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WO2017014472A1 - 전극 리드 연결 구조물, 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전극 리드 연결 구조물, 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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WO2017014472A1
WO2017014472A1 PCT/KR2016/007525 KR2016007525W WO2017014472A1 WO 2017014472 A1 WO2017014472 A1 WO 2017014472A1 KR 2016007525 W KR2016007525 W KR 2016007525W WO 2017014472 A1 WO2017014472 A1 WO 2017014472A1
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WO
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busbar
shaped
shaped end
electrode
busbars
Prior art date
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PCT/KR2016/007525
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English (en)
French (fr)
Inventor
최용준
김기연
문덕희
성준엽
유성천
이강우
이정행
정상윤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2017563558A priority patent/JP6472544B2/ja
Priority to US15/574,239 priority patent/US10403876B2/en
Priority to EP16827976.8A priority patent/EP3291334B1/en
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention provides an electrode lead connection structure suitable for minimizing operator error during the assembly process by forming some of the components integrally to simplify the assembly process of the components, and by leveling the arrangement of the components approximately horizontally by level.
  • the present invention relates to a battery module including a lead connection structure and a battery pack including the same.
  • the vehicle has evolved in the order of a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle.
  • the hybrid vehicle and the plug-in hybrid vehicle have an internal combustion engine, an electric motor and a battery pack, and the electric vehicle has an electric motor and a battery pack without an internal combustion engine.
  • the battery pack has also evolved with hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles and electric vehicles.
  • the battery pack is configured to be chargeable outside and inside the electric vehicle.
  • the battery pack is an eye that electrically connects the battery cells and the battery cells. city.
  • Has a battery module including an interconnect board (ICB) assembly hereinafter referred to as an 'electrode lead connection structure').
  • the battery cells are stacked vertically sequentially in one direction.
  • the battery cell has two electrode leads in one direction.
  • the electrode lead connection structure is electrically connected to a battery management system (BMS) and has a printed circuit board, a plurality of sensing busbars, and two electrode busbars.
  • the printed circuit board has a rectangular shape and has an electric circuit which is responsible for the voltage measuring function of each battery cell.
  • the plurality of sensing busbars are arranged in the same number on one side edge and the other edge of the printed circuit board facing each other. That is, the plurality of sensing busbars are arranged in pairs staggered two by one on the edge of one side and the other edge of the printed circuit board.
  • the sensing busbar is electrically connected to the printed circuit board to sense the voltage of the battery cell.
  • the two electrode busbars are respectively joined by welding to the highest potential sensing busbar receiving the highest potential and the lowest potential sensing busbar receiving the lowest potential in the plurality of sensing busbars.
  • the highest potential sensing busbar corresponds to the lowest sensing busbar among the sensing busbars on one side of the printed circuit board, and the lowest potential sensing busbar corresponds to the highest sensing bus of the sensing busbars of the other edge on the printed circuit board. Corresponds to the bar.
  • the electrode busbar receives power from a battery management system to supply power to the electrode lead connecting structure.
  • the electrode lead connecting structure is positioned around the electrode leads of the battery cells to connect the battery cells using a printed circuit board through a combination of a plurality of sensing busbars, two electrode busbars, and electrode leads of the battery cells. And to be electrically connected in series.
  • the combination of the plurality of sensing busbars, the two electrode busbars, and the electrode leads of the battery cells are provided with one electrode lead for each electrode busbar, and for each sensing busbar other than the highest potential sensing busbar and the lowest potential sensing busbar.
  • the electrode lead connection structure senses the voltage of each battery cell through a printed circuit board and transmits the sensed voltage related electrical signal to the battery management system.
  • the electrode busbars are subjected to two welds to join with the highest potential sensing busbar or the lowest potential sensing busbar, and to join the electrode leads.
  • the number of welding increases the man-hour of the worker for the implementation of the battery pack.
  • the electrode busbars have a great probability of being separated from the sensing busbars and / or the electrode leads at the welded site due to the vibration of the vehicle or the impact of the surrounding structure of the electrode lead connecting structure.
  • Separation of the electrode busbar from the sensing busbar does not apply power to the electrode busbar, resulting in poor electrical characteristics of the electrode lead connecting structure, and separation of the electrode lead from the electrode busbar corresponds to the electrode busbar through the printed circuit board. Do not measure the voltage of the battery cell to be.
  • the plurality of sensing busbars are arranged in a pair of two pairs alternately arranged at one edge and the other edge of the printed circuit board, at least one of the plurality of sensing busbars is connected to the electrode lead of the battery cell due to an operator's mistake. Can be left without bonding.
  • the present invention has been made under the background of the prior art as described above, in which a plurality of sensing busbars electrically connected to a printed circuit board are integrated with electrode busbars in each of the highest potential sensing busbar and the lowest potential sensing busbar, thus man-operating the worker
  • the object is to provide an electrode lead connection structure suitable for reducing the
  • the present invention prevents an operator's mistake by not having a sensing busbar not bonded to the electrode lead while bonding the electrode leads of the battery cells to a plurality of sensing busbars positioned at opposite edges of the printed circuit board in the electrode lead connecting structure. It is an object of the present invention to provide a battery module including an electrode lead connection structure suitable for minimization and a battery pack including the same.
  • the rectangular printed circuit board including an electrical circuit pattern; A first L-shaped end strip busbar and a first L-shaped end strip busbar that are electrically connected to the electrical circuit pattern at the lowest level of one edge of the printed circuit board and protrude downward from the first L-shaped end strip busbar; A first electrode integrated sensing busbar including a first electrode busbar that is bent perpendicularly to the female end strip busbar and extends in a plate shape; A second L-shaped end strip busbar and a second L-shaped end strip busbar that are electrically connected to the electrical circuit pattern at an uppermost level of the other edge of the printed circuit board, protruding upward from the second L-shaped end strip busbar; A second electrode integrated sensing busbar including a second electrode busbar that is bent perpendicularly to the female end strip busbar and extends in a plate shape; A first sensing busbar group comprising first L-shaped intermediate strip busbars electrically connected to the electrical circuit pattern at the one
  • the second L-shaped end strip busbar may be located higher than the first L-shaped end strip busbar on the printed circuit board.
  • said first L-shaped end strip busbar or said second L-shaped end strip busbar is an edge adjacent or adjacent to said printed circuit board along a longitudinal direction extending from said printed circuit board. It can have a width of the central region larger than the width of.
  • the first intermediate strip busbars have the same width as the second L-shaped intermediate strip busbars in a longitudinal direction extending from the printed circuit board.
  • first L-shaped end strip busbars, the first L-shaped intermediate strip busbars, the second L-shaped end strip busbars, and the second L-shaped intermediate strip busbars are bent into an L-shape. It may be inserted into the printed circuit board through an end portion and electrically connected to the electrical circuit pattern.
  • first L-shaped end strip busbars and the first L-shaped intermediate strip busbars are the same as the second L-shaped end strip busbars and the second L-shaped intermediate strip busbars on the printed circuit board. It may have a length.
  • the spacing between the first L-shaped end strip busbar and the first L-shaped intermediate strip busbar adjacent to the first L-shaped end strip busbar is equal to the second L-shaped end strip busbar and the first L-shaped end strip busbar. It may have a size smaller than the spacing between the second L-shaped intermediate strip busbars adjacent to the two L-shaped end strip busbars.
  • the spacing between the first L-shaped intermediate strip busbars may have the same size as the spacing between the second L-shaped intermediate strip busbars.
  • the spacing between the first L-shaped intermediate strip busbars or the second L-shaped intermediate strip busbars is adjacent to the first L-shaped end strip busbar and the first L-shaped end strip busbar. It has a size equal to the spacing between the first L-shaped middle strip busbars, and is greater than the spacing between the second L-shaped end strip busbars and the second L-shaped middle strip busbars adjacent to the second L-shaped end strip busbars. It can have a small size.
  • the first L-shaped end strip busbar and the second L-shaped intermediate strip busbar facing horizontally at the lowest level of the printed circuit board are the first L-shaped end strip busbar and the second L-shaped.
  • the centers of the middle strip busbar may each have centers at the same level.
  • the first L-shaped middle strip busbar and the second L-shaped end strip busbar facing horizontally at the highest level of the printed circuit board are the first L-shaped middle strip busbar and the second L-shaped end. Each may have centers obliquely facing the central regions of the strip busbar.
  • the first electrode busbar may be integrally formed with the first L-shaped end strip busbar
  • the second electrode busbar may be integrally formed with the second L-shaped end strip busbar
  • the first electrode busbar protrudes from the first L-shaped end strip busbar in a 'b' shape
  • the second electrode busbar has a 'b' shape from the second L-shaped end strip busbar. Can protrude.
  • first electrode busbar and the first L-shaped end strip busbar define a groove that is opened upwards, and the second electrode busbar and the second L-shaped end strip busbar are grooved downwardly. Can be defined.
  • the electrode lead connecting structure for achieving the above technical problem, the electrode lead connecting structure according to claim 1; And a battery module coupled to the electrode lead connection structure and including a plurality of battery cells sequentially stacked, wherein the electrode leads of the plurality of battery cells are sequentially stacked on the left side so as to face in one direction. And left lead stacks, right lead stacks and right top electrode leads sequentially stacked on the right side, and the left bottom electrode leads are welded over the bent ends of the first L-shaped end strip busbars. Each of the left lead stacks is welded over the bent ends of two electrode leads to each of the first L-shaped intermediate strip busbars, and the right top electrode lead to the second L-shaped terminal strip busbar. Welded over the bent end, each of said right lead laminates being said second L-shaped It characterized in that the weld between the bent over ends of the two electrode leads on each strip bus bars.
  • the spacing between the first L-shaped intermediate strip busbars or the second L-shaped intermediate strip busbars is adjacent to the first L-shaped end strip busbar and the first L-shaped end strip busbar. It has a size equal to the spacing between the first L-shaped middle strip busbars, and is greater than the spacing between the second L-shaped end strip busbars and the second L-shaped middle strip busbars adjacent to the second L-shaped end strip busbars. It can have a small size.
  • the first electrode busbar may be integrally formed with the first L-shaped end strip busbar
  • the second electrode busbar may be integrally formed with the second L-shaped end strip busbar
  • the bent ends of the left bottom electrode leads or each of the bent ends of the left lead stacks may be bent into roughly 'c' shaped grooves opening downwards.
  • the bent end of the right uppermost electrode lead is bent into a roughly 'c' shaped groove that is open upwards, and each of the bent ends of each of the right lead stacks is approximately 'opened downwards. Can be bent into a c-shaped groove.
  • the battery module according to claim 15 for achieving the above technical problem, the battery module according to claim 15; And a housing surrounding the battery module, wherein the housing includes first and second external electrode terminals electrically connected to the first electrode terminal and the second electrode terminal of the electrode lead connection structure in the battery module, respectively. And the first and second external electrode terminals protrude from the housing.
  • the electrode lead connection structure according to the present invention includes an electrode bus bar and an electrode integrated sensing bus bar formed by integrating the electrode bus bar into each of the highest and lowest potential sensing bus bars of the plurality of sensing bus bars electrically connected to the printed circuit board.
  • the plurality of sensing busbars and the electrode leads of the battery cells are arranged in pairs having the same number of pairs of sensing busbars on the one side and the other edge of the printed circuit board in equal numbers. The operator's mistakes are minimized during bonding so that they do not have electrode leads that are not bonded to the sensing busbars.
  • the battery module according to the present invention has a width of one electrode lead of the battery cell smaller than the length of the sensing bus bar protruding from the printed circuit board, so that the electrode lead is stably contacted with the sensing bus bar to the sensing bus bar.
  • the electrode leads can be easily joined by welding.
  • the battery pack according to the present invention can reduce the manufacturing cost because it includes a battery module manufactured with high productivity by reducing the man-hours of the operator in the assembly process and minimizes the mistakes of the operator.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the electrode lead connecting structure of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a battery cell in the cell group of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an electrical connection relationship between electrode leads in a plurality of battery cells of the cell group of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a coupling relationship between the electrode lead connecting structure of FIG. 2 and the cell group of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a partial side view illustrating in detail a coupling relationship between the electrode lead connecting structure and the cell group of FIG. 5 at one edge of the printed circuit board of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a partial side view illustrating in detail a coupling relationship between the electrode lead connecting structure and the cell group of FIG. 5 at the other edge of the printed circuit board of FIG. 2.
  • FIG. 8 is a partial perspective view illustrating the battery module of FIG. 1 in detail.
  • 9 and 10 are schematic diagrams illustrating a method of manufacturing the battery module of FIG. 1.
  • the battery cell refers to a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery is a generic term for a secondary battery in which lithium ions act as operating ions during charging and discharging to induce an electrochemical reaction in the positive electrode and the negative electrode.
  • the present invention is not limited to the type of battery.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the electrode lead connecting structure of FIG. 3 is a perspective view illustrating a battery cell in the cell group of FIG. 1
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an electrical connection relationship between electrode leads in a plurality of battery cells of the cell group of FIG. 1.
  • the battery pack 200 includes a battery module 150 and a housing 190.
  • the battery module 150 has an electrode lead connection structure 110 and a cell group 140 sequentially arranged along one direction of the battery pack 200 and electrically connected to each other.
  • the electrode lead connection structure 110 is electrically connected to a battery management system (BMS) (not shown in the drawings) located inside the battery pack 200.
  • BMS battery management system
  • the electrode lead connection structure 110 may include a substantially rectangular printed circuit board 5, first and second sensing busbar groups 30 and 80, and first and second electrode bodies facing in a diagonal direction. It has sensing bus bars 50 and 100.
  • the printed circuit board 5 has an electrical circuit pattern that is responsible for the voltage measurement function of each battery cell 130 included in the cell group 140.
  • the printed circuit board 5 includes a first sensing busbar group 30 and a first electrode integrated sensing busbar 50 positioned at one edge and a second sensing busbar group 80 positioned at the other edge. ) And a second electrode integrated sensing busbar 100.
  • the first electrode integrated sensing bus bar 50 includes a first L-shaped terminal strip bus bar 10 and a first electrode bus bar 40 integrally formed.
  • the second electrode integrated sensing busbar 100 is composed of a second L-shaped end strip busbar 60 and a second electrode busbar 90 formed integrally.
  • the first L-shaped end strip bus bar 10 and the second L-shaped end strip bus bar 60 are the first electrode bus bar 40 having the highest potential and the lowest potential, or the lowest potential and the highest potential, respectively.
  • a second electrode bus bar 90 is the first electrode bus bar 40 having the highest potential and the lowest potential, or the lowest potential and the highest potential, respectively.
  • Each of the first and second electrode integrated sensing busbars 50 and 100 is used to sense a voltage of the battery cell 130, to induce a charging current, or to discharge a discharge current.
  • the first sensing busbar group 30 includes first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, and 29, and the second sensing busbar group 80 includes a second L bus. Shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, 79.
  • the printed circuit board 5 of the electrode lead connection structure 110 may be a cell group through first and second sensing busbar groups 30 and 80 and first and second electrode integrated sensing busbars 50 and 100.
  • the electrode leads 123 of the plurality of battery cells 130 constituting the 140 may be in contact with each other. In this case, in FIGS. 3 and 4, each battery cell 130 has two electrode leads 123 protruding in one direction.
  • the electrode leads 123 of the plurality of battery cells 130 may include first and second L-shaped end strip busbars 10 and 60 to sequentially stack the battery cells 130 on the printed circuit board 5.
  • the first and second L-shaped end strip busbars 10, 60 and the first and second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, Each of 77 and 79 senses the voltage of the battery cell 130.
  • the housing 190 encloses the battery module 150.
  • the housing 190 consists of a lower housing 160 and an upper housing 180 which are sequentially stacked and detachable from each other.
  • the lower housing 160 and the upper housing 180 surround and seal the battery module 140.
  • the upper housing 180 is electrically connected to the first and second electrode busbars 40 and 90 of the first and second electrode integrated sensing busbars 50 and 100 through an inner circumferential surface thereof, and from the outer circumferential surface thereof. Protruding first and second external electrode terminals 174, 178. The first and second external electrode terminals 174 and 178 have opposite polarities.
  • the structure of the electrode lead connecting structure 110 will be described in more detail as follows.
  • the front of the printed circuit board 5 is a direction from the printed circuit board 5 to the ground in the drawing, and the rear of the printed circuit board 5 is directed from the printed circuit board 5 to the opposite side of the ground.
  • the front of the printed circuit board 5 is a direction from the printed circuit board 5 to the ground in the drawing, and the rear of the printed circuit board 5 is directed from the printed circuit board 5 to the opposite side of the ground.
  • the first L-shaped end strip busbar 10 is located in front of the printed circuit board 5 and is connected to the printed circuit board 5 through an L-shaped bent end. It is inserted and electrically connected with the electric circuit pattern of the printed circuit board 5.
  • the first electrode busbar 40 protrudes downward from the first terminal L-shaped strip busbar 10 and is bent vertically toward the rear of the printed circuit board 5 to extend into plate-shaped segments.
  • the first electrode busbar 40 protrudes from the first L-shaped end strip busbar 10 in a 'b' shape at one edge of the printed circuit board 5.
  • the first electrode busbar 40 is formed at approximately a right angle with respect to the first L-shaped end strip busbar 10 and is opened upwardly with the first L-shaped end strip busbar 10. Define a groove (G1).
  • the second L-shaped end strip busbar 60 is located in front of the printed circuit board 5 and is inserted into the printed circuit board 5 through an L-shaped bent end to insert the printed circuit board 5. Is electrically connected to the electrical circuit pattern Here, the second L-shaped end strip busbar 60 is located higher than the first L-shaped end strip busbar 10 on the printed circuit board 5.
  • the second electrode busbar 90 protrudes upwards from the second L-shaped end strip busbar 60 and is bent vertically toward the rear of the printed circuit board 5 to extend into plate-shaped segments.
  • the second electrode bus bar 90 protrudes from the second L-shaped end strip bus bar 60 in a 'b' shape at the other edge of the printed circuit board 5.
  • the second electrode busbars 90 are formed at approximately right angles to the first L-shaped end strip busbars 60 and downwardly opened with the first L-shaped end strip busbars 60. Define two grooves (G2). Each of the first and second electrode busbars 40 and 90 has a branched structure to facilitate coupling with a peripheral structure (not shown).
  • the first and second sensing busbar groups 30 and 80 are positioned at one edge and the other edge of the printed circuit board 5, respectively.
  • the first sensing busbar group 30 includes first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, and 29 at one edge of the printed circuit board 5.
  • the first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29 are directed above the first L-shaped end strip busbar 10 around the first L-shaped end strip busbar 10. They are arranged sequentially and regularly, with a predetermined interval.
  • the second sensing busbar group 80 includes second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, 79 at the other edge of the printed circuit board 5.
  • the second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, 79 are directed below the second L-shaped end strip busbar 60 around the second L-shaped end strip busbar 60. They are arranged sequentially and regularly, with a predetermined interval.
  • the first L-shaped intermediate strip busbar 29 faces horizontally with the second L-shaped end strip busbar 60 at the other edge of the printed circuit board 5.
  • the second L-shaped intermediate strip busbar 79 faces horizontally at the same level as the first L-shaped terminal strip busbar 10 at one edge of the printed circuit board 5.
  • the first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, and 27 may be formed by the second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, and the other edge of the printed circuit board 5. 77) face horizontally at the same level.
  • Each of the first and second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 70 each has a printed circuit through an L-shaped end. It is inserted into the board
  • the opposing first L-shaped and second L-shaped intermediate strip busbars 10, 79, the first L-shaped intermediate and second L-shaped end strip busbars 29, 60, and the first and the first 2 L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 71, 72, 73, 75, 77 protrude from the printed circuit board 5 toward the front of the printed circuit board 5 and on both sides thereof. Bent toward and extending in a direction away from each other.
  • the cell group 140 includes a plurality of battery cells 130, and one battery cell 130 includes an electrode assembly 121, two electrode leads 123, and two battery cells 130.
  • the sealing member 125 and the pouch case 127 are included.
  • the electrode assembly 121 is surrounded by a pouch sheath 127 together with an electrolyte and sealed.
  • the electrode lead 123 is electrically connected to the electrode assembly 121 in the pouch sheath 127 through one end thereof, and protrudes toward the outside of the pouch sheath 127 through the other end thereof.
  • the two electrode leads 123 are exposed to the outside of the pouch case 127 in one direction.
  • the sealing member 125 surrounds the electrode lead 123 at the edge of the pouch sheathing material 127 and is in close contact with the pouch sheathing material 127 and the electrode lead 123.
  • the plurality of battery cells 130 is configured by seating the stacked battery cells 130 positioned on the right side of the drawing on the stacked battery cells 130 positioned on the left side of the drawing in FIG. 4.
  • the electrode leads 123 of the plurality of battery cells 130 are also sequentially stacked on the left and right sides of the battery cells 130.
  • the number of the plurality of battery cells 130 is 13 but is not limited thereto.
  • the electrode leads 123 stacked on the left of the battery cells 123 are disposed on the left lowermost electrode lead A1 and the left lowermost electrode lead A1. It consists of a left lead stack group A2 joined in pairs.
  • the electrode leads 123 stacked on the right side of the battery cells 123 are connected to the right top electrode lead B1 and the right lead stack group B2 which is coupled to each other under the right top electrode lead B1. Is done.
  • the left lead stack group A2 is positioned on the left bottom electrode lead A1 and above the left bottom electrode lead A1.
  • First to sixth left lead stacks A21, A22, A23, A24, A25, and A26 sequentially positioned toward.
  • the right lead stack group B2 includes first to sixth right lead stacks B21, B22, B23, B24, B25, and B26 sequentially positioned below the right top electrode lead B1. do.
  • each of the left lowermost electrode lead A1 and the right uppermost electrode lead B1 does not constitute a lead stack having one electrode lead 123 and two electrode leads 123.
  • two electrode leads 123 are electrically opposite polarities, and the dashed dashed line illustrated in FIG. 4 means a combination of two electrode leads 123.
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating a coupling relationship between the electrode lead connection structure of FIG. 2 and the cell group of FIG. 4, and FIG. 6 is a view illustrating the electrode lead connection structure and the cell group of FIG. 5 at one edge of the printed circuit board of FIG. 2. Partial side view showing the coupling relationship in detail.
  • FIG. 7 is a partial side view illustrating in detail a coupling relationship between the electrode lead connecting structure and the cell group of FIG. 5 at the other edge of the printed circuit board of FIG. 2, and
  • FIG. 8 is a partial perspective view illustrating the battery module of FIG. 1 in detail. to be.
  • a total of 13 battery cells 130 are stacked up and down to form a cell group 140, wherein the cell group 140 is coupled to the electrode lead connection structure 110.
  • the lower leftmost electrode lead A1 is bent into a roughly 'c' shaped groove G which opens downward from the end to the first L-shaped terminal strip busbar 10 of the electrode lead connecting structure 110. Are joined across.
  • each of the total of 12 electrode leads 123 on the left lowermost electrode lead A1 is also bent into a roughly 'c' shaped groove G that is open downward from the end.
  • the grooves G of the twelve electrode leads 123 are stacked in pairs, and the twelve electrode leads 123 are sequentially positioned on the left lowermost electrode lead A1.
  • the left lead laminates A21, A22, A23, A24, A25, and A26 are constituted.
  • the first to sixth left lead stacks A21, A22, A23, A24, A25, and A26 may include the first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, and 27 of the electrode lead connecting structure 110. , 29) over each other.
  • Each of the first to sixth left lead stacks A21, A22, A23, A24, A25, and A26 has two electrode leads 123, and the two electrode leads 123 have grooves G in the lower and upper portions thereof. Each of the lower grooves G is in contact with the respective surface of the first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29.
  • the contact portions of the first to sixth left lead stacks A21, A22, A23, A24, A25, and A26 and the first L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, and 29 are lasered. Welded by welding and firmly joined.
  • the laser welding partially melts at least one of the two electrode leads 123 through a welding point of the two electrode leads 123, thereby allowing the two electrode leads (through the contact interface of the two electrode leads 123). 123) is bonded.
  • a total of 13 battery cells 130 are stacked up and down to form a cell group 140, wherein the cell group 140 is coupled to the electrode lead connection structure 110.
  • the upper rightmost electrode lead B1 is bent into an approximately 'c' shaped groove G which is open upwards at the end to form the second L-shaped terminal strip busbar 60 of the electrode lead connecting structure 110. Are joined across.
  • each of the twelve electrode leads 123 under the right uppermost electrode lead B1 is also bent into a roughly 'c' shaped groove G that is open downward from the end.
  • the grooves G of the twelve electrode leads 123 are overlapped in pairs, and the twelve electrode leads 123 are sequentially positioned under the upper rightmost electrode leads B1.
  • Right lead laminated bodies B21, B22, B23, B24, B25, and B26 are comprised.
  • the first to sixth right lead stacks B21, B22, B23, B24, B25, and B26 may include second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, and 77 of the electrode lead connecting structure 110. , 79, respectively).
  • Each of the first to sixth right lead stacks B21, B22, B23, B24, B25, and B26 has two electrode leads 123, and the two electrode leads 123 have grooves G in the lower and upper portions thereof. Each of the lower grooves G is in contact with the respective surface of the second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, 79.
  • the contact portions of the first to sixth right lead stacks B21, B22, B23, B24, B25, and B26 and the second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, and 79 are lasered. Welded by welding and firmly joined.
  • the laser welding partially melts at least one of the two electrode leads 123 through a welding point of the two electrode leads 123, thereby allowing the two electrode leads (through the contact interface of the two electrode leads 123). 123) is bonded.
  • the battery module 150 generally has a first L-shaped end strip busbar at one edge of the printed circuit board 5 of the electrode lead connecting structure 110.
  • the battery module 150 includes the right uppermost electrode lead B1 and the second L bonded to the second L-shaped terminal strip busbar 60 at the other edge of the printed circuit board of the electrode lead connecting structure 110. And first to sixth right lead stacks B21, B22, B23, B24, B25, and B26 bonded to the female intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, and 79, respectively.
  • 9 and 10 are schematic diagrams illustrating a method of manufacturing the battery module of FIG. 1.
  • an electrode lead connecting structure 110 may be prepared.
  • the electrode lead connection structure 110 may include a printed circuit board 5, first and second sensing busbar groups 30 and 80 and first sensing busbar groups respectively positioned at both sides of the printed circuit board 5.
  • the first electrode integrated sensing bus bar 50 and the second electrode integrated sensing bus bar 100 positioned above the second sensing bus bar group 80 may be included.
  • the first sensing bus bar group 30 may include first L-shaped intermediate strip bus bars 21, 22, 23, 25, 27 and 29 arranged at predetermined intervals at one edge of the printed circuit board 5.
  • the second sensing busbar group 80 includes second L-shaped intermediate strip busbars 71, 72, 73, 75, 77, and 79 arranged at predetermined intervals at the other edge of the printed circuit board 5.
  • the first electrode integrated sensing busbar 50 has a first L-shaped end strip busbar 10 and a first electrode busbar 40
  • the second electrode integrated sensing busbar 100 has a second L. It may have a male end strip busbar 60 and a second electrode busbar 90.
  • Each of the first and second L-shaped end strip busbars 10, 60 is adjacent to or far from the printed circuit board 5 along a longitudinal direction extending from the printed circuit board 5.
  • the width W2 of the central region may be larger than the width W1 of the distant edge.
  • Each of the first and second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79 extends from the printed circuit board 5. It may have the same width W2 along the direction.
  • the first and second L-shaped end strip busbars 10, 60 are the first and second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71 on the printed circuit board 5. , 72, 73, 75, 77, 79).
  • the first L-shaped end and the second L-shaped intermediate strip busbars 10 and 79 facing horizontally at the lowest level of the printed circuit board 5 are the first L-shaped end and the second L-shaped intermediate strip busbars.
  • First L-shaped intermediate and second L-shaped end strip busbars 29 having centers at the same level in the central regions of (10, 79) and facing horizontally at the highest level of the printed circuit board 5, respectively.
  • 60 have centers facing obliquely in the central region of the first L-shaped middle and second L-shaped end strip busbars 29 and 60, respectively.
  • the interval S1 between the second L-shaped intermediate strip busbar 60 and the second L-shaped intermediate strip busbar 60 adjacent to the second L-shaped terminal strip busbar 60 at the other edge of the printed circuit board 5 are provided. It may have a smaller size than the spacing S2 between the strip busbars 71.
  • the first and second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79 may have one edge and the other side of the printed circuit board 5. The edges may be spaced at the same interval S1.
  • a plurality of battery cells 130 of FIG. 4 may be prepared.
  • the plurality of battery cells 130 may have electrode leads 123 facing in one direction. Subsequently, the electrode leads 123 may be bent into grooves G having a substantially square shape. Next, the plurality of battery cells 130 may be coupled to the electrode lead connection structure 110 through the electrode leads 123.
  • the electrode leads 123 are coupled to the first and second L-shaped terminal strip busbars 10 and 60 in the electrode lead connecting structure 110 one by one, and Two to each of the first to second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79.
  • the electrode leads 123 extend over each of the first and second L-shaped end strip busbars 10, 60 through one groove G, and the two grooves G are separated.
  • the electrode leads 123 extend over each of the first to second L-shaped intermediate strip busbars 21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79.
  • the electrode leads 123 form a lower left electrode lead A1 and a left lead stack group A2 at one edge of the printed circuit board 5 in the electrode lead connection structure 110, and include a printed circuit board ( The right uppermost electrode lead B1 and the right lead stack group B2 may be configured at the other edge of 5).
  • laser welding may be performed in front of the printed circuit board 5 of the electrode lead connecting structure 110.
  • the laser welding firmly bonds one electrode lead 123 to each of the first and second L-shaped end strip busbars 10 and 60, and the first to second L-shaped intermediate strip busbars 21, Two electrode leads 123 may be firmly bonded to each of 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, and 79.
  • the electrode lead connection structure 110 may constitute a battery module 150 according to an embodiment of the present invention together with a plurality of battery cells 130. Thereafter, the battery module 150 may be received and sealed in the housing 190 of FIG. 1.
  • the electrode lead connection structure 110 of the battery module 150 may be electrically connected to the first and second external electrode terminals 174 and 178 of the housing 190. Through this, the battery module 150 may configure the battery pack 200 together with the housing 190.

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Abstract

본 발명은, 센싱 및 전극 버스바들을 일체로 형성하여 버스바의 조립 공정을 단순화시키고, 인쇄 회로 기판에서 버스바들의 배열을 레벨 별로 대략 수평하게 하여 조립 공정 동안에 작업자의 실수를 최소화하는데 적합한 전극 리드 연결 구조물, 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩을 개시한다. 본 발명에 따르는 전극 리드 연결 구조물은, 인쇄 회로 기판; 인쇄 회로 기판의 일측 가장 자리의 최 하위 레벨과 타측 가장 자리의 최 상위 레벨에 각각 위치되는 제1 및 제2 전극 일체형 센싱 버스바; 일측 가장 자리에서 제1 L자형 말단 스트립 버스바 위에 위치되는 제1 센싱 버스바 그룹; 및 타측 가장 자리에서 제2 L자형 말단 스트립 버스바 아래에 위치되는 제2 센싱 버스바 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 리드 연결 구조물, 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩
본 발명은, 구성 요소들 중 일부를 일체로 형성하여 구성 요소들의 조립 공정을 단순화시키고, 구성 요소의 배열을 레벨 별로 대략 수평하게 하여 조립 공정 동안에 작업자의 실수를 최소화하는데 적합한 전극 리드 연결 구조물, 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 07월 20일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2015-0102609호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근에, 차량의 배출 가스에 기인한 대기 오염을 줄이기 위해서, 차량은 내연 기관 및/ 또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 연구에 바탕을 두고 제조되고 있다. 이에 따라서, 상기 차량은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 및 전기 자동차의 순서로 진화되었다. 이 경우에, 상기 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 내연 기관, 전기 모터와 전지 팩을 가지며, 상기 전기 자동차는 내연 기관 없이 전기 모터와 전지 팩을 갖는다.
더불어서, 상기 전지 팩도 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차와 함께 진화되었다. 상기 전지 팩은 전기 자동차의 외부 및 내부에서 충전 가능하도록 구성된다. 상기 전지 팩은 전지 셀들과, 전지 셀들과 전기적으로 접속하는 아이. 시. 비(interconnect board; ICB) 조립체(이하, '전극 리드 연결 구조물'로 지칭함)를 포함하는 전지 모듈을 갖는다. 상기 전지 셀들은 일 방향을 향해 순차적으로 수직하게 적층된다. 상기 전지 셀은 일 방향으로 두 개의 전극 리드를 갖는다.
상기 전극 리드 연결 구조물은 배터리 관리 시스템(BMS)에 전기적으로 접속되며, 인쇄 회로 기판, 복수의 센싱 버스바와, 두 개의 전극 버스바를 갖는다. 상기 인쇄 회로 기판은 사각 형상으로 이루어져 각각의 전지 셀의 전압 측정 기능을 담당하는 전기 회로를 갖는다. 상기 복수의 센싱 버스바는 인쇄 회로 기판의 마주보는 일측 가장 자리와 타측 가장 자리에 동일 개수로 배열된다. 즉, 상기 복수의 센싱 버스바가 인쇄 회로 기판의 일측 가장 자리와 타측 가장 자리에 두 개씩 엇갈리게 짝지어진 쌍으로 배열된다.
상기 센싱 버스바는 인쇄회로 기판에 전기적으로 접속되어 전지 셀의 전압을 센싱한다. 상기 두 개의 전극 버스바는 복수의 센싱 버스바에서 제일 높은 전위를 인가 받는 최고 전위 센싱 버스바와, 제일 낮은 전위를 인가 받는 최저 전위 센싱 버스바에 용접을 통해 각각 접합된다. 상기 최고 전위 센싱 버스바는 인쇄회로 기판에서 일측 가장 자리의 센싱 버스바들 중 최 하단 센싱 버스바에 대응되고, 상기 최저 전위 센싱 버스바는 인쇄회로 기판에서 타측 가장 자리의 센싱 버스바들 중 최 상단 센싱 버스바에 대응된다.
상기 전극 버스바는 배터리 관리 시스템으로부터 전원을 공급받아 전극 리드 연결 구조물에 전원을 공급한다. 이 경우에, 상기 전극 리드 연결 구조물은 전지 셀들의 전극 리드들 주변에 위치되어 복수의 센싱 버스바, 두 개의 전극 버스바와, 전지 셀들의 전극 리드들의 결합을 통해 인쇄회로 기판을 이용하여 전지 셀들을 전기적으로 직렬로 연결시키도록 구성된다. 상기 복수의 센싱 버스바, 두 개의 전극 버스바와 전지 셀들의 전극 리드들의 결합은 각각의 전극 버스바에 하나의 전극 리드를, 그리고 최고 전위 센싱 버스바와 최저 전위 센싱 버스바 이외의 각각의 센싱 버스바에 두 개의 전극 리드들을 용접으로 접합시켜서 수행된다.
상기 전극 리드 연결 구조물은 인쇄회로 기판을 통해 각각의 전지 셀의 전압을 센싱하여 센싱된 전압 관련 전기 신호를 배터리 관리 시스템에 전송한다. 그러나, 상기 전극 버스바는 최고 전위 센싱 버스바 또는 최저 전위 센싱 버스바와 접합하기 위해, 그리고 전극 리드와 접합하기 위해 두 번의 용접을 적용받는다. 상기 용접의 횟수는 전지 팩의 구현을 위해 작업자의 작업 공수를 증가시킨다. 더욱이, 상기 전극 버스바는 차량의 진동으로 또는 전극 리드 연결 구조물의 주변 구조물의 충격으로 인하여 센싱 버스바 및/ 또는 전극 리드와 분리될 수 있는 확률을 용접으로 접합된 부위에서 크게 갖는다.
상기 센싱 버스바로부터 전극 버스바의 분리는 전극 버스바에 전원을 인가시키지 못하여 전극 리드 연결 구조물의 전기적 특성을 열악하게 하고, 상기 전극 버스바로부터 전극 리드의 분리는 인쇄회로 기판을 통하여 전극 버스바에 대응되어야 할 전지 셀의 전압을 측정하지 못하게 한다. 또한, 상기 복수의 센싱 버스바가 인쇄회로 기판의 일측 가장자리와 타측 가장자리에서 두 개씩 엇갈리게 짝지어진 쌍으로 배열되기 때문에, 상기 복수의 센싱 버스바 중 적어도 하나는 작업자의 실수로 인하여 전지 셀의 전극 리드와 접합하지 않고 남겨질 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 인쇄 회로 기판에 전기적으로 접속되는 복수의 센싱 버스바에서 최고 전위 센싱 버스바와 최저 전위 센싱 버스바의 각각에 전극 버스 바를 일체화시킴으로써 작업자의 작업 공수를 줄이는데 적합한 전극 리드 연결 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 전극 리드 연결 구조물에서 인쇄 회로 기판의 마주보는 가장자리들에 위치되는 복수의 센싱 버스바에 전지 셀들의 전극 리드들을 접합시키는 동안에 전극 리드에 접합되지 않는 센싱 버스바를 가지지 않도록 하여 작업자의 실수를 최소화하는데 적합한 전극 리드 연결 구조물을 포함하는 전지 모듈과 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 리드 연결 구조물은, 전기 회로 패턴을 포함하는 사각형의 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 일측 가장 자리의 최 하위 레벨에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되는 제1 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바로부터 아래를 향해 돌출하여 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 대해 수직하게 절곡되어 판 형상으로 연장되는 제1 전극 버스바를 포함하는 제1 전극 일체형 센싱 버스바; 상기 인쇄 회로 기판의 타측 가장 자리의 최 상위 레벨에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되는 제2 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바로부터 위를 향해 돌출하여 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 대해 수직하게 절곡되어 판 형상으로 연장되는 제2 전극 버스바를 포함하는 제2 전극 일체형 센싱 버스바; 상기 일측 가장 자리에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 위에 규칙적으로 배열되는 제1 L자형 중간 스트립 버스바들을 포함하는 제1 센싱 버스바 그룹; 및 상기 타측 가장 자리에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바 아래에 규칙적으로 배열되는 제2 L자형 중간 스트립 버스바들을 포함하는 제2 센싱 버스바 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 인쇄 회로 기판에서 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바보다 더 높게 위치될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 또는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 인쇄 회로 기판으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 상기 인쇄 회로 기판에 인접되거나 상기 인쇄 회로 기판으로부터 멀리 떨어진 가장 자리의 폭보다 중앙 영역의 폭을 더 크게 가질 수 있다.
더 바람직하게, 상기 제1 중간 스트립 버스바들은 상기 인쇄 회로 기판으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들과 동일한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
일 측면에서, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바, 및 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들은 L자형으로 절곡된 단부를 통해 상기 인쇄 회로 기판에 삽입되어 상기 전기 회로 패턴과 전기적으로 접속할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들은 상기 인쇄 회로 기판에서 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들과 동일한 길이를 가질 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격은 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 더 작은 크기를 가질 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격과 동일한 크기를 가질 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 또는 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격과 동일한 크기를 가지고, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 작은 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 최 하위 레벨에서 수평으로 마주하는 상기 제 1 L자형 말단 스트립 버스바와 제 2 L자형 중간 스트립 버스바는 상기 제 1 L자형 말단 스트립 버스바와 제 2 L자형 중간 스트립 버스바의 중앙 영역들에서 동일 레벨에 중심들을 각각 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 최 상위 레벨에서 수평으로 마주하는 제 1 L자형 중간 스크립 버스바와 상기 제 2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 제 1 L자형 중간 스크립 버스바와 상기 제 2 L자형 말단 스트립 버스바의 중앙 영역들에 비스듬하게 마주하는 중심들을 각각 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 제1 전극 버스바는 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성되고, 상기 제2 전극 버스바는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 전극 버스바는 'ㄴ' 자형으로 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바로부터 돌출하고, 상기 제2 전극 버스바는 'ㄱ' 자형으로 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바로부터 돌출할 수 있다.
일 측면에서, 상기 제1 전극 버스바와 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바는 상방으로 개구되는 그루브를 정의하고, 상기 제2 전극 버스바와 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 하방으로 개구되는 그루브를 정의할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 제1항에 따른 전극 리드 연결 구조물; 및 상기 전극 리드 연결 구조물에 결합되며 순차적으로 적층되는 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈을 포함하고, 상기 복수의 전지 셀의 전극 리드들은 일 방향으로 향하도록 좌측에서 순차적으로 적층되는 좌측 최하단 전극 리드와 좌측 리드 적층체들을 구성하고, 우측에서 순차적으로 적층되는 우측 리드 적층체들과 우측 최상단 전극 리드를 구성하고, 상기 좌측 최하단 전극 리드는 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 절곡된 단부를 걸쳐서 용접되고, 상기 좌측 리드 적층체들의 각각은 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들의 각각에 두 개의 전극 리드의 절곡된 단부들을 걸쳐서 용접되고, 상기 우측 최상단 전극 리드는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 절곡된 단부를 걸쳐서 용접되고, 상기 우측 리드 적층체들의 각각은 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들의 각각에 두 개의 전극 리드의 절곡된 단부들을 걸쳐서 용접되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 또는 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격과 동일한 크기를 가지고, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 작은 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 제1 전극 버스바는 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성되고, 상기 제2 전극 버스바는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 좌측 최하단 전극 리드의 상기 절곡된 단부 또는 상기 좌측 리드 적층체들의 각각의 상기 절곡된 단부들은 아래를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브로 절곡될 수 있다.
바람직하게, 상기 우측 최상단 전극 리드의 상기 절곡된 단부는 위를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브로 절곡되고, 상기 우측 리드 적층체들의 각각의 상기 절곡된 단부들은 아래를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브로 절곡될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 팩은, 제15항에 따른 전지 모듈; 및 상기 전지 모듈을 감싸는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 상기 전지 모듈 내에 상기 전극 리드 연결 구조물의 상기 제1 전극 단자와 상기 제2 전극 단자와 전기적으로 각각 접속하는 제1 및 제2 외부 전극 단자들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 외부 전극 단자들은 상기 하우징으로부터 돌출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 전극 리드 연결 구조물은, 인쇄 회로 기판에 전기적으로 접속되는 복수의 센싱 버스바 중 최고 및 최저 전위 센싱 버스바의 각각에 전극 버스바를 일체화시켜 이루어진 전극 일체형 센싱 버스바를 가지므로 전극 버스바와 센싱 버스바의 반복적인 조립 공정을 없애서 작업자의 조립 공수를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 인쇄 회로 기판의 일측 가장자리와 타측 가장자리에 복수의 센싱 버스바를 동일 개수로 배열시키면서 두 개씩 동일 레벨로 짝지어진 쌍으로 배열시키므로 복수의 센싱 버스바와 전지 셀들의 전극 리드들의 접합 동안에 작업자의 실수를 최소화하여 센싱 버스바에 접합되지 않는 전극 리드를 가지지 않게 한다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 인쇄 회로 기판으로부터 돌출되는 센싱 버스 바의 길이보다 전지 셀의 하나의 전극 리드의 폭을 더 작게 가지므로 센싱 버스 바에 전극 리드를 안정하게 면대면으로 접촉시켜 센싱 버스 바에 전극 리드를 용접으로 용이하게 접합시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 팩은 조립 공정에서 작업자의 공수를 줄이고 작업자의 실수를 최소화하여 높은 생산성으로 제조되는 전지 모듈을 포함하므로 제조 단가를 낮출 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명에 따른 전지 팩을 보여주는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전극 리드 연결 구조물을 보여주는 사시도이다.
도 3은, 도 1의 셀 그룹 내에 전지 셀을 보여주는 사시도이다.
도 4는, 도 1의 셀 그룹의 복수의 전지 셀에서 전극 리드들의 전기적 연결 관계를 보여주는 사시도이다.
도 5는, 도 2의 전극 리드 연결 구조물과 도 4의 셀 그룹의 결합 관계를 보여주는 개략도이다.
도 6은, 도 2의 인쇄 회로 기판의 일측 가장자리에서 도 5의 전극 리드 연결 구조물과 셀 그룹의 결합 관계를 상세하게 보여주는 부분 측면도이다.
도 7은, 도 2의 인쇄 회로 기판의 타측 가장자리에서 도 5의 전극 리드 연결 구조물과 셀 그룹의 결합 관계를 상세하게 보여주는 부분 측면도이다.
도 8은, 도 1의 전지 모듈을 상세하게 보여주는 부분 사시도이다.
도 9 및 도 10은, 도 1의 전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지 셀은 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 하지만 본 발명은 전지의 종류에 한정되지 않음은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 전지 팩을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 리드 연결 구조물을 보여주는 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 셀 그룹 내에 전지 셀을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 1의 셀 그룹의 복수의 전지 셀에서 전극 리드들의 전기적 연결 관계를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전지 팩(200)은 전지 모듈(150)과 하우징(190)을 포함한다. 상기 전지 모듈(150)은 전지 팩(200)의 일 방향을 따라 순차적으로 배열되어 서로 전기적으로 접속하는 전극 리드 연결 구조물(110)과 셀 그룹(140)을 갖는다. 상기 전극 리드 연결 구조물(110)은 전지 팩(200)의 내부에 위치되는 배터리 관리 시스템(BMS; 도면에 미 도시)에 전기적으로 접속된다.
상기 전극 리드 연결 구조물(110)은, 대략적으로 직사각형 모양의 인쇄 회로 기판(5), 제1 및 제2 센싱 버스바 그룹(30, 80)과, 대각선 방향으로 마주하는 제1 및 제2 전극 일체형 센싱 버스바(50, 100)를 갖는다. 상기 인쇄 회로 기판(5)은 셀 그룹(140) 내에 포함된 각 전지 셀(130)의 전압 측정 기능을 담당하는 전기 회로 패턴을 갖는다.
상기 인쇄 회로 기판(5)은 일측 가장 자리에 위치되는 제1 센싱 버스바 그룹(30)과 제1 전극 일체형 센싱 버스바(50)를 그리고 타측 가장 자리에 위치되는 제2 센싱 버스바 그룹(80)과 제2 전극 일체형 센싱 버스바(100)를 갖는다. 바람직하게, 상기 제1 전극 일체형 센싱 버스바(50)는 일체로 형성된 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와 제1 전극 버스바(40)로 이루어진다.
유사하게, 제2 전극 일체형 센싱 버스바(100)는 일체로 형성된 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)와 제2 전극 버스바(90)로 이루어진다. 여기서, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)는 최고 전위 및 최저 전위, 또는 최저 전위 및 최고 전위를 각각 가지는 제1 전극 버스바(40)와 제2 전극 버스바(90)와 연결된다.
상기 제1 및 제2 전극 일체형 센싱 버스바(50, 100)의 각각은 전지 셀(130)의 전압을 센싱하거나 충전 전류를 유입시키거나 방전 전류를 유출시키는 용도로 이용된다. 상기 제1 센싱 버스바 그룹(30)은 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)을 포함하고, 상기 제2 센싱 버스바 그룹(80)은 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)을 포함한다.
상기 전극 리드 연결 구조물(110)의 인쇄 회로 기판(5)은 제1 및 제2 센싱 버스바 그룹(30, 80)과 제1 및 제2 전극 일체형 센싱 버스바(50, 100)를 통해 셀 그룹(140)을 구성하는 복수의 전지 셀(130)의 전극 리드(123)들과 접촉할 수 있다. 이 경우에, 도 3 및 도 4에서, 각 전지 셀(130)은 일 방향으로 돌출되는 두 개의 전극 리드(123)를 갖는다.
상기 복수의 전지 셀(130)의 전극 리드(123)들은 인쇄 회로 기판(5)에 전지 셀(130)들을 순차적으로 적층시키도록 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바들(10, 60) 그리고 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)과 접촉한다. 상기 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바들(10, 60)과 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각은 전지 셀(130)의 전압을 센싱한다.
다시 도 1로 돌아가서, 상기 하우징(190)은 전지 모듈(150)을 감싼다. 바람직하게, 상기 하우징(190)은 순차적으로 적층되어 서로로부터 탈착 가능한 하부 하우징(160)과 상부 하우징(180)으로 이루어진다. 상기 하부 하우징(160)과 상부 하우징(180)은 전지 모듈(140)을 감싸서 밀봉한다.
여기서, 상기 상부 하우징(180)은 내주 면을 통해 제1 및 제2 전극 일체형 센싱 버스바(50, 100)의 제1 및 제2 전극 버스바(40, 90)에 전기적으로 접속되고 외주 면으로부터 돌출하는 제1 및 제2 외부 전극 단자들(174, 178)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 외부 전극 단자들(174, 178)은 서로 반대의 전기 극성을 갖는다.
한편, 도 2를 참조하여 전극 리드 연결 구조물(110)의 구조를 좀 더 구체적으로 설명하면 아래와 같이 기술될 수 있다. 여기서, 상기 인쇄 회로 기판(5)의 전방은 도면에서 인쇄 회로 기판(5)으로부터 지면을 향하는 방향이고, 상기 인쇄 회로 기판(5)의 후방은 인쇄 회로 기판(5)으로부터 지면의 반대 편을 향하는 방향이다.
상기 전극 리드 연결 구조물(110)에서, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)는 인쇄 회로 기판(5)의 전방에 위치되며, L자형으로 절곡된 단부를 통해 인쇄 회로 기판(5)에 삽입되어 인쇄 회로 기판(5)의 전기 회로 패턴과 전기적으로 접속한다. 상기 제1 전극 버스바(40)는 제1 말단 L자형 스트립 버스바(10)로부터 아래를 향해 돌출하고 인쇄 회로 기판(5)의 후방을 향해 수직하게 절곡되어 판 형상의 절편으로 연장한다.
바람직하게, 상기 제1 전극 버스바(40)는 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리에서 'ㄴ' 자형으로 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)로부터 돌출한다. 다른 측면에서, 상기 제1 전극 버스바(40)는 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)에 대해 대략적으로 직각을 이루어서 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와 함께 상방으로 개구되는 제1 그루브(G1)를 정의한다.
유사하게, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)는 인쇄 회로 기판(5)의 전방에 위치되며, L자형으로 절곡된 단부를 통해 인쇄 회로 기판(5)에 삽입되어 인쇄 회로 기판(5)의 전기 회로 패턴과 전기적으로 접속한다. 여기서, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)는 인쇄 회로 기판(5)에서 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)보다 더 높게 위치된다.
상기 제2 전극 버스바(90)는 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)로부터 위를 향해 돌출하고 인쇄 회로 기판(5)의 후방을 향해 수직하게 절곡되어 판 형상의 절편으로 연장한다. 바람직하게, 상기 제2 전극 버스바(90)는 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장 자리에서 'ㄱ' 자형으로 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)로부터 돌출한다.
일 측면에서, 상기 제2 전극 버스바(90)는 제1 L자형 말단 스트립 버스바(60)에 대해 대략적으로 직각을 이루어서 제1 L자형 말단 스트립 버스바(60)와 함께 하방으로 개구되는 제2 그루브(G2)를 정의한다. 상기 제1 및 제2 전극 버스바들(40, 90)의 각각은 주변 구조물(도면에 미도시)과 결합을 용이하게 하기 위해 분지 구조로 이루어진다.
상기 제1 및 제2 센싱 버스바 그룹(30, 80)은 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장자리와 타측 가장 자리에 각각 위치된다. 상기 제1 센싱 버스바 그룹(30)은 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장자리에 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)을 포함한다. 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)은 제 1 L자형 말단 스트립 버스바(10) 주변에서 제 1 L자형 말단 스트립 버스바(10) 위를 향해 소정의 간격을 유지하여 순차적으로 그리고 규칙적으로 배열된다.
유사하게, 상기 제2 센싱 버스바 그룹(80)은 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장자리에 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)을 포함한다. 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)은 제 2 L자형 말단 스트립 버스바(60) 주변에서 제 2 L자형 말단 스트립 버스바(60) 아래를 향해 소정의 간격을 유지하여 순차적으로 그리고 규칙적으로 배열된다. 여기서, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바(29)는 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장 자리의 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)와 수평으로 마주한다.
상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바(79)는 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리의 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와 동일 레벨로 수평하게 마주한다. 또한, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27)은 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장자리의 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77)과 동일 레벨로 수평하게 마주한다.
상기 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 70)의 각각은 L자형으로 절곡된 단부를 통해 인쇄 회로 기판(5)에 삽입되어 인쇄 회로 기판(5)의 전기 회로 패턴과 전기적으로 접속한다. 바람직하게, 마주하는 제1 L자형 말단 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바(10, 79), 제1 L자형 중간 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바(29, 60), 그리고 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 71, 72, 73, 75, 77)은 인쇄 회로 기판(5)으로부터 인쇄 회로 기판(5)의 전방을 향해 돌출하여 양 측부를 향해 절곡되고 서로에 대해 멀어지는 방향을 향해 연장한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 셀 그룹(140)은 복수의 전지 셀(130)을 가지며, 하나의 전지 셀(130)은 전극 조립체(121), 두 개의 전극 리드(123), 두 개의 실링 부재(125)와 파우치 외장재(127)를 포함한다. 상기 전극 조립체(121)는 전해질과 함께 파우치 외장재(127)로 둘러싸여 밀봉된다.
상기 전극 리드(123)는 일 단을 통해 파우치 외장재(127)의 내부에서 전극 조립체(121)와 전기적으로 접속하고, 타 단을 통해 파우치 외장재(127)의 외부를 향해 돌출된다. 바람직하게, 상기 두 개의 전극 리드(123)는 일 방향을 향해 파우치 외장재(127)의 외부에 노출된다.
상기 실링 부재(125)는 파우치 외장재(127)의 테두리에서 전극 리드(123)를 둘러싸서 파우치 외장재(127)와 전극 리드(123)에 밀착된다. 한편, 상기 복수의 전지 셀(130)은 도 4에서 도면의 좌측에 위치되어 적층된 전지 셀(130)들 상에 도면의 우측에 위치되어 적층된 전지 셀(130)들을 안착시켜 구성된다.
여기서, 상기 복수의 전지 셀(130)의 전극 리드(123)들도 전지 셀(130)들의 좌측 및 우측에서 순차적으로 적층된다. 상기 복수의 전지 셀(130)의 개수는 총 13 개이지만 이에 한정되지 않는다.
상기 복수의 전지 셀(130)이 상하로 적층될 때, 상기 전지 셀(123)들의 좌측에 적층되는 전극 리드(123)들은 좌측 최하단 전극 리드(A1)와, 좌측 최하단 전극 리드(A1) 위에서 한 쌍씩 결합되는 좌측 리드 적층체 그룹(A2)으로 이루어진다.
또한, 상기 전지 셀(123)들의 우측에 적층되는 전극 리드(123)들은 우측 최상단 전극 리드(B1)와, 우측 최상단 전극 리드(B1) 아래에서 한 쌍씩 결합되는 우측 리드 적층체 그룹(B2)으로 이루어진다.
좀 더 상세하게는, 총 13개의 전지 셀(130)이 상하로 적층될 때, 상기 좌측 리드 적층체 그룹(A2)은 좌측 최하단 전극 리드(A1) 상에 위치되어 좌측 최하단 전극 리드(A1) 위를 향해 순차적으로 위치되는 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)를 포함한다.
또한, 상기 우측 리드 적층체 그룹(B2)은 우측 최상단 전극 리드(B1) 아래를 향해 순차적으로 위치되는 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)를 포함한다.
여기서, 상기 좌측 최하단 전극 리드(A1)와 우측 최상단 전극 리드(B1)의 각각은 하나의 전극 리드(123)를 가지며 두 개의 전극 리드(123)를 가지는 리드 적층체를 구성하지 않는다. 각 리드 적층체에서 두 개의 전극 리드(123)는 전기적으로 서로 반대의 극성을 가지며, 도 4에 도시된 일점 쇄선은 두 개의 전극 리드(123)의 조합을 의미한다.
도 5는 도 2의 전극 리드 연결 구조물과 도 4의 셀 그룹의 결합 관계를 개념적으로 보여주는 개략도이고, 도 6은 도 2의 인쇄 회로 기판의 일측 가장자리에서 도 5의 전극 리드 연결 구조물과 셀 그룹의 결합 관계를 상세하게 보여주는 부분 측면도이다.
또한, 도 7은 도 2의 인쇄 회로 기판의 타측 가장자리에서 도 5의 전극 리드 연결 구조물과 셀 그룹의 결합 관계를 상세하게 보여주는 부분 측면도이고, 도 8은 도 1의 전지 모듈을 상세하게 보여주는 부분 사시도이다.
도 5, 도 6 및 도 8을 참조하면, 총 13개의 전지 셀(130)이 상하로 적층되어 셀 그룹(140)을 구성하는데, 상기 셀 그룹(140)이 전극 리드 연결 구조물(110)에 결합될 때에, 좌측 최하단 전극 리드(A1)는 단부에서 아래를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브(G)로 절곡되어 전극 리드 연결 구조물(110)의 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)에 걸쳐져서 결합된다.
여기서, 상기 좌측 최하단 전극 리드(A1)의 그루브(G)의 내측 면은 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)의 표면과 접촉한다. 상기 좌측 최하단 전극 리드(A1)와 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)의 접촉 부위는 레이저 용접으로 융착되어 견고하게 접합된다. 또한, 상기 좌측 최하단 전극 리드(A1) 위에 총 12 개의 전극 리드(123)의 각각도 단부에서 아래를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브(G)로 절곡된다.
상기 총 12 개의 전극 리드(123)의 그루브(G)들은 두 개씩 쌍을 이루도록 포개지고, 상기 총 12 개의 전극 리드(123)는 좌측 최하단 전극 리드(A1) 위에 순차적으로 위치되는 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)를 구성한다. 상기 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)는 전극 리드 연결 구조물(110)의 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)에 각각 걸쳐져서 결합된다.
각 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)가 두 개의 전극 리드(123)를 가지고, 상기 두 개의 전극 리드(123)가 하부 및 상부의 그루브(G)를 각각 가지며, 상기 하부 그루브(G)의 내측 면은 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)의 각각의 표면과 접촉한다. 상기 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)와 제1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)의 접촉 부위들은 레이저 용접으로 융착되어 견고하게 접합된다.
한편, 상기 레이저 용접은 두 개의 전극 리드(123)의 용접 지점을 통해 두 개의 전극 리드(123) 중 적어도 하나를 부분적으로 융해시켜 두 개의 전극 리드(123)의 접촉 계면을 통해 두 개의 전극 리드(123)를 접합시킨다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 총 13개의 전지 셀(130)이 상하로 적층되어 셀 그룹(140)을 구성하는데, 상기 셀 그룹(140)이 전극 리드 연결 구조물(110)에 결합될 때에, 우측 최상단 전극 리드(B1)는 단부에서 위를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브(G)로 절곡되어 전극 리드 연결 구조물(110)의 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)에 걸쳐져서 결합된다.
여기서, 상기 우측 최상단 전극 리드(B1)의 그루브(G)의 내측 면은 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)의 표면과 접촉한다. 상기 우측 최상단 전극 리드(B1)와 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)의 접촉 부위는 레이저 용접으로 융착되어 견고하게 접합된다. 또한, 상기 우측 최상단 전극 리드(B1) 아래에 총 12 개의 전극 리드(123)의 각각도 단부에서 아래를 향해 개방된 대략 'ㄷ' 자형의 그루브(G)로 절곡된다.
상기 총 12 개의 전극 리드(123)의 그루브(G)들은 두 개씩 쌍을 이루도록 포개어지고, 상기 총 12 개의 전극 리드(123)는 우측 최상단 전극 리드(B1) 아래에 순차적으로 위치되는 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)를 구성한다. 상기 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)는 전극 리드 연결 구조물(110)의 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)에 각각 걸쳐져서 결합된다.
각 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)가 두 개의 전극 리드(123)를 가지고, 상기 두 개의 전극 리드(123)가 하부 및 상부의 그루브(G)를 각각 가지며, 상기 하부 그루브(G)의 내측 면은 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각의 표면과 접촉한다. 상기 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)와 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)의 접촉 부위들은 레이저 용접으로 융착되어 견고하게 접합된다.
한편, 상기 레이저 용접은 두 개의 전극 리드(123)의 용접 지점을 통해 두 개의 전극 리드(123) 중 적어도 하나를 부분적으로 융해시켜 두 개의 전극 리드(123)의 접촉 계면을 통해 두 개의 전극 리드(123)를 접합시킨다.
다시 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(150)은 전체적으로 볼 때에 전극 리드 연결 구조물(110)의 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리에서 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)에 접합되는 좌측 최하단 전극 리드(A1)와 제1 L자형 중간 스트립 버스바(21, 22, 23, 25, 27, 29)에 각각 접합되는 제1 내지 제6 좌측 리드 적층체(A21, A22, A23, A24, A25, A26)를 갖는다.
또한, 상기 전지 모듈(150)은 전극 리드 연결 구조물(110)의 인쇄 회로 기판의 타측 가장 자리에서 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)에 접합되는 우측 최상단 전극 리드(B1)와 제2 L자형 중간 스트립 버스바(71, 72, 73, 75, 77, 79)에 각각 접합되는 제1 내지 제6 우측 리드 적층체(B21, B22, B23, B24, B25, B26)를 갖는다.
도 9 및 도 10은, 도 1의 전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 전극 리드 연결 구조물(110)이 준비될 수 있다. 상기 전극 리드 연결 구조물(110)은 인쇄 회로 기판(5), 인쇄 회로 기판(5)의 양 측에 각각 위치되는 제1 및 제2 센싱 버스바 그룹(30, 80), 제1 센싱 버스바 그룹(30) 아래에 위치되는 제1 전극 일체형 센싱 버스바(50)과 제2 센싱 버스바 그룹(80) 위에 위치되는 제2 전극 일체형 센싱 버스바(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 센싱 버스바 그룹(30)은 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리에서 소정 간격으로 배열되는 제 1 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29)을 가지고, 상기 제2 센싱 버스바 그룹(80)는 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장 자리에서 소정 간격으로 배열되는 제 2 L자형 중간 스트립 버스바들(71, 72, 73, 75, 77, 79)을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 일체형 센싱 버스바(50)는 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와 제1 전극 버스바(40)를 가지고, 상기 제2 전극 일체형 센싱 버스바(100)는 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)와 제2 전극 버스바(90)를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바들(10, 60)의 각각은 인쇄 회로 기판(5)으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 인쇄 회로 기판(5)에 인접되거나 인쇄 회로 기판(5)으로부터 멀리 떨어진 가장 자리의 폭(W1)보다 중앙 영역의 폭(W2)을 더 크게 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각은 인쇄 회로 기판(5)으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 동일한 폭(W2)을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바들(10, 60)은 인쇄 회로 기판(5)에서 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)과 동일한 길이를 갖는다.
상기 인쇄 회로 기판(5)의 최 하위 레벨에서 수평으로 마주하는 제 1 L자형 말단 및 제 2 L자형 중간 스트립 버스바(10, 79)는 제 1 L자형 말단 및 제 2 L자형 중간 스트립 버스바(10, 79)의 중앙 영역들에서 동일 레벨에 중심들을 각각 가지며, 상기 인쇄 회로 기판(5)의 최 상위 레벨에서 수평으로 마주하는 제 1 L자형 중간 및 제 2 L자형 말단 스트립 버스바(29, 60)는 제 1 L자형 중간 및 제 2 L자형 말단 스트립 버스바(29, 60)의 중앙 영역에서 비스듬하게 마주하는 중심들을 각각 갖는다.
상기 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리에서 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)와, 제1 L자형 말단 스트립 버스바(10)에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바(21) 사이의 간격(S1)은 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장 자리에서 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)와, 제2 L자형 말단 스트립 버스바(60)에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바(71) 사이의 간격(S2)보다 더 작은 크기를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)은 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리와 타측 가장 자리에서 동일한 간격(S1)으로 이격될 수 있다.
도 10을 참조하면, 복수의 전지 셀(도 4의 130)이 준비될 수 있다. 상기 복수의 전지 셀(130)은 일 방향으로 향하는 전극 리드(123)들을 가질 수 있다. 계속해서, 상기 전극 리드(123)들은 대략 ?ㄷ자 형의 그루브(G)로 절곡될 수 있다. 다음으로, 상기 복수의 전지 셀(130)은 전극 리드(123)들을 통해 전극 리드 연결 구조물(110)과 결합할 수 있다.
여기서, 도6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전극 리드(123)들은 전극 리드 연결 구조물(110)에서 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바(10, 60)에 하나씩 결합되고, 제1 내지 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각에 두 개씩 결합된다.
좀 더 상세하게는, 상기 전극 리드(123)들은 하나의 그루브(G)를 통해 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바(10, 60)의 각각에 걸쳐지고, 두 개의 그루브(G)를 통해 제1 내지 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각에 걸쳐진다.
상기 전극 리드(123)들은 전극 리드 연결 구조물(110)에서 인쇄 회로 기판(5)의 일측 가장 자리에 좌측 최하단 전극 리드(A1)과 좌측 리드 적층체 그룹(A2)을 구성하고, 인쇄 회로 기판(5)의 타측 가장 자리에 우측 최상단 전극 리드(B1)과 우측 리드 적층체 그룹(B2)을 구성할 수 있다.
이어서, 상기 전극 리드 연결 구조물(110)의 인쇄 회로 기판(5)의 전방에서 레이저 용접이 수행될 수 있다. 상기 레이저 용접은 제1 및 제2 L자형 말단 스트립 버스바(10, 60)의 각각에 하나의 전극 리드(123)를 견고하게 접합시키고, 제1 내지 제2 L자형 중간 스트립 버스바들(21, 22, 23, 25, 27, 29, 71, 72, 73, 75, 77, 79)의 각각에 두 개의 전극 리드(123)를 견고하게 접합시킬 수 있다.
여기서, 상기 전극 리드 연결 구조물(110)은 복수의 전지 셀(130)과 함께 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(150)을 구성할 수 있다. 이후로, 상기 전지 모듈(150)은 도 1의 하우징(190)에 수용되어 밀봉될 있다. 상기 전지 모듈(150)의 전극 리드 연결 구조물(110)은 하우징(190)의 제1 및 제2 외부 전극 단자들(174, 178)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이를 통해서, 상기 전지 모듈(150)은 하우징(190)과 함께 전지 팩(200)을 구성할 수 있다.
이상에서 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.

Claims (15)

  1. 전기 회로 패턴을 포함하는 사각형의 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판의 일측 가장 자리의 최 하위 레벨에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되는 제1 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바로부터 아래를 향해 돌출하여 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 대해 수직하게 절곡되어 판 형상으로 연장되는 제1 전극 버스바를 포함하는 제1 전극 일체형 센싱 버스바;
    상기 인쇄 회로 기판의 타측 가장 자리의 최 상위 레벨에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되는 제2 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바로부터 위를 향해 돌출하여 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 대해 수직하게 절곡되어 판 형상으로 연장되는 제2 전극 버스바를 포함하는 제2 전극 일체형 센싱 버스바;
    상기 일측 가장 자리에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 위에 규칙적으로 배열되는 제1 L자형 중간 스트립 버스바들을 포함하는 제1 센싱 버스바 그룹; 및
    상기 타측 가장 자리에서 상기 전기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바 아래에 규칙적으로 배열되는 제2 L자형 중간 스트립 버스바들을 포함하는 제2 센싱 버스바 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 인쇄 회로 기판에서 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바보다 더 높게 위치되는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 또는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 인쇄 회로 기판으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 상기 인쇄 회로 기판에 인접되거나 상기 인쇄 회로 기판으로부터 멀리 떨어진 가장 자리의 폭보다 중앙 영역의 폭을 더 크게 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간 스트립 버스바들은 상기 인쇄 회로 기판으로부터 연장되는 길이 방향을 따라 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들과 동일한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바, 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바, 및 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들은 L자형으로 절곡된 단부를 통해 상기 인쇄 회로 기판에 삽입되어 상기 전기 회로 패턴과 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들은 상기 인쇄 회로 기판에서 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바 및 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들과 동일한 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격은 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 더 작은 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격과 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 또는 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격과 동일한 크기를 가지고,
    상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 작은 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 최 하위 레벨에서 수평으로 마주하는 상기 제 1 L자형 말단 스트립 버스바와 제 2 L자형 중간 스트립 버스바는 상기 제 1 L자형 말단 스트립 버스바와 상기 제 2 L자형 중간 스트립 버스바의 중앙 영역들에서 동일 레벨에 중심들을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 최 상위 레벨에서 수평으로 마주하는 제 1 L자형 중간 스크립 버스바와 상기 제 2 L자형 말단 스트립 버스바는 상기 제 1 L자형 중간 스크립 버스바와 상기 제 2 L자형 말단 스트립 버스바의 중앙 영역들에 비스듬하게 마주하는 중심들을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 버스바는 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성되고, 상기 제2 전극 버스바는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 버스바와 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바는 상방으로 개구되는 그루브를 정의하고, 상기 제2 전극 버스바와 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바는 하방으로 개구되는 그루브를 정의하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 연결 구조물.
  14. 제1항에 따른 전극 리드 연결 구조물; 및
    상기 전극 리드 연결 구조물에 결합되며 순차적으로 적층되는 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 전지 셀의 전극 리드들은 일 방향으로 향하도록 좌측에서 순차적으로 적층되는 좌측 최하단 전극 리드와 좌측 리드 적층체들을 구성하고, 우측에서 순차적으로 적층되는 우측 리드 적층체들과 우측 최상단 전극 리드를 구성하고,
    상기 좌측 최하단 전극 리드는 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 절곡된 단부를 걸쳐서 용접되고, 상기 좌측 리드 적층체들의 각각은 상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들의 각각에 두 개의 전극 리드의 절곡된 단부들을 걸쳐서 용접되고, 상기 우측 최상단 전극 리드는 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 절곡된 단부를 걸쳐서 용접되고, 상기 우측 리드 적층체들의 각각은 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들의 각각에 두 개의 전극 리드의 절곡된 단부들을 걸쳐서 용접되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 L자형 중간 스트립 버스바들 또는 상기 제2 L자형 중간 스트립 버스바들 사이의 간격은,
    상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제1 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제1 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격과 동일한 크기를 가지고,
    상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바와, 상기 제2 L자형 말단 스트립 버스바에 인접하는 제2 L자형 중간 스트립 버스바 사이의 간격보다 작은 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
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