WO2018225920A1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2018225920A1
WO2018225920A1 PCT/KR2018/000278 KR2018000278W WO2018225920A1 WO 2018225920 A1 WO2018225920 A1 WO 2018225920A1 KR 2018000278 W KR2018000278 W KR 2018000278W WO 2018225920 A1 WO2018225920 A1 WO 2018225920A1
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WO
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electrode lead
battery module
bus bar
body frame
battery
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PCT/KR2018/000278
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English (en)
French (fr)
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이정훈
강달모
류상우
문정오
박진용
지호준
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주식회사 엘지화학
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

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 process efficiency for a bonding process between an electrode lead and a bus bar of a secondary battery, and a battery pack and a vehicle including the same. will be.
  • 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.
  • 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 electrical connection between secondary batteries is often configured by bonding electrode leads to busbars. At this time, the electrode leads of the same polarity are connected to each other in order to electrically connect the secondary batteries in parallel, and the electrode leads of different polarities are connected to each other in order to be electrically connected in series.
  • the contact state of the electrode leads needs to be kept stable as originally intended, and unintended contact or separation between the electrode leads should not occur.
  • battery modules used in automobiles and the like may be frequently exposed to vibrations or shocks, there is a continuous demand for development of battery modules that can stably maintain the connection state of electrode leads even during vibrations or shocks.
  • the battery module it is necessary to ensure the weldability as well as the stability of the connection between the electrode leads. For example, even if the connection between the electrode leads is stable, if the welding is to be performed very difficult, the productivity of the battery module may decrease, and the possibility of a defect may increase.
  • a busbar may be provided for electrically connecting the secondary cells, which need to be in contact with the electrode lead to be welded with the electrode lead. Therefore, during the manufacturing process of the battery module, it is necessary to provide a structure for facilitating the welding operation on the junction portion between the electrode lead and the busbar so that the connection between the electrode lead and the busbar can be made well.
  • the plurality of electrode leads and the busbars may be combined with laser welding in order to maintain a stable connection state. In this case, it is preferable that a module structure having excellent weldability is provided.
  • the electrode lead In this bonding process, the electrode lead must be additionally bent to contact the busbar, and an additional bending jig configuration is required for this operation. As a result, the welding joint process between the electrode lead and the busbar becomes complicated, and there is a problem in that work time and cost increase.
  • the bent portions of the above-mentioned electrode leads caused a need for more work space in the welding process.
  • the welding spot between the bent portion of the electrode lead and the busbar, the clearance tolerance for such welding spot, the welding jig for closely contacting the electrode lead with the busbar in a bent form As the arrangement space and the like become necessary, the welding work space becomes narrower, which causes a decrease in the welding efficiency.
  • the space for the bonding process between the electrode lead and the busbar is becoming more narrow. That is, when the bent direction of one end of the electrode lead coincides with the stacking direction of the secondary batteries, the thickness of the secondary battery in the stacking direction is thin, and it is easy to cause interference or damage of adjacent secondary batteries during welding between the electrode lead and the busbar. Problems have arisen such that the welding operation becomes very difficult and the processing time is increased.
  • the present invention has been made to solve the above problems, to provide a battery module and a battery pack and a vehicle including the same, which can ensure the reliability of the electrical connection between the electrode lead and the bus bar and improved welding efficiency
  • FIG 3 is an enlarged partial view of a portion of a secondary battery of the battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 5 is a front view illustrating one embodiment of a bus bar that is a part of the battery module of FIG. 1.
  • 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 rear perspective view illustrating one form of a bus bar that is a part of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a rear perspective view illustrating one form of a bus bar that is a part of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating one form of a configuration of a bus bar and some secondary batteries of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line BB ′ of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating only one configuration of secondary batteries and a bus bar of a battery module according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 11 and 12 are perspective views illustrating a bonding process of an electrode lead and a bus bar of a secondary battery of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating one form of secondary batteries and a bus bar of a battery module according to another exemplary embodiment.
  • the battery module 400 may include a plurality of secondary batteries 100 and a bus bar 200.
  • the pouch sheath may be composed of two pouches, and at least one of the pouch sheaths may have a concave inner space.
  • the electrode assembly may be accommodated in the inner space of the pouch.
  • the outer circumferential surfaces of the two pouches are provided with sealing parts such that the sealing parts are fused to each other so that the inner space in which the electrode assembly is accommodated can be sealed.
  • Each pouch type secondary battery 100 may include an electrode lead 111, and the electrode lead 111 may include a cathode lead 111 and an anode lead 112.
  • the electrode leads 111 and 112 are formed in a plate shape, as shown in FIG. 2, and are arranged in a shape that is substantially perpendicular to the ground when viewed in the F direction (as shown in FIG. 1). Two wide sides are located on the left and right sides, respectively.
  • the left and right side surfaces of the electrode leads 111 and 112 have a wide surface on the upper and lower surfaces, and protrude from the sealing portion of the pouch packaging material located in the front and rear directions.
  • the electrode leads 111 and 112 may function as electrode terminals of the secondary battery 100.
  • each secondary battery 100 may be configured such that the electrode leads 111 and 112 protrude forward and backward.
  • one electrode lead 111 may protrude forward from the secondary battery 100, and the other electrode lead 112 may be configured as a secondary battery 100. It may be configured to protrude rearward from).
  • the pouch type secondary battery 100 may be included in a plurality of battery modules 400 and arranged to be stacked in at least one direction.
  • a plurality of pouch type secondary batteries 100 may be stacked in a horizontal direction.
  • each of the pouch-type secondary battery 100 when viewed in the F direction, two wide surfaces are respectively located on the left and right sides, and the upper and lower, the front and the rear is approximately perpendicular to the ground so that the sealing portion is located It may be arranged in the form.
  • each of the secondary batteries 100 may be configured in a form standing up and down.
  • terms indicating the direction such as before, after, left, right, up, down may vary according to the position of the observer or the shape of the object.
  • terms indicating the direction such as before, after, left, right, up, down may vary according to the position of the observer or the shape of the object.
  • the front, rear, left, right, up, down, and the like directions are shown separately based on a time when viewed in the F direction.
  • the battery module 400 may include a bus bar 200.
  • the bus bar 200 may be made of an electrically conductive metal material having a relatively high electrical conductivity.
  • the bus bar 200 may include one or more electrically conductive materials selected from nickel, copper, aluminum, lead, or tin.
  • the bus bar 200 may include a copper material.
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • various metals may be used as the material of the bus bar 200.
  • At least one of side surfaces in the left and right directions of the electrode lead 111 protruding from the secondary battery 100 in the front-rear direction may be bonded to the bus bar 200.
  • the battery module 400 of the present invention the side of the end of the electrode lead 111 protruding in the front and rear direction is bonded to the bus bar 200, unlike the prior art electrode lead 111 Without forming a bent structure in) can be achieved a reliable junction between the electrode lead 111 and the bus bar (200). Accordingly, the bonding process between the electrode lead 111 and the bus bar 200 is facilitated, and the process time is reduced.
  • At one end of the electrode lead 111 at least one of the side surfaces of the left and right directions having a larger area than the side surfaces of the vertical direction may be bonded to the bus bar 200.
  • the electrode lead 111 may extend straight along the front-rear direction from which the electrode lead 111 protrudes.
  • the present invention is not necessarily limited to the structure of the electrode lead, and in some cases, one end of the electrode lead 111 may be formed by protruding the electrode lead 111 to be joined to a part of the bus bar 200. It may be bent at a predetermined angle with respect to the front-rear direction. For example, the electrode lead 111 may be bent in a range less than 30 degrees with respect to the front-rear direction in which the electrode lead 111 protrudes.
  • 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 a bus bar that is a part of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line AA ′ of FIG. 5.
  • 7 is a rear perspective view showing one embodiment of a bus bar that is a part of the battery module of FIG. 1.
  • the body frame 230 may be made of an electrically conductive metal material having a relatively high electrical conductivity.
  • the body frame 230 may include one or more electrically conductive materials selected from nickel, copper, aluminum, lead, or tin.
  • the body frame 230 may include a copper material.
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • various metals may be used as the material of the body frame 230.
  • the battery module 400 of the present invention is inserted into the through hole (H1) without interference with the main body frame 230 in a state in which the electrode lead 111 is extended straight without a bent structure It may be bonded to the bus bar 200.
  • the extension parts 234 and 235 may have a structure for connecting the upper bar 232 and the lower bar 233. More specifically, the extension parts 234 and 235 may extend in a downward direction from the upper bar 232 to have a rib shape connected to the lower bar 233. In addition, a through hole H1 may be formed between the extension parts 234 and 235. As shown in FIG. 7, the body frame 230 of the bus bar 200 includes seven extension parts 234 and 235 formed to connect the upper bar 232 and the lower bar 233. Can be formed.
  • the extension parts 234 and 235 may have at least one inclined surface 236.
  • the extension parts 234 and 235 may have an inclined surface 236 such that the thickness t1 of at least a portion of the extension parts 234 and 235 may continuously increase in the direction in which the electrode lead 111 is inserted, that is, from the inner side to the outer side. ) May be formed. That is, as shown in Figure 7, the main body frame 230 of the bus bar 200, the inclined surface 236 from the inner side to the outer direction may be formed on one side or both sides of the extension (234, 235). have.
  • the electrode lead 111 extends even when the electrode lead 111 interferes with the body frame 230 while being inserted into the through hole H1. It may be guided and inserted into the through hole H1 along the inclined surface 236 formed in the portion 235. Accordingly, according to the present invention, as the process of inserting the electrode lead 111 into the bus bar 200 becomes easier, the manufacturing processability of the battery module 400 may be improved, it is advantageous for automation, and the manufacturing efficiency may be improved. Can be.
  • At least one or more openings Q1 may be formed in any one or more of the extension parts 234 and 235.
  • the opening Q1 may be formed in at least one or more extension parts 234 and 235.
  • one or more openings Q1 may be formed in one extension part 235.
  • the present invention is not necessarily limited to having the openings Q1 formed in all of the extension parts 234 and 235 formed in the body frame 230, and may also include a form in which the openings Q1 are formed in only some of the extension parts 235. have.
  • openings Q1 may be formed only in each of the three extensions 235 among the seven extensions 234 and 235 of the body frame 230.
  • the opening Q1 may be drilled in the same direction as the direction in which the electrode lead 111 is inserted into the through hole H1, for example, in the front-rear direction of the battery module 400. As illustrated in FIG. 7, the opening Q1 is a direction in which the electrode lead 111 is inserted into the through hole H1 when the main body frame 230 of the bus bar 200 is erected in the vertical direction. In the same direction, that is, from the inner side to the outer direction, the extension portion 235 may be formed in each of the top, middle, and bottom.
  • the body frame 230 can effectively reduce the volume and weight of the bus bar 200 in accordance with the number and size of the openings Q1 formed in the extension portion 235, the battery module 400 It can also help to reduce weight.
  • the bus bar 200 may include bonding plates 210 and 211 that are electrically connected to the electrode leads 111.
  • the bonding plate 210 may have a shape including a front surface 213, a rear surface 214, and side edge parts 215, 216, 217, and 218 with respect to the front-rear direction.
  • the side portion may be a portion that becomes the outer edge of the bonding plates 210 and 211.
  • it is not necessarily limited to the term 'side portion', and in some cases, may be expressed as a side, an edge, a corner, and the like.
  • front side 213 and the rear side 214 of the joining plate 210 may be formed with a relatively larger area than the side portions 215, 216, 217, and 218.
  • the bonding plates 210 and 211 may be located at the front of the body frame 230. In addition, the bonding plates 210 and 211 may be spaced apart from each other at regular intervals in a state in which the plurality of bonding plates 210 and 211 are erected in the vertical direction.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating one form of a configuration of a bus bar and some secondary batteries of the battery module of FIG. 1.
  • 9 is a cross-sectional view showing one embodiment of a cross section taken along the line BB ′ of FIG. 8.
  • the side parts 215 and 216 in the left and right directions may include an electrode lead.
  • 111 may be joined to the side of the left or right direction. That is, in the bonding plates 210 and 211, a portion of one side portion 215 and / or the other side portion 216 may be bonded to the electrode lead 111.
  • the bonding plate 211 formed at both left and right side ends of the main body frame 230 has an electrode lead 111 at one side portion or the other side portion in the left and right directions. Can be bonded.
  • the electrode lead 111 may be bonded to one side portion 215 and the other side portion 216. Can be.
  • the bonding between the electrode lead 111 and the bonding plate 210 may be a welding joint.
  • the electrode lead 111 is melt-heated at one end of the electrode lead 111 and a part of the bonding plate 210 through a welding method, and the molten metals are mixed with each other and one end of the electrode lead. Bonding between the bonding plates 210 may be made.
  • the bonding plate 210 and the two electrode leads 111 may be welded by irradiating a laser by laser welding or the like in contact with each other.
  • the bonding plate 210 may be bonded to the front surface of the body frame 230.
  • the four bonding plates 210 and 211 have a main frame 230 such that the front portion protrudes forward with respect to the front surface exposed to the outside of the main frame 230. ) May be bonded.
  • the side plate is protruded from the front surface of the main body frame 230, the bonding process between the protruding side edge portion and one end of the electrode lead 111 can be easily performed. .
  • the bonding plates 210 and 211 may be configured to be located in front of the distal end of the electrode lead 111.
  • the bonding plates 210 and 211 may be configured to be located in front of the distal end of the electrode lead 111.
  • the bus bar 201 may further include at least one fixing plate 241 in close contact with the electrode lead 111 of the secondary battery 100.
  • the fixing plate 241 may include a material having low electrical conductivity.
  • the fixing plate 241 may be made of a non-conductive plastic material.
  • the fixing plate 241 may be positioned to face the bonding plate 210 with the electrode lead 111 interposed therebetween.
  • the fixing plate 241 has one side in the left and right directions of one end of the electrode lead 111 so as to be in close contact with the side edges in the left and right directions of the bonding plates 210 and 211.
  • the other side of the one end of the electrode lead 111 may be formed to press the other side.
  • the left and right side surfaces of the electrode lead 111 are connected to the bus bar 200 during the bonding process of the bus bar 200 and the electrode lead 111.
  • the bolt 300 is inserted into the opening Q1 so as to be in close contact with the left and right sides of each of the joining plates 210 and 211 of the 200 to transfer the pressing force for moving the fixing plate 341 in the left and right directions. It can be used as a structure.
  • the fixing plate 341 may be positioned adjacent to the front surface of the extension 235 in which the opening Q1 is formed. Thereafter, as shown in FIGS. 5 and 12, the tapered bolt 300 having a tapered structure decreasing in the distal direction is inserted into the opening Q1 formed in the extension part 235, and the inserted bolt 300 is By pressing and moving the fixing plate 341 in the direction in which the bonding plate 210 is located, one end of the electrode lead 111 can be brought into close contact with the side portions of the bonding plates 210 and 211.
  • the protrusion 212 may be formed at an upper end, or a lower end, or at an upper end and a lower end of one side part or the other side part of the joining plates 210 and 211.
  • two protrusions 212 may be formed at each of the upper and lower ends of one side portion 215 and the other side portion 216 of the bonding plate 210 in the left and right directions.
  • two protrusions 212 may be formed at the upper end and the lower end of the other side of the bonding plate 211.

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 전극 리드와 버스바 간의 접합 공정에 대한 공정 효율성이 향상된 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치형 이차 전지들; 및 전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 이차 전지들의 전극 리드들 중 적어도 둘과 접합되어 이차 전지들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하며, 상기 전극 리드는, 상기 이차 전지로부터 전후 방향으로 돌출되는 형태로 구성되고, 좌우 방향의 측면들 중 적어도 하나가 상기 버스바에 접합된다.

Description

배터리 모듈
본 발명은 둘 이상의 이차 전지들을 수용하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 전극 리드와 버스바 사이의 접합 공정에 대한 공정 효율성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 06월 07일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0070875호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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.
이차 전지 사이의 전기적 연결은 전극 리드를 버스바에 접합 시키는 방식으로 구성되는 경우가 많다. 이때, 이차 전지를 병렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 동일 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합 시키고 직렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 다른 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합 시킨다.
이러한 접합 공정에서, 서로 연결되지 않아야 할 전극 리드가 서로 접촉하게 된다면, 내부 단락이 발생하여 배터리 팩이 손상되는 것은 물론, 심한 경우 발화나 폭발이 일어날 수 있다. 반면, 서로 연결되어야 할 전극 리드가 서로 분리된다면, 배터리 모듈로부터 전원이 제대로 공급되지 못하게 되므로, 전원 무감 현상이 발생하거나 배터리 모듈의 용량이나 출력을 떨어뜨릴 수 있다. 이처럼, 전원 무감 현상 등이 발생하는 경우, 배터리 모듈이 장착된 장치, 이를테면 자동차 등의 작동이 멈추게 될 수 있으며, 이는 큰 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 전극 리드의 접촉 상태는, 원래 의도된 대로 안정적으로 유지될 필요가 있으며, 의도되지 않은 전극 리드 간 접촉이나 분리가 일어나서는 안 된다. 더욱이, 자동차 등에 이용되는 배터리 모듈의 경우, 진동이나 충격 등에 자주 노출될 수 있기 때문에, 진동이나 충격에도 전극 리드의 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있는 배터리 모듈의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
또한, 배터리 모듈에 있어서는, 이러한 전극 리드 사이의 연결에 대한 안정성과 더불어 용접성이 확보될 필요가 있다. 예를 들어, 전극 리드 사이의 연결이 안정적이더라도 그 용접이 매우 어렵게 수행되어야 한다면, 배터리 모듈의 생산성이 떨어질 수 있고, 불량이 발생할 가능성이 증가할 수 있다.
특히, 배터리 모듈에 있어서, 이차 전지들을 전기적으로 연결하기 위해 버스바가 구비될 수 있는데, 이러한 버스바는 전극 리드와 용접되기 위해 전극 리드와 접촉될 필요가 있다. 따라서, 배터리 모듈의 제조 과정 중, 이러한 전극 리드와 버스바 사이의 연결이 잘 이루어질 수 있도록, 전극 리드와 버스바 사이의 접합 부분에 대하여 용접 작업을 용이하게 하기 위한 구조가 마련될 필요가 있다. 나아가, 복수의 전극 리드와 버스바는 연결 상태가 안정적으로 유지되기 위해 레이저 용접 등의 결합 공정이 수행될 수 있는데, 이 경우, 용접성이 우수한 모듈 구조가 마련되는 것이 바람직하다.
그러나, 종래 기술의 배터리 모듈은, 이차 전지의 전극 리드가 버스바와 안정적인 접합되기 위해, 전극 리드의 비교적 넓은 면적의 일측면이 버스바에 접촉하도록 전극 리드의 일단부를 절곡한 뒤, 전극 리드의 절곡된 일측면과 버스바의 전면을 접합시키는 것이 불가피하였다.
이러한 접합 공정에서는, 전극 리드를 절곡시켜 버스바와 접촉 시키는 작업을 추가적으로 실시해야 하며, 이러한 작업을 위해 추가적인 절곡 지그 구성이 필요하였다. 이에 따라, 전극 리드와 버스바 간의 용접 접합 공정이 복잡해지고, 작업 시간과 비용이 증가되는 문제가 있었다.
또한, 버스바와 전극 리드 간의 접합을 위해 레이저 용접 등의 작업을 수행하는데 있어, 적층된 이차 전지들의 전극 리드들 사이는 매우 협소한 공간임으로, 용접 작업 중에 전극 리드들 간에 서로 접선 되기가 쉬웠고, 이차 전지가 손상되지 않도록 용접을 행하는 것은 매우 까다로운 작업이었다.
더욱이, 상기 언급한 전극 리드의 절곡된 부위는, 용접 공정에서 더 많은 작업 공간을 필요로 하게 되는 원인이 되었다. 예를 들어, 접합을 위해 용접 공정을 수행할 경우, 전극 리드의 절곡된 부위와 버스바 간의 용접 타점, 이러한 용접 타점을 위한 여유 공차, 전극 리드를 절곡된 형태로 버스바와 밀착시키기 위한 용접 지그의 배치 공간 등이 필요해짐에 따라, 용접 작업 공간이 더욱 협소 해져 용접 효율성이 저하되는 원인이 되고 있다.
특히, 최근 경량화 추세에 따라 이차 전지의 두께가 점차 감소됨에 따라, 전극 리드와 버스바와의 접합 공정을 위한 공간이 더욱 협소해지고 있다. 즉, 전극 리드의 일단부의 절곡된 방향이 이차 전지들의 적층 방향과 일치할 경우, 적층 방향의 이차 전지의 두께가 얇아, 전극 리드와 버스바 간의 용접 중에 인접한 이차 전지들의 간섭 내지 손상을 일으키기가 쉬워 용접 작업이 매우 어려워지고 공정 시간의 소요가 증대되는 등의 문제가 발생되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전극 리드와 버스바 간의 전기적 연결의 신뢰성과 더불어 향상된 용접 효율성이 확보될 수 있는 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, 전극 리드를 구비하고, 적어도 일 방향으로 적층 되게 배열된 복수의 파우치형 이차 전지들; 및
전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 이차 전지들의 전극 리드들 중 적어도 둘과 접합되어 이차 전지들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극 리드는, 상기 이차 전지로부터 전후 방향으로 돌출되는 형태로 구성되고, 좌우 방향의 측면들 중 적어도 하나가 상기 버스바에 접합될 수 있다.
또한, 상기 버스바에는 전극 리드의 일단부가 관통 삽입된 적어도 하나 이상의 관통구가 형성된 본체 프레임을 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 본체 프레임은, 상기 본체 프레임이 상하 방향으로 세워져 있을 경우, 상기 본체 프레임의 상부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태의 상단바; 상기 본체 프레임의 하부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태의 하단바; 및 상기 상단바와 상기 하단바를 연결하는 구조로 형성된 연장부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 연장부는, 상기 연장부의 좌우 방향의 두께가 상기 전극 리드가 삽입되는 방향으로 연속적으로 증가하도록 적어도 하나 이상의 경사면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 연장부는, 상기 전극 리드가 관통구에 삽입된 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 개구가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바는, 전후 방향을 기준으로 전면, 후면, 및 측변부를 포함하고 있는 접합 플레이트를 포함하고, 상기 접합 플레이트의 측변부는, 상기 전극 리드의 좌 방향 또는 우 방향의 측면과 접합될 수 있다.
그리고, 상기 접합 플레이트는, 상기 접합 플레이트의 외부로 노출된 전면이 상기 본체 프레임의 외부로 노출된 전면을 기준으로 전방으로 돌출되도록, 상기 본체 프레임에 접합될 수 있다.
한편, 상기 버스바는, 상기 이차 전지의 전극 리드에 밀착된 적어도 하나 이상의 고정 플레이트를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 고정 플레이트는, 상기 전극 리드의 일단부의 일 측면이 상기 접합 플레이트의 측변부와 밀착되도록 상기 전극 리드의 일단부의 타 측면을 가압하고 있을 수 있다.
한편, 상기 접합 플레이트의 측변부에는, 좌 방향 또는 우 방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 돌출부는 상기 전극 리드의 일단부의 상면 또는 하면과 접합될 수 있다.
그리고, 상기 돌출부는, 상기 접합 플레이트의 일 측변부 또는 타 측변부의 상단부, 또는 하단부, 또는 상단부 및 하단부에 형성될 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.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 이차 전지의 전극 리드가 상기 이차 전지로부터 전후 방향으로 돌출되는 형태로 구성되고, 상기 전극 리드의 좌우 방향의 측면들 중 적어도 하나가 버스바에 접합됨으로써, 상기 전극 리드에 절곡된 구조를 형성시키지 않아도 상기 전극 리드와 상기 버스바 간의 신뢰할 수 있는 전기적 연결이 가능한 접합을 이룰 수 있다.
따라서, 본 발명의 배터리 모듈을 제조하기 위한 접합 공정에서는, 전극 리드를 절곡시켜 버스바와 접촉 시키는 작업을 생략할 수 있으며, 상기 전극 리드의 절곡 작업 및 절곡 지그 구성이 불필요해짐에 따라, 제조 비용을 줄이고, 작업 시간을 단축 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 종래 기술과 같이 버스바와 접합되는 전극 리드의 절곡 부위로 인해 용접 공정을 위한 더 많은 작업 공간을 필요로 하게 되어, 제조 효율성이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바는 접합 플레이트를 구비함으로써, 상기 버스바와 전극 리드 간의 접촉 면적을 증대 시키고, 상기 전극 리드의 일단부와 상기 버스바 간의 용접 작업의 효율성을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 전극 리드와 추가 접합할 수 있는 고정 플레이트를 구비함으로써, 상기 버스바와 상기 전극 리드 간의 신뢰할 수 있는 접합을 이룰 수 있다.
나아가, 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, 도 1의 배터리 모듈의 여러 구성을 분리하여 일부위만을 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들을 상부에서 바라본 형태로 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 5는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 일 형태를 나타낸 정면도이다.
도 6은, 도 5의 A-A' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 7은, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 일 형태를 나타낸 후면 사시도이다.
도 8은, 도 1의 배터리 모듈의 일부 이차 전지들과 버스바 구성의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
도 9는, 도 8의 B-B' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들과 버스바의 구성만의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지의 전극 리드와 버스바의 접합 과정을 나타낸 사시도들이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들과 버스바의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
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.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 배터리 모듈의 여러 구성을 분리하여 일부위만을 나타낸 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들을 상부에서 바라본 형태로 일부위를 확대한 일부 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(400)은, 복수의 이차 전지(100) 및 버스바(200)를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지(100)는, 파우치형 이차 전지(100)일 수 있다. 특히, 이러한 파우치형 이차 전지(100)는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형, 및 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
또한, 파우치 외장재는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속 박막, 이를테면 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은, 전극 조립체 및 전해액과 같은 이차 전지(100) 내부의 구성요소나 이차 전지(100) 외부의 다른 구성 요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이에 개재될 수 있다.
특히, 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치의 내부 공간에는 전극 조립체가 수납될 수 있다. 그리고, 2개의 파우치의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
각각의 파우치형 이차 전지(100)는, 전극 리드(111)를 구비할 수 있으며, 이러한 전극 리드(111)에는 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)가 포함될 수 있다. 여기서, 전극 리드들(111, 112)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 플레이트 형태로 구성되어, F 방향(도 1에 개시됨)으로 바라봤을 때, 지면에 대략 수직하게 세워지는 형태로 배치될 수 있으며, 2개의 넓은 면이 좌우 측에 각각 위치하고 있다.
더욱 구체적으로, 전극 리드들(111, 112)의 좌우측면이 상면과 하면에 넓은 표면으로 구성되어 있고, 전후 방향에 위치한 파우치 외장재의 실링부로부터 돌출되어 있다. 이러한 전극 리드들(111, 112)은, 이차 전지(100)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
더욱이, 상기 양극 리드(111)와 상기 음극 리드(112)는, 이차 전지(100)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 구비될 수 있다. 다시 말해, 각 이차 전지(100)는 전극 리드들(111, 112)이 전방과 후방으로 돌출되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 전극 리드(111)가 이차 전지(100)로부터 전방으로 돌출되는 형태로 구성될 수 있고, 다른 하나의 전극 리드(112)가 이차 전지(100)로부터 후방으로 돌출되는 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 이차 전지(100)에서, 양극 리드(111)와 상기 음극 리드(112) 사이의 간섭이 없게 되어, 전극 리드(111)의 면적을 넓힐 수 있고, 전극 리드(111) 사이의 용접 공정 및 전극 리드(111)와 버스바(200) 사이의 용접 공정 등이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
파우치형 이차 전지(100)는, 배터리 모듈(400)에 복수 포함되어, 적어도 일 방향으로 적층되게 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 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 방향으로 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, 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 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(400)에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지(100)가 채용될 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(400)은 버스바(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 버스바(200)는, 전기 전도율이 비교적 높은 전기 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 버스바(200)는, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 또는 주석에서 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 소재를 구비할 수 있다. 이를테면, 상기 버스바(200)는 구리 소재를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 금속이 버스바(200)의 재료로서 이용될 수 있다.
또한, 상기 버스바(200)는, 상기 복수의 이차 전지(100)의 전극 리드들(111, 112) 중 적어도 둘과 접합되어 복수의 이차 전지(100) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들면, 상기 버스바(200)는, 동일 극성의 둘 이상의 전극 리드(111)와 접합하여 복수의 이차 전지(100) 사이를 전기적으로 병렬 연결할 수 있다. 또한, 상기 버스바(200)는, 서로 다른 극성의 전극 리드들(111, 112)과 접합하여 복수의 이차 전지(100) 사이를 전기적으로 직렬 연결할 수 있다. 더욱이, 상기 버스바(200)는, 병렬 방식과 직렬 방식 모두를 사용하여 복수의 이차 전지(100) 사이를 전기적으로 연결을 이룰 수 있다.
특히, 본 발명의 배터리 모듈(400)은, 이차 전지(100)로부터 전후 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(111)의 좌우 방향의 측면들 중 적어도 하나가 상기 버스바(200)에 접합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(400)은, 전후 방향으로 돌출된 전극 리드(111)의 단부의 측면이 버스바(200)와 접합됨으로써, 종래기술과 달리 전극 리드(111)에 절곡된 구조를 형성시키지 않아도 전극 리드(111)와 버스바(200) 간의 신뢰할 수 있는 접합을 이룰 수 있다. 이에 따라, 전극 리드(111)와 버스바(200) 간의 접합 공정이 용이해지고, 공정 시간이 감소되는 효과가 있다.
또한, 상기 전극 리드(111)의 일단부는, 상하 방향들의 측면들 보다 상대적으로 면적이 큰 좌우 방향들의 측면들 중 적어도 하나가 상기 버스바(200)에 접합될 수 있다.
더욱이, 상기 전극 리드(111)는, 전극 리드(111)가 돌출된 전후 방향을 따라 곧게 연장될 수 있다. 그러나, 반드시, 본 발명이 이러한 전극 리드의 구조로만 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라, 전극 리드(111)의 일 단부는, 버스바(200)의 일부와 접합되도록 전극 리드(111)가 돌출 형성된 전후 방향에 대해 소정의 각도로 휘어질 수 있다. 예를 들면, 전극 리드(111)는, 전극 리드(111)가 돌출 형성된 전후 방향에 대해 30도 미만 범위로 휘어질 수 있다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 여러 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다. 도 5는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 일 형태를 나타낸 정면도이다. 도 6은, 도 5의 A-A' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 7은, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 버스바의 일 형태를 나타낸 후면 사시도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 버스바(200)는, 본체 프레임(230) 및 접촉 플레이트(210, 211)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 본체 프레임(230)은, 전기 전도율이 비교적 높은 전기 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 본체 프레임(230)은, 니켈, 구리, 알루미늄, 납, 또는 주석에서 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 소재를 구비할 수 있다. 이를테면, 상기 본체 프레임(230)은, 구리 소재를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 금속이 본체 프레임(230)의 재료로서 이용될 수 있다.
또한, 상기 본체 프레임(230)은, 적어도 하나 이상의 관통구(H1)가 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 관통구(H1)는, 전극 리드(111)가 절곡된 구조 없이 본체 프레임(230)의 내부에 위치할 수 있도록 전극 리드(111)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 관통구(H1)는, 전극 리드(111)의 말단부가 삽입이 용이한 형상일 수 있고, 예를 들면, 전극 리드(111)의 말단부 형상과 유사하거나 그보다 큰 폭과 너비를 가진 직사각형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(400)은, 상기 전극 리드(111)가 절곡된 구조 없이 곧게 연장된 상태에서 본체 프레임(230)과 간섭없이 관통구(H1)에 삽입되어 버스바(200)와 접합될 수 있다.
그리고, 상기 본체 프레임(230)은, 상단바(232), 하단바(233) 및 연장부(234, 235)를 포함할 수 있다.
여기서, 상단바(232)는, 본체 프레임(230)이 상하 방향으로 세워져 있을 경우, 본체 프레임(230)의 상부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태일 수 있다.
또한, 하단바(233)는, 상기 본체 프레임(230)의 하부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태일 수 있다.
그리고, 연장부(234, 235)는, 상기 상단바(232)와 하단바(233)를 연결하는 구조일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 연장부(234, 235)는, 상단바(232)에서 하부 방향으로 연장되어 하단바(233)와 연결된 리브 형상일 수 있다. 또한, 상기 연장부들(234, 235) 사이에는 관통구(H1)가 형성될 수 있다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 버스바(200)의 상기 본체 프레임(230)은, 상단바(232)와 하단바(233)를 연결하는 구조로 형성된 7개의 연장부들(234, 235)이 형성될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 상기 연장부들(234, 235)은, 적어도 하나 이상의 경사면(236)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 연장부들(234, 235)은, 적어도 일부분에 대한 좌우 방향의 두께(t1)가 전극 리드(111)가 삽입되는 방향, 즉 내측에서 외측 방향으로 연속적으로 증가할 수 있도록 경사면(236)이 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(200)의 본체 프레임(230)은, 내측에서 외측 방향으로 경사면(236)이 연장부(234, 235)의 일측면 또는 양측면에 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(400)은, 상기 전극 리드(111)가 관통구(H1)에 삽입되는 과정에서 본체 프레임(230)과 간섭될 경우에도 전극 리드(111)가 연장부(235)에 형성된 경사면(236)을 따라 관통구(H1)로 가이드 되어 삽입될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 전극 리드(111)가 버스바(200)에 삽입되는 공정이 용이해짐에 따라, 배터리 모듈(400)의 제조 공정성이 향상되고, 자동화에 유리하며, 제조 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 연장부들(234, 235) 중 어느 하나 이상은, 적어도 하나 이상의 개구(Q1)가 형성될 수 있다. 이때, 개구(Q1)는 적어도 하나 이상의 연장부(234, 235)에 형성될 수 있다. 또한, 상기 개구(Q1)는 하나의 연장부(235)에서 하나 이상 형성될 수 있다.
그러나, 본 발명은 반드시 본체 프레임(230)에 형성된 모든 연장부들(234, 235)에 개구(Q1)가 형성된 것으로 한정되지 않고, 일부 연장부(235)에서만 개구(Q1)가 형성된 형태도 포함될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 본체 프레임(230)의 7개의 연장부들(234, 235) 중, 3개의 연장부(235)들 각각에만 개구(Q1)들이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 개구(Q1)는, 전극 리드(111)가 관통구(H1)에 삽입된 방향과 동일한 방향, 이를테면 배터리 모듈(400)의 전후 방향으로 천공될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 개구(Q1)는, 상기 버스바(200)의 본체 프레임(230)이 상하 방향으로 세워져 있을 경우, 전극 리드(111)가 관통구(H1)에 삽입된 방향과 동일한 방향, 다시 말해, 내측에서 외측 방향으로, 연장부(235)의 상부, 중부, 및 하부 각각에 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 본체 프레임(230)은, 연장부(235)에 형성된 개구(Q1)의 개수와 크기에 따라 버스바(200)의 부피와 무게를 효과적으로 줄일 수 있어, 배터리 모듈(400)의 경량화에도 도움이 될 수 있다.
한편, 상기 버스바(200)는, 전극 리드(111)와 접합하여 전기적으로 연결되는 접합 플레이트들(210, 211)을 포함할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 접합 플레이트(210)는, 전후 방향을 기준으로 전면(213), 후면(214), 및 측변부들(215, 216, 217, 218)을 포함하고 있는 형상일 수 있다. 여기서, '측변부'는, 접합 플레이트(210, 211)의 바깥쪽 가장자리가 되는 부분이 될 수 있다. 그러나, 반드시 '측변부'라는 용어로만 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라, 측부, 엣지, 모서리 등으로 표현될 수 있다.
더욱이, 상기 접합 플레이트(210)의 전면(213)과 후면(214)은 상대적으로 측변부(215, 216, 217, 218)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 접합 플레이트(210, 211)는, 본체 프레임(230)의 전면에 위치될 수 있다. 그리고, 상기 접합 플레이트(210, 211)는, 복수개가 상하 방향으로 길게 세워진 상태로 일정 간격을 두고 이격 되어 위치될 수 있다.
도 8은, 도 1의 배터리 모듈의 일부 이차 전지들과 버스바 구성의 일 형태를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 9는, 도 8의 B-B' 선에 대한 단면의 일 형태를 나타낸 단면도이다.
도 4와 함께 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 접합 플레이트(210, 211)의 측변부들(215, 216, 217, 218) 중, 좌우 방향의 측변부(215, 216)는, 전극 리드(111)의 좌 방향 또는 우 방향의 측면과 접합될 수 있다. 즉, 상기 접합 플레이트(210, 211)는, 일 측변부(215) 및/또는 타 측변부(216)의 일부가 전극 리드(111)와 접합될 수 있다.
예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 본체 프레임(230)의 좌우 양 측단에 형성된 접합 플레이트(211)는, 좌우 방향의 일 측변부 또는 타 측변부에 전극 리드(111)가 접합될 수 있다. 또한, 상기 본체 프레임(230)의 양 측단에 형성된 접합 플레이트(211)를 제외한 나머지 접합 플레이트(210)는, 일 측변부(215) 및 타 측변부(216)에 전극 리드(111)가 접합될 수 있다.
여기서, 상기 전극 리드(111)와 접합 플레이트(210) 간의 접합은, 용접 접합이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 리드(111)는, 용접 방법을 통해 전극 리드(111)의 일단부와 접합 플레이트(210)의 일부를 용융 가열한 뒤, 용융된 금속들이 상호 혼용되면서 전극 리드의 일단부와 접합 플레이트(210) 간의 접합이 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 상기 접합 플레이트(210)와 2개의 전극 리드들(111) 사이는, 상호 접촉된 상태에서 레이저 용접 등의 방식으로 레이저를 조사하여 용접될 수 있다.
즉, 상기 전극 리드(111)는, 용접 공정 중에 상기 접합 플레이트(210)의 전극 리드(111)의 일단부가 용융되고, 상기 용융 상태의 금속이 접합 플레이트(210)의 측변부와 접촉하여 접합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 버스바(200)는, 전극 리드(111)가 돌출 형성된 전후 방향으로 관통구(H1)에 삽입된 상태에서, 접합 플레이트(210)의 측변부와 접합됨으로써, 전극 리드(111)의 절곡된 구조 없이도 전극 리드(111)와 버스바(200) 간의 신뢰할 수 있는 접합 구조를 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 리드(111)의 단부를 절곡시키는 공정을 생략할 수 있어, 제조 시간 및 비용을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 접합 플레이트(210)는, 상기 본체 프레임(230)의 전면에 접합될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 4개의 접합 플레이트들(210, 211)은, 전면 부분이 상기 본체 프레임(230)의 외부로 노출된 전면을 기준으로 전방으로 돌출되도록 본체 프레임(230)에 접합될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 접합 플레이트(210)는, 측변부가 본체 프레임(230)의 전면 보다 돌출되어 있어, 돌출된 측변부와 전극 리드(111)의 일단부 간의 접합 공정이 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 접합 플레이트(210, 211)는, 전극 리드(111)의 말단부 보다 전방에 위치하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 상기 전극 리드(111)의 말단부 보다 전방에 위치한 상기 접합 플레이트(210)의 일 측변부(215) 또는 타 측변부(216)에서 접합 플레이트(210)의 전면을 기준으로 내측에 해당하는 부위만이, 전극 리드(111)의 일단부의 좌우 방향의 측면과 접합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 버스바(200)는, 외부 물체의 충격 내지 간섭으로 인해 전극 리드(111)가 버스바(200)와 분리되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들과 버스바의 구성만의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 버스바(201)는, 이차 전지(100)의 전극 리드(111)에 밀착된 적어도 하나 이상의 고정 플레이트(241)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정 플레이트(241)는 전극 리드(111)의 용융점 보다 높은 용융점을 가진 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 고정 플레이트(241)의 소재는 강철, 스테인리스 등 일 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 고정 플레이트(241)는, 전극 리드(111)와 접합 플레이트(210, 211) 간의 용접 접합 시, 상대적으로 높은 용융점을 가진 고정 플레이트가 용융되지 않아, 고정 플레이트(241)가 용융된 전극 리드(111)와 접합되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 고정 플레이트(241)는 전기 전도성이 낮은 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 고정 플레이트(241)는 비전도성의 플라스틱 소재로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 고정 플레이트(241)는, 전후 방향을 기준으로 전면, 후면, 및 측변부를 포함하고 있는 형상일 수 있다. 상세하게는, 상기 고정 플레이트(241)는 전면과 후면이 상대적으로 측변부 보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 고정 플레이트(241)는, 본체 프레임(230)의 전면에 위치될 수 있다. 그리고, 상기 고정 플레이트(241)는, 복수개가 상하 방향으로 길게 세워진 상태로 일정 간격을 두고 이격 되어 위치될 수 있다.
더욱이, 상기 고정 플레이트(241)는, 전극 리드(111)를 사이에 두고 접합 플레이트(210)와 대향하도록 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 고정 플레이트(241)는, 전극 리드(111)의 일단부의 좌우 방향의 일 측면이 접합 플레이트(210, 211)의 좌우 방향의 측변부와 밀착되도록 전극 리드(111)의 일단부의 좌우 방향의 타 측면을 가압하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정 플레이트(241)는, 본체 프레임(230)의 전면 상에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 고정 플레이트(241)는, 접합 플레이트들(210, 211) 각각의 측변부에 전극 리드(111)의 일단부를 밀착시키도록 본체 프레임(230) 전면에서 좌우 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 본체 프레임(230)의 전면에는 고정 플레이트(241)가 좌우 방향으로 이동되는 것을 가이드 하도록 구성된 가이드 바(245)가 형성될 수 있다. 그러나, 상기 가이드 바(245)는, 반드시 고정 플레이트(241)를 이동시키기 위한 구성으로만 한정되는 것은 아니고, 상기 고정 플레이트(241)를 좌우 방향으로 정밀하게 이동시킬 수 있는 이동 수단이면 적용이 가능하다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(201)는, 접합 플레이트(210)의 좌우 방향의 측변부에 전극 리드(111)의 일 단부의 좌우 방향의 측면들이 높은 신뢰성으로 용접될 수 있어, 전극 리드(111)와 버스바(201) 간의 견고한 접합 구조를 이룰 수 있다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지의 전극 리드와 버스바의 접합 과정을 나타낸 사시도들이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 연장부(235)에 형성된 개구(Q1)는, 버스바(200)와 전극 리드(111)의 접합 공정 중에, 전극 리드(111)의 좌우 측면이 버스바(200)의 접합 플레이트들(210, 211) 각각의 좌우 측변부에 밀착되도록, 볼트(300)를 개구(Q1)에 삽입하여 고정 플레이트(341)를 좌우 방향으로 이동하는 가압 힘을 전달하기 위한 구조로 활용될 수 있다.
예를 들면, 도 5 및 도 11에 도시된 바와 같이, 고정 플레이트(341)를 개구(Q1)가 형성된 연장부(235)의 전면에 인접하여 위치시킬 수 있다. 이후, 도 5 및 도 12에 도시된 바와 같이, 말단 방향으로 구경이 줄어드는 테이퍼 구조의 볼트(300)를 상기 연장부(235)에 형성된 개구(Q1)에 삽입하고, 삽입된 볼트(300)가 고정 플레이트(341)를 접합 플레이트(210)가 위치한 방향으로 가압 이동 시킴으로써, 전극 리드(111)의 일단부를 접합 플레이트(210, 211)의 측변부에 밀착시킬 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 이차 전지들과 버스바의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바(202)는, 상기 접합 플레이트(210, 211)의 측변부에 전극 리드(111)가 돌출 형성된 방향을 기준으로 좌 방향 또는 우 방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출부(212)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 돌출부(212)는, 상기 접합 플레이트(210, 211)의 일 측변부 또는 타 측변부의 상단부, 또는 하단부, 또는 상단부 및 하단부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 13에서 도시된 바와 같이, 상기 접합 플레이트(210)의 좌우 방향의 일 측변부(215) 및 타 측변부(216)의 상단부 및 하단부 각각에 2개의 돌출부(212)가 형성될 수 있고, 또한, 상기 접합 플레이트(211)의 타 측변부의 상단부 및 하단부에 2개의 돌출부(212)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 돌출부(212)는 전극 리드(111)의 일단부의 상면 또는 하면과 접합된 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 접합 플레이트(211)에 형성된 2개의 돌출부(212)는 전극 리드(111)의 일단부의 상면 및 하면과 접합된 구조일 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바(202)는, 전극 리드(111)와 접합 플레이트(210) 간의 접합 면적을 더욱 증가시킬 수 있고, 전극 리드(111)와 버스바(202) 간의 견고한 접합 구조를 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(400)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(400) 이외에, 이러한 배터리 모듈(400)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(400)의 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 (12)

  1. 전극 리드를 구비하고, 적어도 일 방향으로 적층되게 배열된 복수의 파우치형 이차 전지들; 및
    전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 이차 전지들의 전극 리드들 중 적어도 둘과 접합되어 이차 전지들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바
    를 포함하고,
    상기 전극 리드는, 상기 이차 전지로부터 전후 방향으로 돌출되는 형태로 구성되고, 좌우 방향의 측면들 중 적어도 하나가 상기 버스바에 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바에는 전극 리드의 일단부가 관통 삽입된 적어도 하나 이상의 관통구가 형성된 본체 프레임을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 본체 프레임은,
    상기 본체 프레임이 상하 방향으로 세워져 있을 경우, 상기 본체 프레임의 상부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태의 상단바;
    상기 본체 프레임의 하부에 위치하여 수평 방향으로 길게 연장된 바 형태의 하단바; 및
    상기 상단바와 상기 하단바를 연결하는 구조로 형성된 연장부
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연장부는, 상기 연장부의 좌우 방향의 두께가 상기 전극 리드가 삽입되는 방향으로 연속적으로 증가하도록 적어도 하나 이상의 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연장부는, 상기 전극 리드가 관통구에 삽입된 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 버스바는, 전후 방향을 기준으로 전면, 후면, 및 측변부를 포함하고 있는 접합 플레이트를 포함하고,
    상기 접합 플레이트의 측변부는, 상기 전극 리드의 좌 방향 또는 우 방향의 측면과 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접합 플레이트는, 상기 접합 플레이트의 외부로 노출된 전면이 상기 본체 프레임의 외부로 노출된 전면을 기준으로 전방으로 돌출되도록, 상기 본체 프레임의 전면에 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 이차 전지의 전극 리드에 밀착된 적어도 하나 이상의 고정 플레이트를 더 포함하고,
    상기 고정 플레이트는, 상기 전극 리드의 일단부의 일 측면이 상기 접합 플레이트의 측변부와 밀착되도록 상기 전극 리드의 일단부의 타 측면을 가압하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 접합 플레이트의 측변부에는, 좌 방향 또는 우 방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되고,
    상기 돌출부는 상기 전극 리드의 일단부의 상면 또는 하면과 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 접합 플레이트의 일 측변부 또는 타 측변부의 상단부, 또는 하단부, 또는 상단부 및 하단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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