KR20210110555A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210110555A
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주승훈
김관용
손솔산
최양규
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 및 상기 복수개의 전지 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 접촉되는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는, 복수개의 홀이 형성되는 플레이트를 포함하고, 상기 전극 탭들이 상기 복수개의 홀 중 적어도 일부에 삽입되어 상기 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈을 제공한다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈에 관한 것이다.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 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 사용되고 있는 추세이다.
복수개의 전지 셀을 연결하기 위해 버스바를 전극 탭에 접촉시킨다. 종래의 버스바는 'ㄷ'자 형성으로 형성된다. 'ㄷ'자 형상의 버스바에 전극 탭을 접촉시켜 두 개 이상의 전지 셀이 전기적으로 연결될 수 있다. 전지 셀을 전기적으로 연결하기 위해 전극 탭을 커팅(cutting) 및 벤딩(bending)하는 공정 중 적어도 하나의 공정을 필수적으로 거쳐야 한다. 3p 또는 4p(3셀 병렬 연결 또는 4셀 병렬 연결) 등의 연결하고자 하는 전지 셀의 개수가 달라짐에 따라, 전극 탭의 커팅 및 벤딩 작업 치수가 달라진다. 전극 탭을 변형시켜야 하기 때문에 공정 작업 수가 증가하여, 비용이 증가하고 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0110078호(2015.10.02)
본 발명의 실시예들은, 복수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭 처리 공정을 간소화하여, 조립 공정 수를 줄일 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 버스바의 형상 변형을 통해 전극 탭의 형상을 변형하지 않을 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 공정 수가 감소됨에 따라 비용을 절감시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 전극 탭을 균일하게 녹일 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 용접 등에 의한 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 제 1 전지셀들로 구성되는 제 1 병렬집합체로서, 상기 제 1 전지셀들의 제 1 극성의 제 1 전극탭들이 일측으로 배치되도록 병렬배치되는 제 1 병렬집합체; 제 2 전지셀들로 구성되는 제 2 병렬집합체로서, 상기 제 1 극성과 반대되는 상기 제 2 전지셀들의 제 2 극성의 제 2 전극탭들이 상기 일측으로 배치되도록 병렬배치되는 제 2 병렬집합체; 상기 제 1, 2 병렬집합체의 상기 일측에서 상기 제 1, 2 병렬집합체들을 전기적으로 연결하는 버스바로서, 상기 제 1, 2 병렬집합체들 각각은 전기적으로 병렬 연결하되, 상기 제 1, 2 병렬집합체 상호간은 직렬 연결되도록 구성되는 연결버스바;를 포함하고, 상기 연결버스바는, 상기 제 1, 2 병렬집합체의 상기 일측에을 덮도록 배치되는 플레이트; 상기 플레이트에 형성되며, 상기 제 1, 2 전극탭들이 삽입되는 복수의 홀;을 포함하고, 상기 제 1, 2 전극탭들은 삽입된 상기 복수개의 홀에 접합된다.
상기 제 1, 2 전극탭들은, 상기 복수의 홀에 삽입되어 상기 복수의 홀에 접촉된 상태에서 접합되도록 구성될 수 있다.
상기 제 1, 2 병렬집합체의 상기 제 1, 2 전지셀들은 기결정된 간격으로 배열되며, 상기 복수의 홀들은, 상기 플레이트에서 상기 기결정된 간격을 가지고 이격배치될 수 있다.
상기 플레이트는, 상기 제 1, 2 전극탭들이 상기 복수의 홀에 수용되도록, 상기 복수의 홀과 인접한 부분이 상기 복수의 홀을 향해 경사지게 형성될 수 있다.
상기 접합은 레이저용접을 포함할 수 있다.
상기 제 1 병렬집합체들의 상기 제 2 극성의 전극탭들과, 상기 제 2 병렬집합체의 상기 제 1 극성의 전극탭들을 각각 연결하는 제 1, 2 터미널 버스바;를 더 포함할 수 있다.
상기 연결버스바와 상기 터미널버스바 중 적어도 하나의 버스바와, 상기 전지셀들 사이에 배치되는 지지플레이트; 상기 적어도 하나의 버스바의 외측에 배치되는 고정플레이트로서, 상기 적어도 하나의 버스바를 사이에 두고 상기 지지플레이트와 결합되는 고정플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트와 상기 고정플레이트는, 각각 상기 복수의 홀과 대응되는 복수의 지지홀과, 복수의 노출홀;을 포함하고, 상기 복수의 지지홀과, 상기 복수의 노출홀은, 상기 복수의 홀에 간섭되지 않도록 구성될 수 있다.
상기 제 1, 2 터미널 버스바는, 전방으로 돌출형성되는 제 1, 2 터미널;를 포함하고, 상기 고정플레이트는, 상기 제 1, 2 터미널이 관통하도록 구성되는 터미널지지홀;을 포함할 수 있다.
상기 고정플레이트는, 상기 제 1, 2 터미널 버스바 사이에 배치되는 고정부재로서, 상기 제 1, 2 터미널버스바가 이격되도록 그 사이에 배치되는 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트는, 상기 제 1, 2 터미널버스바를 지나 상기 고정부재가 삽입되는 고정부재삽입홈;을 포함할 수 있다.
상기 고정플레이트는, 상기 버스바의 노출을 방지하도록 상기 버스바를 덮도록 구성될 수 있다.
상기 연결버스바는, 상기 복수의 홀과 인접하게 배치되어, 상기 제 1, 2 전극탭들의 삽입을 유도하는 돌출부;를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 복수의 홀의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 플레이트로부터 돌출되되, 상기 플레이트에서 상기 복수의 홀을 향하는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 배터리 모듈 제조방법은 제 1 병렬집합체를 구성하는 제 1 전지셀들의 제 1 극성의 제 1 전극탭들과, 제 2 병렬집합체를 구성하는 제 2 전지셀들의 상기 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성의 제 2 전극탭들을 동일한 일측에 위치하도록, 상기 제 1, 2 병렬집합체를 구비하는 단계; 복수의 홀이 형성된 플레이트를 갖는 버스바를 구비하는 단계; 상기 플레이트의 일측으로 상기 복수의 홀에 상기 제 1, 2 전극탭들을 삽입하는 단계; 상기 제 1, 2 전극탭들을 삽입된 상기 복수의 홀에서 상기 플레이트와 접합하는 단계;를 포함한다.
상기 접합하는 단계는 상기 제 1, 2 전극탭들이 상기 복수의 홀에 접촉된 상태에서 이루어질 수 있다.
상기 접합하는 단계는 레이저용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 접합하는 단계는 와블(wobble)용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 와블용접은, 상기 제 1, 2 전극탭들의 말단면 길이방향의 축을 따라 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 복수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭의 처리 공정을 간소화하여, 조립 공정 수를 줄일 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 버스바의 형상 변형을 통해 전극 탭의 형상을 변형하지 않을 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 공정 수가 감소됨에 따라 비용을 절감시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 전극 탭을 균일하게 녹일 수 있다.
또한, 용접 등에 의한 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차전지에 버스바가 접촉된 것을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바를 나타낸 도면
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바의 단면을 나타낸 도면
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바의 홀에 전극 탭이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바의 단면을 나타낸 도면
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바의 홀에 전극 탭이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면
도 6은 전극 탭의 절연부에 벤딩부가 형성된 모습을 나타낸 도면
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 도면
도 7b는 도 7a의 A부분 확대도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 플레이트, 버스바 및 고정 플레이트의 분해 사시도를 나타낸 도면
도 9은 도 8의 지지 플레이트, 버스바 및 고정 플레이트가 결합된 모습을 나타낸 도면
도 10은 도 9의 A-A'단면을 나타낸 도면
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 전기적 연결상태를 정면에서 나타낸 도면
도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 전기적 연결상태를 배면에서 나타낸 도면
도 12a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 단면을 나타낸 도면
도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 홀에 전극 탭이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면
도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바를 나타낸 도면
도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 단면을 나타낸 도면
도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 홀에 전극 탭이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 돌출된 전극 탭에 레이저 용접이 행해지는 위치를 단면으로 나타낸 도면
도 16 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전극 탭에 레이저 용접이 행해지는 모습을 나타내는 도면
도 17은 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전극 탭의 길이 방향에 대해 각도를 형성하며 레이저가 조사되는 모습을 나타내는 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)에 버스바(20a)가 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 이차 전지(10)는 전지 셀(11) 및 전지 셀(11)에서 인출된 전극 탭(12)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)는 플레이트(21a)에 홀(23a)이 형성되는 형상이다. 플레이트(21a)에 복수개의 홀(23a)이 형성되고, 각 홀(23a)에 전극 탭(12)을 용접하여, 용접된 복수개의 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 수 있다. 홀(23a)에 전극 탭(12)을 삽입하고 용접하여 전지 셀(11)을 연결하는 구조로, 별도로 전극 탭(12)의 형상을 변형하지 않아도 된다. 연결하고자 하는 전지 셀(11)의 개수에 대응하도록 플레이트(21a)에 복수개의 홀(23a)을 형성할 수 있다. 따라서, 전지 셀(11)을 전기적으로 연결하기 위해, 연결하고자 하는 전지 셀(11)의 개수에 관계 없이, 전극 탭(12)의 형상을 변경하지 않고 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 수 있다. 플레이트(21a) 및 홀(23a)에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 버스바(20a)는 플레이트(21a), 돌출부(22a) 및 홀(23a)를 포함할 수 있다. 버스바(20a)는 플레이트(21a)에 기 결정된 간격을 가지고 형성되는 복수개의 홀(23a)을 포함하고, 홀(23a)에 삽입되는 전극 탭(12)을 용접하여, 복수개의 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 수 있다. 홀(23a)마다 전극 탭(12)을 삽입하고 용접하여, 전극 탭(12)을 플레이트(21a)에 용접시킬 수 있다. 따라서, 용접된 복수개의 전지 셀(11)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 상기 홀(23a)은 슬릿(slit) 형상으로 형성될 수 있다.
플레이트(21a)와 용접되는 전지 셀(11)의 개수에 대응하여, 플레이트(21a)의 면적 또는 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 2개의 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 때, 2개가 적층된 전지 셀(11)의 전극 탭(12)이 용접될 수 있는 홀(23a)이 형성될 수 있는 면적 또는 크기로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 3개의 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 때, 3개가 적층된 전지 셀(11)의 전극 탭(12)이 용접될 수 있는 홀(23a)이 형성될 수 있는 면적 또는 크기로 형성될 수 있다. 2개, 3개, 4개 등 연결하고자 하는 전지 셀(11)의 개수에 따라 플레이트(21a)의 면적 또는 크기가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)는 플레이트(21a)의 면적 또는 크기를 변경하거나 플레이트(21a)에 형성되는 홀(23a)의 개수를 변경하여, 전지 셀(11)을 전기적으로 연결하기 때문에 별도로 전극 탭(12)의 형상을 변형하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)는 플레이트(21a)의 면적 등의 크기를 변경하거나 플레이트(21a)에 형성되는 홀(23a)의 개수를 변경하여 전지 셀(11)을 전기적으로 연결하기 때문에 별도로 전극 탭(12)의 형상을 변형하지 않을 수 있다. 구체적으로, 종래의 경우 복수개의 전극 탭(12)을 용접하기 위해서는 전극 탭(12)들을 벤딩하거나 형상을 변형시키는 등 서로 맞닿게 할 수 있는 추가 공정이 필요하였다. 하지만, 본원발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)를 사용할 경우, 버스바(20a)에 전극 탭(12) 삽입 후 서로 연결하는 공정만 거치면 되는 것으로, 상술한 별도의 전극 탭(12) 변형이 불필요한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)는 돌출부(22a)가 형성될 수도 있다. 돌출부(22a)는 플레이트(21a)에 홀(23a)이 형성되는 위치에 형성될 수 있다. 돌출부(22a)는 홀(23a)에 전극 탭(12)이 삽입되도록 유도하기 위해 형성될 수 있다. 도 3b에 나타난 확대도는 돌출부(22a)에 홀(23a)이 형성된 것을 나타낸 것이다. 홀(23a)은 전극 탭(12)의 두께(T1) 및 길이(L1)에 대응되어 형성되기 때문에, 홀(23a)은 전극 탭(12) 두께(T1)만큼의 좁은 면적으로 플레이트(21a) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 홀(23a)에 전극 탭(12)이 보다 용이하게 삽입되도록 유도하기 위해 돌출부(22a)가 형성될 수 있다. 이에 대한 구체적은 설명은 도 5에서 후술한다.
홀(23a)은 기 결정된 간격을 가지고 플레이트(21a)에 복수개 형성될 수 있다. 기 결정된 간격은 전지 셀(11)의 간격에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 기 결정된 간격은 홀(23a)에 전극 탭(12)이 삽입되는 위치에 따라 결정될 수 있다. 전기적으로 연결하고자 하는 전지 셀(11)의 개수에 따라 홀(23a)의 개수가 결정될 수 있다.
또한, 홀(23a)은 전극 탭(12)에 대응하는 깊이(도 4에 도시됨) 및 폭(L2)으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 홀(23a)은 용접 전, 삽입된 전극 탭(12)의 상태를 유지할 수 있는 깊이(L6)로 형성될 수 있다. 따라서, 전극 탭(12)이 홀(23a)에 삽입되어, 플레이트(21a)와 접촉될 수 있다.
전극 탭(12)이 홀(23a)에 삽입되어 플레이트(21a)와 접촉된 상태로 용접하여, 전극 탭(12)이 플레이트(21a)에 용접될 수 있다. 따라서, 버스바(20a)에 용접된 복수개의 전지 셀(11)이 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)를 나타낸 도면이다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)의 단면을 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)의 홀(23a)에 전극 탭(12)이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 플레이트(21a)의 기 결정된 간격마다 홀(23a)이 형성될 수 있다. 홀(23a)에 전극 탭(12)이 삽입될 수 있다. 홀(23a)이 전극 탭(12)의 두께(T1) 및 길이(L1)에 대응되도록 형성되어, 홀(23a)에 삽입된 전극 탭(12)은 플레이트(21a)와 접촉될 수 있다. 도 4에 도시된 것을 참조하면, 하나의 버스바(20a)를 이루는 플레이트(21a) 상에 3개의 홀(23a)이 형성될 수 있다. 홀(23a)을 통해 용접된 3개의 전지 셀(11)이 전기적으로 연결될 수 있다.
홀(23a)이 형성된 부분에 돌출부(22a)가 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(22a)가 형성되는 것에만 한정되지 않고, 돌출부(22a)가 형성되지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 직선의 플레이트(21a)에 홀(23a)이 형성될 수 있다.
나아가, 플레이트(21a)의 일측은 플레이트(21a)의 일측에서 전극 탭(12)이 진입하는 진입 공간의 너비(L4)는 홀(23a)에 가까워 질수록 감소하게 형성될 수 있다. 전극 탭(12)이 진입하는 측의 너비(L4)가 홀(23a)에 가까워 질수록 감소됨으로써 플레이트(21a)의 일측이 경사지게 되고, 위와 같은 형상으로 전극 탭(12)이 홀(23a)에 용이하게 삽입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)를 나타낸 도면이다. 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)의 단면을 나타낸 도면이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바(20a)의 홀(23a)에 전극 탭(12)이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b 참조하면, 전극 탭(12)은 벤딩부(121)를 포함할 수 있다. 벤딩부(121)는 전극 탭(12)의 기 결정된 부위를 휘는 방식으로 형성될 수 있고, 이 때, 상기 벤딩부(121)는 U자 형으로 벤딩될 수 있다. 다만, 벤딩부(121)는 전극 탭(12)의 기 결정된 부위가 휘어져서 형성되는 것에 한정되지 않으며, 전극 탭(12)의 기 결정된 부위에 돌출된 부분이 형성될 수도 있으며, 그 밖의 벤딩부(121)가 형성될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 이러한 벤딩부(121)는 후에 용접을 통해 전극 탭(12)이 버스바(20a)와 결합한 상태에서 외부 진동 또는 충격이 발생한 경우에 충격을 흡수하여 전극 탭(12)과 버스바(20a) 간의 결합 상태의 손상 또는 전극 탭(12) 자체의 손상을 최소화할 수 있다.
나아가, 버스바(20a)에 전극 탭(12) 삽입 시 버스바(20a)는 전극 탭(12)의 벤딩부(121)에 안착되어 고정될 수 있고, 후술한 것과 같이 삽입된 상태의 전극 탭(12)과 버스바(20a) 홀(23a)과의 간극(도 15에 도시됨)을 일정하게 유지하며 홀(23a)에 삽입된 전극 탭(12)의 위치를 고정시켜 후에 전극 탭(12) 용접 시 용접선을 용이하게 추적할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 벤딩부(121)는 플레이트(21a)의 일측에 밀착됨으로써 용접과정에서 레이저(L)가 전지 셀(11)에 직접 조사되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 벤딩부(121)의 위치는 이에 한정되지 않고, 후술할 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 홀(23a)로부터 소정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 즉, 홀(23a)로부터 이격된 상태로 지지 플레이트(30)의 지지홀(32) 외주면 일측에 접촉되어 위치될 수도 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
한편, 전극 탭(12) 중 적어도 하나의 전극 탭(12)은 벤딩부(121) 및 직선부를 포함할 수 있고, 직선부의 적어도 일부는 홀(23a)에 삽입될 수 있다. 이 때, 직선부는 전극 탭(12)에서 벤딩되지 않은 부분을 의미할 수 있다. 다만, 상술한 직선부에는 공정에 따라 미세한 굴곡이 존재할 수도 있으나, 직선부는 전극 탭(12)에서 별도로 벤딩을 하지 않은, 곧은 부분을 의미할 수 있다.
한편, 기 결정된 부위는 홀(23a)에 삽입되는 부분과 전지 셀(11)에서 전극 탭(12)이 인출되는 부분 사이일 수 있다. 상기와 같이 전극 탭(12)의 기 결정된 부위에 형성된 벤딩부(121)는 전극 탭(12)이 홀(23a)에 삽입될 때, 전극 탭(12) 중 벤딩부(121) 외측의 벤딩되지 않은 부분의 길이(L7)를 한정할 수 있다.
벤딩부(121)에 의해 전극 탭(12)이 홀(23a)에 삽입 고정될 수 있다. 전극 탭(12)에 벤딩부(121)가 형성되는 위치에 따라, 벤딩부(121)를 통해 전극 탭(12) 중 벤딩부(121) 외측의 벤딩되지 않은 부분의 길이(L7)가 조절될 수 있다. 전극 탭(12)을 홀(23a)에 삽입하는 과정을 살펴보면, 전극 탭(12)이 홀(23a)에 삽입되다가, 전극 탭(12)에 형성된 벤딩부(121)가 플레이트(21a)에 접촉되어 걸릴 수 있다. 따라서, 전극 탭(12)에서 벤딩부(121)가 형성된 위치의 바로 위까지 홀(23a)에 삽입되어 고정될 수 있다. 한편, 상술한 전극 탭(12) 중 벤딩부(121) 외측의 벤딩되지 않은 부분의 길이(L7)는 홀(23a)의 깊이(L6)보다 길게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)에 있어서, 버스바(20a)에 형성된 홀(23a)과 홀(23a)에 삽입된 전극 탭(12) 간의 용접이 견고하게 이루어지도록 하기 위해서 홀(23a)과 전극 탭(12) 간의 간극(L3)(홀(23a)에 삽입된 전극 탭(12) 양측의 간극 중 어느 하나)이 기 결정된 수치 이하일 수 있으며, 기 결정된 수치는 0.2 mm 일 수 있다. 만약, 홀(23a)과 전극 탭 간의 간극(L3)이 0.2 mm를 초과하는 경우에는 홀(23a)과 전극 탭(12) 간이 레이저 용접에 의해서 견고하게 연결되기 어려울 수 있다. 보다 바람직하게는, 홀(23a)과 전극 탭(12) 간의 간극(L3)이 0.1 mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 버스바(20a)에 형성된 홀(23a)의 폭(L2)이 0.5 mm일 경우에, 전극 탭(12)의 두께(T1)는 0.3 mm 이상으로 함으로써, 전극 탭(12)의 양측에 형성되는 홀(23a)과 전극 탭(12) 간 양측의 간극(L3)이 각각 0.1 mm ((0.5 - 0.3)/2) 이하로 될 수 있다.
더 바람직하게는, 용접 과정에서 버스바(20a)도 함께 녹을 수 있고, 전극 탭(12)의 두께(T1)와 홀(23a)의 크기에 차이가 없을 경우 전극 탭(12) 삽입과정에서 삽입이 원활하지 않을 등 공정에 문제가 생길 수 있으므로, 홀(23a)과 삽입된 전극 탭(12) 간 양측의 간극(L3)은 각각 약 0.05mm(0.1/2) 이상이 되어야 한다. 즉, 상기 홀(23a)과 상기 홀(23a)에 삽입된 상기 전극 탭(12) 간의 양측 간극(L3)의 합은 0.1mm 내지 0.2 mm로 형성될 수 있다.
이를 통해, 후술할 배터리 모듈(1) 제조 과정에서 레이저 용접 시 전극 탭(12)만을 녹일 수 있다.
한편, 전극 탭(12)은 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극 탭이 구리(Cu)로 이루어진 경우 음극 탭은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있고, 이 반대도 가능할 수 있다. 이 때, 양극 및 음극 탭의 두께(T1) 역시 다양할 수 있는데, 양극 및 음극 탭의 특성상 전극 탭이 구리(Cu)로 이루어진 경우의 두께(T1)는 약 0.3mm, 알루미늄(Al)으로 이루어진 경우의 두께(T1)는 약 0.4mm가 됨이 바람직할 것이고, 이에 따라, 버스바(20a)의 홀(23a) 폭(L2)은 대략 0.5mm로 형성될 수 있을 것이다. 다만, 전극 탭(12)의 두께(T1) 및 홀(23a)의 폭(L2)이 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 변경될 수 있음은 자명하다.
도 6은 전극 탭(12)의 절연부(125)에 벤딩부(121)가 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 전지 셀(11)은 전극조립체 및 전극조립체를 감싸는 외장재를 포함할 수 있다. 이 때. 전극 탭(12)은 상기 전극조립체에서 전극 탭(12)이 돌출된 측면 외곽을 따라 상기 외장재가 접합되어 형성된 테라스부(124), 상기 테라스부(124) 중 전극 탭(12)이 인출되는 위치에서 외장재의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부(125) 및 상기 절연부(125)에서 인출되고, 적어도 일부가 상기 홀(23a)에 삽입되는 전극 탭부(126)를 포함할 수 있고, 절연부(125)에 상기 벤딩부(121)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 벤딩부(121)는 절연부(125) 외측의 전극 탭부(126)가 벤딩되어 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 전극 탭(12) 중 절연부(125) 가 벤딩됨으로써 절연부(125)에 벤딩부(121)가 형성될 수도 있다. 위와 같이, 벤딩부(121)가 절연부(125)에 형성됨에 따라 전체적인 전극 탭(12)의 길이(L1)는 감소될 수 있고, 그에 따라 전체 배터리 모듈(1)의 부피 역시 감소될 수 있다.
나아가, 상기 절연부(125)에 벤딩부(121)가 형성되는 경우, 상기 절연부(125)가 찢어지거나 훼손되지 않는 범위 내에서 벤딩이 이루어질 수 있는 바, 절연부(125)의 절연성능은 유지한 채 배터리 모듈(1) 내 전극 탭(12)이 차지하는 부피를 감소시킬 수 있고, 나아가, 전지 모듈(1)의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 7 (a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(10)를 나타낸 도면이고, 도 7 (b)는 도 7 (a)의 A 부분 확대도이다.
한편, 도 7 (a) 및 (b)를 참조하면, 전극 탭(12)의 말단 양측부에는 챔퍼(chamfer)부(127)가 형성되어 전극 탭(12)의 홀(23a) 삽인 간 전극 탭(12) 삽입이 용이해 질 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 탭(12) 중 전극 탭(12) 말단면의 길이(L5) 방향(d2) 양 측단(edge)은 전극 탭(12)의 길이(L1) 방향(d1)에 대해 경사지게 절단되어 형성될 수 있고, 전극 탭(12)의 말단 양측부에는 챔퍼부(127)가 형성될 수 있다. 위와 같이, 전극 탭(12) 말단에 챔퍼부(127)가 형성됨으로써 홀(23a) 삽입 과정에서 홀(23a) 내부로 전극 탭(12)의 삽입이 유도될 수 있고, 전극 탭(12) 삽입이 더욱 용이해 질 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 플레이트(30), 버스바(20a) 및 고정 플레이트(40)의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 지지 플레이트(30), 버스바(20a) 및 고정 플레이트(40)가 결합된 모습을 나타낸 도면이며, 도 10은 도 9의 A-A'단면을 나타낸 도면이다.
이 때, 상기 도 9는 지지 플레이트(30), 버스바(20a) 및 고정 플레이트(40) 결합체에 복수개의 이차 전지(10)가 연결되지 않은 모습을 나타낸 것이며, 상기 도 10은 상기 지지 플레이트(30), 버스바(20a) 및 고정 플레이트(40) 결합체의 일측에서 전극 탭(12)이 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 상기 버스바(20a)의 홀(23a)에 대응되는 복수개의 지지홀(32)이 형성된 지지 플레이트(30)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 지지 플레이트(30)는 복수개의 전지 셀(11) 및 버스바(20a) 사이에 위치되어 버스바(20a)를 고정 지지할 수 있다.
구체적으로, 상기 지지 플레이트(30)는 플레이트 형상의 지지 플레이트 몸체(31) 및 상기 지지 플레이트 몸체(31)상에 버스바(20a)의 복수개 홀(23a)에 대응되게 형성된 복수개의 지지홀(32)을 포함할 수 있다. 이 때, 지지홀(32)의 크기는 버스바 홀(23a)의 크기보다 단면이 넓게 형성될 수 있고, 전극 탭(12)의 벤딩부(121)는 지지홀(32)의 외주면 일측에 접촉되어 지지될 수 있다. 이 때, 벤딩부(121)는 상술한 바와 같이 전극 탭(12)의 절연부(125)에 형성될 수 있다.
이를 통해, 후술할 용접 과정에서 전극 탭(12)과 버스바 홀(23a) 사이의 간극(L3)을 일정하게 유지하며 홀(23a)에 삽입된 전극 탭(12)의 위치를 고정시킴으로써 후에 전극 탭(12) 용접 시 용접선을 용이하게 추적할 수 있다. 뿐만 아니라, 벤딩부(121)가 지지홀(32)의 외주면 일측에 밀착됨에 따라 용접과정에서 레이저(L)가 전지 셀(11)에 직접 조사되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 지지 플레이트는 외면에 절연물질이 코팅되거나 절연재질로 형성될 수 있고, 복수개의 전극 탭 각각이 복수개의 지지홀 각각에 삽입된 상태로 고정되는 바, 전극 탭 사이의 절연 상태를 유지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 버스바(20a) 및 지지 플레이트(30)를 결속하여 고정 지지하는 고정 플레이트(40)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 버스바(20a)의 홀(23a)에 대응되는 복수개의 버스바 노출홀(42)이 형성된 고정 플레이트(40)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 고정 플레이트(40)는 버스바(20a)의 외측에 위치되고, 적어도 일부에서 상기 지지 플레이트(30)의 적어도 일부와 결합됨으로써 버스바(20a)를 고정 지지할 수 있다. 또한, 상기 고정 플레이트(40)는 버스바(20a)의 외측면을 덮는 형상으로 위치될 수 있는 바, 외부 이물질 등으로부터 버스바(20a)를 보호할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 고정 플레이트(40)는 플레이트 형상의 고정 플레이트 몸체(41) 및 상기 고정 플레이트 몸체(41)상에 버스바(20a)의 복수개 홀(23a)에 대응되게 형성된 복수개의 버스바 노출홀(42)을 포함할 수 있다. 이 때, 버스바 노출홀(42)의 크기는 버스바 홀(23a)의 크기보다 단면이 넓게 형성될 수 있고, 바람직하게는, 상기 돌출부(22a)가 외부에 노출될 수 있는 크기로 형성되어 용접 간 용접부위 추적을 용이하게 할 수 있다.
나아가, 상기 고정 플레이트(40)는 버스바 노출홀(42)을 제외한 나머지 부분이 버스바(20a)의 플레이트(21a) 외면를 감싸는 형태로 형성될 수 있고, 지지 플레이트(30)와 버스바(20a)를 사이에 두며 결속됨으로써 버스바(20a)를 안정적으로 고정 지지할 수 있다.
한편, 2개 이상의 이차 전지(10)가 상기 버스바(20a)를 통해 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(도 11에 도시됨)로 군집될 수 있고, 상기 병렬집합체(100)는 복수개 구비되어 상호 직렬 연결됨으로써 배터리 모듈(1)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 버스바(20a)는 2개 이상 구비될 수 있는데, 2개 이상의 버스바(20a) 중 배터리 모듈(1)의 일 측면에서 양 끝단에 위치한 버스바(20a) 각각의 적어도 일부에는 외부의 다른 배터리 모듈 또는 충방전 장치 등과 연결될 수 있는 터미널부(25a)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 터미널부(25a) 각각은 복수개의 병렬집합체(100)가 연결된 배터리 모듈(1) 전체의 (+)극 및 (-)극을 의미할 수 있고, 복수개 병렬집합체(100)의 전극 배치에 따라 상기 2개의 터미널부(25a) 중 하나는 (+)극에 연결될 수 있고, 나머지 하나는 (-)극에 연결될 수 있다.
한편, 상기 고정 플레이트(40) 양단의 적어도 일부에는 상기 터미널부(25a)에 대응되는 위치에 터미널 지지홀(44)이 형성될 수 있고, 상기 터미널부(25a)는 터미널 지지홀(44)에 삽입되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각이 3개의 홀(23a)을 포함하는 버스바(20a)는 2개 구비될 수 있고, 배터리 모듈(1)의 일 측면에서 양 끝단에 위치한 상기 2개의 버스바(20a) 각각의 적어도 일부에는 터미널부(25a)가 형성될 수 있다. 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 터미널부(25a)는 고정 플레이트(40) 상에 형성된 터미널 지지홀(44)에 삽입됨으로써 상기 버스바(20a)의 위치가 고정 및 지지될 수 있다.
나아가, 터미널부(25a)가 고정 플레이트(40) 외측으로 돌출되는 바, 버스바(20a)가 고정 플레이트(40)에 감싸여 있는 상태에서도 터미널부(25a)는 고정 플레이트(40) 외측으로 노출될 수 있고, 외부의 배터리 모듈 또는 충방전 장치 등과 연결될 수 있다.
한편, 위와 같이, 버스바(20a)가 복수개 구비되는 경우, 고정 플레이트(40)의 적어도 일부에는 상기 복수개의 버스바(20a) 사이에 위치되어 상기 버스바(20a)의 위치를 고정 및 지지할 수 있는 적어도 하나의 고정부재(43)가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 적어도 하나의 고정부재(43)는 고정 플레이트 몸체(41)의 적어도 일부에서 버스바(20a) 측으로 돌출 형성될 수 있고, 버스바(20a)의 개수에 대응되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 버스바(20a)가 2개 구비되는 경우, 고정 플레이트(40)의 일측에는 고정부재(43)가 1개 형성될 수 있고, 상기 고정부재(43)는 2개의 버스바(20a) 사이에 위치되어 버스바(20a)의 위치를 고정 및 지지할 수 있다.
나아가, 지지 플레이트(30)의 버스바(20a) 측 적어도 일부에는 상기 고정부재(43)에 대응되는 고정부재 삽입홈(33)이 함입되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 고정 플레이트(40)에서 돌출된 고정부재(43)가 상기 지지 플레이트(30)의 일측에 삽입될 수 있고, 상기 고정부재(43)가 고정부재 삽입홈(33)에 위치됨으로써 상기 버스바(20a)를 더욱 견고하게 고정 및 지지할 수 있다.
나아가, 고정 플레이트(40)는 고정 플레이트 몸체(41)의 적어도 일부가 버스바(20a) 측으로 돌출 형성된 복수개의 체결돌기(411)를 포함할 수 있고, 상기 체결돌기(411)가 지지 플레이트(30)의 적어도 일부와 결합됨으로써 상기 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)는 상호 결속될 수 있다.
구체적으로, 상기 체결돌기(411)에 걸림부(미도시 됨)가 형성되고 지지 플레이트(30)의 적어도 일부에 상기 걸림부에 대응되는 걸림홈(미도시 됨)이 형성됨으로써 상기 걸림부 및 걸림홈의 체결을 통해 고정 플레이트(40) 및 지지 플레이트(30)가 버스바(20a)를 사이에 두고 상호 결속 및 결합될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 상기 체결돌기(411)가 지지 플레이트(30)의 적어도 일부에 접촉되어 체결 및 결합 될 수 있는 방식이면 충분하다.
위와 같이, 상기한 고정 플레이트(40)는 버스바(20a)의 돌출부(22a)를 제외한 나머지 부분을 모두 둘러싸는 형태로 형성될 수 있고, 플라스틱 등의 절연재질로 형성됨에 따라 배터리 모듈(1) 사용 시 버스바(20a) 주변의 타 구성품과의 전기적 연결 가능성을 미리 차단해줄 수 있다.
한편, 상기 고정 플레이트 몸체(41)의 버스바(20a) 측 측면에는 버스바(20a) 측으로 돌출된 적어도 하나의 삽입돌기(45)가 형성될 수 있다. 이 때, 버스바(20a)는 플레이트(21a)에서 상기 삽입돌기(45) 위치에 대응되는 위치에 형성되고 상기 삽입돌기(45)에 의해 관통되는 적어도 하나의 관통홀(26a)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지 플레이트(30)는 지지 플레이트 몸체(31)상에 형성되어 상기 삽입돌기(45)가 삽입 가능하고, 삽입돌기(45)의 삽입 상태에서 상기 삽입돌기(45)와 결합될 수 있는 적어도 하나의 체결홀(34)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입돌기(45), 관통홀(26a) 및 체결홀(34)은 각각이 고정 플레이트 몸체(41), 플레이트(21a) 및 지지 플레이트 몸체(31) 각각에서 상호 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 삽입돌기(45)는 버스바 노출홀(42)의 인접한 위치에 형성될 수 있고, 이에 대응하여, 상기 관통홀(26a)은 홀(23a)의 인접한 위치에, 상기 체결홀(34)은 지지홀(32)의 인접한 위치에 형성될 수 있다.
더 구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 고정 플레이트(40), 버스바(20a) 및 지지 플레이트(30)가 결합된 경우, 상기 삽입돌기(45)는 버스바(20a)의 관통홀(26a)을 관통하여 지지 플레이트(30)의 체결홀(34)에 삽입될 수 있다. 이 때, 상기 체결홀(34)에 삽입된 삽입돌기(45) 및 체결홀(34) 각각은 상호 결합됨으로써 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)가 결합될 수 있고, 상기 버스바(20a)의 위치를 고정시킬 수 있다.
또한, 삽입돌기(45)가 관통홀(26a)을 통해 체결홀(34)에 삽입된 상태에서 상기 삽입돌기(45)가 열 융착됨에 따라 지지 플레이트 몸체(31)의 일면에 부착될 수 있고, 이를 통해, 상기 고정 플레이트(40), 버스바(20a) 및 지지 플레이트(30)는 상호 결속됨으로써 버스바(20a)의 위치는 안정적으로 고정 및 지지 될 수 있다.
한편, 상기 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)는 복수개의 전지 셀(11) 적층체의 적층 방향 단면적에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 이를 통해, 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)의 부피에도 불구하고, 배터리 모듈(1)의 불필요한 부피를 최소화 할 수 있는 바, 배터리 모듈(1)의 에너지 밀도를 저해하지 않는 범위에서 버스바(20a) 및 전극 탭(12)을 고정 지지할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 전기적 연결상태를 정면에서 나타낸 도면이고, 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 전기적 연결상태를 배면에서 나타낸 도면이다(즉, 도면상 도 11a의 좌측단의 이차 전지(10)는 도 11b의 우측단의 이차 전지(10)이다).
도 11a 및 11b를 참조하면, 2개 이상의 이차 전지(10)가 상기 버스바(20a)를 통해 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(100)로 군집될 수 있고, 상기 병렬집합체(100)는 복수개 구비되어 상호 직렬 연결됨으로써 배터리 모듈(1)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 도 11a에 도시된 바와 같이, 전방에서 봤을 때 이차 전지(10) 3개의 (+)극이 버스바(20a)를 통해 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(100a)로 형성될 수 있고, 상기 병렬집합체(100a)는 (-)극이 병렬 연결된 병렬집합체(100b)와 나란히 배치되어 상호 직렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 복수개 이차 전지(10)의 일 방향을 기준으로 상호 상이한 전극의 병렬집합체(100a, 100b) 4개가 구비되어 버스바(20a)를 통해 직렬 연결될 수 있다. 즉, 총 12개의 이차 전지(10)가 상호 연결될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 이차 전지(10) 2개가 동일한 전극으로 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(100)로 형성되고, 상기 병렬집합체(100)가 상호 상이한 전극을 일 측으로 복수개 구비되어 직렬 연결되며 하나의 배터리 모듈(1)을 형성할 수도 있다.
위와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 하나의 병렬집합체(100)를 구성할 이차 전지(10) 개수를 자유롭게 선택할 수 있고, 직렬 연결될 병렬집합체(100)의 개수 역시 자유롭게 선택 가능한 바, 배터리 모듈(1)의 구성 자유도를 향상시킬 수 있고, 이는 단순히 버스바(20a)에 형성되는 홀(23a)의 개수를 달리하는 것으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20a)는 플레이트(21a)의 적어도 일부에 형성된 전압 센싱 연결부(200a)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전압 센싱 연결부(200a)는 상기 병렬집합체(100)의 전압 측정을 위한 전압 센싱 모듈(미도시 됨) 등에 연결될 수 있다. 이 때, 상기 전압 센싱 모듈은 배터리 모듈(1) 외측에 위치된 전압 센싱 회로, 배터리 관리 모듈 등 상기 병렬집합체(100)의 전압 상태를 측정 및 확인할 수 있는 구성일 수 있다.
한편, 후술할 전극 탭(12) 용접 과정에서 레이저는 전극 탭(12)의 말단면에 일정한 간격을 두어 행해질 수 있고, 그에 따라 전극 탭 용접부(123)는 상호 소정 간격을 두어 복수개 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 후술할 도 16(b)에 도시된 바와 같이, 레이저는 전극 탭(12)의 말단면에 연속적으로 조사될 수도 있고, 그에 따라 전극 탭 용접부(123)는 일직선의 연속된 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 도 11의 버스바(20a)에는 상술한 터미널부(25a)가 도시되지 않았으나, 도 11은 복수개 이차 전지(10)의 전기적 연결 관계를 설명하기 위한 것으로, 이를 생략하였을 뿐, 복수개의 버스바(20a) 중 양 끝단의 버스바(20a)의 적어도 일부에는 터미널부(25a)가 돌출 형성될 수 있다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20b)의 단면을 나타낸 도면이다. 도 12a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20b)의 단면을 나타낸 도면이고, 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20b)의 홀(23b)에 전극 탭(12)이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20b)의 돌출부(22b)는 테이퍼 진 단면 형상을 포함할 수 있다. 돌출부(22b)는 플레이트(21b)에서 홀(23b)측으로 볼록하게 형성되는데, 이때 돌출부(22b)가 경사를 가지고 형성될 수 있다. 돌출부(22b)는 돌출부(22b)의 내부 공간의 단면이 홀(23b)에 가까워 질수록 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다. 이는, 전극 탭(12)을 삽입할 때, 경사에 의해 전극 탭(12)이 홀(23b)에 삽입되도록 유도하는 기능을 할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20c)를 나타낸 도면이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20c)는 플레이트(21c) 및 홀(23c)을 포함할 수 있다. 버스바(20c)는 플레이트(21c)에 기 결정된 간격을 가지고 형성되는 복수개의 홀(23c)을 포함하고, 플레이트(21c)와 용접되는 전지 셀(11)의 개수에 대응하여 플레이트(21c)의 면적 등의 크기가 결정될 수 있다. 이와 관련한 구체적인 내용은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20a)와 동일한 바, 구체적인 설명은 생략한다.
이 때, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플레이트(21c)는 탭 연결부(22c)를 포함할 수도 있다. 탭 연결부(22c)는 각각의 홀(23c) 외주연에서 전극 탭(12)이 돌출된 방향으로 돌출되어 형성되며, 이 후 레이저 용접에 의한 전지 셀(11)간의 전기적 연결 시 레이저(L)에 의해 용융된 전극 탭(12)이 탭 연결부(22c)에 닿아 버스바(20c)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 플레이트(21c)에 탭 연결부(22c)가 형성됨에 따라, 전지 셀(11) 간 전기적 연결을 위한 레이저(L) 조사 시 레이저(L)의 반사광을 최소화 할 수 있다. 이로 인해, 레이저(L)의 에너지가 분산되는 것을 방지할 수 있으며, 용접 시 특정 에너지의 레이저(L)를 일정하게 조사할 수 있게 됨으로써, 용접 과정에서의 공정 오차를 줄이고 배터리 모듈(1)의 생산 속도를 향상 시킬 수 있다.
도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(20c)의 단면을 나타낸 도면이며, 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바(20c)의 홀(23c)에 전극 탭(12)이 삽입된 것을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 14b에 따르면 전지 셀(11)이 지면에 수직하게 배치되고 전지 셀(11)의 외측에서 버스바(20c)가 전극 탭(12)에 안착될 수 있다. 본원에서는 본 도면을 기준으로 설명하되, 전지 셀(11)이 지면에 평행하게 배치되고 그에 따라 버스바(20c)의 위치도 변경될 수 있음은 통상의 기술자에 자명할 것이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 홀(23c)의 깊이(L6)는 전극 탭(12)의 길이(L1)에 대응하여 형성될 수 있고, 버스바(20c)의 일측에서 삽입된 전극 탭(12)은 버스바(20c)의 타측으로 돌출될 수 있다. 이 때, 후술할 용접 단계에서 레이저(L)를 전극 탭(12)의 길이(L1) 방향(d1) 중심축에 대하여 경사지게 조사하고 버스바(20c)는 조사하지 않은 채 전극 탭(12)만을 조사하여 용접하는 것이 가능해지도록, 전극 탭(12)은 탭 연결부(22c)의 외측 끝단으로부터 약 1mm 이상 돌출되는 것이 바람직하다. 반면, 전극 탭(12)이 지나치게 많이 돌출될 경우 용접 시 레이저(L)를 반복해서 조사해야 하거나 전극 탭(12)이 충분히 녹지 않아 전극 탭(12)과 버스바(20c)와의 연결이 원활하지 않을 수 있는 바, 전극 탭(12)은 대략 3mm 이하로 돌출됨이 바람직할 것이다.
또한, 전극 탭(12)에는 벤딩부(121)가 형성될 수도 있다. 이 때, 벤딩부(121)는 전극 탭(12)의 기 결정된 부위를 벤딩하는 방식으로 형성될 수 있다. 벤딩부(121)는 전극 탭(12)의 기 결정된 부위가 휘어져서 형성되는 것에 한정되지 않고, 전극 탭(12)의 기 결정된 부위에 돌출된 부분이 형성될 수도 있으며, 그 밖의 벤딩부(121)가 형성될 수 있는 것을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 벤딩부(121)에 관한 구체적인 내용은 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 탭(12)과 동일한 바, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 명세서에서 서술된 전극 탭 벤딩부(121), 지지 플레이트(30), 고정 플레이트(40) 및 병렬집합체(100) 연결 구조 등은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)과 공통되는 특징으로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 모듈(1)은 복수개의 전지 셀(11)이 적층되고, 복수개의 전지 셀(11) 각각에 포함되는 전극 탭(12)이 복수개의 홀(23c)이 형성된 플레이트(21c)의 일측에서 삽입되어 복수개의 홀(23c) 중 적어도 일부에 배치되고, 복수개의 전지 셀(11)이 서로 전기적으로 연결됨으로써 제조될 수 있다.
이 때, 복수개의 전지 셀(11)은 레이저 용접에 의해 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 상술한 바와 같이 레이저(L)는 전극 탭(12)에만 조사될 수도 있다. 위와 같이, 버스바(20c)는 조사하지 않은 채 전극 탭(12)만을 조사하여 용접하는 경우, 전극 탭(12)이 충분히 녹은 후 버스바(20c)와 연결됨을 확인할 수 있다. 그에 따라, 종래의 연결하고자 하는 두 모재를 녹여 용접하는 방법과 달리, 특정 부분은 연결되고 일부는 용접되지 않는 문제를 최소화 할 수 있으며, 나아가, 용접 상태를 육안으로 확인할 수 있어 배터리 모듈(1)의 품질 및 생산 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 용접은 전극 탭(12)의 말단면에 일정한 간격을 두어 행해질 수 있고, 레이저(L)가 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 그 원들의 중심이 전극 탭(12) 말단면의 길이(L5) 방향(d2) 축(122)을 따라 위치될 수 있다. 위와 같이, 원형이 반복되며 중첩되어 진행되는 와블형식(wobble type) 용접을 통해 전극 탭(12)의 용접부위를 균일하게 녹일 수 있고, 특히, 고열에 취약한 전지 셀(11)에 포함되는 전극 탭(12)에 대한 용접 과정에서 배터리 모듈(1) 제조 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 복수개의 전지 셀(11) 및 버스바(20c) 사이에 지지 플레이트(30)가 배치될 수 있고, 전극 탭(12)은 지지 플레이트(30)의 지지홀(32)을 관통하여 위치될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 탭(12)은 지지 플레이트(30)의 지지홀(32)을 관통한 상태로 상기 플레이트(21c)의 일측에서 삽입됨으로써 복수개의 홀(23c) 중 적어도 일부에 배치될 수 있다.
이 때, 상기 전극 탭(12)은 밴딩 또는 절곡되어 형성된 벤딩부(121)를 포함할 수 있고, 상기 벤딩부(121)가 지지홀(32) 외주면의 일측에 밀착됨으로써 전극 탭(12)이 고정 지지될 수 있다.
또한, 상술한 도 10에 도시된 바와 같이, 버스바(20a)의 타측에 고정 플레이트(40)가 배치될 수 있고, 버스바(20a)는 고정 플레이트(40) 및 지지 플레이트(30)가 상호 결속됨으로써 그 위치가 고정 지지될 수 있다.
구체적으로, 고정 플레이트(40)의 지지 플레이트(30) 측면에는 고정 플레이트 몸체(41)의 적어도 일부가 돌출된 복수개의 삽입돌기(45)가 형성될 수 있고, 상기 지지 플레이트 몸체(31)의 적어도 일부에는 상기 삽입돌기(45)에 대응되는 복수개의 체결홀(34)이 형성될 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이, 삽입돌기(45)가 체결홀(34)에 삽입되어 융착됨으로써 고정 플레이트(40) 및 지지 플레이트(30)가 버스바(20a)를 사이에 두고 상호 결속될 수 있고, 상기 버스바(20a)의 위치는 고정 지지될 수 있다.
한편, 홀(23a) 및 후술할 돌출부(22a)는 고정 플레이트(40)의 버스바 노출홀(42)을 통해 외부로 노출될 수 있는 바, 작업자는 전극 탭(12) 및 버스바(20a) 용접 간 용접선을 용이하게 추적할 수 있다.
상기 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)에 대한 구체적인 내용은 상술한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)과 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20a)의 플레이트(21a)에는 홀(23a)이 형성되는 위치에 돌출부(22a)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 돌출부(22a)는 돌출부(22a)의 일측에서 전극 탭(12)이 진입하는 진입 공간의 너비(L4)가 홀(23a)에 가까워 질수록 감소하며 형성될 수 있고, 상술한 전극 탭(12)의 플레이트(21a)상의 홀(23a) 삽인 간 전극 탭(12)의 삽입을 유도하여 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바(20b)의 플레이트(21b)에는 홀(23b)이 형성되는 위치에 돌출부(22b)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 돌출부(22b)는 홀(23b) 측으로 테이퍼 진 단면 형상을 포함하여 형성될 수 있고, 홀(23b) 전체가 테이퍼 진 단면 형상으로 형성됨에 따라 전극 탭(12)이 홀(23b)에 삽입되는 과정에서 전극 탭(12)의 삽입을 유도하여 용이하게 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 돌출된 전극 탭(12)에 레이저 용접이 행해지는 위치를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 배터리 모듈(1)은 복수개의 전지 셀(11)이 적층되고, 복수개의 전지 셀(11) 각각에 포함되는 전극 탭(12)이 복수개의 홀(23c)이 형성된 플레이트(21c)의 일측에서 삽입되어 복수개의 홀(23c) 중 적어도 일부에 플레이트(21c)의 타측으로 돌출되게 배치되고, 복수개의 전지 셀(11)이 서로 전기적으로 연결됨으로써 제조될 수 있다.
또한, 플라스틱 등의 절연재질로 형성된 버스바 보조부재(24)를 더 포함할 수 있다. 상기한 버스바 보조부재(24)는 탭 연결부(22c)를 제외한 나머지 부분을 모두 둘러싸는 형태로 형성될 수 있어 배터리 모듈(1) 사용 시 버스바(20c) 주변의 타 구성품과의 전기적 연결 가능성을 미리 차단해줄 수 있다.
또한, 전극 탭(12)은 복수개의 홀(23c)이 형성된 플레이트(21c)의 일측에서 삽입되어 플레이트(21c)의 타측으로 돌출되게 배치될 수 있다. 이 때, 상기 전극 탭(12)은 상술한 바와 같이 홀(23c)의 외측 끝단으로부터 1 내지 3mm로 돌출되어 배치될 수 있다.
한편, 복수개의 전지 셀(11)은 레이저 용접에 의해 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 상술한 바와 같이 레이저(L)는 전극 탭(12)에만 조사될 수도 있다. 위와 같이, 버스바(20c)는 조사하지 않은 채 전극 탭(12)만을 조사하여 용접하는 경우, 종래에 연결하고자 하는 두 모재를 녹여 용접하는 방법에 비해 특정 부분은 연결되고, 일부는 용접되지 않는 문제를 최소화 할 수 있으며, 또한 용접 상태를 육안으로 확인할 수 있어 배터리 모듈(1)의 품질 및 생산 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 16 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전극 탭(12)에 레이저 용접이 행해지는 모습을 나타내는 도면이다.
도 16 (a) 및 (b)를 참조하면, 용접은 전극 탭(12)의 말단면에 일정한 간격을 두어 행해질 수 있고, 도 16의 확대도는 용접이 통상적인 레이저 용접과 같이 일직선으로 행해지지 않고 레이저(L)가 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 그 원들의 중심이 전극 탭(12) 말단면의 길이(L5) 방향(d2) 축(122)을 따라 위치됨을 나타낸다. 위와 같이, 원형이 반복되며 중첩되어 진행되는 와블형식(wobble type) 용접을 통해 전극 탭(12)의 용접부위를 균일하게 녹일 수 있고, 특히, 정밀한 용접에 효과적으로 적용할 수 있어, 고열에 취약한 전지 셀(11)에 포함되는 전극 탭(12)에 대한 용접 과정에서 배터리 모듈(1) 제조 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 용접은 일정한 간격을 두어 행해지는 것에 한정되지 않고, 도 16(b)에 도시된 바와 같이, 레이저(L)는 전극 탭(12)의 말단면에 연속적으로 조사될 수도 있고, 그에 따라 전극 탭 용접부(123)는 일직선의 연속된 형상으로 형성될 수도 있다.
도 17 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전극 탭(12)의 길이 방향(d1)에 대해 각도(θ)를 형성하며 레이저(L)가 조사되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 17 (a) 및 (b)를 참조하면, 레이저(L)는 홀(23c)에 삽입되어 돌출된 전극 탭(12)의 길이(L1) 방향(d1) 중심축에 대하여 경사지게 조사될 수 있다. 이에 따라, 만약 전극 탭(12)의 말단면에 수직하게 조사될 경우, 용접 시 오차로 인해 전지 셀(11)에 직접 레이저(L)가 조사되고 사고로 이어질 수 있는 가능성을 최소화 할 수 있고, 또한, 레이저(L)가 경사지게 조사됨에 따라, 전극 탭(12) 말단면의 용접과정을 육안으로 확인할 수 있어 배터리 모듈(1)의 품질 및 생산 속도 향상을 가능케 한다. 다만, 필요에 따라, 레이저(L)는 전극 탭(12) 말단면에 수직하게 조사될 수도 있다.
한편, 이 때, 레이저(L)는 도 17(a)에 도시된 바와 같이, 전극 탭(12) 말단면에 조사될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 전극 탭(12)의 재질에 따라 도 17(b)에 도시된 바와 같이 전극 탭(12)의 일 측면에 조사될 수도 있다. 나아가, 경우에 따라 버스바(20c) 주위에 조사될 수도 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 배터리 모듈
10 : 이차 전지
100, 100a, 100b : 병렬집합체
11 : 전지 셀
12 : 전극 탭
121 : 벤딩부
122 : 탭 말단면의 길이방향 축
123 : 전극 탭 용접부
124 : 테라스부
125 : 절연부
126 : 전극 탭부
127 : 챔퍼부
20a, 20b, 20c : 버스바
21a, 21b, 21c : 플레이트
22a, 22b : 돌출부
22c : 탭 연결부
23a, 23b, 23c : 홀
24 : 버스바 보조부재
25a : 터미널부
26a : 관통홀
200a : 전압 센싱 연결부
30 : 지지 플레이트
31 : 지지 플레이트 몸체
32 : 지지홀
33 : 고정부재 삽입홈
34 : 체결홀
40 : 고정 플레이트
41 : 고정 플레이트 몸체
411 : 체결돌기
42 : 버스바 노출홀
43 : 고정부재
44 : 터미널 지지홀
45 : 삽입돌기
L1 : 전극 탭의 길이
L2 : 홀의 폭
L3 : 홀 및 전극 탭 간의 간극
L4 : 전극 탭 진입 공간의 너비
L5 : 전극 탭 말단면의 길이
L6 : 홀의 깊이
L7 : 전극 탭 중 벤딩부 외측의 벤딩되지 않은 부분의 길이
T1 : 전극 탭 두께
d1 : 전극 탭의 길이방향
d2 : 전극 탭 말단면의 길이방향
L : 레이저
θ : 각도

Claims (8)

  1. 전극 탭을 포함하는 전지 셀을 복수로 구비하고, 복수의 홀이 형성된 플레이트를 갖는 버스바를 구비하는, 구비 단계;
    상기 복수의 홀에 상기 복수의 전극 탭을 각각 삽입하는, 버스바 삽입 단계; 그리고
    상기 복수의 전극 탭을 상기 복수의 홀에 각각 접합하는, 접합 단계를 포함하는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합 단계는 레이저 용접에 의해 이루어지는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접합 단계는 와블(wobble) 용접에 의해 이루어지는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와블용접은, 상기 복수의 전극 탭의 말단면 길이방향의 축을 따라 이루어지는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 삽입 단계는,
    상기 복수의 전극 탭을 상기 플레이트의 일측에서 상기 복수의 홀에 삽입시키되, 상기 복수의 전극 탭을 상기 플레이트의 타측으로 돌출되도록 하는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구비 단계는,
    상기 복수의 홀에 대응되는 복수의 지지홀이 형성된 지지 플레이트를 구비하는 단계를 포함하고,
    상기 구비 단계와 상기 버스바 삽입 단계의 사이에 수행되며, 상기 복수의 지지홀에 상기 복수의 전극 탭을 각각 삽입하는, 지지 플레이트 삽입 단계를 더 포함하는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는,
    외면에 절연물질이 코팅되거나 절연재질로 형성되는,
    배터리 모듈 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구비 단계는,
    상기 복수의 홀에 대응되는 복수의 버스바 노출홀이 형성된 고정 플레이트를 구비하는 단계를 포함하고,
    상기 버스바 삽입 단계와 상기 접합 단계의 사이에 수행되며, 상기 복수의 버스바 노출홀에 상기 복수의 전극 탭을 각각 삽입하는, 고정 플레이트 삽입 단계를 더 포함하는,
    배터리 모듈 제조 방법.

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