WO2015152527A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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WO2015152527A1
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electrode
terminal
bus bar
electrode leads
battery module
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최종운
강달모
성준엽
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, to a battery module including a structure in which three or more secondary cells are connected in parallel, and a technique in which a novel coupling structure of an electrode lead and a bus bar is applied.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which such a positive electrode active material and a negative electrode active material are respectively coated with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, according to a shape of a case.
  • the battery pack of the hybrid vehicle or the electric vehicle includes a plurality of secondary batteries, and the plurality of secondary batteries are connected to each other in series and in parallel to improve capacity and output.
  • the serial connection or parallel connection between the secondary batteries may be determined in various forms according to the output, capacity, structure, etc. of the battery pack in consideration of the device to which the battery pack is applied. Accordingly, the secondary batteries are connected in various series connection and parallel connection forms to form a battery module, and the battery modules may be included in one or more battery packs. In particular, the battery module may be configured in a form in which three or more secondary cells are connected in parallel in some cases.
  • electrode leads of the same polarity need to be coupled to each other through a bus bar, and welding is performed to maintain the coupling state stably. many.
  • the laser welding method is mentioned typically.
  • the electrode leads when welding a plurality of electrode leads, for example, three or more electrode leads overlap with each other in a state where the busbars are overlapped with each other, there is a problem in that welding reliability is not properly secured. That is, as the number of electrode leads welded to the busbar increases, the electrode leads may not be properly welded to the busbar, the welding itself may not be performed, or even if the welding is performed, the weld parts may fall during subsequent manufacturing or use processes. have.
  • the battery module may be degraded or malfunction, and the separated electrode lead may cause a short circuit inside the battery module. There is a risk of fire or explosion.
  • the welding method is limited to the ultrasonic welding method, and thus there is a problem in that the degree of freedom in design and processing is greatly reduced.
  • the ultrasonic welding method has a problem that the welding strength is not large compared to the laser welding method and the cost may be increased due to the replacement of consumables such as horns and anvils.
  • a welding process may be complicated, a space occupied by the busbars in the battery module may increase, and a cost may increase.
  • the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to use the laser welding method in a configuration in which three or more electrode leads are coupled to one bus bar, the bonding force is enhanced and the processability is improved and
  • An object of the present invention is to provide a battery pack including the same, and a vehicle to which the battery module is applied.
  • Battery module for achieving the above object, a plurality of secondary batteries having an electrode assembly, a case and an electrode lead; And a coupling part formed in a plate shape, and the electrode leads of the same polarity provided in each of three or more secondary batteries are coupled to the coupling part, and two or more electrode leads are in contact with one end of the coupling part in a state of being stacked on each other. And at least one other electrode lead in contact with the other end of the terminal busbar.
  • one electrode lead is in contact with the other end of the coupling portion of the terminal bus bar.
  • each of the electrode leads may be bent in a portion, and an end portion of the bent portion may be in contact with the terminal busbar.
  • the two or more electrode leads and the other one or more electrode leads may be bent in opposite directions to each other at both ends of the coupling portion to be in contact with the terminal busbar.
  • the at least two electrode leads and the at least one other electrode lead are bent in the vertical direction.
  • the at least two electrode leads and the at least one other electrode lead are in contact with the same surface of the coupling portion of the terminal busbar.
  • the coupling portion of the terminal busbar may be interposed between the end of the electrode lead and the case to be in contact with the electrode lead.
  • the two or more electrode leads and the coupling portion of the terminal busbar are coupled by laser welding.
  • the battery module according to the present invention further includes an inter busbar connected to electrode leads of different polarities.
  • the inter busbar may include a first coupling portion and a second coupling portion formed in a plate shape, and a connection portion connecting the first coupling portion and the second coupling portion, respectively, Three or more electrode leads of different polarities are coupled to the second coupling portion, and the first coupling portion and the second coupling portion are in contact with one end in a state in which two or more electrode leads are stacked on each other, and the other 1 More than one electrode lead is in contact with the other end.
  • terminal busbars are included.
  • the battery module according to the present invention further includes a support member for supporting the two or more terminal busbars.
  • two or more of the supporting members may be included and provided at opposite sides of the secondary battery, respectively.
  • the terminal busbar further includes a terminal portion connected to an electrode terminal of the battery module and bent in a direction perpendicular to the coupling portion.
  • the secondary battery is a pouch type secondary battery.
  • the pouch type secondary battery includes an electrode lead such that the positive electrode lead and the negative electrode lead protrude in opposite directions.
  • the battery pack according to the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the welding strength of the bus bar and the electrode lead may be improved by reducing the number of electrode leads overlapping on the bus bar.
  • three or more electrode leads are coupled to one bus bar by contact, and the coupling part may be applied to the ultrasonic welding method as well as the laser welding method.
  • a battery module including a configuration in which three or more secondary cells are connected in parallel, such as a 3P (Parellel) connection configuration
  • 3P Parellel
  • the ultrasonic welding method as well as the laser welding method can be used when welding the bus bar and the electrode lead, the freedom of design and process application of the battery module can be increased.
  • the welding strength is stronger than that of ultrasonic welding method, and there is no cost of replacing consumables such as horns and anvils, and according to this aspect of the present invention, the bonding force between the electrode lead and the busbar is stably secured and manufactured. The cost can also be lowered.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a partial configuration of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing only a part of a configuration in which a pouch type secondary battery is stacked using a stacking frame in the configuration of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a top view of the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4.
  • FIG. 7 is an enlarged view of portions C1 and C2 of FIG. 4.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion D of FIG. 4.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of some components of FIG. 1.
  • a battery module according to the present invention includes a plurality of secondary cells 100 and a terminal bus bar 200.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly, a case 120, and an electrode lead 110.
  • An electrolyte may be accommodated in the case 120 of the secondary battery 100.
  • the electrode lead 110 may include a positive electrode lead and a negative electrode lead, and the positive electrode lead may be connected to the positive electrode plate of the electrode assembly, and the negative electrode lead may be connected to the negative electrode plate of the electrode assembly.
  • the secondary battery 100 may be a pouch type secondary battery.
  • the case 120 may be a pouch exterior material.
  • Such a pouch packaging material may be configured in a form in which a metal thin film such as aluminum is interposed between insulating layers.
  • a connection configuration of a plurality of secondary batteries 100 may be easier.
  • the battery module according to the present invention may further include a stacking frame 400 for stacking the pouch type secondary battery.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing only a part of a configuration in which the pouch type secondary battery 100 is stacked using the stacking frame 400 in the configuration of FIGS. 1 and 2. In the configuration of FIG. 3, only four pouch-type secondary batteries 100 and two stacking frames 400 are illustrated for convenience of description.
  • the stacking frame 400 is a component used to stack the pouch type secondary battery 100, and is configured to hold the secondary battery 100 to prevent its flow and to be stacked on each other. Assembly of the battery 100 may be guided.
  • the stacking frame 400 may be replaced with various other terms such as a cartridge, and may be configured in the form of a rectangular ring with a hollow central portion. In this case, four corners of the stacking frame 400 may be located at an outer circumferential portion of the secondary battery 100. In addition, secondary batteries 100 may be located on both sides of the stacking frame 400, respectively.
  • the battery module according to the present invention may further include a cooling fin 410.
  • the cooling fins 410 may be made of a thermally conductive material such as aluminum to allow heat exchange with the secondary battery 100.
  • the cooling fin 410 may be configured to be inserted into the center of the stacking frame 400. Therefore, when the secondary batteries 100 are stacked using the stacking frame 400, the secondary batteries 100 may be configured to have a cooling fin 410 interposed between the secondary batteries 100. Meanwhile, the cooling fins 410 may be coupled to the stacking frame 400 by insert molding.
  • the two electrode leads 110 may be provided to protrude in opposite directions to each other, as illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • the pouch-type secondary battery 100 may be configured such that the shape viewed in the horizontal direction with respect to FIG. 3 is a quadrangular shape having approximately four sides.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead are located on opposite sides. It may be provided to protrude from the side.
  • at least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead may protrude in the front direction, and the other may protrude in the rear end direction. have.
  • each electrode lead 110 can be sufficiently large.
  • the contact area between the electrode lead 110 and the terminal bus bar 200 is widened, so that the coupling process between the electrode lead 110 and the terminal bus bar 200 can be performed more easily.
  • the amount of heat generated at the contact portion between the 110 and the terminal bus bar 200 may be reduced.
  • the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and the positive lead and the negative lead may be positioned on the same side of each other, or may be positioned on adjacent sides of each other.
  • the terminal bus bar 200 includes a coupling part 210 formed in a plate shape, and the electrode lead 110 is coupled to a flat surface of the coupling part 210.
  • the electrode lead 110 is coupled to a flat surface of the coupling part 210.
  • three or more electrode leads 110 may be coupled to the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • a configuration in which the coupling portion 210 and the electrode lead 110 of the terminal bus bar 200 are coupled to each other will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 is a top view of the configuration of FIG. 1, and FIG. 5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4.
  • FIG. 4 six stacking frames 400 are stacked in left and right directions, and two secondary batteries 100 may be accommodated in each stacking frame 400.
  • the coupling configuration of the terminal busbar 200 and the electrode lead 110 in the upper left portion is as shown in FIG. 5.
  • the terminal bus bar 200 is formed in a plate shape and includes a coupling part 210 having wide sides at both sides.
  • the wide surface of the coupling part 210 is disposed to face in the upper direction and the lower direction.
  • the electrode lead 110 provided in the secondary battery 100 is formed in a plate shape and has wide surfaces at both sides thereof, and one of the wide surfaces thereof is in contact with the wide surface of the coupling portion 210. Can be combined.
  • three electrode leads 110 may be coupled to the coupling portion 210 of one terminal bus bar 200.
  • the three electrode leads 110 may be provided in three different secondary batteries 100, respectively, and may have the same polarity.
  • all three electrode leads 110 shown in FIG. 5 connected to one terminal bus bar 200 may be positive electrode leads.
  • the three secondary batteries 100 may be connected in parallel with each other.
  • two or more electrode leads 110 of the three or more electrode leads 110 may be formed.
  • One end of the coupling part 210 may be in contact with each other in a stacked state, and the remaining one or more electrode leads 110 may be in contact with the other end of the coupling part 210.
  • the two bus bars are at least partially, in particular, the terminal bus bar 200 with the ends overlapping each other.
  • Contact the left end of the coupling portion 210 of the, and the remaining one electrode lead 110 may be configured such that at least a portion, in particular the end thereof in contact with the right end of the coupling portion 210 of the terminal busbar 200. .
  • the coupling portion of the electrode lead 110 and the terminal bus bar 200 may be fixed to each other by performing a welding process, as indicated by L in FIG. 5.
  • one or two electrode leads 110 overlap with the coupling portion 210 of one terminal bus bar 200. Therefore, laser welding may be performed to mutually fix the contact portion of the electrode lead 110 and the terminal busbar 200 as indicated by L.
  • FIG. In the case of laser welding, it is difficult to weld to the busbar in a state where three or more electrode leads 110 are overlapped, but according to the configuration of the present invention, three or more electrode leads 110 are coupled to one terminal busbar 200. However, since the maximum number of overlapping electrode leads 110, it is possible to combine the laser welding method.
  • a laser welding method may be adopted at the time of coupling between the electrode lead 110 and the terminal busbar 200.
  • the welding strength is higher than that of other welding methods, such as ultrasonic welding, so that the welding reliability can be secured, and the cost of replacing consumables such as horns and anvils used in the ultrasonic welding method can be secured. Can be reduced.
  • the laser welding method to be used together with other methods such as ultrasonic welding, the freedom of design and manufacturing process for the battery module and the battery pack can be increased due to the availability of various welding methods.
  • the electrode lead 110 may be bent to have a bent portion, and an end portion of the bent portion may contact the terminal bus bar 200.
  • each of the three electrode leads 110 is bent at a portion indicated by C, and an end portion of the bent portion is coupled to the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200. Can be combined in contact.
  • the plurality of electrode leads 110 in contact with the coupler 210 of the terminal busbar 200 may be bent in opposite directions at both ends of the coupler 210 to be connected to the terminal busbar 200. Can be contacted.
  • the two left electrode leads 110 are bent in the right direction.
  • the right one electrode lead 110 is bent in the left direction to the right end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 Can be contacted.
  • the plurality of electrode leads 110 may be bent in a vertical direction so that the bent end may contact the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • the left two electrode leads 110 are in the right direction 90 degrees.
  • the right one electrode lead 110 is coupled to the terminal bus bar 200 in a form bent 90 degrees in the left direction May be in contact with the unit 210.
  • the coupling portion of the terminal bus bar 200 formed in a flat plate form ( 210 can be easily coupled.
  • the terminal bus bar 200 may be contacted at any part of the left end portion or the right end portion of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200. It can be stably in contact with the wide surface of the flat coupling portion (210) of.
  • the bent ends of the two electrode leads 110 overlap with the left end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200, and the bent end contacts the terminal bus bar 200.
  • one electrode lead 110 is bent alone at the right end of the coupling portion 210, the bent end is contacted, but the present invention is not necessarily limited to this embodiment.
  • one electrode lead 110 is bent to the left end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 and the bent end is contacted, and the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 is contacted.
  • the two electrode leads 110 may be bent in a state where the two electrode leads 110 overlap each other, and the bent ends may be in contact with each other.
  • three or more electrode leads 110 coupled to one terminal bus bar 200 may contact the same surface of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • the coupling part 210 of the terminal bus bar 200 may be formed in a plate shape and may have a wide surface at the top and the bottom thereof, respectively, the left two electrode leads 110 and the right one electrode lead 110. All may contact the outer surface of the coupling portion 210 of the terminal busbar 200 or both may contact the inner surface.
  • the outer surface means a surface opposite to the side where the case 120 of the secondary battery 100 is located among both surfaces of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200, and the inner surface is the secondary battery 100. The side surface of the case 120 is located.
  • both the left two electrode leads 110 and the right one electrode lead 110 are formed on the upper side surface of the coupling portion 210 of the terminal busbar 200, that is, the outer surface. Can be contacted.
  • the coupling part 210 of the terminal bus bar 200 may be interposed between the end of the electrode lead 110 and the case 120 of the secondary battery 100 to be in contact with the electrode lead 110. That is, in the configuration of FIG. 5, the coupling part 210 of the terminal bus bar 200 may be coupled to contact the inner surface of the electrode lead 110.
  • the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 is the electrode Without being easily separated from the lead 110, the bonding state with the electrode lead 110 may be more firmly maintained. That is, in the configuration of FIG. 5, the bent end of the electrode lead 110 is located on the upper side surface of the coupling portion 210 of the terminal busbar 200, whereby the terminal busbar 200 moves in the upper side direction. It can play a role of holding it.
  • the terminal bus bar 200 is sandwiched between the bent end of the electrode lead 110 and the main body of the secondary battery 100, and thus, the front side of the battery module is disposed on the front side of the battery module.
  • the located terminal busbar 200 may not be easily separated in the front direction.
  • the terminal bus bar 200 in the state in which the electrode lead 110 is bent in FIG. As indicated by the arrow, it may be manufactured to be slidably inserted into the space between the bent end of the electrode lead 110 and the case 120 from the upper to the lower direction.
  • the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 may have a protrusion having a shape protruding outwardly on the outer surface.
  • the protrusions may be interposed between the bent ends of the electrode leads 110 coupled to the outer surface of the terminal busbar 200.
  • a protrusion protruding in the front side direction may be provided on the front side surface, that is, the outer surface of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • one or two electrode leads 110 may be contacted in a bent form to the left and right ends of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200, respectively.
  • the protrusions formed on the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200 may be located between the bent ends of the one or two electrode leads 110.
  • the protrusion of the terminal busbar 200 is bent at the left end of the terminal busbar 200 and the right side of the end of the electrode lead 110 contacted and the terminal busbar ( It may be located at the left end of the electrode lead 110 is bent and contacted at the right end of the 200.
  • the projection of the terminal bus bar 200 may serve as a guide during the insertion process of the terminal bus bar 200 and the electrode lead 110.
  • the terminal bus bar 200 may be formed.
  • the terminal bus bar 200 may be inserted while the protrusion is positioned between the bent ends of the electrode lead 110. Therefore, according to this configuration of the present invention, when the terminal bus bar 200 is inserted and moved, it may be easier to position.
  • the protrusion may serve to prevent the terminal bus bar 200 from moving in the left and right directions in a state in which the terminal bus bar 200 is coupled with the electrode lead 110. Strengthen the bonding force.
  • terminal bus bar 200 may include a terminal bus bar 200 coupled to three or more positive electrode leads and a terminal bus bar 200 coupled to three or more negative electrode leads, respectively.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4.
  • three electrode leads 110 are coupled to the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • the battery module illustrated in FIG. 4 includes a total of 12 secondary batteries 100, when the three electrode leads 110 positioned in the A portion are the anode leads, the three electrode leads 110 positioned in the B portion are provided. May be a negative electrode lead.
  • one of the three electrode leads 110 of the three electrode leads 110 included in the different secondary batteries 100 contacts the left end of the terminal bus bar 200,
  • the remaining two right electrode leads 110 may contact the right end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • the left one electrode lead 110 is bent 90 degrees in the right direction, the bent end may be in contact with the left end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200, the right two electrode leads 110 ) May be bent 90 degrees in a left direction so that the bent end may contact the right end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • the coupling portion of the one electrode lead 110 and the terminal bus bar 200 in contact with the left end of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200, similarly to the configuration of FIG. 5.
  • Two electrode leads 110 in contact with the right end may be in contact with the same surface of the coupling portion 210 of the terminal bus bar 200.
  • both the left one electrode lead 110 and the right two electrode leads 110 may be in contact with the upper surface, that is, the outer surface, of the coupling portion 210 of the terminal busbar 200.
  • the coupling part 210 of the bus bar 200 may be interposed between the end of the electrode lead 110 and the case 120.
  • the terminal bus bar 200 may further include a terminal unit 220.
  • the terminal unit 220 may be referred to as a portion directly or indirectly connected to the electrode terminal of the battery module in the terminal bus bar 200.
  • the terminal 220 may be configured in the form of a plate, and may be configured to be bent in a vertical direction with the coupling portion 210 to which the electrode lead 110 is coupled.
  • the coupling part 210 of the terminal bus bar 200 is configured to be erected in the vertical direction, and the terminal part 220 is perpendicular to the coupling part 210. It may be configured to be laid down in the front-rear direction, that is, the horizontal direction.
  • the electrode terminal that is, the positive terminal or the negative terminal may be configured in the form of a bolt standing in the vertical direction, in order to facilitate the coupling with the electrode terminal of this type, in order to insert the electrode terminal on one side of the terminal portion 220
  • Concave grooves may be formed.
  • a U-shaped groove may be formed at the front end side of the terminal portion 220, and an electrode terminal may be inserted into and contact with the groove.
  • the battery module according to the present invention may further include an inter busbar 300.
  • the inter busbar 300 may be connected to electrode leads 110 having different polarities, and in particular, three or more positive electrode leads and three or more negative electrode leads may be in contact with one inter bus bar 300. have.
  • a coupling configuration of the inter busbar 300 with the electrode lead 110 will be described in more detail with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 is an enlarged view of portions C1 and C2 of FIG. 4, and FIG. 8 is an enlarged view of portion D of FIG. 4.
  • the inter bus bar 300 may include a first coupling part 310, a second coupling part 320, and a connection part 330.
  • the inter bus bar 300 may be combined with six or more electrode leads 110.
  • the first coupling part 310 and the second coupling part 320 may be configured in the form of a plate having a wide surface, and three or more electrode leads 110 may be coupled to each other.
  • three electrode leads (left) are positioned on the left side of the first coupling portion 310. 110 may be coupled, and three electrode leads 110 positioned on the right may be coupled to the second coupling portion 320.
  • the electrode lead 110 coupled to the first coupling portion 310 and the electrode lead 110 coupled to the second coupling portion 320 may have different polarities.
  • the left three secondary batteries 100 are the same secondary batteries 100 as the three secondary batteries 100 shown in FIG. 5. can do. Therefore, when all three electrode leads 110 shown in FIG. 5 are positive electrode leads, three electrode leads coupled to the first coupling part 310 positioned on the left side of the inter bus bar 300 shown in FIG. All of the 110 may be negative lead. In addition, all three electrode leads 110 coupled to the second coupling part 320 positioned on the right side of the inter bus bar 300 of FIG. 7 may be positive electrode leads.
  • each of the first coupling portion 310 and the second coupling portion 320 of the inter busbar 300 are in contact with each other in a state in which two electrode leads 110 are stacked on one end, and one or the other end is in contact with each other.
  • Two electrode leads 110 may be in contact. 7 and 8, a configuration in which one electrode lead 110 is in contact with the other end of the inter bus bar 300 is illustrated.
  • the left three electrode leads 110 when the left three electrode leads 110 are coupled to the first coupling portion 310 of the inter busbar 300, two of the electrode leads 110 may be formed. Being stacked on each other and bent in the right vertical direction to contact the left end of the first coupling portion 310, the other one electrode lead 110 is bent in the left vertical direction to the right end of the first coupling portion 310 Can be contacted.
  • one of the electrode leads 110 may be right vertical. Is bent in the direction to contact the left end of the second coupling portion 320, the other two electrode leads 110 are bent in the left vertical direction in a state of being stacked with each other to contact the right end of the second coupling portion 320 Can be.
  • connection part 330 connects the first coupling part 310 and the second coupling part 320 to each other. Therefore, the electrode lead 110 coupled to the first coupling portion 310 and the electrode lead 110 coupled to the second coupling portion 320 may be electrically connected to each other. Therefore, of the six secondary batteries 100 illustrated in FIG. 7, the negative electrode leads of the left three secondary batteries 100 are coupled to the first coupling part 310, and the positive electrodes of the remaining three secondary batteries 100 are right. When the leads are coupled to the second coupling part 320, three left secondary batteries 100 and three right secondary batteries 100 are respectively connected in parallel by three, but the three secondary batteries 100 connected in parallel are connected to each other. Can be connected in series.
  • FIG. 8 when the configuration illustrated in FIG. 7 is a configuration applied to the C1 part of FIG. 4, the left three secondary batteries of the six secondary batteries 100 illustrated in FIG. 8 are illustrated in FIG. 7. It may be the same secondary battery as the right three secondary batteries. Therefore, when the right three electrode leads 110 shown in FIG. 7 are positive lead, the left three electrode leads 110 shown in FIG. 8 may be negative lead.
  • the left three electrode leads 110 may be coupled to the first coupling part 310 of the inter bus bar 300 illustrated in FIG. 8.
  • one electrode lead 110 positioned at the leftmost side of the three left electrode leads 110 may be bent in a right direction to contact the left end of the first coupling part 310, and the remaining two electrode leads ( The 110 may be bent in the left direction in an overlapping state and may contact the right end of the first coupling part 310.
  • the right three electrode leads 110 may be positive electrode leads.
  • the right three electrode leads 110 may be coupled to the second coupling part 320 of the inter bus bar 300 illustrated in FIG. 8.
  • the left two electrode leads 110 of the right three electrode leads 110 may be bent in the right direction while being stacked with each other and may be in contact with the left end of the second coupling part 320.
  • the electrode lead 110 may be bent in a left direction to contact the right end of the second coupling part 320.
  • the first coupling part 310 and the second coupling part 320 may be connected to each other by the connection part 330. Therefore, in the configuration of FIG. 8, the left three secondary batteries 100 are connected in parallel with each other, and the right three secondary batteries 100 are connected in parallel with each other, and each of the three secondary batteries 100 connected in parallel is connected in series with each other.
  • 3P-2S (3 Parallel-2 Series) connection can be configured.
  • the configuration of Figure 7 may be applied to the C2 portion of FIG.
  • the three left secondary batteries 100 of FIG. 7 may be the same as the three right secondary batteries 100 of FIG. 8. Therefore, when the right three electrode leads 110 shown in FIG. 8 are positive lead, the left three electrode leads 110 shown in FIG. 7 may be negative lead.
  • two negative electrode leads among the three left negative leads are bent in the right direction while being stacked with each other, and are in contact with the left end of the first coupling part 310, and the other one negative lead is bent in the left direction to form a first one. 1 may be in contact with the right end of the coupling portion (310).
  • the right three electrode leads 110 shown in FIG. 7 may be positive electrode leads, and one of the positive electrode leads may be bent in a right direction to contact the left end of the second coupling part 320.
  • the two anode leads may be bent in a left direction while being stacked with each other and may contact the right end of the second coupling part 320.
  • the battery module according to the present invention may further include a support member 500.
  • the support member 500 may support two or more terminal bus bars 200.
  • the support member 500 may support the inter bus bar 300.
  • at least a portion of the terminal bus bar 200 and / or the inter bus bar 300 may be fixedly coupled to the support member 500.
  • the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 or the distance between each other is fixed in advance, the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 is replaced with a secondary battery ( When combined with the electrode lead 110 of the 100 may be performed more smoothly.
  • any one of the terminal bus bar 200 or the inter As long as the support member 500 is moved in the direction of the arrow in accordance with the assembly position of the bus bar 300, the assembly position of the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 provided in the support member 500 is changed. All can be customized.
  • the electrode leads 110 may include a positive electrode lead, a negative electrode lead, and at least two electrode leads 110
  • at least two support members 500 may be included in the battery module.
  • the two support members 500 may be provided on opposite sides of the secondary battery 100.
  • the positive lead and the negative lead of each secondary battery 100 may be provided at a front end and a rear end thereof.
  • one support member 500 may be a secondary battery 100.
  • the remaining one support member 500 may be located at a rear end of the secondary battery 100.
  • the assembling process may be facilitated, and the risk of occurrence of an internal short circuit or the like may be reduced by being electrically connected to each other.
  • the electrode leads 110 of the secondary battery 100 may be located in the same direction.
  • some terminal bus bar 200 or inter bus bar 300 is inserted from the top to the lower direction
  • the other terminal bus bar 200 or inter bus bar 300 is inserted from the bottom to the upper direction.
  • the two supporting members 500 may include secondary electrodes having the electrode leads 110. It may be located at the front end side of the battery (100).
  • one of the support members 500 moves from the upper side to the lower side so that the outer surface of the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 supported thereon is in contact with the electrode lead 110.
  • One support member 500 may move from the bottom to the upper direction such that the outer surface of the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 supported thereon is in contact with the electrode lead 110.
  • FIGS. 5 to 8 only the configuration in which all three electrode leads 110 are in contact with one surface of the coupling portion 210 of the bus bar is illustrated. It may be in contact with different surfaces of the coupling portion (210).
  • the left one electrode lead 110 and the right one electrode lead 110 of the three electrode leads 110 may be disposed on the outer surface of the coupling portion 210, that is, the upper side surface.
  • the center electrode lead 110 may be configured to contact the inner surface of the coupling portion 210, that is, the lower side surface.
  • the movement of the coupling portion 210 in the outward direction is limited by the one left electrode lead 110 and the right one electrode lead 110, and the one electrode lead 110 in the middle thereof is restricted.
  • the movement in the inner direction of the coupling portion 210 may be limited. Therefore, according to this configuration of the present invention, the movement in the inner and outer directions of the terminal bus bar 200 or the inter bus bar 300 can be prevented.
  • the battery module according to the present invention may include a connector 600.
  • the connector 600 may function as a terminal for connecting to a control device included in a battery pack such as a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the connector 600 may be provided in the supporting member 500 for supporting the terminal bus bar 200 and the inter bus bar 300.
  • the battery pack according to the present invention includes one or more battery modules described above.
  • the battery pack may further include a case 120 for covering the battery module, various devices for controlling charging and discharging of the battery module, such as a BMS, a current sensor, and a fuse.
  • the battery module according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include a battery module according to the present invention.

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Abstract

본 발명은 하나의 버스바에 3개 이상의 전극 리드가 결합되는 구성에서 레이저 용접 방식의 이용이 가능하여 결합력이 강화되고 공정 용이성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체, 케이스 및 전극 리드를 구비하는 다수의 이차 전지; 및 플레이트 형태로 형성된 결합부를 구비하여, 상기 결합부에 3개 이상의 이차 전지에 각각 구비된 동일 극성의 전극 리드가 결합하되, 2개 이상의 전극 리드가 서로 적층된 상태로 상기 결합부의 일단에 접촉되고, 다른 1개 이상의 전극 리드가 상기 결합부의 타단에 접촉된 터미널 버스바를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3개 이상의 이차 전지가 병렬 연결된 구조를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 전극 리드와 버스바의 신규한 결합 구조가 적용된 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 3월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0037969호 및 2015년 3월 6일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2015-0031449호에 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. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.
이러한 이차 전지들 간 직렬 연결이나 병렬 연결은, 배터리 팩이 적용된 장치를 고려하여 배터리 팩의 출력이나 용량, 구조 등에 따라 여러 형태로 결정될 수 있다. 따라서, 이차 전지들은 다양한 직렬 연결 및 병렬 연결 형태로 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈은 하나 이상 배터리 팩에 포함될 수 있다. 특히, 배터리 모듈은, 경우에 따라서 3개 또는 그 이상의 이차 전지가 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.
이처럼, 3개 이상의 이차 전지가 병렬로 연결되기 위해서는, 동일 극성의 전극 리드가 버스바(bus bar)를 통해 서로 결합될 필요가 있으며, 그 결합 상태를 안정적으로 유지하기 위해 용접이 수행되는 경우가 많다.
이러한 전극 리드와 버스바의 용접 방식으로는 대표적으로 레이저 용접 방식을 들 수 있다. 일반적으로, 레이저 용접 방식의 경우, 다수의 전극 리드, 이를테면 3개 이상의 전극 리드를 서로 겹친 상태에서 버스바와 서로 용접하는 경우, 용접의 신뢰성이 제대로 확보되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 버스바에 용접되는 전극 리드의 개수가 늘어날수록, 전극 리드가 버스바에 제대로 용접되지 못하고, 용접 자체가 이루어지지 않거나, 용접이 이루어진다 하더라도 그 이후의 제조 과정이나 사용 과정에서 용접 부분이 떨어지는 문제가 있다. 특히, 배터리 모듈의 사용 중, 전극 리드가 버스바에 제대로 용접되지 않아 용접 부분이 분리된 경우, 배터리 모듈의 성능이 저하되거나 고장이 일어나는 것은 물론, 분리된 전극 리드로 인해 배터리 모듈 내부에서 단락이 일어나 화재나 폭발 등이 발생할 위험성이 있다.
따라서, 종래에는 다수의 이차 전지, 이를테면 3개 이상의 이차 전지를 병렬로 연결하는 경우, 주로 초음파 용접 방식을 이용하거나, 복수의 버스바를 이용하여 전극 리드와 버스바를 레이저 용접하는 방식을 택하고 있다.
하지만, 이러한 종래 기술에 의할 경우, 용접 방식이 초음파 용접 방식으로 한정되어 설계 및 공정의 자유도가 크게 감소하는 문제점이 있다. 또한, 초음파 용접 방식이 레이저 용접 방식 대비 용접 강도가 크지 않고 혼(horn)이나 앤빌(anvil)과 같은 소모품 교체로 인해 비용이 많아질 수 있는 등의 문제도 있다. 뿐만 아니라, 복수의 버스바를 이용하여 다수의 이차 전지를 병렬 연결할 경우, 용접 공정이 복잡해지고 배터리 모듈에서 버스바가 차지하는 공간이 증가하며, 비용이 증가하는 등의 문제가 생길 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 하나의 버스바에 3개 이상의 전극 리드가 결합되는 구성에서 레이저 용접 방식의 이용이 가능하여 결합력이 강화되고 공정 용이성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 이러한 배터리 모듈이 적용된 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체, 케이스 및 전극 리드를 구비하는 다수의 이차 전지; 및 플레이트 형태로 형성된 결합부를 구비하여, 상기 결합부에 3개 이상의 이차 전지에 각각 구비된 동일 극성의 전극 리드가 결합하되, 2개 이상의 전극 리드가 서로 적층된 상태로 상기 결합부의 일단에 접촉되고, 다른 1개 이상의 전극 리드가 상기 결합부의 타단에 접촉된 터미널 버스바를 포함한다.
바람직하게는, 상기 터미널 버스바의 결합부의 타단에는 1개의 전극 리드가 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 전극 리드는, 각각 일부분이 절곡되고, 상기 절곡된 부분의 단부가 상기 터미널 버스바에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 각각 상기 결합부의 양측 단부에서 서로 반대 방향으로 절곡되어 상기 터미널 버스바에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 수직 방향으로 절곡된다.
또한 바람직하게는, 상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 상기 터미널 버스바의 결합부의 동일 표면에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 버스바의 결합부는, 상기 전극 리드의 단부와 상기 케이스 사이에 개재되어 상기 전극 리드와 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 터미널 버스바의 결합부 사이, 및 상기 1개 이상의 전극 리드와 상기 터미널 버스바의 결합부 사이는, 각각 레이저 용접에 의해 결합된다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 서로 다른 극성의 전극 리드에 연결된 인터 버스바를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 인터 버스바는, 각각 플레이트 형태로 형성된 제1 결합부와 제2 결합부 및 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부를 연결하는 연결부를 구비하여, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부에는 서로 다른 극성의 전극 리드가 3개 이상 결합하며, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부는 각각, 2개 이상의 전극 리드가 서로 적층된 상태로 일단에 접촉되고, 다른 1개 이상의 전극 리드가 타단에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 버스바가 둘 이상 포함된다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 둘 이상의 터미널 버스바를 지지하는 지지 부재를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 지지 부재는 둘 이상 포함되어, 각각 상기 이차 전지의 반대 측에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 버스바는, 배터리 모듈의 전극 단자와 연결되며 상기 결합부와 수직 방향으로 절곡된 단자부를 더 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 이차 전지는, 파우치형 이차 전지이다.
또한 바람직하게는, 상기 파우치형 이차 전지는, 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 돌출되게 전극 리드를 구비한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 하나의 버스바에 3개 이상의 전극 리드가 접촉하여 용접되는 구성에 있어서, 버스바 상에서 겹쳐지는 전극 리드의 개수를 줄임으로써 버스바와 전극 리드의 용접 강도가 향상되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하나의 버스바에 3개 이상의 전극 리드가 접촉하여 결합되되, 이러한 결합 부분에 대하여 초음파 용접 방식은 물론, 레이저 용접 방식의 적용이 가능해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 3P(Parellel) 연결 구성과 같이 3개 이상의 이차 전지가 병렬 연결된 구성을 포함하는 배터리 모듈에서, 하나의 버스바에 3개 또는 그 이상의 전극 리드를 결합할 때, 레이저 용접 방식으로 결합 부분이 고정되도록 할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 버스바와 전극 리드의 용접 시 초음파 용접 방식은 물론 레이저 용접 방식을 이용할 수 있다는 점에서, 배터리 모듈의 설계 및 공정 적용의 자유도가 증가할 수 있다.
더욱이, 레이저 용접 방식의 경우 초음파 용접 방식에 비해 용접 강도가 강하고, 혼이나 앤빌 등의 소모품 교체 비용이 들지 않으므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전극 리드와 버스바의 결합력을 안정적으로 확보하고 제조 비용도 낮출 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 구성에서, 파우치형 이차 전지가 적층용 프레임을 이용하여 적층된 구성을 일부분만 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는, 도 1의 구성에 대한 상면도이다.
도 5는, 도 4의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 6은, 도 4의 B 부분에 대한 확대도이다.
도 7은, 도 4의 C1 및 C2 부분에 대한 확대도이다.
도 8은, 도 4의 D 부분에 대한 확대도이다.
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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 다수의 이차 전지(100) 및 터미널 버스바(200)를 포함한다.
상기 이차 전지(100)는, 전극 조립체, 케이스(120) 및 전극 리드(110)를 구비한다. 그리고, 이차 전지(100)의 케이스(120) 내부에는 전해액이 수용될 수 있다. 여기서, 전극 리드(110)는, 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있으며, 양극 리드는 전극 조립체의 양극판에 연결되고 음극 리드는 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 이차 전지(100)는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 파우치형 이차 전지의 경우, 상기 케이스(120)는 파우치 외장재일 수 있다. 이러한 파우치 외장재는 알루미늄 등의 금속 박막이 절연층 사이에 개재된 형태로 구성될 수 있다. 이처럼, 이차 전지(100)가 파우치형 이차 전지로 구성된 경우, 다수의 이차 전지(100)의 연결 구성이 보다 용이해질 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 파우치형 이차 전지의 적층을 위한 적층용 프레임(400)을 더 포함할 수 있다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 구성에서, 파우치형 이차 전지(100)가 적층용 프레임(400)을 이용하여 적층된 구성을 일부분만 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 3의 구성에서는 설명의 편의를 위해 4개의 파우치형 이차 전지(100) 및 2개의 적층용 프레임(400)만 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 적층용 프레임(400)은 파우치형 이차 전지(100)를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 이차 전지(100)를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지(100)의 조립을 가이드할 수 있다.
이러한 적층용 프레임(400)은, 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있으며, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이때, 적층용 프레임(400)의 네 모서리는 이차 전지(100)의 외주부에 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 적층용 프레임(400)의 양측에 이차 전지(100)가 각각 위치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 냉각 핀(410)을 더 포함할 수 있다. 냉각 핀(410)은 알루미늄과 같은 열 전도성 재질로 구성되어 이차 전지(100)와 열 교환이 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 이러한 냉각 핀(410)은, 적층용 프레임(400)의 중앙에 삽입된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 적층용 프레임(400)을 이용하여 이차 전지(100)가 적층되는 경우, 이차 전지(100) 사이에 냉각 핀(410)이 개재된 형태가 되도록 구성될 수 있다. 한편, 냉각 핀(410)은 적층용 프레임(400)에 인서트 몰딩 방식으로 결합될 수 있다.
바람직하게는, 파우치형 이차 전지(100)에 있어서, 2개의 전극 리드(110), 즉 양극 리드와 음극 리드는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 반대 방향으로 돌출되게 구비될 수 있다. 다시 말해, 파우치형 이차 전지(100)는 도 3을 기준으로 수평 방향으로 바라본 형태가 대략 4개의 변을 갖는 사각형 형태가 되도록 구성될 수 있는데, 이때, 양극 리드와 음극 리드는 서로 반대 측에 위치한 변에서 돌출되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 파우치형 이차 전지(100)에 있어서, 양극 리드와 음극 리드 중 적어도 하나는 전단 방향으로 돌출되고, 나머지 하나는 후단 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 하나의 이차 전지(100)를 기준으로 양극 리드와 음극 리드 사이는 서로 접촉될 우려가 적으므로, 각 전극 리드(110)의 크기를 충분히 크게 할 수 있다. 그리고 이 경우, 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 접촉 면적이 넓어지게 되어, 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 결합 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있고, 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 접촉 부분에서 발열량이 줄어들 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 양극 리드와 음극 리드는 서로 동일한 변에 위치하거나, 서로 인접하는 변에 위치할 수 있다.
상기 터미널 버스바(200)는, 플레이트 형태로 형성된 결합부(210)를 구비하여, 결합부(210)의 평평한 면에 전극 리드(110)가 결합된다. 특히, 본 발명에 있어서, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에는 3개 이상의 전극 리드(110)가 결합될 수 있다. 이러한 터미널 버스바(200)의 결합부(210)와 전극 리드(110)가 결합되는 구성에 대해서는, 도 4 및 도 5를 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 도 1의 구성에 대한 상면도이고, 도 5는 도 4의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 4를 참조하면, 6개의 적층용 프레임(400)이 좌우 방향으로 적층되어 있으며, 각 적층용 프레임(400)에는 2개의 이차 전지(100)가 수용될 수 있다. 그리고, 도 4의 구성에서 좌측 상단 부분에서의 터미널 버스바(200)와 전극 리드(110)의 결합 구성은 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5를 참조하면, 터미널 버스바(200)는 플레이트 형태로 형성되어 넓은 면이 양측에 구비된 결합부(210)를 구비한다. 그리고, 도 5에서, 결합부(210)의 넓은 면은 상부 방향 및 하부 방향으로 향하도록 배치되어 있다. 이차 전지(100)에 구비된 전극 리드(110)는, 플레이트 형태로 구성되어 양측에 넓은 면을 구비하고 있는데, 그 중 하나의 넓은 면은 결합부(210)의 넓은 면에 대면하여 접촉한 상태로 결합될 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 1개의 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 3개의 전극 리드(110)가 결합될 수 있다. 이때, 3개의 전극 리드(110)는 서로 다른 3개의 이차 전지(100)에 각각 구비된 것으로서, 서로 동일한 극성을 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 하나의 터미널 버스바(200)에 연결된 도 5에 도시된 3개의 전극 리드(110)는 모두 양극 리드일 수 있다. 이 경우, 3개의 이차 전지(100)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
이처럼, 하나의 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 3개 이상의 전극 리드(110)가 결합하는 경우, 3개 이상의 전극 리드(110) 중 2개 또는 그 이상의 전극 리드(110)는 서로 적층된 상태로 결합부(210)의 일단에 접촉되고, 나머지 1개 이상의 전극 리드(110)는 결합부(210)의 타단에 접촉될 수 있다.
즉, 도 5의 구성과 같이 3개의 전극 리드(110)가 하나의 터미널 버스바(200)에 결합되는 경우, 2개의 버스바는 적어도 일부, 특히 단부가 서로 겹쳐진 상태로 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 1개의 전극 리드(110)는 적어도 일부, 특히 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 접촉되도록 구성될 수 있다.
그리고, 이와 같은 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 결합 부분은, 도 5에서 L로 표시된 바와 같이, 용접 공정이 수행됨으로써 서로 고정될 수 있다.
특히, 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 하나의 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 대하여 1개 또는 2개의 전극 리드(110)가 겹쳐져 있다. 따라서, L로 표시된 바와 같이 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 접촉 부분에 상호 고정을 위해 레이저 용접이 수행될 수 있다. 레이저 용접의 경우, 3개 이상의 전극 리드(110)가 겹쳐진 상태로 버스바에 용접시키기 어렵지만, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 하나의 터미널 버스바(200)에 3개 이상의 전극 리드(110)가 결합되나, 겹쳐진 전극 리드(110)의 개수는 최대 2개이므로, 레이저 용접 방식으로 결합이 가능하다.
그러므로, 본 발명에 있어서, 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200) 사이의 결합 시 레이저 용접 방식이 채택될 수 있다. 레이저 용접 방식의 경우, 초음파 용접 등 다른 용접 방식에 비해 용접에 의한 연결 강도가 뛰어나 용접 신뢰성이 확보될 수 있고, 초음파 용접 방식에서 이용되는 혼(horn)이나 앤빌(anvil)과 같은 소모품의 교체 비용을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 초음파 용접 등의 다른 방식과 함께 레이저 용접 방식이 이용될 수 있도록 함으로써, 다양한 용접 방식의 이용 가능성으로 인해 배터리 모듈 및 배터리 팩에 대한 설계와 제조 공정의 자유도가 증가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극 리드(110)는, 일부분이 절곡되어 절곡부를 구비하고, 절곡된 부분의 단부가 터미널 버스바(200)에 접촉될 수 있다.
예를 들어, 도 5의 구성에서, 3개의 전극 리드(110) 각각은 C로 표시된 부분이 절곡되어 있으며, 그와 같이 절곡된 부분의 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉하여 결합될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉된 복수의 전극 리드(110)는, 결합부(210)의 양측 단부에서 서로 반대 방향으로 절곡되어 터미널 버스바(200)에 접촉될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 전극 리드(110)가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉된 경우, 좌측 2개의 전극 리드(110)는 우측 방향으로 절곡되어 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부에 접촉되고, 우측 1개의 전극 리드(110)는 좌측 방향으로 절곡되어 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 복수의 전극 리드(110)는 수직 방향으로 절곡되어, 절곡된 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 전극 리드(110)가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉된 경우, 좌측 2개의 전극 리드(110)는 우측 방향으로 90도(°) 절곡된 형태로 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉되고, 우측 1개의 전극 리드(110)는 좌측 방향으로 90도 절곡된 형태로 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 복수의 전극 리드(110)가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 어느 부분에서 접촉되더라도, 평평한 플레이트 형태로 구성된 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 용이하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성에서, 전극 리드(110)는 90도 절곡되는 경우, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부나 우측 단부 어느 부분에서 접촉되더라도 터미널 버스바(200)의 평평한 결합부(210)의 넓은 표면에 안정적으로 접촉될 수 있다.
한편, 도 5의 실시예에서는, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부에 2개의 전극 리드(110)가 겹쳐진 상태로 절곡되어 절곡된 단부가 접촉되고, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 1개의 전극 리드(110)가 단독으로 절곡되어 절곡된 단부가 접촉된 구성이 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부에 1개의 전극 리드(110)가 절곡되어 절곡된 단부가 접촉되고, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 2개의 전극 리드(110)가 겹쳐진 상태로 절곡되어 절곡된 단부가 접촉되도록 구성될 수도 있다.
또한 바람직하게는, 1개의 터미널 버스바(200)에 결합되는 3개 이상의 전극 리드(110)는, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 동일 표면에 접촉될 수 있다.
즉, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는 플레이트 형태로 구성되어 상부와 하부에 각각 넓은 표면을 구비할 수 있는데, 좌측 2개의 전극 리드(110)와 우측 1개의 전극 리드(110)는 모두 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 외측 표면에 접촉되거나 모두 내측 표면에 접촉될 수 있다. 여기서, 외측 표면이란 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 양 표면 중 이차 전지(100)의 케이스(120)가 위치하는 측의 반대 측 표면을 의미하고, 내측 표면이란 이차 전지(100)의 케이스(120)가 위치하는 측 표면을 의미한다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 어느 일 표면에 전극 리드(110)가 모두 접촉되므로, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)와 전극 리드(110)의 접촉 공정 및 용접 공정이 보다 용이해질 수 있다.
특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 좌측 2개의 전극 리드(110)와 우측 1개의 전극 리드(110)는 모두 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 상부측 표면, 즉 외측 표면에 접촉될 수 있다.
이 경우, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는, 전극 리드(110)의 단부와 이차 전지(100)의 케이스(120) 사이에 개재되어 전극 리드(110)와 접촉될 수 있다. 즉, 도 5의 구성에서, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는 전극 리드(110)의 내측 표면에 접촉하여 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)의 결합부(210) 외측에 전극 리드(110)의 절곡된 단부가 존재하기 때문에, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)가 전극 리드(110)로부터 쉽게 이탈되지 않고, 전극 리드(110)와의 결합 상태가 보다 견고하게 유지될 수 있다. 즉, 도 5의 구성에서, 전극 리드(110)의 절곡된 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 상부 측 표면에 위치함으로써, 터미널 버스바(200)가 상부 측 방향으로 이동하지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다.
이에 대하여 도 1 및 도 2의 구성을 기준으로 설명하면, 터미널 버스바(200)는 전극 리드(110)의 절곡된 단부와 이차 전지(100)의 본체 사이에 끼워지므로, 배터리 모듈의 전면 측에 위치한 터미널 버스바(200)는 전면 방향으로 쉽게 이탈되지 않을 수 있다.
한편, 이처럼 터미널 버스바(200)가 전극 리드(110)의 단부와 케이스(120) 사이에 개재되는 구성은, 전극 리드(110)가 절곡된 상태에서, 터미널 버스바(200)가 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이 상부에서 하부 방향으로 전극 리드(110)의 절곡된 단부와 케이스(120) 사이의 공간에 슬라이딩되어 삽입되는 형태로 제조될 수 있다.
또한 바람직하게는, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는 외측 표면에 외측 방향으로 돌출된 형태의 돌기를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 돌기는 해당 터미널 버스바(200)의 외측 표면에 결합된 전극 리드(110)의 절곡된 단부 사이에 개재될 수 있다.
즉, 도 1 및 도 2의 구성에서 P로 표시된 바와 같이, 터미널 버스바(200)의 결합부(210) 전면 측 표면, 즉 외측 표면에는 전면 측 방향으로 돌출된 돌기가 구비될 수 있다. 이때, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부와 우측 단부에는 각각 1개 또는 2개의 전극 리드(110)가 절곡된 형태로 접촉될 수 있다. 이 경우, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 형성된 돌기는 이러한 1개 또는 2개의 전극 리드(110)의 절곡된 단부 사이에 위치할 수 있다. 다시 말해, 도 1 및 도 2의 구성에서, 터미널 버스바(200)의 돌기는, 터미널 버스바(200)의 좌측 단부에서 절곡되어 접촉된 전극 리드(110)의 단부 우측, 그리고 터미널 버스바(200)의 우측 단부에서 절곡되어 접촉된 전극 리드(110)의 단부 좌측에 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)의 돌기가 터미널 버스바(200)와 전극 리드(110)의 삽입 공정시 가이드 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에서 화살표로 표시된 바와 같이, 버스바를 전극 리드(110)의 절곡된 단부와 이차 전지(100)의 케이스(120) 사이에 삽입시키는 경우, 터미널 버스바(200)의 돌기를 전극 리드(110)의 절곡된 단부 사이에 위치되도록 한 상태에서 터미널 버스바(200)를 삽입시키면 된다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)의 삽입 및 이동 시, 그 위치를 잡는 것이 보다 수월해질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 돌기는, 터미널 버스바(200)가 전극 리드(110)와 결합된 상태에서 좌우 방향으로 이동하지 않도록 하는 역할도 할 수 있으므로, 터미널 버스바(200)와 전극 리드(110)의 결합력을 보강할 수 있다.
또한 바람직하게는, 터미널 버스바(200)는 둘 이상 포함될 수 있다. 특히, 터미널 버스바(200)는 3개 이상의 양극 리드에 결합된 터미널 버스바(200) 및 3개 이상의 음극 리드에 결합된 터미널 버스바(200)를 각각 별도로 포함할 수 있다.
도 6은, 도 4의 B 부분에 대한 확대도이다.
도 6의 구성을 참조하면, 3개의 전극 리드(110)가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)에 결합되어 있다. 이때, 도 4에 도시된 배터리 모듈에는 총 12개의 이차 전지(100)가 포함되므로, A 부분에 위치한 3개의 전극 리드(110)가 양극 리드일 경우, B 부분에 위치한 3개의 전극 리드(110)는 음극 리드일 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6의 구성에서, 서로 다른 이차 전지(100)에 구비된 3개의 전극 리드(110) 중 좌측 1개의 전극 리드(110)는 터미널 버스바(200)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 우측 2개의 전극 리드(110)는 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
이때, 좌측 1개의 전극 리드(110)는 우측 방향으로 90도 절곡되어 절곡된 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 좌측 단부에 접촉될 수 있고, 우측 2개의 전극 리드(110)는 좌측 방향으로 90도 절곡되어 절곡된 단부가 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
그리고, 이러한 도 6의 구성에서도, 도 5의 구성과 마찬가지로, 터미널 버스바(200)의 결합부(210) 좌측 단부에 접촉된 1개의 전극 리드(110)와 터미널 버스바(200)의 결합부(210) 우측 단부에 접촉된 2개의 전극 리드(110)는 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 동일 표면에 접촉될 수 있다. 특히, 좌측 1개의 전극 리드(110)와 우측 2개의 전극 리드(110)는 모두, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)의 상부 표면, 즉 외측 표면에 접촉될 수 있는데, 이 경우 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는 전극 리드(110)의 단부와 케이스(120) 사이에 개재된 형태가 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 터미널 버스바(200)는, 단자부(220)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 단자부(220)는, 터미널 버스바(200)에서 배터리 모듈의 전극 단자와 직접 또는 간접적으로 연결되는 부분이라 할 수 있다. 특히, 이러한 단자부(220)는, 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 전극 리드(110)가 결합되는 결합부(210)와 수직 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에서, 터미널 버스바(200)의 결합부(210)는 상하 방향으로 세워진 형태로 구성되고, 단자부(220)는 이러한 결합부(210)와 수직이 되도록 전후 방향, 즉 수평 방향으로 눕혀진 형태로 구성될 수 있다.
이때, 전극 단자, 즉 양극 단자나 음극 단자는 상하 방향으로 세워진 볼트 형태로 구성될 수 있는데, 이러한 형태의 전극 단자와 결합을 용이하게 하기 위해, 단자부(220)의 일측에는 전극 단자가 삽입되기 위해 오목한 형태의 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에서 단자부(220)의 전단 측 단부에는 U자 형태의 홈이 형성될 수 있으며, 이러한 홈에 전극 단자가 삽입되어 접촉될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 인터 버스바(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터 버스바(300)는, 서로 다른 극성의 전극 리드(110)에 연결될 수 있으며, 특히, 1개의 인터 버스바(300)에 3개 이상의 양극 리드 및 3개 이상의 음극 리드가 모두 접촉될 수 있다. 이러한 인터 버스바(300)의 전극 리드(110)와의 결합 구성에 대해서는 도 7 및 도 8의 구성을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 도 4의 C1 및 C2 부분에 대한 확대도이고, 도 8은 도 4의 D 부분에 대한 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 인터 버스바(300)는 제1 결합부(310), 제2 결합부(320) 및 연결부(330)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 인터 버스바(300)는 6개 이상의 전극 리드(110)와 결합될 수 있다.
여기서, 제1 결합부(310)와 제2 결합부(320)는 넓은 표면을 가진 플레이트 형태로 구성되어, 각각 3개 이상의 전극 리드(110)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 인터 버스바(300)에 6개의 전극 리드(110)가 결합된 경우, 제1 결합부(310)에는 좌측에 위치한 3개의 전극 리드(110)가 결합되고, 제2 결합부(320)에는 우측에 위치한 3개의 전극 리드(110)가 결합될 수 있다.
이때, 제1 결합부(310)에 결합된 전극 리드(110)와 제2 결합부(320)에 결합된 전극 리드(110)는 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 구성이 도 4의 C1 부분에 적용되는 경우, 좌측 3개의 이차 전지(100)는 도 5에 도시된 3개의 이차 전지(100)와 동일한 이차 전지(100)라 할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 3개의 전극 리드(110)가 모두 양극 리드인 경우, 도 7에 도시된 인터 버스바(300)의 좌측에 위치한 제1 결합부(310)에 결합된 3개의 전극 리드(110)는 모두 음극 리드일 수 있다. 그리고, 도 7의 인터 버스바(300)의 우측에 위치한 제2 결합부(320)에 결합된 3개의 전극 리드(110)는 모두 양극 리드일 수 있다.
여기서, 인터 버스바(300)의 제1 결합부(310)와 제2 결합부(320)는 각각, 일단에 2개의 전극 리드(110)가 서로 적층된 상태로 접촉되고, 타단에 1개 또는 2개의 전극 리드(110)가 접촉될 수 있다. 다만, 도 7 및 도 8의 경우, 인터 버스바(300)의 타단에는 1개의 전극 리드(110)가 접촉된 구성이 도시되어 있다.
보다 구체적으로, 도 7에 도시된 구성에서, 좌측 3개의 전극 리드(110)가 인터 버스바(300)의 제1 결합부(310)에 결합되는 경우, 그 중 2개의 전극 리드(110)는 서로 적층된 상태로 우측 수직 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 1개의 전극 리드(110)는 좌측 수직 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 구성에서, 우측 3개의 전극 리드(110)가 인터 버스바(300)의 제2 결합부(320)에 결합되는 경우, 그 중 1개의 전극 리드(110)는 우측 수직 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 2개의 전극 리드(110)는 서로 적층된 상태로 좌측 수직 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
한편, 연결부(330)는, 제1 결합부(310)와 제2 결합부(320)를 서로 연결한다. 따라서, 제1 결합부(310)에 결합된 전극 리드(110)와 제2 결합부(320)에 결합된 전극 리드(110)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그러므로, 도 7에 도시된 6개의 이차 전지(100) 중, 좌측 3개의 이차 전지(100)의 음극 리드가 제1 결합부(310)에 결합되고, 나머지 우측 3개의 이차 전지(100)의 양극 리드가 제2 결합부(320)에 결합되는 경우, 좌측 3개의 이차 전지(100)와 우측 3개의 이차 전지(100)는 각각 3개씩 병렬 연결되되, 병렬 연결된 3개의 이차 전지(100)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
도 8의 구성에 있어서, 도 7에 도시된 구성이 도 4의 C1 부분에 적용된 구성인 경우, 도 8에 도시된 6개의 이차 전지(100) 중, 좌측 3개의 이차 전지는 도 7에 도시된 우측 3개의 이차 전지와 동일한 이차 전지일 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 우측 3개의 전극 리드(110)가 양극 리드인 경우, 도 8에 도시된 좌측 3개의 전극 리드(110)는 음극 리드일 수 있다.
그리고, 이러한 좌측 3개의 전극 리드(110)는, 도 8에 도시된 인터 버스바(300)의 제1 결합부(310)에 결합될 수 있다. 이때, 좌측 3개의 전극 리드(110) 중 가장 좌측에 위치한 1개의 전극 리드(110)는 우측 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 좌측 단부에 접촉될 수 있고, 나머지 2개의 전극 리드(110)는 겹쳐진 상태로 좌측 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
이러한 도 8의 구성에서 우측 3개의 전극 리드(110)는 양극 리드일 수 있다. 또한, 이러한 우측 3개의 전극 리드(110)는, 도 8에 도시된 인터 버스바(300)의 제2 결합부(320)에 결합될 수 있다. 이때, 우측 3개의 전극 리드(110) 중 좌측 2개의 전극 리드(110)는 서로 적층된 상태로 우측 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 좌측 단부에 접촉될 수 있고, 우측 나머지 1개의 전극 리드(110)는 좌측 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
이러한 도 8의 구성에서도, 제1 결합부(310)와 제2 결합부(320)는 연결부(330)에 의해 서로 연결될 수 있다. 따라서, 도 8의 구성에서 좌측 3개의 이차 전지(100)는 서로 병렬 연결되고, 우측 3개의 이차 전지(100)는 서로 병렬로 연결되되, 병렬 연결된 각 3개의 이차 전지(100)는 서로 직렬 연결되어, 3P-2S(3 Parallel-2 Series) 연결이 구성될 수 있다.
한편, 도 7의 구성은 도 4의 C2 부분에 적용될 수도 있다. 이 경우, 도 7의 좌측 3개의 이차 전지(100)는 도 8의 우측 3개의 이차 전지(100)와 동일한 것일 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 우측 3개의 전극 리드(110)가 양극 리드인 경우, 도 7에 도시된 좌측 3개의 전극 리드(110)는 음극 리드일 수 있다. 그리고, 이러한 좌측 3개의 음극 리드 중 2개의 음극 리드는 서로 적층된 상태로 우측 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 1개의 음극 리드는 좌측 방향으로 절곡되어 제1 결합부(310)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
그리고, 도 7에 도시된 우측 3개의 전극 리드(110)는 양극 리드일 수 있으며, 이 중 1개의 양극 리드는 우측 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 좌측 단부에 접촉되고, 나머지 2개의 양극 리드는 서로 적층된 상태로 좌측 방향으로 절곡되어 제2 결합부(320)의 우측 단부에 접촉될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 지지 부재(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 지지 부재(500)는, 둘 이상의 터미널 버스바(200)를 지지할 수 있다. 또한, 배터리 모듈에 하나 이상의 인터 버스바(300)가 포함된 경우, 상기 지지 부재(500)는 이러한 인터 버스바(300)를 지지할 수 있다. 특히, 상기 지지 부재(500)에는 터미널 버스바(200) 및/또는 인터 버스바(300)의 적어도 일부가 결합하여 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 위치나 상호 간 이격 거리가 미리 고정되므로, 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)를 이차 전지(100)의 전극 리드(110)와 결합시에 그 공정이 보다 원활하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 구성에서, 지지 부재(500)에 의해 터미널 버스바(200)의 위치 및 인터 버스바(300)의 위치가 고정되어 있으므로, 어느 하나의 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 조립 위치에 맞추어 지지 부재(500)를 화살표 방향으로 이동시키기만 하면, 해당 지지 부재(500)에 구비된 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 조립 위치가 모두 맞추어질 수 있다.
한편, 하나의 이차 전지(100)에서 전극 리드(110)는 양극 리드와 음극 리드, 최소 2개의 전극 리드(110)가 구비될 수 있으므로, 지지 부재(500)는 배터리 모듈에 적어도 2개 이상 포함될 수 있다. 여기서, 이차 전지(100)의 전극 리드(110)가 서로 반대 방향으로 돌출되게 구비된 경우, 2개의 지지 부재(500)는, 이차 전지(100)의 반대 측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 이차 전지(100)의 양극 리드와 음극 리드는, 전단과 후단에 각각 구비될 수 있는데, 이 경우 1개의 지지 부재(500)는 이차 전지(100)의 전단에 위치하고, 나머지 1개의 지지 부재(500)는 이차 전지(100)의 후단에 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 복수의 지지 부재(500)가 서로 간섭되지 않으므로 조립 공정이 용이해질 수 있고, 서로 전기적 연결되어 내부 단락 등이 발생할 위험성이 작아질 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 구성과 달리, 이차 전지(100)의 전극 리드(110)는 서로 동일 방향에 위치할 수도 있다. 이 경우, 일부 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)는 상부에서 하부 방향으로 삽입되고, 나머지 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)는 하부에서 상부 방향으로 삽입되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)를 지지하는 지지 부재(500)가 배터리 모듈에 2개 포함되는 경우, 2개의 지지 부재(500)는 전극 리드(110)가 구비된 이차 전지(100)의 전단 측에 위치할 수 있다. 그리고, 그 중 1개의 지지 부재(500)는 상부에서 하부 방향으로 이동하여 그에 지지된 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 외측 표면이 전극 리드(110)와 접촉되도록 하고, 나머지 1개의 지지 부재(500)는 하부에서 상부 방향으로 이동하여 그에 지지된 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 외측 표면이 전극 리드(110)와 접촉되도록 할 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 8의 실시예에서는, 버스바의 결합부(210)의 일 표면에 3개의 전극 리드(110)가 모두 접촉되는 구성만이 도시되어 있으나, 3개의 전극 리드(110)는 결합부(210)의 서로 다른 표면에 접촉될 수도 있다. 예를 들어, 도 5의 구성에서, 3개의 전극 리드(110) 중 좌측 1개의 전극 리드(110)와 우측 1개의 전극 리드(110)는 결합부(210)의 외측 표면, 즉 상부 측 표면에 접촉하고, 가운데 1개의 전극 리드(110)는 결합부(210)의 내측 표면, 즉 하부 측 표면에 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 좌측 1개의 전극 리드(110)와 우측 1개의 전극 리드(110)에 의해 결합부(210)의 외측 방향으로의 이동이 제한되고, 가운데 1개의 전극 리드(110)에 의해 결합부(210)의 내측 방향으로의 이동이 제한될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 버스바(200)나 인터 버스바(300)의 내외측 방향으로의 이동이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 커넥터(600)를 포함할 수 있다.
상기 커넥터(600)는, BMS(Battery Management System)와 같은 배터리 팩에 포함된 제어 장치와 연결되기 위한 단자로서 기능할 수 있다. 특히, 이러한 커넥터(600)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 터미널 버스바(200) 및 인터 버스바(300)를 지지하는 지지 부재(500)에 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 커버하기 위한 케이스(120), 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (19)

  1. 전극 조립체, 케이스 및 전극 리드를 구비하는 다수의 이차 전지; 및
    플레이트 형태로 형성된 결합부를 구비하여, 상기 결합부에 3개 이상의 이차 전지에 각각 구비된 동일 극성의 전극 리드가 결합하되, 2개 이상의 전극 리드가 서로 적층된 상태로 상기 결합부의 일단에 접촉되고, 다른 1개 이상의 전극 리드가 상기 결합부의 타단에 접촉된 터미널 버스바
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 버스바의 결합부의 타단에는 1개의 전극 리드가 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드는, 각각 일부분이 절곡되고, 상기 절곡된 부분의 단부가 상기 터미널 버스바에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 각각 상기 결합부의 양측 단부에서 서로 반대 방향으로 절곡되어 상기 터미널 버스바에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터미널 버스바의 결합부는 외측 표면에 외측 방향으로 돌출된 형태의 돌기를 구비하고, 상기 돌기는 상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 수직 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 다른 1개 이상의 전극 리드는, 상기 터미널 버스바의 결합부의 동일 표면에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 버스바의 결합부는, 상기 전극 리드의 단부와 상기 케이스 사이에 개재되어 상기 전극 리드와 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 2개 이상의 전극 리드와 상기 터미널 버스바의 결합부 사이, 및 상기 1개 이상의 전극 리드와 상기 터미널 버스바의 결합부 사이는, 각각 레이저 용접에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    서로 다른 극성의 전극 리드에 연결된 인터 버스바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인터 버스바는, 각각 플레이트 형태로 형성된 제1 결합부와 제2 결합부 및 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부를 연결하는 연결부를 구비하여, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부에는 서로 다른 극성의 전극 리드가 3개 이상 결합하며, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부는 각각, 2개 이상의 전극 리드가 서로 적층된 상태로 일단에 접촉되고, 다른 1개 이상의 전극 리드가 타단에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 버스바가 둘 이상 포함된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 둘 이상의 터미널 버스바를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지 부재는 둘 이상 포함되어, 각각 상기 이차 전지의 반대 측에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 버스바는, 배터리 모듈의 전극 단자와 연결되며 상기 결합부와 수직 방향으로 절곡된 단자부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 파우치형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지는, 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 돌출되게 전극 리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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