WO2018221818A1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2018221818A1
WO2018221818A1 PCT/KR2018/000283 KR2018000283W WO2018221818A1 WO 2018221818 A1 WO2018221818 A1 WO 2018221818A1 KR 2018000283 W KR2018000283 W KR 2018000283W WO 2018221818 A1 WO2018221818 A1 WO 2018221818A1
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metal
body frame
contact
electrode lead
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PCT/KR2018/000283
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이정훈
강달모
류상우
문정오
박진용
지호준
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module for accommodating two or more secondary batteries, and more particularly, to a battery module having improved reliability of an electrical connection to a connection portion between an electrode lead and a bus bar of a secondary battery, and a battery pack and a vehicle including the same. 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 such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material for sealing and accommodating the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery pouch packaging material.
  • 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.
  • secondary batteries are widely used not only in small devices such as portable electronic devices but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices.
  • medium and large devices such as automobiles and power storage devices.
  • a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.
  • a pouch type secondary battery is widely used in such a medium-large size device because of its easy lamination.
  • the electrode leads are interconnected, and the connecting portion may be welded to maintain such a connection state.
  • the battery module may have parallel and / or series electrical connection between secondary batteries, for which one end of the electrode lead may be contact fixed by welding or the like to a busbar for electrical connection between the respective secondary batteries. .
  • the connecting portion between the electrode lead and the busbar needs to secure reliability of electrical connection.
  • the metal of the electrode lead of the secondary battery and the metal of the bus bar portion which is in contact with the electrode lead are different materials, there is a problem that the welding performance is deteriorated due to the presence of heterogeneous welding sections.
  • high output characteristics are required, so that the electrode lead and / or the busbar portion can easily rise to a high temperature.
  • the temperature of the electrode lead and the busbar portion exceeds an appropriate level, the welding force between the electrode lead and the busbar is weakened or the shape of these components is deformed, thereby increasing the risk of breaking the electrical connection therebetween.
  • the bus bar used in the conventional battery pack when manufactured using the press method, it is difficult to implement the complex shape of the bus bar has a limitation in implementing a bus bar having a variety of functions in the bus bar, and also the weight of the bus bar There was a drawback to losing weight to optimize.
  • the bus bar when the bus bar is manufactured using a casting method, pores are easily generated in the bus bar, and during the laser welding process for connecting the electrode lead and the bus bar, the bus bar is broken or broken due to the internal pores of the bus bar. There was a problem that is difficult to apply laser welding.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and includes a battery module having a bus bar that can stably ensure the reliability of the electrical connection and the connection between the electrode lead and the bus bar of the secondary battery, and the same
  • An object of the present invention is to provide a battery pack and a car.
  • a plurality of pouch-type secondary batteries having a first electrode lead and a second electrode lead and arranged to be stacked in at least one direction;
  • a bus bar formed of an electrically conductive material and electrically contacting at least two of the first electrode leads and the second electrode leads of the secondary batteries to electrically connect the secondary batteries.
  • the busbar may include at least two metal plates in contact with at least two of the first electrode leads and the second electrode leads of at least two secondary batteries; And a body frame coupled with the metal plates such that at least some of the metal plates are exposed to the outside.
  • At least one of the metal plates may be provided with a metal material different from that of the body frame.
  • the metal plates may include: a first metal plate in contact with at least one first electrode lead of at least one secondary battery; And a second metal plate in contact with the second electrode lead of the at least one secondary battery.
  • the first metal plate may be made of the same material as the first electrode lead of the secondary battery contacted to each other, and the second metal plate may be the second electrode of the secondary battery contacted to each other. It may be composed of the same material as the lead.
  • a seating part embedded in a size corresponding to the first metal plate or the second metal plate may be formed on the front surface of the main body frame.
  • the front surface exposed to the outside of the first metal plate or the second metal plate may be located in the rear of the front surface exposed to the outside of the body frame.
  • first metal plate or the second metal plate may be configured such that at least a portion of the front surface, the rear surface, and the side surfaces of the first metal plate and the second metal plate contact the seating portion of the body frame. Can be.
  • first metal plate and the second metal plate are formed in the form of a plate extending in the vertical direction, and the first metal plate and the second metal plate are the first metal plate and the second metal plate. It may be inserted into the seating portion to cover at least one of the front, rear and side surfaces of at least one of the top, bottom and side ends of each of the metal plates.
  • the outer shape of the first metal plate and the second metal plate is formed by pressing, and the main body frame is in close contact with the seating portion, the first metal plate, and the second metal plate. It can be cast to form.
  • the portion of the first metal plate that is in close contact with the seating portion of the main body frame, the metal of the first metal plate and the metal of the main body frame may be configured in the form of melt-bonded with the main body frame.
  • the portion of the second metal plate that is in close contact with the seating portion of the main body frame may be configured to be melt-bonded with the main body frame by mixing the metal of the second metal plate and the metal of the main body frame. have.
  • the body frame may include a plurality of through holes through which the first electrode lead and the second electrode lead are inserted.
  • the through holes may be formed to contact one side of each of the first metal plate and the second metal plate.
  • At the back of the main body frame at least one indentation indented toward the front of the main body frame may be formed.
  • a method for manufacturing a bus bar according to the present invention for achieving the above object, (a) preparing a first metal plate and a second metal plate plastic processing the appearance by pressing; (b) mounting and fixing the first metal plate and the second metal plate inside a mold; And (c) injecting molten metal into a mold to be combined with at least a portion of the first metal plate and the second metal plate, and solidifying the molten metal to cast the body frame.
  • At least one of the first metal plate and the second metal plate may include a metal material of a different type from the main body frame.
  • 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 pack according to the present invention.
  • bus bar according to the present invention for achieving the above object is in contact with at least two of the first electrode leads and the second electrode leads of the secondary batteries to form an electrical connection between the secondary batteries.
  • the busbar may include at least two metal plates in contact with at least two of the first electrode leads and the second electrode leads of the at least two secondary batteries; And a body frame coupled to the metal plate such that at least a portion of the metal plate is exposed to the outside.
  • At least one of the metal plates may include a metal material different from that of the body frame.
  • the metal plate may include: a first metal plate in contact with at least one first electrode lead of the at least one secondary battery; And a second metal plate in contact with the second electrode lead of the at least one secondary battery.
  • the first metal plate may be made of the same material as the first electrode lead of the secondary battery that is in contact with each other, and the second metal plate is the second electrode of the secondary battery that is in contact with each other. It may be made of the same material as the lead.
  • At least one of the first metal plate and the second metal plate may include a metal material of a different type from that of the main body frame.
  • bus bar for a battery pack for achieving the above object, in contact with at least two of the first external input and output terminals and the second external input and output terminals of the battery modules to establish an electrical connection between the battery modules.
  • a bus bar comprising: a first metal plate in contact with a first external input / output terminal of at least one battery module; A second metal plate in contact with a second external input / output terminal of the at least one battery module; And a body frame coupled with the first metal plate and the second metal plate such that at least a portion of the first metal plate and at least a portion of the second metal plate are exposed to the outside.
  • At least one of the first metal plate and the second metal plate may include a metal material different from that of the main body frame.
  • the bus bar has at least one of the metal plates, the body frame and the other type of metal material, thereby coupling the same metal to the body lead and the electrode lead composed of a different type of metal material Since this is possible, it is possible to prevent the bond reliability and the bond strength from being lowered due to the bonding between dissimilar metals in advance.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating components of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged C region of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating various components of a bus bar, which is a part of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a front view illustrating one embodiment of the bus bar of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line AA ′ of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a front view schematically showing the configuration of a bus bar according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line BB ′ of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a rear view of an embodiment of a rear configuration of the busbar of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a rear view of an embodiment of a rear configuration of the busbar of FIG. 4.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view schematically illustrating a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged area D of the battery module of FIG. 10.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating various components of another form of busbar, which is a part of the battery module of FIG. 10.
  • FIG. 14 is a front sectional view schematically showing an example of a method of manufacturing a bus bar of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a plan view schematically illustrating components of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 3 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged C region of the battery module of FIG. 1.
  • the battery module 300 may include a plurality of secondary batteries 100 and a bus bar 200.
  • the secondary battery 100 may be a pouch type secondary battery 100.
  • the pouch type secondary battery 100 may include an electrode assembly, an electrolyte solution, and a pouch.
  • the pouch may be composed of two pouches, a left pouch and a right pouch in which a concave receiving part is formed.
  • Each pouch includes an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer, and the sealing portion may be formed by bonding the inner adhesive layers to each other at the edge portion of the pouch.
  • the electrode assembly and the electrolyte may be accommodated in the housing.
  • the electrode assembly may be configured as an assembly of an electrode and a separator, in which one or more positive electrode plates and one or more negative electrode plates are disposed with the separator interposed therebetween.
  • a first electrode tab may be provided on the first electrode plate of the electrode assembly, and one or more first electrode tabs may be connected to the first electrode lead 111.
  • the first electrode lead 111 one end is connected to the first electrode tab and the other end is exposed to the outside of the pouch, the exposed portion of the electrode terminal of the secondary battery, for example, a secondary battery ( It can function as the positive terminal of 100).
  • a second electrode tab may be provided on the second electrode plate of the electrode assembly, and one or more second electrode tabs may be connected to the second electrode lead 112.
  • one end of the second electrode lead 112 is connected to the second electrode tab and the other end of the second electrode lead 112 is exposed to the outside of the pouch, and the exposed part is an electrode terminal of the secondary battery, for example, the secondary battery 100. It can function as the negative terminal of ().
  • the first electrode tab and the second electrode tab included in the secondary battery 100 may be positive electrode tabs or negative electrode tabs, and the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be positive electrode leads. Or a negative electrode lead.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be electrode leads having different polarities.
  • the first electrode lead 111 may be a positive electrode lead
  • the second electrode lead 112 may be a negative electrode lead.
  • each secondary battery 100 may be configured such that the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 protrude forward and backward. Therefore, according to this configuration of the present invention, in one secondary battery 100, there is no interference between the positive electrode lead and the negative electrode lead, so that the area of the electrode lead can be increased, and the welding process between the electrode leads and the electrode lead and The welding process between the bus bars 200 may be performed more easily.
  • first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be configured in the form of a plate.
  • first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may protrude in the horizontal direction while the wide surface is erected toward the left and the right, and the end may be bent in the left or right direction.
  • the electrode leads 112 may be configured such that their ends face each other. Can be.
  • the secondary batteries 100 may be included in a plurality of battery modules 300 and arranged to be stacked in at least one direction.
  • the plurality of pouch type secondary batteries 100 may be stacked in a horizontal direction.
  • each pouch-type secondary battery 100 when viewed in the F direction (shown in FIG. 1), two wide surfaces are respectively located on the left and right sides, so that the sealing portion is located in the upper and lower, front and rear It may be arranged in a form that is approximately perpendicular to the ground.
  • each of the secondary batteries 100 may be configured in a form standing up and down.
  • it is based on the time when looking at F direction with respect to up, down, left, and right directions unless there is particular notice.
  • the configuration of the pouch-type secondary battery 100 described above is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • various secondary batteries known at the time of filing the present invention may be employed.
  • the bus bar 200 may be made of an electrically conductive material having a relatively high electrical conductivity. Accordingly, the bus bar 200 having such a configuration may be in contact with at least two of the first electrode leads 111 and the second electrode leads 112 of the secondary batteries 100. Can be electrically connected
  • the bus bar 200 may be in contact with electrode leads of the same polarity, for example, two or more first electrode leads 111 to electrically connect between the secondary batteries 100 or two or more agents. In contact with the second electrode leads 112, the secondary batteries 100 may be electrically connected to each other.
  • the bus bar 200 may contact the electrode leads having different polarities, for example, one or more first electrode leads 111 and one or more second electrode leads 112 to electrically connect the secondary batteries 100 with each other. Can be connected.
  • the bus bar 200 may include at least two metal plates 221 and 222 to be in contact with the electrode lead of the secondary battery 100.
  • the metal plates 221 and 222 may be in contact with at least two of the first electrode leads 111 or the second electrode leads 112 of the secondary battery 100.
  • the metal plate 221 may contact the first electrode leads 111 of at least two or more secondary batteries 100, or the metal plate 222. ) May contact the second electrode leads 112 of at least two secondary batteries 100. Therefore, according to this configuration of the present application, the bus bar 200 is at least two or more of the first electrode leads 111 or the second electrode leads 112 of the secondary batteries 100 using a metal plate configuration. Electrically parallel connection between the secondary batteries 100 may be performed by contacting electrode leads having the same polarity.
  • the bus bar 200 may include a body frame 210 coupled to the metal plates such that at least some of the metal plates 221 are exposed to the outside. At this time, the portion exposed to the outside of the metal plate may be at least a portion of the front and side.
  • the body frame 210 may be made of an electrically conductive material.
  • the bus bar of the prior art is composed of a material different from the metal material of the electrode lead, it is inevitable that the coupling of the dissimilar metal between the electrode lead and the bus bar, the problem that the reliability of weldability between the bus bar and the electrode lead is reduced. there was.
  • the bus bar 200 includes at least two or more metal plates 221, at least one or more of the metal plates 221
  • the body frame 210 may be provided with a different kind of metal material.
  • the metal material means a metal material made of a single metal or a specific combination of different kinds of metals.
  • any one of the metal plates 221 may include the same kind of metal material as the bus bar 200, and the rest may include a different kind of metal material from the bus bar 200.
  • all of the metal plates 221 may be provided with a metal material different from that of the bus bar 200. Therefore, according to this configuration of the present invention, the bus bar 200 includes a metal plate 221 having a metal material of a different kind from that of the main body frame 210, whereby the bus bar 200 is different from the main body frame 210. Combination of the electrode lead and the dissimilar metal made of a metal material can be prevented.
  • the bus bar 200 may include the first metal plate 221 and the second metal plate 222. More specifically, the first metal plate 221 may be in contact with the first electrode lead 111 of at least one or more secondary batteries 100, and the second metal plate 222 may be at least one or more. It may be in contact with the second electrode lead 112 of the secondary battery 100.
  • the bus bar 200 may contact the electrode leads having different polarities of the secondary batteries 100 by using the first metal plate 221 and the second metal plate 222. Electrical series connection is possible between.
  • the first metal plate 221 and the second metal plate 222 are in contact with the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112, whereby the secondary battery 100 having a different polarity is provided. They can be electrically connected in series. Therefore, the bus bar 200 according to the exemplary embodiment of the present invention may include the first metal plate 221 and the second metal plate 222 to electrically connect the secondary batteries 100 in series.
  • the bus bar 200 may include two first metal plates 221 and a second electrode lead 112 that are in contact with the first electrode lead 111. It may include one second metal plate 222 that is in contact.
  • the first metal plate 221 and the second metal plate 222 may have a plate shape. Accordingly, since the first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be in surface contact with the electrode leads formed in a plate shape, the contact area may be increased to effectively reduce the electrical resistance of the contact section.
  • first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be connected to each other by overlapping portions of the plurality of first electrode leads 111 or the second electrode leads 112. have. More specifically, it may have a structure overlapping with one surface of one end of the first electrode lead 111 and the other surface of one end of the other first electrode lead 111, any of the first electrode leads 111 One surface may be in contact with the first metal plate 221.
  • it may have a structure overlapping with one surface of one end of the second electrode lead 112 and the other surface of one end of the other first electrode lead 112, wherein any one of the second electrode leads 112 One surface may be in contact with the second metal plate 222.
  • the first metal plate 221 may include the first electrode leads 111 in a form in which portions of the two first electrode leads 111 overlap each other. And contact can be made.
  • the second metal plate 222 may be in contact with the second electrode leads 112 in a form in which portions of the two second electrode leads 112 overlap each other.
  • At least one electrode lead may be surface-contacted to a part of the front surface of the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • the first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be in contact with the electrode lead on a portion of the front and side to increase the area in contact with the electrode lead.
  • two or more electrode leads may be surface-contacted to a portion of the front surface of the first metal plate 221 and the second metal plate 222, and more specifically, the first metal plate.
  • one electrode lead is surface-contacted, and another electrode lead is surface-contacted to the remaining portions except for the portion where the electrode lead is surface-contacted. Can be.
  • the front surfaces of the second metal plates 222 may have ends of the second electrode leads 112. In a state where they face each other, the second electrode leads 112 may be in surface contact with each other.
  • the second electrode leads 112 are overlapped with each other so that the ends of a total of four second electrode leads 112 are positioned to face each other so as to face each other.
  • 222 may be surface contacted.
  • the bus bar 200 since the bus bar 200 includes the first metal plate 221 and the second metal plate 222, the bus bars 200 may be surface-contacted with the electrode leads in a large area, and thus, the connection section. It can effectively reduce the electrical resistance that can be generated at
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating various components of a bus bar, which is a part of the battery module of FIG. 1.
  • the body frame 210 may include an upper bar 242, a lower bar 244, and a connection part 246.
  • the upper bar 242 may be formed in the shape of a bar extending on the upper portion of the main body frame 210 and extending in the horizontal direction.
  • the lower bar 244 may be formed at a lower portion of the main body frame 210 to extend in a horizontal direction.
  • connection part 246 may have a structure for connecting the upper bar 242 and the lower bar 244. More specifically, the connection part 246 may extend in the lower direction from the upper bar 242 and may be formed in a rib shape connected to the lower bar 244. In addition, at least two connection parts 246 may be formed according to the number of the first metal plate 221 and the second metal plate 222 included in the bus bar 200.
  • the first metal plate 221 may be made of the same material as that of the first electrode lead 111 of the secondary battery 100 that is in contact with each other.
  • the second metal plate 222 may be formed of the same material as that of the second electrode lead 112 of the secondary battery 100 that is in contact with each other.
  • the material of the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be a metal having excellent electrical conductivity, and generally may be a metal used for the electrode lead of the secondary battery 100.
  • the bus bar 200 is formed by welding the first metal plate 221 and the second metal plate 222 by using the same material as that of the electrode leads connected thereto. Since the city bus bar 200 and the electrode leads may be avoided from being bonded with dissimilar metals, the coupling force and the coupling reliability between the bus bars 200 and the electrode leads may be improved.
  • first metal plate 221, the second metal plate 222, and the body frame 210 are components included in the bus bar 200, and each includes a metal material to have electrical conductivity. can do.
  • the first metal plate 221 may be made of, for example, one or more electrically conductive materials selected from the group consisting of nickel, copper, aluminum, lead, and tin.
  • the first metal plate 221 may be made of aluminum.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and various other metals may be used as the material of the first metal plate 221.
  • the second metal plate 222 may be made of, for example, one or more electrically conductive materials selected from the group consisting of nickel, copper, aluminum, lead, and tin.
  • the second metal plate 222 may be a copper material.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and various other metals may be used as the material of the second metal plate 222.
  • the bus bar 200 of the present invention may include a first metal plate 221 made of different kinds of materials and It may include a second metal plate 222.
  • the first metal plate 221 is made of aluminum
  • the second metal plate 222 may be made of copper.
  • the body frame 210 may be made of one or more electrically conductive materials selected from the group consisting of nickel, copper, aluminum, lead, and tin.
  • the body frame 210 may be a copper material.
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • various metals may be used as the material of the body frame 210.
  • the body frame 210 may be made of the same material as one of the first metal plate 221 and the second metal plate 222, and may be made of a different kind of material from the other.
  • the body frame 210 may be made of copper, like the second metal plate 222, and the first metal plate 221 may be made of aluminum.
  • FIG. 5 is a front view illustrating one embodiment of the bus bar of FIG. 4.
  • 6 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line AA ′ of FIG. 5.
  • the main body frame 210 may include a seating portion 211 for mounting the first metal plate 221 or the second metal plate 222 on a front surface thereof. Can be.
  • the seating part 211 may be in close contact with the outer surface of the first metal plate 221 or the second metal plate 222, so that the first metal plate 221 or the second metal.
  • the main body frame 210 may be formed in a size corresponding to the plate 222.
  • the bus bar 200, the first metal plate 221 and the second metal plate 222 is stable to the seating portion 211 of the main body frame 210. Can be mounted, and the contact connection work between an electrode lead and a metal plate can be facilitated. In this configuration, the first metal plate 221 and the second metal plate 222 are not easily detached from the bus bar 200 by an external impact, thereby improving durability of the bus bar 200. Can be.
  • the seating portion 211 may have a structure in contact with at least a portion of the rear surface of the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • the seating portion 211 may include the first metal plate 221 in order to maximize a bonding area between the body frame 210 and the metal plates 221 and 222.
  • the second metal plate 222 may be in contact with the entire rear surface.
  • the seating part 211 may have a structure in contact with at least a portion of the side surfaces of the first metal plate 221 and the second metal plate 222. In addition, the seating part 211 may be in contact with both side surfaces of the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • the seating portion 211 may include a second side surface 232, a third side surface 233, and a fourth side surface 234 of the first metal plate 221. It can be contacted.
  • the seating part 211 may be in contact with the second side surface 242 and the fourth side surface 244 of the second metal plate 222.
  • FIG. 7 is a front view schematically showing the configuration of a bus bar according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is sectional drawing which showed one form of the cross section with respect to the B-B 'line
  • the portion embedded in the main body frame with respect to the metal plate is indicated by a dotted line.
  • the seating portion 411 may have a front surface of the first metal plate 221 and the second metal plate 222. It may be formed in a structure in contact with a portion of.
  • a seating portion 411 for mounting the first metal plate 221 or the second metal plate 222 covers the entire surface of the first metal plate 221 or the second metal plate 222.
  • contact between the electrode lead and the metal plate that is in contact with the front surface of the first metal plate 221 or the second metal plate 222 is not easy, so that the seating portion 411 is connected to the first metal plate.
  • the plate 221 and the second metal plate 222 may be formed in contact with a part of the front surface.
  • the seating part 411 may be formed to have a structure in contact with 10% to 50% based on the total area of the front surfaces of the first metal plate 221 and the second metal plate 222. .
  • first metal plate 221 and the second metal plate 222 are formed in the form of a plate lengthened in the vertical direction
  • first metal plate 221 and / or the second metal plate 222. May be configured to be inserted into the seating portion 411 so that at least one of each of the upper end portion 251, the lower end portion 252, and the side end portion 253 is covered.
  • the seating portion 411 may include a front surface 226 of the upper end 251, the lower end 252, and the side end 253 of the first metal plate 221. ), The rear surface 227, and the side surface 228.
  • the seating portion 411 may be formed to cover the front, rear, and side surfaces of the upper end 242 and the lower end 244 of the second metal plate 222.
  • Bus bar 400 according to this configuration, by configuring a portion of the body frame 410 to cover the front, rear, and side surfaces of the first metal plate 221 or the second metal plate 222, It is possible to effectively prevent the metal plate from being separated from the busbar due to external impact or the like.
  • first metal plate 221 and the second metal plate 222 are mounted to the body frame 210
  • first metal plate 221 is not limited thereto.
  • second metal plate 222 mounted to the body frame 210 may be implemented in various ways.
  • the front surface exposed to the outside of the first metal plate 221 or the second metal plate 222 is the same plane without further protruding forward with respect to the front surface exposed to the outside of the main body frame 410. It may be located on or in an inward position.
  • the front surface 226 exposed to the outside of the first metal plate 221 may be inserted rearward with respect to the front surface exposed to the outside of the body frame 410. Can be located.
  • the bus bar 400 can prevent the metal plate from protruding outward and interfere with the external object, thereby preventing improper contact with the external object and preventing damage to the metal plate. It can be prevented.
  • the thickness of the front and rear direction of the bus bar 400 it is possible to reduce the space occupied by the bus bar 400 in the battery module 300.
  • bus bar 400 may be connected to the electrode leads 111 and 112 in contact with the exposed front surfaces of the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • 111 and 112 may be positioned in parallel with the front surface exposed to the outside of the main body frame 410, or may be located in the rear.
  • the assembly of the battery module 300 can be facilitated, and the electrode leads 111 and 112 can be prevented from contacting with an inappropriate external conductive object, and the electrode lead due to collision with an external object can be prevented. Can prevent damage.
  • the first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be formed in a plastic process by a press.
  • the plastic working by such a press can be carried out in such a manner as to shape the outer shape of the metal plate by gradually pressing the workpiece using a forging press.
  • This processing method has the advantage of no noise and vibration, and no pores in the metal. Therefore, according to this configuration of the present invention, the first metal plate 221 and the second metal plate 222 can be formed thin and hard. In particular, in this case, no pores are formed in the metal plate, and thus, the metal plate can be prevented from being damaged during the operation in which high temperature such as laser welding is added.
  • the body frame 210 may be configured in such a way that the seating portion 211 and the first metal plate 221 or the second metal plate 222 are formed to be in close contact with each other.
  • the casting may be, for example, die casting, and the die casting may be a method of manufacturing a molding by heating and melting a metal material and then injecting it into a mold having a desired shape.
  • the die casting may be a method of manufacturing a molding by heating and melting a metal material and then injecting it into a mold having a desired shape.
  • the body frame 210 by such casting it is possible to precisely form a complex structure without additional finishing work, it is possible to easily perform a processing that can reduce the weight of parts such as weight loss.
  • the pressure casting method it is possible to form a high-quality body frame 210 with reduced pores in the metal.
  • the main body frame of the present invention is manufactured by a casting method, the present invention is not limited by this specific casting method.
  • the portion 225 in which the seating portion 211 of the main body frame 210 and the first metal plate 221 directly contact each other is the first metal plate 221.
  • Some of the metal and some of the metal of the body frame 210 may be mixed and melted and bonded to each other.
  • the molten bonded configuration 225 is a body frame 210 in a high temperature state that is heated and melted when the body frame 210 is cast with the first metal plate 221 interposed therebetween. It may be formed while contacting the metal plate 221. That is, some metals of the first metal plate 221 and some metals of the body frame 210 are mixed with each other at the bonding portion 225 of the first metal plate 221 and the main body frame 210. Thereafter, as the mixed portion is solidified, melt bonding between the first metal plate 221 and the main frame 210 may be performed.
  • the first metal plate 221 and the body frame 210 of the metal material of the metal material of the material difference between the first metal plate 221 and the first by compensating for the reduction in the coupling force generated Reliable coupling and high coupling force of the body frame 210 can be secured.
  • the portion 225 in close contact with the seating portion 211 in the first metal plate 221 is instantaneously heated and melted while being in contact with the heat-melted metal material of the body frame 210 in the casting process, It may be melt-bonded with the body frame 210.
  • a portion of the first metal plate 221 in close contact with the seating portion 211 may be melt-bonded with the main body frame 210 in a molten state by instantaneous heating using a heater.
  • the present invention is not necessarily limited to such a heating method, and various heating methods may be used for melt bonding.
  • the second metal plate 222 and the body frame 210 by compensating for the coupling force degradation that occurs when the metal material is different from each other, thereby the second metal plate 222 and Reliable coupling and high coupling force of the body frame 210 can be exhibited.
  • At least one hole may be formed in the seating unit 211 in the main frame 210 formed by the casting method.
  • at least one protrusion of a shape corresponding to the hole may be formed in the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • the holes of the body frame 210 may be coupled in a state where protrusions of the first metal plate 221 or the second metal plate 222 are inserted through a casting process.
  • the coupling structure of the protrusion and the hole it is possible to more firmly secure the fastening state of the body frame 210 and the first metal plate 221 or the second metal plate 222. Can be.
  • the coupling structure of the protrusion and the hole may be a welding coupling operation between the first metal plate 221 and the second metal plate 222 and the electrode leads, or during the movement or use of the battery module 300.
  • the metal plate 221 and the second metal plate 222 may be prevented from flowing.
  • the body frame 210 may have one or more through holes 230 formed therein.
  • the through hole 230 may be configured to penetrate through the body frame 210 in the front-rear direction. More specifically, the through hole 230 may be formed in a shape corresponding to an end surface of the direction in which the first electrode lead 111 or the second electrode lead 112 protrudes. Therefore, according to this configuration of the present invention, the through hole 230, the first electrode lead 111 or the second electrode lead 112 can be easily inserted through without interference, it is possible to increase the manufacturing efficiency have.
  • the through hole 230 may be formed to be at least close to or in contact with one side of the first metal plate 221 or the second metal plate 222.
  • the through hole 230 may be formed in contact with one side of the first metal plate 221 or the second metal plate 222.
  • the through hole 230 may be configured such that one side of the first metal plate 221 or the second metal plate 222 is exposed to the through hole 230.
  • an extension length for the first electrode lead 111 or the second electrode lead 112 to contact the first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be further minimized. It is advantageous to prevent breakage or disconnection of electrode leads due to impact.
  • FIG. 9 is a rear view of an embodiment of a rear configuration of the busbar of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a rear view of an embodiment of a rear configuration of the busbar of FIG. 4.
  • the body frame 210 may be configured such that one or more indentations 218 are formed on a rear surface thereof.
  • the indentation part 218 may be shaped to avoid interference with other components of the battery module 300.
  • the indentation part 218 may have a partial surface of the main body frame 210. It may be formed into a stepped structure embedded in the front.
  • the indentation part 218 may be formed in a shape that extends from the upper end to the lower end.
  • three indentations 218 may be formed in the rear surface of the main body frame 210 in the front of the main body frame 210.
  • the bus bar 200 may avoid interference with components having a structure protruding forward of the secondary battery 100 of the battery module 300 by forming the indentation 218.
  • the bus bar 200 can realize the weight reduction of the battery module 300 and reduce the unnecessary volume of the internal configuration, more compact One battery module 300 may be manufactured.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 11 is a plan view schematically illustrating a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 600 may include a bus bar 500 that is different from the bus bar 200 included in the battery module 300 of FIG. 1. It may include.
  • the battery module 600 is in another form of contact with the first electrode leads 111 or the second electrode leads 112 to electrically connect in parallel between the secondary batteries 100. It may include a bus bar 500.
  • the battery module 600 is in contact with both the first electrode leads 111 and the second electrode leads 112 of the secondary batteries 100 and electrically connected in series between the secondary batteries 100.
  • the battery module 600 includes a front electrode and a rear electrode of the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 of the secondary battery 100, respectively.
  • two bus bars 200 and two further bus bars 500 may be formed in front and rear of the battery module 600.
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged area D of the battery module of FIG. 10.
  • 13 is an exploded perspective view illustrating various components of another type of busbar, which is a part of the battery module of FIG. 10.
  • bus bar 500 may include the body frame 510 and at least two metal plates 521.
  • the bus bar 500 includes at least one third metal plate 521 in contact with the first electrode leads 111 or the second electrode leads 112 of the at least two secondary batteries 100. ) May be included.
  • the bus bar 500 includes two third metal plates 521 in contact with the first electrode leads 111 of the two secondary batteries 100. Doing.
  • the third metal plate 521 may include a metal material different from that of the main body frame 510. Therefore, according to this configuration of the present invention, the bus bar 500 is provided with a metal plate having a metal material different from that of the main body frame 510, thereby forming a metal plate different from the main body frame 510. It is possible to prevent the electrode lead from being bonded to the dissimilar metal.
  • the bus bar 500 may include two third metal plates 521, and each of the third metal plates 521 may be partially disposed on each other. Two overlapping first electrode leads 111 may be contactly connected. Therefore, by this configuration of the present application, the bus bar 500 may electrically connect four secondary batteries 100 in parallel.
  • seating parts 511 may be formed on a front surface of the main body frame 510.
  • the seating part 511 may be configured to mount the third metal plate 521.
  • the seating part 511 may be formed in a shape that is embedded in a size corresponding to the third metal plate 521.
  • the third metal plate 521 may be stably combined with the body frame 510 without being easily separated by an external impact.
  • the body frame 510 may be formed with at least one through hole.
  • one through hole may be formed at one side of the seating portion 511.
  • FIG. 14 is a front sectional view schematically showing an example of a method of manufacturing a bus bar of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • busbar 200 Referring back to FIG. 14 together with FIG. 4, a method of manufacturing the busbar 200 according to the present invention may be described in detail.
  • step (a) the first metal plate 221 and the second metal plate 222, which are plastically processed by pressing, may be prepared.
  • the prepared first metal plate 221 and the second metal plate 222 may be fixed to the inside of the mold 400.
  • step (c) the molten metal 215 is injected through the injection hole 410 formed in the mold 400 to be coupled to at least a portion of the first metal plate 221 and the second metal plate 222.
  • the outer shape of the body frame 210 may be cast by cooling the solidified injected molten metal 215.
  • the heat of the injected molten metal 215 is in contact with a portion of the first metal plate 221 and the second metal plate 222 mounted inside the mold 400, the first metal plate ( Heat may be conducted to the contact outer surfaces of the 221 and the second metal plate 222.
  • the portions of the first metal plate 221 and the second metal plate 222 that are in contact with the injected molten metal 215 are molten metal 215 injected while some metal is melted by conducted heat. It can be melt bonded in a mixed form with. Therefore, by this configuration of the present invention, the first metal plate 221 and the second metal plate 222 can be coupled with the body frame 210 with a strong bonding force.
  • step (d) the main body frame 210 solidified in the state coupled with the first metal plate 221 and the second metal plate 222 is taken out from the mold 400, and the bus bar 200 is removed. Finish the manufacture.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules according to the present invention.
  • the battery pack according to the present invention in addition to such a battery module, a pack case for storing such a battery module, various devices for controlling the charge and discharge of the battery module, such as BMS (Battery Management System), current sensor, fuse, etc. It may further include.
  • BMS Battery Management System
  • current sensor current sensor
  • fuse fuse
  • the battery pack 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 pack according to the present invention.
  • the present invention relates to battery modules, and in particular, is applicable to battery packs constructed using such battery modules and to industries driven by such battery packs, such as electric vehicles.

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 전극 리드와 버스바 사이의 전기적 연결의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 구체적으로, 상기 배터리 모듈은, 복수의 파우치형 이차 전지들; 및 상기 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉하는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는, 적어도 하나 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉 연결된 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들; 및 상기 금속 플레이트들과 결합된 본체 프레임을 포함하고, 상기 금속 플레이트들 중 적어도 하나 이상은, 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비한다.

Description

배터리 모듈
본 출원은 2017년 05월 29일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0066191호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 둘 이상의 이차 전지들을 수용하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 전극 리드와 버스바 사이의 연결 부분에 대한 전기적 연결의 신뢰성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차에 관한 것이다.
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 파우치 외장재를 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. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
배터리 모듈 내부에서 이차 전지가 전기적으로 연결되기 위해서는, 전극 리드가 상호 연결되고, 그러한 연결 상태를 유지하기 위해 연결 부분이 용접될 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈은 이차 전지들 간의 병렬 및/또는 직렬의 전기적 연결을 가질 수 있는데, 이를 위해 전극 리드의 일단부는 각 이차 전지들 간의 전기적 연결을 위한 버스바에 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 단선을 최대한 피하기 위해서는 전극 리드와 버스바 사이의 연결 부분은 전기적 연결의 신뢰성이 확보될 필요가 있다. 그런데, 이차 전지의 전극 리드의 금속과 이러한 전극 리드와 연결 접촉되는 버스바 부분의 금속이 서로 다른 소재일 경우, 이종 용접 구간이 존재하여 용접 성능이 저하되는 문제가 있었다. 특히, 전기 자동차 등과 같은 중대형 장치에 이용되는 배터리 모듈의 경우 높은 출력 특성이 요구되므로, 전극 리드 및/또는 버스바 부분이 쉽게 고온까지 올라갈 수 있다. 이때, 전극 리드와 버스바 부분의 온도가 적정 수준을 넘어가면 전극 리드와 버스바 사이의 용접력이 약해지거나 이들 구성요소의 형태가 변형되어, 이들 사이의 전기적 연결이 끊어질 위험성이 더욱 높아진다.
또한, 종래의 배터리 팩에 사용된 버스바는, 프레스 공법을 이용하여 제작할 경우, 버스바의 복잡한 형상 구현이 어려워 버스바에 다양한 기능을 가진 버스바를 구현하는데 한계가 있었고, 또한, 버스바의 무게를 최적화하기 위해 살빼기 작업이 불가한 단점이 있었다.
또한, 버스바를 주조 공법을 이용하여 제작할 경우에는, 버스바 내부에 기공이 발생하기 쉬워, 전극 리드와 버스바를 연결하기 위한 레이저 용접 공정 시, 버스바의 내부 기공으로 인한 파열이나 파단이 발생하여, 레이저 용접을 적용하기 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지의 전극 리드와 버스바가 연결된 부분의 결합성과 전기적 연결의 신뢰성이 안정적으로 확보될 수 있는 버스바를 구비한 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 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,
제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 구비하고, 적어도 일 방향으로 적층되게 배열된 복수의 파우치형 이차 전지들; 및
전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉하여 이차 전지들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함한다.
여기서, 상기 버스바는, 적어도 둘 이상의 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉 연결된 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들; 및 상기 금속 플레이트들의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 금속 플레이트들과 결합된 본체 프레임을 포함한다.
또한, 상기 금속 플레이트들 중 적어도 하나 이상은, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 금속 플레이트들은, 적어도 하나 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제1 금속 플레이트; 및 적어도 하나 이상의 이차 전지의 제2 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제2 금속 플레이트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제1 전극 리드와 동일한 소재로 구성될 수 있고, 상기 제2 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제2 전극 리드와 동일한 소재로 구성된 것으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트, 상기 제2 금속 플레이트, 또는 상기 본체 프레임은, 상기 제1 금속 플레이트, 상기 제2 금속 플레이트, 또는 상기 본체 프레임은, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 또는 주석을 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 본체 프레임의 전면에는, 상기 제1 금속 플레이트 또는 상기 제2 금속 플레이트와 대응되는 크기로 내입된 안착부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 금속 플레이트 또는 상기 제2 금속 플레이트의 외부로 노출된 전면은, 상기 본체 프레임의 외부로 노출된 전면을 기준으로 후방으로 내입 되어 위치될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트 또는 상기 제2 금속 플레이트는, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트의 전면의 일부, 후면, 및 측면의 적어도 일부가 상기 본체 프레임의 안착부와 접하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 상하 방향으로 길게 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 또한, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 각각의 상단부, 하단부 및 측단부 중 적어도 하나 이상의 전면, 후면, 및 측면을 덮도록 안착부에 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 외형이 프레스에 의해 소성 가공으로 형성되고, 상기 본체 프레임은, 상기 안착부와 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트가 서로 밀착되어 형성되도록 주조될 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임의 안착부와 밀착된 상기 제1 금속 플레이트의 부위는, 상기 제1 금속 플레이트의 금속과 상기 본체 프레임의 금속이 혼합된 형태로 상기 본체 프레임과 용융 접합된 형태로 구성될 수 있고, 상기 본체 프레임의 안착부와 밀착된 상기 제 2 금속 플레이트의 부위는, 상기 제2 금속 플레이트의 금속과 상기 본체 프레임의 금속이 혼합된 형태로 상기 본체 프레임과 용융 접합된 형태로 구성될 수 있다.
한편, 상기 본체 프레임에는, 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드 각각이 관통 삽입되어 있는 복수의 관통구들이 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 관통구들은, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 각각의 일측과 접하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임의 후면에는, 상기 본체 프레임의 전방으로 내입된 적어도 1개 이상의 만입부가 형성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 버스바를 제조하는 방법은, (a) 프레스에 의해 외형을 소성 가공한 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트를 준비하는 과정; (b) 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트를 금형 내부에 장착 고정하는 과정; 및 (c) 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 적어도 일부와 결합되도록 금형에 용융된 금속을 주입하고, 상기 용융된 금속을 고화시켜 본체 프레임을 주조 형성하는 과정을 포함한다.
더욱이, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
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 팩을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 버스바는, 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉하여 이차 전지들 사이에 전기적 연결을 이루고 있다.
더욱이, 상기 버스바는, 적어도 둘 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉 연결된 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들; 및 상기 금속 플레이트의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 금속 플레이트와 결합된 본체 프레임을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 금속 플레이트들 중 적어도 하나 이상은, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
상세하게는, 상기 금속 플레이트는, 적어도 하나 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제1 금속 플레이트; 및 적어도 하나 이상의 이차 전지의 제2 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제2 금속 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제1 전극 리드와 동일한 소재로 구성될 수 있고, 상기 제2 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제2 전극 리드와 동일한 소재로 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 중 적어도 하나는, 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩용 버스바는, 배터리 모듈들의 제1 외부 입출력 단자들 및 제2 외부 입출력 단자들 중 적어도 둘과 접촉하여 배터리 모듈들 사이에 전기적 연결을 이루고 있는 버스바로서, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 제1 외부 입출력 단자와 접촉 연결되어 있는 제1 금속 플레이트; 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 제2 외부 입출력 단자와 접촉 연결되어 있는 제2 금속 플레이트; 및 상기 제1 금속 플레이트의 적어도 일부 및 상기 제2 금속 플레이트의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트와 결합된 본체 프레임을 포함한다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 중 적어도 하나는, 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 버스바는 금속 플레이트들 중 적어도 하나는, 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비함으로써, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질로 구성된 전극 리드와의 동종 금속의 결합이 가능하므로, 미연에 이종 금속들 간의 결합으로 인해 결합 신뢰도 및 결합력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 버스바와 전극 리드 간의 결합력이 떨어지는 것으로 인해, 전극 리드와 버스바 사이의 연결이 끊어짐으로써 배터리 모듈의 충방전이 불가능하거나 출력 내지 용량이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 금속 플레이트와 전극 리드 간의 접촉 연결시 레이저 용접 방식 적용이 용이하여 용접 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 다양한 형상으로 버스바를 제조할 수 있어, 배터리 모듈에 설치된 버스바가 외부 물체로부터 간섭되는 것을 피할 수 있고, 구성들의 공간활용을 높여 콤팩트한 배터리 모듈을 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은, 도 1의 배터리 모듈에 대한 C 영역을 확대하여 나타낸 확대 사시도이다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 5는, 도 4의 버스바의 일 형태를 나타낸 정면도이다.
도 6은, 도 5의 A-A' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 8은, 도 7의 B-B' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 9는, 도 4의 버스바에 대한 후면 구성의 일 실시예를 나타낸 후면도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 12는, 도 10의 배터리 모듈에 대한 D 영역을 확대하여 나타낸 확대 사시도이다.
도 13은, 도 10의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 또 다른 형태의 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바를 제조하는 방법의 일례를 개략적으로 나타낸 정단면도들이다.
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 안 되며, 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 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 3은, 도 1의 배터리 모듈에 대한 C 영역을 확대하여 나타낸 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(300)은, 복수의 이차 전지(100) 및 버스바(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 이차 전지(100)는, 파우치형 이차 전지(100)일 수 있다. 특히, 이러한 파우치형 이차 전지(100)는, 전극 조립체, 전해액 및 파우치를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 파우치는, 오목한 형태의 수납부가 형성되어 있는 좌측 파우치와 우측 파우치의 2개의 파우치로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 파우치는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하며, 파우치의 테두리 부위에는 내부 접착층이 서로 융착됨으로써 실링부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 수납부에 전극 조립체 및 전해액이 수납될 수 있다.
그리고, 상기 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체의 제1 전극판에는 제1 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 제1 전극 탭이 제1 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극 리드(111)는, 일단이 상기 제1 전극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지의 전극 단자, 예를 들면, 이차 전지(100)의 양극 단자로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 제2 전극판에는 제2 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 제2 전극 탭이 제2 전극 리드(112)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극 리드(112)는, 일단이 상기 제2 전극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지의 전극 단자, 예를 들면 이차 전지(100)의 음극 단자로서 기능할 수 있다.
이때, 이차 전지(100)가 구비하고 있는 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭은, 양극 탭 또는 음극 탭일 수 있고, 또한, 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는 양극 리드 또는 음극 리드일 수 있다. 더욱이, 상기 제1 전극 리드(111)와 상기 제2 전극 리드(112)는, 서로 다른 극성의 전극 리드일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 리드(111)는 양극 리드이고, 상기 제2 전극 리드(112)는 음극 리드일 수 있다.
더욱이, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 이차 전지(100)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각 이차 전지(100)는 제1 전극 리드(111)와 제2 전극 리드(112)가 전방과 후방으로 돌출되게 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 이차 전지(100)에서, 양극 리드와 음극 리드 사이의 간섭이 없게 되어, 전극 리드의 면적을 넓힐 수 있고, 전극 리드 사이의 용접 공정 및 전극 리드와 버스바(200) 사이의 용접 공정 등이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 리드(111) 및 상기 제2 전극 리드(112)는, 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는, 넓은 면이 좌측과 우측을 향하도록 세워진 상태로 수평 방향으로 돌출되다가, 단부가 좌 방향 또는 우 방향으로 절곡될 수 있다. 특히, 도 3에서 도시된 바와 같이, 서로 인접한 이차 전지(100)들의 각각의 전극 리드(112)들의 절곡된 방향이 서로 다를 경우, 전극 리드(112)들은 그것들의 끝단이 서로 마주 향하도록 구성될 수 있다.
상기 이차 전지(100)는, 배터리 모듈(300)에 복수 포함되어, 적어도 일 방향으로 적층되게 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 파우치형 이차 전지(100)가 수평 방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 각각의 파우치형 이차 전지(100)는, F 방향(도 1에 도시함)으로 바라봤을 때, 2개의 넓은 면이 좌우 측에 각각 위치하고, 상부와 하부, 전방 및 후방에는 실링부가 위치하도록 대략 지면에 수직하게 세워지는 형태로 배치될 수 있다. 다시 말해, 각 이차 전지(100)는, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상하전후좌우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
앞서 설명한 파우치형 이차 전지(100)의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 모듈(300)에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 채용될 수 있다.
한편, 상기 버스바(200)는, 전기 전도율이 비교적 높은 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 구성의 버스바(200)는, 상기 이차 전지(100)들의 제1 전극 리드(111)들 및 제2 전극 리드(112)들 중 적어도 둘과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들면, 상기 버스바(200)는, 동일 극성의 전극 리드, 이를테면 둘 이상의 제1 전극 리드(111)들과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있고, 또는 둘 이상의 제2 전극 리드(112)들과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 또는, 상기 버스바(200)는, 서로 다른 극성의 전극 리드들, 이를테면 하나 이상의 제1 전극 리드(111) 및 하나 이상의 제2 전극 리드(112)와 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱이, 상기 버스바(200)는, 이차 전지(100)의 전극 리드와 접촉 연결하기 위한 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들(221, 222)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 금속 플레이트들(221, 222)은, 이차 전지(100)의 제1 전극 리드(111)들 또는 제2 전극 리드(112)들 중 적어도 둘과 접촉 연결될 수 있다.
특히, 상기 금속 플레이트들(221, 222) 중, 상기 금속 플레이트(221)는, 적어도 둘 이상의 이차 전지(100)의 제1 전극 리드(111)들과 접촉할 수 있고, 또는 상기 금속 플레이트(222)는, 적어도 둘 이상의 이차 전지(100)의 제2 전극 리드(112)들과 접촉할 수 있다. 따라서, 본원의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(200)는, 금속 플레이트 구성을 사용하여 이차 전지(100)들의 제1 전극 리드(111)들 또는 제2 전극 리드(112)들 중 적어도 둘 이상의 동일한 극성의 전극 리드와 접촉하여 이차 전지(100)들 사이에 전기적으로 병렬 연결이 가능하다.
또한, 상기 버스바(200)는, 상기 금속 플레이트(221)들의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 금속 플레이트들과 결합된 본체 프레임(210)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 플레이트의 외부로 노출된 부위는, 전면 및 측면의 적어도 일부일 수 있다. 또한, 상기 본체 프레임(210)은 전기 전도성 재질로 이루어 질 수 있다.
한편, 종래기술의 버스바는, 전극 리드의 금속 소재와 다른 소재로 구성될 경우, 전극 리드와 버스바 간의 이종 금속의 결합이 불가피하므로, 버스바와 전극 리드 간의 용접 결합성의 신뢰도가 저하되는 문제가 있었다.
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(200)는, 적어도 둘 이상의 금속 플레이트(221)들을 포함하고 있고, 상기 금속 플레이트(221)들 중 적어도 하나 이상은, 본체 프레임(210)과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다.
여기서, 금속 재질이란, 단일의 금속나, 다른 종류의 금속들의 특정 조합으로 이루어진 금속 소재를 말한다.
더욱 구체적으로, 상기 금속 플레이트(221)들 중, 어느 하나는 버스바(200)와 동일 종류의 금속 재질을 구비할 수 있고, 나머지는 버스바(200)와 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있으며, 또는, 상기 금속 플레이트(221)들 모두가 버스바(200)와 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(200)는, 본체 프레임(210)과 다른 종류의 금속 재질을 구비한 금속 플레이트(221)를 포함함으로써, 상기 본체 프레임(210)과 다른 종류의 금속 재질로 구성된 전극 리드와 이종 금속의 결합되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(200)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 제1 금속 플레이트(221)는, 적어도 하나 이상의 이차 전지(100)의 제1 전극 리드(111)와 접촉 연결될 수 있고, 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 적어도 하나 이상의 이차 전지(100)의 제2 전극 리드(112)와 접촉 연결될 수 있다.
특히, 상기 버스바(200)는, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)을 사용하여 이차 전지(100)들의 서로 극성이 다른 전극 리드들과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이에 전기적으로 직렬 연결이 가능하다. 특히, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 상기 제1 전극 리드(111) 및 상기 제2 전극 리드(112)와 접촉함으로써, 다른 극성의 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 직렬 연결할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(200)는, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 구비하여 이차 전지(100)들을 전기적으로 직렬 연결시킬 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 버스바(200)는, 제1 전극 리드(111)와 접촉 연결되어 있는 2개의 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 전극 리드(112)와 접촉 연결되어 있는 1개의 제2 금속 플레이트(222)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 판상형일 수 있다. 따라서, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 판상으로 구성된 전극 리드와 면접촉이 가능하므로, 접촉 면적을 넓혀 접촉 구간의 전기 저항을 효과적으로 줄일 수 있다.
더욱이, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 복수 개의 제1 전극 리드(111)들 또는 제2 전극 리드(112)들의 일 부위들이 서로 겹쳐진 형태로 접촉 연결될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 제1 전극 리드(111)의 일단부의 일면과 또 다른 제1 전극 리드(111)의 일단부의 타면과 겹쳐진 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 전극 리드(111)들 중 어느 하나의 일면이 상기 제1 금속 플레이트(221)와 접촉 연결될 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 제2 전극 리드(112)의 일단부의 일면과 또 다른 제1 전극 리드(112)의 일단부의 타면과 겹쳐진 구조를 가질 수 있고, 상기 제2 전극 리드(112)들 중 어느 하나의 일면이 상기 제2 금속 플레이트(222)와 접촉 연결될 수 있다.
예를 들면, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 금속 플레이트(221)는, 2개의 제1 전극 리드(111)들의 일부위들이 서로 겹쳐진 형태로 제1 전극 리드(111)들과 접촉 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 2개의 제2 전극 리드(112)들의 일부위들이 서로 겹쳐진 형태로 제2 전극 리드(112)들과 접촉 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 일부위는, 적어도 하나 이상의 전극 리드가 면접촉 연결될 수 있다. 더욱이, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 전극 리드에 접촉되는 면적을 늘리기 위해 전면 및 측면의 일부위에 전극 리드를 접촉 연결할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 일부위는, 둘 이상의 전극 리드들이 면접촉 연결될 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 일부위는, 하나의 전극 리드가 면접촉 연결되고, 상기 전극 리드가 면접촉된 부위를 제외한 나머지 부위에 또 다른 전극 리드가 면접촉 연결될 수 있다.
특히, 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면은, 서로 인접한 이차 전지(100)들의 각각의 제2 전극 리드(112)들의 절곡된 방향이 서로 다를 경우, 제2 전극 리드(112)들의 끝단들이 서로 마주보도록 위치된 상태에서, 제2 전극 리드(112)들과 면접촉 연결될 수 있다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극 리드(112)들이 2개씩 서로 겹쳐진 형태로, 총 4개의 제2 전극 리드(112)들의 끝단이 서로 마주보도록 위치되어 상기 제2 금속 플레이트(222)에 면접촉 연결될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(200)는, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 구비함으로써, 전극 리드들과 넓은 면적으로 면접촉 연결될 수 있으므로, 연결 구간에서 발생될 수 있는 전기 저항을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 본체 프레임(210)은, 상단바(242), 하단바(244), 및 연결부(246)를 포함할 수 있다.
상기 상단바(242)는, 상기 본체 프레임(210)이 상하 방향으로 세워져 있을 경우, 상기 본체 프레임(210)의 상부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하단바(244)는, 상기 본체 프레임(210)의 하부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태로 형성될 수 있다.
상기 연결부(246)는, 상기 상단바(242)와 하단바(244)를 연결하는 구조일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 연결부(246)는, 상기 상단바(242)에서 하부 방향으로 연장되어 하단바(244)와 연결된 리브 형상으로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 연결부(246)는, 상기 버스바(200)에 포함된 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)의 개수에 따라 적어도 둘 이상이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 금속 플레이트(221)는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지(100)의 제1 전극 리드(111)와 동일한 소재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지(100)의 제2 전극 리드(112)와 동일한 소재로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)의 소재는, 전기 전도성이 우수한 금속일 수 있으며, 일반적으로 이차 전지(100)의 전극 리드에 사용되는 금속일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(200)는, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 그것과 접촉 연결되는 전극 리드들과 동일한 소재로 구성함으로써, 용접 결합 시 버스바(200)와 전극 리드가 이종 금속으로 결합되는 것을 피할 수 있어, 버스바와 전극 리드 간에 결합력 및 결합 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 금속 플레이트(221), 상기 제2 금속 플레이트(222) 및 상기 본체 프레임(210)은, 상기 버스바(200)에 포함되는 구성요소로서, 각각 전기 전도성을 갖도록 금속 재질을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 금속 플레이트(221)는, 예를 들면, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 이를테면, 상기 제1 금속 플레이트(221)는 알루미늄 소재일 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 금속이 제1 금속 플레이트(221)의 재료로서 이용될 수 있다.
또한, 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 예를 들면, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 이를테면, 상기 제2 금속 플레이트(222)는 구리 소재일 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 금속이 제2 금속 플레이트(222)의 재료로서 이용될 수 있다.
일반적으로, 이차 전지의 양극 리드와 음극 리드는 서로 다른 종류로 이루어지도록 설정하고 있으므로, 바람직하게는, 본 발명의 버스바(200)는 서로 다른 종류의 소재로 구성된 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 포함할 수 있다. 이를 테면, 상기 제1 금속 플레이트(221)를 알루미늄 소재로 구성할 경우, 상기 제2 금속 플레이트(222)는 구리 소재로 구성할 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임(210)은, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 이를테면, 상기 본체 프레임(210)은 구리 소재일 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 금속이 본체 프레임(210)의 재료로서 이용될 수 있다.
더욱이, 상기 본체 프레임(210)은, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222) 중 어느 하나와 동일 소재로 이루어 질 수 있고, 나머지 다른 하나와 다른 종류의 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 본체 프레임(210)은, 제2 금속 플레이트(222)와 같이 구리 소재로 이루어질 수 있고, 제1 금속 플레이트(221)는 알루미늄 소재로 이루어 질 수 있다.
도 5는, 도 4의 버스바의 일 형태를 나타낸 정면도이다. 그리고, 도 6은, 도 5의 A-A' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 4와 함께 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 본체 프레임(210)은, 전면에 제1 금속 플레이트(221) 또는 제2 금속 플레이트(222)를 탑재하기 위한 안착부(211)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 안착부(211)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 외면과 밀착될 수 있도록, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)와 대응되는 크기로 내입된 구조로 상기 본체 프레임(210)에 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(200)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)를 상기 본체 프레임(210)의 안착부(211)에 안정적으로 탑재할 수 있어, 전극 리드와 금속 플레이트 간의 접촉 연결 작업을 용이하게 할 수 있다. 그리고, 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가 외부 충격에 의해 쉽게 버스바(200)로부터 탈리되지 않아, 버스바(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 안착부(211)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 후면의 적어도 일부와 접하고 있는 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 안착부(211)는, 상기 본체 프레임(210)과 금속 플레이트들(221, 222) 간의 접합 면적을 최대화 하기 위해 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 후면 전체와 접할 수 있다.
또한, 상기 안착부(211)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 측면의 적어도 일부와 접하고 있는 구조일 수 있다. 더욱이, 상기 안착부(211)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 측면들 모두와 접할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 안착부(211)는, 상기 제1 금속 플레이트(221)의 제2 측면(232), 제3 측면(233), 및 제4 측면(234)과 접할 수 있다. 또한, 상기 안착부(211)는, 상기 제2 금속 플레이트(222)의 제2 측면(242) 및 제4 측면(244)과 접할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 그리고, 도 8은, 도 7의 B-B' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다. 다만, 도 7에서는, 설명의 편의를 위해, 금속 플레이트에 대하여 본체 프레임의 내측에 매립된 부분은 점선으로 표시되도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바(400)는, 상기 안착부(411)가 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 일부와 접하는 구조로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)가 안착되기 위한 안착부(411)가 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면을 모두 접할 경우, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면에 접촉 연결되는 전극 리드와 금속 플레이트 간의 접촉 연결이 용이하지 않으므로, 상기 안착부(411)를 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 일부와 접하는 구조로 형성시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 안착부(411)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면의 전체 면적을 기준으로 10% 내지 50%로 접하는 구조로 형성시킬 수 있다.
특히, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가 상하 방향으로 길게 세워진 플레이트 형태로 형성될 경우, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및/또는 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 각각의 상단부(251), 하단부(252) 및 측단부(253) 중 적어도 하나 이상이 덮이도록 안착부(411)에 삽입된 구조로 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 안착부(411)는, 제1 금속 플레이트(221)의 상단부(251), 하단부(252) 및 측단부(253)의 전면(226), 후면(227), 및 측면(228)을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 안착부(411)는, 제2 금속 플레이트(222)의 상단부(242) 및 하단부(244)의 전면, 후면, 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 이러한 구성에 따른 버스바(400)는, 상기 본체 프레임(410)의 일부가 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 전면, 후면, 및 측면을 덮도록 구성함으로써, 외부 충격 등으로 인해 금속 플레이트가 버스바로부터 분리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그러나, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가 상기 본체 프레임(210)에 장착되는 형태는 앞서 설명한 형태로만 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가 상기 본체 프레임(210)에 장착되는 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 외부로 노출된 전면은, 상기 본체 프레임(410)의 외부로 노출된 전면을 기준으로 전방으로 더 돌출되지 않고 동일 평면 상에 위치하거나, 또는 후방으로 내입 되어 위치될 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 금속 플레이트(221)의 외부로 노출된 전면(226)은, 상기 본체 프레임(410)의 외부로 노출된 전면을 기준으로 후방으로 내입 되어 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(400)는, 금속 플레이트가 외부로 돌출되어 외부 물체로부터 간섭되는 것을 피할 수 있으므로, 외부 물체와의 부적절한 접촉을 방지하고, 금속 플레이트의 손상을 예방할 수 있다. 또한, 상기 버스바(400)의 전후 방향의 두께를 감소시켜, 상기 버스바(400)가 배터리 모듈(300)에서 차지하는 공간을 줄 일수 있다.
더욱이, 상기 버스바(400)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 노출된 전면에 전극 리드들(111, 112)이 접촉 연결된 경우에도, 상기 전극 리드들(111, 112)이 상기 본체 프레임(410)의 외부로 노출된 전면과 평행하게 위치하거나 후방으로 내입 되어 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(400)와 결합된 제1 전극 리드(111) 또는 제2 전극 리드(112)가 외부 물체와 간섭되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 모듈(300)의 조립을 용이하게 하고, 상기 전극 리드들(111, 112)과 외부 부적절한 전도성 물체와 접촉되는 것을 방지할 수 있으며, 더불어 외부 물체와의 충돌로 인한 전극 리드의 손상을 방지할 수 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)는, 프레스에 의해 소성 가공되는 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 프레스에 의한 소성 가공은, 단조 프레스를 사용하여 가공체를 서서히 가압함으로써, 금속 플레이트의 외형을 성형하는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 가공법은, 소음이나 진동이 없고, 금속 내부에 기공이 생기지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가, 얇고 단단하게 형성될 수 있다. 특히, 이 경우, 금속 플레이트 내부에 기공이 형성되지 않아, 레이저 용접 등의 고온이 부가되는 작업시에 금속 플레이트가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임(210)은, 안착부(211)와 제1 금속 플레이트(221) 또는 제2 금속 플레이트(222)가 서로 밀착되어 형성되도록 주조되는 방식으로 구성될 수 있다. 여기서 주조는, 예를 들면, 다이 주조일 수 있고, 다이 주조는 금속 재료를 가열하여 녹인 다음 원하는 모양의 형틀에 주입하여 조물을 제조하는 방식이라 할 수 있다. 이러한 주조로 본체 프레임(210)을 제조할 경우, 추가적인 다듬질 작업없이 복잡한 구조를 정밀하게 형성시킬 수 있으며, 살빼기 등의 부품의 무게를 감량시킬 수 있는 가공처리를 용이하게 수행할 수 있다. 특히, 폭압주조법을 사용할 경우, 금속 내의 기공을 줄인 고품질의 본체 프레임(210)을 형성시킬 수 있다. 다만, 본 발명의 본체 프레임이 주조 방식으로 제조될 경우, 본 발명이 이러한 구체적인 주조 방식에 의해 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 본체 프레임(210)의 안착부(211)와 상기 제1 금속 플레이트(221)가 서로 직접 접촉된 부위(225)는, 상기 제1 금속 플레이트(221)의 일부 금속과 상기 본체 프레임(210)의 일부 금속이 혼합 용융되어 서로 접합된 형태로 구성될 수 있다.
이러한 용용 접합된 구성(225)은, 상기 제1 금속 플레이트(221)가 개재된 상태로 상기 본체 프레임(210)이 주조될 때 고온 가열되어 용융된 고온 상태의 본체 프레임(210)이 상기 제1 금속 플레이트(221)에 접촉하면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 금속 플레이트(221)와 상기 본체 프레임(210)의 접합 부위(225)에서 상기 제1 금속 플레이트(221)의 일부 금속과 상기 본체 프레임(210)의 일부 금속이 서로 혼합되고, 이후 혼합된 부분이 고화되면서 상기 제1 금속 플레이트(221)와 상기 본체 프레임(210) 간의 용융 접합이 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 금속 플레이트(221)와 본체 프레임(210)의 금속 재질의 소재가 서로 다를 경우에 발생되는 결합력 저하를 보완함으로써, 제1 금속 플레이트(221)와 본체 프레임(210)의 신뢰할 수 있는 결합과 높은 결합력을 확보할 수 있다.
특히, 상기 제1 금속 플레이트(221)에서 상기 안착부(211)와 밀착된 부위(225)는, 주조 과정에서 상기 본체 프레임(210)의 가열 용융된 금속 재료와 접촉하면서 순간적으로 가열 용융되어, 상기 본체 프레임(210)과 용융 접합될 수 있다. 또는, 상기 안착부(211)와 밀착된 제1 금속 플레이트(221)의 부위는, 가열기를 사용하여 순간적으로 가열하여 용융된 상태로 상기 본체 프레임(210)과 용융 접합될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 가열 방식으로만 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 가열 방법들이 용융 접합에 이용될 수 있다.
나아가, 앞서 설명한 상기 제1 금속 플레이트(221)의 경우와 마찬가지로, 상기 본체 프레임(210)의 안착부(211)와 밀착된 상기 제 2 금속 플레이트(222)의 부위 또한, 상기 제2 금속 플레이트(222)의 금속과 상기 본체 프레임(210)의 금속이 혼합된 형태로 본체 프레임(210)과 용융 접합된 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제2 금속 플레이트(222)와 상기 본체 프레임(210)의 금속 재질이 서로 다를 경우에 발생되는 결합력 저하를 보완함으로써, 상기 제2 금속 플레이트(222)와 본체 프레임(210)의 신뢰할 수 있는 결합과 높은 결합력을 발휘할 수 있다.
또한, 주조 방식으로 형성된 본체 프레임(210)은, 안착부(211)에 적어도 하나 이상의 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)에는, 상기 홀과 대응되는 형상의 적어도 하나 이상의 돌기가 형성될 수 있다. 특히, 상기 본체 프레임(210)의 홀은, 주조 과정을 통해 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 돌기가 삽입된 상태로 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 돌기와 홀의 결합구조는, 상기 본체 프레임(210)과 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 체결 상태를 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.
더욱이, 상기 돌기와 홀의 결합구조는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)와 전극 리드들 간의 용접 결합 작업이나, 상기 배터리 모듈(300)의 이동 또는 사용 중에 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)가 유동하는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 본체 프레임(210)은, 관통구(230)가 하나 이상 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 관통구(230)는, 상기 본체 프레임(210)에서 전후 방향으로 관통된 형태로 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 관통구(230)는, 상기 제1 전극 리드(111) 또는 상기 제2 전극 리드(112)가 돌출된 방향의 말단면과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 관통구(230)는, 상기 제1 전극 리드(111) 또는 상기 제2 전극 리드(112)가 간섭없이 손쉽게 관통 삽입될 수 있어, 제조 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 관통구(230)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 일측과 적어도 근접하거나 접하도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 관통구(230)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 일측과 접하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 관통구(230)는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 또는 상기 제2 금속 플레이트(222)의 일측면이 관통구(230)에 노출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극 리드(111) 또는 상기 제2 전극 리드(112)가 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)에 접촉하기 위한 연장 길이를 더욱 최소화할 수 있어, 외부 충격으로 인한 전극 리드의 파손 또는 단선을 방지하는데 유리하다.
도 9는, 도 4의 버스바에 대한 후면 구성의 일 실시예를 나타낸 후면도이다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 상기 본체 프레임(210)은, 후면에 1개 이상의 만입부(218)가 형성되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 만입부(218)는 배터리 모듈(300)의 다른 구성과의 간섭을 피하기 위한 형상일 수 있고, 예를 들면, 상기 만입부(218)는 상기 본체 프레임(210)의 일부 면이 전방으로 내입된 단차 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 만입부(218)는 상단부에서 하단부로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 본체 프레임(210)의 후면에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 3개의 만입부(218)가 상기 본체 프레임(210)의 전방으로 내입된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 버스바(200)는, 만입부(218)를 형성시킴으로써 배터리 모듈(300)의 이차 전지(100)의 전방으로 돌출된 구조를 가진 구성들과의 간섭을 피할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(200)는, 만입부(218) 구조를 형성시킴으로써, 배터리 모듈(300)의 경량화를 구현하고 내부 구성의 불필요한 부피를 줄일 수 있어, 보다 콤팩트한 배터리 모듈(300)을 제조할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 여기서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(600)은, 도 1의 배터리 모듈(300)에 포함된 버스바(200)와 다른 형태의 버스바(500)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 모듈(600)은, 상기 제1 전극 리드(111)들 또는 상기 제2 전극 리드(112)들과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 병렬 연결하는 또 다른 형태의 버스바(500)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(600)은, 상기 이차 전지(100)들의 제1 전극 리드(111)들 및 제2 전극 리드(112)들 모두와 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 직렬 연결하는 버스바(200), 및 상기 제1 전극 리드(111)들 또는 상기 제2 전극 리드(112)들과 접촉하여 이차 전지(100)들 사이를 전기적으로 병렬 연결하는 또 다른 형태의 버스바(500)를 모두 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(600)은, 상기 이차 전지(100)의 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112) 각각이 전방과 후방으로 각각 돌출되어 형성되어 있을 경우, 상기 배터리 모듈(600)의 전방 및 후방에 2개의 버스바(200) 및 2개의 또 다른 형태의 버스바(500)가 형성될 수 있다.
도 12는, 도 10의 배터리 모듈에 대한 D 영역을 확대하여 나타낸 확대 사시도이다. 그리고, 도 13은, 도 10의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 또 다른 형태의 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
또한, 상기 버스바(500)는, 상기 본체 프레임(510) 및 적어도 둘 이상의 금속 플레이트(521)들을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 버스바(500)는, 적어도 둘 이상의 이차 전지(100)들의 제1 전극 리드(111)들 또는 제2 전극 리드(112)들과 접촉 연결된 적어도 하나 이상의 제3 금속 플레이트(521)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(500)는, 2개의 이차 전지(100)들의 제1 전극 리드(111)들과 접촉 연결된 2개의 제3 금속 플레이트(521)들을 포함하고 있다.
특히, 상기 제3 금속 플레이트(521)는, 상기 본체 프레임(510)과 다른 종류의 금속 재질을 구비할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)는, 본체 프레임(510)과 다른 종류의 금속 재질을 구비한 금속 플레이트를 구비함으로써, 본체 프레임(510)과 다른 종류의 금속 재질로 구성된 전극 리드와 이종 금속의 결합되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(500)는, 2개의 제3 금속 플레이트(521)들을 포함할 수 있고, 상기 각각의 제3 금속 플레이트(521)들은 일부위가 서로 겹쳐진 2개의 제1 전극 리드(111)들이 접촉 연결될 수 있다. 따라서, 본원의 이러한 구성에 의해, 상기 버스바(500)는 4개의 이차 전지(100)들을 전기적으로 병렬 연결할 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 본체 프레임(510)은, 전면에 안착부(511)들이 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 안착부(511)는, 제3 금속 플레이트(521)가 안착되도록 구성될 수 있다.
이를테면, 상기 안착부(511)는, 상기 제3 금속 플레이트(521)와 대응되는 크기로 내입된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 금속 플레이트(521)는 외부 충격에 의해 쉽게 이탈되지 않고 안정적으로 상기 본체 프레임(510)과 결합될 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임(510)은, 적어도 하나 이상의 관통구가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 하나의 관통구가 안착부(511)의 일측에 형성될 수 있다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바를 제조하는 방법의 일례를 개략적으로 나타낸 정단면도들이다.
다시 도 4와 함께 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 버스바(200)를 제조하는 방법은,
먼저, (a) 과정에서 프레스에 의해 외형을 소성 가공한 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 준비할 수 있다.
또한, (b) 과정에서는 준비된 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)를 금형(400) 내부에 장착 고정할 수 있다.
또, (c) 과정에서는, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222) 적어도 일부와 결합되도록 금형(400)에 형성된 주입구(410)를 통해 용융된 금속(215)을 주입할 수 있고, 이후, 주입된 용융 금속(215)을 냉각하여 고화시킴으로써 본체 프레임(210)의 외형이 주조 형성될 수 있다.
이때, 주입된 용융 금속(215)이 가진 열이 금형(400) 내부에 장착된 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 일부위와 접촉되어, 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 접촉 외면에 열이 전도될 수 있다.
이 경우, 주입된 용융 금속(215)과 접촉된 상기 제1 금속 플레이트(221) 및 상기 제2 금속 플레이트(222)의 부위는, 전도된 열에 의해 일부 금속이 용융되면서 주입된 용융 금속(215)과 혼합된 형태로 용융 접합될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의해, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)는 본체 프레임(210)과 강한 결합력으로 결합될 수 있다.
마지막으로, (d) 과정에서는, 제1 금속 플레이트(221) 및 제2 금속 플레이트(222)와 결합된 상태로 고화된 본체 프레임(210)을 금형(400)으로부터 취출하여, 버스바(200) 제조를 마무리한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 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.
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.
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 특히, 이러한 배터리 모듈을 사용하여 구성된 배터리 팩 및 상기 배터리 팩에 의해 구동되는 자동차, 이를 테면 전기 자동차와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 구비하고, 적어도 일 방향으로 적층되게 배열된 복수의 파우치형 이차 전지들; 및
    전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉하여 이차 전지들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는,
    적어도 둘 이상의 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉 연결된 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들; 및
    상기 금속 플레이트들의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 금속 플레이트들과 결합된 본체 프레임을 포함하고,
    상기 금속 플레이트들 중 적어도 하나 이상은, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트들은,
    적어도 하나 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제1 금속 플레이트; 및
    적어도 하나 이상의 이차 전지의 제2 전극 리드와 접촉 연결되어 있는 제2 금속 플레이트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제1 전극 리드와 동일한 소재로 구성되고,
    상기 제2 금속 플레이트는, 각각에 접촉 연결되는 이차 전지의 상기 제2 전극 리드와 동일한 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트, 상기 제2 금속 플레이트, 또는 상기 본체 프레임은, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 또는 주석을 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 본체 프레임의 전면에는, 상기 제1 금속 플레이트 또는 상기 제2 금속 플레이트와 대응되는 크기로 내입된 안착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 또는 상기 제2 금속 플레이트의 외부로 노출된 전면은, 상기 본체 프레임의 외부로 노출된 전면을 기준으로 후방으로 내입 되어 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트의 전면의 일부, 후면, 및 측면의 적어도 일부가 상기 본체 프레임의 안착부와 접하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 상하 방향으로 길게 세워진 플레이트 형태로 형성되고,
    상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 각각의 상단부, 하단부 및 측단부 중 적어도 하나 이상의 전면, 후면, 및 측면을 덮도록 안착부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트는, 외형이 소성 가공으로 형성되고,
    상기 본체 프레임은, 상기 안착부와 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트가 서로 밀착되어 형성되도록 주조된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 본체 프레임의 안착부와 밀착된 상기 제1 금속 플레이트의 부위는, 상기 제1 금속 플레이트의 금속과 상기 본체 프레임의 금속이 혼합된 형태로 상기 본체 프레임과 용융 접합된 형태로 구성되고,
    상기 본체 프레임의 안착부와 밀착된 상기 제 2 금속 플레이트의 부위는, 상기 제2 금속 플레이트의 금속과 상기 본체 프레임의 금속이 혼합된 형태로 상기 본체 프레임과 용융 접합된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체 프레임에는,
    상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드 각각이 관통 삽입되어 있는 복수의 관통구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 관통구들은, 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 각각의 일측과 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 본체 프레임의 후면에는, 상기 본체 프레임의 전방으로 내입된 적어도 1개 이상의 만입부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 버스바를 제조하는 방법으로서,
    (a) 프레스에 의해 외형을 소성 가공한 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트를 준비하는 과정;
    (b) 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트를 금형 내부에 장착 고정하는 과정; 및
    (c) 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 적어도 일부와 결합되도록 금형에 용융된 금속을 주입하고, 상기 용융된 금속을 고화시켜 본체 프레임을 주조 형성하는 과정을 포함하고,
    상기 제1 금속 플레이트 및 상기 제2 금속 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  17. 이차 전지들의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉하여 이차 전지들 사이에 전기적 연결을 이루고 있는 버스바로서,
    적어도 하나 이상의 이차 전지의 제1 전극 리드들 및 제2 전극 리드들 중 적어도 둘과 접촉 연결된 적어도 둘 이상의 금속 플레이트들; 및
    상기 금속 플레이트의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 상기 금속 플레이트와 결합된 본체 프레임을 포함하고,
    상기 금속 플레이트들 중 적어도 하나 이상은, 본체 프레임과 다른 종류의 금속 재질을 구비하는 것을 특징으로 하는 버스바.
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