WO2021096071A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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WO2021096071A1
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bus bar
rib
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battery
electrode lead
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황성규
최항준
김수호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more specifically, to a battery module with improved welding structure and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries having high ease of application according to product groups and having electrical characteristics such as high energy density are commonly applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by electric drive sources, power storage devices, as well as portable devices. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement in that they do not generate any by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels.
  • Small mobile devices use one or two or three battery cells per device, whereas medium-sized devices such as automobiles require high power and large capacity. Therefore, a medium- to large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used.
  • a battery module consisting of at least one battery cell is first configured, and other components are added to the battery pack using at least one battery module. How to configure is common.
  • the battery module includes a plurality of battery cells stacked together and a bus bar assembly electrically connecting electrode leads of the plurality of battery cells.
  • the bus bar assembly includes a bus bar frame having lead slots passing through electrode leads of each battery cell and a bus bar slot mounted on the bus bar frame and provided to correspond to the number of lead slots or between the bus bars.
  • the openings are formed, and include bus bar slots or bus bars that are connected to electrode leads passing through the opening by welding or the like.
  • a welding process may be performed. At this time, welding failure may occur depending on the structure of the bus bar or bus bar frame. In order to prevent such welding failure, the design of the bus bar or bus bar frame needs to be improved.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery module with improved welding structure and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a bus bar frame connected to the battery cell stack, protruding from the battery cell stack, and An electrode lead passing through a lead slot, and a bus bar electrically connected to the electrode lead, wherein the bus bar frame includes a base bottom portion and a first rib portion protruding from the base bottom portion. ), and the first rib supports the bus bar.
  • the electrode lead is bent onto the bus bar after passing through the lead slot of the bus bar frame, so that the bent portion of the electrode lead may be welded to the bus bar.
  • the first rib part includes a first sub-rib part and a second sub-rib part adjacent to each other, and the bus bar includes a first part supported by each of the first and second sub-rib parts, and the second sub-rib part. And a second portion positioned between the first sub-rib portion and the second sub-rib portion, and an upper surface of the second portion may have a half blanking shape recessed toward the basic bottom portion.
  • a portion to which the bus bar and the electrode lead are welded may be located on an extension line between the first sub-rib and the second sub-rib.
  • the electrode lead may be welded on the first portion, and the electrode lead may include a dummy portion extending from the welded portion and bent toward the second portion.
  • the dummy part may be bent into a recessed part of the second part.
  • the first portion of the bus bar and the second portion of the bus bar may be integrally formed.
  • the second portion of the bus bar may be spaced apart from each of the first and second sub-ribs.
  • the bus bar frame may further include a second rib portion positioned between adjacent bus bars, and a height of the second rib portion may be equal to or lower than a height of the electrode lead bent on the bus bar.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • rigidity against bending of a bus bar due to a welding jig may be strengthened during welding.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cut line A-A' of FIG. 1.
  • FIG 3 is a plan view schematically showing a welding structure between an electrode lead and a bus bar according to a comparative example.
  • FIG. 4 is a front view showing the welding structure of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing a welding structure between an electrode lead and a bus bar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view showing the welding structure of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a bus bar and a bus bar frame structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a bus bar and a bus bar frame structure according to the comparative example of FIG. 7.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • one part is “directly above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference part means that it is located above or below the reference part, and means that it is located “above” or “on” in the direction opposite to the gravitational force. no.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cut line A-A' of FIG. 1.
  • the battery module 100 includes a module frame 300, a battery cell stack 120 inserted in the module frame 300, and a module frame 300. It is located on the open side and includes a bus bar frame 130 connected to the battery cell stack 120.
  • the battery cell stack 120 is formed by stacking a plurality of battery cells 110 in one direction.
  • the module frame 300 may be in the form of a mono frame covering four surfaces except for the front and rear surfaces of the battery cell stack 120. In order to insert the battery cell stack 120 into the mono frame, it means a frame in a form that requires horizontal assembly. However, the module frame 300 is not limited to a mono frame, and may include a U-shaped frame with open top, front and rear surfaces, and an upper plate covering the top of the battery cell stack 120.
  • a cell terrace 135 extending from a pouch covering the battery cell 110 is formed, and electrode leads 160 protruding from the cell terrace 135 meet to pass through one lead slot (not shown).
  • the distance between the neighboring cell terraces 135 may become narrower as the distance from the battery cell 110 increases.
  • the electrode leads 160 protruding from the cell terrace 135 may have the same polarity.
  • the distance between the cell terraces 135 from which the electrode leads 160 protrude from each other may increase as the distance from the battery cell 110 increases. have.
  • the compression pad 200 is formed between the outermost battery cell 110 and the side surface of the module frame 300.
  • the compression pad 200 may be formed using a polyurethane-based material.
  • the compression pad 200 may absorb a change in thickness due to swelling of the battery cell 110 and a change in the battery cell 110 due to an external impact.
  • At least one compression pad 200 may be formed not only between the outermost battery cell 110 and the side surface of the module frame 300, but also between the adjacent battery cells 110.
  • a pass guider 260 is formed on the bus bar frame 130. Before forming the cell terrace 135 through which the electrode leads 160 of each of the three adjacent battery cells 110 are extended, the electrode leads 160 are guided through the lead slot, and the bus bar It may be formed on one side of the frame 130.
  • the bus bar frame 130 may include a pass guider 260 inside the rear surface of the bus bar frame 130 positioned to be spaced apart from the battery cells 110.
  • the pass guider 260 forms a predetermined guide space at the rear of the bus bar frame 130 so that the three electrode leads 160 and the cell terraces 135 can be brought close to each other before passing through the lead slot. can do.
  • a plurality of pass guiders 260 may be provided.
  • the plurality of pass guides 260 may be provided to correspond to the number of the plurality of lead slots. Accordingly, the electrode leads 160 adjacent among the plurality of battery cells 110 form three pairs, and then the electrode leads 160 pass through the lead slots through the respective pass guides 260 to lead the electrode leads. (160) can form a group.
  • the number of electrode leads 160 forming the electrode lead 160 group is not limited to three, and may be modified according to the arrangement of the electrode leads of the positive electrode and the negative electrode of the battery cell 110.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing a welding structure between an electrode lead and a bus bar according to a comparative example.
  • 4 is a front view showing the welding structure of FIG. 3.
  • the bus bar 28 has an opening formed in the center, and may be electrically connected to the battery cell 11 through the electrode leads 15 and 16.
  • the electrode leads 15 and 16 may have different polarities, respectively, and may be connected in series through one bus bar 28.
  • the electrode leads 15 and 16 are bent over the bus bar 28 in a direction protruding and extending from the battery cell 11, and the bent electrode leads 15 and 16 may be welded to the bus bar 28. .
  • the bus bar 28 may be bent.
  • a gap may occur between the electrode leads 15 and 16 and the bus bar 28, thereby causing welding failure.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing a welding structure between an electrode lead and a bus bar according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a front view showing the welding structure of FIG. 5.
  • the bus bar 280 included in the battery module according to the present embodiment has a half blanking shape.
  • the half blanking shape may refer to a form in which a punch is formed from the upper surface of the bus bar 280 of FIG. 6 to about 2/3 of the height of the bus bar 280.
  • the bus bar 280 according to the present embodiment includes a first portion 280a in contact with the electrode lead 160 and a second portion 280b depressed with respect to the extended surface of the first portion 280a. ).
  • the second portion 280b of the bus bar 280 may be recessed toward the basic bottom portion 130a of the bus bar frame 130 to be described later.
  • the first portion 280a and the second portion 280b may be integrally formed.
  • the bus bar frame 130 included in the battery module according to the present embodiment includes a base bottom portion 130a and a first rib portion 130b protruding from the base bottom portion 130a. . At this time, the first rib part 130b supports the bus bar 280. After passing through the lead slot of the bus bar frame 130, the electrode leads 160a and 160b are bent onto the bus bar 280, and the bent portions of the electrode leads 160a and 160b are welded to the bus bar 280. I can.
  • the first rib part 130b includes a first sub-rib part 130b1 and a second sub-rib part 130b2 adjacent to each other.
  • the bus bar 280 includes a first portion 280a supported by each of the first sub-rib portion 130b1 and the second sub-rib portion 130b2, and the first sub-rib portion 130b1 and the second sub-rib portion ( 130b2) and a second portion 280b positioned between.
  • the upper surface of the second portion 280b may have a half blanking shape that is recessed toward the basic bottom portion 130a of the bus bar frame 130.
  • the second portion 280b of the bus bar 280 may be spaced apart from each of the first sub-rib portion 130b1 and the second sub-rib portion 130b2.
  • a portion to which the bus bar 280 and the electrode leads 160a and 160b are welded may be located on an extension line of the first sub-rib part 130b1 and the second sub-rib part 130b2.
  • the extension line of the first sub-rib part 130b1 and the second sub-rib part 130b2 has a direction in which the first sub-rib part 130b1 and the second sub-rib part 130b2 shown in FIG. 6 extend upward. I can.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a bus bar and a bus bar frame structure according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is a schematic diagram showing a bus bar and a bus bar frame structure according to the comparative example of FIG. 7.
  • the electrode leads 160a and 160b may be bent onto the bus bar 280 after passing through the lead slot 138 of the bus bar frame 130.
  • a portion of the electrode leads 160a and 160b extending and penetrating the lead slot 138 is omitted, but the electrode leads 160a and 160b extend through the lead slot 138 in the portion indicated by the perforated line. I can.
  • the bent electrode leads 160a and 160b are welded on the first portion 280a of the bus bar 280, and the electrode leads 160a and 160b extend from the welded portion to the second portion of the bus bar 280. It may include a dummy part 160D bent toward (280b). The dummy portion 160D may be bent into a recessed portion of the second portion 280b. Additionally, an end of the second lead electrode 160b adjacent to the first lead electrode 160a may be bent in a direction different from the direction in which the dummy portion 160D is bent. As described above, since the bus bar 280 according to the present embodiment has a half blanking shape, when the electrode leads 160a and 160b are formed long, the end portions of the electrode leads 160a and 160b are recessed. It can be placed on the portion 280b. Accordingly, it is possible to prevent the obstruction of the contact between the bus bar 280 and the electrode leads 160a and 160b for welding of the overlapping portion.
  • the bus bar frame 130 may further include a second rib portion 130c positioned between adjacent bus bars 280.
  • the height of the second rib part 130c may be equal to or lower than the height of the electrode leads 160a and 160b bent on the bus bar 280.
  • the height difference h between the electrode leads 160a and 160b and the second rib portion 130c may be the same, or the height difference may have a positive number.
  • welding failure can be prevented by not interfering with the bending blades of the welding machine.
  • a second rib portion 130c corresponding to a partition rib may be disposed between two adjacent bus bars 280.
  • the electrode leads 160a and 160b are pushed to the bus bar 280 during welding.
  • the bending blade 500 to be in close contact with the second rib part 130c interferes with the bus bar 280 and the electrode leads 160a and 160b, so that welding failure may occur.
  • a plurality of electrode leads 160 protrude from the cell terrace 135 extending from the pouch covering the battery cells 110.
  • the electrode leads 160 protruding from the cell terrace 135 may be bent in a direction in which the bus bar 280 is located.
  • the bent electrode leads 160 overlap on the same bus bar 280, and the plurality of electrode leads 160 and the bus bar 280 are simultaneously welded to each other in the first portion 280a of the bus bar 280.
  • the welding points (WD1, WD2) can be formed.
  • one or more of the battery modules may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the battery module described above and the battery pack including the same can be applied to various devices.
  • a device may be applied to a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto, and the present invention is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the same. It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체와 연결되는 버스 바 프레임, 상기 전지 셀 적층체로부터 돌출되고, 상기 버스 바 프레임의 리드 슬롯을 통과하는 전극 리드, 및 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고, 상기 버스 바 프레임은 기본 바닥부 및 상기 기본 바닥부로부터 돌출된 제1 리브 부(rib portion)를 포함하고, 상기 제1 리브 부는 상기 버스 바를 받치고 있다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 11월 15일자 한국 특허 출원 제10-2019-0146925호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 용접 구조를 개선한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
전지 모듈은, 상호 적층되는 복수의 전지 셀 및 상기 복수의 전지 셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스 바 어셈블리를 포함한다. 여기서, 버스 바 어셈블리는 각각의 전지 셀의 전극 리드들을 통과시키는 리드 슬롯들을 갖는 버스 바 프레임 및 상기 버스 바 프레임에 장착되고, 리드 슬롯들의 개수에 대응되도록 구비되는 버스 바 슬롯을 가지거나 버스 바 사이의 개구부가 형성되며, 버스 바 슬롯들 또는 개구부를 통과한 전극 리드들과 용접 등으로 연결되는 버스 바를 포함하여 구성된다.
전지 모듈에서 전지 셀 적층체로부터 돌출된 전극 리드와 버스 바를 연결할 때, 용접 공정을 진행할 수 있다. 이때, 버스 바 또는 버스 바 프레임 구조에 따라 용접 불량이 발생할 수 있는데, 이러한 용접 불량을 방지하기 위해 버스 바 또는 버스 바 프레임 디자인 개선이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 용접 구조를 개선한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체와 연결되는 버스 바 프레임, 상기 전지 셀 적층체로부터 돌출되고, 상기 버스 바 프레임의 리드 슬롯을 통과하는 전극 리드, 및 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고, 상기 버스 바 프레임은 기본 바닥부(base bottom portion) 및 상기 기본 바닥부로부터 돌출된 제1 리브 부(rib portion)를 포함하고, 상기 제1 리브 부는 상기 버스 바를 받치고 있다.
상기 전극 리드가 상기 버스 바 프레임의 리드 슬롯을 통과한 후 상기 버스 바 상으로 구부러져서 상기 전극 리드의 구부러진 부분이 상기 버스 바와 용접될 수 있다.
상기 제1 리브 부는 서로 이웃하는 제1 서브 리브 부와 제2 서브 리브 부를 포함하고, 상기 버스 바는 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 각각이 받치고 있는 제1 부분과, 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 사이에 위치하는 제2 부분을 포함하며, 상기 제2 부분의 상부면은 상기 기본 바닥부를 향해 함몰되어 있는 하프 블랭킹(half blanking) 형상을 가질 수 있다.
상기 버스 바와 상기 전극 리드가 용접되는 부분은, 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부의 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 전극 리드는 상기 제1 부분 상에서 용접되고, 상기 전극 리드는 용접된 부분에서 연장되어 상기 제2 부분을 향해 꺾인 더미부를 포함할 수 있다.
상기 더미부는 상기 제2 부분의 함몰된 부분으로 꺾일 수 있다.
상기 버스 바의 제1 부분과 상기 버스 바의 제2 부분은 일체로 형성될 수 있다.
상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 각각으로부터 이격될 수 있다.
상기 버스 바 프레임은, 서로 이웃하는 버스 바 사이에 위치하는 제2 리브 부를 더 포함하고, 상기 제2 리브 부의 높이는 상기 버스 바 상에 구부러진 상기 전극 리드의 높이와 같거나 더 낮을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 버스 바가 장착되는 버스 바 프레임 부분에 리브가 형성됨으로써, 용접 시 용접 지그에 의한 버스 바가 휘어지는 것에 대한 강성을 강화시킬 수 있다.
또한, 서로 이웃하는 버스 바 사이에 위치하며, 버스 바 프레임에 형성된 격벽 리브의 높이가 최외각 전극 리드 표면의 높이와 같거나 낮도록 형성함으로써, 용접 시 격벽 리브가 벤딩 블레이드와 간섭되지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 전극 리드와 버스 바의 용접 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 용접 구조를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드와 버스 바의 용접 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 용접 구조를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스 바 및 버스 바 프레임 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8은 도 7의 비교예에 따른 버스 바 및 버스 바 프레임 구조를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 일부를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 프레임(300), 모듈 프레임(300) 내에 삽입되어 있는 전지 셀 적층체(120) 및 모듈 프레임(300)의 개방된 일측에 위치하고, 전지 셀 적층체(120)와 연결되는 버스 바 프레임(130)을 포함한다. 전지 셀 적층체(120)는 복수의 전지 셀(110)이 일방향으로 적층되어 형성된다.
모듈 프레임(300)은 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외하고 4개의 면을 덮고 있는 모노 프레임 형태일 수 있다. 모노 프레임 내부로 전지 셀 적층체(120)를 삽입하기 위해서 수평 조립이 필요한 형태의 프레임을 의미한다. 다만, 모듈 프레임(300)은 모노 프레임에 제한되지 않고, 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임과, 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함하는 형태일 수도 있다.
전지 셀(110)을 덮는 파우치로부터 연장된 셀 테라스(135)가 형성되고, 셀 테라스(135)로부터 돌출되는 전극 리드(160)들이 만나서 하나의 리드 슬롯(미도시)을 통과할 수 있다. 이웃하는 셀 테라스(135)들 사이의 간격이 전지 셀(110)로부터 멀어짐에 따라 점점 좁아질 수 있다. 이때, 셀 테라스(135)로부터 돌출되는 전극 리드(160)들은 서로 동일한 극성을 가질 수 있다. 서로 이웃하는 전극 리드(160)가 서로 다른 극성을 갖는 경우에는, 상기 전극 리드(160)가 각각 돌출되는 셀 테라스(135) 사이의 간격은 오히려 전지 셀(110)로부터 멀어짐에 따라 점점 넓어질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 최외각 전지 셀(110)과 모듈 프레임(300)의 측면부 사이에 압축 패드(200)가 형성되어 있다. 압축 패드(200)는 폴리 우레탄 계열의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 압축 패드(200)는 전지 셀(110)의 스웰링에 의한 두께 변형 및 외부 충격에 의한 전지 셀(110)의 변화를 흡수할 수 있다. 압축 패드(200)는 최외각 전지 셀(110)과 모듈 프레임(300)의 측면부 사이뿐만 아니라 이웃하는 전지 셀(110) 사이에도 적어도 하나 형성될 수 있다.
버스 바 프레임(130)에는 패스 가이더(260)가 형성된다. 인접하는 세 개의 전지 셀들(110) 각각의 전극 리드들(160)이 연장되도록 하는 셀 테라스(135)를 형성하기 전에, 전극 리드들(160)이 리드 슬롯을 통과하도록 가이드 하기 위한 것으로서, 버스 바 프레임(130)의 일측에 형성될 수 있다. 구체적으로 버스 바 프레임(130)은, 전지 셀들(110)로부터 이격되어 위치하는 버스 바 프레임(130)의 후면 안쪽에 패스 가이더(260)를 구비할 수 있다.
이러한 패스 가이더(260)는, 리드 슬롯을 통과하기 전에 세 개의 전극 리드들(160) 및 셀 테라스들(135)이 서로 가까워질 수 있도록 버스 바 프레임(130)의 후면에서 소정의 가이드 공간을 형성할 수 있다. 패스 가이더(260)는 복수개로 마련될 수 있다. 여기서, 복수개의 패스 가이더(260)는 복수개의 리드 슬롯의 개수에 대응되게 구비될 수 있다. 이에 따라, 복수개의 전지 셀(110) 중 인접하는 전극 리드들(160)은, 세 개씩 짝을 이룬 후 각각의 패스 가이더(260)를 통해 전극 리드들(160)이 리드 슬롯을 통과하여 전극 리드(160) 군을 형성할 수 있다.
전극 리드(160) 군을 형성하는 전극 리드들(160)의 개수는 세 개에 한정되지 않고, 전지 셀(110)의 양극 및 음극의 전극 리드의 배치에 따라 변형될 수 있다.
도 3은 비교예에 따른 전극 리드와 버스 바의 용접 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3의 용접 구조를 나타내는 정면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 비교예에 따른 버스 바(28)는 중앙에 개구부가 형성되고, 전지 셀(11)과 전극 리드(15, 16)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 리드(15, 16)는 각각 서로 다른 극성을 가질 수 있으며, 하나의 버스 바(28)를 통해 직렬 연결될 수 있다. 전극 리드(15, 16)는 전지 셀(11)로부터 돌출되어 연장되는 방향에서 버스 바(28) 상으로 구부러지고, 구부러진 전극 리드(15, 16) 부분이 버스 바(28)와 용접될 수 있다. 용접 시 용접 지그가 전면에서 전극 리드(15, 16)와 버스 바(28)의 중첩 부분을 가압할 때, 버스 바(28)가 휘어질 수 있다. 이처럼 버스 바(28)가 휘어지게 되면 전극 리드(15, 16)와 버스 바(28) 사이에 갭(Gap)이 발생하여 용접 불량이 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드와 버스 바의 용접 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 6은 도 5의 용접 구조를 나타내는 정면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 버스 바(280)는 하프 블랭킹(half blanking) 형상을 갖는다. 하프 블랭킹 형상이란, 도 6의 버스 바(280)의 상부면으로부터 버스 바(280) 높이의 대략 2/3 정도까지 타발이 된 형태를 가리킬 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 버스 바(280)는 전극 리드(160)와 접촉하는 제1 부분(280a)과, 제1 부분(280a)의 연장면을 기준으로 함몰되어 있는 제2 부분(280b)을 포함한다. 버스 바(280)의 제2 부분(280b)은 후술하는 버스 바 프레임(130)의 기본 바닥부(130a)를 향해 함몰될 수 있다. 제1 부분(280a)과 제2 부분(280b)은 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 버스 바 프레임(130)은 기본 바닥부(base bottom portion; 130a) 및 기본 바닥부(130a)로부터 돌출된 제1 리브 부(rib portion; 130b)를 포함한다. 이때, 제1 리브 부(130b)는 버스 바(280)를 받치고 있다. 전극 리드(160a, 160b)는 버스 바 프레임(130)의 리드 슬롯을 통과한 후 버스 바(280) 상으로 구부러지며, 전극 리드(160a, 160b)의 구부러진 부분이 버스 바(280)와 용접될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 리브 부(130b)는 서로 이웃하는 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2)를 포함한다. 버스 바(280)는 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2) 각각이 받치고 있는 제1 부분(280a)과, 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2) 사이에 위치하는 제2 부분(280b)을 포함한다. 이때, 제2 부분(280b)의 상부면은 버스 바 프레임(130)의 기본 바닥부(130a)를 향해 함몰되어 있는 하프 블랭킹(half blanking) 형상을 가질 수 있다. 이때, 버스 바(280)의 제2 부분(280b)은 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2) 각각으로부터 이격될 수 있다. 버스 바(280)와 전극 리드(160a, 160b)가 용접되는 부분은, 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2)의 연장선 상에 위치할 수 있다. 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2)의 연장선은, 도 6에 도시한 제1 서브 리브 부(130b1)와 제2 서브 리브 부(130b2)가 위로 뻗어 있는 방향을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스 바 및 버스 바 프레임 구조를 나타내는 개략도이다. 도 8은 도 7의 비교예에 따른 버스 바 및 버스 바 프레임 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7을 참고하면, 전극 리드(160a, 160b)는 버스 바 프레임(130)의 리드 슬롯(138)을 통과한 후 버스 바(280) 상으로 구부러질 수 있다. 도 7에서 전극 리드(160a, 160b)가 연장되어 리드 슬롯(138)을 관통하는 부분은 생략하였으나, 절취선으로 표시한 부분에서 전극 리드(160a, 160b)는 연장되어 리드 슬롯(138)을 관통할 수 있다.
구부러진 전극 리드(160a, 160b) 부분은, 버스 바(280)의 제1 부분(280a) 상에서 용접되고, 전극 리드(160a, 160b)는 용접된 부분에서 연장되어 버스 바(280)의 제2 부분(280b)을 향해 꺾인 더미부(160D)를 포함할 수 있다. 더미부(160D)는 제2 부분(280b)의 함몰된 부분으로 꺾일 수 있다. 추가로, 제1 리드 전극(160a)에 인접한 제2 리드 전극(160b)의 단부는 더미부(160D)가 꺾이는 방향과 다른 방향으로 꺾일 수 있다. 이처럼, 본 실시예에 따른 버스 바(280)가 하프 블랭킹(half blanking) 형상을 가짐으로써, 전극 리드(160a, 160b)가 길게 형성될 때 전극 리드(160a, 160b) 단부를 함몰되어 있는 제2 부분(280b)에 배치시킬 수 있다. 따라서, 버스 바(280)와 전극 리드(160a, 160b)의 용접을 위한 중첩부의 밀착이 방해되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 버스 바 프레임(130)은, 서로 이웃하는 버스 바(280) 사이에 위치하는 제2 리브 부(130c)를 더 포함할 수 있다. 제2 리브 부(130c)의 높이는 버스 바(280) 상에 구부러진 전극 리드(160a, 160b)의 높이와 같거나 더 낮을 수 있다. 다시 말해, 전극 리드(160a, 160b)와 제2 리브 부(130c)의 높이 차(h)가 동일하거나 높이 차가 양의 수를 가질 수 있다. 이러한 구조에 의해, 용접기의 벤딩 블레이드와 간섭되지 않음으로써 용접 불량을 방지할 수 있다. 구체적으로 도 8을 참고하면, 2개의 이웃하는 버스 바(280) 사이에 격벽 리브에 해당하는 제2 리브 부(130c)가 배치될 수 있다. 이때, 제2 리브 부(130c)의 높이가 최외각 전극 리드(160a, 160b) 표면의 높이보다 높으면, 용접 시 전극 리드(160a, 160b)를 밀어서 전극 리드(160a, 160b)가 버스 바(280)와 밀착하도록 하는 벤딩 블레이드(500)가 제2 리브 부(130c)와 간섭이 되어 버스 바(280)와 전극 리드(160a, 160b)가 밀착되지 않아 용접 불량이 발생할 수 있다.
도 2 및 도 7을 참고하면, 복수의 전극 리드(160)가 전지 셀(110)들 덮는 파우치에서 연장된 셀 테라스(135)로부터 돌출되어 있다. 셀 테라스(135)로부터 돌출된 전극 리드들(160)은 버스 바(280)가 위치하는 방향으로 벤딩될 수 있다. 벤딩된 전극 리드(160)들은 동일한 버스 바(280)에 중첩하고, 복수의 전극 리드(160)와 버스 바(280)가 동시에 용접되어 버스 바(280)의 제1 부분(280a)에서 각각 하나의 용접 포인트(WD1, WD2)를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 5 및 도 6의 실시예에서 설명한 내용은 본 실시예에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
130: 버스 바 프레임
280: 버스 바
130a: 기본 바닥부
130b: 제1 리브 부
130c: 제2 리브 부
160: 전극 리드

Claims (10)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체와 연결되는 버스 바 프레임,
    상기 전지 셀 적층체로부터 돌출되고, 상기 버스 바 프레임의 리드 슬롯을 통과하는 전극 리드, 및
    상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고,
    상기 버스 바 프레임은 기본 바닥부(base bottom portion) 및 상기 기본 바닥부로부터 돌출된 제1 리브 부(rib portion)를 포함하고,
    상기 제1 리브 부는 상기 버스 바를 받치고 있는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전극 리드가 상기 버스 바 프레임의 리드 슬롯을 통과한 후 상기 버스 바 상으로 구부러져서 상기 전극 리드의 구부러진 부분이 상기 버스 바와 용접되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 리브 부는 서로 이웃하는 제1 서브 리브 부와 제2 서브 리브 부를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 각각이 받치고 있는 제1 부분과, 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 사이에 위치하는 제2 부분을 포함하며,
    상기 제2 부분의 상부면은 상기 기본 바닥부를 향해 함몰되어 있는 하프 블랭킹(half blanking) 형상을 갖는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 버스 바와 상기 전극 리드가 용접되는 부분은, 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부의 연장선 상에 위치하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 전극 리드는 상기 제1 부분 상에서 용접되고, 상기 전극 리드는 용접된 부분에서 연장되어 상기 제2 부분을 향해 꺾인 더미부를 포함하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 더미부는 상기 제2 부분의 함몰된 부분으로 꺾인 전지 모듈.
  7. 제3항에서,
    상기 버스 바의 제1 부분과 상기 버스 바의 제2 부분은 일체로 형성되는 전지 모듈.
  8. 제3항에서,
    상기 버스 바의 제2 부분은 상기 제1 서브 리브 부와 상기 제2 서브 리브 부 각각으로부터 이격되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 버스 바 프레임은, 서로 이웃하는 버스 바 사이에 위치하는 제2 리브 부를 더 포함하고,
    상기 제2 리브 부의 높이는 상기 버스 바 상에 구부러진 상기 전극 리드의 높이와 같거나 더 낮은 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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