인출되며, 캡 플레이트(30) 상으로부터 소정 길이로 돌출될 수 있다. 상기 캡 플레이트(30)에는 전극 단자(21,22)들을 외부로 인출해내기 위한 단자 홀(31`)이 형성되어 있다.
상기 전극 단자(21,22)들은 캡 플레이트(31)와 절연된 상태로 결합을 이루며, 전극 단자(21,22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 절연성 개스킷(25,27)이 개재되어 전극 단자(21,22)와 캡 플레이트(31)를 상호 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 개스킷(25,27)은 상부 개스킷(25)과 하부 개스킷(27)을 포함하고, 상기 상부 개스킷(25)은 캡 플레이트(31)의 상부로부터 단자 홀(31`)로 끼워지도록 설치되며, 상기 하부 개스킷(27)은 캡 플레이트(31)의 하부로부터 단자 홀(31`)로 끼워지도록 설치된다. 한편, 상기 상부 개스킷(25) 및 하부 개스킷(27) 이외에, 절연성 실재(26)가 추가로 마련되어 전극 단자(21,22)와 캡 플레이트(31) 또는 전극 단자(21,22)와 케이스(34) 간을 절연시킬 수 있다.
상기 전극 단자(21,22)는 터미널 플레이트(41,42)와 리벳 결합을 이룬다. 예를 들어, 상기 터미널 플레이트(41,42)에 끼워진 전극 단자(21,22)의 선단(21a,22a)을 리벳 가공함으로써 단자의 선단(21a,22a)이 넓게 퍼지며 터미널 플레이트(41,42)에 대해 압접되게 한다. 터미널 플레이트(41,42)는 리벳 가공된 전극 단자의 선단(21a,22a)과 압접을 이루며, 터미널 플레이트(41,42)와 전극 단자(21,22)는 서로에 대해 견고히 결합된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 실시형태에서 양극 전극 단자와 양극 터미널 플레이트와, 음극 전극 단자와 음극 터미널 플레이트는 다른 적정의 수단이나 방법에 의해 서로에 대해 결합될 수 있다.
상기 터미널 플레이트(41,42)는 양극 단자(21) 및 음극 단자(22)에 대응되도록 쌍으로 배치되며, 상기 터미널 플레이트(41,42)에는 버스 바(40)와의 위치정렬을 위한 가이드부(41a,42a)가 마련된다. 상기 가이드부(41a,42a)는 버스 바(40)의 조립위치를 정의하며, 버스 바(40)를 안내하여 정 위치에 조립되도록 한다. 상기 가이드부(41a,42a)는 용접 작업시 버스 바(40)의 위치를 규제 내지 유지함으로써 위치이탈을 방지할 수 있고, 임의적인 위치이동을 규제함으로써 용접작업의 작업성을 향상시킬 수 있다. 추가적으로 상기 가이드부(41a,42a)는 버스 바(40)와의 용접위치를 제공함으로써 용접부의 일부를 형성할 수도 있다.
예를 들어, 상기 가이드부(41a,42a)는 각 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42)의 양단으로부터 서로 마주하게 쌍을 이루어 돌출 형성될 수 있고, 가이드부(41a,42a) 사이에 안착된 버스 바(40)는 양 측면을 규제 내지 구속하는 가이드부(41a,42a)에 지지되어 정 위치를 유지할 수 있다. 상기 가이드부(41a,42a)의 돌출높이(H)는 버스 바(40)의 위치를 규제할 수 있을 정도면 충분하고, 예를 들어, 상기 버스 바(40)의 두께와 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있고, 이 경우, 상기 버스 바(40)의 상면과 가이드부(41a,42a)의 상면은 실질적으로 동일한 높이에 있을 수 있다.
이웃한 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)를 전기적으로 연결해주는 버스 바(40)는 도전성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있는데, 균일한 조성을 갖는 균질의 금속소재로 형성될 수 있다. 이때, 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)가 공히 버스 바(40)와 동종금속으로 형성되면, 각 터미널 플레이트(41,42)와 버스 바(40) 간에는 동종금속 간의 용접이 수행되고, 예를 들어, 레이저 용접을 통해 결합될 수 있다. 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)가 동종금속으로 형성되는 구성으로는 이하와 같은 실시형태들이 예시될 수 있다. 일 실시형태로서, 버스 바(40)를 통하여 연결되는 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)는 전기적으로 같은 극성을 가지면서 동종금속으로 형성될 수 있다. 이 경우, 같은 극성의 터미널 플레이트(41,42)끼리 인접하도록 다수의 전지 유니트들(20)이 배열될 수 있다.
또 다른 실시형태로서, 상기 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)는 서로 반대극성을 가지면서 동종금속으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)로부터 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42) 간의 전류 패스를 형성하는 전극 집전체(50,60)-전극 단자(21,22) 사이 또는 전극 단자(21,22)-터미널 플레이트(41,42) 사이에는 이종금속 간의 결합이 형성될 수 있다. 예를 들어, 양극 및 음극 집전체(50,60)는 전기화학적 특성이 서로 다른 구리(Cu)와 알루미늄(Al) 소재로 각각 형성되되, 양극 및 음극 단자(21,22)는 공히 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 동종소재로 형성됨으로써 양극 및 음극 집전체(50,60) 중 어느 하나와 양극 및 음극 단자(21,22) 중 어느 하나 간에는 이종금속 간의 결합이 형성될 수 있다.
또는 양극 및 음극 집전체(50,60)는 각각 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 소재로 형성되는 동시에, 양극 및 음극 단자(21,22) 역시 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)으로 형성되되, 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)는 공히 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 동종소재로 형성됨으로써 양극 및 음극 단자(21,22) 중의 어느 하나와 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42) 중의 어느 하나 간에는 이종금속 간의 결합이 형성될 수 있다.
예를 들어, 이종금속 간에는 레이저 용접을 대체하여 마찰교반용접(FSW, Friction Stir Welding)이 수행될 수 있으며, 마찰교반용접을 통하여 용접성이 떨어지는 이종금속 간에도 충분한 용접강도를 얻을 수 있다. 일 실시형태에서, 마찰교반용접은 용접 툴(500)을 고속으로 회전시키면서 터미널 플레이트(41,42) 상에 안착된 버스 바(40) 내로 용접 툴(500)을 삽입시키면, 용접 툴(500)의 마찰 열에 의해 주변 모재가 연화되면서 용접 툴(500)의 교반 작용에 의한 소성 유동으로 경계면을 기준으로 터미널 플레이트(41,42)와 버스 바(40) 양쪽의 모재가 강제적으로 혼입되면서 마찰교반용접이 이루어지게 된다.
예를 들어, 알루미늄(Al)-알루미늄(Al)끼리, 또는 구리(Cu)-구리(Cu)끼리의 동종 금속 간에는 레이저 용접을 통하여 충분한 용접강도를 얻을 수 있다. 그러나, 알루니늄(Al)-구리(Cu)와 같은 이종금속 간에 레이저 용접을 적용하면 용접성이 저하되어 충분한 용접강도를 얻을 수 없다. 이때, 레이저 용접을 대체하여 마찰교반용접(FSW, Friction Stir Welding)을 적용함으로써 이종 금속 간에도 충분한 용접강도를 얻을 수 있다.
예를 들어, 양극 단자(21)와 음극 단자(22)는 서로 다른 이종금속(ex. Cu-Al)으로 형성될 수 있고, 각 전극 단자(21,22)와 연결되는 터미널 플레이트(41,42) 역시 서로 다른 이종금속(ex. Cu-Al)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 터미널 플레이트(41)는 구리(Cu) 소재로 형성되는 한편으로, 제2 터미널 플레이트(42)는 알루미늄(Al) 소재로 형성된다고 할 때, 이종 금속으로 된 터미널 플레이트(41,42)들을 서로 접속하는 버스 바(40)가 알루미늄 소재로 형성된다면, 구리 소재의 제1 터미널 플레이트(41)와 알루미늄 소재의 버스 바(40) 간에는 이종 금속 간의 용접이 요구되고, 이때, 마찰교반용접이 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 이웃한 한 쌍의 터미널 플레이트(41,42) 상으로 버스 바(40)가 배치된다. 버스 바(40)가 안착되는 터미널 플레이트(41,42)에는 그 양단으로부터 상방으로 돌출되는 가이드부(41a,42a)가 마련된다. 상기 가이드부(41a,42a)는 버스 바(40)의 조립위치를 규제함으로써 버스 바(40)가 정 위치로부터 이탈되지 않도록 한다. 일 실시형태에서, 용접, 예를 들어, 마찰교반용접이 점 용접(spot welding)의 형태로 버스 바(40) 상에서 수행될 수 있다.
용접 점(45)을 통하여 터미널 플레이트(41,42) 상에 버스 바(40)가 견고하게 고정된다. 일 실시형태로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 용접 점(45)이 이웃한 각 양극 터미널 플레이트(41)와 음극 터미널 플레이트(42)와, 버스 바(40) 간에 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 용접 개수나 용접 형상에 의해 한정되지 않으며, 다른 실시형태에서, 임의의 형상과 구조 및 적정의 개수를 갖는 용접에 의해 버스 바(40)가 이웃한 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42)에 용접될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시형태에서, 양극 터미널 플레이트(41) 및 음극 터미널 플레이트(42) 상에 배치된 버스 바(40)의 용접에서, 상대적으로 넓은 용접 영역이 형성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 상대적으로 넓은 용접 영역은 큰 직경의 용접 툴을 적용하여 용접, 예를 들어, 마찰교반용접을 수행함으로써 형성될 수 있다. 증대된 용접 면적을 통하여 터미널 플레이트(41,42) 상으로 버스 바(40)가 견고하게 고정될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 가이드부(41a,42a)와 버스 바(40) 간의 경계를 따라, 예를 들어, 연속적인 라인으로 용접이 수행될 수 있다. 예를 들어, 가이드부(41a,42a) 사이에 조립된 버스 바(40)의 양 측선을 따라 용접 선이 형성될 수 있고, 용접 선을 통하여 터미널 플레이트(41,42) 상에 버스 바(40)가 견고하게 고정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전지 모듈(100)의 사시도이다. 도면을 참조하면, 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)를 연결하는 버스 바(140)는 서로 다른 이종금속 간의 조합체로 형성된다. 예를 들어, 상기 버스 바(140)는 제1 금속을 소재로 하는 제1 금속편(140a)과 제2 금속을 소재로 하는 제2 금속편(140b)을 포함할 수 있으며, 제1, 제2 금속편(140a,140b)은 맞대기 용접으로 서로에 대해 결합될 수 있다. 이때, 버스 바(140)의 제1 금속편(140a)은 동종의 제1 금속으로 구성된 제1 터미널 플레이트(41)에 대해 용접 결합됨으로써 동종금속끼리의 높은 용접 강도를 얻을 수 있다. 유사하게, 버스 바(140)의 제2 금속편(140b)은 제2 금속으로 구성된 제2 터미널 플레이트(42)에 대해 용접 결합됨으로써 동종금속끼리의 높은 용접 강도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)는 서로 반대극성을 갖고, 전기화학적 특성이 서로 다른 구리(Cu)와 알루미늄(Al) 소재로 각각 형성될 수 있다. 이때, 제1, 제2 터미널 플레이트(41,42)를 서로 연결해주는 버스 바(140)를 제1 금속편(140a, 예를 들어, 구리 편)과 제2 금속편(140b, 알루미늄 편)의 조합체로 구성함으로써 각 터미널 플레이트(41,42)와 동종금속 간의 용접이 수행될 수 있고, 예를 들어, 레이저 용접이 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈(200)의 사시도이다. 도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도이다. 도면들을 참조하면, 버스 바(240)가 안착되는 터미널 플레이트(41,42)에는 그 양단으로부터 상방으로 돌출되는 가이드부(41a,42a)가 마련된다. 상기 가이드부(41a,42a)는 터미널 플레이트(41,42)의 조립위치를 규제함으로써 터미널 플레이트(41,42)가 정 위치로부터 이탈되지 않도록 한다. 상기 가이드부(41a,42a) 사이에 안착되는 버스 바(240)는 후판의 두께로 형성될 수 있고, 가이드부(41a,42a) 사이의 공간을 채우고 가이드부(41a,42a)의 돌출높이(H)를 넘어서는 후판의 두께로 형성될 수 있다. 상기 버스 바(240)는 직렬 또는 병렬 접속된 다수의 전지 유니트(20)들을 경유하는 전류 패스를 형성하므로, 후판의 두께로 형성됨으로써 전류 패스의 저항을 낮출 수 있다. 이때, 버스 바(240)와 터미널 플레이트(41,42)가 맞닿아 형성되는 코너부를 따라 용접이 수행되고 용접부(245, 도 5)가 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈(300)의 사시도이다. 도 8은 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도이다. 도면들을 참조하면, 위치정렬부는 터미널 플레이트(41,42)의 양단에서 서로 쌍을 이루어 마주보게 돌출되는 가이드부(41a,42a)를 포함하며, 가이드부(41a,42a) 사이로 버스 바(340)가 조립된다. 상기 버스 바(340)는 가이드부(41a,42a)를 덮도록 형성되며, 예를 들어, 가이드부(41a,.42a)의 윤곽을 따라 정합되는 형상으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 버스 바(340)는 가이드부(41a,42a) 사이에 끼워지는 몸체부(340a)와, 상기 몸체부(340a)의 양편에 형성되어 가이드부(41a,42a) 상에 안착되는 단차부(340b)를 포함할 수 있다. 이때, 단차부(340b)와 가이드부(41a,42a) 간의 맞닿는 부분을 따라 용접부(345, 도 7)가 형성되거나 또는 가이드부(41a,42a)와 겹쳐지게 배치되는 단차부(340b) 상으로 용접이 수행될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전지 모듈(400)의 사시도이다. 도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 위치정렬부는 버스 바(40)의 적어도 일부를 덮기 위한 절곡부(L-형상 절곡부)를 갖는 가이드부(441a,442a)를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 가이드부(441a,442a)는 서로 마주하게 쌍을 이루고, 각 양극 터미널 플레이트(441) 및 음극 터미널 플레이트(442)의 양 단부로부터 돌출됨으로써 가이드부(441a,442a)는 개방된 채널 형상(open channel shape)을 형성한다. 상기 버스 바(40)는, 가이드부(441a,442a)들 사이에 배치되고, 가이드부(441a,442a)들에 의해 덮여진 적어도 일부를 갖는다. 일 실시형태에서, 상기 버스 바(40)는, 가이드부(441a,442a)들의 절곡부 밑으로 슬라이딩됨으로써 가이드부(441a,442a)들 사이에 끼워지고, 양극 터미널 플레이트(441)와 음극 터미널 플레이트(442) 및 버스 바(40) 사이에 낮은 저항을 제공하기 위하여, 절곡부에 의해 덮여지고, 절곡부와 접촉한다. 일 실시형태에서, 용접부(45)는 양극 터미널 플레이트(441)와 음극 터미널 플레이트(442) 및 버스 바(40) 간에 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 12는 도 11의 XII-XII 선을 따라 취한 단면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 위치정렬부는 가이드부(541a,542a)를 포함하고, 각 가이드부(541a,542a)는 앞서 설명된 가이드부(41a,42a)와 동일 유사하다. 일 실시형태에서, 양극 터미널 플레이트(541)는 일 단부로부터 돌출된 가이드부(541a)를 갖고, 이웃한 음극 터미널 플레이트(542)는 일 단부와 반대되는 타 단부로부터 돌출되고, 상기 가이드부(541a)와 마주하는 가이드부(542a)를 갖는다. 상기 버스 바(40)는, 버스 바(40)의 위치를 유지하기 위해, 인접한 양극 터미널 플레이트(541)와 음극 터미널 플레이트(542) 상의 가이드부(541a,542a)들 사이에 배치된다. 일 실시형태에서, 용접부(45)는 양극 터미널 플레이트(541)와 음극 터미널 플레이트(542) 및 버스 바(40) 간에 형성된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전지 모듈(600)의 사시도이다. 도 14는 도 13의 XIV-XIV 선을 취한 단면도이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 위치정렬부는 가이드부(641a,642a)를 포함하고, 각 가이드부(641a,642a)는 앞서 설명된 가이드부(41a,42a)와 동일 유사하다. 일 실시형태에서, 양극 터미널 플레이트(641)는 일 단부로부터 돌출된 가이드부(641a)를 갖고, 인접한 음극 터미널 플레이트(642)는 상기 가이드부(641a)와 동일한 측의 단부로부터 돌출된 가이드부(642a)를 갖는다. 즉, 가이부(641a,642a)는 서로 이웃하게 배치되며, 상기 버스 바(40)는, 버스 바(40)의 같은 측에 인접한 가이드부(641a,642a)들과 함께 배치된다. 일 실시형태에서, 용접부(45)는 양극 터미널 플레이트(641) 및 음극 터미널 플레이트(642), 및 버스 바(40) 간에 형성된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 전극 조립체 11 : 양극판
11a : 양극 집전판 11b : 양극 활물질층
11c : 양극 무지부 12 : 음극판
12a : 음극 집전판 12b : 음극 활물질층
12c : 음극 무지부 13 : 세퍼레이터
20 : 전지 유니트 21 : 양극 단자
21a : 양극 단자의 선단 22 : 음극 단자
22a : 음극 단자의 선단 25 : 상부 개스킷
26 : 절연성 실재 27 : 하부 캐스킷
30 : 캡 조립체 31 : 캡 플레이트
31` : 단자 홀 34 : 케이스
38 : 실링 마개 38a : 전해액 주입구
39 : 안전 벤트 40,140,240,340 : 버스 바
41,42,441,442,541,542,641,642 : 터미널 플레이트
41a,42a,441a,442a,541a,542a,641a,642a : 가이드부
45 : 용접 점 50 : 양극 집전판
60 : 음극 집전판
80,100,200,300,400,500,600 : 전지 모듈
140a : 제1 금속편 140b: 제2 금속편
245,345: 용접부 340a : 버스 바의 몸체부
340b : 버스 바의 단차부

Claims (20)

  1. 각각 전극 조립체와 전극 조립체에 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함하는 복수의 전지 유니트들;
    상기 복수의 전지 유니트들 중에서 제1 전지 유니트의 전극 단자와 제2 전지 유니트의 전극 단자를 연결시키는 버스 바; 및
    상기 제1, 제2 전지 유니트의 전극 단자에 대해 상기 버스 바의 위치를 유지시키도록 구성된 위치정렬부를 포함하며,
    상기 제1 전지 유니트는 상기 제1 전지 유니트의 전극 단자와 연결된 제1 터미널 플레이트를 포함하고,
    상기 제2 전지 유니트는 상기 제2 전지 유니트의 전극 단자와 연결된 제2 터미널 플레이트를 포함하며,
    상기 버스 바는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트에 용접되고,
    상기 위치정렬부는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트에 대한 버스 바의 용접 위치를 가고정하도록, 상기 제1, 제2 터미널 플레이트 중 적어도 어느 하나로부터 상기 버스 바를 덮도록 돌출된 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치정렬부는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트 중 적어도 하나의 터미널 플레이트의 표면으로부터 제1 방향으로 돌출되며, 상기 적어도 하나의 터미널 플레이트의 적어도 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 적어도 하나의 가이드부를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 적어도 하나의 가이드부에 인접한 상기 적어도 하나의 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 적어도 일부를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가이드부는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 적어도 하나의 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 버스 바의 두께는 상기 적어도 하나의 가이드부의 높이와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 버스 바의 두께는 상기 적어도 하나의 가이드부의 높이 보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접되는 전지 모듈.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 버스 바는,
    상기 버스 바의 적어도 일부를 포함하는 본체부; 및
    상기 적어도 하나의 가이드부와 중첩되는 단차부;를 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접되는 전지 모듈.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 제2 방향으로 연장되는 적어도 하나의 용접선을 따라 상기 적어도 하나의 가이드부에 용접되는 전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위치정렬부는,
    제1 방향으로 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되며, 상기 제1 터미널 플레이트의 제1 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
    상기 제1 방향으로 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되며, 상기 제1 측과 반대되는 제1 터미널 플레이트의 제2 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 제1, 제2 가이드부 사이에서 상기 제1 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 제1 부분을 포함하는 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2 가이드부 중 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위치정렬부는,
    상기 제1 방향으로 상기 제2 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 제2 터미널 플레이트의 제1 측을 따라 상기 제2 방향으로 연장되는 제3 가이드부; 및
    상기 제1 방향으로 상기 제2 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 제1 측과 반대되는 제2 터미널 플레이트의 제2 측을 따라 상기 제2 방향으로 연장되는 제4 가이드부;를 더 포함하며,
    상기 버스 바는 상기 제3, 제4 가이드부 사이에서 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되는 제2 부분을 포함하는 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버스 바의 제1 부분은 상기 제1 터미널 플레이트의 표면에 용접되고,
    상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제2 터미널 플레이트의 표면에 용접되는 전지 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 버스 바의 제1 부분은 제1 금속을 포함하고,
    상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 전지 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 버스 바의 제1 부분은 제1, 제2 가이드부 간의 거리와 실질적으로 동일한 전지 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 위치정렬부는,
    제1 방향을 따라 제1 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 제1 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
    상기 제1 방향을 따라 제2 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 제1 측과 반대되는 버스 바의 제2 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
    상기 버스 바는 제1, 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되고, 제1, 제2 가이드부 사이에 배치되는 전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1, 제2 가이드부 중에서 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 위치정렬부는,
    제1 방향을 따라 상기 제1 터미널 플레이트의 표면으로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제1 가이드부; 및
    상기 제1 방향을 따라 제2 터미널 플레이트로부터 돌출되고, 상기 버스 바의 일 측을 따라 제2 방향으로 연장되는 제2 가이드부;를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 제1, 제2 터미널 플레이트의 표면과 중첩되고, 상기 버스 바의 일 측은 상기 제1, 제2 가이드부에 인접하는 전지 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1, 제2 가이드부 중에서 적어도 하나는 상기 버스 바의 적어도 일부를 덮는 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
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