WO2013009042A2 - 연결 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having improved connection reliability and a medium-large battery pack including the same, and more particularly, a battery module in which a plurality of unit modules based on a battery cell capable of charging and discharging are electrically connected. Each of the two or the module modules and the bus bars are electrically connected in series and / or in parallel.
  • the battery module has two or more electrical connection points, and the number of electrical connection objects at each of the electrical connection points is determined by the battery module. It relates to a battery module, characterized in that less than the total number of electrically connected objects.
  • the rechargeable battery that can be charged and discharged is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in proposed as a solution to solve air pollution of existing gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. It is attracting attention as a power source of devices requiring high output and large capacity, including hybrid electric vehicles (Plug-In HEV).
  • Such a device uses a medium-large battery module electrically connected to a plurality of battery cells to provide a high output large capacity.
  • medium and large battery modules are preferably manufactured in a small size and weight as possible
  • square batteries and pouch-type batteries which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells (unit cells) of medium and large battery modules.
  • battery cells unit cells
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy form deformation.
  • a battery module mounted on a medium-large battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of battery cells with high density, and is manufactured by electrically connecting electrode terminals of adjacent battery cells.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the electrical connection structure of a typical representative battery module.
  • the battery module 50 is electrically connected between the electrode terminal 25 and the bus bar 10 in a state where three battery cells 20 are stacked, and the three battery cells are sequentially After the stack is electrically connected with the bus bar 10 for connecting to the other battery cells at the same time.
  • the thickness and width of the electrode lead and the bus bar become larger, which requires more energy during welding.
  • the welding is difficult to use a laser or resistance welding is generally made by ultrasonic welding, but also when the ultrasonic welding of high energy is performed, ultrasonic waves are also delivered to other parts of the battery cell electrically This may be damaged, the life of the welding device itself can be reduced, and problems such as sticking of the welding device and the battery cell will occur.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • An object of the present invention is to provide a battery module that can minimize the damage when welding the battery cells or the battery cell and the bus bar using a low energy and can utilize a variety of connection methods.
  • a battery module according to the present invention for achieving the above object is a battery module in which a plurality of unit modules based on a battery cell capable of charging and discharging are electrically connected, and the unit modules or a unit module and a bus bar are connected in series. Electrical connection in a parallel manner, and / or in parallel, wherein the battery module has two or more electrical connection points, and the number of electrical connection objects at each of the electrical connection points is smaller than the number of electrical connection objects in the battery module. .
  • a battery module is welded at a time between electrode terminals or between electrode terminals and a bus bar in a state in which unit modules are stacked.
  • the welding is performed at the same site at the same time, as described above, the damage of the welding site is inevitable as the number of electrically connected objects increases.
  • two or more electrical connection points are present in the battery module of the present invention, and the number of electrical connection objects at each of the electrical connection points is configured to be smaller than the number of electrical connection objects in the battery module, thereby providing the amount of energy required for each position. This reduces the damage of the battery cell inside and outside the welding device in addition to the electrical connection point. In addition, it is very desirable to use a variety of connection methods by reducing the number of connection objects to be connected for each location.
  • electrical connection point is defined as one electrical connection point when two or more welding points and the like are formed for coupling or strengthening connection between the same electrical connection objects.
  • the unit module may be composed of one battery cell or may be composed of a plurality of battery cells.
  • the unit module may be composed of one battery cell.
  • One battery cell constitutes one unit module, and the electrical connection points of the respective battery cells are different from each other, so that the electrical connection points of the respective electrical connection objects do not overlap, and welding is possible even with a small amount of energy. It is possible to prevent the influence of welding on other parts.
  • the unit module may be composed of a combination of two or more battery cells connected by one electrical connection point.
  • the unit module may be composed of two to four battery cells.
  • the battery cells in the unit module may also be configured to have two or more electrical connection points, as in the electrical connection between the unit modules.
  • the battery cell is a secondary battery having a thin thickness and relatively wide width and length so as to minimize the overall size when the battery cell is charged for the configuration of the battery module, preferably a plate-shaped battery having an easy stacking structure. It may be a cell.
  • a rectangular battery cell having a structure in which an electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure is built in a rectangular battery case made of a metal or plastic material, and the anode terminal and the cathode terminal protrude from one or both ends of the battery case;
  • the unit modules are electrically connected to the bus bar with its electrode terminals electrically connected to each other, and includes two or more electrical connection points between the battery cells and between the battery cells and the bus bar. It may be a structure.
  • the number of electrical connection points may be 2 to n.
  • the number of electrically connected objects at the electrical connection point may be four or less, and more preferably, the number of electrically connected objects at the electrical connection point may be two.
  • each of the electrical connection objects can be welded with only a small amount of energy.
  • the number of electrical connection points may be n.
  • the number of electrical connection objects at each of the electrical connection points is two, preferably, the positions of adjacent electrical connection points may be biased with each other.
  • the electrical connection points are sequentially biased in position, so that the connection is easy even if the electrical connection objects are stacked.
  • the deflection of the positions of the electrical connection points means that the electrical connection points do not overlap each other, and the sequential deflection indicates that the electrical connection points are gradually distributed in one direction so that a plurality of electrical connection points do not overlap each other at each location. It means.
  • the battery module having such a structure can be improved in the manufacturing process of the battery module by sequentially making electrical connections without overlapping the electrical connection points of the electrical connection objects according to the desired structure.
  • the thickness of the electrode terminal may be in the range of 50 to 1000 ⁇ m
  • the width of the electrode terminal may be in the range of 1 to 20 cm, but is not limited to these ranges depending on the specifications of the battery cell, of course. . That is, the electrical connection can be performed even for the electrode terminals of a thicker thickness and a wider width than the conventional one, and the same is true for the bus bar.
  • the means for easily coupling the electrical connection objects at the electrical connection point is not particularly limited, and for example, a group consisting of bolting, riveting, crimping, soldering, laser welding, ultrasonic welding, and resistance welding. It can be combined by one or more means selected from.
  • the thickness and width of the electrode lead and the bus bar are increased, and thus the electrical connection objects may be coupled in various ways, unlike the conventional structure in which the electrode cells and the bus bars are coupled only by ultrasonic welding.
  • the present invention also provides a battery module which is electrically connected to a plurality of unit modules based on a battery cell capable of charging and discharging, wherein the unit modules or the unit module and the bus bar are electrically connected in series and / or in parallel.
  • the first and second electrical connection objects which are electrically connected objects that face each other, are electrically connected by a first electrical connection point and face the first or second electrically connected objects.
  • the third electrical connection object provides a battery module that is electrically connected to the first electrical connection object or the second electrical connection object by a second electrical connection point.
  • This battery module also provides the effects as described above.
  • the present invention provides a method of manufacturing a battery module.
  • a battery module comprising a structure that is electrically connected to the bus bar in a state in which the unit modules are sequentially stacked
  • step (c) repeating step (b) to electrically connect the electrode terminals of the n unit modules so that the n-th electrical connection point is finally formed;
  • a plurality of unit modules and a bus bar can be connected with a small amount of energy, and a desired electrical connection can be performed with improved fairness by using various connection methods.
  • the present invention provides a medium-large battery pack manufactured by combining the battery module according to a desired output and capacity.
  • the medium-large battery system according to the present invention may be manufactured by combining battery packs according to a desired output and capacity, and considering the mounting efficiency, structural stability, and the like as described above, the medium and large battery system has a limited mounting space and frequent vibration and strong impact.
  • the electric vehicle, the hybrid electric vehicle, the plug-in hybrid electric vehicle to be exposed or may be preferably used as a power source of the power storage device.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the electrical connection structure of a typical representative battery module
  • FIG. 2 is a perspective view showing the electrical connection structure of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a series of connection process of the electrode terminal and the bus bar of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an electrical connection structure of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the electrical connection structure of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the electrical connection structure of the battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic diagram showing a series of connection process of the electrode terminal and the bus bar of FIG.
  • the electrode terminal 110 of the uppermost battery cell (first battery cell: 101) of the stacked battery cells 100 of the second battery cell 102 stacked adjacent to the first battery cell 101 The first electrical connection point 200 is formed by connecting to the electrode terminal 112.
  • the second electrical connection point 210 is formed by connecting to the electrode terminal 110 of the battery cell 103.
  • the electrode terminal 113 of the third battery cell 103 is connected to the bus bar 120 adjacent to the third battery cell 103 at a position biased with respect to the second electrical connection point 210.
  • the third electrical connection point 220 is formed.
  • Figure 4 is a perspective view showing the electrical connection structure of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode terminals of the six battery cells 100 and 100 ′ are electrically connected to each of the bus bars 120 by welding in an electrically connected state.
  • the number of electrical connection points is six.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the electrical connection structure of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the two unit modules 100A and 100B each have three battery cells 101a, 101b, 101c, 102a, 102b, and 102c stacked on top of each other.
  • the electrode terminals 111a, 111b, and 111c of the battery cells 101a, 101b, and 101c of the first unit module 100A are connected to the electrode terminals 112a of the uppermost battery cell 102a of the second unit module 100B.
  • the first electrical connection point 200a is formed.
  • the second electrical connection point 210a is connected to the electrode terminals 112b and 112c of the remaining battery cells 101b and 101c of the second unit module 100B at a position biased with respect to the first electrical connection point 200a.
  • the third electrical connection point 220a is formed by connecting to the bus bar 120 adjacent to the electrode terminal 112c of the lowermost battery cell 102c of the second unit module 100B.
  • the battery cells 101a, 101b, 101c constituting the unit module 100A are electrically connected by one electrical connection point as shown in FIG. 1, which is the unit module 100B. The same is true for.
  • the battery module having such a structure can improve the manufacturing processability of the battery module by making an electrical connection without overlapping the electrical connection point of the electrical connection objects according to the desired structure.
  • the battery module according to the present invention has two or more electrical connection points, and the number of electrical connection objects at each of the electrical connection points is configured to be smaller than the number of electrical connection objects in the entire battery module, for each position

Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상기 전지모듈에는 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작은 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

연결 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
본 발명은 연결 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈들과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상기 전지모듈에는 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작은 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목받고 있다.
이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 인접한 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결시켜 제조된다.
도 1에는 종래의 대표적인 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(50)은 3개의 전지셀들(20)이 적층된 상태로 전극단자(25)와 버스 바(10) 상호간에 전기적으로 연결되어 있고, 3개의 전지셀들을 차례로 적층한 뒤 또 다른 전지셀들과 연결하기 위한 버스 바(10)와 함께 동시에 전기적으로 연결하게 된다.
그러나, 전지셀들을 적층할수록 전극리드와 버스 바의 두께 및 폭이 커져서 용접시 많은 에너지가 필요하게 된다.
이 경우, 용접은 레이저나 저항 용접을 활용하기가 어려워 일반적으로는 초음파 용접으로 이루어지게 되는데, 이 역시도 높은 에너지의 초음파 용접을 실행하게 되면, 전지셀의 다른 부위에도 초음파가 전달되어 전기적으로 전지셀이 손상될 수 있고, 용접 장치 자체의 수명을 감소시킬 수 있으며, 용접 장치와 전지셀이 붙어버리는 등의 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 적은 에너지를 활용하여 전지셀을 손상시키지 않고, 전기적 연결 위치를 세분화함으로써 다양한 종류의 연결 방법을 활용할 수 있는 신뢰성 있는 연결 부위를 확보할 수 있는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 적은 에너지를 이용하여 전지셀들이나 전지셀과 버스 바의 용접시 손상을 최소화하고 다양한 종류의 연결 방법을 활용할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상기 전지모듈에는 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작은 것으로 이루어져 있다.
일반적으로, 전지모듈은 단위모듈들이 적층된 상태에서 전극단자들 상호 간 또는 전극단자와 버스 바 간에 한꺼번에 용접이 행해진다. 그러나, 다수의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자와 버스 바 간의 용접 시, 동일한 부위에 동시에 용접이 행해지므로, 앞서 설명한 바와 같이, 전기적으로 연결되는 대상체가 증가할수록 용접 부위의 손상이 불가피하다.
이에 반해, 본 발명의 전지모듈에는 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작게 구성함으로써, 각 위치별로 필요한 에너지량을 감소시켜 전기적 연결점 외에 전지셀의 내부 및 외부, 용접 장치의 손상을 줄일 수 있다. 또한, 위치 별로 연결해야 하는 연결 대상체의 수를 줄여줌으로써 다양한 연결 방법을 활용할 수 있으므로 매우 바람직하다.
본 명세서에서 사용된 용어인 전기적 연결점은, 동일한 전기적 연결 대상체들 간에 결합 내지 접속 강화를 위해 둘 이상의 개수로 용접점 등을 형성하는 경우는 1개의 전기적 연결점으로 정의한다.
본 발명에서 단위모듈은 하나의 전지셀로 구성될 수도 있고, 다수의 전지셀들로 구성될 수도 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 단위모듈은 하나의 전지셀로 구성될 수 있다. 하나의 전지셀이 하나의 단위모듈을 구성하여, 각각의 전지셀들의 전극단자들마다 전기적 연결점을 다르게 함으로써, 각각의 전기적 연결 대상체들의 전기적 연결점이 중첩되지 않아 작은 에너지만으로도 용접이 가능하고 전지셀의 다른 부위에 용접의 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 단위모듈은 하나의 전기적 연결점으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지셀들의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단위모듈은 2개 내지 4개의 전지셀들로 구성될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 단위모듈 내의 전지셀들 역시, 단위모듈들 간의 전기적 연결에서와 같이, 둘 이상의 전기적 연결점을 갖도록 구성할 수도 있다.
본 발명에서, 상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지로서, 바람직하게는 적층이 용이한 구조의 판상형 전지셀일 수 있다.
이러한 상기 판상형 전지셀의 바람직한 예로서,
(a) 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 일측 또는 양측 단부에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 파우치형 전지셀; 또는
(b) 금속 또는 플라스틱 소재의 각형 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 일측 또는 양측 단부에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 각형 전지셀;
일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위모듈들은 그것의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 버스 바에 전기적으로 연결되어 있으며, 전지셀들 상호간 및 전지셀들과 버스 바 상호간에는 2개 이상의 전기적 연결점이 포함되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 단위모듈들의 개수가 n개이고 버스 바의 개수가 1개일 때, 전기적 연결점의 개수는 2개 내지 n개일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들의 수는 4개 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들의 수는 2개일 수 있다.
따라서, 다수의 전기적 연결 대상체들을 구성하더라도 각각의 전기적 연결 대상체들은 작은 에너지만으로도 용접이 가능하다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 단위모듈들의 개수가 n개이고 버스 바의 개수가 1개일 때, 전기적 연결점의 개수는 n개일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 2개이고, 바람직하게는, 인접한 전기적 연결점들의 위치는 서로 편향되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 전기적 연결점들은 그것의 위치가 순차적으로 편향되어 있어서, 전기적 연결 대상체가 적층되어 있더라도 연결이 용이하다. 상기에서 전기적 연결점들의 위치가 편향되어 있다는 것은 전기적 연결점들이 서로 중첩되지 않음을 의미하며, 순차적으로 편향되어 있다는 것은 다수의 전기적 연결점들이 각각의 위치에서 서로 중첩되지 않도록 전기적 연결점들이 일측 방향으로 점진적으로 분포되어 있음을 의미한다.
따라서, 이러한 구조의 전지모듈은 소망하는 구조에 따라 전기적 연결 대상체들의 전기적 연결점이 중첩되지 않고 순차적으로 전기적 연결을 이룸으로써, 전지모듈의 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 전극단자의 두께와 폭이 지나치게 작은 경우에는, 전극단자를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 높아지게 되어 결과적으로 전지셀의 수명 및 안전성에 문제가 있고, 이와는 반대로 전극단자의 두께와 폭이 지나치게 큰 경우에는, 전지케이스와 전극단자 간의 밀봉성이 낮아져 수분 침투 등이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 일 예로, 전극단자의 두께는 50 내지 1000 ㎛의 범위일 수 있고, 전극단자의 폭은 1 내지 20 cm의 범위일 수 있지만, 전지셀의 사양에 따라 이들 범위로 한정되지 않음은 물론이다. 즉, 종래보다 더욱 두꺼운 두께와 넓은 폭의 전극단자들에 대해서도 전기적 연결을 수행할 수 있으며, 이는 버스 바에 대해서도 마찬가지이다.
상기 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들을 용이하게 결합할 수 있는 수단이라면 특별히 한정하는 것은 아니며, 예를 들어, 볼팅, 리벳, 크림핑(crimping), 솔더링, 레이저 용접, 초음파 용접, 및 저항 용접으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수단으로 결합될 수 있다.
따라서, 전지셀들을 적층할수록 전극리드와 버스 바의 두께 및 폭이 증가하여 초음파 용접으로만 결합하는 종래의 구조와는 달리, 다양한 방법으로 전기적 연결 대상체들을 결합할 수 있다.
본 발명은 또한, 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상호 대면하는 전기적 연결 대상체들인 제 1 전기적 연결 대상체와 제 2 전기적 연결 대상체는 제 1 전기적 연결점에 의해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제 1 전기적 연결 대상체 또는 제 2 전기적 연결 대상체에 대면하는 제 3 전기적 연결 대상체는 제 1 전기적 연결 대상체 또는 제 2 전기적 연결 대상체와 제 2 전기적 연결점에 의해 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈을 제공한다.
이러한 전지모듈 역시 앞서 설명한 바와 같은 효과들을 제공한다.
또한, 본 발명은 전지모듈의 제조방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예로서, 단위모듈들이 순차적으로 적층된 상태에서 버스 바에 전기적으로 연결되는 구조를 포함하는 전지모듈을 제조하는 방법에 있어서,
n개의 단위모듈들의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 1개의 버스 바에 전기적으로 연결되어 있는 구조에서,
(a) 적층된 단위모듈들 중 최상단 단위모듈(제 1 단위모듈)의 전극단자를 제 1 단위모듈에 인접하여 적층된 제 2 단위모듈의 전극단자에 연결하여 제 1 전기적 연결점을 형성하는 과정;
(b) 제 1 전기적 연결점에 대해 편향된 위치에서, 제 2 단위모듈의 전극단자를 제 2 단위모듈에 인접하여 적층된 제 3 단위모듈의 전극단자에 연결하여 제 2 전기적 연결점을 형성하는 과정;
(c) 상기 과정(b)를 반복하여 최종적으로 제 n-1 전기적 연결점이 형성되도록, n개의 단위모듈의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 과정;
(d) 제 n-1 전기적 연결점에 대해 편향된 위치에서, 제 n 단위모듈의 전극단자를 제 n 단위모듈에 인접하여 접촉된 버스 바에 연결하여 제 n 전기적 연결점을 형성하는 과정;
을 포함할 수 있다.
따라서, 작은 에너지만으로도 다수의 단위모듈들과 버스 바의 연결이 가능하고 다양한 구조의 연결 방법을 활용하여 향상된 공정성으로 소망하는 전기적 연결을 수행할 수 있다.
한편, 중대형 전지팩의 경우 고출력 대용량의 성능 확보를 위해 다수의 전지셀들이 사용되는 바, 이러한 전지팩을 구성하는 전지모듈들은 한정된 장착공간 내에서 안전성의 확보를 위해 더욱 높은 장착 효율성, 구조적 안정성 및 방열 효율성이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기 전지모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조되는 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지시스템은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지팩들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치의 전원 등에 바람직하게 사용될 수 있다.
이러한 디바이스들의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 종래의 대표적인 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타내는 사시도이다;
도 3은 도 2의 전극단자 및 버스 바의 일련의 연결과정을 보여주는 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 전극단자 및 버스 바의 일련의 연결과정을 보여주는 모식도이다.
이들 도면을 참조하면, 3개의 전지셀들(100)이 순차적으로 적층된 상태에서 버스 바(120)에 전기적으로 연결되는 구조를 포함하는 전지모듈(300)로서, 3개의 파우치형 전지셀들(100)의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 1개의 버스 바(120)에 용접에 의해 전기적으로 연결되어 있는 구조이며, 전기적 연결점의 개수가 3개가 된다.
구체적으로, 적층된 전지셀들(100) 중 최상단 전지셀(제 1 전지셀: 101)의 전극단자(110)를 제 1 전지셀(101)에 인접하여 적층된 제 2 전지셀(102)의 전극단자(112)에 연결하여 제 1 전기적 연결점(200)을 형성한다.
제 1 전기적 연결점(200)에 대해 편향된 위치, 즉, 소정 간격으로 이격된 위치에서, 제 2 전지셀(102)의 전극단자(112)를 제 2 전지셀(102)에 인접하여 적층된 제 3 전지셀(103)의 전극단자(110)에 연결하여 제 2 전기적 연결점(210)을 형성한다.
이후, 제 2 전기적 연결점(210)에 대해 마찬가지로 편향된 위치에서, 제 3 전지셀(103)의 전극단자(113)를 제 3 전지셀(103)에 인접하여 접촉된 버스 바(120)에 연결하여 제 3 전기적 연결점(220)을 형성한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4를 도 2와 함께 참조하면, 6개의 전지셀들(100, 100')의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 1개의 버스 바(120)에 용접에 의해 전기적으로 연결되어 있는 구조의 경우, 전기적 연결점의 개수가 6개가 된다.
이 경우, 버스 바(120)를 중심으로 각각 3개의 전지셀들(100, 100')간의 전기적 연결점들의 위치가 순차적으로 편향되어 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 전기적 연결 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 2개의 단위모듈들(100A, 100B)은 각각 3개의 전지셀들(101a, 101b, 101c, 102a, 102b, 102c)이 적층된 상태로 이루어져 있다.
제 1 단위모듈(100A)의 전지셀들(101a, 101b, 101c)의 전극단자(111a, 111b, 111c)는 제 2 단위모듈(100B)의 최상단 전지셀(102a)의 전극단자(112a)와 제 1 전기적 연결점(200a)를 형성한다.
이후, 제 1 전기적 연결점(200a)에 대해 편향된 위치에서 제 2 단위모듈(100B)의 나머지 전지셀들(101b, 101c)의 전극단자(112b, 112c)에 연결하여 제 2 전기적 연결점(210a)를 형성한 다음, 제 2 단위모듈(100B)의 최하단 전지셀(102c)의 전극단자(112c)에 인접하여 접촉된 버스바(120)에 연결하여 제 3 전기적 연결점(220a)형성한다.
도 5의 전기적 연결 구조에서, 단위모듈(100A)을 구성하는 전지셀들(101a, 101b, 101c)은 도 1에서와 같이 하나의 전기적 연결점에 의해 전기적으로 연결되어 있으며, 이는 단위모듈(100B)에서도 마찬가지이다.
따라서, 이러한 구조의 전지모듈은 소망하는 구조에 따라 전기적 연결 대상체들의 전기적 연결점이 중첩되지 않고 전기적 연결을 이룸으로써, 전지모듈의 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작게 구성함으로써, 각 위치별로 필요한 에너지량을 줄여주어 단위모듈의 손상을 최소화하고, 다양한 연결 방법을 활용하여, 전지모듈의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상기 전지모듈에는 2개 이상의 전기적 연결점들이 존재하고, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 전지모듈 전체에서 전기적 연결 대상체들의 수보다 작은 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 하나의 전지셀로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 하나의 전기적 연결점으로 연결되어 있는 둘 이상의 전지셀들의 조합으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단위모듈은 2개 내지 4개의 전지셀들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 적층이 용이한 구조의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은,
    (a) 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 일측 또는 양측 단부에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 파우치형 전지셀; 또는
    (b) 금속 또는 플라스틱 소재의 각형 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스 일측 또는 양측 단부에 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있는 구조의 각형 전지셀;
    인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈들은 그것의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 버스 바에 전기적으로 연결되어 있으며, 단위모듈들 상호간 및 단위모듈들과 버스 바 상호간에는 2개 이상의 전기적 연결점이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단위모듈들의 개수가 n개이고 버스 바의 개수가 1개일 때, 전기적 연결점의 개수는 2개 내지 n개인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들의 수는 4개 이하인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들의 수는 2개인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 단위모듈들의 개수가 n개이고 버스 바의 개수가 1개일 때, 전기적 연결점의 개수는 n개인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전기적 연결점 각각에서 전기적 연결 대상체들의 수는 2개이고, 인접한 전기적 연결점들의 위치는 서로 편향되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 전기적 연결점들은 그것의 위치가 순차적으로 편향되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 전극단자의 두께는 50 내지 1000 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 전극단자의 폭은 1 내지 20 cm의 범위인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 연결점에서 전기적 연결 대상체들은 볼팅, 리벳, 크림핑(crimping), 솔더링, 레이저 용접, 초음파 용접, 및 저항 용접으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수단으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 충방전이 가능한 전지셀에 기반한 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들 상호간 또는 단위모듈과 버스 바 상호간은 직렬 방식 및/또는 병렬 방식으로 전기적 연결되어 있으며, 상호 대면하는 제 1 전기적 연결 대상체와 제 2 전기적 연결 대상체는 제 1 전기적 연결점에 의해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제 1 전기적 연결 대상체 또는 제 2 전기적 연결 대상체에 대면하는 제 3 전기적 연결 대상체는 제 1 전기적 연결 대상체 또는 제 2 전기적 연결 대상체와 제 2 전기적 연결점에 의해 전기적으로 연결되어 있는 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 단위모듈들이 순차적으로 적층된 상태에서 버스 바에 전기적으로 연결되는 구조를 포함하는 전지모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    n개의 단위모듈들의 전극단자들이 상호간에 전기적으로 연결된 상태에서 1개의 버스 바에 전기적으로 연결되어 있는 구조에서,
    (a) 적층된 단위모듈들 중 최상단 단위모듈(제 1 단위모듈)의 전극단자를 제 1 단위모듈에 인접하여 적층된 제 2 단위모듈의 전극단자에 연결하여 제 1 전기적 연결점을 형성하는 과정;
    (b) 제 1 전기적 연결점에 대해 편향된 위치에서, 제 2 단위모듈의 전극단자를 제 2 단위모듈에 인접하여 적층된 제 3 단위모듈의 전극단자에 연결하여 제 2 전기적 연결점을 형성하는 과정;
    (c) 상기 과정(b)를 반복하여 최종적으로 제 n-1 전기적 연결점이 형성되도록, n개의 단위모듈들의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 과정;
    (d) 제 n-1 전기적 연결점에 대해 편향된 위치에서, 제 n 단위모듈의 전극단자를 제 n 단위모듈에 인접하여 접촉된 버스 바에 연결하여 제 n 전기적 연결점을 형성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈의 제조 방법.
  19. 출력 및 용량에 대응하여 제 1 항에 따른 전지모듈 둘 또는 그 이상을 포함하는 구조로 이루어진 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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