KR20240114212A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

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KR20240114212A
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copper thin
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secondary battery
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권영환
이혁
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

이차 전지 모듈을 제공한다. 이차 전지 모듈은, 제1방향으로 스택킹되는 복수의 전지셀들, 상기 전지셀들의 전극단자를 상기 제1방향(셀 두께)에 교차하는 제2방향(셀 길이) 양측에서 상기 제2방향에 교차하는 제3방향(셀 높이)으로 노출하면서 상기 전지셀들을 덮는 버스바 홀더, 상기 버스바 홀더의 버스바 지지부로 노출되는 상기 전극단자들을 연결하는 버스바, 상기 제3방향으로 노출되는 구리 박막부의 일면으로 상기 버스바 상에 배치되는 유연인쇄회로(FPC), 상기 구리 박막부의 다른 일면에 배치되는 알루미늄 탭, 및 레이저 용접되는 상기 버스바, 상기 구리 박막부 및 상기 알루미늄 탭의 용접부를 포함한다.

Description

이차 전지 모듈 {RECHARGEABLE BATTERY MODULE}
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버스바와 센싱 유연인쇄회로(FPC)를 다이렉트 레이저 용접하는 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량화 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다.
대용량화 및 고밀도화 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원이나 에너지 저장용으로 사용된다. 이차 전지는 비교적 높은 에너지 밀도를 요구하는 예컨대 하이브리드 차량의 모터를 구동할 수 있도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수개의 전지셀들을 포함하는 이차 전지 모듈로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지 모듈은 셀 전압을 측정하기 위하여 유연인쇄회로(FPC; flexible printed circuit)와 알루미늄 또는 구리로 이루어지는 버스바를 연결하는데 니켈 탭(Nickel tab)으로 이루어지는 중간 매개체를 사용하여 연결한다.
니켈 탭을 중간 매개체로 하여, 니켈 탭의 일단이 유연인쇄회로에 납땜(Soldering) 공법으로 연결되고, 니켈 탭의 다른 일단이 버스바에 레이저 용접(Laser welding) 공법으로 연결된다. 니켈 탭을 사용하는 공법은 원자재 가격을 상승시키고 이차 전지 모듈의 비용 경쟁을 저하시킨다.
본 발명의 일 실시예는 유연인쇄회로(FPC)와 버스바를 다이렉트 용접하여 고가의 니켈 탭을 제거하고 공정 가격을 저하시키므로 비용 경쟁을 향상시키는 이차 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 범용으로 가장 많이 사용되고 있는, 즉 구리 박막(Copper foil) 1온스(1oz = 35㎛)인 유연인쇄회로(FPC)를 사용하여 비용 상승을 방지하는 이차 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 범용 구리 박막을 적용하는 유연인쇄회로를 알루미늄 버스바에 다이렉트로 레이저 용접할 수 있고, 안정적인 용접 강도를 확보하는 이차 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 제1방향으로 스택킹되는 복수의 전지셀들, 상기 전지셀들의 전극단자를 상기 제1방향(셀 두께)에 교차하는 제2방향(셀 길이) 양측에서 상기 제2방향에 교차하는 제3방향(셀 높이)으로 노출하면서 상기 전지셀들을 덮는 버스바 홀더, 상기 버스바 홀더의 버스바 지지부로 노출되는 상기 전극단자들을 연결하는 버스바, 상기 제3방향으로 노출되는 구리 박막부의 일면으로 상기 버스바 상에 배치되는 유연인쇄회로(FPC), 상기 구리 박막부의 다른 일면에 배치되는 알루미늄 탭, 및 레이저 용접되는 상기 버스바, 상기 구리 박막부 및 상기 알루미늄 탭의 용접부를 포함한다.
상기 구리 박막부는 1온스(oz)의 두께를 가질 수 있다. 상기 알루미늄 탭은 0.1~0.2mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 유연인쇄회로는 센싱 신호를 전송하는 신호라인, 상기 신호라인에 상기 구리 박막부를 연결하는 연결라인, 상기 신호라인과 상기 구리 박막부 및 상기 연결라인을 피복하는 피복층, 및 상기 구리 박막부의 외곽을 둘러 상기 피복층을 관통하여 상기 연결라인의 폭 방향 양측에 양단을 구비하는 슬롯홀을 포함할 수 있다.
상기 신호라인은 상기 유연인쇄회로의 폭 방향 일측에서 상기 유연인쇄회로의 길이 방향으로 형성되고, 상기 구리 박막부는 상기 유연인쇄회로의 폭 방향 다른 일측에서 설정된 면적으로 형성될 수 있다.
상기 연결라인은 상기 폭 방향으로 형성되어 상기 신호라인과 상기 구리 박막부를 연결할 수 있다.
상기 피복층은 상기 연결라인의 상기 길이 방향 양측에서 상기 슬롯홀 사이에서 목부를 형성할 수 있다.
상기 길이 방향으로 설정되는 상기 목부의 폭은 상기 길이 방향으로 설정되는 상기 슬롯홀의 전체 길이보다 작고 상기 연결라인의 폭보다 크게 설정될 수 있다.
상기 버스바는 상기 제1방향으로 인접하는 전지셀들의 전극단자를 연결하는 단자연결부, 및 상기 단자연결부의 일측에서 상기 제2방향으로 돌출되어 상기 구리 박막부에 연결되는 센싱부를 포함할 수 있다.
상기 센싱부는 상기 제1방향의 제1길이(L1)와 상기 제2방향의 제2길이(L2)의 면적(L1*L2)을 가지며, 상기 구리 박막부와 상기 슬롯홀 및 상기 연결라인의 전영역과 상기 신호라인의 일부를 지지할 수 있다.
상기 용접부는 상기 버스바의 알루미늄, 상기 구리 박막부의 구리, 및 상기 알루미늄 탭의 알루미늄이 섞인 구조를 형성할 수 있다.
상기 구리 박막부는 니켈(Ni) 도금 구간과 금(Au) 도금 구간을 포함할 수 있다. 상기 용접부는 니켈(Ni)과 금(Au)이 더 섞인 구조를 형성할 수 있다.
상기 용접부는 상기 레이저 용접으로 1kW이하의 출력으로 형성될 수 있다.
상기 레이저 용접의 출력이 180W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때, 상기 용접부는 알루미늄 90.4wt%, 니켈 0.8wt%, 구리 4.4wt%, 및 산소 4.4wt%를 포함할 수 있다.
상기 레이저 용접의 출력이 210W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때, 상기 용접부는 알루미늄 87.9wt%, 니켈 1.8wt%, 구리 7.4wt%, 및 산소 2.9wt%를 포함할 수 있다.
상기 레이저 용접의 출력이 240W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때, 상기 용접부는 알루미늄 70.3wt%, 니켈 5.2wt%, 구리 22.1wt%, 및 산소 2.3wt%를 포함할 수 있다.
상기 용접부는 알루미늄 70.3~90.4wt%, 니켈 0.8~5.2wt%, 구리 4.4~22.1wt%, 및 산소 2.3~4.4wt%를 포함할 수 있다.
일 실시예의 이차 전지 모듈은 유연인쇄회로(FPC)의 구리 박막부를 버스바 상에 배치하고, 구리 박막부 상에 알루미늄 탭을 더 구비하여, 레이저 용접으로 용접부를 형성하므로 유연인쇄회로를 버스바에 다이렉트 용접할 수 있다. 이때, 고가의 니켈 탭을 제거하고 공정 가격을 저하시키므로 비용 경쟁이 향상될 수 있다.
일 실시예는 1온스 구리 박막부(1oz = 35㎛)를 가지는 범용 유연인쇄회로(FPC)를 사용하므로 알루미늄 버스바에 다이렉트로 레이저 용접할 수 있고, 또한 안정적인 용접 강도를 확보하면서 비용 상승을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 부분 사시도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 유연인쇄회로의 평면도이다.
도 4는 버스바에 유연인쇄회로와 알루미늄 탭을 배치한 상태의 평면도이다.
도 5는 도 4의 버스바, 유연인쇄회로 및 알루미늄 탭을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 7은 비교예 1의 평면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 비교예 1의 결과를 나타내는 평면 이미지이다.
도 10a 및 도 10b는 비교예 2에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 11a 및 도 11b는 비교예 3에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 12a 및 도 12b는 비교예 4에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 13a 및 도 13b는 비교예 5에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 14a 및 도 14b는 비교예 6에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 15a 및 도 15b는 비교예 7에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다.
도 16은 본 발명의 실험예의 용접 전 상태의 단면 이미지이다.
도 17은 도 16의 용접 후 상태의 단면 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 이차 전지 모듈은 복수의 전지셀들(10), 버스바 홀더(20), 버스바(40), 유연인쇄회로(FPC, 50), 알루미늄 탭(60) 및 용접부(70)를 포함한다.
범용으로 사용되고 있는 유연인쇄회로(50)는 구리 박막부(copper foil, 51)를 구비하며, 구리 박막부(51)의 두께는 1온스(oz)인 35㎛이다. 1온스 이상의 구리 박막부(51)는 유연인쇄회로(50)의 비용을 급격히 상승시키므로 많이 사용되지 않는다.
용접 특성상 구리 박막부(51)의 두께가 100㎛ 될 때, 우수한 용접 특성을 가지지만 구리 박막부의 두께가 100㎛ 미만인 경우, 용접 강도가 떨어져서 레이저 용접이 쉽지 않다. 일 실시예는 범용으로 사용되는 35㎛ 두께의 구리 박막부(51)를 사용하는 유연인쇄회로(50)에서도 안정적인 용접 강도를 구현할 수 있는 것이다.
일 실시예의 이차 전지 모듈은 다양한 구조의 프레임들을 가질 수 있으나 이 구성에 대한 구체적인 설명을 생략하고, 본 발명의 주요 부분을 포함하는 구성에 대하여 설명한다.
복수의 전지셀들(10)은 이차 전지로 형성되어 제1방향(x축 방향)으로 스택킹(stacking)된다. 1쌍의 엔드 플레이트는 스택킹되는 전지셀들(10)의 제1방향 양단에 배치되어 전지셀들(10)의 제1방향(x축 방향)의 구속을 설정한다.
1쌍의 사이드 플레이트는 제1방향에 교차하는 전지셀들(10)의 제2방향(y축 방향) 양측에 배치되어 1쌍의 엔드 플레이트에 연결되어 전지셀들(10)의 제2방향의 구속을 설정한다.
버스바 홀더(20)는 전지셀들(10)의 전극단자들(11, 12)의 연결과 절연을 위한 버스바 지지부(21)와 전지셀들(10)의 벤트 가스의 배출을 위한 벤트부(22)를 포함한다.
버스바 지지부(21)는 전극단자들(11, 12)을 제3방향(셀 높이, z축 방향)으로 노출하면서 전지셀들(10)을 덮는다. 제3방향(셀 높이, z축 방향)은 제1방향(셀 두께, x축 방향) 및 제2방향(셀 길이, y축 방향)에 교차한다.
버스바(40)는 버스바 지지부(21)를 통하여 제3방향으로 노출되는 전극단자들(11, 12)에 용접되어 전극단자들(11, 12)을 전기적 및 기구적으로 연결한다. 즉 버스바(40)는 제1방향으로 이웃하는 전지셀들(10)의 전극단자들(11, 12)을 병렬 또는 직렬 연결한다.
벤트부(22)는 전지셀들(10)의 벤트(13)에 대응하여 벤트(13) 개방시 전지셀(10)의 개방 압력과 분출물을 버스바 홀더(20)의 외부로 배출시킨다. 제2방향(셀 길이, y축 방향)에서 전극단자들(11, 12)에 대응하는 버스바 지지부들(21)이 양측에 배치되고, 전극단자들(11, 12) 사이에 구비되는 벤트(13)에 대응하는 벤트부(22)가 버스바 지지부들(21) 사이에 배치된다.
유연인쇄회로(50)는 제3방향(z축)으로 노출되는 구리 박막부(51)의 일면으로 버스바(40) 상에 배치된다. 알루미늄 탭(60)은 구리 박막부(51)의 다른 일면에 배치되어 레이저 용접(LW)된다. 용접부(70)는 레이저 용접(LW)에 의하여, 레이저 용접(LW)되는 버스바(40), 구리 박막부(51) 및 알루미늄 탭(60)으로 이루어진다.
일례를 들면, 구리 박막부(51)는 범용의 유연인쇄회로(50)에 적용되는 1온스(oz, 35㎛)의 두께를 가진다. 알루미늄 탭(60)은 0.1~0.2mm의 두께를 가질 수 있다.
알루미늄 탭(60)의 두께가 0.1mm 미만인 경우, 용접부(70)의 강도 확보가 어렵게 된다. 알루미늄 탭(60)의 두께가 0.2mm 초과인 경우 지나치게 높은 레이저의 출력을 요구하면서 구리 박막부(51)의 용융 기화로 인하여 알루미늄 탭(60)과의 용접부(70)의 형성을 어렵게 한다.
도 3은 도 2에 적용되는 유연인쇄회로의 평면도이다. 도 3을 참조하면, 유연인쇄회로(50)는 센싱 신호를 전송하는 신호라인(52), 연결라인(53), 피복층(54) 및 슬롯홀(55)을 포함한다.
연결라인(53)은 신호라인(52)에 구리 박막부(51)를 연결한다. 구리 박막부(51)는 버스바(40)에 용접부(70)로 연결되어 버스바(40)에 연결된 전지셀(10)을 감지하고 연결라인(53) 및 신호라인(52)으로 감지 신호를 전달하게 한다.
피복층(54)은 신호라인(52)과 구리 박막부(51) 및 연결라인(53)을 피복하여 유연인쇄회로(50)를 형성한다. 일례로써, 피복층(54)은 폴리이미드로 형성되어 접착제를 개재하여 피복한다. 슬롯홀(55)은 구리 박막부(51)의 외곽을 둘러 피복층(54)을 관통하여 연결라인(53)의 폭 방향 양측에 양단을 구비한다.
신호라인(52)은 유연인쇄회로(50)의 폭 방향(y축 방향) 일측에서 유연인쇄회로(50)의 길이 방향으로 형성된다. 구리 박막부(51)는 유연인쇄회로(50)의 폭 방향(y축 방향) 다른 일측에서 설정된 면적으로 형성된다. 연결라인(53)은 폭 방향(y축 방향)으로 형성되어 신호라인(52)과 구리 박막부(51)를 연결한다.
피복층(54)은 연결라인(53)의 길이 방향(x축 방향) 양측에서 슬롯홀(55) 사이에서 목부(56)를 형성한다. 길이 방향(x축 방향)으로 설정되는 목부(56)의 폭(W)은 길이 방향으로 설정되는 슬롯홀(55)의 전체 길이(L)보다 작고 연결라인(53)의 폭(WL)보다 크게 설정된다.
슬롯홀(55)로 인하여 구리 박막부(51)와 신호라인(52) 측의 일체성이 약화됨에도 불구하고 목부(56)의 폭(W)은 연결라인(53)의 견고한 강도를 유지하고, 또한 전지셀(10)의 유동을 슬롯홀(55)로 흡수할 수 있게 한다.
도 4는 버스바에 유연인쇄회로와 알루미늄 탭을 배치한 상태의 평면도이고, 도 5는 도 4의 버스바, 유연인쇄회로 및 알루미늄 탭을 분해하여 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 버스바(40)는 단자연결부(41)와 센싱부(42)를 포함한다. 단자연결부(41)는 제1방향(x축 방향)으로 인접하는 전지셀들(10)의 전극단자(11, 12)를 연결한다. 센싱부(42)는 단자연결부(41)의 일측에서 제2방향(y축 방향)으로 돌출되어 구리 박막부(51)에 연결된다.
센싱부(42)는 제1방향(x축 방향)의 제1길이(L1)와 제2방향(y축 방향)의 제2길이(L2)의 면적(L1*L2)을 가진다. 구리 박막부(51)와 슬롯홀(55) 및 연결라인(53)의 전영역과 신호라인(52)의 일부를 지지한다.
용접부(70)는 버스바(40)의 알루미늄 성분, 구리 박막부(51)의 구리 성분, 및 알루미늄 탭(60)의 알루미늄 성분이 섞인 구조를 형성한다(도 11 참조). 따라서 용접부(70)는 구리 박막부(51)와 버스바(40)를 충분한 강도로 용접 연결할 수 있다.
도 7은 비교예 1의 평면도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이며, 도 9는 도 7 및 도 8의 비교예 1의 결과를 나타내는 평면 이미지이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 비교예 1은 알루미늄 버스바(71)에 유연인쇄회로(72)의 구리 박막부(73)를 배치하고, 알루미늄 탭(74)을 접착층(75)으로 부착된 피복층(76)에서 노출된 구리 박막부(73)에 배치하고 2줄 비드(bead, 77)로 레이저 용접하였다.
버스바(71)와 유연인쇄회로(72)의 인장 시, 유연인쇄회로(72)의 피복층(76)이 먼저 파단(78)되는 것을 볼 때, 알루미늄 버스바(71), 구리 박막부(73) 및 알루미늄 탭(74)의 용접성은 우수함을 알 수 있으나, 유연인쇄회로(72)의 강성이 부족함을 알 수 있었다.
도 10a 및 도 10b는 비교예 2에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 비교예 2는 알루미늄 버스바(91)에 유연인쇄회로(82)의 구리 박막부(821)를 배치하고, 구리 박막부(821)에 2줄 비드(bead, 83)로 레이저 용접하였다. 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz, 35㎛)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 105mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 11a 및 도 11b는 비교예 3에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 비교예 3에서, 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 115mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 12a 및 도 12b는 비교예 4에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 비교예 4에서, 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 125mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 13a 및 도 13b는 비교예 5에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 비교예 5에서, 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 135mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 14a 및 도 14b는 비교예 6에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 비교예 5에서, 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 145mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 15a 및 도 15b는 비교예 7에 따른 구리 박막부와 버스바에서 용접부의 이미지이다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 비교예 7에서, 구리 박막부(821)의 두께가 1온스(oz)이고, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 용접 속도를 155mm/sec로 하여 레이저 용접하였다. 버스바(91)에서 용접 불량이 나타났다.
도 10a 내지 도 15b의 비교예 1 내지 비교예 7의 결과인 용접 불량을 볼 때, 알루미늄 탭을 적용하지 않고, 두께가 1온스(oz)인 구리 박막부(821)를 알루미늄 버스바(91)에 용접하는 것이 불가능 한 것으로 확인되었다. 용접 속도를 다양하게 변화시켜도 용접이 불가능하였다.
도 16은 본 발명의 실험예의 용접 전 상태의 단면 이미지이고, 도 17은 도 16의 용접 후 상태의 단면 이미지이다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 실험예에서 구리 박막부(501)는 두께 방향으로 적층되는 니켈(Ni) 도금 구간(511)과 금(Au) 도금 구간(512)을 더 포함한다.
니켈(Ni) 도금 구간(511)과 금(Au) 도금 구간(512)의 적층 구조는 구리 박막부(51)의 하면과 상면에 형성될 수 있다. 알루미늄의 버스바(71) 상에 유연인쇄회로의 구리 박막부(501)를 배치하고, 구리 박막부(501) 상에 알루미늄 탭(601)을 배치하고, 레이저 용접하면, 용접부(701)는 알루미늄(Al)에 니켈(Ni)과 금(Au)이 더 섞인 구조를 형성한다.
용접부(701)의 성분 분석 결과를 보면 대표적인 성분인 알루미늄, 구리, 니켈이 모든 성분이 잘 섞여 있고, 레이저 용접의 출력이 셀수록 점점 잘 섞이는 것을 확인할 수 있었다.
용접부(701)에서 금속 성분들이 잘 섞여 있음을 확인 할 수 있었고, 전기적인 특성에 문제가 없고, 유연인쇄회로가 충분한 인장력을 가지므로 기계적인 특성까지 만족하였다. 용접부(701)는 레이저 용접으로 1kW이하의 출력, 즉 180W, 210W, 및 240W로 형성될 수 있다.
제1시험품에서, 레이저 용접의 출력이 180W이며, 구리 박막부(501)의 두께가 1온스이고, 알루미늄 탭(601)의 두께가 0.2mm일 때, 용접부(701)는 알루미늄 90.4wt%, 니켈 0.8wt%, 구리 4.4wt%, 및 산소 4.4wt%를 포함하였다.
제2시험품에서, 레이저 용접의 출력이 210W이며, 구리 박막부(501)의 두께가 1온스이고, 알루미늄 탭(601)의 두께가 0.2mm일 때, 용접부(701)는 알루미늄 87.9wt%, 니켈 1.8wt%, 구리 7.4wt%, 및 산소 2.9wt%를 포함하였다.
제3시험품에서, 레이저 용접의 출력이 240W이며, 구리 박막부(501)의 두께가 1온스이고, 알루미늄 탭(601)의 두께가 0.2mm일 때, 용접부(701)는 알루미늄 70.3wt%, 니켈 5.2wt%, 구리 22.1wt%, 및 산소 2.3wt%를 포함한다.
레이저 용접의 출력이 180~240W일 때, 용접부(701)는 알루미늄 70.3~90.4wt%, 니켈 0.8~5.2wt%, 구리 4.4~22.1wt%, 및 산소 2.3~4.4wt%를 포함한다.
시험품 1 내지 3을 참조하면, 1온스인 구리 박막부(501)를 버스바(71)와 같은 성분의 얇은 매개체인 알루미늄 탭(601)을 적용하므로 구리 박막부(501)를 알루미늄 버스바(71)에 용접 가능하게 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 전지셀 11, 12: 전극단자
13: 벤트 20: 버스바 홀더
21: 버스바 지지부 22: 벤트부
40: 버스바 41: 단자연결부
42: 센싱부 50: 유연인쇄회로(FPC)
51: 구리 박막부 52: 신호라인
53: 연결라인 54: 피복층
55: 슬롯홀 56: 목부
60: 알루미늄 탭 70: 용접부
71: 버스바 72: 유연인쇄회로
73: 구리 박막부 74: 알루미늄 탭
75: 접착층 76: 피복층
77: 2줄 비드(bead) 501: 구리 박막부
511: 니켈(Ni) 도금 구간 512: 금(Au) 도금 구간
601: 알루미늄 탭 701: 용접부
L: 전체 길이 L1: 제1길이
L2: 제2길이 W: 목부의 폭
WL: 연결라인의 폭

Claims (18)

  1. 제1방향으로 스택킹되는 복수의 전지셀들;
    상기 전지셀들의 전극단자를 상기 제1방향(셀 두께)에 교차하는 제2방향(셀 길이) 양측에서 상기 제2방향에 교차하는 제3방향(셀 높이)으로 노출하면서 상기 전지셀들을 덮는 버스바 홀더;
    상기 버스바 홀더의 버스바 지지부로 노출되는 상기 전극단자들을 연결하는 버스바;
    상기 제3방향으로 노출되는 구리 박막부의 일면으로 상기 버스바 상에 배치되는 유연인쇄회로(FPC);
    상기 구리 박막부의 다른 일면에 배치되는 알루미늄 탭; 및
    레이저 용접되는 상기 버스바, 상기 구리 박막부 및 상기 알루미늄 탭의 용접부
    를 포함하는 이차 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구리 박막부는 1온스(oz)의 두께를 가지는 이차 전지 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 탭은 0.1~0.2mm의 두께를 가지는 이차 전지 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유연인쇄회로는
    센싱 신호를 전송하는 신호라인,
    상기 신호라인에 상기 구리 박막부를 연결하는 연결라인,
    상기 신호라인과 상기 구리 박막부 및 상기 연결라인을 피복하는 피복층, 및
    상기 구리 박막부의 외곽을 둘러 상기 피복층을 관통하여 상기 연결라인의 폭 방향 양측에 양단을 구비하는 슬롯홀
    포함하는 이차 전지 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 신호라인은 상기 유연인쇄회로의 폭 방향 일측에서 상기 유연인쇄회로의 길이 방향으로 형성되고,
    상기 구리 박막부는 상기 유연인쇄회로의 폭 방향 다른 일측에서 설정된 면적으로 형성되는, 이차 전지 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연결라인은 상기 폭 방향으로 형성되어 상기 신호라인과 상기 구리 박막부를 연결하는, 이차 전지 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 피복층은 상기 연결라인의 상기 길이 방향 양측에서 상기 슬롯홀 사이에서 목부를 형성하는, 이차 전지 모듈.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 길이 방향으로 설정되는 상기 목부의 폭은
    상기 길이 방향으로 설정되는 상기 슬롯홀의 전체 길이보다 작고 상기 연결라인의 폭보다 크게 설정되는, 이차 전지 모듈.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 버스바는
    상기 제1방향으로 인접하는 전지셀들의 전극단자를 연결하는 단자연결부, 및
    상기 단자연결부의 일측에서 상기 제2방향으로 돌출되어 상기 구리 박막부에 연결되는 센싱부를 포함하는, 이차 전지 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 제1방향의 제1길이(L1)와 상기 제2방향의 제2길이(L2)의 면적(L1*L2)을 가지며,
    상기 구리 박막부와 상기 슬롯홀 및 상기 연결라인의 전영역과 상기 신호라인의 일부를 지지하는, 이차 전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 버스바의 알루미늄, 상기 구리 박막부의 구리, 및 상기 알루미늄 탭의 알루미늄이 섞인 구조를 형성하는, 이차 전지 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 구리 박막부는
    니켈(Ni) 도금 구간과 금(Au) 도금 구간을 포함하는, 이차 전지 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 용접부는 니켈(Ni)과 금(Au)이 더 섞인 구조를 형성하는, 이차 전지 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 레이저 용접으로 1kW이하의 출력으로 형성되는, 이차 전지 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 레이저 용접의 출력이 180W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때,
    상기 용접부는 알루미늄 90.4wt%, 니켈 0.8wt%, 구리 4.4wt%, 및 산소 4.4wt%를 포함하는, 이차 전지 모듈.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 레이저 용접의 출력이 210W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때,
    상기 용접부는 알루미늄 87.9wt%, 니켈 1.8wt%, 구리 7.4wt%, 및 산소 2.9wt%를 포함하는, 이차 전지 모듈.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 레이저 용접의 출력이 240W이며, 상기 구리 박막부의 두께가 1온스이고, 상기 알루미늄 탭의 두께가 0.2mm일 때,
    상기 용접부는 알루미늄 70.3wt%, 니켈 5.2wt%, 구리 22.1wt%, 및 산소 2.3wt%를 포함하는, 이차 전지 모듈.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 용접부는 알루미늄 70.3~90.4wt%, 니켈 0.8~5.2wt%, 구리 4.4~22.1wt%, 및 산소 2.3~4.4wt%를 포함하는, 이차 전지 모듈.
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