KR20230034924A - 원통형 이차전지 모듈, 이를 포함하는 이차전지 팩 및 자동차 - Google Patents
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Abstract
원통형 이차전지 모듈, 이를 포함하는 이차전지 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈은, 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 복수의 원통형 이차전지 셀들; 복수의 원통형 이차전지 셀들이 배치되는 셀 프레임; 및 복수의 원통형 이차전지 셀들 각각에 결합되며, 복수의 용접부들이 형성된 버스바를 포함하며, 복수의 용접부들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부들끼리 용접되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 원통형 이차전지 모듈, 이를 포함하는 이차전지 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접 품질을 향상시켜 고온 진동에서도 내구성이 확보될 수 있는 원통형 이차전지 모듈, 이를 포함하는 이차전지 팩 및 자동차에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 이차전지 셀과, 이차전지 셀을 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
일반적으로, 이차전지는 이차전지 셀이 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류될 수 있으며, 원통형 이차전지는 복수의 이차전지 셀들을 직렬 또는 병렬 연결하여 이차전지 모듈 형태로 사용될 수 있다.
원통형 이차전지는 버스바가 이차전지 셀들 각각에 용접으로 결합되는데, 이차전지 셀의 전극 단자의 변형을 최소화시킬 수 있도록 통상적으로 저항 용접이 사용되고 있다.
저항 용접은 용접봉으로 버스바와 전극 단자를 가압하면서 전류를 흘려 저항에 의해 발생된 열로 버스바를 부분 용융시켜 버스바와 전극 단자를 접합되는 용접 방식이다.
여기서, 저항 용접은 선행기술문헌 대한민국 공개번호 제10-2021-0054790호에 기재된 바와 같이 도 1의 2 포인트 용접 방식과, 도 4의 4 포인트 용접 방식이 있다.
하지만, 2 포인트 용접 방식은 이차전지의 충방전시와 같은 고온 조건에서, 또는, 자동차 운행과 같은 진동 조건에서 버스바의 용접부에 파단이 용이하게 발생되는 문제점이 있다.
그리고, 종래 4 포인트 용접 방식은 서로 가깝게 위치한 2개의 포인트를 각각 용접하는 것으로, 2 포인트 용접 방식에 비해 무효 전류가 증가하여 모재 표면에 날림이 발생할 뿐만 아니라, 용접 후 표면이 녹아서 굳게 되는 용접 너깃의 불균형 성장 현상이 발생하는 문제점이 있다.
구체적으로 설명하면, 버스바의 용접 포인트가 서로 가까운 경우 전류는 저항이 상대적으로 작은 버스바의 둘레 표면으로 흐르게 되면서 용접에 기여하지 못하는데, 이와 같이 용접에 기여하지 못하는 전류를 무효 전류라고 한다.
저항 용접시 무효 전류가 증가하면 용접 품질이 나빠져 쉽게 떨어지는 문제점이 있으므로 무효 전류를 감소시킬 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무효 전류를 감소시켜 용접 품질을 향상시키고 버스바가 고온 진동이나 충격으로부터 손상되는 것을 방지하는 원통형 이차전지 모듈, 이를 포함하는 이차전지 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 복수의 원통형 이차전지 셀들; 상기 복수의 원통형 이차전지 셀들이 배치되는 셀 프레임; 및 복수의 원통형 이차전지 셀들 각각에 결합되며, 복수의 용접부들이 형성된 버스바를 포함하며, 상기 복수의 용접부들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부들끼리 용접되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈이 제공될 수 있다.
그리고, 상기 버스바에는 4개의 용접부들이 형성되며, 4개의 용접부들 중 제1 대각선 방향의 직선 상에 위치한 제1 용접부 및 제3 용접부가 서로 용접되고, 4개의 용접부들 중 제2 대각선 방향의 직선 상에 위치한 제2 용접부 및 제4 용접부가 서로 용접되도록 마련될 수 있다.
또한, 제1 용접부와 제3 용접부를 연결하는 직선인 제1 대각선 방향의 직선과, 제2 용접부와 제4 용접부를 연결하는 직선인 제2 대각선 방향의 직선은 서로 직교하도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 용접부들의 용접은 임의의 제1 방향으로 제1 전압이 걸려 1차 용접이 이루어진 후 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 제2 전압이 걸려 2차 용접이 이루어지도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 크기가 상이하게 마련될 수 있다.
그리고, 상기 2차 용접을 위한 상기 제2 전압의 크기가 상기 1차 용접을 위한 상기 제1 전압의 크기보다 크게 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 공급 시간이 상이하게 마련될 수 있다.
그리고, 상기 2차 용접을 위한 상기 제2 전압의 공급 시간이 상기 1차 용접을 위한 상기 제1 전압의 공급 시간보다 크게 마련될 수 있다.
또한, 상기 용접부는 상기 버스바에 형성된 돌기로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 원통형 이차전지 모듈을 포함하는 이차전지 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 원통형 이차전지 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 용접부들 사이의 간격을 증대시켜 무효 전류를 감소시키며, 이에 의해, 용접 품질을 향상시키고 버스바가 고온 진동이나 충격으로부터 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈에서 이차전지 셀과 버스바의 용접 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 용접 방식에 따른 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 용접 방식에 따른 실제 실험 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6과의 비교 실험 그래프를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈에서 이차전지 셀과 버스바의 용접 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 용접 방식에 따른 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 용접 방식에 따른 실제 실험 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6과의 비교 실험 그래프를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이며, 도 3은 도 1의 A 부분의 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈에서 이차전지 셀과 버스바의 용접 방식을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 용접 방식에 따른 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈(10)은, 복수의 원통형 이차전지 셀(100)들과, 셀 프레임(200)과, 버스바(300)를 포함한다.
원통형 이차전지 셀(100)은 전극 조립체, 예를 들어 젤리-롤 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 함께 전해액이 수용되는 원통형의 전지 케이스와, 전지 케이스에 형성된 전극 단자(110), 예를 들어 전지 케이스의 상부에 형성된 양극 단자와, 전지 케이스의 하부에 형성된 음극 단자를 포함한다.
전극 조립체는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 적층되어 젤리-롤 형태로 감긴 구조일 수 있으며, 양극에는 양극 리드가 부착되어 전지 케이스의 예를 들어 상부의 양극 단자에 접속되고, 음극에는 음극 리드가 부착되어 전지 케이스의 예를 들어 하부의 음극 단자에 접속된다.
그리고 전극 조립체의 중심부에는 원통형의 센터핀이 삽입될 수 있다. 이러한 센터핀은 전극 조립체를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로 기능할 수 있다.
여기서, 전지 케이스 내부, 예를 들어, 탑캡의 하부에는 전지 케이스 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배출시키기 위한 안전벤트가 구비될 수 있다.
복수의 원통형 이차전지 셀(100)은 다양한 방식에 의해 직렬 내지 병렬 연결되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 원통형 이차전지 셀(100)의 양극 단자와 음극 단자 각각에 버스바(300)가 연결되어 직렬 내지 병렬 연결될 수 있다.
셀 프레임(200)은 복수의 원통형 이차전지 셀(100)들이 각각 배치되도록 다양한 형상과 재질로 마련된다. 셀 프레임(200)은 소정의 강성을 유지하기 위해 메탈 재질을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
버스바(300)는 복수의 원통형 이차전지 셀(100)들 각각에 결합된다. 버스바(300)는 전기가 통하는 다양한 재질로 제작될 수 있으며, 예를 들어, 구리 또는 다양한 종류의 구리 합금으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 버스바(300)는 주석이 도금된 구리 합금으로 제작될 수 있지만, 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 버스바(300)에는 복수의 용접부(310)들이 형성된다. 여기서, 용접부(310)는 버스바(300)에 돌출되게 형성된 돌기로 마련될 수 있다. 그리고, 복수의 용접부(310)들은 예를 들어, 저항 용접으로 원통형 이차전지 셀(100)에 결합될 수 있다. 여기서, 복수의 용접부(310)들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부(310)들끼리 용접되도록 마련된다.
도 1 내지 도 3을 예를 들어 설명하면, 버스바(300)에는 4개의 용접부(310)들이 형성될 수 있다. 다만, 복수의 용접부(310)들의 개수가 4개에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 4개의 용접부(310)들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부(310)들끼리 용접될 수 있도록 4개의 용접부(310)들 중 제1 대각선 방향의 직선(400) 상에 위치한 제1 용접부(311)와 제3 용접부(313)가 서로 용접된다.
또한, 4개의 용접부(310)들 중 제2 대각선 방향의 직선(500) 상에 위치한 제2 용접부(312)와 제4 용접부(314)가 서로 용접된다. 여기서, 4개의 용접부(310)들을 직선으로 연결하면 정사각형 형상이 그려지도록 4개의 용접부(310)들이 배치될 수 있다. 또는 4개의 용접부(310)들을 직선으로 연결하여 직사각형 형상 내지 마름모 형상이 그려지도록 4개의 용접부(310)들이 배치될 수도 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 제1 용접부(311)는 제1 용접부(311)로부터 대각선상으로 가장 멀리 떨어진 위치에 있는 제3 용접부(313)와 용접되고, 제2 용접부(312)는 제2 용접부(312)로부터 대각선상으로 가장 멀리 떨어진 위치에 있는 제4 용접부(314)와 용접된다.
이와 같이, 4개의 용접부(310)들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부(310)들, 즉, 가장 멀리 떨어져 있는 용접부(310)들끼리 용접하게 되면 무효 전류가 감소하한다.
그리고, 용접을 위해 공급된 전류 중 무효 전류가 감소한 만큼 용접에 기여하는 유효 전류가 상대적으로 증가하며, 이에 의해 용접 품질이 향상되어 용접 부위의 파손이 방지된다.
한편, 제1 용접부(311)와 제3 용접부(313)를 연결하는 직선인 제1 대각선 방향의 직선(400)과, 제2 용접부(312)와 제4 용접부(314)를 연결하는 직선인 제2 대각선 방향의 직선(500)은 서로 직교하도록 마련될 수 있다.
이와 같이, 제1 대각선 방향의 직선(400)과 제2 대각선 방향의 직선(500)이 서로 직교하도록 마련되면 4개의 용접부(310) 사이의 거리에 균형이 이루어져 균일한 용접이 가능해진다.
도 4를 참조하면, 버스바(300)의 용접부(310)와 전극 단자(110)가 용접봉(800)에 의해 가압되면서 용접이 이루어지는데, 이때 용접부(310)들의 용접은 임의의 제1 방향으로 제1 전압(610)이 걸려 1차 용접이 이루어진 후 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 제2 전압(710)이 걸려 2차 용접이 이루어지도록 마련된다.
예를 들어, 제1 차 용접은 도 4를 기준으로 좌측이 + 극이고 우측이 - 극으로 마련된 제1 전압(610)이 걸리며, 제1 방향, 즉, 도 4에서 좌측으로부터 우측으로 제1 전류(620)가 흐르면서 이루어진다.
그리고, 제1 차 용접 후 제2 차 용접이 이루어지는데, 제2 차 용접은 도 4를 기준으로 우측이 + 극이고 좌측이 - 극으로 마련된 제2 전압(710)이 걸리며, 제2 방향, 즉, 도 4에서 우측으로부터 좌측으로 제2 전류(720)가 흐르면서 이루어진다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈(10)은 첫번째 용접 후 전압의 극성이 반대로 전환되어 두번째 용접이 이루어지며, 이와 같은 극성 전환 방식의 용접에 의해 용접부(310) 전체에 걸쳐 균형 있는 접합이 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 극성 전환 방식의 용접에서 첫번째 용접의 제1 전압(610)과, 제1 전압(610)으로부터 극성이 반대로 전환된 두번째 용접의 제2 전압(710)은 크기가 상이하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 크기가 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 크기보다 크게 마련될 수 있다.
전압 관련 하나의 실시예로 도 5를 참조하면, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 절대크기는 5.0 볼트이지만, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 절대크기는 5.4 볼트이다. 도 5에서는 볼트가 V로 표시되어 있다.
만약, 버스바(300)와 전극 단자(110)가 용접되지 않은 상태에서 1차 용접부(310)부터 큰 전압으로 용접하게 되면 용접 표면에 날림이 발생하면서 용접이 불안정해질 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 1차 용접은 2차 용접보다 상대적으로 작은 전압으로 진행한다. 그리고, 1차 용접에 의해 버스바(300)와 전극 단자(110) 사이에 어느 정도 접합이 이루어지면 2차 용접에서는 1차 용접보다 큰 전압을 사용하더라도 용접 표면의 날림없이 안정적으로 용접이 가능해진다.
즉, 전술한 바와 같이, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 크기가 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 크기보다 크게 마련되면 용접 표면의 날림 발생을 방지하고 안정적으로 용접이 가능해지는 효과가 있다.
다만, 도 5에서의 전압의 크기는 하나의 실시예로 상기 전압의 크기에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 도 5에서 2차 용접이 -5.4 볼트로 표시된 것은 1차 용접과 반대 방향으로 전압이 걸려 있음을 의미한다.
도 6은 도 4의 용접 방식에 따른 실제 실험 그래프를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이고, 도 8은 도 6과의 비교 실험 그래프를 도시한 도면이며, 도 9는 도 8의 실험에 따른 결과 데이터를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 실제 실험에서, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 절대크기는 4.4 볼트이고, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 절대크기는 4.8 볼트이며, 제1 전압(610)의 절대크기와 제2 전압(710)의 절대크기가 상이하다. 도 6에서도 도 5에서와 마찬가지로 볼트가 V로 표시되어 있다.
도 6의 실제 실험의 결과 데이터인 도 7을 참조하면, 가압력이 3.8kgf인 경우 인장력의 최대값은 22.42kgf이고, 최소값은 16.38kgf이며, 평균값은 19.55kgf이다. 여기서, 가압력은 용접시 용접부에 가해지는 힘이고, 인장력은 용접 완료 후 용접부를 분리시키기 위해 잡아당길 때 필요한 힘이다. 인장력이 높다는 것은 용접 부분의 결합력이 높다는 것으로 용접부의 기계적 특성이 향상된다는 것을 의미한다. 여기서, 상기 인장력은 용접 완료 후 기계적 테스트, 예를 들어 용접부를 기계적으로 뜯어내는 테스트를 통해 측정된 값이다.
도 8을 참조하면, 실제 실험에서, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 절대크기와 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 절대크기가 4.8 볼트로 동일하다. 도 8에서도 도 5에서와 마찬가지로 볼트가 V로 표시되어 있다.
도 8의 실제 실험의 결과 데이터인 도 9를 참조하면, 가압력이 3.8kgf인 경우 인장력의 최대값은 18.20kgf이고, 최소값은 12kgf이며, 평균값은 16.1kgf이다.
도 7 및 도 9를 비교하면, 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 절대크기가 동일한 경우보다 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 절대크기가 서로 다른 경우에서 인장력이 더 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 절대크기가 서로 다른 경우, 특히 제2 전압(710)의 절대크기가 제1 전압(610)의 절대크기 보다 큰 경우 용접부의 기계적 특성이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 전술한 극성 전환 방식의 용접에서 첫번째 용접의 제1 전압(610)의 공급 시간과, 제1 전압(610)으로부터 극성이 반대로 전환된 두번째 용접의 제2 전압(710)의 공급 시간은 서로 상이하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급 시간이 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급 시간보다 크게 마련될 수 있다. 이는 앞서 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 크기 차이에서 설명한 바와 동일한 이유이다.
공급 시간 관련 하나의 실시예로 도 5를 참조하면, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급 시간은 3.9 밀리세컨드이지만, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급 시간은 4.3 밀리세컨드이다. 도 5에서는 밀리세컨드가 ms로 표시되어 있다.
만약, 버스바(300)와 전극 단자(110)가 용접되지 않은 상태에서 1차 용접부(310)터 미리 설정된 전압으로 오랜 시간동안 용접하면 용접 표면에 날림이 발생하면서 용접이 불안정해질 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 1차 용접은 2차 용접보다 상대적으로 짧은 시간동안 진행한다. 그리고, 1차 용접에 의해 어느 정도 접합이 이루어지면 2차 용접에서는 1차 용접보다 더 긴 시간동안 전압을 사용하더라도 용접 표면의 날림없이 안정적으로 용접이 가능해진다.
즉, 전술한 바와 같이, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급 시간이 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급 시간보다 크게 마련되면 용접 표면의 날림 발생을 방지하고 안정적으로 용접이 가능해지는 효과가 있다.
다만, 도 5에서의 전압의 공급 시간은 하나의 실시예로 상기 전압의 공급 시간에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6을 참조하면, 실제 실험에서, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급시간은 2.5 밀리세컨드이지만, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급 시간은 2.9 밀리세컨드이다. 도 6에서는 도 5에서와 마찬가지로 밀리세컨드가 ms로 표시되어 있다.
그리고, 도 8을 참조하면, 실제 실험에서, 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급시간과 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급시간이 3.3 밀리세컨드로 동일하다. 도 8에서도 도 5에서와 마찬가지로 밀리세컨드가 ms로 표시되어 있다.
도 7 및 도 9를 비교하면, 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 공급시간이 동일한 경우보다 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 공급시간이 서로 다른 경우에서 인장력이 더 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 전압(610)과 제2 전압(710)의 공급시간이 서로 다른 경우, 특히 제2 전압(710)의 공급시간이 제1 전압(610)의 공급시간 보다 큰 경우 용접부의 기계적 특성이 향상됨을 알 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도면들을 참조하면, 버스바(300)에는 돌기로 마련된 용접부(310)가 형성된다. 여기서, 버스바(300)에는 4개의 용접부(310)들이 형성될 수 있으며, 4개의 용접부(310)들은 각각 대각선 방향의 직선 상에 위치한 용접부(310)들끼리 용접될 수 있다. 예를 들어, 제1 용접부(311)와 제3 용접부(313)가 용접되고, 제2 용접부(312)와 제4 용접부(314)가 용접될 수 있다.
이와 같이, 가장 멀리 떨어져 있는 용접부(310)들끼리 용접하면 무효 전류가 감소하게 되고 용접 품질이 향상되어 용접 부위의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 2개의 용접부(310)들끼리 용접시 임의의 방향으로 전류가 흐르도록 첫번째 용접 후 임의의 방향과 반대 방향으로 전류가 흐르도록 전압의 극성이 반대로 전환되어 두번째 용접이 이루어질 수 있다.
이와 같은 극성 전환 방식의 용접에 의해 용접부(310) 전체에 걸쳐 균형 있는 접합이 이루어질 수 있다.
한편, 극성 전환 방식의 용접에서 첫번째 용접의 제1 전압(610)과, 제1 전압(610)으로부터 극성이 반대로 전환된 두번째 용접의 제2 전압(710)은 크기가 상이하도록. 예를 들어, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 크기가 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 크기보다 크게 마련될 수 있다.
또한, 극성 전환 방식의 용접에서 첫번째 용접의 제1 전압(610)의 공급 시간과, 제1 전압(610)으로부터 극성이 반대로 전환된 두번째 용접의 제2 전압(710)의 공급 시간이 상이하도록, 예를 들어, 2차 용접을 위한 제2 전압(710)의 공급 시간이 1차 용접을 위한 제1 전압(610)의 공급 시간보다 크게 마련될 수 있다.
이에 의해, 버스바(300)를 원통형 이차전지 셀(100)에 용접시 용접 표면의 날림 발생을 방지하고 안정적으로 용접이 가능해지는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 이차전지 팩(미도시)은, 이러한 이차전지 모듈 이외에, 이러한 이차전지 모듈을 수납하기 위한 하우징, 이차전지 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 원통형 이차전지 모듈(10) 또는 이차전지 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 이차전지 팩(미도시)에는 상기 원통형 이차전지 모듈(10)이 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 모듈(10) 또는 이차전지 팩(미도시)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 원통형 이차전지 모듈 100 : 원통형 이차전지 셀
200 : 셀 프레임 300 : 버스바
310 : 용접부 311 : 제1 용접부
312 : 제2 용접부 313 : 제3 용접부
314 : 제4 용접부 400 : 제1 대각선 방향의 직선
500 : 제2 대각선 방향의 직선 610 : 제1 전압
620 : 제1 전류 710 : 제2 전압
720 : 제2 전류 800 : 용접봉
200 : 셀 프레임 300 : 버스바
310 : 용접부 311 : 제1 용접부
312 : 제2 용접부 313 : 제3 용접부
314 : 제4 용접부 400 : 제1 대각선 방향의 직선
500 : 제2 대각선 방향의 직선 610 : 제1 전압
620 : 제1 전류 710 : 제2 전압
720 : 제2 전류 800 : 용접봉
Claims (11)
- 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 복수의 원통형 이차전지 셀들;
상기 복수의 원통형 이차전지 셀들이 배치되는 셀 프레임; 및
복수의 원통형 이차전지 셀들 각각에 결합되며, 복수의 용접부들이 형성된 버스바를 포함하며,
상기 복수의 용접부들 중 더 큰 간격으로 이격된 용접부들끼리 용접되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 버스바에는 4개의 용접부들이 형성되며,
4개의 용접부들 중 제1 대각선 방향의 직선 상에 위치한 제1 용접부 및 제3 용접부가 서로 용접되고,
4개의 용접부들 중 제2 대각선 방향의 직선 상에 위치한 제2 용접부 및 제4 용접부가 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제2항에 있어서,
제1 용접부와 제3 용접부를 연결하는 직선인 제1 대각선 방향의 직선과, 제2 용접부와 제4 용접부를 연결하는 직선인 제2 대각선 방향의 직선은 서로 직교하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 용접부들의 용접은 임의의 제1 방향으로 제1 전압이 걸려 1차 용접이 이루어진 후 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 제2 전압이 걸려 2차 용접이 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 크기가 상이한 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 2차 용접을 위한 상기 제2 전압의 크기가 상기 1차 용접을 위한 상기 제1 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 공급 시간이 상이한 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 2차 용접을 위한 상기 제2 전압의 공급 시간이 상기 1차 용접을 위한 상기 제1 전압의 공급 시간보다 큰 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 용접부는 상기 버스바에 형성된 돌기로 마련되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 모듈. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 원통형 이차전지 모듈을 포함하는 이차전지 팩.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 원통형 이차전지 모듈을 포함하는 자동차.
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