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KR102780607B1 - 배터리 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

배터리 모듈 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102780607B1
KR102780607B1 KR1020230148996A KR20230148996A KR102780607B1 KR 102780607 B1 KR102780607 B1 KR 102780607B1 KR 1020230148996 A KR1020230148996 A KR 1020230148996A KR 20230148996 A KR20230148996 A KR 20230148996A KR 102780607 B1 KR102780607 B1 KR 102780607B1
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Abstract

본 발명은 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 및 상기 복수개의 전지 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 적어도 하나의 버스바;를 포함하되, 상기 적어도 하나의 버스바 각각은, 적어도 하나의 개구가 형성되는 플레이트를 포함하고, 상기 전극 탭들 중 인접한 복수개의 전극 탭은 상기 플레이트의 상기 적어도 하나의 개구 중 어느 하나에 삽입되어 상호 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 이의 제조방법{Battery module and its manufacturing method}
본 발명은 배터리 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 모듈 형태로서 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
한편, 종래에는 상술한 모듈 형태의 이차 전지 제조 간 복수개의 전지 셀을 연결하기 위해 버스바를 전극 탭에 접합시킨다. 또한, 종래에는 'ㄷ'자 형상의 버스바를 이용하였는데, 'ㄷ'자 형상의 버스바에 전극 탭을 접촉시켜 두 개 이상의 전지 셀이 전기적으로 연결될 수 있다.
하지만, 종래의 경우, 하나의 버스바로 전극 탭을 2개씩 연결해야 하는 바, 복수개의 전지 셀 연결 간 작업 시간이 다소 많이 소요되는 문제가 존재하였고, 또한, 용접 등의 접합 과정에서 버스바 및 전극 탭 간의 접촉이 흔들리거나 용접 부위가 명확히 확인되기 어려워 작업 간 오차가 발생하는 문제가 존재하였다.
한국공개특허공보 제10-2015-0110078호(2015.10.02)
본 발명의 실시예들은, 용접 등에 의한 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 레이저 용접 등에 의한 경우, 레이저를 버스바에 수직하게 조사할 수 있어 제조가 용이한 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 레이저가 전지 셀로 직접 조사됨을 방지하여 제조 공정 간 발생할 수 있는 안전상의 문제를 최소화 할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 전극 탭을 균일하게 녹일 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 3개 이상의 전극 탭을 동시에 용이하게 용접할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 한 번의 용접 공정으로 복수개의 전지 셀을 연결할 수 있는 바, 제조 간 생산속도를 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 및 상기 복수개의 전지 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 적어도 하나의 버스바;를 포함하되, 상기 적어도 하나의 버스바 각각은, 적어도 하나의 개구가 형성되는 플레이트를 포함하고, 상기 전극 탭들 중 인접한 복수개의 전극 탭은 상기 플레이트의 상기 적어도 하나의 개구 중 어느 하나에 삽입되어 상호 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 적어도 하나의 버스바 중 일부는 적어도 두 개의 개구를 포함할 수 있다.
상기 개구는 슬릿(slit)으로 형성될 수 있다.
상기 전극 탭들 중 상기 인접한 복수개의 전극 탭으로 구성된 전극 탭 그룹 각각은 상기 적어도 하나의 개구 각각에 대응하여 삽입될 수 있다.
상기 전극 탭 각각은, 상기 전극 탭 각각에서 적어도 일부가 일 방향으로 절곡된 제1 벤딩부; 및 상기 전극 탭 각각에서 나머지의 적어도 일부가 타 방향으로 절곡된 제2 벤딩부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 벤딩부 및 상기 제2 벤딩부 각각이 절곡된 각도는 80° 내지 90°일 수 있다.
상기 전극 탭 각각은 상기 제1 벤딩부 및 상기 제2 벤딩부 사이에 안착부를 포함하고, 상기 버스바는 상기 안착부에 안착된 상태로 지지될 수 있다.
상기 전극 탭 각각은 상기 전극 탭의 적어도 일부에 형성된 절연부를 포함하고, 상기 제1 벤딩부는 상기 절연부에 형성될 수 있다.
상기 인접한 복수개의 전극 탭은 상기 적어도 하나의 버스바 중 어느 하나에 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되고, 상기 전극 탭들 중 인접한 복수개의 전극 탭이 상호 접촉되고, 접촉된 상기 인접한 복수개의 전극 탭이 적어도 하나의 개구가 형성된 플레이트의 일측에서 삽입되어 상기 적어도 하나의 개구 중 어느 하나에 배치되며, 상기 인접한 복수개의 전극 탭은 상호 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 전극 탭들 중 상기 인접한 복수개의 전극 탭으로 구성된 전극 탭 그룹 각각이 상기 적어도 하나의 개구 각각에 대응하여 삽입될 수 있다.
상기 전극 탭 각각은, 상기 전극 탭 각각에서 적어도 일부가 일 방향으로 절곡되고, 나머지의 적어도 일부가 타 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 절곡된 각도는 80 내지 90일 수 있다.
상기 인접한 복수개의 전극 탭은, 상기 플레이트가 상기 인접한 복수개의 전극 탭 적어도 일부에 안착된 상태에서 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 플레이트 및 상기 인접한 복수개의 전극 탭은 레이저 용접에 의해 연결되는, 배터리 모듈 제조방법.
상기 레이저는 반복적으로 원형을 그리며 조사되고, 상기 원들의 중심은 상기 인접한 복수개의 전극 탭 말단면의 길이방향 축을 따라 위치될 수 있다.
상기 레이저는 상기 플레이트에 수직한 방향으로 조사될 수 있다.
상기 레이저 용접은, 상기 인접한 복수개의 전극 탭을 포함하는 인접한 복수개의 전지 셀 및 상기 플레이트 사이에 지그가 삽입된 상태에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 용접 등에 의한 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 레이저 용접 등에 의한 경우, 레이저를 버스바에 수직하게 조사할 수 있어 제조가 용이하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 레이저가 전지 셀로 직접 조사됨을 방지하여 제조 공정 간 발생할 수 있는 안전상의 문제를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 전지 셀 간 전기적 연결 시 전극 탭을 균일하게 녹일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 3개 이상의 전극 탭을 동시에 용이하게 용접할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 한 번의 용접 공정으로 복수개의 전지 셀을 연결할 수 있는 바, 제조 간 생산속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일측 사시도
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 버스바의 Ⅰ-Ⅰ단면을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 전지 셀 중 상호 인접한 복수개이 전지 셀을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바 개구에 두 개의 전극 탭이 삽입 및 고정된 모습을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바 개구에 세 개의 전극 탭이 삽입 및 고정된 모습을 나타낸 도면
도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전기적 연결상태를 정면에서 나타낸 도면이고, 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전기적 연결상태를 배면에서 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일측 사시도
도 8(a) 본 발명의 다른 실시예에 따라 적층된 복수개의 전지 셀 측으로 버스바가 접촉되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수개의 전극 탭에 버스바가 안착된 모습을 나타낸 도면
도 9(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 및 셀 바디 사이에 지그가 삽입된 모습을 나타낸 도면이고, 도 9(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바의 개구에 삽입된 전극 탭 그룹에 레이저가 조사되는 모습을 나타낸 도면
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극 탭 그룹에 레이저 용접이 행해지는 모습을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
한편, 본 명세서에서는 복수개의 전지 셀(10)이 나란히 배열되고 복수개의 전지 셀(10) 상측에 버스바(20)가 안착된 모습을 기준으로 서술하나, 이제 한정되는 것은 아니며 복수개의 전지 셀(10)이 지면에 수직한 방향으로 적층되고 복수개 전지 셀(10)의 수평방향 측면에서 버스바(20)가 부착될 수도 있음은 해당 기술분야의 통상의 기술자에 있어 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 일측 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 군집된 복수개의 전지 셀(10) 및 복수개의 전지 셀(10)을 상호 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 버스바(20)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상술한 복수개의 전지 셀(10) 각각은 내부에 전극 조립체(미도시 됨)를 수용하며 수지층 및 금속층을 포함하는 파우치 형태의 외장재(미도시 됨)로 포장된 셀 바디(11) 및 상기 셀 바디(11)에서 인출된 전극 탭(12)을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 적어도 하나의 버스바(20) 각각은 적어도 하나의 개구(23)가 형성된 플레이트(21)를 포함할 수 있고, 복수개의 전극 탭(12) 중 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 플레이트(21) 상에 형성된 적어도 하나의 개구(23) 중 어느 하나에 삽입되어 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 버스바(20)의 Ⅰ-Ⅰ단면을 나타낸 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)는 돌출부(22)를 포함할 수 있다. 돌출부(22)는 플레이트(21) 상에 개구(23)가 형성되는 위치에 형성될 수 있고, 돌출부(22)가 형성됨으로써 후술할 전극 탭 그룹(도 3에 도시됨)이 개구(23)에 삽입되는 것이 유도될 수 있다.
나아가, 플레이트(21)의 일측은 플레이트의 일측에서 전극 탭 그룹(13)이 진입하는 진입 공간의 너비가 개구(23)에 가까워질수록 감소하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)는 플레이트(21)의 적어도 일부가 두께 방향으로 관통 형성된 적어도 하나의 개구(23)를 포함할 수 있고, 이 때의 개구(23)는 슬릿(slit) 형상으로 형성될 수 있다.
이를 통해, 전극 탭(12)이 셀 바디(11) 일측에서 얇은 플레이트 형상으로 인출되는 경우, 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 상호 접촉된 상태로 슬릿 형상의 개구(23)에 용이하게 삽입될 수 있고, 차후 용접 등의 접합 과정에서, 삽입된 복수개의 전극 탭(12) 및 버스바(20)는 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상술한 적어도 하나의 버스바(20) 중 일부는 적어도 두 개의 개구(23)를 포함할 수 있고, 이를 통해, 적어도 4개의 전지 셀(10)이 버스바(20) 1개로 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(20) 및 복수개의 전지 셀(10) 간 전기적 연결관계는 후술하도록 한다.
한편, 적어도 두 개의 개구(23)는 기 결정된 간격을 가지고 플레이트(21)에 형성될 수 있는데, 기 결정된 간격은 결합되는 전지 셀(10)의 개수에 대응하여 결정될 수 있다. 즉, 4개의 전지 셀(10)이 하나의 버스바(20)를 통해 전기적으로 연결되는 경우, 플레이트(21)에 형성된 두 개의 개구(23)는 4개의 전지 셀(10)이 군집된 상태의 두께에 따라 결정될 수 있다. 한편, 전지 셀(10) 하나의 폭에 따라 개구(23) 간 간격이 달라질 수도 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 전지 셀(10) 중 상호 인접한 복수개의 전지 셀(10)을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(10)은 셀 바디(11) 및 셀 바디(11)에서 인출된 전극 탭(12)을 포함할 수 있다. 이 때. 전극 탭(12)은 전극조립체에서 전극 탭(12)이 돌출된 측면 외곽을 따라 외장재가 접합되어 형성된 테라스부(12a), 상기 테라스부(12a) 중 전극 탭(12)이 인출되는 위치에서 외장재의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부(12b) 및 절연부(12b)에서 인출되고, 적어도 일부가 상기 개구(23)에 삽입되는 전극 탭부(12c)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 하나의 개구(23)에 삽입 및 위치되기 위하여, 상술한 전극 탭(12)은 전극 탭(12) 각각에서 일부가 일 방향으로 절곡된 제1 벤딩부(121) 및 전극 탭(12) 각각에서 나머지의 적어도 일부가 타 방향으로 절곡된 제2 벤딩부(123)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)는 상호 반대 방향으로 절곡되어 형성될 수 있고, 제1 벤딩부(121)가 시계 방향으로 절곡되는 경우, 제2 벤딩부(123)는 반시계 방향으로 절곡되며, 제1 벤딩부(121)가 반시계 방향으로 절곡되는 경우, 제2 벤딩부(123)는 시계 방향으로 절곡 될 수 있다.
구체적으로, 복수개의 전지 셀(10) 중 인접한 전지 셀(10)에서 인출된 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 단부의 적어도 일부가 접촉되어 위치될 수 있고, 전극 탭 그룹(13)을 구성할 수 있다. 이 때, 인접한 복수개의 전극 탭(12) 각각의 적어도 일부가 상호 접촉되기 위해 전극 탭(12) 각각은 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)를 포함할 수 있고, 인접한 복수개의 전극 탭(12) 각각에서 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)가 형성되는 방향은 상호 상이한 바, 인접한 복수개의 전극 탭(12) 한 쌍은 상호 마주보며 접촉될 수 있다.
한편, 상술한 제1 벤딩부(121)는 절연부(12b) 외측의 전극 탭부(12c)가 벤딩되어 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 전극 탭(12) 중 절연부(12b)가 벤딩됨으로써 절연부(12b) 상에 벤딩부가 형성될 수도 있다. 위와 같이, 벤딩부가 절연부(12b)에 형성됨에 따라 배터리 모듈(1)에서 전극 탭(12)이 차지하는 부피를 최소화 할 수 있다.
또한, 전극 탭(12)의 절연부(12b) 상에 벤딩부가 형성되는 경우, 절연부(12b)가 찢어지거나 훼손되지 않는 범위 내에서 벤딩이 이루어질 수 있는 바, 절연부(12b)의 절연성능은 유지한 채 배터리 모듈(1) 내 전극 탭(12)이 차지하는 부피를 감소시킬 수 있고, 이를 통해, 전체 배터리 모듈(1)의 부피가 감소됨에 따라 배터리 모듈(1)의 에너지 밀도가 증대될 수 있다.
한편, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123) 각각은 상호 근사한 크기의 각도(θ1, θ2)로 절곡될 수 있고, 바람직하게는 80 내지 90의 각도(θ1 , θ2)로 절곡될 수 있다. 구체적으로, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)는 상호 반대 방향으로 절곡될 수 있는데, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)가 상호 근사한 크기로 절곡됨에 따라 개구(23)에 삽입되는 전극 탭(12) 단부가 플레이트(21)에 대해 직각에 가깝게 위치될 수 있고, 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 버스바(20)의 개구(23)에 용이하게 삽입될 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)가 80 내지 90의 각도(θ1 , θ2)로 형성됨에 따라 후술할 레이저 용접 과정에서 지그(40)의 삽입이 용이해질 수 있다. 다만, 레이저 용접과 관련된 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20) 개구(23)에 두 개의 전극 탭(12)이 삽입 및 고정된 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20) 개구(23)에 세 개의 전극 탭(12)이 삽입 및 고정된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4 및 5를 참조하면, 복수개의 전극 탭(12) 중 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 버스바(20)에 형성된 적어도 하나의 개구(23) 중 어느 하나에 삽입된 상태로 위치될 수 있다. 이 때, 복수개의 전극 탭(12) 중 인접한 복수개의 전극 탭(12)으로 구비된 전극 탭 그룹(13) 각각은 버스바(20)에 형성된 적어도 하나의 개구(23) 각각에 대응하여 삽입된 상태로 위치될 수 있다.
구체적으로, 전지 셀(10) 4개의 일측에 위치한 전극 탭(12) 4개 중 상호 인접하게 위치되어 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)에 의해 적어도 일부가 상호 접촉된 2개의 전극 탭(12)으로 구성된 전극 탭 그룹(13)은 버스바(20)의 개구(23) 중 어느 하나에 삽입된 상태로 위치될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 탭 그룹(13) 2개는 버스바(20)의 개구(23) 각각에 대응하여 삽입된 상태로 위치될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수개의 전지 셀(10) 중 인접한 전극 탭(12) 3개는 각각의 적어도 일부가 상호 접촉된 상태로 버스바(20)의 개구(23) 중 어느 하나에 삽입된 상태로 위치될 수 있다. 즉, 한번의 접합 공정으로 3개의 전지 셀(10)이 전기적으로 연결될 수 있는 바, 배터리 모듈(1) 제조 간 생산속도가 크게 향상될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 버스바(20)의 개구(23) 하나에 4개의 전지 셀(10)이 삽입 및 접합되는 등 버스바(20)의 개구(23) 하나에 상호 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 삽입 및 고정되는 방식이면 충분하다.
나아가, 전극 탭(12) 각각은 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123) 사이에 안착부(122)를 포함할 수 있고, 버스바(20)는 안착부(122)에 안착된 상태로 지지될 수 있다. 구체적으로, 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123) 사이의 안착부(122)는 버스바(20)의 플레이트(21)와 나란하게 위치될 수 있고, 버스바(20)는 전극 탭(12) 상의 안착부(122)에 안착되어 전극 탭(12)의 적어도 일부와 면상 접촉될 수 있다. 이를 통해, 버스바(20)는 전극 탭(12)의 안착부(122)와 면상 접촉된 상태로 지지되는 바, 외부 충격 등이 가해지는 경우에도, 버스바(20)와 전극 탭(12) 간의 연결 구조가 쉽게 훼손되지 않을 수 있고, 배터리 모듈(1)의 내구성이 증대될 수 있다.
한편, 복수개의 전지 셀(10) 사이에는 탄성부재(30)가 개재될 수 있다. 상술한 탄성부재(30)는 스웰링(swelling)에 의해 전지 셀(10)이 부푸는 것을 완충할 수 있고, 외부 충격 및 진동이 전지 셀(10)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 탄성부재(30)는 전지 셀(10) 사이 마다 배치되는 것에 한정되지 않고, 전지 셀(10) 2개 묶음 또는 전지 셀(10) 3개 묶음 사이 마다 배치되는 등 필요에 따라 선택될 수 있다.
한편, 상술한 전극 탭(12) 4개는 모두 동일한 전극으로 위치됨으로써 전지 셀(10) 4개가 상호 병렬연결 될 수도 있고, 하나의 전극 탭 그룹(13)에서 2개의 전극 탭(12) 상호 간은 동일한 전극으로 위치되어 병렬 연결되고, 2개의 전극 탭 그룹(13) 상호 간은 상호 상이한 전극으로 위치되어 직렬로 연결되는 등 다양한 방식으로 연결될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 버스바(20) 하나에 복수개의 개구(23)가 형성될 수 있고, 버스바(20)에 연결되는 복수개의 전지 셀(10)이 병렬 또는 직렬 등 다양하게 연결될 수 있는 바, 버스바(20)의 형상을 변형하지 않은 채 사용자의 필요에 따라 복수개의 전지 셀(10) 간 다양한 방식의 전기적 연결이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20)의 개구(23)에 삽입된 인접한 복수개의 전극 탭(12) 끝단부에는 용접 등의 접합공정 과정에서 비드(bead)(14)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 전극 탭 그룹(13) 및 버스바(20) 간이 연결되고, 복수개의 전지 셀(10) 상호 간 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 전기적 연결상태를 정면에서 나타낸 도면이고, 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 전기적 연결상태를 배면에서 나타낸 도면이다(즉, 도면상 도 6(a)의 좌측단의 전지 셀(10)은 도 6(b)의 우측단의 전지 셀(10)이다).
도 6 (a) 및 (b)를 참조하면, 2개 이상의 전지 셀(10)이 버스바(20)를 통해 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체로 형성될 수 있고, 병렬집합체는 복수개 구비되어 상호 직렬 연결됨으로써 배터리 모듈(1)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 명세서 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 전방에서 봤을 때 전지셀 2개의 (-)극이 버스바(20)를 통해 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(100a)로 형성될 수 있고, 상술한 병렬집합체(100a)는 (+)극이 병렬 연결된 병렬집합체(100b)와 나란히 배치되어 상호 직렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 복수개의 전지 셀(10) 일 방향을 기준으로 상호 상이한 전극의 병렬집합체(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f) 6개가 구비되어 복수개의 버스바(20)를 통해 직렬 연결될 수 있다. 즉, 총 12개의 전지 셀(10)이 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 전지 셀(10) 3개가 동일한 전극으로 병렬 연결되어 하나의 병렬집합체(미도시 됨)로 형성될 수도 있고, 상기 병렬집합체가 복수개 구비되어 직렬 연결될 수도 있다.
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)(1)은 버스바(20)를 통해 하나의 버스바(20)에 연결될 전지 셀(10)의 개수를 자유롭게 선택할 수 있고, 복수개 전지 셀(10) 간 병렬연결 개수 및 직렬연결 개수를 자유롭게 선택 할 수 있는 바, 배터리 모듈(1)(1)의 구성 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 일측 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 적어도 하나의 버스바(20) 외측에 위치되어 버스바(20)를 감싸도록 형성된 버스바 커버부(200)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상술한 버스바 커버부(200)는 적어도 하나의 버스바(20) 외측을 덮는 형상으로 위치될 수 있는 바, 외부 이물질 등으로부터 버스바(20)를 보호할 수 있다. 또한, 버스바 커버부(200)는 절연 재질로 형성될 수 있어 복수개의 전지 셀(10)과 연결된 버스바(20)의 외부 물체와의 통전 가능성을 최소화 할 수 있다.
한편, 버스바 커버부(200)는 복수개의 버스바(20)와 결합될 수 있는 바, 버스바(20) 간의 위치를 고정 및 지지할 수 있다.
이 때, 버스바 커버부(200) 및 복수개의 버스바(20) 간의 연결은 용접 등 융착 방식에 의해 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 버스바 커버부(200)의 배면이 복수개의 버스바(20) 형상에 대응되게 형성되고, 적어도 일부에 소정 탄성을 구비한 걸림부(미도시 됨)가 형성됨으로써 복수개의 버스바(20)가 걸림부를 통해 버스바 커버부(200)에 체결되는 등 버스바 커버부(200) 및 복수개의 버스바(20)가 결합될 수 있는 방식이면 충분하다.
도 8(a) 본 발명의 다른 실시예에 따라 적층된 복수개의 전지 셀(10) 측으로 버스바(20)가 접촉되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수개의 전극 탭(12)에 버스바(20)가 안착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수개의 전지 셀(10)이 적층되고, 복수개의 전지 셀(10) 중 인접한 전지 셀(10)의 복수개의 전극 탭(12)이 상호 접촉되고, 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 적어도 하나의 개구(23)가 형성된 플레이트(21)의 일측에서 삽입되어 적어도 하나의 개구(23) 중 어느 하나에 배치될 수 있다.
구체적으로, 각각이 전극 탭(12)을 포함하는 복수개의 전지 셀(10)이 적층될 수 있고, 이 때, 복수개의 전극 탭(12) 중 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 상호 접촉되어 전극 탭 그룹(13)을 형성할 수 있다.
더 구체적으로, 전극 탭(12) 각각은 전극 탭(12) 각각에서 전어도 일부가 일 방향으로 절곡될 수 있고, 나머지의 적어도 일부가 타 방향으로 절곡될 수 있다. 이를 통해, 제1 벤딩부(121) 제2 벤딩부(123)가 형성될 수 있으며, 인접한 복수개의 전극 탭(12) 각각은 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)가 상호 반대 방향으로 형성됨으로써 적어도 일부가 접촉되어 상호 마주보는 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 전극 탭(12) 각각은 80 내지 90의 각도로 절곡될 수 있고, 이를 통해, 버스바(20)가 전극 탭(12)에 용이하게 안착될 수 있으며, 용접 등의 접합 공정 전 지그(40)의 삽입이 용이해질 수 있다.
이후, 적어도 하나의 개구(23)가 형성된 플레이트(21)를 포함하는 적어도 하나의 버스바(20)가 적층된 복수개의 전지 셀(10) 측으로 이동될 수 있고, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 복수개의 전극 탭에 안착될 수 있다. 이 때, 전극 탭(12)들 중 인접한 복수개의 전극 탭(12)으로 구성된 전극 탭 그룹(13) 각각이 버스바(20)의 적어도 하나의 개구(23) 각각에 대응하여 삽입될 수 있다.
한편, 인접한 복수개의 전극 탭(12)이 접촉된 상태의 전극 탭 그룹(13) 적어도 일부는 버스바(20)의 외측으로 돌출되게 배치될 수 있고, 이를 통해, 작업자는 차후 용접 등의 접합 과정에서 용접 위치를 육안으로 확인할 수 있고, 용접되는 부분(132)을 용이하게 추적할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 버스바(20)는 전극 탭(12)의 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123) 사이의 안착부(122)에 안착되어 위치될 수 있는 바, 용접 간 그 위치가 지지될 수 있고, 용접 등의 접합 공정 간 버스바(20)의 위치가 변동되어 생길 수 있는 작업 오차를 최소화 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따라 배터리 모듈(1)이 제조되는 경우, 전극 탭(12)이 벤딩되어 위치되는 바, 단순히 전극 탭(12)이 벤딩 가공되지 않고 버스바(20)에 수직하게 위치되는 경우에 비하여, 용접이 이루어지는 전극 탭(12) 단부와 전지 셀(10)에서 전극 탭(12)이 인출되는 부위까지의 거리가 증가될 수 있다. 이를 통해, 용접 등의 접합 과정에서 온도에 민감한 전지 셀(10)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 레이저 용접 등에 의해 버스바(20) 및 전극 탭(12)이 접합되는 경우, 레이저(도 9(b)에 도시됨)가 전극 탭(12) 및 버스바(20)의 돌출부(22) 사이 틈으로 직접 조사되어 셀 바디(11)까지 도달하는 것을 방지할 수 있고, 용접 시 레이저(L)를 전극 탭(12) 돌출 방향에 대하여 경사지게 조사하는 등의 제한사항을 최소화 할 수 있는 바, 배터리 모듈(1) 제조 간 생산속도가 향상되고, 용접 오차를 최소화 할 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바(20) 및 셀 바디(11) 사이에 지그(40)가 삽입된 모습을 나타낸 도면이고, 도 9(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바(20)의 개구(23)에 삽입된 전극 탭 그룹(13)에 레이저(L)가 조사되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 복수개의 전극 탭(12) 상에 버스바(20)가 안착된 후, 버스바(20) 및 복수개의 전지 셀(10) 사이에는 지그(40)가 삽입될 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 전극 탭(12)의 제1 벤딩부(121) 및 제2 벤딩부(123)가 80 내지 90로 형성됨에 따라 지그(40)는 전극 탭(12)의 안착부(122) 및 셀 바디(11) 사이에 용이하게 삽입될 수 있고,
이를 통해, 레이저 용접 등의 접합 과정에서 용접 간 안정성을 확보할 수 있다. 구체적으로, 인접한 복수개 전극 탭(12)의 안착부(122) 및 셀 바디(11) 사이의 공간에 지그(40)가 삽입될 수 있고, 지그(40)는 후술할 레이저 용접 시 레이저(L)가 조사되는 방향의 전극 탭 그룹(13) 하측에 위치됨으로써, 과도한 레이저(L) 조사로 인해 레이저(L)가 셀 바디(11)에 직접 조사되어 발생할 수 있는 폭발, 화재 등의 위험을 방지할 수 있다.
한편, 인접한 복수개의 전극 탭(12) 안착부(122) 및 셀 바디(11) 사이에 지그(40)가 삽입된 후, 버스바(20)의 외측으로 돌출된 전극 탭 그룹(13)의 적어도 일부 및 버스바(20)는 접합되어 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 버스바(20) 및 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 레이저 용접에 의해 연결될 수 있고, 이 때의 레이저(L)는 버스바(20)의 플레이트(21)에 수직한 방향으로 조사될 수 있다.
이를 통해, 작업자는 단순히 버스바(20)의 상측에서 버스바(20) 외측으로 돌출된 전극 탭 그룹(13)의 적어도 일부를 향해 레이저(L)를 조사할 수 있고, 특별히 전극 탭(12)의 돌출되는 방향에 대해 경사지게 조사하는 등의 공정상 제한이 따르지 않은 바, 용접 간 간 작업 속도 및 정확도가 크게 향상될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 3개 이상의 인접한 전극 탭(12)이 접촉되어 하나의 개구(23)에 삽입 및 고정되고, 용접 등을 통해 버스바(20)와 전기적으로 연결될 수도 있으나, 구체적인 내용은 상술한 내용과 동일한 바 생략한다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극 탭 그룹(13)에 레이저 용접이 행해지는 모습을 나타낸 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상술한 레이저 용접은 전극 탭 그룹(13)의 말단면에 일정한 간격을 두어 행해질 수 있고, 일직선으로 행해지지 않고 레이저(L)가 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 그 원들의 중심이 전극 탭 그룹(13) 말단면의 길이 방향 축(131)을 따라 위치될 수 있다.
위와 같이, 원형이 반복되며 중첩되어 진행되는 와블형식(wobble type) 용접을 통해 전극 탭 그룹(13)의 용접부위(132)를 균일하게 녹일 수 있고, 특히, 정밀한 용접에 효과적으로 적용할 수 있어, 고열에 취약한 전지 셀(10)에 포함되는 전극 탭(12)에 대한 용접 과정에서 배터리 모듈(1) 제조 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 레이저 용접은 일정한 간격을 두어 행해지는 것에 한정되지 않고, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 레이저(L)는 전극 탭 그룹(13)의 말단면에 연속적으로 조사될 수도 있고, 그에 따라 전극 탭 용접부(132)는 일직선의 연속된 형상으로 형성될 수도 있다.
나아가, 상술한 바와 같이 레이저(L)가 원형을 그리며 조사됨에 따라, 버스바(20)의 외측으로 돌출된 전극 탭 그룹(13)의 적어도 일부가 용융됨으로써 상술한 비드(14)가 형성될 수 있고, 버스바(20) 및 인접한 복수개의 전극 탭(12)은 접합됨으로써 복수개의 전지 셀(10)이 상호 전기적으로 연결할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 배터리 모듈
10 : 전지 셀
100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f : 병렬집합체
11 : 셀 바디
12 : 전극 탭
121 : 제1 벤딩부
122 : 안착부
123 : 제2 벤딩부
12a : 테라스부
12b : 절연부
12c : 전극 탭부
13 : 전극 탭 그룹
131 : 전극 탭 말단면 길이방향 축
132 : 용접부
14 : 비드
20 : 버스바
21 : 플레이트
22 : 돌출부
23 : 개구
200 : 버스바 커버부
30 : 탄성부재
40 : 지그
L : 레이저
θ1 : 제1 벤딩부 각도
θ2 : 제2 벤딩부 각도

Claims (12)

  1. 각각이 셀 바디와, 상기 셀 바디에서 인출된 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 및
    상기 복수개의 전지 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 버스바;를 포함하되,
    상기 버스바는,
    적어도 하나의 개구가 형성되는 플레이트를 포함하고,
    상기 전극 탭 각각은,
    상기 전극 탭의 적어도 일부를 형성하며, 전기적으로 절연되는, 절연부;
    상기 셀 바디와 인접하여 배치되며, 상기 절연부를 일 방향으로 절곡하여 형성되며, 상기 절연부에 의해 감싸지는, 제1 벤딩부; 및
    상기 제1 벤딩부에서 연장되어 상기 버스바를 지지하는 안착부를 포함하며,
    상기 전극 탭들 중 인접한 복수개의 전극 탭은,
    상기 플레이트의 상기 적어도 하나의 개구 중 어느 하나에 삽입되며, 레이저 용접에 의해 상호 전기적으로 연결되는,
    배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 버스바는 적어도 두 개의 개구를 포함하는, 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구는 슬릿(slit)으로 형성된, 배터리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭들 중 상기 인접한 복수개의 전극 탭으로 구성된 전극 탭 그룹 각각은 상기 적어도 하나의 개구 각각에 대응하여 삽입된, 배터리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 벤딩부가 절곡된 각도는 80° 내지 90°인, 배터리 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 인접한 복수개의 전극 탭은 상기 버스바에 의해 병렬 연결되는, 배터리 모듈.
  7. 각각이 셀 바디와, 상기 셀 바디에서 인출된 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되고,
    상기 전극 탭들 중 인접한 복수개의 전극 탭이 상호 접촉되고,
    접촉된 상기 인접한 복수개의 전극 탭이 적어도 하나의 개구가 형성된 플레이트의 일측에서 삽입되어 상기 적어도 하나의 개구 중 어느 하나에 배치되며,
    상기 플레이트 및 상기 인접한 복수개의 전극 탭은 레이저에 의해 용접되어 상호 전기적으로 연결되고,
    상기 전극 탭 각각은,
    상기 전극 탭의 적어도 일부를 형성하며, 전기적으로 절연되는, 절연부;
    상기 셀 바디와 인접하여 배치되며, 상기 절연부를 일 방향으로 절곡하여 형성되며, 상기 절연부에 의해 감싸지는, 제1 벤딩부; 및
    상기 제1 벤딩부에서 연장되는 안착부를 포함하고,
    상기 레이저 용접은,
    상기 셀 바디와 상기 플레이트의 사이에 지그가 삽입된 상태에서 이루어지는,
    배터리 모듈 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전극 탭들 중 상기 인접한 복수개의 전극 탭으로 구성된 전극 탭 그룹 각각이 상기 적어도 하나의 개구 각각에 대응하여 삽입되는, 배터리 모듈 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 벤딩부가 절곡된 각도는 80° 내지 90°인, 배터리 모듈 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 인접한 복수개의 전극 탭은,
    상기 플레이트가 상기 인접한 복수개의 전극 탭 적어도 일부에 안착된 상태에서 상호 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이저는 반복적으로 원형을 그리며 조사되고,
    상기 원들의 중심은 상기 인접한 복수개의 전극 탭 말단면의 길이방향 축을 따라 위치된, 배터리 모듈 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이저는 상기 플레이트에 수직한 방향으로 조사되는, 배터리 모듈 제조방법.


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