KR101147173B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 기재의 이차 전지는, 복수의 이차 전지들, 및 제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재를 포함한다. 상기 연결부재는, 상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분과, 상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분, 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부를 포함한다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 전지 모듈이 개발되고 있으며, 상기한 고출력 전지 모듈은 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
각형 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하며 전극 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성된 캡 플레이트, 전극군과 전기적으로 연결되며, 단자 홀에 삽입되어 케이스의 외측으로 돌출되는 전극 단자를 포함한다.
전극 단자는 너트에 의하여 캡 플레이트에 고정되는데, 외부의 지속적인 진동이나 충격으로 인하여 너트가 풀어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 이차 전지 내부의 접촉 저항을 유발하여 이차 전지의 출력이 저하되고 수명이 감소되는 문제를 야기한다.
특히, 양극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 음극 단자는 구리로 이루어진 경우, 연결부재와 양극 단자 또는 음극 단자가 상이한 소재로 이루어지므로 이종 금속 간의 접촉으로 부식이 발생하거나 접촉 저항이 지속적으로 증가하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 연결부재를 양극 단자와 음극 단자에 저항 용접으로 접합하는 방안이 제시되었다.
그러나 연결부재가 양극 단자 또는 음극 단자와 상이한 소재로 형성될 경우에는 녹는점이 달라서 연결부재와 단자들을 저항 용접 또는 초음파 용접으로 접합하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연결부재와 단자들을 용이하고 안정적으로 고정할 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 복수의 이차 전지들, 및 제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재를 포함한다. 상기 연결부재는, 상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분과, 상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분, 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부를 포함한다.
상기 용접부는 마찰 교반 용접에 의해 형성될 수 있으며, 상기 용접부는 점 용접을 포함할 수 있다.
상기 제1 소재는 알루미늄을 포함하고, 상기 제2 소재는 구리를 포함하며, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재는 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기 제1 부분은 제1 연결 바와, 상기 제1 연결 바로부터 연장되는 제1 돌기를 포함할 수 있으며, 상기 제2 부분은 제2 연결 바와, 상기 제2 연결 바로부터 연장되는 제2 돌기를 포함할 수 있고, 상기 제1 돌기와 상기 제2 돌기는 서로 중첩되어 중첩부를 형성하며, 상기 중첩부는 상기 용접부를 포함한다.
상기 제1 돌기는 상기 제1 연결 바보다 더 얇게 형성되고, 상기 제2 돌기는 상기 제2 연결 바보다 더 얇게 형성되며, 상기 제1 연결 바, 제2 연결 바, 및 상기 중첩부는 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 부분과 제2 부분은 판 형상으로 이루어지고, 상기 제1 돌기는 상기 제1 연결 바의 평면에 평행한 평면에 형성되는 절곡부이며, 상기 절곡부는 상기 제2 부분의 일부와 중첩되어 중첩부를 형성하고, 상기 중첩부는 상기 용접부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 연결 바와 상기 제2 연결 바는 동일 평면 상에 위치하며, 상기 연결부재는 상기 제1 연결 바 또는 상기 제2 연결 바에서보다 상기 중첩부에서 더 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 판 형상으로 이루어지고 동일 평면 상에 위치하며, 상기 제1 부분의 일측과 상기 제2 부분의 일측이 서로 접촉할 수 있다. 상기 용접부는 상기 제1 부분의 상기 일측과 상기 제2 부분의 상기 일측이 접촉하는 부분에 선 용접될 수 있다.
상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 판 형상으로 이루어지고, 상기 제1 부분은 상기 제1 단자에 용접되고, 상기 제2 부분은 상기 제2 단자에 용접될 수 있다.
상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 원기둥 형상으로 이루어지며, 외측면에 나사 가공되어 있고, 상기 연결부재의 상기 제1 부분와 상기 제2 부분은 각각 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 수용하는 단자 홀을 구비하며, 체결 너트가 상기 연결부재를 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 각각에 연결할 수 있다.
상기 용접부는 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합물을 포함하는 너겟부를 포함할 수 있다.
상기 연결부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 접촉하고, 상기 너겟부는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 접촉면을 가로지르도록 형성될 수 있다.
상기 너겟부는 상기 제1 부분을 상기 제2 부분과 고체 상태에서 혼합시켜 혼합물질을 형성하고, 상기 혼합물질의 동적 재결정화에 의해 이루어질 수 있다.
상기 용접부는, 상기 너겟부 주위에, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 부분적 재결정화 및 소성 변형에 의해 형성되는 열-기계적 영향부와, 상기 열-기계적 영향부 주위에, 사선 형상의 결정립을 갖는 열영향부를 포함할 수 있다.
상기 용접부는 상기 연결부재의 표면으로부터 함몰된 용접 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자 연결방법은, 제1 이차 전지의 제1 단자와 제2 이차 전지의 제2 단자를 연결하는 방법에 있어서, 상기 제1 단자와 동일한 소재를 포함하는 제1 연결부를 제공하는 단계와, 상기 제2 단자와 동일한 소재를 포함하는 제2 연결부를 제공하는 단계와, 마찰교반 용접을 이용하여, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부를 연결하는 용접부를 형성하는 단계와, 상기 제1 연결부를 상기 제1 단자에 연결하고, 상기 제2 연결부를 상기 제2 단자에 연결하는 단계를 포함한다.
상기 마찰교반 용접은 상기 제1 연결부를 상기 제2 연결부와 고체 상태에서 혼합시켜 혼합물질을 형성하고, 상기 혼합물질의 동적 재결정화에 의해 형성되는, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합물을 포함한 너겟부를 형성할 수 있다.
본 발명의 적어도 한 실시예에 따르면 접촉저항 및 부식을 감소하여 전지 모듈의 출력이 향상될 뿐만 아니라, 전지 모듈의 수명이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 양극 단자(130)와 음극 단자(140)를 갖는 복수 개의 이차 전지들(110)과 이차 전지들(110)을 전기적으로 연결하는 연결부재(160)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 이차 전지들(110)을 직렬로 연결하여 형성된다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 이차 전지들(110)은 병렬로 연결될 수도 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지(110)는 각형으로 이루어지고 케이스(112)와 케이스(112)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(114), 및 케이스(112)의 외측으로 돌출된 양극 단자(130)와 음극 단자(140)를 포함한다. 본 실시예에서는 각형 이차 전지를 예로써 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 원통형 또는 그 이외의 형상으로 이루어질 수도 있다.
캡 플레이트(114)에는 내부 압력의 상승 시에 개방되는 벤트 부재(116)와 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉마개(118)가 설치된다.
그리고 단자들(130, 140)은 캡 플레이트(114)의 외측으로 돌출되도록 캡 플레이트(114)에 설치되며, 캡 플레이트(114)와 단자들(130, 140) 사이에는 절연 및 밀봉을 위한 개스킷(123)이 설치된다. 양극 단자(130)와 음극 단자(140)는 대략 판 형상으로 이루어지며, 케이스(112) 내에 삽입된 전극군(미도시)과 전기적으로 연결된다. 또한 양극 단자(130)는 알루미늄으로 이루어지고, 음극 단자(140)는 구리로 이루어진다.
나란하게 배열된 이차 전지들(110)은 연결부재(160)에 의하여 직렬로 연결되는데, 이웃하는 이차 전지들(110)의 양극 단자(130)와 음극 단자(140)가 엇갈리도록 배치된 상태에서 일측 이차 전지(110)의 양극 단자(130)와 이에 이웃하는 이차 전지(110)의 음극 단자(140)에 연결부재(160)가 용접으로 접합된다.
연결부재(160)는 판 형상으로 이루어지며 양극 단자(130)와 음극 단자(140) 위에서 양극 단자(130)와 음극 단자(140)를 덮도록 설치된 상태에서 용접으로 접합되며, 연결부재(160)에는 단자 용접부(165)가 형성된다.
연결부재(160)는 제1 연결 바(connecting bar)(161)와 제1 연결 바(161)에 마찰교반 용접으로 접합된 제2 연결 바(162)를 포함한다. 제1 연결 바(161)는 양극 단자(130)와 동일한 알루미늄으로 이루어지고, 제2 연결 바(162)는 음극 단자(140)와 동일한 구리로 이루어진다. 제1 연결 바(161)는 양극 단자(130)에 용접으로 고정되고, 제2 연결 바(162)는 음극 단자(140)에 용접으로 고정된다.
제1 연결 바(161)의 측단에는 돌출된 용접돌기(161a)가 형성된다. 제1 용접돌기(161a)는 제1 연결 바(161)의 하면에서 연장 형성되며, 상기 제1 연결 바(161)의 다른 부분보다 작은 두께를 갖도록 형성되어, 상기 제1 연결 바(161)의 상면에서 단차진 구조로 이루어진다.
제2 연결 바(162)의 측단에는 제2 용접돌기(162a)가 형성된다. 제2 용접돌기(162a)는 제2 연결 바(162)의 상면에서 연장 형성되며, 상기 제2 연결 바(162)의 다른 부분보다 작은 두께를 갖도록 형성되어, 상기 제2 연결 바(162)의 하면에서 단차진 구조로 이루어진다.
제2 용접돌기(162a)는 제1 용접돌기(161a)의 위에 배치되어 제1 용접돌기(161a)와 제2 용접돌기(162a)는 서로 중첩되어 중첩부를 형성한다. 상기 중첩부에서 제1 용접돌기(161a)와 제2 용접돌기(162a)를 마찰교반 용접으로 접합한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재의 부분 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면 용접 돌기들(161a, 162a)을 겹치게 설치한 상태에서 공구를 회전시켜서 동적 유동으로 조직을 재결정하여 용접부(150)를 형성한다. 공구는 핀과 핀이 고정되는 생크(shank) 를 포함하며, 생크에서 핀이 돌출된 단부를 숄더라고 한다.
제1 연결 바(161)와 제2 연결 바(162)는 점 용접으로 접합되는데, 숄더와 연결부재(160)가 맞닿는 부분이 용접부(150)가 되며, 용접부(150)에는 핀이 삽입되었던 자리에 용접 홈(151)이 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이 용접부(150)에는 동적 재결정으로 형성된 너겟부(152)와 열 및 기계적 영향부(thermo-mechanically affected zone; TMAZ)(154), 및 열 영향부(heat affected zone; HAZ)(156)가 형성된다.
너겟부(152)는 높은 열과 변형량으로 인해 회복과 재결정이 일어나는 부분으로서 너겟부(152)를 동적 재결정부라고도 한다. 너겟부(152)는 열에 의해서 용융이 일어나는 일반적인 용접과는 달리 마찰열과 교반으로 고상 용융된 소재가 동적 재결정을 이루어 형성된다. 너겟부(152)의 직경은 핀의 직경보다는 크고 숄더의 직경보다는 작은 것이 일반적이다. 너겟부(152)의 크기는 공구의 회전 속도에 따라 달라지는데, 회전속도가 빠르면 너겟부(152)의 크기가 감소한다. 다만 회전속도가 너무 빠르면 결정립의 형상이 불완전해지고 결정립이 불완전한 부분에서 결함이 발생할 수 있다.
열 및 기계적 영향부(154)는 공구의 숄더와 연결부재(160) 사이의 접촉면에서 마찰에 의한 소성 변형에 의해 부분적인 재결정을 보이는 곳으로 마찰에 의하여 열변형과 숄더에 의한 기계적 변형이 동시에 일어나는 영역이다. 열 및 기계적 영향부(154)는 소재의 극심한 소성 유동과 변형으로 연화된 결정조직이 경사지게 분포한다.
열 영향부(156)는 열 및 기계적 영향부(154)보다는 열에 의한 영향을 받는 부분으로서 사선 형상의 결정립이 보이며, 다수의 기공이 나타난다.
본 실시예와 같이 양극 단자(130)와 접촉하는 제1 연결 바(161)를 양극 단자(130)와 동일한 소재로 형성하고, 음극 단자(140)와 접촉하는 제2 연결 바(162)를 음극 단자(140)와 동일한 소재로 형성하면, 연결부재(160)와 단자(130, 140) 사이에 접촉 저항이 증가하거나 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100)의 출력이 향상될 뿐만 아니라 연결부재(160)와 단자(130, 140) 사이의 접합 수명이 향상되므로 전지 모듈(100) 전체의 수명이 향상된다.
또한, 연결부재(160)에서 양극 단자(130)와 동일한 소재로 이루어진 부분이 양극 단자(130)에 용접되고, 음극 단자(140)와 동일한 소재로 이루어진 부분이 음극 단자(140)에 용접되므로 연결부재(160)와 단자들(130, 140) 사이의 용접성이 향상된다.
또한, 마찰교반 용접으로 제1 연결 바(161)와 제2 연결 바(162)를 접합하면 알루미늄으로 이루어진 제1 연결 바(161)와 구리로 이루어진 제2 연결 바(162)를 용이하게 접합할 수 있다. 구리와 알루미늄은 녹는점이 달라서 저항 용접이나 초음파 용접 등으로 접합할 경우 용접부(150)에 결함이 발생할 가능성이 매우 크며, 외부의 충격이 진동으로 인하여 용접부가 탈락될 수 있다. 특히 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차 등에 전지 모듈이 적용될 경우 지속적인 진동이 연결부재(160)에 전달되는데, 이러한 진동은 연결부재와 단자 사이의 접촉 불량을 야기한다.
그러나 본 실시예와 같이 마찰교반 용접으로 제1 연결 바(161)와 제2 연결 바(162)를 접합하면 고상 접합이 이루어지므로 용융점이 상이한 연결부재(160)와 단자들(130, 140)을 안정적으로 접합할 수 있다. 특히, 용접부(150)의 중앙에 형성된 너겟부(152)는 동적 재결정이 일어난 영역으로서 외부의 진동이나 충격에 강한 구조는 갖는다. 또한, 열 및 기계적 영향부(154)에는 두 개의 연결 바(161, 162)가 함께 회전하면서 접합된 영역으로서 모재가 혼합되어 있어서 외부의 충격과 진동에 강한 구조적인 특징을 나타낸다.
또한, 마찰교반 용접은 타 용접에 비하여 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하므로 용접 과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않는 친환경적인 용접이다. 또한 동적 재결합이 일어나므로 용융 접합에서 생길 수 있는 응고 균열을 방지할 수 있고, 변형이 거의 없어서 기계적인 성질이 우수하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연결부재(210)는 제1 연결 바(211)와 제1 연결 바(211)에 용접으로 부착된 제2 연결 바(212)를 포함한다. 제1 연결 바(211)와 제2 연결 바(212)는 상이한 소재로 이루어지는 바, 제1 연결 바(211)는 음극 단자(140)와 동일한 소재로 이루어지고 제2 연결 바(212)는 양극 단자(130)와 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
제2 연결 바(212)는 대략 사각판 형상으로 이루어진다. 제1 연결 바(211)는 제2 연결 바(212)와 평행하게 배치되는 몸체부(211a)와 몸체부(211a)에서 절곡되어 제2 연결 바(212)의 아래에 위치하는 절곡부(212a)를 포함한다.
절곡부(212a)는 제2 연결 바(212)의 하면에 밀착되어 제2 연결 바(212)와 중첩 배치된다. 이 상태에서 공구를 이용하여 제2 연결 바(212)와 절곡부(212a)를 마찰교반 용접으로 접합하여 용접부(215)를 형성한다. 용접부(215)의 중앙에는 공구의 핀이 삽입되었던 용접 홈(216)이 형성된다.
본 실시예에 따른 제1 연결 바(211)를 절곡하는 것으로 제1 연결 바(211)와 제2 연결 바(212)를 용이하게 중첩 배치할 수 있다. 또한 제1 연결 바(211)와 제2 연결 바(212)를 마찰교반 용접으로 접합하므로 이종 금속을 용이하고 안정적으로 접할 수 있을 뿐만 아니라, 연결부재(210)를 단자들(130, 140)과 용이하게 용접할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연결부재(230)는 제1 연결 바(231)와 제1 연결 바(231)에 용접으로 부착된 제2 연결 바(232)를 포함한다. 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)는 상이한 소재로 이루어지는 바, 제1 연결 바(231)는 양극 단자(130)와 동일한 소재로 이루어지고 제2 연결 바(232)는 음극 단자(140)와 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)는 대략 사각판 형상으로 이루어지며, 제1 연결 바(231)의 측단과 제2 연결 바(232)의 측단이 서로 맞닿도록 배치된다.
이 상태에서 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)의 경계면에 공구를 설치하여 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)를 용접으로 고정한다. 공구는 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)의 경계면을 따라 이동하면서 용접을 실시하여 선 형태의 용접부(250)가 형성된다. 용접부(250)의 중앙에는 핀이 삽입되었던 용접 홈(251)이 형성된다.
본 실시예에 따르면 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)를 맞댄 상태에서 선 용접으로 용접을 실시하므로 용접된 부분이 넓어서 제1 연결 바(231)와 제2 연결 바(232)가 더욱 안정적으로 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(300)은 양극 단자(330)와 음극 단자(340)를 갖는 복수 개의 이차 전지들(310)과 이차 전지들(310)을 전기적으로 연결하는 연결부재(350)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(300)은 이차 전지들(310)을 직렬로 연결하여 형성된다.
본 실시예에 따른 이차 전지(310)는 각형으로 이루어지고 케이스(312)와 케이스(312)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(314), 및 케이스(312)의 외측으로 돌출된 양극 단자(330)와 음극 단자(340)를 포함한다. 캡 플레이트(314)에는 내부 압력의 상승 시에 개방되는 벤트 부재(316)와 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉마개(318)가 설치된다.
그리고 단자들(330, 340)은 캡 플레이트(314)의 외측으로 돌출되도록 캡 플레이트(314)에 설치되며, 단자(330, 340)에는 단자(330, 340)를 캡 플레이트(314)의 위에서 지지하는 하부 너트(323)가 설치된다. 또한 하부 너트(323)와 캡 플레이트(314) 사이에는 절연을 위한 개스킷(321)이 설치된다.
양극 단자(330)와 음극 단자(340)는 대략 기둥 형상으로 이루어지며, 외주면에 너트가 체결될 수 있도록 나사 가공된다. 또한, 양극 단자(330)와 음극 단자(340)는 케이스(312) 내에 삽입된 전극군과 전기적으로 연결된다. 또한 양극 단자(330)는 알루미늄으로 이루어지고 음극 단자(340)는 구리로 이루어진다.
연결부재(350)는 하부 너트(323) 위에 설치되는 바, 연결부재(350)는 양극 단자(330)와 접촉하는 제1 연결 바(351)와 음극 단자(340)와 접촉하는 제2 연결 바(352)를 포함한다. 제1 연결 바(351)는 양극 단자(330)와 동일한 소재로 이루어지며, 제1 연결 바(351)에는 양극 단자(330)가 삽입되는 단자 홀(351a)이 형성된다. 제2 연결 바(352)는 음극 단자(340)와 동일한 소재로 이루어지며, 제2 연결 바(352)에는 음극 단자(340)가 삽입되는 단자 홀(352a)이 형성된다.
각 단자 홀(351a, 352a)에 양극 단자(330)와 음극 단자(340)가 삽입된 상태에서 상부 너트(324)가 각각의 단자(330, 340)에 체결되어 연결부재(350)를 단자(330, 340)에 고정시킨다.
연결부재(350)는 상기한 제1 실시예의 연결부재와 동일한 구조로 이루어진다. 제1 연결 바(351)와 제2 연결 바(352)에는 용접돌기들이 형성되며 용접돌기들이 겹치게 배치된 상태에서 마찰교반 용접으로 접합되어 연결부재에는 용접부가 형성된다. 다른 실시예로, 상기 연결부재는 다른 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어, 상기 제2 또는 제3 실시예에 설명된 연결부재와 유사하게 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면 연결부재(350)에서 양극단자(330)와 접촉하는 부분은 양극단자(330)와 동일한 소재로 이루어지고, 음극단자(340)와 접촉하는 부분은 음극 단자(340)와 동일한 소재로 이루어지므로 연결부재(350)와 단자(330, 340) 사이에서 부식이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 연결 바(351)와 제2 연결 바(352)가 마찰교반 용접으로 접합되므로 이종 금속을 안정적으로 고정할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
100, 300: 전지 모듈 110, 310: 이차 전지
112, 312: 케이스 114, 314: 캡 플레이트
130, 330: 양극 단자 140, 340: 음극 단자
150, 215, 250: 용접부 151, 216, 251: 용접 홈
152: 너겟부 154: 열 및 기계적 영향부
156: 열 영향부 160, 210, 230, 350: 연결부재
161, 211, 231, 351: 제1 연결 바 211a: 몸체부
212a: 절곡부 161a: 제1 용접돌기
162, 212, 232, 352: 제2 연결 바 162a: 제2 용접돌기
165: 단자 용접부 323: 하부 너트
324: 상부 너트 351a, 352a: 단자 홀

Claims (22)

  1. 복수의 이차 전지들; 및
    제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 연결부재는,
    상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분;
    상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분; 및
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부;
    를 포함하며,
    상기 제1 소재와 상기 제2 소재는 서로 다른 전지 모듈.
  2. 복수의 이차 전지들; 및
    제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 연결부재는,
    상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분;
    상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분; 및
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부;
    를 포함하며,
    상기 용접부는 마찰 교반 용접에 의해 형성되는 전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부는 점 용접을 포함하는 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 소재는 알루미늄을 포함하는 전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 소재는 구리를 포함하는 전지 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 제1 연결 바와, 상기 제1 연결 바로부터 연장되는 제1 돌기를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 제2 연결 바와, 상기 제2 연결 바로부터 연장되는 제2 돌기를 포함하고,
    상기 제1 돌기와 상기 제2 돌기는 서로 중첩되어 중첩부를 형성하며,
    상기 중첩부는 상기 용접부를 포함하는 전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 돌기는 상기 제1 연결 바보다 더 얇게 형성되고, 상기 제2 돌기는 상기 제2 연결 바보다 더 얇게 형성되며,
    상기 제1 연결 바, 제2 연결 바, 및 상기 중첩부는 실질적으로 동일한 두께를 갖는 전지 모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 부분과 제2 부분은 판 형상으로 이루어지고,
    상기 제1 돌기는 상기 제1 연결 바의 평면에 평행한 평면에 형성되는 절곡부이며,
    상기 절곡부는 상기 제2 부분의 일부와 중첩되어 중첩부를 형성하고,
    상기 중첩부는 상기 용접부를 포함하는 전지 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 연결 바와 상기 제2 연결 바는 동일 평면 상에 위치하며,
    상기 연결부재는 상기 제1 연결 바 또는 상기 제2 연결 바에서보다 상기 중첩부에서 더 두껍게 형성되는 전지 모듈.
  12. 복수의 이차 전지들; 및
    제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 연결부재는,
    상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분;
    상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분; 및
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부;
    를 포함하며,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 판 형상으로 이루어지고 동일 평면 상에 위치하며,
    상기 제1 부분의 일측과 상기 제2 부분의 일측이 서로 접촉하는 전지 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 제1 부분의 상기 일측과 상기 제2 부분의 상기 일측이 접촉하는 부분에 선 용접된 전지 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 판 형상으로 이루어지고,
    상기 제1 부분은 상기 제1 단자에 용접되고, 상기 제2 부분은 상기 제2 단자에 용접되는 전지 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 원기둥 형상으로 이루어지며, 외측면에 나사 가공되어 있고,
    상기 연결부재의 상기 제1 부분와 상기 제2 부분은 각각 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 수용하는 단자 홀을 구비하며,
    체결 너트가 상기 연결부재를 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 각각에 연결하는 전지 모듈.
  16. 복수의 이차 전지들; 및
    제1 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 하나의 제1 단자와, 제2 소재를 갖는, 상기 복수의 이차 전지들 중 다른 하나의 제2 단자를 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 연결부재는,
    상기 제1 소재를 포함하고, 상기 제1 단자에 연결되는 제1 부분;
    상기 제2 소재를 포함하고, 상기 제2 단자에 연결되는 제2 부분; 및
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 용접부;
    를 포함하며,
    상기 용접부는 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합물을 포함하는 너겟부를 포함하는 전지 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연결부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 접촉하고,
    상기 너겟부는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 접촉면을 가로지르는 전지 모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 너겟부는 상기 제1 부분을 상기 제2 부분과 고체 상태에서 혼합시켜 혼합물질을 형성하고, 상기 혼합물질의 동적 재결정화에 의해 이루어지는 전지 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 용접부는, 상기 너겟부 주위에, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 부분적 재결정화 및 소성 변형에 의해 형성되는 열-기계적 영향부와,
    상기 열-기계적 영향부 주위에, 사선 형상의 결정립을 갖는 열영향부를 포함하는 전지 모듈.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 연결부재의 표면으로부터 함몰된 용접 홈을 포함하는 전지 모듈.
  21. 제1 이차 전지의 제1 단자와 제2 이차 전지의 제2 단자를 연결하는 방법에 있어서,
    상기 제1 단자와 동일한 소재를 포함하는 제1 연결부를 제공하는 단계;
    상기 제2 단자와 동일한 소재를 포함하는 제2 연결부를 제공하는 단계;
    마찰교반 용접을 이용하여, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부를 연결하는 용접부를 형성하는 단계;
    상기 제1 연결부를 상기 제1 단자에 연결하고, 상기 제2 연결부를 상기 제2 단자에 연결하는 단계
    를 포함하며,
    상기 마찰교반 용접은 상기 제1 연결부를 상기 제2 연결부와 고체 상태에서 혼합시켜 혼합물질을 형성하고, 상기 혼합물질의 동적 재결정화에 의해 형성되는, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합물을 포함한 너겟부를 형성하는 이차 전지의 단자 연결방법.
  22. 삭제
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