KR102416601B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

배터리 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱 부분을 서브버스바를 통해 2매 용접시킴으로써, 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱의 신뢰성을 확보할 수 있는 배터리 모듈이 소개된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱 부분을 서브버스바를 통해 2매 용접시킴으로써, 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱의 신뢰성을 확보할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 자동차용 배터리 셀간 양극(+), 음극(-) 전극 간의 전기적 연결을 위해 다양한 방법들이 적용되고 있다. 예를 들어, 물리적 연결 방법으로는 볼트/너트 체결, 클린칭, 몰딩 등이 있고, 용접 방법으로는 저항 용접, 초음파 용접, 레이져 용접, SPOT 용접 등이 있다. 전극의 연결은 양산성과 안전성, 그리고 전기적 연결의 접촉 저항 측면을 고려되어야 하며, 그러한 측면에서 특히 레이져 용접 방법이 양산에 많이 적용되고 있다.
레이져 용접은 기본적으로 레이져 에너지를 이용한 메탈 재질의 융착을 기본으로 하며, 겹쳐지는 면의 개수에 따라 3매 용접, 2매 용접 등이 있으며, 2매 용접에서 용접의 높은 신뢰성을 가지고 있다. 다만, 3매 용접은 용접되는 피접합물의 밀착성 및 초점 등을 최적화하여 일부 양산에 적용되고 있다.
셀 전극 간의 용접 외 셀의 상태를 모니터링 하기 위해 셀 당 1개의 라인을 제어기에 연결하여 전압센싱 구조를 적용하고 있으며, 전압센싱을 위한 3매 용접은 셀 AL탭+셀 CU탭+전압센싱 버스바의 구조로 양산되고 있다.
종래의 이러한 배터리 모듈의 3매 용접은 용접의 조건, 신뢰성 및 환경 조건에 민감하여 품질 확보 및 유지가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 이러한 3매 용접 방식은 셀 간 용접 간격의 제약(최소 5mm 이상)으로 서브 버스바를 활용한 용접 구조를 적용할 수 없는 문제점이 있었다(레이져 용접시 최소 5mm 카운터바의 공간이 필요하다). 또한, 대전류간 용접 후, 전압센싱을 위한 구조의 반영이 어렵고, 셀 간 용접 구조에서 전압 센싱을 위해 셀 탭을 부분적으로 별도의 용접 구조를 가짐으로써, 3매 용접으로 인한 용접성이 저하되고 용접이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 3매 용접 방식에서 발생하는 용접 떨어짐, 불량 등의 문제점을 방지하고, 품질 확보 및 유지를 위한 솔루션이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0015859 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱 부분을 서브버스바를 통해 2매 용접시킴으로써, 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱의 신뢰성을 확보할 수 있는 배터리 모듈을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 연결단자를 각각 가지며, 상기 연결단자가 서로 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및 V자 단면이 형성되도록 상호 연결된 제1 평면과 제2 평면을 갖는 연결바;를 포함하며, 상기 제1 배터리 셀의 연결단자는 상기 제1 평면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 연결단자는 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 한다.
제1 배터리 셀의 연결단자의 단부는 상기 제2 배터리 셀 방향으로 절곡되어 상기 제1 평면에 접합되고, 제2 배터리 셀의 연결단자의 단부는 상기 제1 배터리 셀 방향으로 절곡되어 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 한다.
상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 연결단자를 각각 가지며, 상호 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및 제1 평면과 제2 평면을 가지며, 제1 평면과 제2 평면이 만나는 중심선을 기점으로 일정한 각도로 절곡된 형상을 가지며, 상기 적층된 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 연결단자 사이에 배치된 연결바;를 포함하며, 상기 제1 배터리 셀의 연결단자는 상기 제1 평면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 연결단자는 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 한다.
제1 배터리 셀의 연결단자의 단부는 적층면 방향으로 절곡되어 상기 제1 평면에 접합되고, 제2 배터리 셀의 연결단자의 단부는 적층면 방향으로 절곡되어 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 한다.
상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 음극 연결단자와 양극 연결단자를 각각 가지며, 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및 제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자와 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자 사이에 배치되며, 적층면을 향하여 절곡되어 절곡이 형성된 중심선을 기준으로 두 개의 평면을 가지는 연결바;를 포함하며, 상기 제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자는 상기 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자 방향으로 절곡되어 상기 연결바의 일면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자는 상기 제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자 방향으로 절곡되어 상기 연결바의 타면에 접합된 것을 특징으로 한다.
제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자의 단부는 상기 연결바의 일면에 접합되도록 절곡된 형상을 가지고, 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자의 단부는 상기 연결바의 타면에 접합되도록 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 모듈에 따르면, 배터리 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱 부분을 서브버스바를 통해 2매 용접시킴으로써, 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 용접 방향으로 45도 혹은 일정 각도로 용접함으로써 셀 간의 간격이 작더라도 일정각도를 적용하여 용접이 가능하다.
또한, 연결단자와 연결바의 접합 구조에 의해 단위 셀의 면적을 크게 하여 셀의 두께를 줄일 수 있어서 단위 셀의 저항을 줄일 수 있다. 즉, 대면적 셀을 적용함으로써 출력/방전 파워를 극대화할 수 있다.
또한, 각 배터리 셀의 연결단자와 연결바의 2매 용접구조를 형성함으로써, 품질을 확보할 수 있다.
또한, 연결바를 이용한 용접구조 적용으로 연결바에 직접적으로 와이어를 연결하여 전압센싱을 할 수 있으며, 이는 기존의 용접방식에서 발생하는 용접 떨어짐, 불량 등의 품질 문제점을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성도.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 구성도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 모듈에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성도이다. 도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명 배터리 모듈이 포함된 배터리 모듈 조립체(100)는 배터리 셀(10), 카트리지(30), 버스바(40), 상부케이스(50), 하부케이스(70) 및 바닥커버(90)로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 연결단자(11, 13)를 각각 가지며, 연결단자(11, 13)가 서로 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b); 및 V자 단면이 형성되도록 상호 연결된 제1 평면(20a)과 제2 평면(20b)을 갖는 연결바(20);를 포함하며, 제1 배터리 셀(10a)의 연결단자(11)는 제1 평면(20a)에 접합되고, 제2 배터리 셀(10b)의 연결단자(13)는 제2 평면(20b)에 접합된다.
여기서, 배터리 셀(10)은 전극 단자인 음극 연결단자(11)와 양극 연결단자(13)를 가지고, 배터리 셀(10)은 복수개로 적층된 구조를 가지며, 적층된 배터리 셀(10)간 연결단자(11, 13)끼리 직접 연결되는 것이 아니라, 연결바(20)를 통해 용접되어 연결되는 구조를 가진다. 구체적으로, 제1 배터리 셀(10a)의 연결단자(11) 및 제2 배터리 셀(10b)의 연결단자(13)의 단부는 후술할 연결바(20)에 접합되도록 절곡된 형상을 가지는데, 절곡된 각도는 후술할 연결바(20)의 절곡 정도에 따라 달라질 수 있다.
연결바(20)는 서브버스바로써, V자 단면이 형성되도록 상호 연결된 제1 평면(20a)과 제2 평면(20b)을 갖는 구조를 가지며, 제1 배터리 셀(10a)의 연결단자(11)의 단부는 제2 배터리 셀(10b) 방향으로 절곡되어 제1 평면(20a)에 접합되고, 제2 배터리 셀(10b)의 연결단자(13)의 단부는 제1 배터리 셀(10a) 방향으로 절곡되어 제2 평면(20b)에 접합되어 각 배터리 셀(10a, 10b)의 연결단자(11, 13)간 전기적 연결을 형성한다.
각 배터리 셀(10a, 10b)의 연결단자(11, 13)와 연결바(20)의 각 평면(20a, 20b)의 접합은 본 발명의 일 실시예로서 레이져용접에 의해 형성될 수 있으며, 도 3의 화살표방 용접 방향으로 45도 혹은 일정 각도로 용접함으로써 셀 간의 간격이 작더라도 일정각도를 적용하여 용접이 가능하다.
연결단자(11, 13)와 연결바(20)의 접합 구조에 의해 단위 셀의 면적을 크게 하여 셀의 두께를 줄일 수 있어서, 이로인해 단위 셀의 저항을 줄일 수 있다. 나아가, 대면적 셀을 적용함으로써 출력/방전 파워를 극대화할 수 있다.
연결바(20)의 절곡되는 각도는 셀의 두께를 고려하여 다양한 각도로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 도 3과 같이 배터리 셀(10) 간 연결바(20)를 통해 연결되는 구조가 반복되는 직렬 연결 구조를 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 배터리 셀(10)과 연결바(20)의 구조를 구체적으로 설명하면, 먼저 도 4에서 각 배터리 셀(10)의 연결단자(11, 13)는 절곡된 형상을 가지며, 연결바(20)가 연결단자(11, 13) 사이에 용접에 의해 접합되어 있다. 도 5는 배터리 모듈의 단면도로써, 배터리 모듈은 연결단자(11, 13)를 각각 가지며, 상호 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b); 및 제1 평면(20a)과 제2 평면(20b)을 가지며, 제1 평면(20a)과 제2 평면(20b)이 만나는 중심선을 기점으로 일정한 각도로 절곡된 형상을 가지며, 적층된 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)의 연결단자(11, 13) 사이에 배치된 연결바(20);를 포함하며, 제1 배터리 셀(10a)의 연결단자(11)는 제1 평면(20a)에 접합되고, 제2 배터리 셀(10b)의 연결단자(13)는 제2 평면(20b)에 접합된다.
여기서, 각 배터리 셀(10a, 10b)의 연결단자(11, 13)와 연결바(20)의 2매 용접구조(Cu(연결바(20))+Al(연결단자(11)) 또는 Cu(연결바(20))+Cu(연결단자13))를 형성함으로써, 품질을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 음극 연결단자(11)와 양극 연결단자(13)를 각각 가지며, 적층된 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b); 및 제1 배터리 셀(10a)의 일측 음극 연결단자(11)와 제2 배터리 셀(10b)의 타측 양극 연결단자(13) 사이에 배치되며, 적층면을 향하여 절곡되어 절곡이 형성된 중심선을 기준으로 두 개의 평면(20a, 20b)을 가지는 연결바(20);를 포함하며, 제1 배터리 셀(10a)의 일측 음극 연결단자(11)는 제2 배터리 셀(10b)의 타측 양극 연결단자(13) 방향으로 절곡되어 연결바(20)의 일면(20a)에 접합되고, 제2 배터리 셀(10b)의 타측 양극 연결단자(13)는 제1 배터리 셀(10a)의 일측 음극 연결단자(11) 방향으로 절곡되어 연결바(20)의 타면(20b)에 접합된다.
도면에는 도시하고 있지 않으나, 본 발명의 일 실시예로서 배터리 모듈은, 연결바(20)에 전기적으로 연결되며, 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b)의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함할 수 있다. 상술한 연결바(20)를 이용한 용접구조 적용으로 연결바(20)에 직접적으로 와이어를 연결하여 전압센싱을 할 수 있으며, 이는 기존의 용접방식에서 발생하는 용접 떨어짐, 불량 등의 품질 문제점을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱 부분을 2매 용접시킴으로써, 셀 간 전기적 연결 및 전압센싱의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 용접 방향으로 45도 혹은 일정 각도로 용접함으로써 셀 간의 간격이 작더라도 일정각도를 적용하여 용접이 가능하다.
또한, 연결단자와 연결바의 접합 구조에 의해 단위 셀의 면적을 크게 하여 셀의 두께를 줄일 수 있어서 단위 셀의 저항을 줄일 수 있다. 즉, 대면적 셀을 적용함으로써 출력/방전 파워를 극대화할 수 있다.
또한, 각 배터리 셀의 연결단자와 연결바의 2매 용접구조를 형성함으로써, 품질을 확보할 수 있다.
또한, 연결바를 이용한 용접구조 적용으로 연결바에 직접적으로 와이어를 연결하여 전압센싱을 할 수 있으며, 이는 기존의 용접방식에서 발생하는 용접 떨어짐, 불량 등의 품질 문제점을 방지할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10(10a, 10b): 배터리 셀(제1, 제2 배터리 셀) 11, 13: 연결단자
20: 연결바 20a, 20b: 연결바의 제1, 2 평면 30(30a, 30b): 카트리지 40: 버스바
50: 상부케이스 70: 하부케이스
90: 바닥커버 100: 배터리 모듈 조립체

Claims (9)

  1. 연결단자를 각각 가지며, 상기 연결단자가 서로 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및
    V자 단면이 형성되도록 상호 연결된 제1 평면과 제2 평면을 갖는 연결바;를 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀의 연결단자는 상기 제1 평면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 연결단자는 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 하고,
    제1 배터리 셀의 연결단자의 단부는 상기 제2 배터리 셀 방향으로 절곡되어 상기 제1 평면에 접합되고, 제2 배터리 셀의 연결단자의 단부는 상기 제1 배터리 셀 방향으로 절곡되어 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 연결단자를 각각 가지며, 상호 대면하도록 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및
    제1 평면과 제2 평면을 가지며, 제1 평면과 제2 평면이 만나는 중심선을 기점으로 일정한 각도로 절곡된 형상을 가지며, 상기 적층된 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 연결단자 사이에 배치된 연결바;를 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀의 연결단자는 상기 제1 평면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 연결단자는 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 하고,
    제1 배터리 셀의 연결단자의 단부는 적층면 방향으로 절곡되어 상기 제1 평면에 접합되고, 제2 배터리 셀의 연결단자의 단부는 적층면 방향으로 절곡되어 상기 제2 평면에 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 음극 연결단자와 양극 연결단자를 각각 가지며, 적층된 제1 및 제2 배터리 셀; 및
    제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자와 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자 사이에 배치되며, 적층면을 향하여 절곡되어 절곡이 형성된 중심선을 기준으로 두 개의 평면을 가지는 연결바;를 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자는 상기 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자 방향으로 절곡되어 상기 연결바의 일면에 접합되고, 상기 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자는 상기 제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자 방향으로 절곡되어 상기 연결바의 타면에 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제1 배터리 셀의 일측 음극 연결단자의 단부는 상기 연결바의 일면에 접합되도록 절곡된 형상을 가지고, 제2 배터리 셀의 타측 양극 연결단자의 단부는 상기 연결바의 타면에 접합되도록 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결바에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 전압을 센싱하는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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