KR20120076020A - 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 상측으로 연장되어 형성되는 전극 탭이 하측 방향으로 절곡된 다음 다시 상측 방향으로 절곡되어 지그재그 형상으로 형성됨으로써, 배터리 셀과 평행하게 형성된 용접부를 초음파 진동으로 융착시켜도 지그재그 형상으로 형성된 전극 탭이 진동을 흡수하여 배터리 셀의 손상을 최소화 할 수 있는 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법{BATTERY MODULE AND TAB ULTRASONIC WAVE WELDING METHOD}
본 발명은 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 상측으로 연장되어 형성되는 전극 탭이 하측 방향으로 절곡된 다음 다시 상측 방향으로 절곡되어 지그재그 형상으로 형성됨으로써, 배터리 셀과 평행하게 형성된 용접부를 초음파 진동으로 융착시켜도 지그재그 형상으로 형성된 전극 탭이 진동을 흡수하여 배터리 셀의 손상을 최소화 할 수 있는 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해 발생을 줄이기 위하여 전기 자동차 또는 하이브리드(hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있다.
전기 자동차 등과 같이 모터 구동을 위한 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있도록 고출력 이차전지 복수개를 직렬로 연결하여 대용량인 이차전지를 구성하게 된다.
이와 같이, 하나의 대용량 이차전지(이하 '배터리'라 한다)는 복수개의 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된다.
이 때, 상기 배터리는 복수개의 셀을 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭이 형성되며, 상기 복수개의 셀은 클립, 압착, 용접, 볼트 체결 등 다양한 방법을 이용하여 연결된다.
그 중 도 1은 종래의 용접 방식을 나타낸 도면으로, 도 1에 도시한 종래 용접 방식은 전극 탭(20)의 용접부(21)가 셀(10)의 수직한 방향으로 절곡되어 서로 겹쳐지도록 위치된 후, 상기 전극 탭(20)의 용접부(21) 면에 수직한 방향으로 용접이 수행된다.
그런데 상기 도 1에 도시한 용접 방식은 3장 이상의 탭 용접이 어려우며, 병렬 구조로 연결되는 것 또한 적용되기 어렵고, 셀 센싱 라인 등을 추가로 덧대어서 용접하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 레이저 용접 방식의 경우 레이저 스팟 사이즈가 약 230㎛정도 밖에 되지 않아, 용접 부위가 그 안에 들어와야 하기 때문에 모듈 조립 과정에서 양산성이 크게 떨어진다는 단점이 있다.
따라서 용접 방법이 간단하고, 제조가 용이하여 양산성이 높은 배터리 모듈 및 전극 탭 용접 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상측으로 연장되어 형성되는 전극 탭이 하측 방향으로 절곡된 다음 다시 상측 방향으로 절곡되어 지그재그 형상으로 형성됨으로써, 배터리 셀과 평행하게 형성된 용접부를 초음파 진동으로 융착시켜도 지그재그 형상으로 형성된 전극 탭이 진동을 흡수하여 배터리 셀의 손상을 최소화 할 수 있는 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 레이저 용접에 비해 양산성이 높은 초음파 용접으로 전극 탭을 용접시키면서도, 배터리 셀의 손상 없이 제조가 용이한 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 배터리 모듈(1)은 둘 이상의 배터리 셀(100)과, 각각의 배터리 셀(100)로부터 연장되어 서로 초음파 용접되는 전극 탭(200)을 포함하는 배터리 모듈(1)에 있어서, 상기 배터리 모듈(1)은 상측으로 연장되어 형성된 전극 탭(200)이 하측 방향으로 절곡되는 연장부(210)와, 상기 연장부(210)가 다시 상측 방향으로 절곡되어 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)은 이웃하는 음극의 전극 탭(200)과 양극의 전극 탭(200)이 서로 용접되는 직렬형태이되, 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)은 이웃하는 동일한 극성의 전극 탭(200)이 용접되는 병렬형태이되, 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연장부(210)는 배터리 셀(100)에 평행하게 상측으로 연장되는 제1연장부(211) 및 상기 제1연장부(211)의 단부로부터 하측방향으로 절곡되어 연장되는 제2연장부(212)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)은 하측 방향으로 절곡된 연장부(210)가 다시 상?하 방향으로 반복되어 절곡 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)은 'W' 또는 'N'자 형상으로 절곡되어 형성되는 더미 탭(300)이 더 구비되어, 상기 더미 탭(300)의 일측과 타측면이 이웃한 배터리 모듈(1)의 전극 탭(200) 용접부(220)와 각각 용접되는 것을 특징으로 한다.
또한, 둘 이상의 배터리 셀(100)과, 각각의 배터리 셀(100)로부터 연장되어 서로 초음파 용접되는 전극 탭(200)을 포함하는 배터리 모듈(1)의 전극 탭 용접 방법은 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)와, 상기 용접부(220)와 배터리 셀(100)을 연결하도록 연장되는 연장부(210)를 포함하는 전극 탭 형성 단계(S100); 상기 전극 탭(200)의 용접부(220)가 맞닿도록 고정하는 고정 단계(S200); 및 상기 용접부(220)를 초음파 진동에 의해 융착시키는 초음파 용접 단계(S300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정 단계(S200)는 배터리 셀(100)을 고정하기 위한 지그가 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 용접 단계(S300)는 상기 용접부(220)의 용접면이 밀착되도록 밀착수단에 의해 가압하는 밀착 단계(S310)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀착 단계(S310)는 상기 밀착수단이 롤러 또는 스프링인 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법은 상측으로 연장되어 형성되는 전극 탭이 하측 방향으로 절곡된 다음 다시 상측 방향으로 절곡되어 지그재그 형상으로 형성됨으로써, 배터리 셀과 평행하게 형성된 용접부를 초음파 진동으로 융착시켜도 지그재그 형상으로 형성된 전극 탭이 진동을 흡수하여 배터리 셀의 손상을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법은 레이저 용접에 비해 양산성이 높은 초음파 용접으로 전극 탭을 용접시키면서도, 배터리 셀의 손상 없이 제조가 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 용접을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 배터리의 전극 탭의 절곡 형상을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 전극 탭 초음파 용접 방법을 나타낸 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 배터리 용접을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 배터리의 전극 탭의 절곡 형상을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 전극 탭 초음파 용접 방법을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 배터리 모듈(1)은 복수개의 배터리가 연결된 것을 의미하는 것으로서, 상기 배터리 모듈(1)은 둘 이상의 배터리 셀(100)과, 각각의 배터리 셀(100)로부터 연장되어 서로 용접되는 복수개의 전극 탭(200)을 포함한다.
이 때, 상기 배터리 모듈(1)은 상측으로 연장되어 형성된 전극 탭(200)이 하측 방향으로 절곡되는 연장부(210)와, 상기 연장부(210)가 다시 상측 방향으로 절곡되어 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)를 포함하여 형성된다.
도면에서, 용접면은 굵은 선으로 표시하였다.
상기 연장부(210)는 배터리 셀(100)에 평행하게 상측으로 연장되는 제1연장부(211) 및 상기 제1연장부(211)의 단부로부터 하측방향으로 절곡되어 연장되는 제2연장부(212)를 포함하여 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1연장부(211)는 상기 용접부(220)가 상기 배터리 셀(100)로부터 이격되도록 상기 배터리 셀(100)에 평행하게 연장되는 부분이며, 상기 제2연장부(212)는 상기 제1연장부(211)로부터 연장되되, 단부에 형성된 용접부(220)가 이웃하게 위치되는 별도의 용접부(220)가 서로 맞닿도록 상기 제1연장부(211)의 단부로부터 하측방향으로 절곡되는 부분이다.
본 발명의 배터리 모듈(1)은 이웃하는 음극의 전극 탭(200)과 양극의 전극 탭(200)이 서로 용접되는 직렬형태이되, 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)은 이웃하는 동일한 극성의 전극 탭(200)이 용접되는 병렬형태이되, 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 직렬, 병렬, 직?병렬연결이 모두 가능하며, 상기 용접부(220) 형성 영역이 배터리 셀(100) 형성 영역을 방해하지 않아 대용량의 배터리 모듈(1)의 생산이 용이한 장점이 있다.
특히, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 초음파 융착으로 전극 탭(200)이 용접되는데, 초음파 용접의 경우, 초음파 융착에 의한 진동이 상기 배터리 셀(100)로 전달되어 상기 배터리 셀(100)이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 배터리 모듈(1)은 상술한 바와 같이, 상기 연장부(210)를 하측 방향으로 절곡시켜 상기 전극 탭(200)이 지그재그 형상이 되도록 함으로써, 스프링과 같이 진동을 흡수하는 댐핑(damping)효과를 발생시켜 초음파 융착에 의한 진동으로 상기 배터리 셀(100)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 하측 방향으로 절곡된 연장부(210)가 다시 상?하측 방향으로 반복되어 절곡형성될 수 있다.
이에 따라, 도 6에 도시된 배터리 모듈(1)은 초음파 융착에 의한 진동을 더 효과적으로 흡수 할 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 연장부(210)가 지그재그로 절곡되어 형성되지 않고, 상측 방향으로 연장되어 형성되는 연장부(210)의 일정 영역이 이웃한 전극 탭(200)과 용접되는 면의 바깥방향으로 돌출되어 형성될 수도 있다.
이 경우, 상기 배터리 모듈(1)은 돌출되어 형성되는 부분이 초음파 융착에 의한 진동을 흡수함으로써 상기 배터리 셀(100)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 'W' 또는 'N'자 형상으로 절곡되어 형성되는 더미 탭(300)이 더 구비되어, 상기 더미 탭(300)의 일측과 타측면이 이웃한 배터리 모듈(1)의 전극 탭(200) 용접부와 각각 용접될 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리 모듈(1)의 전극 탭(200)이 직렬로 연결되는 경우, 이웃한 배터리 모듈(1)에 형성되는 동일한 극성의 전극 탭(200)과 연결됨으로써, 복수개의 배터리 모듈(1)을 병렬 연결할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(1)의 전극 탭(200)이 병렬로 연결되는 경우, 이웃한 배터리 모듈(1)에 형성되는 다른 극성의 전극 탭(200)과 연결됨으로써, 복수개의 배터리 모듈(1)을 직렬 연결할 수도 있다.
상기 배터리 모듈(1)은 상술한 바와 같은 방법으로 배터리 모듈의 용량을 확장할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극 탭 용접 방법은 전극 탭 형성 단계(S100), 고정 단계(S200), 및 초음파 용접 단계(S300)를 포함한다.
상기 전극 탭 형성 단계(S100)는 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)와, 상기 용접부(220)와 배터리 셀(100)을 연결하도록 연장되는 연장부(210)를 포함하는 전극 탭(200)을 형성하는 단계이다.
상기 고정 단계(S200)는 상기 전극 탭(200)의 용접부(220)가 맞닿도록 고정하는 단계로서, 이 때, 배터리 셀(100)을 고정하기 위한 지그가 이용될 수 있다.
상기 초음파 용접 단계(S300)는 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 상기 용접부(220) 사이(서로 밀착되어 용접면을 형성하는 부분)에 초음파 진동에 의한 융착으로 용접이 이루어지는 단계이다.
이 때, 초음파 용접 단계(S300)는 상기 용접부(220)의 용접면이 밀착되도록 밀착수단에 의해 가압하는 밀착 단계(S310)를 포함하여 용접 효율을 보다 높일 수 있는 것이 바람직하다.
상기 밀착수단은 용접면 측으로 힘을 제공할 수 있는 롤러 또는 스프링이 이용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법은 상측으로 연장되어 형성되는 전극 탭이 하측 방향으로 절곡된 다음 다시 상측 방향으로 절곡되어 지그재그 형상으로 형성됨으로써, 배터리 셀과 평행하게 형성된 용접부를 초음파 진동으로 융착시켜도 지그재그 형상으로 형성된 전극 탭이 진동을 흡수하여 배터리 셀의 손상을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈 및 전극 탭 초음파 용접 방법은 레이저 용접에 비해 양산성이 높은 초음파 용접으로 전극 탭을 용접시키면서도, 배터리 셀의 손상 없이 제조가 용이하다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 배터리 모듈
100 : 배터리 셀
200 : 전극 탭
210 : 연장부
220 : 용접부
211 : 제1연장부 212 : 제2연장부
S100 내지 S310 : 전극 탭 용접 방법의 각 단계

Claims (10)

  1. 둘 이상의 배터리 셀(100)과, 각각의 배터리 셀(100)로부터 연장되어 서로 초음파 용접되는 전극 탭(200)을 포함하는 배터리 모듈(1)에 있어서,
    상기 배터리 모듈(1)은
    상측으로 연장되어 형성된 전극 탭(200)이 하측 방향으로 절곡되는 연장부(210)와, 상기 연장부(210)가 다시 상측 방향으로 절곡되어 상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈(1)은
    이웃하는 음극의 전극 탭(200)과 양극의 전극 탭(200)이 서로 용접되는 직렬형태이되,
    서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈(1)은
    이웃하는 동일한 극성의 전극 탭(200)이 용접되는 병렬형태이되,
    서로 마주보는 방향으로 절곡되어 상기 용접면을 통해 용접되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연장부(210)는
    배터리 셀(100)에 평행하게 상측으로 연장되는 제1연장부(211) 및 상기 제1연장부(211)의 단부로부터 하측방향으로 절곡되어 연장되는 제2연장부(212)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈(1)은
    하측 방향으로 절곡된 연장부(210)가 다시 상?하 방향으로 반복되어 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈(1)은
    'W' 또는 'N'자 형상으로 절곡되어 형성되는 더미 탭(300)이 더 구비되어,
    상기 더미 탭의 일측과 타측면이 이웃한 배터리 모듈(1)의 전극 탭(200) 용접부와 각각 용접되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 둘 이상의 배터리 셀(100)과, 각각의 배터리 셀(100)로부터 연장되어 서로 초음파 용접되는 전극 탭(200)을 포함하는 배터리 모듈(1)의 전극 탭 용접 방법에 있어서,
    상기 전극 탭 용접 방법은
    상기 배터리 셀(100)에 평행한 방향으로 용접면을 형성하는 용접부(220)와, 상기 용접부(220)와 배터리 셀(100)을 연결하도록 연장되는 연장부(210)를 포함하는 전극 탭 형성 단계(S100);
    상기 전극 탭(200)의 용접부(220)가 맞닿도록 고정하는 고정 단계(S200); 및
    상기 용접부(220)를 초음파 진동에 의해 융착시키는 초음파 용접 단계(S300); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 초음파 용접 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 고정 단계(S200)는
    배터리 셀(100)을 고정하기 위한 지그가 이용되는 것을 특징으로 하는 전극 탭 초음파 용접 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 초음파 용접 단계(S300)는
    상기 용접부(220)의 용접면이 밀착되도록 밀착수단에 의해 가압하는 밀착 단계(S310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 초음파 용접 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 밀착 단계(S310)는
    상기 밀착수단이 롤러 또는 스프링인 것을 특징으로 하는 전극 탭 초음파 용접 방법.
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