KR102316912B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀에 포함되는 전극탭과 통전 가능한 다면체로 형성되는 몸체; 및 몸체 및 인접한 다른 몸체를 서로 통전되도록 연결하는 전도체;를 포함하고, 몸체는, 전극탭 간에 서로 통전되도록 인접한 전극탭에 접촉되는 접촉면; 몸체를 관통하는 중공부; 및 몸체의 형태를 유지하도록 형성되는 복수 개의 지지부;를 포함하는, 버스바가 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 버스바(busbar)는, 필요에 따라 다양한 모양을 가지지만, 일반적으로 납작하고 길이 방향으로 긴 형태를 가진다. 이러한 형태의 버스바는, 표면적이 크므로 방열효과가 우수하고 표면에 흐르는 고주파 전류의 임피던스를 낮추어 줌으로써 대전류를 전달할 수 있다. 이러한 버스바는 주로 전기전도도(100% IACS) 및 융점(1083℃)이 높은 관계로 거의 순수한 구리로 제작되어 쓰이고 있다. 하지만, 순수한 구리는 가격이 높을 뿐만 아니라 비중(8.92g/cm3)이 상대적으로 커서, 설치가 어려우며, 설치 시간이 많이 소요되어, 전체적인 설비의 생산 비용 및 설치비용을 상승시키는 요인이 되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 원가를 절감하고 무게를 줄이며, 성능을 향상시키기 위해 알루미늄 외부에 구리를 피복하여 제조한 버스바가 나오고 있다. 이러한 버스바의 내부 심재는 알루미늄이고, 그 상면, 하면 및 양 측면은 구리로 피복되어 있다. 그러나 이러한 종래의 버스바를 이용한 배터리 제조방법은 상호 접합이 견고하게 이루어지지 않아, 불량품이 양산될 가능성이 높다는 문제점이 있다. 또한, 제조된 상태에서는 불량품이 아니었어도, 결합력이 충분치 못한 경우가 많아, 사용 중에 빈번히 발생하는 기계적인 충격 등에 의해, 결합부분이 갈라지는 문제점이 발생하게 된다. 이로 인해 유지보수 비용 또한 상승하게 된다. 또한, 이러한 제조방법에 의해서는 제조되는 버스바는, 재료의 물리적 성질과 제조 공정의 한계로 인해, 제한된 폭과 두께 이상으로는, 제조되기 어렵고, 경도 또한 일정 수준 이상은 불가능 하다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0039003호 (2011.04.15)
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위하여 배터리 모듈에 중공형 버스바를 포함함으로써, 전극탭 및 중공형 버스바 간의 결합 시에 양 전극탭으로부터 이탈되지 않고 지지될 수 있는 버스바를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위하여 중공형 버스바를 포함하는 배터리 모듈에서, 버스바의 중공부는 타원을 포함한 원형, 사각형, 세모형 등으로 형성되어 측방으로부터 전달되는 가압에 대하여 지지할 수 있는 버스바를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위해 이웃한 전극탭 사이에 중공형 버스바가 위치되어 전기적 연결이 이루어지는 버스바를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간에 위치되는 중공형 버스바가 전극탭과의 접합을 위해 배치될 때, 전극탭 측으로부터 가압되는 가압에 대하여 지지강성을 확보할 수 있는 구조로 형성되는 버스바를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 배터리 셀; 및 복수 개의 배터리 셀이 서로 통전되도록 연결되는 버스바;를 포함하고, 버스바는, 배터리 셀 각각에 포함되는 전극탭과 통전 가능한 다면체로 형성되는 몸체; 및 몸체 및 인접한 다른 몸체를 서로 통전되도록 연결하는 전도체;를 포함하고, 몸체는, 전극탭 간에 서로 통전되도록 인접한 전극탭에 접촉되는 접촉면; 몸체를 관통하는 중공부; 및 몸체의 형태를 유지하도록 형성되는 지지부;를 포함하는, 배터리 모듈이 제공된다.
그리고, 중공부는 원형일 수 있다.
또한, 몸체는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
또한, 접촉면은 레이저 용접을 통해 상기 인접한 전극탭과 고정될 수 있다.
또한, 중공부는, 지지체가 삽입되어 몸체 및 전도체 간의 접촉상태을 유지할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 중공부는, 두 양단에 지지체가 각각 삽입되어 몸체 및 전도체 간의 접촉상태을 유지할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 중공부의 단면은 타원, 정원 또는 다면체의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 몸체는 압출을 통해 형성될 수 있다.
또한, 몸체는 사각바의 형태로 형성되고, 접촉면은 사각바의 형태에서 중공부의 중공방향과 평행한 방향으로 위치되는 네 면 중 두 면이 전극탭과 접촉되어 통전될 수 있다.
또한, 지지부는 복수 개 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위하여 배터리 모듈에 중공형 버스바를 포함함으로써, 전극탭 및 중공형 버스바 간의 결합 시에 양 전극탭으로부터 이탈되지 않고 지지될 수 있는 버스바를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위하여 중공형 버스바를 포함하는 배터리 모듈에서, 버스바의 중공부는 타원을 포함한 원형, 사각형, 세모형 등으로 형성되어 측방으로부터 전달되는 가압에 대하여 지지할 수 있는 버스바를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간의 전기적 연결을 위해 이웃한 전극탭 사이에 중공형 버스바가 위치되어 전기적 연결이 이루어지는 버스바를 포함하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전극탭 간에 위치되는 중공형 버스바가 전극탭과의 접합을 위해 배치될 때, 전극탭 측으로부터 가압되는 가압에 대하여 지지강성을 확보할 수 있는 구조로 형성되는 버스바를 포함하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭에 연결된 버스바를 나타낸 사시도
도 2(a)는 몸체에 포함되는 구성을 구분하여 나타낸 단면도, 도 2(b)는 전극탭 간에 개재되어 있는 몸체를 나타낸 사시도
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체와의 결합이 된 버스바를 나타낸 도면
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체에 의해 지지되는 버스바가 결합된 배터리 셀의 사시도, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지체에 의해 지지되는 버스바가 결합된 배터리 셀의 사시도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭에 연결된 버스바(10)를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 버스바(10)는 복수 개의 배터리 셀(1)을 전기적으로 연결할 수 있다. 버스바(10)는 배터리 셀(1)을 서로 전기적으로 연결함과 동시에 서로 고정하는 체결의 효과도 있으나 이는 부수적인 것으로, 각 전도체(200)를 서로 전기적으로 연결하는 것이 우선시 될 수 있다. 그러나 고정의 효과를 위해 본 발명의 사상 내에서 당업자는 변경실시가 가능하다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예는 다수 개의 배터리 셀(1)의 전극탭(110)을 서로 전기적으로 연결시키고 있다. 배터리 셀(1)은 이러한 연결을 위해 전극탭(110)의 정렬이 요구될 수 있으며, 정렬된 전극탭(110)은 버스바(10)에 의해 서로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체(100)를 나타낸 사시도로서, 도 2(a)는 몸체(100)에 포함되는 구성을 구분하여 나타낸 단면도, 도 2(b)는 전극탭(110) 간에 개재되어 있는 몸체를 나타낸 사시도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 몸체(100)는 접촉면, 중공부(101) 및 지지부(102, 103)를 포함할 수 있다. 여기서 접촉면은 인접한 두 개의 전극탭(110)과 접촉되는 면이고, 중공부(101)는 두 개의 전극탭(110) 사이의 위치되는 몸체(100) 내부에 형성된 중공이며, 지지부(102, 103)는 인접한 두 개의 전극탭(110)이 서로 마주하는 방향으로 가압될 때 지지하는 구조가 될 수 있다.
그리고, 몸체(100)는 예를 들어, 사각바의 형태로 형성되고, 전극탭(110)과의 통전을 위한 접촉면은 사각바의 형태에서 중공부(101)가 형성된 길이방향, 즉, 중공방향과 평행한 방향으로 위치되는 네 면 중 마주하는 두 면이 상기 전극탭(110)과 접촉되어 통전될 수 있다. 이러한 구조는 몸체(100)와 전극탭(110)의 접촉면적 및 중공부(101)를 유지하면서, 몸체(100)의 부피를 최소화하기 위한 구조가 될 수 있다. 반면에, 정 육각형 또는 팔각형 등의 다른 현태로 구성될 경우, 통전은 될 수 있으나 부피가 증가하여 이후 용접을 위한 공간을 확보하는데 불리하므로 사각바의 형태가 바람직할 수 있다.
구체적으로, 접촉면은 통전을 목적으로 전극탭(110)과 접촉되는 구성으로서, 형상에 관계없이 전극탭(110)과의 접촉이 이루어질 수 있다. 그러나 본 실시예는 통전뿐만 아니라, 전극탭(110)이 양측면에서 일정 압력으로 가압될 수 있는데 상기 가압력에 대하여 지지할 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직하므로, 면접촉을 통한 접촉면으로 형성될 수 있고, 나아가, 노출된 전극탭(110)이 몸체(100)를 향하는 면에 대응하는 넓이로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 지지할 수 있는 구조는 전극탭(110)과의 접촉면적 증가 뿐만이 아니라 양측에서의 발생하는 가압력을 지지하기 위해 두 전극탭(110) 사이에 빈 공간이 없이 버스바(10)의 몸체(100)가 형성된 지지부(102, 103)가 형성될 수 있다.
또한, 몸체(100)는 중공부(101)를 포함할 수 있다. 중공부(101)는 몸체(100)의 경량화 및 지지체가 삽입되어 지지받을 수 있는 수단이 될 수 있다. 중공부(101)가 형성됨에 따라, 지지부(102, 103)는 형성될 수 있다.
여기서 상기 가압력은 몸체(100)가 전극탭(110)과 결합되기 전의 임시적으로 전극탭(110) 사이에 개재되어 위치가 유지되기 위한 가압력으로서, 상기 결합은 레이저 용접 등을 통한 고정을 의미한다. 반면에 이러한 가압력을 견디기 위해 “ㄷ”자 형태의 몸체를 적용할 경우, 앞서 설명한 지지 또는 통전 효율 등에 역효과를 끼칠 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체(200)와의 결합이 된 버스바(10)를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 앞서 설명한 바와 같이 전극탭(110)에 레이저 용접 등을 통해 결합이 될 수 있다. 그리고, 전극탭(110)과 결합된 버스바(10)는 부근에 다수 개가 위치될 수 있고, 이러한 다수 개의 버스바(10)를 서로 통전시키기 위해 하나의 전도체(200)가 복수 개의 버스바(10)와 연결되어 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
한편, 도시된 중공부(101)에는, 버스바(10)가 상기 전도체(200)를 지지하기 위해 지지체(도 4의 2, 3)가 삽입되어 보조적으로 지지할 수 있다. 보조적으로 지지한다는 의미는 전극탭(110) 및 버스바(10) 간의 용접은 기계적인 체결의 목적이 아닌 통전의 목적으로 결합되는 것이므로, 지지력을 기대할 수 없을 수 있으나 이를 보조적으로 지지하여 지지력을 증가 시키기 위한 방법으로서, 지지체(도 4의 2, 3)가 삽입될 수 있다는 의미이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체(2)에 의해 지지되는 버스바(200)가 결합된 배터리 셀(1)의 사시도, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지체(2, 3)에 의해 지지되는 버스바(200)가 결합된 배터리 셀(1)의 사시도이다.
도 4(a)를 참조하면, 앞서 설명한 지지체(2, 3)에 대한 일 예로서, 중공부(101)에 삽입되어 하중을 포함한 가압력에 대하여 지지력을 증진시킬 수 있다. 이러한 예시는 도 4(b)에 다른 실시예로서 중공부(101) 양측단부로부터 각각 삽입되는 제1지지체(2) 및 제2지지체(3)를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 당업자에 의해 선택적으로 결정될 수 있다.
나아가, 중공부(101)는 원형으로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어 다각형으로 형성될 경우 면접촉을 통해 양측으로부터 가압될 때 양측방에 대하여 지지할 수 있는 구조가 두 군데 이상 위치되는 것이 유리할 수 있다. 반면에 “ㄷ”자 형태의 몸체의 경우 양단부를 서로 지지하는 구조가 없으므로 지지하는 강성을 기대하기 어려울 수 있다. 또한 이러한 “ㄷ”자 구조의 몸체의 지지력을 보조하기 위해 수대역할을 하는 지그가 접합되는 방향으로 삽입될 수 있으나 상대적으로 얇고 길게 형성되어야 하므로 상기 지지력을 보조하는데 어려움이 있다.
따라서, 몸체 자체가 지지력을 확보할 수 있는 구조로서 중공형의 몸체로 형성될 수 있고, 중공은 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 버스바(10)는 경량화에 따라 적어도 일부는 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 버스바의 경우, 앞서 설명한 레이저 용접 외의 더 높은 지지력이 요구되는 타 접합 수단에 의해 접합되는 경우에도 적용가능하다. 아울러, 본 발명의 버스바의 제조방법에 있어서는 압출 또는 다이캐스팅 등을 통해 제조될 수 있으나 당업자에 의해 대량생산을 실시하기 위해서는 압출을 통한 제조가 더 바람직할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 배터리
2 : 제1지지체
3 : 제2지지체
10 : 버스바
100 : 몸체
101 : 중공부
102 : 제1지지부
103 : 제2지지부
110 : 전극탭
200 : 전도체
S1 : 주입단계
S2 : 가압단계
S3 : 경화단계
S4 : 접합단계

Claims (10)

  1. 복수 개의 배터리 셀; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되는 버스바;를 포함하고,
    상기 버스바는,
    상기 배터리 셀 각각에 포함되는 전극탭과 전기적으로 연결되며, 다면체로 형성되는 몸체; 및
    상기 몸체 및 인접한 다른 몸체를 서로 전기적으로 연결하는 전도체;를 포함하고
    상기 몸체는,
    상기 전극탭 간에 서로 전기적으로 연결되도록 인접한 전극탭에 접촉되는 접촉면;
    상기 몸체를 관통하는 중공부; 및
    상기 몸체의 형태를 유지하도록 형성되는 지지부;를 포함하고,
    상기 몸체 및 상기 전도체 간의 접촉상태을 유지할 수 있도록 형성되는 지지체로서, 상기 중공부에 삽입되는 지지체;를 더 포함하는 배터리모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공부는 원형인, 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 알루미늄으로 형성되는, 배터리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉면은 레이저 용접을 통해 상기 인접한 전극탭과 고정되는, 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 중공부의 적어도 일측에 삽입되는 배터리모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공부의 단면은 타원, 정원 또는 다면체의 형상으로 형성되는, 배터리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 압출을 통해 형성되는, 배터리 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 사각바의 형태로 형성되고, 상기 접촉면은 상기 사각바의 형태에서 상기 중공부의 중공방향과 평행한 방향으로 위치되는 네 면 중 두 면이 상기 전극탭과 접촉되어 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부는 복수 개 형성되는, 배터리 모듈.
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