KR20170078374A

KR20170078374A - 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20170078374A
Application number: KR1020150188829A
Authority: KR
Inventors: 김덕근
Original assignee: 에이치엘그린파워 주식회사
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-07-07
Also published as: KR102461786B1

Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용접성 향상을 위해 용접이 잘될 수 있도록 피용접물의 축소 또는 동일 소재간의 용접을 진행할 수 있도록 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈에 대한 것이다.

Description

간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈{Welding lead-sensing bar welding assembly with simplification and Battery module having the same}

현재 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle)등과 같은 차량용 배터리는 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위해 차량용 배터리의 전압 및/또는 전류를 센싱하는 센싱회로를 구비하고 있다.

배터리 모듈은 복수 개의 배터리 셀들로 구성될 수 있다. 이러한 배터리 셀들은 인출된 셀 리드들을 통해 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

특히, 친환경 차량에 장착되는 배터리 모듈의 경우 BMS(Battery Management System)이라 불리는 배터리 제어시스템을 통한 제어를 위하여 모듈 내에 직렬, 혹은 병렬로 연결된 개별 배터리 셀의 전압을 센싱 회로를 통하여 측정 및/또는 관리를 수행한다.

이러한 센싱 회로가 개별 배터리 셀과 연결되기 위하여 센싱바를 각각의 리드에 용접을 하는데 이때 Al(+)리드와 Cu(-)가 중첩이 되어 있으며 중첩된 모든 플레이트를 한번에 용접하고 있다. 이를 보여주는 도면이 도 1 및 도 2에 도시된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(100)의 앞단에 터미널과 하우징으로 구성되는 센싱 회로의 일부를 확대하면 Al 리드(130), Cu 리드(120), 센싱바(140)의 3매 용접이 이루어진다. 이 경우, Al 리드(130), Cu 리드(120), 센싱바(140)간에 센싱 용접(202)이 수행되고, Al 리드(130)와 Cu 리드(120)간에는 리드 용접(201)이 수행된다. 특히, 센싱 용접(202)을 통해 Al 리드(130), Cu 리드(120), 센싱바(140)의 3매 용접이 이루어진다.

도 2에 따른 센싱 용접(202)은 Al 리드, Cu 리드, 센싱바가 모두 중첩이 된상태로 용접을 하여 3매 용접이 되었으나 각각의 소재 및/또는 두께가 달라 용접 품질 보증에 어려움이 있다.

또한, 이러한 3매 용접은 Al 및 물성이 다른 타소재간의 용접으로 용접 품질 확보에 어려움 있으며, 용접 불량으로 인한 제품 불량이 발생하고 있다. 이에 용접 매수를 줄이고 동일 소재간의 용접을 할 수 있는 구조 개발이 요구되고 있다.

다른 한편으로, 도 2에 도시된 센싱바와 리드를 연결하는 방식이외에 리셉터클의 스프링 탄성을 이용한 접촉 센싱 방식도 이용되고 있다. 이 경우, 진동에 의한 전압 흔들림이 발생한다는 문제점이 있다.

1. 한국공개특허번호 제10-2012-0081402호 2. 한국공개특허번호 제10-2010-0035944호

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 용접 매수를 줄이고 동일 소재간의 용접을 가능하게 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 진동에 의한 전압 흔들림을 원천적으로 제거하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 용접 매수를 줄이고 동일 소재간의 용접을 가능하게 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체를 제공한다.

상기 리드 센싱바 용접 조립체(400)는,

제 1 배터리 셀(311)의 제 1 셀 리드(320);

상기 제 1 배터리 셀(311)과 한 쌍으로 이루어지며 제 1 용접 부위(301)에서 상기 제 1 셀 리드(320)와 용접되는 제 2 배터리 셀(312)의 제 2 셀 리드(330); 및

상기 제 1 용접 부위(301)와 다른 제 2 용접 부위(302)에서 2매 용접이 되도록 상기 제 1 셀 리드(320) 또는 제 2 셀 리드(330)에 선택적으로 직접 용접되는 센싱바(340);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 제 1 셀 리드(320) 및 제 2 셀 리드(330)는 용접이 용이하도록 서로 이종 금속인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 이종 금속은 구리(Cu)와 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 셀 리드(320) 및 제 2 셀 리드(330)는 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 용접 부위(301)와 제 2 용접 부위(302)는 서로 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 용접 부위(302)는 상기 제 1 셀 리드(320) 또는 제 2 셀 리드(330)의 말단에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 리드 센싱바 용접 조립체에 의해 2개의 배터리 셀이 연결되는 다수의 서브 배터리 모듈(310); 상기 다수의 서브 배터리 모듈(310)이 조립되는 하우징(330); 및 상기 다수의 서브 배터리 모듈(310) 중 양단에 위치하는 2개의 서브 배터리 모듈 각각에 연결되는 한 쌍의 모듈 전극단(321,322);을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 셀 리드의 폭을 다르게 하여 2매 용접을 함으로써 용접성 향상 및 용접 품질 확보를 좀더 간단히 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 리셉티클의 스프링 탄성을 이용한 접촉 센싱 방식을 사용하지 않고 리드와 센싱바를 연결함으로써 진동에 의한 전압 흔들림을 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다.

도 1은 일반적인 배터리 모듈(100)의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리드와 센싱바간 3매 용접의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 다른 배터리 모듈(300)의 외관 사시도이다.
도 4는 도 3의 확대도(301)에 도시된 배터리 모듈(300)의 일부를 I-I축으로 절개한 단면도로서, 2매 용접의 일예이다.
도 5는 도 3의 확대도(301)에 도시된 배터리 모듈(300)의 일부를 I-I축으로 절개한 단면도로서, 2매 용접의 다른 일예이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체 및 이를 갖는 배터리 모듈을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 다른 배터리 모듈(300)의 외관 사시도이다. 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(300)은 4개의 서브 배터리 모듈(310)로 구성된다. 서브 배터리 모듈(310)은 2개의 배터리 셀(311) 및 배터리 셀(313)로 구성된다. 즉, 배터리 모듈(300)은 8개의 배터리 셀로 구성된다.

이러한 배터리 셀(311,313)은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.

하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.

이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.

일반적으로, 파우치형 셀들은 리튬 2차 배터리 또는 니켈-수소 배터리(Nickel-hydrogen battery)등과 같이, 전해질 용액(electrolytic solution)을 내포할 수도 있다. 또한, 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다.

일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다.

전기 차량의 예로서는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기차(EV: Electric Vehicle), 저속 전기 자동차(NEV: Neighborhood Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(FCV: Fuel-Cell Vehicle) 등을 들 수 있다.

도 3을 계속 참조하면, 배터리 셀(311)과 배터리 셀(313)은 서로 직렬로 연결된다. 즉, 배터리 셀의 셀 리드가 한 쪽은 (+)이고, 한 쪽은 (-)가 되어 서로 직렬로 연결된다.

이러한 배터리 셀(311)과 배터리 셀(313)로 구성되는 서브 배터리 모듈(310)이 하우징(330) 내에서 4개로 구성되어 배터리 모듈(300)이 된다. 또한, 이 배터리 모듈(300)에는 한 쌍의 모듈 전극단(321,322)이 구성된다. 한 쌍의 모듈 전극단(321,322)은 (-) 모듈 전극단(321)과 (+) 모듈 전극단(322)으로 구성되면, 배터리 모듈(300)의 양끝단에 배치되는 배터리 셀의 셀 리드와 연결된다.

아래쪽 확대도(301)는 제 1 배터리 셀(311)과 제 2 배터리 셀(312)의 셀 리드가 용접된 상태를 보여준다.

도 4는 도 3의 확대도(301)에 도시된 배터리 모듈(300)의 일부를 I-I축으로 절개한 단면도로서, 2매 용접의 일예이다. 도 4를 참조하면, 상기 리드 센싱바 용접 조립체(400)는, 제 1 배터리 셀(311)의 제 1 셀 리드(320), 상기 제 1 배터리 셀(311)과 한 쌍으로 이루어지며 제 1 용접 부위(301)에서 상기 제 1 셀 리드(320)와 용접되는 제 2 배터리 셀(312)의 제 2 셀 리드(330), 상기 제 1 용접 부위(301)와 다른 제 2 용접 부위(302)에서 2매 용접이 되도록 제 2 셀 리드(330)에 직접 용접되는 센싱바(340)로 구성된다.

여기서, 제 1 셀 리드(320)의 재질은 알루미늄이고, 제 2 셀 리드(330)의 재질은 구리(Cu)가 되어 서로 이종 금속이 된다. 이는 이종 금속간의 용접이 용이하기 때문이다. 물론, 반대로 제 1 셀 리드(320)의 재질이 구리가 되고, 제 2 셀 리드(330)의 재질은 알루미늄이 되는 것도 가능하다. 또한, 알루미늄, 구리 이외에도 주석, 알루미늄 합금 등이 사용될 수 있다.

특히, 제 1 셀 리드(320)의 길이보다 제 2 셀 리드(330)의 길이가 더 길다. 따라서, 센싱바(340)가 제 2 용접 부위(302)에서 제 2 셀 리드(330)의 말단에 직접 용접될 수 있다.

또한, 제 1 용접 부위(301)와 제 2 용접 부위(302)는 서로 다른 폭을 가지며, 제 2 용접 부위(302)가 제 1 용접 부위(301)의 폭보다 작다. 그리고, 제 1 용접 부위(302)는 바깥쪽 말단에 위치하며, 제 1 용접 부위(301)는 내측에 위치한다.

도 5는 도 3의 확대도(301)에 도시된 배터리 모듈(300)의 일부를 I-I축으로 절개한 단면도로서, 2매 용접의 다른 일예이다. 도 5를 참조하면, 도 4와 달리, 센싱바(340)가 제 2 용접 부위(302)에서 제 1 셀 리드(320)에 직접 용접된다.

물론, 제 1 셀 리드(320)의 길이가 제 2 셀 리드(330)의 길이보다 길다. 이외에는 도 4에서 기술한 바와 같으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

300: 배터리 모듈
310: 서브 배터리 모듈
311,312,313: 배터리 셀
321,322: 모듈 전극단
330: 하우징
320,330: 제 1 및 제 2 셀 리드
340: 센싱 바

Claims

제 1 배터리 셀(311)의 제 1 셀 리드(320);
제 1 용접 부위(301)에서 상기 제 1 셀 리드(320)와 용접되는 제 2 배터리 셀(312)의 제 2 셀 리드(330) 및
상기 제 1 용접 부위(301)와 다른 제 2 용접 부위(302)에서 2매 용접이 되도록 상기 제 1 셀 리드(320) 또는 제 2 셀 리드(330)에 선택적으로 직접 용접되는 센싱바(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 셀 리드(320) 및 제 2 셀 리드(330)는 용접이 용이하도록 서로 이종 금속인 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 2 항에 있어서,
상기 이종 금속은 구리(Cu)와 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 셀 리드(320) 및 제 2 셀 리드(330)는 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 용접 부위(301)와 제 2 용접 부위(302)는 서로 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 용접 부위(302)는 상기 제 1 셀 리드(320) 또는 제 2 셀 리드(330)의 말단에 위치하는 것을 특징으로 하는 간소화된 리드 센싱바 용접 조립체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 리드 센싱바 용접 조립체에 의해 2개의 배터리 셀이 연결되는 다수의 서브 배터리 모듈(310);
상기 다수의 서브 배터리 모듈(310)이 조립되는 하우징(330) 및
상기 다수의 서브 배터리 모듈(310) 중 양단에 위치하는 2개의 서브 배터리 모듈 각각에 연결되는 한 쌍의 모듈 전극단(321,322);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.