KR102106446B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상면에 제1 단자를 구비하는 제1 배터리 셀과, 상기 제1 배터리 셀에 인접하도록 배치되며, 상면에 상기 제1 단자에 나란하게 배치된 제2 단자를 구비하는 제2 배터리 셀과, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 서로 전기적으로 연결하는 전극탭을 구비하고, 상기 전극탭은, 상기 제1 단자에 결합되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀의 인접 변부를 따라 연장된 제1 연장부와, 상기 제2 단자에 결합되며, 상기 제1 연장부에 나란하도록 상기 인접 변부를 따라 연장된 제2 연장부와, 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부에 연결되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀로부터 상부로 돌출된 돌출부를 갖는 연결부를 구비하는, 배터리 모듈을 제공한다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리 셀의 전극 단자와 전극탭 사이의 결합력을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 전자 및 통신 산업의 급속한 발전으로, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA 등의 모바일 전자 기기의 보급이 증가하고 있다. 한편, 모바일 전자 기기의 전원으로는 경제성을 고려하여 충·방전이 가능한 이차 전지가 널리 사용되고 있다.
이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 이러한 이차 전지는 회로와 합쳐져서 배터리 모듈을 구성하며, 배터리 모듈의 외부 단자를 통해 충전 및 방전이 이루어진다.
이차 전지는 복수개가 일방향을 따라 포개어지도록 배열될 수 있으며, 이때 서로 인접한 이차 전지들의 전극 단자들은 전극탭에 의해 연결된다. 일반적으로 전극탭은 상기 전극 단자들에 용접 결합되는데, 용접 전류의 인가 시 이차 전지의 전극 단자 이외의 부분으로 누설 전류가 발생하여 전극탭과 전극 단자 사이에 충분한 접합이 이루어지지 않는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 셀의 전극 단자와 전극탭 사이의 결합력을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상면에 제1 단자를 구비하는 제1 배터리 셀, 상기 제1 배터리 셀에 인접하도록 배치되며, 상면에 상기 제1 단자에 나란하게 배치된 제2 단자를 구비하는 제2 배터리 셀 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 서로 전기적으로 연결하는 전극탭을 구비하고, 상기 전극탭은, 상기 제1 단자에 결합되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀의 인접 변부를 따라 연장된 제1 연장부, 상기 제2 단자에 결합되며, 상기 제1 연장부에 나란하도록 상기 인접 변부를 따라 연장된 제2 연장부 및 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부에 연결되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀로부터 상부로 돌출된 돌출부를 갖는 연결부를 구비하는, 배터리 모듈이 제공된다.
상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀의 상면의 적어도 일부를 덮도록 배치되고, 접속홀을 갖는 회로 기판을 더 구비하며, 상기 전극탭은 상기 회로기판 쪽으로 절곡되어 상기 접속홀에 삽입되는 절곡부를 구비할 수 있다.
상기 제1 연장부는 상기 제1 단자에 용접 결합된 제1 결합영역을 포함하고, 상기 제2 연장부는 상기 제2 단자에 용접 결합된 제2 결합영역을 포함할 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 제1 결합영역보다 상기 제1 배터리 셀의 중심에 더 인접하게 배치되고, 상기 제2 결합영역보다 상기 제2 배터리 셀의 중심에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1 연장부는, 상기 제1 단자에 접촉하는 제1 결합점과, 제2 결합점과, 상기 제1 결합점 및 상기 제2 결합점 사이에 형성된 제1 중간홀을 구비하고, 상기 제2 연장부는, 상기 제2 단자에 접촉하는 제3 결합점과, 제4 결합점과, 상기 제3 결합점 및 상기 제4 결합점 사이에 형성된 제2 중간홀을 구비할 수 있다.
상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며, 상기 제1 중간홀의 상기 돌출부에 인접한 가장자리로부터 상기 라운드부의 후단까지의 상기 인접 변부에 나란한 거리는 5mm 이상일 수 있다.
상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며, 상기 제2 중간홀의 상기 돌출부에 인접한 가장자리로부터 상기 라운드부의 후단까지의 상기 인접 변부에 나란한 거리는 5mm 이상일 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부 사이에 배치될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀 사이의 중심선에 대하여 대칭을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비할 수 있다.
상기 제1 배터리 셀은 상면의 변부를 따라 상부로 돌출된 제1 돌기부를 구비하고, 상기 제2 배터리 셀은 상면의 변부를 따라 상부로 돌출된 제2 돌기부를 구비할 수 있다.
상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며, 상기 제1 돌기부의 상기 제2 배터리 셀에 인접한 부분으로부터 상기 라운드부의 상기 제1 배터리 셀 쪽 일측단까지의 상기 인접 변부에 수직한 거리는 0.5mm 이상이고, 상기 제2 돌기부의 상기 제1 배터리 셀에 인접한 부분으로부터 상기 라운드부의 상기 제2 배터리 셀 쪽 일측단까지의 상기 인접 변부에 수직한 거리는 0.5mm 이상일 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 돌기부 및 상기 제2 돌기부로부터 이격될 수 있다.
상기 제1 배터리 셀의 상면과 상기 돌출부의 최상부 사이 이격 거리는 0.2mm 이상이고, 상기 제2 배터리 셀의 상면과 상기 돌출부의 최상부 사이 이격 거리는 0.2mm 이상일 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 시 발생하는 누설 전류를 줄여 배터리 셀의 전극 단자와 전극탭 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 용접 효율을 향상시킬 수 있어 용접에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전극탭을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극탭을 전극 단자에 용접하는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 도 4의 거리 L에 따른 용접 전류 I의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 5의 VII-VII' 선을 따라 절취한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀들(100), 회로 기판(200) 및 전극탭(300)을 구비한다.
복수개의 배터리 셀들(100)은 충전 및 방전이 가능한 이차 전지로, 예컨대 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. 일 실시예로, 복수개의 배터리 셀들(100)은 각형 전지일 수 있으며, 이하 복수개의 배터리 셀들(100)이 각형 전지인 경우를 중심으로 배터리 모듈(10)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.
복수개의 배터리 셀들(100)은 제1 방향(+x 방향) 및/또는 제2 방향(+y 방향)을 따라 배열될 수 있으며, 이때 배터리 셀들의 제1 방향(+x 방향) 개수 및 제2 방향(+y 방향) 개수는 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 2행 3열의 배터리 셀들(100)은 어디까지나 예시일 뿐이며, 다만 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에는 적어도 한 쌍의 배터리 셀들이 제2 방향(+y 방향)으로 배열될 수 있다.
여기서 제1 방향(+x 방향)이라 함은 복수개의 배터리 셀들(100)이 배열되는 행방향을 의미하며, 이는 배터리 셀이 장방형 상면을 갖는 경우 상기 장방형 상면의 장변 방향일 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 방향(+y 방향)이라 함은 복수개의 배터리 셀들(100)이 배열되는 열방향을 의미하며, 이는 배터리 셀이 장방형 상면을 갖는 경우 상기 장방형 상면의 단변 방향일 수 있다. 따라서, 이하에서는 편의상 행방향, 장변 방향 대신에 제1 방향(+x 방향)이라는 용어를 사용하고, 열방향, 단변 방향 대신에 제2 방향(+y 방향)이라는 용어를 사용한다.
한편, 복수개의 배터리 셀들(100)을 정렬 및 고정할 수 있도록 복수개의 배터리 셀들(100)을 지지하는 케이스(90)가 더 구비될 수 있다. 도 1 등에는 케이스(90)에 복수개의 배터리 셀들(100)의 하단부가 삽입되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 케이스(90)는 복수개의 배터리 셀들(100) 전체를 수용하거나 복수개의 배터리 셀들(100)의 외측면을 감싸는 형태일 수도 있다.
일 실시예로, 케이스(90)는 삽입부(91) 및 분리부(92)를 구비할 수 있다. 삽입부(91)는 복수개의 배터리 셀들(100)이 삽입되는 부분이고, 분리부(92)는 복수개의 배터리 셀들(100) 중 이웃하는 셀들을 서로 분리시키는 부분이다. 도 2 등에는 제2 방향(+Y 방향)으로 배열된 한쌍의 배터리 셀들을 단위로 하여, 상기 한쌍의 배터리 셀들 사이마다 분리부(92)가 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 분리부(92)의 구조 및 위치는 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
상기와 같은 구조의 케이스(90)를 이용함으로써, 복수개의 배터리 셀들(100)을 복수개의 행 및 복수개의 열로 용이하게 정렬할 수 있고, 필요한 부품들을 복수개의 배터리 셀들(100)에 안정적으로 결합시킬 수 있다.
복수개의 배터리 셀들(100) 각각은 상면에 전극 단자(110)가 구비된다. 하나의 배터리 셀의 전극 단자(110)는 2개의 서로 다른 극성을 갖는 단자들(111, 121)로 구성되고, 상기 단자들(111, 121)은 배터리 셀의 상면에 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 방향(+x 방향)으로 이웃하는 2개의 배터리 셀들의 인접 단자들(121, 113) 및 제2 방향(+y 방향)으로 이웃하는 2개의 배터리 셀들의 인접 단자들(111, 112)은 서로 다른 극성을 갖는다.
복수개의 배터리 셀들(100)의 상부에는 회로 기판(200)이 배치된다. 회로 기판(200)은 복수개의 배터리 셀들(100)의 상면들의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 회로 기판(200)은 복수개의 배터리 셀들(100)이 과충전 또는 과방전되는 것을 방지하여 복수개의 배터리 셀들(100)의 충·방전 수명을 연장시키고, 충전기 또는 외부 단자에 의해 복수개의 배터리 셀들(100)이 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다.
회로 기판(200)은 베이스 기판 상에 인쇄 회로 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 복수개의 배터리 셀들(100)의 충·방전 동작을 제어 및 모니터링하기 위해 각종 전자 소자들이 구비되어 있다. 이로써 회로 기판(200)은 복수개의 배터리 셀들(100)의 전압, 온도 등을 측정하고, 그 측정값에 근거하여 복수개의 배터리 셀들(100)의 밸런싱을 수행할 수 있게 된다.
회로 기판(200)에는 접속홀(210)이 구비될 수 있다. 접속홀(210)은 회로 기판(200)의 소정의 위치에 형성된 관통홀로, 복수개 형성될 수 있다. 접속홀(210)은 제1 접속홀(211) 및 제2 접속홀(212)을 포함할 수 있는데, 제1 접속홀(211)에는 전극탭(300)이 삽입되고, 제2 접속홀(212)에는 열차단부재(350)가 삽입될 수 있다.
또한, 회로 기판(200)에는 커넥터(220)가 더 구비될 수 있다. 커넥터(220)는 외부 전자 기기와 체결되는 부분으로, 이 커넥터(220)를 통해 상기 외부 전자 기기로부터 전원을 공급받거나, 상기 외부 전자 기기와 신호를 송수신할 수 있다.
전극탭(300)은 이웃하는 전극 단자(110)들 각각에 결합되어 이들을 전기적으로 연결한다. 이를 위해 전극탭(300)은 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 구리 합금, 알루미늄 합금 등의 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 전극탭(300)은 제2 방향(+y 방향)으로 배열된 한쌍의 배터리 셀들의 전극 단자들(111, 121)을 전기적으로 연결할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전극탭(300)은 회로 기판(200)의 제1 접속홀(211)에 삽입될 수 있다. 이로써 전극탭(300)을 통해 전극 단자(110)와 회로 기판(200)이 서로 전기적으로 연결되어, 회로 기판(200)이 복수개의 배터리 셀들(100) 각각의 충·방전 동작을 제어 및 모니터링할 수 있게 된다. 한편, 전극탭(300)의 구체적인 형상은 이어지는 도 3 등을 참조하여 후술한다.
열차단부재(350)는 복수개의 배터리 셀들(100)의 상면에 결합되며, 전극탭(300)의 일측에 배치될 수 있다. 열차단부재(350)는 복수개의 배터리 셀들(100) 각각의 온도를 측정하는 온도 측정 소자를 구비할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈(10)의 과열 시 복수개의 배터리 셀들(100)에 흐르는 전류를 차단하는 역할을 한다. 이러한 열차단부재(350)는 전극탭(300)이 결합된 단자들(111, 121)과 반대 극성을 갖는 단자들(112, 122)에 결합되어 전극탭(300)과 동일 또는 유사한 기능을 수행할 수 있다. 즉, 회로 기판(200)의 제2 접속홀(212)에 삽입되어, 회로 기판(200)과 일부 단자들(121, 122)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전극탭을 개략적으로 도시한 사시도이다
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수개의 배터리 셀들(100)은 제2 방향(+y 방향)으로 배열된 제1 배터리 셀(101) 및 제2 배터리 셀(102)을 포함한다.
제1 배터리 셀(101)은 대략 장방형의 상면을 가지며, 상면의 일단에 제1 단자(111)를 구비한다. 제2 배터리 셀(102)은 제1 배터리 셀(101)에 인접하도록 배치되며, 구체적으로는 제1 배터리 셀(101)의 넓은 면과 제2 배터리 셀(102)의 넓은 면이 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 제2 배터리 셀(102) 또한 대략 장방형의 상면을 가지며, 상면의 일단에 제2 단자(112)가 배치된다. 이로써 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)는 서로 나란하게 배치될 수 있다.
제1 단자(111) 및 제2 단자(112)에는 전극탭(301)이 결합된다. 이로써 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 단자들(111, 112)이 전극탭(301)에 결합되는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있으나, 일 실시예로 용접 방식을 이용하여 전극 단자들(111, 112)과 전극탭(301) 중 적어도 하나를 용융시켜 전극 단자들(111, 112)과 전극탭(301)을 서로 접합시킬 수 있다.
일 실시예로, 전극탭(301)은 제1 연장부(311), 제2 연장부(312) 및 연결부(313)를 구비한다.
제1 연장부(311)는 제1 배터리 셀(101)의 제1 단자(111)에 결합되는 부분으로, 제1 방향(+x 방향)으로 연장된다. 제1 연장부(311)는 제1 단자(111)에 용접 결합되는 제1 결합영역(311a)을 포함할 수 있는데, 제1 결합영역(311a)은 제1 결합점(311-1), 제2 결합점(311-2), 그리고 제1 결합점(311-1)과 제2 결합점(311-2) 사이에 형성된 제1 중간홀(311h)을 구비할 수 있다.
구체적으로, 제1 결합점(311-1) 및 제2 결합점(311-2)은 제1 연장부(311)와 제1 단자(111)가 용융 접합되는 영역으로, 용접봉이 배치되는 영역에 대응하게 된다. 따라서, 용접봉이 제1 연장부(311) 상의 소정의 위치로 안내되는 경우, 제1 결합점(311-1) 및 제2 결합점(311-2)은 대략 상기 소정의 위치에 대응하여 형성될 수 있다. 이때 상기 소정의 위치는 제1 중간홀(311h)로부터 이격된 거리에 의해 정의될 수 있다.
제1 중간홀(311h)은 제2 방향(+y 방향)으로 연장된 장공 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1 중간홀(311h)은 전술한 바와 같이 제1 결합점(311-1) 및 제2 결합점(311-2) 상에 용접봉을 안내하는 기준이 될 수 있으며, 용접 작업 중 발생하는 열에 의해 제1 연장부(311)가 팽창되는 것을 흡수하는 역할도 할 수 있다.
제2 배터리 셀(102)에는 제1 연장부(311)에 나란하게 제2 연장부(312)가 배치된다. 즉, 제2 연장부(312)는 제1 방향(+x 방향)으로 연장되도록 형성되어 제2 단자(112)에 결합되며, 제2 결합영역(312a)을 포함할 수 있다. 이때 제2 결합영역(312a)은 제2 단자(112)에 용접 결합되는 영역으로, 제3 결합점(312-1), 제4 결합점(312-2), 그리고 제3 결합점(312-1)과 제4 결합점(312-2) 사이에 형성된 제2 중간홀(312h)을 구비할 수 있다.
제3 결합점(312-1) 및 제4 결합점(312-2)은 제2 연장부(312)와 제2 단자(112)가 용융 접합되는 영역으로, 용접봉이 배치되는 영역에 대응하게 된다. 또한, 제2 방향(+y 방향)으로 연장된 장공 형상을 갖는 제2 중간홀(312h)은, 제1 중간홀(311h)과 마찬가지로 용접봉을 정렬시키기 위한 기준인 동시에, 제2 연장부(312)의 열팽창을 흡수하는 역할을 할 수 있다.
한편, 용접 작업 시 제1 결합영역(311a) 및 제2 결합영역(312a) 각각에 형성되는 결합점 수가 반드시 2개로 한정되는 것은 아니며, 하나 또는 3개 이상의 용접 결합점이 제1 결합영역(311a) 및 제2 결합영역(312a)에 형성될 수도 있다. 아울러, 중간홀들의 위치 또한 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
연결부(313)는 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)에 연결되는 부분으로, 제1 배터리 셀(101) 및 제2 배터리 셀(102)로부터 상부로 돌출된 돌출부(313p)를 갖는다. 구체적으로, 돌출부(313p)는 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312) 사이에 배치될 수 있고, 더 구체적으로는 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)의 후단 쪽에 형성되어 제1 연장부(311)와 제2 연장부(312) 사이의 이격 공간에 접하도록 배치될 수 있다. 따라서, 돌출부(313p)는 제1 연장부(311)의 제1 결합영역(311a)보다 제1 배터리 셀(101)의 중심에 더 인접하게 배치될 수 있고, 제2 연장부(312)의 제2 결합영역(312a)보다 제2 배터리 셀(102)의 중심에 더 인접하게 배치될 수 있다.
돌출부(313p)는 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 예컨대 도 3 등에 도시된 것과 같이 일단이 부분 원형으로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 돌출부(313p)는 일단이 부분 다각형, 부분 타원형 등으로 형성될 수도 있다.
돌출부(313p)는 여러 가지 방식에 의해 형성될 수 있는데, 예컨대 펀치(punch)를 이용하여 형성될 수 있다. 돌출부(313p)가 펀치에 의해 형성되는 경우, 상기 펀치는 연결부(313)의 두께 방향인 상방향(+z 방향)으로 이송될 수 있으며, 이에 따라 돌출부(313p)에는 아래로 볼록한 형태의 라운드부(313r)가 형성될 수 있다. 즉, 라운드부(313r)는 펀칭(punching) 가공 등에 의해 소성변형이 시작되는 부분일 수 있다.
또한, 연결부(313)는 절곡부(313b)를 더 구비할 수 있다. 절곡부(313b)는 연결부(313)의 평평한 부분으로부터 상방향(+z 방향)으로 절곡되도록 형성되어, 도 3에 도시된 제1 접속홀(211)에 삽입된다. 이로써 연결부(313)를 통해 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)가 회로 기판(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5는 도 4의 전극탭을 전극 단자에 용접하는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 4의 거리 L에 따른 용접 전류 I의 변화를 도시한 그래프이며, 도 7은 도 5의 VII-VII' 선을 따라 절취한 단면도이다.
먼저 도 5를 참조하면, 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312) 각각을 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)에 결합하기 위해, 제1 연장부(311) 상의 제1 결합점(311-1) 및 제2 결합점(311-2)에 용접봉을 배치하고, 제2 연장부(312) 상의 제3 결합점(312-1) 및 제4 결합점(312-2)에 용접봉을 배치할 수 있다.
상기의 용접봉들을 이용하여 용접 작업을 수행할 시, 용접봉들에 인가된 전류는 모재인 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)에 유도된다. 이때 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)에 유도된 전류에 의해 열이 발생하게 되고, 이 열로 인해 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)가 용융되어 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)에 각각 접합된다. 물론 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312) 외에, 제1 단자(111) 및 제2 단자(112)에도 용접 전류가 유도되어 용융이 발생할 수 있다.
한편, 제1 배터리 셀(101)은 상면의 가장자리를 따라 제1 돌기부(101b)를 구비할 수 있고, 제2 배터리 셀(102)은 상면의 가장자리를 따라 제2 돌기부(102b)를 구비할 수 있다. 제1 돌기부(101b) 및 제2 돌기부(102b)는 상부로 돌출된 비교적 짧은 돌기로, 상술한 것과 같이 용접봉들에 용접 전류가 인가될 시 상기 용접 전류의 일부가 제1 돌기부(101b) 및 제2 돌기부(102b)로 누설될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 경우, 연결부(313)에 돌출부(313p)를 형성하여 상기와 같은 돌기부들(101b, 102b)에 전극탭이 접촉되는 것을 방지하게 된다. 이로써 용접 작업 시 돌기부들(101b, 102b)로 전류가 누설되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 돌출부(313p)는 제1 배터리 셀(101) 및 제2 배터리 셀(102) 사이의 중심선에 대하여 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 이로써 누설 전류로 인한 열적 영향 등이 제1 배터리 셀(101) 및 제2 배터리 셀(102)에 불균일하게 발생하는 것을 막을 수 있다.
상술한 것과 같이 누설 전류로 인한 용접 불량, 예컨대 접합력 약화, 미용접부 발생 등을 방지하기 위해, 돌출부(313p)는 충분한 면적을 갖도록 형성될 필요가 있다.
따라서, 돌출부(313p)는 제1 방향(-x 방향)으로 충분한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 구체적으로는, 제1 중간홀(311h)의 돌출부(313p)에 인접한 가장자리로부터 라운드부(313r)의 후단까지의 제1 거리(d1)가 5mm 이상일 수 있다. 여기서의 제1 거리(d1)는 제1 방향(-x 방향)으로의 거리로 정의된다.
이러한 제1 거리(d1)는 도 6에 도시된 그래프를 통해 도출될 수 있다. 상기 그래프는 조절 거리(L)에 따른 용접 전류(I)의 변화를 나타낸 것으로, 여기서의 조절 거리(L)는 제2 결합점(311-2)의 돌출부(313p)에 인접한 가장자리로부터 라운드부(313r)의 후단까지의 거리를 의미한다. 상기 그래프를 참조하면, 점 M에서와 같이 조절 거리(L)가 대략 3.4mm 이상이어야 용접 전류(I)가 9A 이하로 떨어지게 됨을 확인할 수 있다.
용접 전류(I)가 9A를 초과하게 되면 누설 전류가 발생하여 용접 불량을 유발할 수 있으므로, 조절 거리(L)를 3.4mm 이상으로 하여 용접 전류(I)를 9A 이하로 감소시키는 것이 바람직하다. 이때 제1 중간홀(311h)의 돌출부(313p)에 인접한 가장자리로부터 제2 결합점(311-2)의 돌출부(313p)에 인접한 가장자리까지의 용접 규격 거리(w)가 대략 1.6mm이므로, 용접 규격 거리(w)에 조절 거리(L)를 더한 제1 거리(d1)는 5mm 이상인 것이 바람직하다.
상술한 제1 거리(d1)는 제2 배터리 셀(102)에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 따라서 제2 중간홀(312h)의 돌출부(313p)에 인접한 가장자리로부터 라운드부(313r)의 후단까지의 거리는 5mm 이상일 수 있다. 상기 거리 또한 제1 방향(-x 방향)으로의 거리로 정의됨은 물론이다.
또한, 돌출부(313p)는 제2 방향(+y 방향)으로 충분한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 돌기부(102b)의 제1 배터리 셀(101)에 인접한 부분으로부터 라운드부(313r)의 제2 배터리 셀(102) 쪽 일측단까지의 제2 거리(d2)는 0.5mm 이상일 수 있다. 여기서의 제2 거리(d2)는 제2 방향(+y 방향)으로의 거리로 정의된다.
상술한 제2 거리(d2)는 제1 배터리 셀(101)에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 따라서 제1 돌기부(101b)의 제2 배터리 셀(102)에 인접한 부분으로부터 라운드부(313r)의 제1 배터리 셀(101) 쪽 일측단까지의 거리는 0.5mm 이상일 수 있다. 상기 거리 또한 제2 방향(+y 방향)으로의 거리로 정의됨은 물론이다.
이와 같이 제2 거리(d2)를 0.5mm 이상이 되도록 함으로써, 용접봉들에 용접 전류가 인가될 시 배터리 셀의 돌기부들(101b, 102b)까지 전류가 누설되어 돌기부들(101b, 102b)이 용융되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 돌출부(313p)는 제1 돌기부(101b) 및 제2 돌기부(102b)로부터 충분히 이격될 필요가 있다. 즉, 돌기부들(101b, 102b)이 돌출부(313p)의 대략 경사진 측면에 접촉되지 않도록 돌출부(313p)의 최상부를 배터리 셀들(101, 102)의 상면으로부터 일정 거리 이상으로 이격시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 배터리 셀(101)의 상면과 돌출부(313p)의 최상부 사이 이격 거리인 제3 거리(d3)는 0.2mm 이상일 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 배터리 셀(102)의 상면과 돌출부(313p)의 최상부 사이 이격 거리 또한 0.2mm 이상일 수 있다. 여기서의 제3 거리(d3)는 높이 방향(+z 방향)으로의 거리로 정의된다. 즉, 돌기부들(101b, 102b)의 +z 방향으로의 돌출 높이를 감안할 때, 상기 제3 거리(d3)가 0.2mm 이상은 되어야 제1 연장부(311) 및 제2 연장부(312)로부터 연장된 돌출부(313p)의 경사진 측면이 돌기부들(101b, 102b)에 접촉하지 않을 수 있다.
이와 같이 돌출부(313p)가 배터리 셀들(101, 102)로부터 이격됨에 따라, 연장부들(311, 312)에 인가된 용접 전류가 돌기부들(101b, 102b)을 통해 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 시 발생하는 누설 전류를 줄여 배터리 셀의 전극 단자와 전극탭 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 용접 효율을 향상시킬 수 있어 용접에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 모듈
100: 복수개의 배터리 셀들
101: 제1 배터리 셀
102: 제2 배터리 셀
110: 전극 단자
111: 제1 단자
112: 제2 단자
200: 회로 기판
210: 접속홀
211: 제1 접속홀
212: 제2 접속홀
300, 301: 전극탭
311: 제1 연장부
311a: 제1 결합영역
311h: 제1 중간홀
312: 제2 연장부
312a: 제2 결합영역
312h: 제2 중간홀
313: 연결부
313p: 돌출부
313b: 절곡부
313r: 라운드부

Claims (14)

  1. 상면에 제1 단자를 구비하는 제1 배터리 셀;
    상기 제1 배터리 셀에 인접하도록 배치되며, 상면에 상기 제1 단자에 나란하게 배치된 제2 단자를 구비하는 제2 배터리 셀; 및
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 서로 전기적으로 연결하는 전극탭;을 구비하고,
    상기 전극탭은,
    상기 제1 단자에 결합되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀의 인접 변부를 따라 연장된 제1 연장부;
    상기 제2 단자에 결합되며, 상기 제1 연장부에 나란하도록 상기 인접 변부를 따라 연장된 제2 연장부; 및
    상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부에 연결되며, 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀로부터 상부로 돌출된 돌출부를 갖는 연결부;를 구비하며,
    상기 제1, 제2 연장부 사이에는 일 측이 개방된 이격 공간이 형성되며,
    상기 이격 공간의 타 측에서, 제1, 제2 연장부의 단부와 제1, 제2 연장부의 단부가 서로 연결되는 연결부 본체는, 같은 레벨의 제1 평면 상에 배치되며,
    상기 돌출부는, 상기 제1, 제2 연장부의 단부와 연결부 본체 사이에서, 제1 평면으로부터 제1, 제2 배터리 셀과 반대되는 방향으로 이격된 레벨에 형성되고,
    상기 연결부 본체로부터 회로기판을 향하여 절곡된 절곡부를 더 포함하는, 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로기판은,
    상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀의 상면의 적어도 일부를 덮도록 배치되고, 접속홀을 가지며,
    상기 전극탭은 상기 회로기판 쪽으로 절곡되어 상기 접속홀에 삽입되는 절곡부를 구비하는, 배터리 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 연장부는 상기 제1 단자에 용접 결합된 제1 결합영역을 포함하고,
    상기 제2 연장부는 상기 제2 단자에 용접 결합된 제2 결합영역을 포함하는, 배터리 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 제1 결합영역보다 상기 제1 배터리 셀의 중심에 더 인접하게 배치되고,
    상기 제2 결합영역보다 상기 제2 배터리 셀의 중심에 더 인접하게 배치되는, 배터리 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 연장부는, 상기 제1 단자에 접촉하는 제1 결합점과, 제2 결합점과, 상기 제1 결합점 및 상기 제2 결합점 사이에 형성된 제1 중간홀을 구비하고,
    상기 제2 연장부는, 상기 제2 단자에 접촉하는 제3 결합점과, 제4 결합점과, 상기 제3 결합점 및 상기 제4 결합점 사이에 형성된 제2 중간홀을 구비하는, 배터리 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며,
    상기 제1 중간홀의 상기 돌출부에 인접한 가장자리로부터 상기 라운드부의 후단까지의 상기 인접 변부에 나란한 거리는 5mm 이상인, 배터리 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며,
    상기 제2 중간홀의 상기 돌출부에 인접한 가장자리로부터 상기 라운드부의 후단까지의 상기 인접 변부에 나란한 거리는 5mm 이상인, 배터리 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부 사이에 배치된, 배터리 모듈.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀 사이의 중심선에 대하여 대칭을 이루도록 형성된, 배터리 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하는, 배터리 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀은 상면의 변부를 따라 상부로 돌출된 제1 돌기부를 구비하고,
    상기 제2 배터리 셀은 상면의 변부를 따라 상부로 돌출된 제2 돌기부를 구비하는, 배터리 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 돌출부는 아래로 볼록한 라운드부를 구비하며,
    상기 제1 돌기부의 상기 제2 배터리 셀에 인접한 부분으로부터 상기 라운드부의 상기 제1 배터리 셀 쪽 일측단까지의 상기 인접 변부에 수직한 거리는 0.5mm 이상이고,
    상기 제2 돌기부의 상기 제1 배터리 셀에 인접한 부분으로부터 상기 라운드부의 상기 제2 배터리 셀 쪽 일측단까지의 상기 인접 변부에 수직한 거리는 0.5mm 이상인, 배터리 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1 돌기부 및 상기 제2 돌기부로부터 이격된, 배터리 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 상면과 상기 돌출부의 최상부 사이 이격 거리는 0.2mm 이상이고,
    상기 제2 배터리 셀의 상면과 상기 돌출부의 최상부 사이 이격 거리는 0.2mm 이상인, 배터리 모듈.
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