WO2015190721A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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bus bar
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김기연
성준엽
엄영섭
유성천
강달모
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, a battery module having improved structure and a manufacturing method thereof, and a battery pack including the battery module to improve weldability when welding an electrode lead and a bus bar of a secondary battery. It is about.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • the battery pack of the hybrid vehicle or the electric vehicle includes a plurality of secondary batteries, and the plurality of secondary batteries are connected to each other in series and in parallel to improve capacity and output.
  • the electrode leads provided in two or more secondary batteries may be connected to each other by welding or the like.
  • the battery pack may include various battery pack protection devices such as a battery management system (BMS) in addition to the secondary battery.
  • BMS battery management system
  • Such protection devices may play various roles such as managing charge and discharge of the battery pack and ensuring safety.
  • Such protection devices may perform their functions in consideration of various factors, and representative of such factors may be the voltage of each secondary battery.
  • the specific protection device may prevent overcharging or overdischarging of the secondary battery through voltage values at both ends of each secondary battery, and may perform a balancing function to reduce the variation in state of charge between the secondary batteries.
  • a bus bar for sensing may be contacted and coupled to the electrode leads of the secondary battery.
  • FIG. 1 is a front view schematically showing a configuration in which two electrode leads 10 and 20 and a bus bar 30 are welded according to the prior art.
  • the bus bars 30 may be contacted to each other by being welded by the electrode leads 10 and 20 and the welding means W.
  • FIG. In particular, an ultrasonic welding method may be used to couple the bus bar and the electrode lead.
  • another electrode lead may be coupled to the electrode lead for connection with another secondary battery.
  • two electrode leads that is, the first electrode lead 10 and the second electrode lead 20, respectively provided from different secondary batteries may be coupled to each other, and the busbar 30 may be connected to each other.
  • the electrode lead of the secondary battery may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead is made of aluminum (Al)
  • the negative electrode lead is often made of copper (Cu). Therefore, in order to connect the secondary batteries in series, the positive electrode lead and the negative electrode lead must be connected to each other between the secondary batteries. Since the positive electrode lead and the negative electrode lead are made of different materials, the busbar may be welded with electrode leads of different materials. There is no choice but to.
  • the first electrode lead 10 may be made of copper and the second electrode lead 20 may be made of aluminum.
  • the bus bar 30 may be made of copper material and may be welded by ultrasonic welding by contacting an upper surface of the first electrode lead.
  • the bus bar 30 may be formed by a second electrode lead made of a different material from the bus bar. Welding may not work well. And, this welding configuration can make welding conditions difficult and also weaken the welding force.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a battery module and a manufacturing method which can improve the weldability and secure the fixing force when ultrasonically welding the bus bar to the portion where two or more electrode leads are combined, and
  • An object of the present invention is to provide a battery pack and a car including the same.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object is provided in one of the secondary cells of the plurality of secondary batteries stacked in the vertical direction, the first electrode lead configured in the form of a metal plate; It is provided in a secondary battery different from the secondary battery provided with the first electrode lead, and is formed in the form of a plate of a metal material different from the first electrode lead, the upper surface is in contact with the lower surface of the first electrode lead to the first electrode A second electrode lead electrically connected to the lead, the second electrode lead having a missing region formed on the lower surface of the first electrode lead; And a bus bar configured to be in the form of a metal plate and contacted with the first electrode lead at an upper portion of a portion in which the region of the first electrode lead lacking the second electrode lead is formed.
  • the bus bar and the first electrode lead are welded by ultrasonic welding.
  • the first electrode lead is configured such that a region lacking the second electrode lead is located on a lower surface of the entire portion where the bus bar contacts the upper surface.
  • the lacking region is formed below one side end of the first electrode lead.
  • the bus bar is made of the same metal material as the first electrode lead.
  • bus bar and the first electrode lead may be made of copper, and the second electrode lead may be made of aluminum.
  • the bus bar senses a voltage at a connection point between the first electrode lead and the second electrode lead.
  • busbars are included.
  • it further comprises a support member formed in the form of a plate standing in the vertical direction and formed with a through hole through which the electrode lead is supported.
  • the bus bar includes a bent portion bent in a vertical direction in a portion thereof, and the bent portion is fixedly coupled to the support member.
  • the battery pack according to the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the secondary battery having a first electrode lead configured in the form of a metal plate, the first electrode lead and a different metal plate form And preparing a second secondary battery having a second electrode lead to be connected to the first electrode lead, and a bus bar formed of a metal plate;
  • the first electrode lead and the second electrode are disposed under the first electrode lead so that a missing region is formed in the lower surface of the first electrode lead in which the second electrode lead is not partially present.
  • Stacking leads Placing the busbar on an upper portion of a portion of the first electrode lead in which a region lacking the second electrode lead is formed; And welding the first electrode lead and the bus bar.
  • the method further includes welding the second electrode lead and the first electrode lead prior to the positioning of the bus bar.
  • the method may further include cutting a portion of the second electrode lead to form a lacking region of the second electrode lead.
  • the welding of the first electrode lead and the bus bar may be performed by an ultrasonic welding method.
  • the bus bar may be welded only to a portion at which a region of the second electrode lead lacks.
  • weldability between two or more electrode leads and busbars can be greatly improved.
  • the bus bar when ultrasonically welding a bus bar to a portion where two electrode leads are laminated and coupled, the bus bar is welded only with electrode leads of the same material, so that welding processability may be improved.
  • the fixing force by welding can be secured stably.
  • welding of the busbars and the electrode leads can be easily performed to reduce the manufacturing time and cost of the battery module and the battery pack.
  • the welding failure is reduced, so that the bus bar can be stably fixed to the electrode lead and do not fall, thereby stably detecting the voltage of the secondary battery through the bus bar.
  • FIG. 1 is a front view schematically showing a configuration in which two electrode leads and a bus bar according to the prior art are welded.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a part of the configuration of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a partial configuration of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic view of the configuration of FIG. 4 viewed from below.
  • FIG. 5 is a schematic view of the configuration of FIG. 4 viewed from below.
  • FIG. 6 is a front view schematically showing a coupling configuration of one busbar and two electrode leads according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view schematically illustrating a connection configuration of a bus bar and an electrode lead to a part of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a sensing assembly including a bus bar according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically showing an enlarged partial configuration of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a combined perspective view schematically illustrating some components of a battery module according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of some components of FIG. 2.
  • FIGS. 2 and 3 for convenience of description, the front part of the battery module provided with the electrode lead 110 and the bus bar 210 will be mainly shown.
  • the battery module according to the present invention includes a first electrode lead 111, a second electrode lead 112, and a bus bar 210.
  • the battery module according to the present invention includes a plurality of secondary batteries 101, and the plurality of secondary batteries 101 may be stacked in one direction, for example, in a vertical direction as illustrated in the drawing.
  • the secondary battery 101 may be a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is housed in a pouch case including an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer.
  • the stacking frame 120 may be provided in the battery module to facilitate stacking and assembly between the plurality of secondary batteries 101.
  • the stacking frame 120 is a component used to stack the secondary batteries 101.
  • the stacking frame 120 is configured to hold the secondary batteries 101 to prevent their flow and to be stacked on each other. You can guide.
  • the stacking frame 120 may be replaced with various other terms such as a cartridge, and may be configured in the form of a rectangular ring with a hollow central portion. In this case, four corners of the stacking frame 120 may be located at an outer circumferential portion of the secondary battery 101.
  • the secondary battery 101 may be stored between the stacked inner spaces of the stacking frame 120.
  • the plurality of secondary batteries 101 and the stacking frame 120 for stacking the same may be referred to as a cell assembly 100.
  • the cell assembly 100 may be included in one or more units of the battery module.
  • the cell assembly 100 may include end plates 130 at upper and lower portions thereof.
  • the end plate may be configured in the form of a plate having a large area, and may cover the upper and lower portions of the cell assembly 100, respectively.
  • This end plate may serve to provide mechanical rigidity for the cell assembly 100 and protect the cell assembly 100 from external shocks and the like.
  • the end plate may be made of a metal material such as steel.
  • Each secondary battery 101 included in the cell assembly 100 of the battery module may include an electrode lead.
  • the electrode lead 110 may be connected to an electrode plate positioned inside the secondary battery 101 to function as a terminal for charging and discharging the secondary battery 101.
  • the electrode lead 110 may include a positive electrode lead and a negative electrode lead. That is, each secondary battery 101 may include a positive electrode lead connected to the positive electrode plate and a negative electrode lead connected to the negative electrode plate of the electrode plate.
  • each electrode lead as shown in the figure, may be configured in the form of a plate of a metal material with electrical conductivity, and protrude out of the pouch case in a horizontally laid down form. Can be.
  • the secondary batteries 101 included in the cell assembly 100 of the battery module may be electrically connected to each other to improve capacity or output. At this time, each secondary battery may be electrically connected to each other through the coupling of the electrode lead.
  • the battery module according to the present invention may have a structure in which electrode leads provided in different secondary batteries are contacted with each other in an up and down direction for electrical connection of two or more secondary batteries.
  • an electrode lead disposed above is referred to as a first electrode lead 111, and an electrode lead disposed below the second electrode lead ( 112).
  • the first electrode lead 111 when the first electrode lead 111 is based on a structure in which two secondary batteries are stacked in a vertical direction, the first electrode lead 111 may be referred to as an electrode lead provided in a secondary battery stacked on the upper side.
  • the two electrode leads 112 may be referred to as electrode leads provided in the secondary batteries stacked below.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be coupled to face each other in the vertical direction. That is, the upper surface of the second electrode lead 112 may contact the lower surface of the first electrode lead 111 so that the second electrode lead 112 and the first electrode lead 111 may be electrically connected to each other.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may both be configured in the form of a metal plate.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be made of different metal materials.
  • the secondary batteries may be connected in series.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead formed of different kinds of materials may be bonded to each other.
  • the anode lead may be made of aluminum and the cathode lead may be made of copper. Therefore, when the secondary batteries are connected in series with each other, the positive electrode lead and the negative electrode lead made of different kinds of metal materials may be bonded to each other. At this time, the positive electrode lead and the negative electrode lead may be bonded by an ultrasonic welding method.
  • a missing region may be formed in any one of the electrode leads. This lack region formation configuration will be described in more detail with reference to the configuration of FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2, and FIG. 5 is a schematic view of the configuration of FIG. 4 as viewed from below.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are stacked in the vertical direction, and the lower surface of the first electrode lead 111 generally has a shape of the second electrode lead 112.
  • An upper surface is in contact with the first electrode lead 111, a portion of the lower portion (L) lacking the second electrode lead 112 is not formed. That is, the lacking region L may mean a portion of the second electrode lead 112 that does not exist on the bottom surface of the first electrode lead 111.
  • the lacking region L is formed by manufacturing the second electrode lead 112 in the same shape and size as the first electrode lead 111, and then cutting and removing a portion of the second electrode lead 112. Can be. Alternatively, the lacking region may be formed in a manner that is made smaller than the first electrode lead 111 when the second electrode lead 112 is manufactured.
  • the present invention is not limited by the specific manner of forming the missing region in the second electrode lead 112.
  • the bus bar 210 may be configured in the form of a plate of metal material having electrical conductivity.
  • the bus bar 210 may be laid down in a horizontal direction, that is, in a flat plate shape in a horizontal direction so as to be in contact with the electrode lead in a face-to-face contact with each other, and may be in contact with the electrode lead.
  • the bus bar 210 may include a portion in which two electrode leads are bonded to each other, that is, the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112. Can be joined in contact with the junction part. In this case, as illustrated in FIGS. 2 to 5, the bus bar 210 may be in contact with the first electrode lead 111 to be in contact with the first electrode lead 111.
  • the bus bar 210 may be seated and coupled to an upper portion of a portion in which a lacking region of the second electrode lead 112 is formed at the bottom of the first electrode lead 111. have. That is, referring to the configuration of FIGS. 4 and 5, the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 made of different kinds of materials are stacked in contact with each other in the vertical direction to be coupled to each other, and the first electrode lead ( A lack region where the second electrode lead 112 does not exist is formed in a lower portion of the 111, and the bus bar 210 may be configured to be positioned above the portion where the lack region is formed in the horizontal direction.
  • the bus bar 210 may be in contact with the first electrode lead 111 by a welding method.
  • the bus bar 210 and the first electrode lead 111 may be welded by an ultrasonic welding method.
  • the bus bar 210 when the bus bar 210 is ultrasonically welded to a structure in which the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are coupled, the bus bar 210 is formed of a different material. It is not necessary to be coupled to both the 111 and the second electrode leads 112, and may only be coupled to the first electrode leads 111. Therefore, according to this aspect of the present invention, it is not necessary to set the ultrasonic welding conditions or to perform the ultrasonic welding several times in order to be bonded to the different materials of the two electrode leads. Therefore, according to the present invention, the coupling between the electrode lead and the bus bar 210 can be made more easily, and the coupling fixing force of the electrode lead and the bus bar 210 can be secured stably. Therefore, by this aspect of the present invention, the coupling processability of the bus bar 210 and the electrode lead can be improved, and the probability of failure and failure due to separation of the bus bar 210 and the electrode lead can be reduced.
  • the bus bar 210 may be made of the same kind of metal as the first electrode lead 111.
  • the bus bar 210 is seated on an upper portion of the first electrode lead 111 to perform welding with the first electrode lead 111, in which case the bus bar 210 and
  • the first electrode lead 111 is made of the same metal material, the weldability of the bus bar 210 and the first electrode lead 111 may be improved, and a bonding force may be stably secured after welding.
  • the bus bar 210 and the first electrode lead 111 may be made of copper.
  • the bus bar 210 may be formed of a copper material similarly to the first electrode lead 111. Can be configured.
  • the second electrode lead 112 may be made of aluminum.
  • the second electrode lead 112 may be made of aluminum, and the first electrode.
  • the lead 111 and the bus bar 210 may be made of copper.
  • the bus bar 210 is positioned above the lacking region where the second electrode lead 112 does not exist below the first electrode lead 111, the bus bar is made of copper.
  • the 210 may be welded to the first electrode lead 111 made of copper of the same kind, and may not be welded to the second electrode lead 112 made of a kind of aluminum.
  • the first electrode lead 111 may be configured such that a lacking region of the second electrode lead 112 is positioned on the lower surface of the entire portion where the bus bar 210 contacts the upper surface. This will be described in more detail with reference to FIG. 6.
  • FIG. 6 is a front view schematically illustrating a coupling configuration of one bus bar 210 and two electrode leads according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the body part of the secondary battery or other components of the battery module are not shown.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are face-to-face in a stacked form in an up-down direction, but the second electrode lead 112 has a portion where a portion thereof is removed. Is formed.
  • the bus bar 210 is in contact with the upper portion of the first electrode lead 111.
  • the C and L overlap each other in the vertical direction. If so configured, the area indicated by C is preferably configured to be included in the area indicated by L.
  • the contact portion of the bus bar 210 and the first electrode lead 111 is preferably configured to be included in the lacking region of the second electrode lead 112. If this is described with reference to the first electrode lead 111, the first electrode lead 111 may be configured such that the second electrode lead 112 does not exist in the lower portion of the portion where the bus bar 210 contacts the upper portion. Can be.
  • the lacking region is located at the right end of the second electrode lead 112 as in the configuration of FIG. 6, the left end of C, which is the contact area between the busbar 210 and the first electrode lead 111, is
  • the second electrode lead 112 may be arranged on the same line or right side in the left-right direction than the left end of L, which is the lacking region of the second electrode lead 112.
  • the bus bar 210 and the first electrode lead 111 are coupled to each other by ultrasonic welding or the like, the bus bar 210 is in contact with the first electrode lead 111. Since the second electrode lead 112 does not exist below the portion, the bus bar 210 only needs to be welded to the first electrode lead 111. That is, as shown in the figure, when the welding means (W) is located above the bus bar 210 and the welding is performed in such a manner as to apply ultrasonic waves in the downward direction, the second electrode lead 112 is Except for this, only the first electrode lead 111 may be welded to the bus bar 210.
  • the bus bar 210 when the bus bar 210 is made of the same material as the first electrode lead 111 and is different from the second electrode lead 112, the bus bar 210 may be different from the second electrode lead 112 having a different material. Since ultrasonic welding does not need to be performed, weldability can be effectively improved.
  • the lacking region formed by the absence of the second electrode lead 112 may be formed below one side end of the first electrode lead 111.
  • a lacking region of the second electrode lead 112 may be formed at the right end of the first electrode lead 111.
  • a configuration in which the bus bar 210 is positioned above the portion where the lacking region is formed may be coupled to the first electrode lead 111.
  • the bus bar 210 extends in a horizontal direction from one end of the first electrode lead 111 toward the center portion and is often configured to be seated on the upper portion of the first electrode lead 111. According to the configuration as described above, with respect to the entire contact portion of the bus bar 210 and the first electrode lead 111, it can be more easily achieved so that the lacking region is located below.
  • the bus bar 210 may be configured to be connected to the electrode lead of the secondary battery in order to determine the electrical state or characteristics of the secondary battery.
  • the bus bar 210 may be attached to the electrode lead of the secondary battery and used to sense the voltage of the secondary battery.
  • the bus bar 210 may be attached to a connection point between the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 and configured to sense a voltage at the connection point.
  • the battery module according to the present invention may include a sensing assembly 200 for sensing a voltage between both ends of each secondary battery as a component that is distinguished from the cell assembly 100 including a plurality of secondary batteries.
  • the bus bar 210 may be included in the assembly 200.
  • each bus bar 210 may be coupled to a different lead coupling structure 110.
  • the bus bar 210 may be attached to both of the structures in which the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are combined, and thus may be used for voltage sensing of all secondary batteries.
  • the sensing assembly 200 may include a connector D for transferring a voltage sensed from the bus bar 210 to another device. That is, the battery module may further include a connector D in addition to the bus bar 210 as a component provided in the sensing assembly 200.
  • the connector may be connected to a device such as a BMS to transmit a sensing voltage of the secondary battery to the BMS.
  • the bus bar 210 and the connector may be connected to each other through a connection member 220 such as a wire.
  • a plurality of bus bars 210 are provided, a plurality of wires may also be provided. In this case, as indicated by I in FIGS. 2 and 3, these multiple wires may be configured in one bundle form.
  • the sensing assembly 200 may further include a connection member 220.
  • connection member 220 the other end of the bus bar 210 and one end of the wire is connected, it is possible to mediate the electrical connection between the bus bar 210 and the wire.
  • the connection member 220 may support the bus bar 210 by fixing the other end of the bus bar 210.
  • a plurality of bus bars 210 may be coupled to the connection member 220, wherein the plurality of bus bars 210 may be connected to the connection member 220. It may be arranged in a form spaced apart from each other in a vertical direction in the.
  • the secondary battery included in the cell assembly 100 may be a unidirectional secondary battery.
  • the unidirectional secondary battery may be a secondary battery having a shape in which the positive electrode lead and the negative electrode lead protrude to the same side surface as illustrated in FIGS. 2 and 3. That is, the pouch type secondary battery may have a rectangular shape having four sides in a form viewed from top to bottom.
  • a unidirectional secondary battery has both positive and negative leads on one side of four sides. It is a battery.
  • the bus bars 210 may be provided to alternately protrude in left and right directions from the center of the secondary battery. This will be described in more detail with reference to FIG. 7.
  • FIG. 7 is a front view schematically illustrating a connection configuration of a bus bar 210 and electrode leads to a portion of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the cathode lead may be referred to as the first electrode lead 111 and the anode lead may be referred to as the second electrode lead 112.
  • the bus bar 210 may be configured to be ultrasonically welded to the first electrode lead 111 by being seated on the negative electrode lead of each secondary battery, that is, the first electrode lead 111.
  • connection member 220 is positioned between the positive electrode lead and the negative electrode lead with respect to the unidirectional secondary battery, and the plurality of bus bars 210 may be provided to alternately protrude in the left and right directions, respectively, in a form in which the other ends are connected to the connection member. Can be.
  • three bus bars 210 are provided to protrude in the left direction of the connecting member 220, and the other three bus bars 210 are provided to protrude in the right direction of the connecting member 220, respectively. It is comprised so that it may be connected to the connection part 110 between different electrode leads. Therefore, according to this configuration of the present invention, it is possible to easily detect the voltage of the entire secondary battery included in the battery module with only one sensing assembly 200, the structure can be simplified.
  • the battery module may further include a support member as a component provided in the sensing assembly 200. This will be described in more detail with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a sensing assembly 200 including a bus bar 210 according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a sectional view schematically showing an enlarged partial configuration of FIG. 8.
  • the support member 230 may be formed in a plate shape standing up and down, and may be provided between the bus bar 210 and the secondary battery.
  • the support member 230 may have a through hole 231 formed therein.
  • the through hole 231 may serve to penetrate and support the electrode lead. That is, the electrode lead of the secondary battery may be fixed to the bus bar 210 of the sensing assembly 200 by penetrating through the through hole 231 of the supporting member. Supported in the vertical direction may be limited to the vertical movement. Therefore, the fixed state by welding the electrode lead and the bus bar 210 may be maintained more stably without falling. Particularly, in the case of a battery module used in an automobile or the like, it may be exposed to strong vibrations or shocks.
  • the electrode leads are supported through the through holes 231 of the support member, as in the above embodiment, such vibrations or shocks It is possible to prevent the electrode lead from falling easily from the bus bar 210, and the like.
  • the through holes 231 by supporting the electrode leads in the vertical direction by the through holes 231, the gap between the electrode leads is prevented from being narrowed, thereby preventing problems such as internal short circuits due to contact between the electrode leads.
  • the bus bar 210 may have a bent portion bent in a vertical direction in a portion thereof, and the bent portion may be configured to be fixedly coupled to the support member.
  • the bus bar 210 is configured to be flat in the horizontal direction to face the electrode lead, but the bent portion bent in the vertical direction, such as the portion indicated by E
  • the bent portion may be configured to be fixedly coupled to the support member.
  • the bus bar 210 is fixedly coupled to the support member through the bent portion E, the welding process between the bus bar 210 and the electrode lead can be performed more easily.
  • the flow of the bus bar 210 and the electrode lead is prevented, so that the coupling between the bus bar 210 and the electrode lead may not be easily separated even when vibration or shock.
  • the fastening hole may be formed in the bent portion E of the bus bar 210 as indicated by H in the figure.
  • the fastening member 232 is inserted into and fastened to the fastening hole H of the bus bar 210 to fix the bus bar 210 and the support member.
  • the fastening member 232 may be a protrusion formed on the support member or a component separate from the support member such as a bolt. According to this configuration of the present invention, since the support member and the bus bar 210 are fixedly fixed by the fastening member 232, this coupling can be maintained stably.
  • the bus bar 210, the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are sequentially stacked in the upper direction to the lower direction.
  • the lacking region L of the second electrode lead may be located under a portion where the bus bar is not located in the first electrode lead 111. According to this configuration, the process of welding the bus bar and the first electrode lead, the process of welding the first electrode lead and the second electrode lead, and the process of coupling the bus bar to the support member can be easily performed.
  • the battery pack according to the present invention includes one or more battery modules described above.
  • the battery pack may further include a case for accommodating the battery module, various devices for controlling charging and discharging of the battery module, for example, a battery management system (BMS), a current sensor, a fuse, and the like, in addition to the battery module.
  • BMS battery management system
  • the connector D provided in the sensing assembly 200 of the battery module may be connected to the BMS.
  • the battery module according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include a battery module according to the present invention. In the case of a battery module used in an automobile or the like, it may be easily exposed to strong vibrations or impacts. In the case of the battery module according to the present invention, since the weldability of the electrode lead and the bus bar 210 is excellent, the electrode may be subjected to such vibrations or shocks. It is possible to prevent the lead from easily falling off the busbar 210.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a preparation step (S110) of two or more secondary batteries and a bus bar 210, the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be performed.
  • the lamination step S120, the location step S130 of the bus bar 210, and the welding step S140 of the first electrode lead 111 and the bus bar 210 are included.
  • the step S110 may include a secondary battery including a first electrode lead 111 formed of a metal plate, a plate shape formed of a metal material different from the first electrode lead 111, and the first electrode lead 111. ) Is a step of preparing another secondary battery having a second electrode lead 112 to be connected to) and a bus bar 210 formed of a metal plate.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 are stacked by placing the second electrode lead 112 under the first electrode lead 111 so as to face each other.
  • a lacking region in which the second electrode lead 112 is not partially present is formed on the bottom surface of the first electrode lead 111.
  • the bus bar 210 is positioned on the upper portion of the first electrode lead 111, but the lacking region of the second electrode lead 112 is formed under the portion where the bus bar 210 is located. do. That is, in step S130, the bus bar 210 is positioned above the portion of the first electrode lead 111 having a region formed at the bottom thereof.
  • the step S140 is a step of welding the first electrode lead 111 and the bus bar 210.
  • the step S140 may be performed by an ultrasonic welding method.
  • the step S140 may be configured such that the bus bar 210 is welded only to a portion at which a region of the second electrode lead 112 is located at a lower portion thereof.
  • the welding of the second electrode lead 112 and the first electrode lead 111 may be further included.
  • step S120 cutting and removing a portion of the second electrode lead 112 to form a missing region of the second electrode lead 112.

Abstract

본 발명은 2 이상의 전극 리드가 결합된 부분에 버스바를 초음파 용접하는 경우 용접성을 향상시키는 한편 고정력을 확보할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 제1 전극 리드; 제2 전극 리드; 및 상기 제1 전극 리드 중 하부에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에서, 상기 제1 전극 리드와 접촉 결합된 버스바를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 전극 리드와 버스바의 용접 시 용접성이 향상될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈과 그 제조 방법, 그리고 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 6월 9일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0069531호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다. 이 경우, 둘 이상의 이차 전지에 구비된 전극 리드는 용접 등의 방식으로 상호 접합 연결될 수 있다.
한편, 배터리 팩에는 이차 전지 이외에 BMS(Battery Managememt System)와 같은 다양한 배터리 팩 보호 장치가 포함될 수 있다. 이러한 보호 장치들은, 배터리 팩의 충방전을 관리하고 안전성을 확보하는 등 여러 역할을 수행할 수 있다. 이러한 보호 장치들은, 여러 인자를 고려하여 그 기능을 수행할 수 있는데, 그러한 인자 중 대표적인 것이 각 이차 전지의 전압이라 할 수 있다. 예를 들어, 특정 보호 장치는 각 이차 전지의 양단 전압값을 통해 해당 이차 전지의 과충전 내지 과방전을 방지할 수 있고, 이차 전지 간 충전 상태 편차를 줄이는 밸런싱 기능을 수행할 수도 있다.
이처럼, 배터리 팩에 포함된 각 이차 전지의 양단 전압값 등 전기적 특성을 센싱하기 위해서는, 이차 전지의 전극 리드에 센싱을 위한 버스바가 접촉하여 결합될 수 있다.
도 1은, 종래 기술에 따른 2개의 전극 리드(10, 20)와 버스바(30)가 용접되는 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1을 참조하면, 버스바(30)는 전극 리드(10, 20)와 용접 수단(W)에 의해 용접됨으로써 상호 접촉 결합될 수 있다. 특히, 이러한 버스바와 전극 리드의 결합을 위해서는 초음파 용접 방식이 이용될 수 있다. 그런데, 도면에 도시된 바와 같이, 버스바가 전극 리드와 용접될 때, 이러한 전극 리드에는 다른 이차 전지와의 연결을 위해 다른 전극 리드가 결합될 수 있다. 다시 말해, 이차 전지가 상호 연결되기 위해서는 다른 이차 전지로부터 각각 구비된 2개의 전극 리드, 즉 제1 전극 리드(10)와 제2 전극 리드(20)가 상호 결합되어 있을 수 있으며, 버스바(30)는 이처럼 2개의 전극 리드가 결합되어 있는 부분에 용접될 수 있다.
그런데, 버스바가 2개 또는 그 이상의 전극 리드와 용접되는 경우, 버스바와 전극 리드 간 용접이 제대로 이루어지지 못하는 문제가 있다. 특히, 이차 전지의 전극 리드는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있는데, 통상적으로 양극 리드는 알루미늄(Al) 재질로 구성되고, 음극 리드는 구리(Cu) 재질로 구성되는 경우가 많다. 따라서, 이차 전지를 직렬 연결하기 위해서는 다른 이차 전지 간 양극 리드와 음극 리드가 서로 연결되어야 하며, 이러한 양극 리드와 음극 리드는 서로 다른 재질로 구성되기 때문에, 버스바는 다른 재질의 전극 리드와 용접될 수 밖에 없다.
예를 들어, 도 1의 구성에서 제1 전극 리드(10)는 구리 재질로 구성되고 제2 전극 리드(20)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 이때, 버스바(30)는 구리 재질로 구성되어 제1 전극 리드의 상면에 접촉하여 초음파 용접 방식으로 용접될 수 있는데, 이 경우 버스바와 다른 종류의 재질로 구성된 제2 전극 리드에 의해 버스바의 용접이 잘 이루어지지 않을 수 있다. 그리고, 이러한 용접 구성으로 인해 용접 조건이 까다로워지고 용접력 또한 약해질 수 있다.
그러므로, 종래 기술에 의하면, 버스바와 전극 리드의 용접을 위한 시간이 많이 소요되고 공정성이 떨어지며, 버스바가 전극 리드로부터 떨어져 버스바를 통한 이차 전지의 전압 센싱 등이 제대로 수행되지 못할 가능성이 많다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 2 이상의 전극 리드가 결합된 부분에 버스바를 초음파 용접하는 경우 용접성을 향상시키는 한편 고정력을 확보할 수 있는 배터리 모듈과 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상하 방향으로 적층된 복수의 이차 전지 중 하나의 이차 전지에 구비되며, 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 제1 전극 리드; 상기 제1 전극 리드가 구비된 이차 전지와 다른 이차 전지에 구비되며, 상기 제1 전극 리드와 다른 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되고, 상면이 상기 제1 전극 리드의 하면에 접촉하여 상기 제1 전극 리드와 전기적으로 연결되되, 상기 제1 전극 리드의 하면에서 일부 존재하지 않는 결여 영역이 형성된 제2 전극 리드; 및 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되며, 상기 제1 전극 리드 중 하부에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에서, 상기 제1 전극 리드와 접촉 결합된 버스바를 포함한다.
바람직하게는, 상기 버스바와 상기 제1 전극 리드는 초음파 용접 방식에 의해 용접된다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 전극 리드는, 상면에 상기 버스바가 접촉하는 부분 전체에 대하여, 하면에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 위치하도록 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 결여 영역은, 상기 제1 전극 리드의 일측 단부 하부에 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 제1 전극 리드와 동일한 금속 재질로 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바 및 상기 제1 전극 리드는 구리 재질로 구성되고, 상기 제2 전극 리드는 알루미늄 재질로 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드의 연결 지점에 대한 전압을 센싱한다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는 둘 이상 포함된다.
또한 바람직하게는, 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 구성되며 상기 전극 리드가 관통하여 지지되는 관통홀이 형성된 지지 부재를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 일부에 상하 방향으로 절곡된 절곡부를 구비하며, 상기 절곡부가 상기 지지 부재에 결합 고정된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 제1 전극 리드를 구비하는 이차 전지, 상기 제1 전극 리드와 다른 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되며 상기 제1 전극 리드와 연결되기 위한 제2 전극 리드를 구비하는 다른 이차 전지, 및 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 버스바를 준비하는 단계; 상기 제1 전극 리드의 하부에 상기 제2 전극 리드가 위치하되, 상기 제1 전극 리드의 하면에서 상기 제2 전극 리드가 일부 존재하지 않는 결여 영역이 형성되도록 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 적층하는 단계; 상기 제1 전극 리드 중 하부에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에 상기 버스바를 위치시키는 단계; 및 상기 제1 전극 리드와 상기 버스바를 용접하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 버스바의 위치 단계 이전에, 상기 제2 전극 리드와 상기 제1 전극 리드를 용접하는 단계를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드의 적층 단계 이전에, 상기 제2 전극 리드의 결여 영역을 형성하기 위해 상기 제2 전극 리드의 일부를 커팅하는 단계를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 전극 리드와 상기 버스바의 용접 단계는, 초음파 용접 방식에 의해 수행된다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 전극 리드와 상기 버스바의 용접 단계는, 하부에 제2 전극 리드의 결여 영역이 위치하는 부분에만 상기 버스바가 용접된다.
본 발명에 의하면, 둘 이상의 전극 리드와 버스바 간 용접성이 크게 개선될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 2개의 전극 리드가 적층 결합된 부분에 버스바를 초음파 용접할 때, 버스바는 동종 재질의 전극 리드와만 용접이 수행되므로, 용접 공정성이 향상될 수 있으며, 용접에 의한 고정력을 안정적으로 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 버스바와 전극 리드의 용접이 용이하게 수행되어 배터리 모듈 및 배터리 팩의 제조 시간 및 비용이 감소될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 용접 불량이 감소되어 버스바가 전극 리드에 안정적으로 고정되고 떨어지지 않게 될 수 있으며, 이로 인해 버스바를 통한 이차 전지의 전압 검출 등이 안정적으로 수행될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 여러 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래 기술에 따른 2개의 전극 리드와 버스바가 용접되는 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 3은, 도 2의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 4는, 도 2의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 5는, 도 4의 구성을 하부에서 바라본 형태의 개략적인 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 버스바와 2개의 전극 리드의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대하여, 버스바와 전극 리드의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바가 포함된 센싱 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 8의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 3은 도 2의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다. 다만, 도 2 및 도 3에서는 설명의 편의를 위해, 전극 리드(110) 및 버스바(210)가 구비된 배터리 모듈의 정면 부분을 위주로 도시되도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 제1 전극 리드(111), 제2 전극 리드(112) 및 버스바(210)를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 복수의 이차 전지(101)를 포함하며, 이러한 복수의 이차 전지(101)는 일 방향, 이를테면 도면에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 적층될 수 있다. 특히, 이러한 이차 전지(101)는 전극 조립체가 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층으로 구성된 파우치 외장재에 수납된 형태의 파우치형 이차 전지일 수 있다.
여기서, 복수의 이차 전지(101) 간 적층 및 조립을 용이하게 하기 위해, 적층용 프레임(120)이 배터리 모듈에 구비될 수 있다. 상기 적층용 프레임(120)은 이차 전지(101)를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 이차 전지(101)를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지(101)의 조립을 가이드할 수 있다. 이러한 적층용 프레임(120)은, 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있으며, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 적층용 프레임(120)의 네 모서리는 이차 전지(101)의 외주부에 위치할 수 있다. 그리고, 적층용 프레임(120)을 적층하는 경우, 이차 전지(101)는 적층용 프레임(120)의 적층된 내부 공간 사이에 수납될 수 있다.
복수의 이차 전지(101), 그리고 이를 적층하기 위한 적층용 프레임(120)을 통합하여 셀 어셈블리(100)라 할 수 있다. 그리고 이러한 셀 어셈블리(100)는 배터리 모듈에 하나 또는 둘 이상의 단위로 포함될 수 있다.
이러한 셀 어셈블리(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부와 하부에 각각 엔드 플레이트(130)를 구비할 수 있다. 이러한 엔드 플레이트는 넓은 면적을 가진 플레이트 형태로 구성되어, 셀 어셈블리(100)의 상부 및 하부를 각각 커버할 수 있다. 이러한 엔드 플레이트는, 셀 어셈블리(100)에 대한 기계적 강성을 제공하고, 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 엔드 플레이트는 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.
배터리 모듈의 셀 어셈블리(100)에 포함되는 각각의 이차 전지(101)는, 전극 리드를 구비할 수 있다. 이러한 전극 리드(110)는 이차 전지(101)의 내부에 위치하는 전극판에 연결되어 이차 전지(101)의 충방전을 위한 단자로서 기능할 수 있다. 그리고, 이러한 전극 리드(110)에는 양극 리드 및 음극 리드가 포함될 수 있다. 즉, 각각의 이차 전지(101)는 전극판 중 양극판과 연결된 양극 리드 및 음극판과 연결된 음극 리드를 포함할 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지에 있어서, 각각의 전극 리드는, 도면에 도시된 바와 같이, 전기적 전도성을 가진 금속 재질의 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 수평 방향으로 눕혀진 형태로 파우치 외장재 외부로 돌출될 수 있다.
배터리 모듈의 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지(101)는 서로 전기적으로 연결되어 용량이나 출력을 향상시키도록 구성될 수 있다. 이때, 각 이차 전지는 전극 리드의 결합을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 2개 이상의 이차 전지의 전기적 연결을 위해 서로 다른 이차 전지에 구비된 전극 리드가 상하 방향으로 서로 접촉하여 결합된 구조를 가질 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 2개의 전극 리드가 상하 방향으로 접합된 구조에 있어서, 상부에 위치한 전극 리드를 제1 전극 리드(111)라 하고, 하부에 위치한 전극 리드를 제2 전극 리드(112)라 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극 리드(111)는, 상하 방향으로 2개의 이차 전지가 적층된 구조를 기준으로 할 때, 상부에 적층된 이차 전지에 구비된 전극 리드라 할 수 있고, 상기 제2 전극 리드(112)는, 하부에 적층된 이차 전지에 구비된 전극 리드라 할 수 있다. 그리고, 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)는 상하 방향으로 대면 접촉하여 결합될 수 있다. 즉, 상기 제2 전극 리드(112)의 상면은 제1 전극 리드(111)의 하면에 접촉하여 제2 전극 리드(112)와 제1 전극 리드(111)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극 리드(111)와 상기 제2 전극 리드(112)는, 모두 금속 재질의 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명에 있어서 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)는 서로 다른 금속 재질로 구성될 수 있다. 더욱이, 이차 전지는 직렬로 연결될 수 있는데, 이 경우 서로 다른 종류의 재질로 구성된 양극 리드와 음극 리드가 서로 접합될 수 있다. 특히, 양극 리드는 알루미늄 재질로 구성되고, 음극 리드는 구리 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 이차 전지가 서로 직렬로 연결되는 경우, 서로 다른 종류의 금속 재질로 구성된 양극 리드와 음극 리드가 서로 접합될 수 있다. 이때, 양극 리드와 음극 리드는 초음파 용접 방식 등으로 접합될 수 있다.
특히, 본 발명에 있어서, 이처럼 서로 다른 재질로 구성된 전극 리드가 접합하여 결합되는 구조에 있어서, 어느 하나의 전극 리드에는 결여 영역이 형성될 수 있다. 이러한 결여 영역 형성 구성에 대해서는 도 4 및 도 5의 구성을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 도 2의 A 부분에 대한 확대도이고, 도 5는 도 4의 구성을 하부에서 바라본 형태의 개략적인 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)가 상하 방향으로 적층되어, 대체로 제1 전극 리드(111)의 하면에는 제2 전극 리드(112)의 상면이 접촉되되, 제1 전극 리드(111)의 일부분 하부에는 제2 전극 리드(112)가 존재하지 않는 결여 영역(L)이 형성되어 있다. 즉, 상기 결여 영역(L)은, 제2 전극 리드(112)에서 제1 전극 리드(111)의 하면에 존재하지 않는 부분을 의미한다고 할 수 있다. 이러한 결여 영역(L)은 제2 전극 리드(112)를 제1 전극 리드(111)와 동일한 형태 및 크기로 제조한 후, 제2 전극 리드(112)의 일정 부분을 절취하여 제거하는 방식으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 결여 영역은 제2 전극 리드(112)의 제조 시 제1 전극 리드(111)보다 작은 크기로 만들어지는 방식으로 형성될 수도 있다. 본 발명은 이러한 제2 전극 리드(112)에 결여 영역을 형성하는 구체적인 방식에 의해 한정되지 않는다.
상기 버스바(210)는, 전기적 전도성을 갖는 금속 재질의 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 버스바(210)는 전극 리드와 상호 면 대 면으로 대면 접촉될 수 있도록 수평 방향으로 눕혀진 형태, 다시 말해 수평 방향으로 평평한 플레이트 형태로 구성되어, 전극 리드와 접촉 결합될 수 있다.
더욱이, 2개 이상의 이차 전지가 서로의 전극 리드를 통해 상호 연결된 경우, 상기 버스바(210)는 2개의 전극 리드가 서로 접합된 부분, 즉 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)의 접합 부분에 접촉하여 결합될 수 있다. 이때, 상기 버스바(210)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극 리드(111)의 상부에 접촉하여 제1 전극 리드(111)와 접촉 결합될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 버스바(210)는 제1 전극 리드(111) 중, 하부에 제2 전극 리드(112)의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에 안착되어 결합될 수 있다. 즉, 도 4 및 도 5의 구성을 참조하면, 서로 다른 종류의 재질로 구성된 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)는 상하 방향으로 적층되어 접촉 결합되되, 제1 전극 리드(111)의 하부 일부에는 제2 전극 리드(112)가 존재하지 않는 결여 영역이 형성되며, 상기 버스바(210)는 수평 방향으로 이러한 결여 영역이 형성된 부분의 상부에 위치하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 버스바(210)는 용접 방식에 의해 제1 전극 리드(111)와 접촉 결합될 수 있다. 특히, 상기 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)는 초음파 용접 방식에 의해 용접될 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)가 결합된 구조에 버스바(210)를 초음파 용접시킬 때, 버스바(210)는 이종 재질로 구성된 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)에 모두 결합될 필요가 없으며, 제1 전극 리드(111)에만 결합되면 된다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 2개의 전극 리드의 다른 재질에 결합되기 위해 초음파 용접 조건을 까다롭게 설정하거나 초음파 용접을 여러 번 수행할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 전극 리드와 버스바(210) 간 결합이 보다 용이하게 이루어질 수 있으며, 전극 리드와 버스바(210)의 결합 고정력이 안정적으로 확보될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의해, 버스바(210)와 전극 리드의 결합 공정성이 향상되고 버스바(210)와 전극 리드의 분리에 따른 불량 및 고장 확률을 낮출 수 있다.
바람직하게는, 상기 버스바(210)는, 제1 전극 리드(111)와 동일한 종류의 금속 재질로 구성되는 것이 좋다. 본 발명에 있어서, 상기 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)의 상부에 안착되어 제1 전극 리드(111)와 용접이 수행되는데, 이 경우 상기 실시예와 같이 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)가 동일한 금속 재질로 구성된 경우, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)의 용접성이 향상됨은 물론, 용접 이후 결합력이 안정적으로 확보될 수 있다.
특히, 상기 버스바(210) 및 제1 전극 리드(111)는 구리 재질로 구성될 수 있다. 일반적으로, 음극 리드의 재질로는 구리가 많이 이용되기 때문에, 제1 전극 리드(111)로서 음극 리드가 이용되는 경우, 버스바(210)는 이러한 제1 전극 리드(111)와 마찬가지로 구리 재질로 구성될 수 있다.
한편, 이 경우, 제2 전극 리드(112)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 일반적으로, 양극 리드의 재질로는 알루미늄이 많이 이용되기 때문에, 제2 전극 리드(112)로서 양극 리드가 이용되는 경우, 제2 전극 리드(112)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있고, 제1 전극 리드(111) 및 버스바(210)는 구리 재질로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 본 발명에 의하면 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)의 하부에 제2 전극 리드(112)가 존재하지 않는 결여 영역의 상부에 위치하므로, 구리 재질의 버스바(210)는 동종인 구리 재질의 제1 전극 리드(111)와 용접되며, 이종인 알루미늄 재질의 제2 전극 리드(112)와는 용접되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 제1 전극 리드(111)는, 상면에 버스바(210)가 접촉하는 부분 전체에 대하여, 하면에 제2 전극 리드(112)의 결여 영역이 위치하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 버스바(210)와 2개의 전극 리드의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 다만, 도면에서는 설명의 편의를 위해, 이차 전지의 본체 부분이나 배터리 모듈의 다른 구성요소에 대해서는 도시되지 않도록 한다.
도 6을 참조하면, 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)가 상하 방향으로 적층된 형태로 대면 접촉하되, 제2 전극 리드(112)는 그 일부가 제거된 형태의 결여 영역이 형성되어 있다. 그리고, 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)의 상부에 접촉되어 있다. 이때, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)의 접촉 부분을 C로 표시하고, 제2 전극 리드(112)의 결여 영역을 L로 표시하는 경우, 이러한 C와 L을 상하 방향으로 겹치도록 구성하면, C로 표시된 영역은 L로 표시된 영역 속에 포함되도록 구성되는 것이 좋다. 즉, 상부에서 하부 방향으로 바라볼 때, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)의 접촉 부분은, 제2 전극 리드(112)의 결여 영역 이내에 포함되도록 구성되는 것이 좋다. 이를 제1 전극 리드(111)를 기준으로 설명하면, 제1 전극 리드(111)는 상부에 버스바(210)가 접촉된 부분에서는 그 하부에 제2 전극 리드(112)가 존재하지 않도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성과 같이 결여 영역이 제2 전극 리드(112)의 우측 단부에 위치하는 경우, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)의 접촉 영역인 C의 좌측 단부는, 제2 전극 리드(112)의 결여 영역인 L의 좌측 단부보다 좌우 방향으로 동일선상, 또는 우측에 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)가 초음파 용접 등의 방식으로 상호 결합될 때, 제1 전극 리드(111)에서 버스바(210)가 접촉되는 부분의 하부에는 제2 전극 리드(112)가 존재하지 않으므로, 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)와 용접되기만 하면 된다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 용접 수단(W)이 버스바(210)의 상부에 위치하여 하부 방향으로 초음파를 인가하는 등의 방식으로 용접이 수행될 때, 제2 전극 리드(112)는 제외하고 제1 전극 리드(111)만 버스바(210)와 용접될 수 있다. 특히, 버스바(210)가 제1 전극 리드(111)와 동일 재질이고, 제2 전극 리드(112)와는 다른 재질인 경우, 버스바(210)는 다른 재질의 제2 전극 리드(112)와는 초음파 용접이 수행될 필요가 없으므로, 용접성이 효과적으로 향상될 수 있다.
또한 바람직하게는, 제2 전극 리드(112)가 부존재함으로써 형성된 결여 영역은, 제1 전극 리드(111)의 일측 단부 하부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 전극 리드(112)의 결여 영역은, 제1 전극 리드(111) 중 우측 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 결여 영역이 형성된 부분의 상부에 버스바(210)가 위치하여 제1 전극 리드(111)와 결합되도록 하는 구성이 용이하게 구성될 수 있다. 특히, 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)의 일측 단부에서 중심 부분을 향해 수평 방향으로 연장되어 제1 전극 리드(111)의 상부에 안착되는 형태로 구성되는 경우가 많기 때문에, 상기와 같은 구성에 의하면, 버스바(210)와 제1 전극 리드(111)의 접촉 부분 전체에 대하여, 그 하부에 결여 영역이 위치하도록 하는 것이 보다 용이하게 달성될 수 있다.
한편, 상기 버스바(210)는 이차 전지의 전기적 상태 내지 특성을 파악하기 위해 이차 전지의 전극 리드에 연결된 구성일 수 있다. 예를 들어, 버스바(210)는 이차 전지의 전극 리드에 부착되어 이차 전지의 전압을 센싱하기 위해 이용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)의 연결 지점에 부착되어, 이러한 연결 지점에서의 전압을 센싱하도록 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리(100)와 구별되는 구성요소로서 각 이차 전지의 양단 전압을 센싱하는 센싱 어셈블리(200)를 포함할 수 있으며, 이러한 센싱 어셈블리(200)에 버스바(210)가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 버스바(210)는 둘 이상 포함될 수 있다. 이때, 각각의 버스바(210)는 서로 다른 리드 결합 구조(110)에 결합될 수 있다. 특히, 상기 버스바(210)는 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)가 결합된 구조에는 모두 부착됨으로써, 모든 이차 전지에 대한 전압 센싱에 이용될 수 있다.
이러한 센싱 어셈블리(200)는, 버스바(210) 이외에도, 이러한 버스바(210)로부터 센싱된 전압을 다른 장치로 전달하기 위한 커넥터(D)를 구비할 수 있다. 즉, 배터리 모듈은 센싱 어셈블리(200)에 구비되는 구성요소로서 버스바(210) 이외에 커넥터(D)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 커넥터는 BMS와 같은 장치에 접속되어, BMS로 이차 전지의 센싱 전압을 전달할 수 있다. 이때, 버스바(210)와 커넥터는 와이어 등의 연결 부재(220)를 통해 상호 연결될 수 있는데, 버스바(210)가 다수 구비된 경우, 와이어 역시 다수 구비될 수 있다. 이 경우, 도 2 및 도 3에서 I로 표시된 바와 같이, 이러한 다수의 와이어는 하나의 다발 형태로 구성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 센싱 어셈블리(200)는, 연결 부재(220)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 연결 부재(220)는, 버스바(210)의 타단 및 와이어의 일단이 연결되어, 버스바(210)와 와이어 사이의 전기적 연결을 매개할 수 있다. 특히, 연결 부재(220)는 버스바(210)의 타단부를 고정시켜 버스바(210)를 지지할 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈에 복수의 버스바(210)가 포함된 경우, 연결 부재(220)에는 복수의 버스바(210)가 결합될 수 있는데, 이때 복수의 버스바(210)는 연결 부재(220)에 상하 방향으로 상호 간 소정 거리 이격된 형태로 배열될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지는 단방향 이차 전지일 수 있다. 여기서, 단방향 이차 전지란, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 양극 리드 및 음극 리드가 동일한 측면으로 돌출 형성된 형태의 이차 전지라 할 수 있다. 즉, 파우치형 이차 전지는 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 4개의 변을 가진 직사각형 형태로 구성될 수 있는데, 단방향 이차 전지는 4개의 변 중 1개의 변에 양극 리드 및 음극 리드가 모두 구비된 형태의 전지이다.
이처럼, 배터리 모듈에 복수의 단방향 이차 전지가 포함된 경우, 버스바(210)는 이차 전지의 중앙에서 좌우 방향으로 교대로 돌출 연장되는 형태로 구비될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대하여, 버스바(210)와 전극 리드의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7을 참조하면, 7개의 이차 전지는 상하 방향으로 적층되며, 직렬 연결을 위해 인접하는 측의 이차 전지와 서로 반대 극성의 전극 리드가 서로 연결되도록 구성되어 있다. 이때, 음극 리드는 제1 전극 리드(111), 양극 리드는 제2 전극 리드(112)라 할 수 있다. 그리고, 버스바(210)는 각 이차 전지의 음극 리드, 즉 제1 전극 리드(111)의 상부에 안착되어 제1 전극 리드(111)와 초음파 용접되도록 구성될 수 있다.
특히, 연결 부재(220)는 단방향 이차 전지에 대하여 양극 리드와 음극 리드 사이에 위치하고, 복수의 버스바(210)는 연결부재에 타단이 연결된 형태로 각각 좌측과 우측 방향으로 교대로 돌출되게 구비될 수 있다. 도 7에서는, 3개의 버스바(210)가 연결 부재(220)의 좌측 방향으로 돌출되게 구비되고, 다른 3개의 버스바(210)가 연결 부재(220)의 우측 방향으로 돌출되게 구비되어, 각각 서로 다른 전극 리드 간 연결 부분(110)에 접속되게 구성되어 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 센싱 어셈블리(200)만으로 배터리 모듈에 포함된 전체 이차 전지의 전압을 용이하게 검출할 수 있으며, 그 구조가 간소화될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 모듈은, 센싱 어셈블리(200)에 구비되는 구성요소로서 지지 부재를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 8 및 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(210)가 포함된 센싱 어셈블리(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 9는, 도 8의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 지지 부재(230)는, 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되며, 버스바(210)와 이차 전지 사이에 구비될 수 있다. 특히, 상기 지지 부재(230)는, 관통홀(231)이 형성될 수 있는데, 이러한 관통홀(231)은 전극 리드가 관통하여 지지되는 역할을 할 수 있다. 즉, 이차 전지의 전극 리드는 지지 부재의 관통홀(231)을 관통하여 센싱 어셈블리(200)의 버스바(210)와 접촉 고정될 수 있는데, 이러한 관통홀(231)에 의해 전극 리드는 특히, 상하 방향으로 지지되어 상하 방향 움직임이 제한될 수 있다. 따라서, 전극 리드와 버스바(210)의 용접에 의한 고정 상태가 떨어지지 않고 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 자동차 등에 이용되는 배터리 모듈의 경우, 강한 진동이나 충격 등에 노출될 수 있는데, 상기 실시예와 같이 전극 리드가 지지 부재의 관통홀(231)에 관통하여 지지되는 구성에 의하면, 이러한 진동이나 충격 등에도 전극 리드가 버스바(210)로부터 쉽게 떨어지는 것이 예방될 수 있다. 뿐만 아니라, 관통홀(231)에 의한 전극 리드의 상하 방향 지지에 의해, 전극 리드 간 간격이 좁혀지지 않도록 함으로써 전극 리드 간 접촉으로 인해 내부 단락 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바(210)는, 일부에 상하 방향으로 절곡된 절곡부를 구비하며, 이러한 절곡부는 지지 부재에 결합 고정된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 버스바(210)는 수평 방향으로 평평하게 구성되어 전극 리드와 대면 접촉하도록 구성되되, E로 표시된 부분과 같이, 수직 방향으로 절곡된 절곡부를 일부에 구비하여, 이러한 절곡부가 지지 부재에 결합 고정되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 절곡부(E)를 통해 버스바(210)가 지지 부재에 결합 고정되므로, 버스바(210)와 전극 리드 사이의 용접 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(210) 및 전극 리드의 유동이 방지되어, 진동이나 충격 등에도 버스바(210)와 전극 리드의 결합이 쉽게 분리되지 않을 수 있다.
여기서, 상기 버스바(210)의 절곡부(E)에는, 도면에서 H로 표시된 바와 같이, 체결홀이 형성될 수 있다. 그리고, 체결 부재(232)가, 이러한 버스바(210)의 체결홀(H)에 삽입 체결됨으로써 버스바(210)와 지지 부재를 결합 고정시킬 수 있다. 이때, 체결 부재(232)는 지지 부재에 형성된 돌기이거나 볼트와 같이 지지 부재와는 별도의 부품일 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 지지 부재와 버스바(210)가 체결 부재(232)에 의해 결합 고정되므로, 이러한 결합이 안정적으로 유지될 수 있다.
더욱이, 이러한 구성에 있어서, 버스바(210), 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는, 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 적층된다고 할 수 있다. 그리고, 제2 전극 리드의 결여 영역(L)은 제1 전극 리드(111)에서 버스바가 위치하지 않는 부분의 하부에 위치한다고 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 버스바와 제1 전극 리드를 용접시키는 공정, 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 용접시키는 공정 및 버스바를 지지 부재에 결합시키는 공정이 용이하게 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈의 센싱 어셈블리(200)에 구비된 커넥터(D)가 BMS로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 자동차 등에 이용되는 배터리 모듈의 경우, 강한 진동이나 충격 등에 쉽게 노출될 수 있는데, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 전극 리드와 버스바(210)의 용접성이 우수하므로, 이러한 진동이나 충격 등에도 전극 리드가 버스바(210)로부터 쉽게 떨어지는 것이 예방될 수 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 제조 방법의 실시예를 개략적으로 설명하도록 한다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, 2개 이상의 이차 전지 및 버스바(210)의 준비 단계(S110), 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)의 적층 단계(S120), 버스바(210)의 위치 단계(S130) 및 제1 전극 리드(111)와 버스바(210)의 용접 단계(S140)를 포함한다.
상기 S110 단계는, 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 제1 전극 리드(111)를 구비하는 이차 전지, 상기 제1 전극 리드(111)와 다른 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되며 상기 제1 전극 리드(111)와 연결되기 위한 제2 전극 리드(112)를 구비하는 다른 이차 전지, 및 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 버스바(210)를 준비하는 단계이다.
상기 S120 단계는, 제1 전극 리드(111)의 하부에 제2 전극 리드(112)를 위치시켜 대면 접촉시킴으로써 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)를 적층하는 단계이다. 특히, 상기 S120 단계는, 제1 전극 리드(111)의 하면에서 제2 전극 리드(112)가 일부 존재하지 않는 결여 영역이 형성되도록 한다.
상기 S130 단계는, 제1 전극 리드(111)의 상부에 버스바(210)를 위치시키되, 버스바(210)가 위치되는 부분의 하부에는 제2 전극 리드(112)의 결여 영역이 형성되도록 구성된다. 즉, 상기 S130 단계에서, 버스바(210)는 하부에 결여 영역이 형성된 제1 전극 리드(111) 부분의 상부에 위치된다.
상기 S140 단계는, 상기 제1 전극 리드(111)와 상기 버스바(210)를 용접하는 단계이다. 바람직하게는, 상기 S140 단계는, 초음파 용접 방식에 의해 수행될 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 S140 단계는, 하부에 제2 전극 리드(112)의 결여 영역이 위치하는 부분에만 버스바(210)가 용접되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 S130 단계 이전에, 제2 전극 리드(112)와 제1 전극 리드(111)의 용접 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 S120 단계 이전에, 제2 전극 리드(112)의 결여 영역을 형성하기 위해 제2 전극 리드(112)의 일부분을 커팅하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (17)

  1. 상하 방향으로 적층된 복수의 이차 전지 중 하나의 이차 전지에 구비되며, 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 제1 전극 리드;
    상기 제1 전극 리드가 구비된 이차 전지와 다른 이차 전지에 구비되며, 상기 제1 전극 리드와 다른 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되고, 상면이 상기 제1 전극 리드의 하면에 접촉하여 상기 제1 전극 리드와 전기적으로 연결되되, 상기 제1 전극 리드의 하면에서 일부 존재하지 않는 결여 영역이 형성된 제2 전극 리드; 및
    금속 재질의 플레이트 형태로 구성되며, 상기 제1 전극 리드 중 하부에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에서, 상기 제1 전극 리드와 접촉 결합된 버스바
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바와 상기 제1 전극 리드는 초음파 용접 방식에 의해 용접된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드는, 상면에 상기 버스바가 접촉하는 부분 전체에 대하여, 하면에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결여 영역은, 상기 제1 전극 리드의 일측 단부 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 제1 전극 리드와 동일한 금속 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 및 상기 제1 전극 리드는 구리 재질로 구성되고, 상기 제2 전극 리드는 알루미늄 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드의 연결 지점에 대한 전압을 센싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 둘 이상 포함된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 구성되며 상기 전극 리드가 관통하여 지지되는 관통홀이 형성된 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버스바는, 일부에 상하 방향으로 절곡된 절곡부를 구비하며, 상기 절곡부가 상기 지지 부재에 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
  13. 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 제1 전극 리드를 구비하는 이차 전지, 상기 제1 전극 리드와 다른 금속 재질의 플레이트 형태로 구성되며 상기 제1 전극 리드와 연결되기 위한 제2 전극 리드를 구비하는 다른 이차 전지, 및 금속 재질의 플레이트 형태로 구성된 버스바를 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 리드의 하부에 상기 제2 전극 리드가 위치하되, 상기 제1 전극 리드의 하면에서 상기 제2 전극 리드가 일부 존재하지 않는 결여 영역이 형성되도록 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 적층하는 단계;
    상기 제1 전극 리드 중 하부에 상기 제2 전극 리드의 결여 영역이 형성된 부분의 상부에 상기 버스바를 위치시키는 단계; 및
    상기 제1 전극 리드와 상기 버스바를 용접하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버스바의 위치 단계 이전에,
    상기 제2 전극 리드와 상기 제1 전극 리드를 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드의 적층 단계 이전에,
    상기 제2 전극 리드의 결여 영역을 형성하기 위해 상기 제2 전극 리드의 일부를 커팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드와 상기 버스바의 용접 단계는, 초음파 용접 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드와 상기 버스바의 용접 단계는, 하부에 제2 전극 리드의 결여 영역이 위치하는 부분에만 상기 버스바가 용접되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
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