WO2019203426A1 - 버스바를 구비한 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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WO2019203426A1
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cylindrical battery
battery cells
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이광배
양근주
윤석진
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a bus bar and a battery pack including the same, and more particularly, a battery having a bus bar capable of improving weldability between the bus bar and an electrode terminal of a cylindrical battery cell, increasing heat dissipation efficiency, and reducing current loss.
  • 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.
  • the 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, according to the shape of the exterior material.
  • a can type secondary battery may manufacture the metal can in which an electrode assembly is built in cylindrical shape.
  • Such a can type secondary battery can be used to construct a battery module having a housing containing a plurality of secondary batteries and a bus bar configured to electrically connect the plurality of secondary batteries.
  • the bus bar provided in such a battery module uses a material with a rather high electrical resistance in order to improve the weldability of resistance welding with an electrode terminal.
  • busbar may be a factor that increases the current loss in transferring current generated in the secondary battery to an external device, which may hinder energy efficiency.
  • the amount of heat generated by the resistance welding may be reduced, which may make the resistance welding difficult.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a battery module having a bus bar that can increase the weldability between the bus bar and the electrode terminal of the cylindrical battery cell, and increase the heat dissipation efficiency and reduce the current loss and the battery including the same
  • the purpose is to provide a pack.
  • a plurality of cylindrical battery cells having electrode terminals formed on upper and lower portions, respectively, arranged in columns and rows in a horizontal direction;
  • a module housing having a receiving part having a plurality of hollow structures to insert and receive the plurality of cylindrical battery cells
  • a bus bar configured to electrically connect between the plurality of cylindrical battery cells in contact with electrode terminals of the plurality of cylindrical battery cells
  • the main body portion Located in the upper or lower portion of the plurality of cylindrical battery cells, the main body portion having a plate shape having a relatively wider upper and lower surfaces than the side of the horizontal direction;
  • the branching structure is divided into two sides based on the direction, the embossed projection protruding in the direction in which the electrode terminal is located, the branched structure is configured to make an electrical connection to the periphery of the embossed projection in the branched structure
  • the contact area includes a set connection portion.
  • connection opening may be formed in the main body in a vertical direction.
  • connection portion may be formed inside the edge of the connection opening.
  • a notch may be formed at a connection portion between the edge of the connection opening and the connection portion.
  • connection part may be formed at an end of the main body part.
  • busbars may comprise a copper alloy.
  • the welding rod may have a cylindrical shape.
  • annular diameter of the embossing projection may be smaller than the diameter of the cylindrical shape of the electrode.
  • an insertion groove inserted in the direction in which the electrode terminal is formed may be formed at an edge portion of the edge of the emboss protrusion so that the end portion of the cylindrical electrode is inserted in the vertical direction.
  • the electrode terminal of the cylindrical battery cell may include a first electrode terminal formed on the top and a second electrode terminal formed on the bottom.
  • the bus bar may further include: a first bus bar mounted on the module housing to be electrically connected to the first electrode terminal; And
  • the first bus bar may include a seating portion formed to contact a portion of the second bus bar at a front end portion of the main body portion.
  • the second bus bar may further include a bent portion extending vertically bent upwardly from a rear end of the main body portion;
  • It may include a connecting portion bent to extend from the upper end of the bent portion and configured to be seated on the seating portion of the first bus bar to be electrically connected to the first bus bar.
  • Electrode terminals are formed on upper and lower portions, respectively, and the electrode terminals formed on the upper or lower portions are formed with a plurality of protrusions protruding in an outward direction, and a plurality of cylindrical battery cells arranged in columns and rows in a horizontal direction;
  • the bus bar The bus bar
  • the main body portion Located in the upper or lower portion of the plurality of cylindrical battery cells, the main body portion having a plate shape with a wider upper and lower surfaces than the side of the horizontal direction;
  • the battery pack according to the present invention for achieving the above object may include at least two or more battery modules arranged in one direction.
  • the device according to the present invention for achieving the above object may include the battery pack.
  • the battery module of the present invention by forming the engaging projection and the guide groove on the outer wall of the module housing, not only can easily arrange a plurality of battery modules, but also can be fixed so as not to be easily separated from each other. have.
  • the first protruding fastening portion formed in the module housing and the second protruding fastening portion of the other module housing are bolted to each other, so that the arrangement structure of the battery modules may be fastened so as not to be disturbed.
  • the fastening structure can prevent the electrical connection between the first busbar and the second busbar to be disconnected.
  • connection portion of the bus bar by forming a stepped structure in the connection portion of the bus bar, the connection portion can be formed adjacent to the electrode terminal, and when the pressure is applied to the connection portion during projection welding, the connection portion according to the pressure.
  • connection portion of the bus bar when the resistance welding, it is possible to set a long current path by the branch structure, can effectively generate resistance heat, improve the welding efficiency and have high reliability Can be.
  • the bus bar by the annular contact area is set in the periphery of the embossed projection so that the electrode can be contact pressure, the pressing force of the electrode can be evenly transmitted to the embossed projection,
  • the current can flow from the welding rod at a constant current density as a whole. Accordingly, the busbar of the present invention can achieve welding between the connecting portion and the electrode terminal with higher bonding force and reliability.
  • an insertion groove into which the end of the welding rod is inserted in the periphery of the emboss protrusion of the bus bar not only can increase the area of the contact area of the welding rod, but also along the inner surface of the insertion groove.
  • the insertion position of the said welding rod can be guided, and resistance welding can be made easier. And, it is possible to prevent the separation phenomenon of the electrode that can be generated when the electrode is pressed.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view schematically showing some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial side view schematically showing a portion of an area A ′ of the busbar of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a partial plan view schematically illustrating a portion of an area A ′ of the bus bar of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a partial plan view schematically illustrating a part of a region B ′ of the bus bar of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a partial side view schematically illustrating a process of welding a connection portion and an electrode terminal of a bus bar of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a partial side view schematically illustrating a process of welding a connection portion and an electrode terminal of a bus bar of a battery module according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a partial side view schematically illustrating a process of welding a connection portion and an electrode terminal of a bus bar of a battery module according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a first bus bar and a second bus bar for a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partial side view schematically showing a portion of the region C ′ of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 200 of the present invention may include a cylindrical battery cell 100, a module housing 210, and a bus bar 250.
  • the cylindrical battery cell 100 may include a cylindrical battery can 120, and an electrode assembly (not shown) accommodated in the battery can 120.
  • the battery can 120 may include a material having high electrical conductivity.
  • the battery can 120 may include aluminum or copper.
  • the cylindrical battery cell 100 may be arranged in a plurality of columns and rows in the horizontal direction.
  • the horizontal direction may mean a direction parallel to the ground when the cylindrical battery cell 100 is placed on the ground, and may also be referred to as at least one direction on a plane perpendicular to the vertical direction.
  • the electrode assembly (not shown) may be formed in a structure wound in a jelly-roll type with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • a positive electrode tab may be attached to the positive electrode (not shown) to be connected to the first electrode terminal 111 of the upper end of the battery can 120.
  • a negative electrode tab may be attached to the negative electrode (not shown) to be connected to the second electrode terminal 112 at the bottom of the battery can 120.
  • the module housing 210 may be provided with receiving portions (212A, 212B) that can be accommodated by inserting the cylindrical battery cell 100 therein.
  • the accommodation portion (212A, 212B) a plurality of hollow structure formed to surround the outer surface of the cylindrical battery cell 100 may be formed.
  • the module housing 210 is formed to form an inner space, the first outer wall (210a), the second outer wall (210b), the third outer wall (210c), and the first, rear, left and right formed in the direction Four outer walls 210d may be provided.
  • At least one of the first outer wall 210a, the second outer wall 210b, the third outer wall 210c, and the fourth outer wall 210d of the module housing 210 may include another battery module 200.
  • Coupling protrusions 261 and 262 and guide grooves 266 and 267 may be formed to guide the arrangement position of the "
  • each of the first outer wall 210a and the second outer wall 210b of the module housing 210 includes two coupling protrusions 261 and 262 and two guide grooves ( 266, 267 may be formed.
  • the first protruding fastening part 271 when viewed in the F direction, may be formed to protrude rearward from the outer surface of the second outer wall 210b of the upper case 210A.
  • the second protruding fastening part 276 may protrude forward from the outer surface of the first outer wall 210a of the lower case 210B when viewed in the F direction.
  • terms indicating directions such as before, after, left, right, up, and down may vary depending on the position of the observer or the shape of the object. However, in the present specification, for convenience of description, the front, rear, left, right, up, down, and the like directions are shown separately based on a time when viewed in the F direction.
  • first protruding fastening part 271 and the second protruding fastening part 276 may be formed with a through hole 272 to insert the fastening bolts (FIGS. 13 and 279).
  • first protruding fastening part 271 of the module housing 210 is fastened with the second protruding fastening part 276 of another battery module (FIGS. 12 and 201). It can be fastened through the bolt (279).
  • the battery modules 200, 201, 202, and 203 of FIG. 13 may be arranged while being fastened to each other.
  • the first protruding fastening portion 271 of the upper case 210A is bolted and coupled to the second protruding fastening portion 276 of the lower case 210B of the other battery module 200.
  • the arrangement structure of the battery modules 200 may be prevented from being disturbed, and in particular, the electrical connection between the first bus bar 250A and the second bus bar 250B may be prevented from being disconnected.
  • the module housing 210 may include an upper case 210A and a lower case 210B.
  • the bus bar 250 has one surface in contact with electrode terminals 111 and 112 of at least two cylindrical battery cells 100 of the plurality of cylindrical battery cells 100. It may include an electrically connected structure. That is, the bus bar 250 contacts the first electrode terminal 111 or the second electrode terminal 112 of the plurality of cylindrical battery cells 100 to electrically connect the plurality of cylindrical battery cells 100. Can be configured to connect.
  • the bus bar 250 may include a main body part 251 and a connection part 256.
  • the main body 251 may have a plate shape having an upper surface and a lower surface that are relatively wider than the side surfaces of the horizontal direction (x direction and y direction).
  • the main body 251 may be positioned above or below the cylindrical battery cells 100 in which the first electrode terminal 111 or the second electrode terminal 112 is formed.
  • a hook structure 251d for fixing the position of the bus bar 250 may be formed at one end of the main body 251 in the horizontal direction (y direction).
  • the hook structure 251d may be formed with a through hole (not shown) to be bolted to the outer wall of the module housing 210.
  • the body portion 251 may be formed with a curved portion 251s indented inward to correspond to the external shape of the module housing 210.
  • FIG. 4 is a partial side view schematically showing a portion of an area A ′ of the busbar of FIG. 3.
  • 5 is a partial plan view schematically showing a part of the area A ′ of the busbar of FIG. 3.
  • connection part 256 is electrically connected to the first electrode terminal 111 or the second electrode terminal 112 formed in one of the cylindrical battery cells 100. It can be configured to be in contact contact with.
  • the connection part 256 may extend from the main body part 251 in a horizontal direction (x direction).
  • the connection part 256 may extend from the main body part 251 toward the rear.
  • connection part 256 may have a stepped structure S formed in the direction (lower direction) in which the first electrode terminal 111 or the second electrode terminal 112 is located from the main body part 251. .
  • the connection part 256 has a stepped structure S in a direction (lower direction) in which the first electrode terminal 111 formed on the cylindrical battery cell 100 is located. Can be formed.
  • connection part 256 may be provided with a branching structure (256n) divided on both sides with respect to the direction extending from the main body portion 251. That is, the connection part 256 may be formed with a groove or a slit S1 indented in an opposite direction (front) from an end of the extending protruding direction.
  • the bus bar 250 may include 26 connection units 256.
  • a branch structure 256n split in the left and right directions may be formed in each of the 26 connection portions 256.
  • the branching structure 256n may be configured such that the electrode 300 is in contact with each other.
  • the contact area P may be set such that a cylindrical electrode (300 of FIG. 7) makes an electrical connection to a periphery of the emboss protrusion 258 formed in the branching structure 256n.
  • connection opening H1 may be formed in the main body 251 in the vertical direction.
  • connection part 256 may be formed to protrude rearward from the inner edge of the connection opening H1. That is, the connection opening H1 may be formed to surround the protruding portion of the connection portion 256.
  • the notch 253a and the convex structure 253b may be formed in the connection opening H1.
  • the notch 253a and the convex structure 253b may be damaged or deformed in the process of pressing the connecting portion 256 from the upper side to the lower side to form a stepped structure in the connecting portion 256. It can be formed to minimize. That is, the notch 253a may have a rounded indent. That is, the notch 253a may have a curved shape so as to disperse the stress caused by pressing the connection part 256.
  • the convex structure 253b may be formed to protrude convex to absorb the stress generated in the process of forming the stepped structure (S).
  • connection opening H1 may be formed to be spaced apart from the branch structure 256n of the connection part 256 and the main body part 251. That is, the branching structure 256n may induce a current added through the welding rod 300 to be energized through the branching structure 256n without being distributed to the main body 251.
  • connection portion 256 which is not formed in the connection opening H1 of FIG. 6 can be formed by simple shape processing without forming a separate connection opening H1, and the busbar ( It is possible to reduce the deterioration of mechanical properties due to the shape machining of 250, and there is an advantage that an efficient resistance welding is possible.
  • the bus bar 250 by forming the upper end of some of the cylindrical battery cells 100 of the plurality of cylindrical battery cells 100 of the main body portion 251, the bus bar 250 The cost of the material may be reduced, and heat generated by charging and discharging of the plurality of cylindrical battery cells 100 accommodated in the module housing 210 may be effectively discharged to the outside.
  • the battery module 200 according to the present invention has a high conductivity compared to a bus bar made of nickel when using the bus bar 250 provided with a copper alloy, thereby minimizing current loss and having excellent heat generation. There is this. Accordingly, the heat dissipation of the battery module may be helped to increase the cooling efficiency of the battery module.
  • a metal having a relatively higher resistivity than the bus bar 250 may form a plating layer.
  • the high resistivity metal may be nickel.
  • the thickness of the plating layer may be 1 ⁇ m to 3 ⁇ m. Specifically, when the thickness of the plating layer is less than 1 ⁇ m, the plating layer is difficult to generate a higher resistance at the welding site during resistance welding, it is difficult to efficiently resistance welding. On the contrary, when the thickness of the plating layer exceeds 3 ⁇ m, welding processability between the connection part 256 and the electrode terminals 111 and 112 may be reduced, which is not preferable.
  • FIG. 7 is a partial side view schematically illustrating a process of welding a connection portion and an electrode terminal of a bus bar of a battery module according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the emboss protrusion 258 formed in the branch structure 256n may be annular in plan view as in FIG. 5.
  • the closer to the center of the annular projection 258 may be formed so that the depth protruding in the direction in which the electrode terminal (111, 112) is formed.
  • the bus bar 250 has an annular contact area at the periphery of the upper surface of the annular emboss protrusion 258 so that the cylindrical welding rod 300 can be contacted and pressed.
  • the pressing force of the electrode 300 can be evenly transmitted to the embossed projection 258, and the current can flow from the electrode 300 to the entire embo projection 258 at a constant current density.
  • the bus bar 250 of the present invention may achieve welding between the connection part 256 and the electrode terminals 111 and 112 with higher bonding force and reliability.
  • FIG. 8 is a partial side view schematically illustrating a process of welding the connection portion 256C of the bus bar 250C and the first electrode terminal 111 according to another exemplary embodiment of the present invention. Since the connection part 256C of FIG. 8 may have the same or similar structure or structure as the connection part 256 of FIG. 7, the detailed description thereof will be omitted.
  • the bus bar 250C may be formed in a direction in which electrode terminals 111 and 112 are formed at a periphery of an upper edge of the emboss protrusion 258 formed at the connection part 256C.
  • An embedded insertion groove H2 may be formed.
  • the insertion groove (H2) may have a size that can be inserted into the end portion of the column-shaped welding rod 300 in the vertical direction.
  • the insertion groove (H2) is inserted into the end of the electrode 300, the edge portion of the upper edge of the emboss protrusion 258, the contact area of the electrode 300 ( In addition to increasing the area of P), it is possible to guide the position of the electrode 300 along the inner surface of the insertion groove (H2), it is possible to facilitate the resistance welding.
  • the welding rod 300 which may be generated when the welding rod 300 is pressurized, may be prevented from being separated from the contact region P.
  • FIG. 9 is a partial side view schematically illustrating a process of welding the connection portion 256 and the electrode terminal 111B of the bus bar 250 of the battery module according to another exemplary embodiment.
  • the cylindrical battery cell 100B of FIG. 9 is the same or similar except that a plurality of protrusions 259 are further formed on the electrode terminal 111B. Since the configuration or structure may be applied, detailed description thereof will be omitted.
  • a cylindrical battery cell 100B applied to a battery module according to another exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of protrusions 259 protruding outwardly from an electrode terminal 111B formed at an upper portion or a lower portion thereof. Can be formed.
  • two protrusions 259 may be formed on the electrode terminal 111B formed on the cylindrical battery cell 100B.
  • the two protrusions 259 may be welded to the bottom surface of the connection part 256 of the bus bar 250 through projection welding.
  • the emboss protrusion 258 of the protrusion 259 and the bus bar 250 formed on the electrode terminal 111B can be reduced, and the welding strength can be further increased.
  • 10 is a perspective view schematically illustrating a first bus bar and a second bus bar for a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a partial side view schematically showing a portion of the region C ′ of FIG. 10.
  • the bus bar 250 of the battery module 200 may specifically include a first bus bar 250A and a second bus bar 250B. Can be.
  • the first bus bar 250A and the second bus bar 250B may include all of the body part 251, the connection opening H1, and the connection part 256 described above.
  • the bus bar 250 may include a first bus bar electrically connected to the first electrode terminal 111 formed on an upper end of the cylindrical battery cell 100. 250A) and a second bus bar 250B electrically connected to the second electrode terminal 112 formed at the bottom of the cylindrical battery cell 100.
  • first bus bar 250A may be mounted on the module housing 210 to be in contact with the first electrode terminal 111.
  • second bus bar 250B may be mounted on the lower portion of the module housing 210 to be in contact with the second electrode terminal 112.
  • the second bus bar 250B may include a bent portion 254 and a connection portion 255 connected to the bent portion 254.
  • the bent portion 254 may have a structure extending vertically bent upward from the rear end of the body portion 251 of the second bus bar 250B.
  • the connection part 255 may be bent to extend from the top of the bent portion 254 to the rear.
  • the connection part 255 may be configured to be seated on an upper surface of the seating part 252 of the first bus bar 250A to be electrically connected to the first bus bar 250A.
  • the lower surface of the connection portion 255 may be configured to contact the upper surface of the seating portion 252 of the first bus bar 250A.
  • At least one fixing protrusion 255P protruding downward may be formed on a bottom surface of the connection portion 255 of the second bus bar 250B.
  • a receiving groove 252H having a shape corresponding to the fixing protrusion 255P of the connecting portion 255 may be formed in the seating portion 252 of the first bus bar 250A. Accordingly, the fixing protrusion 255P of the connecting portion 255 of the second bus bar 250B may be inserted into and fixed to the receiving groove 252H of the seating portion 252 of the first bus bar 250A.
  • connection portion 255 is the seating portion 252 Not only can it be easily seated, but it can effectively increase the contact area to reduce electrical resistance and increase electrical connection reliability.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 to examine the internal structure of the upper case 210A, one cylindrical battery cell 100 of the plurality of cylindrical battery cells 100 is excluded.
  • the first accommodating part 212A of the upper case 210A of the module housing 210 may have the cylindrical battery disposed on an inner surface facing the side surface of the cylindrical battery cell 100.
  • a fixing structure for pressing and fixing the side of the cell 100 may be formed.
  • the fixing structure may protrude in a horizontal direction (inner direction) in which the cylindrical battery cell 100 is located from the inner surface of the first accommodating part 212A to press the outer surface of the cylindrical battery cell 100. It may be a convex portion 213.
  • the convex portion 213 is the electrical disconnection between the cylindrical battery cell 100 and the bus bar 250 due to vibration or flow due to the external shock applied to the battery module 200. It can effectively prevent, and furthermore, it is possible to effectively reduce the damage of the cylindrical battery cell 100 due to vibration.
  • the battery pack 1000 may include at least two battery modules 200.
  • the at least two battery modules 200, 201, 202, and 203 may be arranged in one direction.
  • four battery modules 200, 201, 202, and 203 are arranged in a forward and backward direction, and four battery modules 200, 201, 202, and 203 are arranged in a first bus.
  • the bar 250A and the second bus bar 250B may be electrically connected to each other in series.
  • the third bus bar 250D having the downward bent portion E may be electrically connected to the external I / O terminal 280 in a simple structure, thereby reducing the time of the assembly process. There is an advantage that can be shortened.
  • the battery pack 1000 in addition to the battery module 200, various devices for controlling charge and discharge of the battery module 200, such as a battery management system (BMS), a current, and the like.
  • BMS battery management system
  • the sensor may further include a fuse.
  • the battery pack 1000 according to the present invention may be applied to an energy storage device or to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include the battery pack 1000.
  • battery module 251 main body
  • connection portion 256 connection portion
  • electrode terminal 256n branch structure
  • module housing 258 emboss projection
  • bend portion 255 connection portion
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same.
  • the present invention can be used in the industry related to electronic devices or automobiles equipped with the battery pack.

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Abstract

본 발명은 버스바와 원통형 전지셀의 전극 단자 간의 용접성을 높이고, 방열 효율을 높이며 전류 손실을 줄일 수 있는 버스바를 구비한 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 원통형 전지셀; 모듈 하우징; 버스바를 포함하고, 상기 버스바는, 상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 수평 방향의 측면 보다 상대적으로 상면 및 하면이 넓은 플레이트 형상이 구비된 본체부; 및 상기 복수의 원통형 전지셀 중 하나에 형성된 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되고, 상기 본체부로부터 수평 방향으로 연장 돌출되고, 상기 본체부로부터 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 단차지며, 상기 본체부로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조가 구비되며, 상기 분지 구조에는 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기가 형성되고, 상기 분지 구조에서 상기 엠보 돌기의 주변부에 용접봉이 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역이 설정된 접속부를 포함한다.

Description

버스바를 구비한 배터리 모듈 및 배터리 팩
본 발명은 버스바를 구비한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버스바와 원통형 전지셀의 전극 단자 간의 용접성을 높이고, 방열 효율을 높이고 전류 손실을 줄일 수 있는 버스바를 구비한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 04월 20일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0046147호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 이러한 리튬 이차 전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 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.
이 중, 캔형 이차 전지는 전극 조립체가 내장되는 금속 캔을 원통형으로 제작할 경우가 있다. 이러한 캔형 이차 전지는, 복수의 이차 전지를 수용하는 하우징 및 복수의 이차 전지를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 구비한 배터리 모듈을 구성하는데 사용될 수 있다.
최근, 이러한 배터리 모듈에 구비되는 버스바는, 전극 단자와의 저항 용접의 용접성을 높이기 위해 다소 전기 저항이 높은 소재를 사용하는 경우가 있다.
그러나, 이러한 버스바는, 이차 전지에서 생성된 전류를 외부 디바이스까지 전달하는데 전류 손실을 크게 하는 요소가 될 수 있어, 에너지 효율을 저해할 수 있다. 또한, 전기 저항이 높은 소재일 수록, 열전도도가 떨어져, 이러한 버스바를 적용한 배터리 모듈의 방열 성능을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다.
반대로, 전기 저항이 너무 낮은 소재인 경우, 저항 용접에 따른 발열량이 줄어들어 저항 용접이 어렵게 하는 요소가 될 수 있어, 적절한 버스바 소재 선정의 어려움이 있었다.
더불어, 저가의 배터리 모듈에 적용된 버스바인 경우, 제조 비용을 절감하기 위해 보다 저렴한 소재 적용이 필요한 실정이다.
그리고, 종래기술에서, 배터리 팩을 구성하기 위해, 복수의 배터리 모듈을 서로 전기적으로 연결하기 위해서는, 복수의 배터리 모듈 각각에 적용된 버스바를 서로 전기적으로 연결할 필요가 있었다. 그러나, 복수의 배터리 모듈을 배열하는 것과 동시에 구비된 복수의 버스바를 전기적으로 연결하는 공정은, 별도의 연결 부재를 사용하는 경우가 일반적이여서, 연결 고정이 복잡하고 까다로운 과정을 거쳐야 했다. 이에 따라, 제조 시간 및 제조 비용의 상승의 커다란 요인이 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 버스바와 원통형 전지셀의 전극 단자 간의 용접성을 높이고, 방열 효율을 높이고 전류 손실을 줄일 수 있는 버스바를 구비한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩을 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 단자가 상부 및 하부에 각각 형성되며, 수평 방향으로 열 및 행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀;
상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 포함하고,
상기 버스바는,
상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 수평 방향의 측면 보다 상대적으로 상면 및 하면이 넓은 플레이트 형상이 구비된 본체부; 및
상기 복수의 원통형 전지셀 중 하나에 형성된 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되고, 상기 본체부로부터 수평 방향으로 연장 돌출되고, 상기 본체부로부터 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 단차지며, 상기 본체부로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조가 구비되며, 상기 분지 구조에는 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기가 형성되고, 상기 분지 구조에서 상기 엠보 돌기의 주변부에 용접봉이 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역이 설정된 접속부를 포함한다.
또한, 상기 본체부에는 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 접속부는 상기 접속 개구의 테두리 내측에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 접속 개구의 테두리와 상기 접속부 간의 연결 부위에는 노치가 형성될 수 있다.
또한, 상기 접속부는 상기 본체부의 단부에 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바는 구리 합금을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 엠보 돌기는, 평면상으로 환형이고, 상기 엠보 돌기의 환형의 중심에 가까울수록 상기 전극 단자가 형성된 방향으로 돌출된 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 용접봉은 원기둥 형상을 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 엠보 돌기의 환형 지름은, 상기 용접봉의 원기둥 형상의 지름보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 엠보 돌기의 테두리 주변부에는, 상기 원기둥 형상의 용접봉의 상하 방향의 단부가 삽입되도록 상기 전극 단자가 형성된 방향으로 내입된 삽입홈이 형성될 수 있다.
나아가, 상기 원통형 전지셀의 전극 단자는 상단에 형성된 제1 전극 단자 및 하단에 형성된 제2 전극 단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 버스바는, 상기 제1 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 상기 모듈 하우징의 상부에 탑재된 제1 버스바; 및
상기 제2 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 상기 모듈 하우징의 하부에 탑재된 제2 버스바를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 버스바는, 상기 본체부의 전단부에 상기 제2 버스바의 일부위가 접촉하도록 형성된 안착부가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제2 버스바는, 상기 본체부의 후단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 절곡부; 및
상기 절곡부의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장되고 상기 제1 버스바와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 버스바의 안착부에 안착되도록 구성된 연결부를 포함할 수 있다.
나아가, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성되며, 상기 상부 또는 하부에 형성된 전극 단자에는 외측 방향으로 돌출된 복수의 돌출부가 형성되고, 수평 방향으로 열 및 행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀;
상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자의 돌출부와 용접 결합되어 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 포함하고,
상기 버스바는,
상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 수평 방향의 측면 보다 상대적으로 상면 및 하면이 넓은 플레이트 형상이 구비된 본체부; 및
상기 복수의 원통형 전지셀 중 하나에 형성된 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되고, 상기 본체부로부터 수평 방향으로 연장 돌출되며, 상기 본체부로부터 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 단차지고, 상기 본체부로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조가 구비되며, 상기 분지 구조에는 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기가 형성되고, 상기 분지 구조에서 상기 엠보 돌기의 주변부에 용접봉이 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역이 설정된 접속부를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 일 방향으로 배열된 상기 배터리 모듈을 적어도 둘 이상 포함할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 모듈 하우징의 외측벽에 결합 돌기 및 가이드 홈을 형성시킴으로써, 복수의 배터리 모듈을 손쉽게 배열시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서로 쉽게 분리되지 않도록 고정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 모듈 하우징에 형성된 제1 돌출 체결부와 다른 모듈 하우징의 제2 돌출 체결부가 서로 볼트 체결됨으로써, 배터리 모듈들의 배치 구조가 흐트러지지 않도록 체결될 수 있다. 특히, 이러한 체결 구조로 인해 제1 버스바와 제2 버스바 간의 전기적 연결이 단선되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바의 접속부에 단차진 구조를 형성시킴으로써, 상기 접속부가 전극 단자와 인접하도록 형성시킬 수 있고, 프로젝션 용접시 상기 접속부에 압력을 가할 경우, 압력에 따른 접속부와 본체부의 연결 부위의 변형이나 손상을 줄일 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바의 접속부는, 저항 용접시, 상기 분지 구조에 의해 전류 경로를 길게 설정할 수 있어, 효과적으로 저항열을 발생시킬 수 있어, 용접 효율을 높이고 높은 신뢰도를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바는, 용접봉이 접촉 가압할 수 있도록, 엠보 돌기의 주변부에 환형의 접촉 영역이 설정됨으로써, 상기 용접봉의 가압력이 고르게 상기 엠보 돌기로 전달될 수 있고, 상기 용접봉으로부터 상기 엠보 돌기 전체적으로 일정한 전류 밀도로 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 버스바는 더욱 높은 접합력과 신뢰도로 접속부와 전극 단자 간의 용접을 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바의 엠보 돌기의 주변부에 용접봉의 단부가 삽입되는 삽입홈을 형성시킴으로써, 용접봉의 접촉 영역의 면적을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 상기 삽입홈의 내면을 따라 상기 용접봉의 삽입 위치를 가이드할 수 있어, 보다 저항 용접을 용이하게 할 수 있다. 그리고, 용접봉의 가압시 발생될 수 있는 용접봉의 이탈 현상을 방지할 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 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 버스바의 A' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 5는, 도 3의 버스바의 A' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 6은, 도 3의 버스바의 B' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 접속부와 전극 단자를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 접속부와 전극 단자를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 접속부와 전극 단자를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 제1 버스바 및 제2 버스바를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 도 10의 C' 영역의 부위를 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 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.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 원통형 전지셀(100), 모듈 하우징(210), 및 버스바(250)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지캔(120), 및 상기 전지캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전지캔(120)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지캔(120)은 알루미늄 또는 구리 소재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전지캔(120)이 상하 방향으로 길게 세워진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지캔(120)은 상하 방향으로 연장된 원통형일 수 있다. 더욱이, 상기 전지캔(120)의 상부 및 하부 각각에 전극 단자(111, 112)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지캔(120)의 상단의 평평한 원형의 상면에는 제1 전극 단자(111)가 형성될 수 있고, 상기 전지캔(120)의 하단의 평평한 원형의 하면에는 제2 전극 단자(112)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 원통형 전지셀(100)은, 수평 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치될 수 있다. 여기서 수평 방향이란, 원통형 전지셀(100)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이 라고도 할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)은, 전후 방향(W)의 4개의 열과 좌우 방향(V)의 7행 또는 6행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀(100)을 구비할 수 있다.
또한, 전극 조립체(도시하지 않음)는, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 권취한 구조로 형성될 수 있다. 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 상단의 제1 전극 단자(111)에 접속될 수 있다. 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 하단의 제2 전극 단자(112)에 접속될 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 상기 원통형 전지셀(100)을 내부에 삽입하여 수용할 수 있는 수용부(212A, 212B)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 수용부(212A, 212B)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감쌀 수 있도록 형성된 중공 구조가 복수개 형성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(210)은, 내부 공간을 형성하도록 이루어지고 전, 후, 좌, 우 방향으로 형성된 제1 외측벽(210a), 제2 외측벽(210b), 제3 외측벽(210c), 및 제4 외측벽(210d)을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징(210)의 제1 외측벽(210a), 제2 외측벽(210b), 제3 외측벽(210c), 및 제4 외측벽(210d) 중 적어도 하나 이상에는, 다른 하나의 배터리 모듈(200)의 배치 위치를 가이드하기 위한 결합 돌기(261, 262) 및 가이드 홈(266, 267)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)의 제1 외측벽(210a) 및 제2 외측벽(210b) 각각에는, 2개의 결합 돌기(261, 262) 및 2개의 가이드 홈(266, 267)이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 모듈 하우징(210)의 결합 돌기(261, 262)가 다른 하나의 모듈 하우징(210)의 제2 외측벽(210b)에 형성된 가이드 홈(266, 267)에 삽입되어 체결 고정될 수 있으므로, 하나의 배터리 모듈(200)에 연결된 다른 배터리 모듈(도 12, 201)을 손쉽게 배치할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 쉽게 분리되지 않도록 고정할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)는 제1 돌출 체결부(271)를 구비할 수 있고, 상기 하부 케이스(210B)는 제2 돌출 체결부(276)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 제1 돌출 체결부(271)는, F 방향으로 바라볼 때, 상기 상부 케이스(210A)의 제2 외측벽(210b)의 외면으로부터 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 제2 돌출 체결부(276)는, F 방향으로 바라볼 때, 상기 하부 케이스(210B)의 제1 외측벽(210a)의 외면에서 전방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다.
여기서, 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.
그리고, 상기 제1 돌출 체결부(271) 및 상기 제2 돌출 체결부(276)는, 체결 볼트(도 13, 279)가 삽입되도록 관통홀(272)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)의 상기 제1 돌출 체결부(271)는, 다른 배터리 모듈(도 12, 201)의 제2 돌출 체결부(276)와 체결 볼트(279)를 통해 체결 결합될 수 있다.
여기서, 상기 제2 돌출 체결부(276)의 관통홀(272)은, 체결 볼트(279)가 연속적으로 삽입되도록 다른 배터리 모듈(200)의 상부 케이스(210A)의 제1 돌출 체결부(271)의 관통홀(273)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 하나의 배터리 모듈(200) 및 다른 하나의 배터리 모듈(도 13의 201)은, 상기 체결 볼트(279)를 사용하여 제1 돌출 체결부(271)와 제2 돌출 체결부(276) 서로 체결되면서 배터리 모듈들(도 13의 200, 201, 202, 203)이 배열될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상부 케이스(210A)의 제1 돌출 체결부(271)는 다른 배터리 모듈(200)의 하부 케이스(210B)의 제2 돌출 체결부(276)와 볼트 체결 결합함으로써, 배터리 모듈(200)들의 배치 구조가 흐트러지는 것을 방지하고, 특히, 상기 제1 버스바(250A)와 상기 제2 버스바(250B) 간의 전기적 연결이 단선되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 상부 케이스(210A) 및 하부 케이스(210B)를 포함할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2와 함께 도 3을 참조하면, 상기 버스바(250)는, 일면이 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111, 112)와 접촉하여 전기적으로 연결된 구조를 포함할 수 있다. 즉, 상기 버스바(250)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111) 또는 제2 전극 단자(112)와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바(250)는, 본체부(251) 및 접속부(256)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 본체부(251)는, 수평 방향(x 방향, y 방향)의 측면 보다 상대적으로 넓은 상면 및 하면을 가진 플레이트 형상을 구비할 수 있다. 또한, 상기 본체부(251)는, 제1 전극 단자(111) 또는 제2 전극 단자(112)가 형성된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 본체부(251)의 수평 방향(y 방향)의 일단부에는, 상기 버스바(250)의 위치 고정을 위한 걸이 구조(251d)가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 걸이 구조(251d)는, 상기 모듈 하우징(210)의 외벽에 볼트 결합될 수 있도록 관통구(보이지 않음)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 본체부(251)는, 상기 모듈 하우징(210)의 외부 형태에 대응하도록 내측 방향으로 만입된 만곡부(251s)가 형성될 수 있다.
도 4는, 도 3의 버스바의 A' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다. 그리고, 도 5는, 도 3의 버스바의 A' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 2와 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 접속부(256)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중 하나에 형성된 제1 전극 단자(111) 또는 제2 전극 단자(112)와 전기적으로 접촉 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 접속부(256)는, 상기 본체부(251)로부터 수평 방향(x 방향)으로 연장 돌출될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 접속부(256)는 상기 본체부(251)로부터 후방을 향해 연장 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 접속부(256)는, 상기 본체부(251)로부터 제1 전극 단자(111) 또는 제2 전극 단자(112)가 위치한 방향(하부 방향)으로 단차진 구조(S)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 접속부(256)는 상기 원통형 전지셀(100)의 상부에 형성된 제1 전극 단자(111)가 위치한 방향(하부 방향)으로 단차진 구조(S)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 접속부(256)에 단차진 구조(S)를 형성시킴으로써, 상기 접속부(256)가 전극 단자(111, 112)와 인접하도록 배치시킬 수 있고, 프로젝션 용접시 상기 접속부(256)에 압력을 가할 경우, 압력에 따른 상기 접속부(256)와 상기 본체부(251)의 연결 부위의 변형이나 손상을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 접속부(256)는, 상기 본체부(251)로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조(256n)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 접속부(256)는, 연장 돌출된 방향의 단부로부터 반대 방향(전방)으로 만입된 홈이나 슬릿(S1)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(250)는 26개의 접속부(256)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 26개의 접속부(256) 각각에는 좌우 방향으로 갈라진 분지 구조(256n)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 분지 구조(256n)에는 상기 전극 단자(111, 112)가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기(258)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 분지 구조(256n)에서 분지된 양 부위 각각에 엠보 돌기(258)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 분지 구조(256n)는, 용접봉(300)이 접촉 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 분지 구조(256n)에 형성된 상기 엠보 돌기(258)의 주변부에 원통형의 용접봉(도 7의 300)이 전기적 접속을 이루도록 접촉 영역(P)이 설정될 수 있다.
다시 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 본체부(251)에는 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구(H1)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 접속 개구(H1)의 테두리 내측에는 상기 접속부(256)가 후방으로 돌출 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 접속 개구(H1)는, 상기 접속부(256)의 돌출 연장된 부위를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 접속 개구(H1)에는 노치(253a) 및 볼록 구조(253b)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 노치(253a) 및 볼록 구조(253b)는 상기 접속부(256)에 단차진 구조를 형성시키도록 상기 접속부(256)를 상부에서 하부 방향으로 가압하는 과정에서 발생될 수 있는 손상이나 변형을 최소화하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 노치(253a)는 둥글게 만입된 테두리를 가질 수 있다. 즉, 상기 노치(253a)는 상기 접속부(256)를 가압하는 것에 따른 응력을 분산시킬 수 있도록 굴곡진 형태를 가질 수 있다. 나아가, 상기 볼록 구조(253b)는 단차진 구조(S)를 형성시키는 과정에서 발생된 응력을 흡수할 수 있도록 볼록하게 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 접속 개구(H1)는, 상기 접속부(256)의 분지 구조(256n)와 상기 본체부(251)와 접촉되지 않도록 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 분지 구조(256n)는, 상기 용접봉(300)을 통해 부가된 전류가 본체부(251)로 분산되지 않고 온전히 상기 분지 구조(256n)를 통해서 통전 되도록 유도할 수 있다.
도 6은, 도 3의 버스바의 B' 영역의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다. 도 6의 접속부(256)는, 앞선 도 5의 접속부(256)와 동일 또는 유사한 구성 내지 구조가 적용될 수 있으므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3과 함께 도 6을 참고하면, 상기 접속부(256)는 상기 본체부(251)의 단부에 형성될 수 있다. 즉, 도 5의 접속부(256)와 달리, 도 6의 접속부(256)는 상기 본체부(251)에 형성된 접속 개구(H1) 내에 형성되지 않았다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(250)의 후단부에는 접속 개구(H1) 내에 형성되지 않은 6개의 접속부(256)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 도 6의 접속 개구(H1) 내에 형성되지 않은 접속부(256)는 별도의 접속 개구(H1)를 형성시키지 않아 단순한 형상 가공으로 형성이 가능하고, 버스바(250)의 형상 가공에 따른 기계적 특성의 저하를 줄일 수 있으며, 효율적인 저항 용접이 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 버스바(250)의 본체부(251)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 모두를 덮지 않는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(250)의 본체부(251)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 모두를 덮지 않고, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)들 중 최후단 열의 원통형 전지셀(100)들의 상단이 외부로 드러나도록 형성시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 본체부(251)의 상기 복수의 원통형 전지셀(100)들 중 일부 원통형 전지셀(100)들의 상단이 외부로 드러나도록 형성시킴으로써, 상기 버스바(250)의 재료 비용을 절감하고, 상기 모듈 하우징(210) 내부에 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)의 충방전에 따라 발생된 열을 외부로 효과적으로 배출시킬 수 있다.
한편, 상기 버스바(250)는, 구리 합금을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 구리 합금은, 전체 중량 중 60중량% 이상의 구리를 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 구리 합금은, 전체 중량 중 90중량% 이상의 구리를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 구리 합금은, 니켈, 실리콘, 주석, 철, 아연, 마그네슘, 인, 크롬, 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 구리의 중량%을 제외한 나머지 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 구리 합금은, 90중량% 이상의 구리, 10중량% 미만의 아연, 10중량% 미만의 크롬, 및 5중량% 미만의 지르코늄을 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예로, 상기 구리 합금은, 90중량% 이상의 구리, 5중량% 미만의 니켈, 1중량% 미만의 실리콘, 1중량% 미만의 주석, 1중량% 이하의 철, 1중량% 이하의 아연, 0.1중량% 이하의 마그네슘, 0.1중량% 이하의 인, 및 0.1중량% 이하의 지르코늄을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 버스바(250)가 단지 구리 합금으로만 한정되는 것은 아니고, 니켈, 알루미늄, 금, 또는 은 등이 주재료로 구성된 금속 합금이면 모두 적용이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은 구리 합금이 구비된 버스바(250)를 사용할 경우, 니켈 소재로 이루어진 버스바와 비교하여 높은 전도성을 가지어, 전류 손실을 최소화하고 발열성이 우수한 이점이 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 열 방출을 도와 배터리 모듈의 냉각 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 버스바(250)의 표면에는, 상기 버스바(250)보다 상대적으로 높은 비저항의 금속이 도금층을 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 높은 비저항의 금속은 니켈일 수 있다. 더욱이, 상기 도금층의 두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 도금층의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우, 상기 도금층이 저항 용접시 용접 부위에서 보다 높은 저항을 발생시키기 어려워 효율적인 저항 용접이 어렵다. 반대로, 상기 도금층의 두께가 3 ㎛를 초과할 경우 상기 접속부(256)와 상기 전극 단자(111, 112) 간의 용접 공정성을 저하시킬 수 있어, 바람직하지 못하다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 접속부와 전극 단자를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 5와 함께 도 7을 참조하면, 상기 분지 구조(256n)에 형성된 엠보 돌기(258)는, 도 5에서와 같이 평면상으로 환형일 수 있다. 또한, 상기 엠보 돌기(258)는 환형의 중심에 가까울수록 상기 전극 단자(111, 112)가 형성된 방향으로 돌출된 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 접속부(256)와 상기 전극 단자(111, 112)의 용접을 수행하기 위해 사용되는 용접봉(300)은, 상기 용접봉(300)의 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역(P)을 전체적으로 가압할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 접촉 영역(P)이 상기 환형의 엠보 돌기(258)의 상부의 주변부를 따라 형성될 경우, 상기 접촉 영역(P)과 접촉되는 상기 용접봉(300)의 하면은 원형을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 용접봉(300)은 하면이 평평한 원으로 구성된 원기둥 형상을 구비할 수 있다. 이때, 상기 엠보 돌기(258)의 환형의 최외각 지름은, 상기 용접봉(300)의 원기둥 형상의 지름보다 작을 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바(250)는, 원기둥 형태의 용접봉(300)이 접촉 가압할 수 있도록, 상기 환형의 엠보 돌기(258)의 상부면의 주변부에 환형의 접촉 영역(P)을 설정함으로써, 상기 용접봉(300)의 가압력이 고르게 상기 엠보 돌기(258)에 전달될 수 있고, 상기 용접봉(300)으로부터 상기 엠보 돌기(258) 전체적으로 일정한 전류 밀도로 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 버스바(250)는 더욱 높은 접합력과 신뢰도로 상기 접속부(256)와 상기 전극 단자(111, 112) 간의 용접을 이룰 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바(250C)의 접속부(256C)와 제1 전극 단자(111)를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다. 도 8의 접속부(256C)는, 앞선 도 7의 접속부(256)와 동일 또는 유사한 구성 내지 구조가 적용될 수 있으므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 버스바(250C)는, 상기 접속부(256 C)에 형성된 상기 엠보 돌기(258)의 상부의 테두리 주변부에는 전극 단자(111, 112)가 형성된 방향으로 내입된 삽입홈(H2)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 삽입홈(H2)은, 상기 원기둥 형상의 용접봉(300)의 상하 방향의 단부가 삽입될 수 있는 크기를 가질 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 용접봉(300)의 하단면이 평평한 원기둥 형태를 가질 경우, 상기 삽입홈(H2)은 평면상으로 원형을 가질 수 있다. 그리고, 상기 삽입홈(H2)은 상기 전극 단자(111, 112)가 형성된 방향으로 소정의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 나아가, 상기 삽입홈(H2)의 내면은 상기 용접봉(300)의 접촉 영역(P)으로 설정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 엠보 돌기(258)의 상부의 테두리 주변부에 상기 용접봉(300)의 단부가 삽입되는 삽입홈(H2)을 형성시킴으로써, 상기 용접봉(300)의 접촉 영역(P)의 면적을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 상기 삽입홈(H2)의 내면을 따라 상기 용접봉(300)의 위치를 가이드할 수 있어, 보다 저항 용접을 용이하게 할 수 있다. 그리고, 상기 용접봉(300)의 가압시 발생될 수 있는 상기 용접봉(300)이 접촉 영역(P)을 이탈하는 현상을 방지할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바(250)의 접속부(256)와 전극 단자(111B)를 용접하는 공정을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다. 도 9의 원통형 전지셀(100B)은, 앞선 도 8의 원통형 전지셀(100)과 비교할 경우, 상부에 형성된 전극 단자(111B)에 복수의 돌출부(259)가 더 형성된 것을 제외하고, 동일 또는 유사한 구성 내지 구조가 적용될 수 있으므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용된 원통형 전지셀(100B)은, 상부 또는 하부에 형성된 전극 단자(111B)에 외측 방향으로 돌출된 복수의 돌출부(259)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은, 상기 복수의 원통형 전지셀(100B)의 전극 단자(111B)의 돌출부(259)와 용접 결합된 버스바(250)를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 버스바(250)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100B) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 원통형 전지셀(100B)의 상부에 형성된 전극 단자(111B)에는 2개의 돌출부(259)가 형성될 수 있다. 이러한 2개의 돌출부(259)는, 프로젝션 용접을 통해 상기 버스바(250)의 접속부(256)의 하면과 용접 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극 단자(111B)와 버스바(250)를 용접 결합될 경우, 상기 전극 단자(111B)에 형성된 돌출부(259)와 버스바(250)의 엠보 돌기(258)에 의해 용접 불량률을 감소 시킬 수 있고, 더욱 용접 강도를 높일 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 제1 버스바 및 제2 버스바를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 11은, 도 10의 C' 영역의 부위를 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 버스바(250)는, 구체적으로, 제1 버스바(250A) 및 제2 버스바(250B)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 버스바(250A) 및 제2 버스바(250B)는, 앞서 설명한 본체부(251), 접속 개구(H1), 및 접속부(256)를 모두 구비할 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 버스바(250)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상단에 형성된 제1 전극 단자(111)와 전기적으로 연결되는 제1 버스바(250A), 및 상기 원통형 전지셀(100)의 하단에 형성된 제2 전극 단자(112)와 전기적으로 연결되는 제2 버스바(250B)를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 버스바(250A)는 상기 제1 전극 단자(111)와 접촉하도록 상기 모듈 하우징(210)의 상부에 탑재될 수 있다. 그리고, 상기 제2 버스바(250B)는 상기 제2 전극 단자(112)와 접촉하도록 상기 모듈 하우징(210)의 하부에 탑재될 수 있다.
나아가, 상기 제1 버스바(250A)는, F 방향으로 바라본 것을 기준으로, 본체부(251)의 전단부에 상기 제2 버스바(250B)의 일부위가 접촉하도록 형성된 안착부(252)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 안착부(252)는 상기 제2 버스바(250B)의 일부위의 하면과 접촉할 수 있도록 상면이 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 버스바(250B)는, 절곡부(254), 및 상기 절곡부(254)와 연결된 연결부(255)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 절곡부(254)는, 상기 제2 버스바(250B)의 본체부(251)의 후단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 구조를 가질 수 있다. 더욱이, 상기 연결부(255)는 상기 절곡부(254)의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장된 형태일 수 있다. 또한, 상기 연결부(255)는, 상기 제1 버스바(250A)와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 버스바(250A)의 안착부(252)의 상면에 안착되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 연결부(255)의 하면은 상기 제1 버스바(250A)의 안착부(252)의 상면과 접촉하도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 제2 버스바(250B)의 연결부(255)의 하면에는 하부 방향으로 돌출된 고정 돌기(255P)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 버스바(250A)의 안착부(252)에는 상기 연결부(255)의 고정 돌기(255P)와 대응되는 형상의 수용홈(252H)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 버스바(250B)의 연결부(255)의 고정 돌기(255P)는 상기 제1 버스바(250A)의 안착부(252)의 수용홈(252H)에 삽입되어 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 연결부(255)의 고정 돌기(255P)와 상기 안착부(252)의 수용홈(252H)이 서로 결합되면서, 상기 연결부(255)가 상기 안착부(252)로 손쉽게 안착될 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 면적을 효과적으로 늘려 전기 저항을 줄이고 전기적 연결 신뢰성을 높일 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 12에서는 상부 케이스(210A)의 내부 구조를 살펴보기 위해, 복수의 원통형 전지셀(100)들 중, 하나의 원통형 전지셀(100)을 제외시켜 도시하였다.
도 1과 함께 도 12를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)의 상기 상부 케이스(210A)의 제1 수용부(212A)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 측면과 대면하는 내면에 상기 원통형 전지셀(100)의 측면을 가압 고정하기 위한 고정 구조가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 고정 구조는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 가압하도록 상기 제1 수용부(212A)의 내면으로부터 원통형 전지셀(100)이 위치한 수평 방향(내부 방향)으로 돌출된 볼록부(213)일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 볼록부(213)는 배터리 모듈(200)에 인가된 외부 충격으로 인한 진동 내지 유동에 따른 원통형 전지셀(100)과 버스바(250) 간의 전기적 단선을 효과적으로 방지할 수 있고, 나아가, 진동으로 인한 원통형 전지셀(100)의 손상을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2와 함께 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 둘 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)은, 일 방향으로 정렬 배치된 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 4개의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)이 전후 방향으로 정렬 배치되고, 4개의 배터리 모듈(200, 201, 202, 203)은 제1 버스바(250A) 및 제2 버스바(250B)를 통해 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(202)은, 버스바(250D)와 전기적으로 연결되는 외부 입출력 단자(280)가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 배터리 모듈(202)의 제3 버스바(250D)는 도 10에 나타낸 제1 버스바(250A)와 달리, 상기 외부 입출력 단자(280)와 전기적으로 접촉 연결될 수 있도록, 하부 방향으로 절곡된 하향 절곡부(E)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 하향 절곡부(E)가 형성된 제3 버스바(250D)는 간단한 구조로 외부입출력 단자(280)와 전기적으로 연결을 이룰 수 있어, 조립 공정의 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
다시 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 이러한 배터리 모듈(200) 이외에, 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 에너지 저장 디바이스에 적용되거나, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 상기 배터리 팩(1000)을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 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.
[부호의 설명]
1000: 배터리 팩 250: 버스바
200, 201, 202, 203: 배터리 모듈 251: 본체부
100: 원통형 전지셀 256: 접속부
111, 112: 전극 단자 256n: 분지 구조
210: 모듈 하우징 258: 엠보 돌기
210A: 상부 케이스 H1: 접속 개구
210B: 하부 케이스 253a: 노치
250A: 제1 버스바 H2: 삽입홈
250B: 제2 버스바 252: 안착부
254: 절곡부 255: 연결부
300: 용접봉
본 발명은 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 배터리 팩이 구비된 전자 디바이스 또는 자동차와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성되며, 수평 방향으로 열 및 행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는,
    상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 수평 방향의 측면 보다 상대적으로 상면 및 하면이 넓은 플레이트 형상이 구비된 본체부; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀 중 하나에 형성된 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되고, 상기 본체부로부터 수평 방향으로 연장 돌출되고, 상기 본체부로부터 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 단차지며, 상기 본체부로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조가 구비되며, 상기 분지 구조에는 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기가 형성되고, 상기 분지 구조에서 상기 엠보 돌기의 주변부에 용접봉이 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역이 설정된 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체부에는 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구가 형성되고,
    상기 접속부는 상기 접속 개구의 테두리 내측에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접속 개구의 테두리와 상기 접속부 간의 연결 부위에는 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 본체부의 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 구리 합금을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엠보 돌기는, 평면상으로 환형이고, 상기 엠보 돌기의 환형의 중심에 가까울수록 상기 전극 단자가 형성된 방향으로 돌출된 깊이가 더 깊어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용접봉은 원기둥 형상을 구비하고,
    상기 엠보 돌기의 환형 지름은, 상기 용접봉의 원기둥 형상의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엠보 돌기의 테두리 주변부에는, 상기 원기둥 형상의 용접봉의 상하 방향의 단부가 삽입되도록 상기 전극 단자가 형성된 방향으로 내입된 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 전지셀의 전극 단자는 상단에 형성된 제1 전극 단자 및 하단에 형성된 제2 전극 단자를 포함하고,
    상기 버스바는,
    상기 제1 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 상기 모듈 하우징의 상부에 탑재된 제1 버스바; 및
    상기 제2 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 상기 모듈 하우징의 하부에 탑재된 제2 버스바를 포함하고,
    상기 제1 버스바는,
    상기 본체부의 전단부에 상기 제2 버스바의 일부위가 접촉하도록 형성된 안착부가 구비되며,
    상기 제2 버스바는,
    상기 본체부의 후단부로부터 상부 방향으로 수직 절곡되어 연장된 절곡부; 및
    상기 절곡부의 상단으로부터 후방으로 절곡 연장되고 상기 제1 버스바와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 버스바의 안착부에 안착되도록 구성된 연결부를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 전극 단자가 상부 및 하부에 각각 형성되며, 상기 상부 또는 하부에 형성된 전극 단자에는 외측 방향으로 돌출된 복수의 돌출부가 형성되고, 수평 방향으로 열 및 행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 복수의 원통형 전지셀을 삽입 수용하도록 복수의 중공 구조를 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자의 돌출부와 용접 결합되어 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는,
    상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 수평 방향의 측면 보다 상대적으로 상면 및 하면이 넓은 플레이트 형상이 구비된 본체부; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀 중 하나에 형성된 전극 단자와 전기적으로 접촉 연결되고, 상기 본체부로부터 수평 방향으로 연장 돌출되며, 상기 본체부로부터 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 단차지고, 상기 본체부로부터 연장 돌출된 방향을 기준으로 양측으로 갈라진 분지 구조가 구비되며, 상기 분지 구조에는 상기 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출된 엠보 돌기가 형성되고, 상기 분지 구조에서 상기 엠보 돌기의 주변부에 용접봉이 전기적 접속을 이루도록 구성된 접촉 영역이 설정된 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 일 방향으로 배열된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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