WO2021080192A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • Secondary batteries with high ease of application and high energy density according to product group are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. 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.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • an electrode lead of a battery cell and a sensing bus bar of a bus bar assembly are closely pressed using a welding jig to weld the electrode lead and the sensing bus bar by laser welding or the like.
  • a protruding step may occur between the electrode lead and the sensing bus bar according to an assembly tolerance of the bus bar assembly.
  • the welding process is performed with such a protruding step, there is a problem that the risk of occurrence of welding defects increases.
  • the sensing busbar is mounted while being fixed to the busbar frame of the busbar assembly.
  • damage to the electrode lead is caused by intensively pressing the side of the electrode lead that is relatively flowable.
  • a battery module capable of preventing damage to the electrode lead during welding connection between the electrode lead of at least one battery cell and the sensing bus bar of the bus bar assembly, and preventing degradation of welding quality even if a protruding step occurs due to assembly tolerances, etc., There is a need to find a method for providing a battery pack and a vehicle including such a battery module.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of preventing damage to the electrode lead during welding connection between the electrode lead of at least one battery cell and the sensing bus bar of the bus bar assembly, a battery pack including such a battery module, and a vehicle. It is to provide.
  • another object of the present invention is a battery module capable of preventing deterioration in welding quality even if a protruding step occurs due to an assembly tolerance or the like during welding connection between the electrode lead of at least one battery cell and the sensing busbar of the busbar assembly, It is to provide a battery pack and a vehicle including a battery module.
  • another object of the present invention is to provide a battery module capable of preventing damage to electrode leads during cell swelling of battery cells, a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • the present invention provides a battery module, comprising: a plurality of battery cells protruding from at least one side of the electrode lead; And a bus bar assembly for electrically connecting electrode leads of the plurality of battery cells, wherein the bus bar assembly includes: a bus bar frame covering at least one side of the plurality of battery cells; A plurality of lead slots provided in the bus bar frame and passing the electrode leads; At least one sensing bus bar disposed between the plurality of lead slots and connected to the electrode leads; And at least one elastic guider capable of elastically supporting the at least one sensing busbar and disposed behind the at least one sensing busbar in a front-rear direction of the busbar frame.
  • the at least one sensing bus bar may be provided so as to be movable along the front and rear directions of the bus bar frame while elastically contacting the at least one elastic guider.
  • the at least one elastic guider may include a spring connection part provided on the bus bar frame and connecting the first leaf spring and the second leaf spring.
  • the spring connection part may make surface contact with the rear surface of the at least one sensing bus bar.
  • the at least one elastic guider may be integrally formed with the busbar frame.
  • the bus bar assembly may include a departure preventing stopper provided on the bus bar frame and preventing separation of the at least one sensing bus bar from a front of the at least one sensing bus bar to the front.
  • the present invention provides a battery pack, comprising: at least one battery module according to the above-described embodiments; And a pack case for packaging the at least one battery module.
  • the present invention provides a vehicle, comprising: at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery capable of preventing deterioration of welding quality even if a protruding step occurs due to assembly tolerances when welding the electrode lead of at least one battery cell and the sensing bus bar of the busbar assembly It is possible to provide a module, a battery pack including such a battery module, and a vehicle.
  • a battery module capable of preventing damage to an electrode lead during cell swelling of battery cells a battery pack including such a battery module, and a vehicle may be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a main part of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a bus bar frame excluding a sensing bus bar of the bus bar assembly of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view for explaining a departure preventing stopper according to another embodiment of the battery module of FIG. 1.
  • 5 and 6 are diagrams for explaining correction of a step difference between an electrode lead and a sensing bus bar through an elastic guider when the electrode leads of the battery cells of the battery module of FIG. 1 and the sensing bus bar are welded.
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a state of preventing damage to an electrode lead through an elastic guider during cell swelling of the battery cells of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining a main part of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a sensing bus bar of the bus bar assembly of FIG. It is a diagram for explaining the excluded busbar frame.
  • the battery module 10 may include a battery cell 100 and a bus bar assembly 200.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 is limited to being provided as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 100 may be provided in plurality.
  • the plurality of battery cells 100 are stacked to be electrically connected to each other, and electrode leads 150 may protrude from at least one side of each.
  • the bus bar assembly 200 is for electrically connecting the electrode leads 150 of the plurality of battery cells 100 and may be disposed on one side of the plurality of battery cells 100.
  • the lead slot 220 is provided in the bus bar frame 210 and may pass through the electrode leads 100 of the plurality of battery cells 100. A plurality of the lead slots 220 may be provided.
  • the sensing bus bar 230 is disposed between the plurality of lead slots 220 and may be connected to electrode leads 150 of the battery cells 100.
  • the sensing bus bar 230 may be provided in a plurality of at least one or more. Hereinafter, in the present embodiment, a description will be made limited to that the sensing bus bar 230 is provided in plural.
  • the plurality of sensing busbars 230 may be interconnected with electrode leads 150 of the plurality of battery cells 100 that have passed through the lead slots 220 by welding through laser welding or the like.
  • the electrode leads 150 may be welded to the sensing bus bar 230 in a non-bending manner that is not bent.
  • the elastic guider 240 may elastically support the sensing bus bar 230 and may be disposed behind the sensing bus bar 230 in a front-rear direction of the bus bar frame 210.
  • a plurality of the elastic guiders 240 may be provided to correspond to the number of the sensing bus bars 230.
  • the elastic guider 240 may be integrally formed with the bus bar frame 210.
  • the plurality of sensing busbars 230 may be provided to be movable along the front and rear directions of the busbar frame 210 while elastically contacting the elastic guider 240, respectively. I can.
  • the elastic guider 240 may include a first leaf spring 242, a second leaf spring 244, and a spring connection part 246.
  • the first leaf spring 242 may be provided on the bus bar frame 210.
  • the first leaf spring 242 may be provided to be elastically deformable in the front-rear direction of the bus bar frame 210.
  • the second leaf spring 244 may be provided on the bus bar frame 210 to be spaced apart from the first leaf spring 210 by a predetermined distance. Like the first leaf spring 242, the second leaf spring 244 may be provided to be elastically deformable in the front and rear direction of the bus bar frame 210.
  • the spring connection part 246 is provided on the bus bar frame 210 and may connect the first leaf spring 242 and the second leaf spring 244 to each other.
  • the spring connection part 246 may make surface contact with the rear surface of the sensing bus bar 230.
  • the separation prevention stopper 250 is provided on the bus bar frame 210, and when the sensing bus bar 230 moves back and forth in front of the sensing bus bar 230, the sensing bus bar 230 It can prevent departure from the front.
  • the separation prevention stopper 250 may include a stopper hook 252 and a stopper groove 254.
  • the stopper hook 252 is provided on the upper side of the sensing bus bar 230 and restricts the movement of the upper end of the sensing bus bar 230 at a predetermined distance or more when the sensing bus bar 230 moves forward. I can.
  • the stopper groove 254 is provided under the sensing bus bar 230 and may limit the movement of the lower end of the sensing bus bar 230 at a predetermined distance or more when the sensing bus bar 230 moves forward. I can.
  • FIG. 4 is a view for explaining a departure preventing stopper according to another embodiment of the battery module of FIG. 1.
  • the bus bar assembly 205 may be provided with a pair of the stopper hooks 252.
  • the pair of stopper hooks 252 are provided on the upper and lower sides of the sensing bus bar 230, respectively, to more effectively prevent separation of the sensing bus bar 230 when the sensing bus bar 230 moves forward. can do.
  • 5 and 6 are diagrams for explaining correction of a step difference between an electrode lead and a sensing bus bar through an elastic guider when the electrode leads of the battery cells of the battery module of FIG. 1 and the sensing bus bar are welded.
  • the vertical directions of FIGS. 5 and 6 may correspond to the front and rear directions of FIGS. 2 to 4. That is, the upward direction of FIGS. 5 and 6 may be the front direction of FIGS. 2 to 4, and the lower direction of FIGS. 5 and 6 may be the rear direction of FIGS. 2 to 4.
  • an upward direction is described as a forward direction
  • a downward direction in FIGS. 5 and 6 is described as a rear direction.
  • a predetermined step may occur between 150 and the sensing bus bar 230 of the bus bar assembly 200.
  • the sensing bus bar 230 of the bus bar assembly 200 may protrude forward from the electrode leads 150 of the battery cells 100.
  • an operator or the like may press the protruding sensing bus bar 230 downward using a pressing jig J.
  • the sensing bus bar 230 is elastically movable in the front and rear direction of the bus bar frame 210 through the elastic guider 240, the pressing jig J is pressed downward.
  • the bus bar frame 210 can be moved to the rear.
  • the electrode leads 150 and the sensing bus bar 230 are connected to each other through laser welding or the like. They can be connected by welding each other.
  • the sensing bus bar 230 can be elastically moved in the front and rear direction through the elastic guider 240, so that the step difference correction is performed.
  • load and stress of the battery cells 100 toward the electrode leads 150 may be minimized.
  • the battery module 10 comprises the electrode lead 150 of the battery cell 100 and the sensing bus bar 230 of the bus bar assembly 200 by welding. While preventing damage to the lead 150, it is possible to effectively prevent deterioration in welding quality even if a protruding step occurs due to an assembly tolerance or the like.
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a state of preventing damage to an electrode lead through an elastic guider during cell swelling of the battery cells of the battery module of FIG. 1.
  • FIGS. 5 and 6 the upward direction is described as a forward direction, and the downward direction of FIGS. 5 and 6 is described as a rear direction.
  • the battery cells 100 may expand in the thickness direction according to an abnormal situation due to overheating of the battery cells 100. That is, the battery cells 100 may expand in the left and right directions according to the cell swelling.
  • the electrode leads welded to the sensing busbar 230 and the sensing busbar 230 through the elastic guider 240
  • the end of 150 can be elastically moved backward (downward direction in FIG. 8 ).
  • the The length of the electrode leads 150 may be compensated.
  • the battery module 10 minimizes the tensile stress applied to the electrode leads 150 during cell swelling of the battery cells 100, so that the electrode according to the tensile stress Damage to the leads 150 can be effectively prevented.
  • FIG 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes at least one battery module 10 according to the previous embodiment and a pack case 50 for packaging the at least one battery module 10. I can.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V as a fuel source for the vehicle.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and other ways in which the battery pack 1 can be used as a fuel source.
  • the battery pack 1 may be provided in other devices, devices, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle V.
  • the battery pack 1 according to the present embodiment and the apparatus, apparatus, and equipment including the battery pack 1 such as the automobile include the battery module 10 described above, and the above-described battery module It is possible to implement a battery pack 1 having all of the advantages due to (10) and a device, apparatus, and equipment such as a vehicle including the battery pack 1.
  • a battery module 10 capable of preventing damage to the electrode lead 150 during cell swelling of the battery cells 100, and a battery including the battery module 10 A pack 1 and a car V can be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드가 돌출되는 복수 개의 배터리 셀 및 복수 개의 배터리 셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바 어셈블리를 포함하며, 버스바 어셈블리는, 버스바 프레임, 버스바 프레임에 구비되며, 전극 리드들을 통과시키는 복수 개의 리드 슬롯, 복수 개의 리드 슬롯 사이에 배치되며, 전극 리드들과 연결되는 센싱 버스바 및 버스바 프레임의 전후 방향에서 센싱 버스바의 후방에 배치되는 탄성 가이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 10월 24일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2019-0132947호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 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.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈의 경우, 용접용 지그를 이용하여, 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바를 밀착 가압하여 레이저 용접 등으로 전극 리드와 센싱 버스바를 용접하게 된다. 이러한 종래 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바 용접 시, 버스바 어셈블리의 조립 공차 등에 따라, 전극 리드와 센싱 버스바 사이의 돌출 단차가 발생할 수 있다. 종래 배터리 모듈에서, 이러한 돌출 단차가 발생한 채로 용접 공정을 진행할 경우, 용접 불량이 발생할 위험이 커지는 문제가 있다.
종래 이러한 돌출 단차를 보정하기 위해, 가압 지그 등을 통해, 전극 리드와 센싱 버스바를 가압할 경우, 종래 배터리 모듈의 경우, 일반적으로, 센싱 버스바가 버스바 어셈블리의 버스바 프레임에 고정된 채로 장착되기에, 상대적으로 유동 가능한 전극 리드 측이 집중적으로 가압되어 전극 리드의 손상이 발생하는 문제가 있다.
그러므로, 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바와의 용접 연결 시 전극 리드의 손상을 방지하면서, 조립 공차 등에 따른 돌출 단차가 발생하더라도 용접 품질 저하를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바와의 용접 연결 시 전극 리드의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바와의 용접 연결 시 조립 공차 등에 따른 돌출 단차가 발생하더라도 용접 품질 저하를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 셀들의 셀 스웰링 시 전극 리드의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 일측에 전극 리드가 돌출되는 복수 개의 배터리 셀; 및 상기 복수 개의 배터리 셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바 어셈블리;를 포함하며, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀의 적어도 일측을 커버하는 버스바 프레임; 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 전극 리드들을 통과시키는 복수 개의 리드 슬롯; 상기 복수 개의 리드 슬롯 사이에 배치되며, 상기 전극 리드들과 연결되는 적어도 하나의 센싱 버스바; 및 상기 적어도 하나의 센싱 버스바를 탄성적으로 지지 가능하며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 후방에 배치되는 적어도 하나의 탄성 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 적어도 하나의 센싱 버스바는, 상기 적어도 하나의 탄성 가이더에 탄성 접촉하면서 상기 버스바 프레임의 전후 방향을 따라 이동 가능하게 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 탄성 가이더는, 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향으로 탄성 변형 가능한 제1 판 스프링; 및 상기 제1 판 스프링과 소정 거리 이격되게 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향으로 탄성 변형 가능한 제2 판 스프링;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 탄성 가이더는, 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 제1 판 스프링과 상기 제2 판 스프링을 연결하는 스프링 연결부;를 포함할 수 있다.
상기 스프링 연결부는, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 후면과 면 접촉할 수 있다.
상기 적어도 하나의 탄성 가이더는, 상기 버스바 프레임에 일체로 형성될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리는, 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방으로의 이탈을 방지하는 이탈 방지 스토퍼;를 포함할 수 있다.
상기 이탈 방지 스토퍼는, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 상측에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 상단의 이동을 제한하는 스토퍼 후크; 및 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 하측에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 하단의 이동을 제한하는 스토퍼 홈;을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바와의 용접 연결 시 전극 리드의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 버스바 어셈블리의 센싱 버스바와의 용접 연결 시 조립 공차 등에 따른 돌출 단차가 발생하더라도 용접 품질 저하를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들의 셀 스웰링 시 전극 리드의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 버스바 어셈블리의 센싱 버스바를 제외한 버스바 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 이탈 방지 스토퍼를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전극 리드와 센싱 버스바의 용접 시 탄성 가이더를 통한 전극 리드와 센싱 버스바의 단차 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 셀 스웰링 시 탄성 가이더를 통한 전극 리드의 손상 방지 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요부를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 버스바 어셈블리의 센싱 버스바를 제외한 버스바 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100) 및 버스바 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층되며, 각각, 적어도 일측에 전극 리드(150)가 돌출될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 전극 리드들(150)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 일측에 배치될 수 있다.
이러한 상기 버스바 어셈블리(200)는, 버스바 프레임(210), 리드 슬롯(220), 센싱 버스바(230), 탄성 가이더(240) 및 이탈 방지 스토퍼(250)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임(210)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 적어도 일측을 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 버스바 프레임(210)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 적어도 일측을 커버할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
상기 리드 슬롯(220)은, 상기 버스바 프레임(210)에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드들(100)을 통과시킬 수 있다. 이러한 상기 리드 슬롯(220)은, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 센싱 버스바(230)는, 상기 복수 개의 리드 슬롯(220) 사이에 배치되며, 상기 배터리 셀들(100)의 전극 리드들(150)과 연결될 수 있다. 이러한 상기 센싱 버스바(230)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 센싱 버스바(230)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 센싱 버스바(230)는, 상기 리드 슬롯들(220)을 통과한 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드들(150)과 레이저 용접 등을 통한 용접 결합으로 상호 연결될 수 있다. 여기서, 상기 전극 리드들(150)은, 벤딩되지 않는 논-벤딩 방식으로 상기 센싱 버스바(230)와 용접 결합될 수 있다.
상기 탄성 가이더(240)는, 상기 센싱 버스바(230)를 탄성적으로 지지 가능하며, 상기 버스바 프레임(210)의 전후 방향에서 상기 센싱 버스바(230)의 후방에 배치될 수 있다.
이러한 상기 탄성 가이더(240)는, 상기 센싱 버스바(230)의 개수에 대응되게 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 탄성 가이더(240)는, 상기 버스바 프레임(210)에 일체로 형성될 수 있다.
이러한 상기 탄성 가이더(240)를 통해, 상기 복수 개의 센싱 버스바(230)는, 각각, 상기 탄성 가이더(240)에 탄성 접촉하면서 상기 버스바 프레임(210)의 전후 방향을 따라 이동 가능하게 구비될 수 있다.
상기 탄성 가이더(240)는, 제1 판 스프링(242), 제2 판 스프링(244) 및 스프링 연결부(246)를 포함할 수 있다.
상기 제1 판 스프링(242)은, 상기 버스바 프레임(210)에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제1 판 스프링(242)은, 상기 버스바 프레임(210)의 전후 방향으로 탄성 변형 가능하게 마련될 수 있다.
상기 제2 판 스프링(244)은, 상기 제1 판 스프링(210)과 소정 거리 이격되게 상기 버스바 프레임(210)에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제2 판 스프링(244)은, 상기 제1 판 스프링(242)과 같이, 상기 버스바 프레임(210)의 전후 방향으로 탄성 변형 가능하게 마련될 수 있다.
상기 스프링 연결부(246)는, 상기 버스바 프레임(210)에 구비되며, 상기 제1 판 스프링(242)과 상기 제2 판 스프링(244)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 스프링 연결부(246)는, 상기 센싱 버스바(230)의 후면과 면 접촉할 수 있다.
상기 이탈 방지 스토퍼(250)는, 상기 버스바 프레임(210)에 구비되며, 상기 센싱 버스바(230)의 전방에서 상기 센싱 버스바(230)의 전후 이동 시, 상기 센싱 버스바(230)의 전방으로의 이탈을 방지할 수 있다.
이러한 상기 이탈 방지 스토퍼(250)는, 스토퍼 후크(252) 및 스토퍼 홈(254)을 포함할 수 있다.
상기 스토퍼 후크(252)는, 상기 센싱 버스바(230)의 상측에 구비되며, 상기 센싱 버스바(230)의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 센싱 버스바(230)의 상단의 이동을 제한할 수 있다.
상기 스토퍼 홈(254)은, 상기 센싱 버스바(230)의 하측에 구비되며, 상기 센싱 버스바(230)의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 센싱 버스바(230)의 하단의 이동을 제한할 수 있다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 이탈 방지 스토퍼를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 버스바 어셈블리(205)는, 상기 스토퍼 후크(252)를 한 쌍으로 구비하는 것도 가능할 수 있다. 상기 한 쌍의 스토퍼 후크(252)는, 상기 센싱 버스바(230)의 상하측에 각각 마련되어, 상기 센싱 버스바(230)의 전방 이동 시 상기 센싱 버스바(230)의 이탈을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 탄성 가이더(240)의 구체적인 동작에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전극 리드와 센싱 버스바의 용접 시 탄성 가이더를 통한 전극 리드와 센싱 버스바의 단차 보정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5 및 도 6의 상하 방향은, 앞선 도 2 내지 도 4의 전후 방향에 대응될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6의 상측 방향은, 도 2 내지 도 4의 전방 방향이며, 도 5 및 도 6의 하측 방향은, 도 2 내지 도 4의 후방 방향일 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6에서 상측 방향은 전방 방향으로 설명하고, 도 5 및 도 6의 하측 방향은 후방 방향으로 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)에서, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 조립 시, 조립 공차 등으로 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드들(150)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 센싱 버스바(230) 사이에 소정의 단차가 발생할 수 있다.
예로써, 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 센싱 버스바(230)가 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드들(150)보다 전방으로 돌출될 수 있다. 이러한 돌출 단차 보정을 위해, 작업자 등은, 가압 지그(J)를 이용하여 상기 돌출된 센싱 버스바(230)를 하방으로 가압할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 센싱 버스바(230)가 상기 탄성 가이더(240)를 통해, 상기 버스바 프레임(210)의 전후 방향으로 탄성적으로 이동 가능하기에, 상기 가압 지그(J)의 하방 가압 시 상기 버스바 프레임(210)의 후방으로 이동할 수 있다.
이후, 상기 작업자 등은, 상기 센싱 버스바(230)와 상기 전극 리드들(150) 사이의 단차가 보정되면, 상기 전극 리드들(150)과 상기 센싱 버스바(230)를 레이저 용접 등을 통해 상호 용접시켜 연결할 수 있다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 가압 지그(J)를 하방 가압 시, 상기 탄성 가이더(240)를 통해, 상기 센싱 버스바(230)가 탄성적으로 전후 방향에서 이동 가능하기에, 상기 단차 보정을 위한 상기 가압 지그(J)의 가압 시, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드들(150) 측으로의 부하 및 스트레스를 최소화시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 가압 지그(J)의 단차 보정 시, 발생할 수 있는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드들(150)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배터리 셀(100)의 상기 전극 리드(150)와 상기 버스바 어셈블리(200)의 상기 센싱 버스바(230)와의 용접 연결 시 상기 전극 리드(150)의 손상을 방지하면서, 조립 공차 등에 따른 돌출 단차가 발생하더라도 용접 품질 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 셀 스웰링 시 탄성 가이더를 통한 전극 리드의 손상 방지 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8, 또한, 앞선 도 5 및 도 6과 같이, 상측 방향은 전방 방향으로 설명하고, 도 5 및 도 6의 하측 방향은 후방 방향으로 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(10)에서, 상기 배터리 셀들(100)의 과열 등에 따른 이상 상황 등에 따라, 상기 배터리 셀들(100)이 두께 방향으로 팽창될 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀들(100)이 셀 스웰링에 따라, 좌우 방향으로 팽창될 수 있다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 배터리 셀들(100)의 셀 스웰링 시, 상기 탄성 가이더(240)를 통해, 상기 센싱 버스바(230)와 상기 센싱 버스바(230)와 용접 결합된 상기 전극 리드들(150)의 단부가 후방(도 8의 하측 방향)으로 탄성적으로 이동할 수 있다.
이러한 상기 센싱 버스바(230)와 상기 센싱 버스바(230)와 용접 결합된 상기 전극 리드들(150)의 단부가 후방 이동에 따라, 상기 배터리 셀들(100)의 셀 스웰링에 따라 늘어나려는 상기 전극 리드들(150)의 길이를 보상할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배터리 셀들(100)의 셀 스웰링 시, 상기 전극 리드들(150) 측으로 가해지는 인장 스트레스를 최소화시켜, 상기 인장 스트레스에 따른 상기 전극 리드들(150)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차(V)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10) 을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(150)와 버스바 어셈블리(200, 205)의 센싱 버스바(230)와의 용접 연결 시 전극 리드(150)의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(150)와 버스바 어셈블리(200, 205)의 센싱 버스바(230)와의 용접 연결 시 조립 공차 등에 따른 돌출 단차가 발생하더라도 용접 품질 저하를 방지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들(100)의 셀 스웰링 시 전극 리드(150)의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 일측에 전극 리드가 돌출되는 복수 개의 배터리 셀; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바 어셈블리;를 포함하며,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 적어도 일측을 커버하는 버스바 프레임;
    상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 전극 리드들을 통과시키는 복수 개의 리드 슬롯;
    상기 복수 개의 리드 슬롯 사이에 배치되며, 상기 전극 리드들과 연결되는 적어도 하나의 센싱 버스바; 및
    상기 적어도 하나의 센싱 버스바를 탄성적으로 지지 가능하며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 후방에 배치되는 적어도 하나의 탄성 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센싱 버스바는,
    상기 적어도 하나의 탄성 가이더에 탄성 접촉하면서 상기 버스바 프레임의 전후 방향을 따라 이동 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 가이더는,
    상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향으로 탄성 변형 가능한 제1 판 스프링; 및
    상기 제1 판 스프링과 소정 거리 이격되게 상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 버스바 프레임의 전후 방향으로 탄성 변형 가능한 제2 판 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 가이더는,
    상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 제1 판 스프링과 상기 제2 판 스프링을 연결하는 스프링 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스프링 연결부는,
    상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 후면과 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 가이더는,
    상기 버스바 프레임에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 버스바 프레임에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방으로의 이탈을 방지하는 이탈 방지 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이탈 방지 스토퍼는,
    상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 상측에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 상단의 이동을 제한하는 스토퍼 후크; 및
    상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 하측에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 전방 이동 시 소정 거리 이상에서 상기 적어도 하나의 센싱 버스바의 하단의 이동을 제한하는 스토퍼 홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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