KR101271565B1 - 전지모듈 및 전지셀의 셀 단자들의 연결 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀들의 셀 단자들을 함께 결합하는 전지모듈과 이를 위한 방법을 제공한다. 전지모듈은 제 1 셀 단자를 가진 제 1 전지셀과 제 2 셀 단자를 가진 제 2 전지셀을 포함한다. 전지모듈은 또한 제 1 및 제 2 측면들을 가진 발열 반응층을 포함한다. 제 1 및 제 2 측면들은 각각 제 1 및 제 2 셀 단자들에 인접하여 배치되어 있다. 발열 반응층은 발열 반응층의 적어도 일부에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하기 위해 발화되는 것으로 구성되어 있다.

Description

전지모듈 및 전지셀의 셀 단자들의 연결 방법 {Battery Module and Methods for Bonding Cell Terminals of Battery Cells Together}
전지모듈은 함께 용접될 셀 단자들(cell terminals)을 가진 전지셀들을 포함하고 있다. 또한, 초음파 장치들은 셀 단자들을 함께 용접하기 위한 상대적으로 긴 수명을 가지고 있다. 또한, 초음파 용접 장치의 용접 도구(welding tool)는 셀 단자들의 각각의 그룹으로 연속적으로 이동하여야 하고 이는 생산 시간에서 상대적으로 많은 시간을 소모한다. 또한, 용접 도구는 각각의 용접 중간에 냉각될 수 있어야 하며, 이는 추가적인 생산 시간을 소모한다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 국제공개공보 WO 2006/090511 호(2006.08.31)에 개시되어 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국 특허출원공개공보 US 2008/031700호 (2008.06.05)에 개시되어 있다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 전지모듈의 셀 단자들을 함께 연결하기 위한 향상된 전지모듈 및 이를 위한 방법에 대한 필요성을 인식하였다.
하나의 예시적인 실시예에 따른 전지모듈을 제공한다. 상기 전지모듈은 제 1 셀 단자를 가진 제 1 전지셀(first battery cell)을 포함한다. 상기 전지모듈은 제 2 셀 단자를 가진 제 2 전지셀(second battery cell)을 또한 포함한다. 상기 전지모듈은 제 1 측면(first side) 및 제 2 측면(second side)을 가진 발열 반응층(exothermal reactive layer)을 또한 포함한다. 제 1 측면은 제 1 셀 단자에 인접하여 배치되어 있다. 제 2 측면은 제 2 셀 단자에 인접하여 배치되어 있다. 발열 반응층은 그것의 적어도 일부분에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에 결합 조인트(bonding joint)의 형성을 위해 발화하도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 부품 배치 장치(component placement machine)를 사용하여, 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에 발열 반응층을 배열하는 것을 포함한다. 상기 방법은, 열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 것을 또한 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 부품 배치 장치를 사용하여, 미리 발열 반응층이 형성되어 있는 제 2 셀 단자에 인접하게 제 1 셀 단자를 배열하는 것을 포함한다. 상기 방법은 열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 것을 또한 포함한다.
본 발명에 따른 전지모듈과 그것의 제조 방법은 전지모듈의 제조 동안에 레이저 빔을 사용해 발열 반응층을 발화시켜 전지셀들의 셀 단자들을 매우 빠르게 함께 결합시킬 수 있다.
본 발명의 이점들과 특징들은 첨부 도면들과 함께 이후의 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈의 상단부의 단면 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈에 사용되는 4개의 전지셀들과 상호연결 부재의 모식도이다;
도 4는 도 3의 4개의 전지셀들과 상호연결 부재의 단면 모식도이다;
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 상호 연결부재, 제 1 발열 반응층, 제 1 셀 단자, 제 2 발열 반응층, 및 제 2 셀 단자의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
제 6은 도 5의 제 1 발열 반응층의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 7은 도 5의 제 2 발열 반응층의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 상호 연결부재, 제 1 발열 반응층, 제 1 셀 단자, 제 2 발열 반응층, 및 제 2 셀 단자의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
제 9는 도 8의 제 1 발열 반응층의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 10은 도 8의 제 2 발열 반응층의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 11은 발열 반응층들을 발화시키기 위해 사용되는 시스템의 블록도이다;
도 12는 또 다른 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 전지셀들의 제 1 및 제 2 셀 단자들을 함께 결합하기 위한 방법의 흐름도이다;
도 13은 또 다른 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 전지셀들의 제 1 및 제 2 셀 단자들을 함께 결합하기 위한 방법의 흐름도이다;
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 상호 연결부재, 제 1 결합 조인트, 제 1 셀 단자, 제 2 결합 조인트, 및 제 2 셀 단자의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 상호 연결부재, 제 1 결합 조인트, 제 1 셀 단자, 제 2 결합 조인트, 및 제 2 셀 단자의 일부에 대한 개략적인 확대 단면 모식도이다;
도 1을 참조하면, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 전지-전기차 또는 하이브리드차에 전력을 공급하도록 구성된 전지모듈(10)의 모식도가 도시되어 있다. 도 1, 2 및 4를 참조하면, 전지모듈(10)은 전지셀들(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 47, 48, 50), 프레임 부재들(60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76), 회로기판(80), 상호연결 부재(90, 92, 94, 96, 97, 98, 100, 102, 103) 및 발열 반응층들(110, 112, 114, 116)을 포함하고 있다. 전지모듈(10)의 이점은, 전지모듈(10)의 생산 동안에 레이저 빔을 사용해 발화되어 전지셀들의 셀 단자들을 함께 결합함으로써 셀 단자들을 상호연결 부재들에 매우 빠르게 결합시킬 수 있는 발열 반응층을 사용한다는 점이다. 발열 반응층은 발화된 후에 열을 발생시키는 층을 말한다.
도 2, 3 및 4를 참조하면, 도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 전지셀들(20-50)은 리튬이온 전지셀들이다. 또한, 전지셀들(20-50)의 구조는 실질적으로 서로 동일하다. 물론, 다른 실시예들에서, 전지셀들은 당업자에게 공지되어 있는 다른 유형의 전지셀들일 수 있다.
전지셀(20)은 본체부(body portion: 130), 본체부(130)의 외주면 주변에 연장되어 있는 연장부(extension portion: 132), 연장부(132)로부터 바깥쪽으로 연장되어 있는 셀 단자들(134, 135)를 포함하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 셀 단자(134)는 니켈-도금 구리 셀 단자이고, 셀 단자(135)는 알루미늄 셀 단자이다.
또한, 전지셀(22)은 본체부(140), 본체부(140)의 외주면 주변에 연장되어 있는 연장부(142), 연장부(142)로부터 바깥쪽으로 연장되어 있는 셀 단자들(144, 145)를 포함하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 셀 단자(144)는 니켈-도금 구리 셀 단자이고, 셀 단자(145)는 알루미늄 셀 단자이다.
또한, 전지셀(24)은 본체부(150), 본체부(150)의 외주면 주변에 연장되어 있는 연장부(152), 연장부(152)로부터 바깥쪽으로 연장되어 있는 셀 단자들(154, 155)를 포함하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 셀 단자(154)는 니켈-도금 구리 셀 단자이고, 셀 단자(155)는 알루미늄 셀 단자이다.
또한, 전지셀(26)은 본체부(160), 본체부(160)의 외주면 주변에 연장되어 있는 연장부(162), 연장부(162)로부터 바깥쪽으로 연장되어 있는 셀 단자들(164, 165)를 포함하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 셀 단자(164)는 니켈-도금 구리 셀 단자이고, 셀 단자(165)는 알루미늄 셀 단자이다.
프레임 부재들(60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76)은 그들 사이에 전지셀들(20-50)을 내장하도록 함께 결합되도록 구성되어 있고, 프레임 부재들(60, 62)는 상호 결합되어 전지셀들(20, 22)를 그 사이에 보유하도록 구성되어 있다. 또한, 프레임 부재들(62, 64)는 상호 결합되어 전지셀들(24, 26)을 그 사이에 보유하도록 구성되어 있고, 프레임 부재들(64, 66)은 상호 결합되어 전지셀들(28, 30)을 그 사이에 보유하도록 구성되어 있다. 또한, 프레임 부재들(66, 68)은 상호 결합되어 전지셀들(32, 34)를 그 사이에 보유하도록 구성되어 있고, 프레임 부재들(68, 70)은 상호 결합되어 전지셀들(36, 38)을 그 사이에 보유하도록 구성되어 있다. 추가적으로, 프레임 부재들(70, 72)는 상호 결합되어 전지셀들(40, 42)를 그 사이에 보유하도록 구성되어 있고, 프레임 부재들(72, 74)은 상호 결합되어 전지셀들(44, 46)을 그 사이에 보유하도록 구성되어 있다. 끝으로, 프레임 부재들(74, 76)는 상호 결합되어 전지셀들(48, 50)을 그 사이에 보유하도록 구성되어 있다.
도 2, 4 및 5를 참조하면, 상호연결 부재(90, 92, 94, 96, 97, 98, 100, 102, 103)이 전지셀들(20-50)의 단자들을 상호 직렬로 연결하도록 제공된다. 상호연결 부재(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102)은 실질적으로 유사한 구조를 가지고 있기 때문에, 상호연결 부재(90)의 구조만을 상세하게 설명한다. 상호연결 부재(90)는 실질적으로 U자 형상이고 외부 니켈층들(180, 184)과 중앙 구리층(182)을 가지고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 니켈층(184)의 표면은 역시 니켈층을 가진 발열 반응층(112)의 제 1 측면에 인접하여 배치되어 있다. 또 다른 실시예에서, 니켈층(184)의 표면은 알루미늄층을 가진 발열 반응층(112)의 제 1 측면에 인접하여 배치되어 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상호연결 부재(90)의 벽(wall)은 0.5 - 1.0 mm의 두께를 가지고 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 상호연결 부재(97, 103)는 기타 다른 상호연결 부재들과 다른 형상을 가지고 있고, 상호연결 부재(97, 103)는 기타 다른 상호연결 부재들과 동일한 소재로 이루어져 있다.
도 5, 6 및 14를 참조하면, 상호연결 부재(90)와 셀 단자(154) 사이에 결합 조인트(700)를 형성하기 위해, 발열 반응층(112)와 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화하는 발열 반응층(112)이 제공되어 있다. 도시된 실시예에서, 발열 반응층(112)은 다수의 니켈층들(200)과 다수의 알루미늄층들(112)로 구성되어 있다. 각각의 니켈층(200)은 그것에 배치되어 있는 인접 알루미늄층(202)을 가지고 있다. 층들(200, 202)는 예를 들어 기상 증착(vapor deposition) 법 또는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 법을 사용하여 매우 얇고 서로에 대해 침적되어 있다. 또한, 발열 반응층(112)의 두께는 40 - 200 마이크론의 범위이다. 발열 반응층(112)은 상호연결 부재(90)의 벽에 인접하여 배열되어 있는 제 1 측면과 셀 단자(154)에 인접하여 배열되어 있는 제 2 측면을 가지고 있다. 또한, 하나의 예시적인 실시예에서, 발열 반응층(112)는 Indium Corporation of America에 의해 생산되는 "NanoFoil"로 불리는 제품으로 구성되어 있고 별도의 부품이다. 또 다른 실시예에서, 층(112)는 상호연결 부재(90)의 생산 중에 상호연결 부재(90)의 외벽 부위 상에 형성되어 있다. 또 다른 실시예에서, 벽(112)는 전지셀(24)의 생산 중에 셀 단자(154) 부위 상에 형성되어 있다. 발열 반응층(112)는 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도로 층(112)에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화되도록 구성되어 있다. 발화될 때, 발열 반응층(112)는 적어도 섭씨 1200도의 온도 수준에서 불이 붙어서 상호연결 부재(90)와 셀 단자(154) 사이에 결합 조인트(710) (예를 들어, 용접 조인트)를 형성할 수도 있다.
도 5, 7 및 14를 참조하면, 셀 단자들(154, 164) 사이에 결합 조인트(702)를 형성하기 위해, 발열 반응층(116)과 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화하는 발열 반응층(116)이 제공되어 있다. 도시된 실시예에서, 발열 반응층(116)은 다수의 니켈층들(204)와 다수의 알루미늄층들(206)으로 구성되어 있다. 각각의 니켈층(204)는 그것에 배치되어 있는 인접 알루미늄층(206)을 가지고 있다. 층들(204, 206)은 예를 들어 기상 증착법 또는 마그네트론 스퍼터링 법을 사용하여 매우 얇고 서로에 대해 침적되어 있다. 또한, 발열 반응층(116)의 두께는 40 - 200 마이크론의 범위이다. 발열 반응층(116)은 셀 단자(154)의 벽에 인접하여 배열되어 있는 제 1 측면과 셀 단자(164)에 인접하여 배열되어 있는 제 2 측면을 가지고 있다. 또한, 하나의 예시적인 실시예에서, 발열 반응층(116)은 Indium Corporation of America에 의해 생산되는 "NanoFoil"로 불리는 제품으로 구성되어 있고 별도의 부품이다. 또 다른 실시예에서, 층(116)은 전지모듈의 조립에 앞서, 셀 단자들의 생산 중에 셀 단자(154)의 일부 또는 셀 단자(164) 부위 상에 형성되어 있다. 발열 반응층(116)은 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도로 층(116)에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화되도록 구성되어 있다. 발화될 때, 발열 반응층(116)은 적어도 섭씨 1200도의 온도 수준에서 불이 붙어서 셀 단자(154)와 셀 단자(164) 사이에 결합 조인트(712) (예를 들어, 용접 조인트)를 형성할 수도 있다,
도 2 및 5를 참조하면, 도시되어 있는 실시예에서, 전지셀들(20-50)은 실질적으로 유사한 구조의 셀 단자들을 가지고 있다. 전지셀(24)의 셀 단자(154)는 이후에서 더 상세히 설명하게 될 것이다. 특히, 셀 단자(154)는 층들(220, 224) 사이에 배치되어 있는 외부 니켈층들(220, 224)와 중앙 구리층(222)를 가지고 있다. 도시되어 있는 실시예에서, 셀 단자(154)의 두께는 0.2 mm이다. 물론, 또 다른 실시예들에서, 셀 단자(154)의 두께는 예를 들어 0.1 - 0.2 mm일 수 있다. 니켈층(220)은 발열 반응층(112)에 결합(예를 들어, 용접)되어 있다. 또 다른 실시예에서, 얇은 주석 합금층이 셀 단자(154)와 발열 반응층(112) 사이에 배치되어 상호연결 부재(90)에 대해 셀 단자(154)를 결합시키는 데에 도움을 줄 수도 있다. 또한, 얇은 주석 합금층이 상호연결 부재(90)과 발열 반응층(112) 사이에 배치되어 상호연결 부재(90)에 대해 셀 단자(154)를 결합시키는 데에 도움을 줄 수도 있다. 또한, 얇은 주석 합금층이 셀 단자(154)와 발열 반응층(116) 사이에 배치되어 발열 반응층(116)에 대해 셀 단자(154)를 결합시키는 데에 도움을 수도 있다. 또한, 얇은 주석 합금층이 셀 단자(164)와 발열 반응층(116) 사이에 배치되어 발열 반응층(116)에 대해 셀 단자(164)를 결합시키는 데에 도움을 수도 있다.
도 8을 참조하여, 상호연결 부재, 제 1 발열 반응층, 제 1 전지셀 단자, 제 2 발열 반응층들, 및 제 2 전지셀 단자에 대한 또 다른 구조를 설명한다. 특히, 상호연결 부재(290), 발열 반응층(312), 셀 단자(354), 발열 반응층(316), 및 셀 단자(364)를 설명한다. 상호연결 부재(290)는 실질적으로 U자 형상이고 외부 니켈층들(380, 384)과 중앙 구리층(382)를 가지고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 니켈층(384)의 표면은 발열 반응층(312)의 제 1 측면에 인접하여 배치되어 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상호연결 부재(290)의 벽은 0.5 - 1.0 mm의 두께를 가지고 있다.
도 8, 9 및 15를 참조하면, 상호연결 부재(290)와 셀 단자(354) 사이에 결합 조인트(710)를 형성하기 위해, 발열 반응층(312)와 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화하는 발열 반응층(312)이 제공되어 있다. 도시된 실시예에서, 발열 반응층(312)은 다수의 니켈층들(400)과 다수의 알루미늄층들(312)로 구성되어 있다. 각각의 니켈층(400)은 그것에 배치되어 있는 인접 알루미늄층(402)을 가지고 있다. 층들(400, 402)는 예를 들어 기상 증착 법 또는 마그네트론 스퍼터링 법을 사용하여 매우 얇고 서로에 대해 침적되어 있다. 또한, 발열 반응층(312)의 두께는 40 - 200 마이크론의 범위이다. 발열 반응층(312)은 상호연결 부재(290)의 벽에 인접하여 배열되어 있는 제 1 측면과 셀 단자(354)에 인접하여 배열되어 있는 제 2 측면을 가지고 있다. 또한, 하나의 예시적인 실시예에서, 발열 반응층(312)는 Indium Corporation of America에 의해 생산되는 "NanoFoil"로 불리는 제품으로 구성되어 있고 별도의 부품이다. 또 다른 실시예에서, 층(312)는 상호연결 부재(290)의 생산 중에 상호연결 부재(290)의 외벽 부위 상에 형성되어 있다. 또 다른 실시예에서, 벽(312)는 관련 전지셀의 생산 중에 셀 단자(354) 부위 상에 형성되어 있다. 발열 반응층(312)는 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도로 층(312)에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화되도록 구성되어 있다. 발화될 때, 발열 반응층(312)는 적어도 섭씨 1200도의 온도 수준에서 불이 붙어서 상호연결 부재(290)와 셀 단자(354) 사이에 결합 조인트(710) (예를 들어, 용접 조인트)를 형성할 수도 있다,
셀 단자(354)는 알루미늄으로 구성되어 있고, 발열 반응층(312)의 알루미늄층과 결합된다. 도시되어 있는 실시예에서, 셀 단자(354)의 두께는 0.2 mm이다. 물론, 또 다른 실시예들에서, 셀 단자(354)의 두께는 예를 들어 0.1 - 0.2 mm일 수 있다.
도 8, 10 및 15를 참조하면, 셀 단자(354)와 셀 단자(364) 사이에 결합 조인트(712)를 형성하기 위해, 발열 반응층(316)과 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화하는 발열 반응층(316)이 제공되어 있다. 도시된 실시예에서, 발열 반응층(316)은 다수의 니켈층들(404)과 다수의 알루미늄층들(406)으로 구성되어 있다. 각각의 니켈층(404)는 그것에 배치되어 있는 인접 알루미늄층(406)을 가지고 있다. 층들(404, 406)은 예를 들어 기상 증착 법 또는 마그네트론 스퍼터링 법을 사용하여 매우 얇고 서로에 대해 침적되어 있다. 또한, 발열 반응층(316)의 두께는 40 - 200 마이크론의 범위이다. 발열 반응층(316)은 셀 단자(354)의 벽에 인접하여 배열되어 있는 제 1 측면과 셀 단자(364)에 인접하여 배열되어 있는 제 2 측면을 가지고 있다. 또한, 하나의 예시적인 실시예에서, 발열 반응층(316)은 Indium Corporation of America에 의해 생산되는 "NanoFoil"로 불리는 제품으로 구성되어 있고 별도의 부품이다. 또 다른 실시예에서, 층(316)은 셀 단자들의 생산 중에 셀 단자(354)나 셀 단자(364)의 외벽 부위 상에 형성되어 있다. 발열 반응층 (316)은 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도로 층(316)에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 발화되도록 구성되어 있다. 발화될 때, 발열 반응층(316)는 적어도 섭씨 1200도의 온도 수준에서 불이 붙어서 셀 단자(354)와 셀 단자(364) 사이에 결합 조인트(712) (예를 들어, 용접 조인트)를 형성할 수도 있다,
셀 단자(364)는 알루미늄으로 구성되어 있고, 발열 반응층(316)의 알루미늄층과 결합된다. 도시되어 있는 실시예에서, 셀 단자(364)의 두께는 0.2 mm이다. 물론, 또 다른 실시예들에서, 셀 단자(364)의 두께는 예를 들어 0.1 - 0.2 mm일 수 있다.
도 5, 11 및 14를 참조하여, 전지모듈(10)의 전지셀 단자들을 함께 결합하고 상호연결 부재들을 셀 단자들에 결합하기 위한 시스템(500)을 설명한다. 또한, 간소화를 목적으로, 시스템(500)은 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 전지셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 전지셀 단자(164)를 사용하여 설명한다. 그러나, 시스템(500)은 전지모듈(10)이나 다른 전지모듈들에서 다른 다수의 셀 단자들 상호간, 셀 단자들에 상호연결 부재들을 연결하는데 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 시스템(500)은 클램핑 디바이스(501), 부품 배치 장치(502), 레이저(504), 미러 어셈블리(mirror assembly: 506), 선택적 정전기 방전 장치(507), 및 컴퓨터(508)를 포함하고 있다.
클래핑 장치(501)는 컴퓨터(508)로부터의 신호에 대응하여, 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 전지셀 단자(164)를 함께 클램핑하는 구조로 이루어져 있다. 클램핑 장치(501)는 발열 반응층들(112, 116)이 발화되어 각각 결합 조인트(702, 712)를 형성할 때, 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 전지셀 단자(164)을 함께 잡고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 클램핑 장치(501)는 클램핑 부재(580, 581)과 엑츄에이터(actuator)를 가지고 있으며, 상기 엑츄에이터는, 컴퓨터(508)로부터의 신호에 대응하여, 서로를 향해 부재들(580, 581)을 움직여서, 클랭핑 부재들(580, 581) 사이에 배치되어 있는 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 전지셀 단자(164)의 조합에 40 - 60 psi의 클램핑력을 인가한다. 결합 조인트들(702, 712)이 형성된 후, 엑츄에이터는 컴퓨터(508)로부터의 신호에 대응하여, 클랭핑 부재들(580, 581)을 서로 떨어뜨려서 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 전지셀 단자(164)의 조합을 놓아 준다.
도시되어 있는 실시예에서, 부품 배치 장치(502)는 상호연결 부재(90)와 셀 단자(154) 사이에 발열 반응층(112)를 배치하도록 구성되어 있다. 또 다른 실시예에서, 부품 배치 장치(502)는 미리 배열 반응층을 가지고 있는 상호연결 부재를 전지셀의 셀 단자에 인접하게 배치하는 것으로 구성되어 있다. 또 다른 실시예에서, 부품 배치 장치는 미리 발열 반응층을 가지고 있는 전지셀의 셀 단자에 인접하게 상호연결 부재를 배치하는 것으로 구성되어 있다. 부품 배치 장치(502)는 셀 단자들(112, 116) 사이에 발열 반응층(116)을 배치하는 것으로 구성되어 있다. 또 다른 실시예에서, 부품 배치 장치(502)는 미리 발열층을 가진 셀 단자에 인접하게 셀 단자(116)를 배치하는 것으로 또한 구성되어 있다. 부품 배치 장치(502)는 컴퓨터(508)에 작동가능하게 연결되어 있고, 컴퓨터(508)로부터 수신된 제어 신호에 기반하여 작업을 수행한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 부품 배치 장치(502)는 로봇 배치 장치다.
레이저(504)는 컴퓨터(508)로부터의 제어 신호에 대응하여 소정의 시간 동안 레이저 빔을 반복적으로 조사하도록 구성되어 있다. 도시된 실시예에서, 레이저(504)는 0.1 밀리초 이하의 시간 동안 미러 어셈블리 쪽으로 레이저 빔을 조사한다. 또 다른 실시예에서, 레이저(504)는 예를 들어, 이트륨 알루미늄 가닛(YAG) 레이저, CO2 레이저, 파이버 레이저 또는 디스크 레이저일 수 있다.
미러 어셈블리(506)는 레이저(504)로부터 레이저 빔을 수령하여 발열 반응층들 쪽으로 향하도록 구성되어 있다. 특히, 미러 어셈블리(506)는 컴퓨터(508)로부터의 제어 신호에 기반하여 소정 위치에 레이저 빔을 보낸다. 보는 바와 같이, 미러 어셈블리(506)는 레이저 빔(509)를 발열 반응층(112) 쪽으로 향하도록 하여 상호연결 부재(90)과 셀 단자(154) 사이에서 결합 조인트(700)를 형성하기 위해 층(112)를 발화시킨다. 레이저 빔(513)은 발열 반응층(116)에서 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도를 가진다. 또한, 미러 어셈블리(506)은 제 3 레이저 빔(511)을 발열 반응층(110)으로 향하게 하여 발열 반응층(110)을 발화시키고, 제 4 레이저 빔(515)을 발열 반응층(114) 로 향하게 하여 발열 반응층(114)를 발화시킨다. 하나의 예시적인 실시예에서, 미러 어셈블리(506)은 갈바닉 미러 어셈블리이다. 또 다른 실시예에서, 미러 어셈블리(506)은 스캐닝 미러 어셈블리이다.
정전기 방전 장치(507)은 발열 반응층들을 발화시키기 위해 레이저(504)와 미러 어셈블리(506) 대신에 선택적으로 사용될 수도 있다. 특히, 정전기 방전 장치(507)는 컴퓨터(508)로부터의 제어 신호에 대응하여 전기 스파크를 방사하거나 방전하여 발열 반응층들을 발화시킨다.
도 11 및 12를 참조하여, 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 전지의 셀 단자들을 결합하고 셀 단자들을 상호연결 부재에 결합하기 위한 방법의 흐름도를 설명한다. 하기 방법은 전지의 추가적인 셀 단자들을 함께 결합하고 셀 단자들을 다른 상호연결 부재들에 결합하기 위해 반복적으로 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 다음의 방법을 설명하는 동안에, 발열 반응층들(112, 116)은 전지모듈(10)의 어셈블리에 앞서 각각 별도의 부품들이라고 가정한다.
단계(600)에서, 부품 배치 장치(502)는 상호연결 부재(90)과 전지셀(240)의 셀 단자(154) 사이에 발열 반응층(112)를 배치한다.
단계(602)에서, 부품 배치 장치는 셀 단자(154)와 전지셀(26)의 셀 단자(164) 사이에 발열 반응층(116)을 배치한다.
단계(604)에서, 클램핑 장치(501)는 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 셀 단자(164)를 함께 클램핑한다.
단계(606)에서, 레이저(504)는 소정 시간 동안 레이저 빔(509)를 조사한다.
단계(608)에서, 미러 어셈블리(506)은 레이저(504)로부터 레이저 빔(509)를 수령하여, 레이저 빔(509)가 발열 반응층(112)의 적어도 일부를 접촉하여 발열 반응층(116)를 발화시킴으로써 셀 단자들(154, 164) 사이에 결합 조인트(702)가 형성되도록 레이저 빔(509)를 반사한다.
단계(610)에서, 레이저(504)는 소정 시간 동안 레이저 빔(513)을 조사한다.
단계(612)에서, 미러 어셈블리(506)은 레이저(504)로부터 레이저 빔(513)을 수령하여, 레이저 빔(513)이 발열 반응층(116)의 적어도 일부를 접촉하여 발열 반응층(116)를 발화시킴으로써 셀 단자들(154, 164) 사이에 결합 조인트(702)가 형성되도록 레이저 빔(509)를 반사한다.
도 11 및 15를 참조하여, 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 전지의 셀 단자들을 함께 결합하고 셀 단자들을 상호연결 부재에 결합하는 방법의 흐름도를 설명한다. 하기 방법은 전지의 추가적인 셀 단자들을 함께 결합하고 셀 단자들을 다른 상호연결 부재들에 결합하기 위해 반복적으로 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 다음의 방법을 설명하는 동안에, 예를 들어 기상 증착법 또는 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 상호연결 부재(90)의 외면에 발열 반응층(112)이 미리 형성되어 있다고 가정한다.
단계(630)에서, 부품 배치 장치(502)는, 상호연결 부재(90)과 셀 단자(154) 사이에 발열 반응층(112)이 배치되도록, 미리 발열 반응층(112)을 가진 상호연결 부재(90)를 전지셀(24)의 셀 단자(154)에 인접하여 배치한다. 셀 단자(154)는 상호연결 부재(90)의 대향측에 발열 반응층(116)을 가지고 있다.
단계(632)에서, 부품 배치 장치(502)는, 발열 반응층(116)이 셀 단자들(154, 164) 사이에 배치되도록 셀 단자(154)에서 발열 반응층(116)에 인접하게 전지셀(26)의 셀 단자(164)를 배치한다.
단계(634)에서, 클램핑 장치(501)는 상호연결 부재(90), 발열 반응층(112), 셀 단자(154), 발열 반응층(116) 및 셀 단자(164)를 함께 클램핑 한다.
단계(636)에서, 레이저(504)는 소정 시간 동안 레이저 빔(509)를 조사한다.
단계(638)에서, 미러 어셈블리(506)은 레이저(504)로부터 레이저 빔(509)를 수령하여, 레이저 빔(509)가 발열 반응층(112)의 적어도 일부를 접촉하여 발열 반응층(116)를 발화시킴으로써 상호연결 부재(90)와 셀 단자(154) 사이에 결합 조인트(700)이 형성되도록 레이저 빔(509)를 반사한다.
단계(640)에서, 레이저(504)는 소정 시간 동안 레이저 빔(513)을 조사한다.
단계(642)에서, 미러 어셈블리(506)은 레이저(504)로부터 레이저 빔(513)을 수령하여, 레이저 빔(513)이 발열 반응층(116)의 적어도 일부를 접촉하여 발열 반응층(116)를 발화시킴으로써 셀 단자들(154, 164) 사이에 결합 조인트(702)가 형성되도록 레이저 빔(513)을 반사한다.
여기에 개시되어 있는 전지모듈(10)과 방법들은 다른 방법에 대해 실질적인 이점들을 제공한다. 특히, 전지모듈(10)과 방법들은 전지모듈(10)의 제조 동안에 레이저 빔을 사용해 발화되어 전지셀들의 셀 단자들을 매우 빠르게 (예를 들어, 0.5 초 미만) 함께 결합시키는 발열 반응층들을 사용하는 기술적 효과를 제공한다.
본 발명을 오직 제한적인 수의 실시예들과 관련하여 상세히 설명한 반면에, 본 발명이 그러한 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 여기에 기재되어 있지는 않지만 본 발명의 범주에 상응 내지 포함되는 임의의 개수의 변형, 변경, 치환 또는 등가의 배열을 합체하여 변경될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 다양한 실시예들이 기재되어 있는 반면에, 이들은 오직 일부 실시예들에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 기재들에 의해 한정되지 않는다.

Claims (16)

  1. 제 1 셀 단자를 가진 제 1 전지셀(first battery cell);
    제 2 셀 단자를 가진 제 2 전지셀(second battery cell); 및
    다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있고 제 1 측면(first side) 및 제 2 측면(second side)을 가진 발열 반응층(exothermal reactive layer);
    을 포함하는 구성으로 이루어져 있고,
    상기 제 1 측면은 제 1 셀 단자에 인접하여 배치되어 있고, 상기 제 2 측면은 제 2 셀 단자에 인접하여 배치되어 있으며,
    상기 제 1 측면은 다수의 알루미늄 층들 중의 하나의 알루미늄 층이고, 상기 제 1 셀 단자는 알루미늄 셀 단자이며, 상기 제 2 측면은 다수의 알루미늄 층들 중의 또 다른 알루미늄 층이고, 상기 제 2 셀 단자는 알루미늄 셀 단자이며,
    상기 발열 반응층은 그것의 적어도 일부분에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에 결합 조인트(bonding joint)의 형성을 위해 발화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 셀 단자를 가진 제 1 전지셀(first battery cell);
    제 2 셀 단자를 가진 제 2 전지셀(second battery cell); 및
    다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있고 제 1 측면(first side) 및 제 2 측면(second side)을 가진 발열 반응층(exothermal reactive layer);
    을 포함하는구성으로 이루어져 있고,
    상기 제 1 측면은 제 1 셀 단자에 인접하여 배치되어있고, 상기 제 2 측면은 제 2 셀 단자에 인접하여 배치되어 있으며,
    상기 제 1 측면은 다수의 니켈 층들 중의 하나의 니켈 층이고, 상기 제 1 셀 단자는 니켈이 도금된 구리 셀 단자이며, 상기 제 2 측면은 다수의 니켈 층들 중의 또 다른 니켈 층이고, 상기 제 2 셀 단자는 니켈이 도금된 구리 셀 단자이며,
    상기 발열 반응층은 그것의 적어도 일부분에 접촉하는 레이저 빔에 반응하여 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에 결합 조인트(bonding joint)의 형성을 위해 발화하도록 구성되어있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 발연 반응층의 두께는 40-200 마이크론인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법으로서,
    부품 배치 장치(component placement machine)를 사용하여, 알루미늄 셀 단자인 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에, 다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있는 발열 반응층의 알루미늄 층인 제 1 측면(first side)과 제 2 측면(second side)이 각각 제 1 셀 단자와 제 2 셀 단자에 인접하도록 발열 반응층을 배열하는 과정 및
    발열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 과정
    을 포함하는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  9. 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법으로서,
    부품 배치 장치(component placement machine)를 사용하여, 니켈이 도금된 구리 셀 단자인 제 1 및 제 2 셀 단자 사이에, 다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있는 발열 반응층의 니켈 층인 제 1 측면(first side)과 제 2 측면(second side)이 각각 제 1 셀 단자와 제 2 셀 단자에 인접하도록 발열 반응층을 배열하는 과정 및
    발열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 과정
    을 포함하는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 발열 반응층의 부위에서0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 발열 반응층의 두께는 40-200 마이크론인 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  12. 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법으로서,
    부품 배치 장치를 사용하여, 다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있는 발열 반응층의 알루미늄 층인 제 2 측면(second side)이 알루미늄 셀 단자인 제 2 셀 단자에 인접하게 배치하여 발열 반응층을 제 2 셀 단자에 형성하는 과정
    부품 배치 장치를 사용하여, 제 2 셀 단자에 형성되어 있는 발열 반응층의 알루미늄 층인 제 1 측면(first side)에 인접하게 알루미늄 셀 단자인 제 1 셀 단자를 배열하는 과정 및
    발열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 과정
    을 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  13. 제 1 및 제 2 전지셀의 제 1 및 제 2 셀 단자를 각각 결합하는 방법으로서,
    부품 배치 장치를 사용하여, 다수의 알루미늄 층들과 다수의 니켈 층들로 구성되어 있는 발열 반응층의 니켈 층인 제 2 측면(second side)이 니켈이 도금된 구리 셀 단자인 제 2 셀 단자에 인접하게 배치하여 발열 반응층을 제 2 셀 단자에 형성하는 과정
    부품 배치 장치를 사용하여, 제 2 셀 단자에 형성되어 있는 발열 반응층의 니켈 층인 제 1 측면(first side)에 인접하게 니켈이 도금된 구리 셀 단자인 제 1 셀 단자를 배열하는 과정 및
    발열 반응층의 적어도 일부에 접촉하여 제 1 및 제 2 셀 단자들 사이에 결합 조인트를 형성하도록 발열 반응층을 발화시키는 레이저 빔을 소정 시간 동안 레이저로부터 방사하는 과정
    을 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 결합방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 발열 반응층의 부위에서 0.1 x 108 Watts/cm2 내지 5.0 x 108 Watts/cm2의 전력 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 발열 반응층의 두께는 40-200 마이크론인 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 소정 시간은 0.1 밀리초 보다 짧은 것을 특징으로 하는 셀 단자들의 방법.
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