KR102434712B1 - 전기차용 배터리 모듈 - Google Patents

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KR102434712B1
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서종덕
임영민
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Abstract

본 발명은 무게를 경량화함과 동시에 제조 원가를 대폭 절감할 수 있도록 한 전기차용 배터리 모듈에 관한 것으로, 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 내부에 설치되는 복수개의 배터리 셀; 상기 모듈케이스의 일측면에 설치되어, 상기 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 복수개의 센싱부스바; 및 상기 센싱부스바 중 일단과 다른 일단에 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 파워부스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기차용 배터리 모듈{Battery Module for Electric Vehicles}
본 발명은 전기차용 배터리 모듈에 관한 것으로, 특히 무게를 경량화함과 동시에 제조 원가를 대폭 절감할 수 있도록 한 전기차용 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기차는 전기를 동력으로 하는 자동차로서, 화석 연료의 연소로부터 구동 에너지를 얻는 것이 아닌 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 구동 에너지를 얻는 자동차를 말한다.
이러한 전기차는 1873년에 휘발유 자동차보다 먼저 개발되었으나, 당시 배터리 제작 기술의 한계로 인한 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 오랜 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다.
그러나 환경오염이 심각해지고, 자원 부족 문제가 대두되면서 1990년대부터 각국의 자동차업체들의 전기차 개발 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.
현재 전기차는 일반적인 내연기관차와 비교할 때, 가격이 비싸서 전기차의 보급이 더딘 실정이며, 전기차의 판매 촉진을 위한 가격 경쟁력을 확보하려면 전기차의 제조원가의 40%에 달하는 배터리 가격 하락이 필수적인데, 통상적으로 1kWh당 100달러까지는 내려가야 기존의 내연기관차와 비견할 정도의 가격 경쟁력이 생긴다는 것이다.
따라서 각국의 전기차 제조업체뿐만 아니라 전기차용 배터리 제조업체에서는 배터리의 제조원가를 낮추기 위한 연구개발(R&D)과 생산 효율화에 매진하고 있다.
일반적으로 전기차에 사용되는 배터리 모듈은 금속재로 된 모듈케이스, 모듈케이스 내부에 수용되는 다수의 배터리 셀, 배터리 셀의 전극리드와 전기적으로 연결되는 센싱부스바, 센싱부스바와 전기적으로 연결되는 파워부스바로 구성된다.
한국등록특허 제10-2187067호(2020.11.30 등록)는 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 제조 방법에 관하여 기재되어 있으며, 개시된 기술에 따르면, 전극 리드가 구비되는 배터리 셀이 복수로 마련되고, 복수의 배터리 셀들이 서로 적층되는 배터리 셀 적층체; 및 복수의 배터리 셀들 중 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드와, 어느 하나의 배터리 셀에 이웃하는 다른 하나의 배터리 셀의 전극 리드가 서로 연결되는 전극 리드 연결체가 절곡되어 결합되는 ICB 커버를 포함하고, ICB 커버는 복수로 마련되고, 복수의 ICB 커버는 서로 다른 레이어를 가지도록 배치되며, 복수의 ICB 커버는, 배터리 셀의 본체로부터 근접한 위치에 배치되는 제1 ICB 커버; 및 배터리 셀의 본체로부터 제1 ICB 커버보다 원거리에 배치되는 제2 ICB 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한국공개특허 제10-2019-0042341호(2019.04.24 공개)는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관하여 기재되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 수직 방향으로 이웃하여 연속 배열되며, 양(+)극 및 음(-)극이 동일방향으로 배치되는 복수개의 배터리 셀; 복수개의 배터리 셀을 수용하는 모듈케이스; 모듈케이스 일면에 배치되어 서로 이웃한 배터리 셀의 양(+)극을 전기적으로 연결하는 양극 단자 결합부; 와 양극 단자 결합부로부터 수직 절곡 연장되는 양극 단자 연장부; 를 구비하는 양극 버스바; 및 양극 버스바와 대향되는 모듈케이스 타면에 배치되어 서로 이웃한 배터리 셀의 음(-)극을 전기적으로 연결하는 음극 버스바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 종래의 배터리 모듈의 구성 중 부스바는 대부분 전기전도성이 우수한 구리로 제조되는데, 금속재인 구리가 가지는 소재의 특성상, 무게가 무겁고 제조원가가 높은 단점이 있다.
이와 같이 구리 소재로 된 부스바는 일반적으로 하나의 배터리 모듈에 12개 내지 20개까지 설치되며, 일반적인 전기차에는 6 내지 20개의 배터리 모듈로 구성되는 배터리 팩이 설치된다.
따라서 구리 소재로 된 부스바를 사용하는 배터리 모듈은 무게가 상당하여 배터리 팩의 중량 증가의 요인이 되고, 이러한 배터리 팩의 중량 증가는 전기차의 전비(연비) 저하의 요인이 된다.
또한, 구리 소재로 된 부스바를 사용하는 배터리 모듈은 제조원가가 높아 전기차의 제조원가에서 높은 비중을 차지하는 단점이 있었다.
한국등록특허 제10-2187067호 한국공개특허 제10-2019-0042341호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무게를 경량화함과 동시에 제조 원가를 대폭 절감할 수 있도록 한 전기차용 배터리 모듈을 제공한다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 내부에 설치되는 복수개의 배터리 셀; 상기 모듈케이스의 일측면에 설치되어, 상기 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 복수개의 센싱부스바; 및 상기 센싱부스바 중 일단과 다른 일단에 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 파워부스바를 포함하는 전기차용 배터리 모듈을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 모듈케이스는, 내부에 수용공간이 구비되며, 상기 수용공간에 상기 배터리 셀을 설치하기 위한 케이스부; 상기 케이스부의 상부에 형성되어, 상기 케이스부의 상부를 개폐하기 위한 커버부; 상기 케이스부의 일측면에 형성되어, 상기 배터리 셀에서 인출되는 전극리드를 외부로 노출시키기 위한 복수개의 리드슬릿부; 및 상기 리드슬릿부의 양측으로 형성되어, 상기 센싱부스바 또는 상기 파워부스바를 설치할 수 있도록 하기 위한 부스바설치부 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 센싱부스바는, 알루미늄 소재로 된 제1 센싱레이어부; 및 상기 제1 센싱레이어부의 일면에 형성되며, 구리 소재로 된 제2 센싱레이어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 센싱부스바는, 상기 제1 센싱레이어부와 제2 센싱레이어부가 80 ~ 90 : 10 ~ 20의 두께비로 형성된 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 제2 센싱레이어부는, 두께가 0.4mm 이상인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 센싱부스바는, 상기 제1 센싱레이어부와 상기 제2 센싱레이어부 사이에 형성되며, 접합력 9kgf/25mm 이상을 가지는 센싱부스바 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 센싱부스바는, 상기 센싱부스바는, 상기 제1 센싱레이어부의 표면과 상기 제2 센싱레이어부의 표면에 각각 형성되는 센싱부스바 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 파워부스바는, 알루미늄 소재로 된 제1 파워레이어부; 및 상기 제1 파워레이어부의 일면에 형성되며, 구리 소재로 된 제2 파워레이어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 파워부스바는, 제1 파워레이어부와 제2 파워레이어부가 80 ~ 90 : 10 ~ 20의 두께비로 형성된 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 파워부스바는, 상기 제1 파워레이어부와 상기 제2 파워레이어부 사이에 형성되며, 접합력 9kgf/25mm 이상을 가지는 파워부스바 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 파워부스바는, 상기 제1 파워레이어부의 표면과 상기 제2 파워레이어부의 표면에 각각 형성되는 파워부스바 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈을 구성하는 복수 개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 센싱부스바 및 파워부스바의 구조 개선을 통해 무게를 경량화함으로써 배터리 모듈이 사용되는 전기차의 전비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리 모듈의 제조원가를 크게 낮추어 전기차의 제조원가를 낮출 수 있게 됨으로써 전기차 보급을 더욱 활성화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센싱부스바 또는 파워부스바 소재의 접합력을 향상시키고, 염수에 의한 갈바닉 부식 및 알루미늄 부식을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기차용 배터리 모듈을 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전기차용 배터리 모듈을 설명하는 단면 예시도이다.
도 3은 도 1에 있는 센싱부스바를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 파워부스바를 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전기차용 배터리 모듈에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기차용 배터리 모듈을 설명하는 도면이며, 도 2는 일 실시 예에 따른 전기차용 배터리 모듈을 설명하는 단면 예시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 전기차용 배터리 모듈(10)은, 모듈케이스(100), 배터리 셀(200), 센싱부스바(300), 파워부스바(400)를 포함한다.
모듈케이스(100)는, 내부에 복수개의 배터리 셀(200)을 수용하고, 일측면에는 센싱부스바(300)와 파워부스바(400)의 설치가 가능하도록 한다.
일 실시 예에서, 모듈케이스(100)는, 케이스부(110), 커버부(120), 리드슬릿부(130), 부스바설치부(140)로 이루어질 수 있다.
케이스부(110)는, 내부에 수용공간이 구비되며, 그 수용공간에 배터리 셀(200)을 설치할 수 있도록 한다.
일 실시 예에서, 케이스부(110)는, 외부충격, 열, 진동 등으로부터 배터리 셀(200)을 보호하기 위하여 스테인리스강으로 제조되는 것이 바람직하다.
스테인리스강은 녹는점이 높기 때문에 배터리 발화 가능성이 낮아, 배터리 발화에 따른 폭발 위험을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 강도가 뛰어나 외부의 물리적 충격으로부터 배터리 셀(200)을 보호할 수 있으며, 부식에도 강해서 녹이 잘 슬지 않는 장점이 있다.
일 실시 예에서, 케이스부(110)는, 내부면에 적어도 하나 이상의 완충패드(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)가 구비되어, 외부 충격을 완충시켜 배터리 셀(200)로 충격이 전달되지 않도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 완충패드는, 케이스부(110)의 수용공간에 복수개의 배터리 셀(200)을 최대한 용이하게 수용할 수 있도록 스펀지 등과 같이 탄성을 갖는 소재로 되는 것이 바람직하다.
커버부(120)는, 케이스부(110)의 상부에 형성되어, 케이스부(110)의 상부를 개폐시킨다.
일 실시 예에서, 커버부(120)는, 케이스부(110)와 동일한 스테인리스강으로 제조될 수 있다.
리드슬릿부(130)는, 케이스부(110)의 일측면에 서로 일정 간격(예를 들어, 5 ~ 10mm)을 두고 복수개로 형성되어, 배터리 셀(200)에서 인출되는 전극리드(220)를 케이스부(110)의 외부로 노출시킨다.
일 실시 예에서, 리드슬릿부(130)는, 케이스부(110)의 전측면 또는 후측면 또는 둘 다에 형성될 수 있다.
부스바설치부(140)는, 리드슬릿부(130)의 양측으로 형성되어, 센싱부스바(300) 또는 파워부스바(400)를 설치할 수 있도록 한다.
일 실시 예에서, 부스바설치부(140)는, 수지와 같이 절연성을 갖는 소재로 형성되며, 리드슬릿부(130)를 통해 외부로 노출된 전극리드(220)와 전기적으로 연결되는 센싱부스바(300) 또는 센싱부스바(300)와 전기적으로 연결되는 파워부스바(400)가 설치될 수 있도록 한다.
배터리 셀(200)은, 모듈케이스(100)의 내부에 복수개로 설치된다.
일 실시 예에서, 배터리 셀(200)은, 케이스부(100)의 내부에 구비된 수용공간에 수용되되, 파우치 타입으로 적용되는 것이 바람직할 것이나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 배터리 셀(200)은, 셀케이스(210), 전극조립체(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음), 전극리드(220)로 이루어질 수 있다.
셀케이스(210)는, 수지층/금속층/수지층이 순차적으로 적층된 다층의 파우치 필름으로 이루어진 상부케이스와 하부케이스로 구성되어 그 내부에 전극조립체를 수용하고, 전극리드(220)가 외부로 돌출된 상태로 상부케이스와 하부케이스의 테두리 부분이 맞닿아 열융착됨으로써 밀봉된다.
전극조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다.
여기서, 양극판은, 양극 집전체 및 그 일면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 양극탭으로서 기능한다.
음극판은, 음극 집전체 및 그 일 면 또는 양면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어질 수 있으며, 일측 단부에는 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 음극 무지부 영역은 음극탭으로서 기능한다.
세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
전극리드(220)는, 각각 양극탭 및 음극탭과 전기적으로 연결되어 셀케이스(210)의 외측으로 인출되게 형성된다.
이때 전극리드(220)는 한 쌍이 배터리 셀(200)의 길이 방향 일측으로 돌출되게 형성되거나, 배터리 셀(200)의 길이 방향 양측으로 각각 돌출되게 형성될 수 있다.
센싱부스바(300)는, 모듈케이스(100)의 일측면에 복수개로 설치되어, 배터리 셀(200)을 서로 전기적으로 연결한다.
즉, 리드슬릿부(130)를 통해 케이스부(100)의 외부로 노출된 전극리드(220)는 센싱부스바(300)와 밀착되게 절곡된 후, 복수개의 센싱부스바(300)에 용접 등에 의해 고정되는 것이다.
일 실시 예에서, 센싱부스바(300)는, 구리와 알루미늄이 접합된 클래드메탈로 형성될 수 있다.
파워부스바(400)는, 복수개로 구비되며, 복수개의 센싱부스바(300) 중 일단과 다른 일단에 각각 전기적으로 연결됨으로써, 배터리 모듈의 외부와 내부를 최종적으로 연결시키는 대전류단의 역할을 한다.
일 실시 예에서, 파워부스바(400)는, 복수개의 센싱부스바 중 가장 왼쪽에 설치된 센싱부스바와 가장 오른쪽에 설치된 센싱부스바에 각각 전기적으로 연결될 수 있는 것이다.
일 실시 예에서, 파워부스바(400)는, 구리와 알루미늄이 접합된 클래드메탈로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 지니는 전기차용 배터리 모듈(10)은, 복수개의 배터리 셀(200)을 전기적으로 연결하는 센싱부스바(300) 및 파워부스바(400)의 구조 개선을 통해 무게를 경량화함으로써 배터리 모듈이 사용되는 전기차의 전비를 향상시킬 수 있다.
또한, 전기차용 배터리 모듈(10)의 제조원가를 크게 낮추어 전기차의 제조원가를 낮출 수 있게 됨으로써 전기차 보급을 더욱 활성화할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 센싱부스바를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 센싱부스바(300)는, 제1 센싱레이어부(310), 제2 센싱레이어부(320)를 포함한다.
제1 센싱레이어부(310)는, 알루미늄 소재로 이루어진다.
일 실시 예에서, 제1 센싱레이어부(310)는, ‘ㅁ’자, ‘ㄷ’자 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
제2 센싱레이어부(320)는, 제1 센싱레이어부(310)의 일면에 형성되며, 구리 소재로 이루어진다.
일 실시 예에서, 제2 센싱레이어부(320)는, 제1 센싱레이어부(310)에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 센싱레이어부(320)는, 제1 센싱레이어부(310)의 일면에 마찰 용접으로 접합될 수 있다.
이때, 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320)가 80 ~ 90 : 10 ~ 20의 두께비로 형성되며, 제2 센싱레이어부(320)는, 두께가 최소 0.4mm 이상인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 알루미늄과 구리의 함량이 85 : 15의 경우, 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320)의 두께비 85 : 15, 중량비 63 : 37로 이루어질 수 있다.
또한, 센싱부스바(300)의 사이즈가 세로 길이 100mm, 가로 길이 10mm, 두께 3mm인 경우에, 제1 센싱레이어부(310)의 두께가 2.55mm이고, 제2 센싱레이어부(320)의 두께가 0.45mm일 수도 있다.
이러한 센싱부스바(300)는, 배터리 셀(200)의 전극리드(220)와 용접으로 연결되므로, 제2 센싱레이어부(320)의 두께가 0.4mm 이상 필요하며, 제2 센싱레이어부(320)의 두께가 0.4mm 미만일 경우에는 전극리드(220)와 용접 시에 CCA 내부의 알루미늄이 표면으로 용출되어 취성(Crack)이 발생될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 지닌 센싱부스바(300)는, 센싱부스바 접합층(330), 센싱부스바 도금층(340)을 더 포함할 수 있다.
센싱부스바 접합층(330)은, 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320) 사이에 형성되며, 접합력이 9kgf/25mm 이상을 가진다.
즉, 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320) 사이의 접합력이 9kgf/25mm 이상이므로, 센싱부스바(300)와 전극리드(220)의 용접시 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320)가 박리되지 않도록 한다.
일 실시 예에서, 센싱부스바 접합층(330)은, 마찰 용접에 의해 제1 센싱레이어부(310)가 용융되면서 알루미늄의 확산층을 이루고, 제2 센싱레이어부(320)가 용융되면서 구리의 확산층을 이루며, 알루미늄의 확산층과 구리의 확산층이 섞여 혼합층을 이루어 경화되어 형성되는 것이다.
센싱부스바 도금층(340)은, 제1 센싱레이어부(310)의 표면과 제2 센싱레이어부(320)의 표면에 각각 형성된다.
일 실시 예에서, 센싱부스바 도금층(340)은, 릴투릴 방식 등 다양한 방식을 이용하여 제1 센싱레이어부(310)의 표면과 제2 센싱레이어부(320)의 표면 각각에 니켈 도금된 것일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 지닌 센싱부스바(300)는, 알루미늄인 제1 센싱레이어부(310)와 구리인 제2 센싱레이어부(320) 간 접합력을 향상시키고, 염수에 의한 갈바닉 부식 및 알루미늄 부식을 방지할 수 있다.
도 4는 도 1에 있는 파워부스바를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 파워부스바(400)는, 제1 파워레이어부(410), 제2 파워레이어부(420)를 포함한다.
제1 파워레이어부(410)는, 알루미늄 소재로 이루어진다.
일 실시 예에서, 제1 파워레이어부(410)는, ‘ㅁ’자, ‘ㄷ’자 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
제2 파워레이어부(420)는, 제1 파워레이어부(410)의 일면에 형성되며, 구리 소재로 이루어진다.
일 실시 예에서, 제2 파워레이어부(420)는, 제1 파워레이어부(410)에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 파워레이어부(420)는, 제1 파워레이어부(410)의 일면에 마찰 용접으로 접합될 수 있다.
이때, 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420)가 80 ~ 90 : 10 ~ 20의 두께비로 형성되며, 제2 파워레이어부(420)는, 두께가 최소 0.4mm 이상인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 알루미늄과 구리의 함량이 85 : 15의 경우, 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420)의 두께비 85 : 15, 중량비 63 : 37로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 파워레이어부(410)의 두께가 2.55mm이고, 제2 파워레이어부(420)의 두께가 0.45mm일 수도 있다.
상술한 바와 같은 구성을 지닌 파워부스바(400)는, 파워부스바 접합층(430), 파워부스바 도금층(440)을 더 포함할 수 있다.
파워부스바 접합층(430)은, 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420) 사이에 형성되며, 접합력이 9kgf/25mm 이상을 가진다.
즉, 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420) 사이의 접합력이 9kgf/25mm 이상이므로, 파워부스바(400)와 센싱부스바(300)의 연결시 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420)가 박리되지 않도록 한다.
일 실시 예에서, 파워부스바 접합층(430)은, 마찰 용접에 의해 제1 파워레이어부(410)가 용융되면서 알루미늄의 확산층을 이루고, 제2 파워레이어부(420)가 용융되면서 구리의 확산층을 이루며, 알루미늄의 확산층과 구리의 확산층이 섞여 혼합층을 이루어 경화되어 형성되는 것이다.
파워부스바 도금층(440)은, 제1 파워레이어부(410)의 표면과 제2 파워레이어부(420)의 표면에 각각 형성된다.
일 실시 예에서, 파워부스바 도금층(440)은, 릴투릴 방식 등 다양한 방식을 이용하여 제1 파워레이어부(410)의 표면과 제2 파워레이어부(420)의 표면 각각에 니켈 도금된 것일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 지닌 파워부스바(400)은, 알루미늄인 제1 파워레이어부(410)와 구리인 제2 파워레이어부(420) 간 접합력을 향상시키고, 염수에 의한 갈바닉 부식 및 알루미늄 부식을 방지할 수 있다.
상기와 같이 제1 센싱레이어부(310)와 제2 센싱레이어부(320)의 2 레이어로 구성되는 센싱부스바(300) 및 제1 파워레이어부(410)와 제2 파워레이어부(420)의 2 레이어로 구성되는 파워부스바(400)의 기계적 특성과 전기적 특성을 확인하기 위하여 기존의 배터리 모듈에서 사용되는 구리로 된 부스바 및 3 레이어로 구성되는 부스바와 소재적 특성을 비교한 실험을 실시하였으며, 실험의 결과는 아래의 표 1과 같다.
NO 항목 단위 Cu CCA
2t 3t 3layer-2t 3layer-3t 2layer-3t
1 Cu 두께 mm 2 3 0.3 0.45 0.45
2 중량 g 10.7 16.1 4.3 6.5 6.5
3 인장 강도 kgf/㎟ 25.8 26.25 14.813 14.951 11.887
4 연신율 % 56.24 63.58 43.38 46.39 70.05
5 전기저항 mΩ 0.019 0.017 0.029 0.026 0.026
6 전기전도율 IACS, % 100.1 100.7 66.7 66.5 64.7
7 온도상승(△T) ℃ 24.3 21.8 27.9 22.4 23.7
실험의 결과, 인장 강도, 전기저항, 전기전도율의 특성은 종래의 구리로 된 부스바가 우수하나, 2 또는 3 레이어로 구성된 부스바는 구리의 양이 적게 되어 중량이 가볍고, 기존의 구리 부스바 대비 유사한 온도상승 특성을 가지며, 특히 2 레이어로 구성된 부스바는 높은 연신율을 확보하여 가공성이 매우 우수한 것으로 확인되었다.
또한, 2 레이어와 3 레이어로 구성된 부스바의 특성은 거의 유사하며, 3 레이어로 구성되는 부스바 보다 2 레이어로 구성되는 부스바를 제조하는 것이 용이하여 생산성이 우수하므로 관련 산업에 매우 유용하다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 전기차용 배터리 모듈
100 : 모듈케이스
110 : 케이스부
120 : 커버부
130 : 리드슬릿부
140 : 부스바설치부
200 : 배터리 셀
210 : 셀케이스
220 : 전극리드
300 : 센싱부스바
310 : 제1 센싱레이어부
320 : 제2 센싱레이어부
330 : 센싱부스바 접합층
340 : 센싱부스바 도금층
400 : 파워부스바
410 : 제1 파워레이어부
420 : 제2 파워레이어부
430 : 파워부스바 접합층
440 : 파워부스바 도금층

Claims (5)

  1. 모듈케이스;
    상기 모듈케이스의 내부에 설치되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 모듈케이스의 일측면에 설치되어, 상기 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 복수개의 센싱부스바; 및
    상기 센싱부스바 중 일단과 다른 일단에 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 파워부스바를 포함하되,
    상기 센싱부스바는,
    알루미늄 소재로 된 제1 센싱레이어부;
    상기 제1 센싱레이어부의 일면에 형성되며, 구리 소재로 된 제2 센싱레이어부;
    상기 제1 센싱레이어부와 상기 제2 센싱레이어부 사이에 형성되며, 접합력 9kgf/25mm 이상을 가지는 센싱부스바 접합층;
    상기 제1 센싱레이어부의 표면과 상기 제2 센싱레이어부의 표면에 각각 형성되는 센싱부스바 도금층을 포함하며,
    상기 센싱부스바 접합층은,
    마찰 용접에 의해 상기 제1 센싱레이어부가 용융되면서 알루미늄의 확산층을 이루고, 상기 제2 센싱레이어부가 용융되면서 구리의 확산층을 이루며, 알루미늄의 확산층과 구리의 확산층이 섞여 혼합층을 이루어 경화되어 형성되며,
    상기 파워부스바는,
    알루미늄 소재로 된 제1 파워레이어부;
    상기 제1 파워레이어부의 일면에 형성되며, 구리 소재로 된 제2 파워레이어부;
    상기 제1 파워레이어부와 상기 제2 파워레이어부 사이에 형성되며, 접합력 9kgf/25mm 이상을 가지는 파워부스바 접합층;
    상기 제1 파워레이어부의 표면과 상기 제2 파워레이어부의 표면에 각각 형성되는 파워부스바 도금층을 포함하며,
    상기 파워부스바 접합층은,
    마찰 용접에 의해 상기 제1 파워레이어부가 용융되면서 알루미늄의 확산층을 이루고, 상기 제2 파워레이어부가 용융되면서 구리의 확산층을 이루며, 알루미늄의 확산층과 구리의 확산층이 섞여 혼합층을 이루어 경화되어 형성되며,
    상기 모듈케이스는,
    내부에 수용공간이 구비되며, 상기 수용공간에 상기 배터리 셀을 설치하기 위한 케이스부;
    상기 케이스부의 상부에 형성되어, 상기 케이스부의 상부를 개폐하기 위한 커버부;
    상기 케이스부의 일측면에 형성되어, 상기 배터리 셀에서 인출되는 전극리드를 외부로 노출시키기 위한 복수개의 리드슬릿부; 및
    상기 리드슬릿부의 양측으로 형성되어, 상기 센싱부스바 또는 상기 파워부스바를 설치할 수 있도록 하기 위한 부스바설치부 포함하며,
    상기 케이스부는,
    내부면에 적어도 하나 이상의 완충패드가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 센싱부스바는,
    상기 제1 센싱레이어부와 제2 센싱레이어부가 80 ~ 90 : 10 ~ 20의 두께비로 형성된 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 센싱레이어부는,
    두께가 0.4mm 이상인 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 모듈.
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