KR20130140283A - 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 레이저 용접 방법 - Google Patents

배터리 모듈 및 배터리 모듈의 레이저 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배터리 모듈은 다수개의 끼움부를 포함하는 하우징과, 판구조의 몸체부와 몸체부의 양단에서 높이방향으로 각각 연장되는 접지부를 포함하는 터미널과, 접지부에 연접되도록 하우징에 삽입되는 전극탭을 포함하여 두께방향으로 배열 형성되는 다수개의 배터리셀을 포함하며, 서로 연접된 전극탭과 접지부의 각 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 절곡된다.
본 발명의 배터리 모듈의 레이저 용접 방법은 서로 연접된 전극탭과 접지부를 한 쌍의 압착부에 의해 더욱 압착하며, 전극탭과 접지부가 서로 연접된 부분에 레이저 빔이 파고들어가도록 용접한다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 모듈의 레이저 용접 방법{Battery Module and Laser welding method for Battery Module}
본 발명은 충방전이 가능한 다수개의 배터리셀을 포함하는 배터리 모듈과, 배터리 모듈에 구성된 배터리셀들을 상호 레이저 용접하기 위한 배터리 모듈의 레이저 용접 방법에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에 배터리셀을 수십에서 수백 개 적층하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하여 고전압 또는 고전류를 얻는 배터리 모듈을 구성하게 된다.
종래기술 US2011-0223478 이차전지 및 이를 이용한 이차전지 모듈은 전극 조립체가 내장된 본체 및 상기 전극 조립체의 각 전극으로부터 상기 본체 외부로 연장되는 전극 탭을 구비하는 이차전지 단위 셀을 이용한 이차전지 모듈로서, 상기 전극 탭은 상기 본체로부터 상기 본체의 길이 방향으로 연장되되, 중앙부에 적어도 하나의 굴절부를 구비하며, 인접하는 적어도 한 쌍의 상기 이차전지 단위 셀의 상기 전극 탭이 전기적으로 접촉되며, 이 때, 인접하는 적어도 한 쌍의 상기 이차전지 단위셀의 상기 전극 탭은 레이저 빔에 의해 용접된다.
종래기술은 전극탭에 굴절부를 구비하고 굴절부를 이용하여 인접하는 한 쌍의 전극탭을 전기적으로 접촉하면서 용접상태를 확인한다.
그러나 종래기술은 전극탭의 중앙부에 굴절부를 구비함에 따라, 복수번의 벤딩이 필요하여 생산시간이 많이 소모되는 단점이 있다.
특히, 종래기술의 전극탭은 인접하는 한 쌍의 전극탭 각각의 굴절 각도가 서로 조금이라도 어긋나면, 서로 용접되는 부분에 빈틈이 발생하게 되는 단점이 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 다양한 배터리 모듈의 개발이 필요한 실정이다.
US 2011-0223478(2011.09.15)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 간단한 구조의 전극탭을 이용하여 생산시간이 적게 걸리면서도 배터리셀들을 상호 전기적으로 연결할 수 있는 간단한 구조의 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 레이저 용접 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 내측에 삽입부가 형성되며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열 형성되는 다수개의 끼움부를 포함하는 하우징; 판구조의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부로부터 높이방향으로 각각 연장되는 제1접지부 및 제2접지부로 이루어지는 접지부를 포함하여 일체형으로 형성되며, 상기 끼움부가 상기 제1접지부 및 상기 제2접지부 사이에 배치되도록 상기 끼움부에 끼워지는 터미널; 및 전극조립체가 내장되는 케이스와, 상기 전극조립체의 각 전극부로부터 상기 케이스의 외부로 연장되되, 높이방향으로 연장되는 전극탭을 포함하며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열되어 삽입되되, 상기 전극탭이 상기 접지부에 연접되도록 삽입되는 다수개의 배터리셀;을 포함하며, 서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 각각의 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 절곡된다.
또한, 서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 레이저 빔 용접에 의해 결합된다.
또한, 상기 전극탭은 양극탭 및 음극탭을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법은 내측에 삽입부가 형성되며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열 형성되는 다수개의 끼움부를 포함하는 하우징; 판구조의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부로부터 높이방향으로 각각 연장되는 제1접지부 및 제2접지부로 이루어지는 접지부를 포함하여 일체형으로 형성되며, 상기 끼움부가 상기 제1접지부 및 상기 제2접지부 사이에 배치되도록 상기 끼움부에 끼워지는 터미널; 및 전극조립체가 내장되는 케이스와, 상기 전극조립체의 각 전극부로부터 상기 케이스의 외부로 연장되되, 높이방향으로 연장되는 전극탭을 포함하며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열되어 삽입되되, 상기 전극탭이 상기 접지부에 연접되도록 삽입되는 다수개의 배터리셀;을 포함하며, 서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 각각의 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 절곡되어 Y자 형태를 이루고, 서로 연접되어 Y자 형태를 이루는 상기 전극탭과 상기 접지부를 한 쌍의 압착부에 의해 압착하며 상기 전극탭과 상기 접지부가 서로 연접된 부분으로 레이저 빔을 조사하여 용접한다.
또한, 상기 전극탭은 양극탭 및 음극탭을 포함한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 전극탭이 비교적 간단한 구조로 이루어지는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 한 쌍의 인접하는 배터리셀의 전극탭을 전기적으로 연결할 수 있는 간단한 구조의 하우징과 터미널을 구비함으로써, 인접하는 2개의 배터리셀을 간편하게 전기적으로 각각 연결할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법은 한 쌍의 압착부를 이용하여, 서로 연접된 전극탭과 접지부를 더욱 압착하며 레이저 빔 용접에 의해 용접함으로서, 레이저 빔이 주변으로 반사되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전극탭과 접지부와의 용접결합력을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 터미널과 하우징을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 배터리셀들을 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 하우징 삽입부에 배터리셀이 삽입된 상태를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 서로 연접된 전극탭과 접지부가 레이저 용접에 의해 결합되는 상태를 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법을 나타낸 단면도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 터미널과 하우징을 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 배터리셀들을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)는 하우징(100), 터미널(200), 다수개의 배터리셀(300)을 포함하여 구성된다.
하우징(100)은 배터리셀(300)들을 내장하기 위한 구성으로서, 내측에 배터리셀(300)들이 삽입되는 삽입부(110)와, 다수개의 끼움부(120)를 포함하여 형성된다.
하우징(100)은 높이방향 양측이 개구된 사각통 형태나, 높이방향 일측이 개구된 사각통 형태로 형성될 수 있다.
다수개의 끼움부(120)는 각각 판구조로서, 삽입부(110)에 두께방향으로 배열 형성되며, 양단이 하우징(100)의 내면에 일체형으로 결합된다.
또한, 끼움부(120)는 삽입부(110)의 높이방향 일단부에 두께방향으로 배열 형성되거나, 삽입부(110)의 높이방향 일단부 및 타단부에 두께방향으로 배열 형성될 수 있다.
터미널(200)은 전기적 도전체 재질로 이루어지고, 몸체부(210), 접지부(220)를 포함하여 일체형으로 형성된다.
몸체부(210)는 판구조로 형성되며, 끼움부(120)의 하단에 배치된다.
접지부(220)는 몸체부(210)의 일측 단부 및 타측 단부로부터 높이방향으로 각각 연장되는 제1접지부(221) 및 제2접지부(222)로 이루어진다.
이 때, 제1접지부(221) 및 제2접지부(220)는 끼움부(120)의 하단에 배치된 몸체부(210)로부터 높이방향으로 각각 연장되면서 끼움부(120)의 양측면에 각각 연접된다.
즉, 터미널(200)은 끼움부(120)의 양측면에 각각 연접된 제1접지부(221) 및 제2접지부(222)의 압착에 의해 끼움부(120)에 끼워질 수 있다.
또한, 터미널(200)은 'ㄷ'자 형태로 형성된다.
한편, 터미널(200) 및 하우징(100)은 주조를 이용하여 제작하는 것이 제작의 간편화를 위해 바람직하다.
하우징(100)과 터미널(200)는 다수개의 배터리셀(300)을 상호 용이하게 전기적으로 연결하기 위한 구성으로서, 배터리셀(300)들은 하우징(100)의 삽입부(110)에 삽입되면서 상호 전기적으로 연결되는데, 이에 대해 상세하게 설명하자면 다음과 같다.
배터리셀(300)들은 두께방향으로 배열되며, 각 배터리셀(300)은 케이스(310), 전극탭(320)을 포함하여 구성된다.
케이스(310)는 전극조립체가 내장되는 구성으로서, 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재로 이루어진다.
전극조립체는 2개의 전극부와, 2개의 전극부 사이에 구비되는 분리막을 포함하여 형성된다.
2개의 전극부는 각각 양극부과 음극부로 구성된다.
양극부는 도전성이 우수한 금속 박판, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
음극부는 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등 이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
전극탭(320)은 전원 연결을 위해 케이스(310)의 외부로 연장되되, 높이방향으로 연장되는 구성으로, 양극부와 음극부에서 각각 연장 형성된다.
이 때, 양극부에서 연장되는 전극탭(320)을 양극탭, 음극부에서 연장되는 전극탭(120)을 음극탭이라고도 정의할 수 있다.
도면에서, 케이스(310)가 파우치 형태이고, 전극탭(320)에 구성된 양극탭 및 음극탭이 높이방향으로 각각 돌출된 형태를 나타내었으나, 이는 본 발명의 실시예로서, 본 실시예에서 그 돌출된 형태를 한정하는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 하우징 삽입부에 배터리셀이 삽입된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 배터리셀(300)들이 하우징(100)의 삽입부(110)에 삽입되면서, 인접하는 적어도 2개의 배터리셀(300)의 전극탭(320) 사이에 터미널(200)이 배치되는데, 이 때, 인접하는 2개의 배터리셀(300)의 전극탭(320)은 터미널(200)의 접지부(210)에 각각 연접된다.
서로 연접된 전극탭(320)과 접지부(220)는 각각의 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 분리되어 일정곡률을 가지고 절곡되며, 대략적으로 'Y'자 형상을 가질수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(1000)은 전극탭(320)이 비교적 간단한 구조로 이루어지게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 한 쌍의 인접하는 배터리셀(300)의 전극탭(320) 사이에 간단한 구조의 터미널(200)을 구비하여 각각 전기적으로 연결함으로써, 인접하는 2개의 배터리셀(300)을 간편하게 전기적으로 각각 연결할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 서로 연접된 전극탭과 접지부가 레이저 빔 용접에 의해 결합되는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 서로 연접된 전극탭(320)과 접지부(220)는 상측에서 조사되는 레이저 빔에 의해 용접 결합된다.
이 때, 서로 연접된 전극탭(320)과 접지부(220)는 대략적으로 'Y'자 형태로 형성됨으로서, 용접된 부위를 시각적으로 용이하게 확인할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법을 나타낸 사시도이다.
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법에 이용되는 배터리 모듈은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈과 동일한 형태로 형성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법은 한 쌍의 압착부(400)를 이용하여 서로 연접되어 Y자 형태를 이루는 전극탭(320)과 접지부(220)를 두께 방향으로 더욱 압착하고, 상측에서 전극탭(320)과 접지부(220)가 서로 연접된 부분으로 레이저 빔을 조사한다.
전극탭(320)과 접지부(220)가 서로 연접된 부분으로 조사된 레이저 빔은 전극탭(320)과 접지부(220)가 Y자 형태로 이루어짐에 따라, 주변으로 반사되지 않고 상측에서 전극탭(320)과 접지부(220)가 서로 연접된 부분으로 정확히 파고 들어가며, 전극탭(320)과 접지부(220)가 서로 연접된 부분을 용접한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 레이저 용접 방법은 한 쌍의 압착부(400)를 이용하여, 서로 연접된 전극탭(320)과 접지부(220)를 더욱 압착하며 레이저 빔 용접에 의해 용접함으로서, 레이저 빔이 주변으로 반사되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전극탭(320)과 접지부(220)와의 용접결합력을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 배터리 모듈
100 : 하우징
110 : 삽입부 120 : 끼움부
200 : 터미널
210 : 몸체부 220 : 접지부
221 : 제1접지부 222 : 제2접지부
300 : 배터리셀
310 : 케이스 320 : 전극탭
400 : 압착부

Claims (5)

  1. 내측에 삽입부가 형성되며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열 형성되는 다수개의 끼움부를 포함하는 하우징;
    판구조의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부로부터 높이방향으로 각각 연장되는 제1접지부 및 제2접지부로 이루어지는 접지부를 포함하여 일체형으로 형성되며, 상기 끼움부가 상기 제1접지부 및 상기 제2접지부 사이에 배치되도록 상기 끼움부에 끼워지는 터미널; 및
    전극조립체가 내장되는 케이스와, 상기 전극조립체의 각 전극부로부터 상기 케이스의 외부로 연장되되, 높이방향으로 연장되는 전극탭을 포함하며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열되어 삽입되되, 상기 전극탭이 상기 접지부에 연접되도록 삽입되는 다수개의 배터리셀;을 포함하며,
    서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 각각의 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 절곡되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 레이저 빔 용접에 의해 결합되는 배터리 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극탭은
    양극탭 및 음극탭을 포함하는 배터리 모듈.
  4. 내측에 삽입부가 형성되며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열 형성되는 다수개의 끼움부를 포함하는 하우징;
    판구조의 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부로부터 높이방향으로 각각 연장되는 제1접지부 및 제2접지부로 이루어지는 접지부를 포함하여 일체형으로 형성되며, 상기 끼움부가 상기 제1접지부 및 상기 제2접지부 사이에 배치되도록 상기 끼움부에 끼워지는 터미널; 및
    전극조립체가 내장되는 케이스와, 상기 전극조립체의 각 전극부로부터 상기 케이스의 외부로 연장되되, 높이방향으로 연장되는 전극탭을 포함하며, 상기 삽입부에 두께방향으로 배열되어 삽입되되, 상기 전극탭이 상기 접지부에 연접되도록 삽입되는 다수개의 배터리셀;을 포함하며,
    서로 연접된 상기 전극탭과 상기 접지부는 각각의 단부가 서로 대향하는 반대방향으로 절곡되어 Y자 형태를 이루고,
    서로 연접되어 Y자 형태를 이루는 상기 전극탭과 상기 접지부를 한 쌍의 압착부에 의해 압착하며, 상기 전극탭과 상기 접지부가 서로 연접된 부분으로 레이저 빔을 조사하여 용접하는 배터리 모듈의 레이저 용접 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전극탭은
    양극탭 및 음극탭을 포함하는 배터리 모듈의 레이저 용접 방법.
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