JP7463011B2 - 物理的結合によって電極リードと連結される連結部材、及びこれを含む電池セルスタック - Google Patents
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Description
本出願は２０１９年１０月８日付の韓国特許出願第２０１９－０１２４５６０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は物理的結合によって電極リードと連結される連結部材、及びこれを含む電池セルスタックに関し、具体的には電極リードの外側面に密着配列されて電気的に連結される一対の第１連結部材及び第２連結部材を含む連結部材及びこれを含む電池セルスタックに関する。
携帯型電子機器のような小型装置だけではなく、自動車や電力貯槽装置のような中大型装置にも二次電池が広く使われている。このように、二次電池が中大型装置に使われる場合、容量及び出力を高めるために多数の二次電池を電気的に連結して電池モジュールまたは電池パックを構成する。
バッテリーモジュールの内部で二次電池を電気的に連結するためには、電極リードを互いに連結し、そのような連結状態を維持するために連結部分を溶接することができる。このために、電極リードの一端部は二次電池間の電気的連結のためのバスバーに溶接などの方式で接触させて固定させることができる。
これに関連して、図１は電極リードとバスバーとの一般的な結合状態を示す正面図を示す。
図１を参照すると、２個の電池セル１０が密着配列され、電池セル１０には上方に突出する電極リード１１が形成され、電極リード１１は９０度に折り曲げられて一つのバスバー２０の一外側面上に付着されている。このような折曲過程で電極リードが損傷されることがある。
折り曲げられた電極リード１１はバスバー２０の一外側面と重畳する部分に溶接で結合されるが、溶接過程で発生する熱によって電極リードが損傷される問題がある。
これに関連して、特許文献１は、電極リードを折り曲げなくバスバーと結合することにより、電極リードとバスバーが密着することが可能な構造のバスバー組立体及びこれを含むバッテリーモジュールを開示している。しかし、特許文献１の電極リードもバスバー組立体によって端部をクランピングした後、溶接で結合するので、溶接熱によって電極リードが損傷される問題を解決することができない。
このように、複数の電池セルを連結するために電極リードとバスバーを結合する過程で電極リードが損傷される問題を解決するための必要性が高い実情である。
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、溶接なしに電極リードを物理的に接触させるように電極リードを変形させることにより電極リードと連結される連結部材及びこれを含む電池セルスタックを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明による連結部材は、電極リードの電気的連結のための連結部材であって、前記連結部材は一対の第１連結部材及び第２連結部材を含み、前記第１連結部材及び前記第２連結部材のいずれか一方には相互間の連結のための固定部が形成され、他方には前記固定部が締結される係合部が形成される構造を有する。
前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、電気的連結のためのバスバー、及び前記バスバーを固定するプレートを含み、前記固定部及び前記係合部は前記プレートに形成されることができる。
前記固定部及び前記係合部を含む前記プレートは絶縁物質からなることができる。
前記固定部及び前記係合部は一つの結合対をなすように形成され、前記結合対は２対以上形成されることができる。
一具体例で、前記第１連結部材に２個の前記固定部が形成され、前記第２連結部材に２個の前記係合部が形成されることができる。
もしくは、前記第１連結部材及び前記第２連結部材のそれぞれに１個の前記固定部と１個の前記係合部が形成され、前記第１連結部材の前記固定部は前記第２連結部材の前記係合部に締結され、前記第２連結部材の前記固定部は前記第１連結部材の前記係合部に締結されることができる。
前記固定部の少なくとも一部は弾性素材からなることができる。
前記プレートの少なくとも一部は弾性素材からなることができる。
本発明は、前記連結部材によって電気的に連結される電池セルスタックであって、前記電池セルスタックは２個以上の電池セルから構成され、前記電池セルは電極リードの結合面が互いに対面するように配置された状態で密着配列され、前記電極リードは前記連結部材の締結によって前記結合面が密着する構造を有する。
前記電極リードは密着配列されて電極リード束をなし、前記電極リード束において最外側に位置する電極リードのそれぞれは前記第１連結部材の前記バスバー及び前記第２連結部材の前記バスバーと密着して電気的に連結されることができる。
前記電池セルスタックは、第１電池セルスタック及び第２電池セルスタックを含み、前記第１電池セルスタックは第１電極リード束を含み、前記第２電池セルスタックは第２電極リード束を含み、前記第１電極リード束及び前記第２電極リード束が互いに隣接して位置し、前記第１電池セルスタック及び前記第２電池セルスタックは互いに向き合うように配置され、前記第１連結部材及び前記第２連結部材によって前記第１電池セルスタックの前記第１電極リード束と前記第２電池セルスタックの前記第２電極リード束との結合面が互いに密着するように結合されることができる。
また、本発明は、前記電池セルスタックを含む電池パックを提供する。
また、本発明は、前記電池パックをエネルギー源として使うデバイスを含むことができ、前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電力貯蔵装置、電気自動車または電動車寄子などであることができる。
以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用することができ、特定の発明に限定されない。
以下では本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。
図２は第１実施例による連結部材の斜視図を示す。
図２を参照すると、連結部材は第１連結部材１１０と第２連結部材１２０とから構成され、第１連結部材１１０は、電気的連結のためのバスバー１１１、及びバスバー１１１を固定するプレート１１２を含み、第２連結部材１２０は、電気的連結のためのバスバー１２１、及びバスバー１２１を固定するプレート１２２を含む。
本発明の連結部材の第１連結部材及び第２連結部材のいずれか一方には相互間の連結のための固定部が形成され、他方には前記固定部が締結される係合部が形成され、前記固定部と係合部は一つの結合対を成すように同じ個数からなる。
一方、前記固定部及び係合部はプレートに形成され、前記プレートは絶縁物質からなる。詳細には、前記固定部と係合部も絶縁物質からなる。
したがって、電極リードと連結されるバスバーのみ通電素材からなり、残りのプレートを含む固定部及び係合部は電気的連結が遮断される。
前記第１連結部材と第２連結部材との結合を維持するために、前記固定部と係合部の結合対は２対以上形成されることが好ましい。図２の連結部材は２対の結合対を形成している。
すなわち、第１連結部材１１０には２個の固定部１１３が形成され、第２連結部材１２０には前記２個の固定部を収容するための２個の係合部１２４が形成されている。
ただ、２個の固定部１１３は、係合部に装着される形態によって他の形態に形成されることができる。具体的には、図２を参照すると、図面の左側に位置する固定部１１３は係合部１２４に固定されるためにかかる部分が小さいので、これと結合対をなす係合部は溝として形成される構造である反面、図面の上部に位置する固定部１１３はプレート１２２の一面を取り囲んで結合される構造を有するので、プレート１２２上に形成される係合部１２４は段差部として形成される構造を有する。
図３は図２の連結部材を電池セルスタックに結合する過程を示す斜視図、図４は図３の連結部材が電極リードと結合された状態を示す斜視図である。
図３及び図４を参照すると、図２の連結部材によって電気的に連結される電池セルスタックが示されている。電池セルスタックは２個の電池セル１０１の電極リード１０２の結合面が互いに対面するように配置された状態で密着配列される。ただ、図３から図８では、理解の便宜のために、電池セルの間に空間が形成されたものとして示されている。
電極リード１０２は、連結部材の締結によって結合面が密着して電極リード束１０９を形成する。
電極リード束１０９において最外側に位置する電極リードのそれぞれは第１連結部材１１０のバスバー１１１及び第２連結部材１２０のバスバー１２１と密着して電池セルが互いに電気的に連結される。
電極リード１０２は連結部材が結合される前には折り曲げられない状態であるが、連結部材が互いに近くに移動して締結されるとき、電極リードはこれらの中心部の結合面の方向に移動して密着配列される。ここで、従来ではバスバーに電極リードを付着するために電極リードを直角に折り曲げることによって電極リードに機械的な損傷が発生した問題点を解決することができる。
図５は第２実施例による連結部材が電池セルスタックに連結された状態を示す斜視図である。
図５を参照すると、電池セルスタックは２個の電池セル１０１から構成され、２個の電極リード２０２の外面に第１連結部材２１０及び第２連結部材２２０を含む連結部材を付加してこれらを結合させる。電極リード２０２は電極リード束２０９を形成するとともに電池セルを互いに電気的に連結する。
図５の連結部材は、図２から図４の連結部材と比較すると、一対の固定部及び係合部の位置に違いがある。図面上で電極リード束の上面及び下面のそれぞれに固定部２１３及び係合部２２４の対が配置される。
このような構造の連結部材を使う場合には、他の電池セルスタックとの電気的連結部が電極リードの突出方向の端部に形成されることができる。
図６は第３実施例による連結部材が電池セルスタックに連結された状態を示す斜視図である。
図６を参照すると、図６の電池セルスタックは図５の電池セルスタックに似ているが、第１連結部材３１０及び第２連結部材３２０のそれぞれに１個の固定部と１個の係合部が形成された点に違いがある。
第１連結部材３１０の固定部３１３は第２連結部材３２０の係合部３２４に締結され、第２連結部材３２０の固定部３２３は第１連結部材３１０の係合部３１４に締結されることにより、電極リード３０３の結合面が密着して電極リード束３０９を形成して電気的連結をなす。
図７は第４実施例による連結部材が電池セルスタックに連結された状態を示す斜視図である。
図７を参照すると、電池セルスタックは４個の電池セル１０１を含み、連結部材を用いて４個の電池セル１０１を電気的に連結する。
これとは違い、電池セルの個数は４個より多い個数を連結部材によって電気的に連結することができるというのは言うまでもない。
連結部材において、固定部４１３、４２３及び係合部４２４の形成位置は図６の第３実施例と同様であり、固定部４１３、４２３の長さが長くなった点に違いがある。
すなわち、第１連結部材４１０の固定部４１３は第２連結部材４２０の係合部４２４に締結され、第２連結部材４２０の固定部４２３は第１連結部材４１０の係合部（図示せず）に締結されることにより、電極リード１０２が密着配列されて電極リード束１０９を形成して電気的連結をなす。
図８は図７のような２個の電池セルスタックが連結された状態を示す平面図である。
図８を参照すると、電池セルスタックは第１電池セルスタック１００と第２電池セルスタック２００とを含み、第１電池セルスタック１００は４個の電池セル１０１から延びた４個の電極リード１０２から構成される電極リード束１０９を含み、前記第２電池セルスタック２００は４個の電池セル１０１から延びた４個の電極リード１０２から構成される電極リード束１０９’を含む。
電極リード束１０９と電極リード束１０９’が互いに隣接して位置し、第１電池セルスタック１００と第２電池セルスタック２００とは互いに向き合うように配置され、第１連結部材５１０及び第２連結部材５２０により、第１電池セルスタック１００の電極リード束１０９と第２電池セルスタック２００の電極リード束１０９’との結合面が互いに密着して結合される。
一具体例で、前記固定部の少なくとも一部は弾性素材からなることができる。
例えば、前記固定部において、係合部に締結される部分を除いた部分が弾性の高分子素子またはゴム素材からなる場合には、固定部が伸ばされた状態で係合部に締結され、その後には弾性力によって固定部が収縮して電極リードをより密着させて固定することができる。
もしくは、前記プレートの少なくとも一部に弾性素材を適用することができる。プレートの一部である係合部が弾性素材からなる場合には、固定部が係合部に締結されるときは係合部を押して収縮させて固定部と容易に締結し、その後に係合部の押圧状態を解除すれば、弾性力によって押圧前の状態に係合部が復元して固定部の締結状態を安定的に維持することができる。
また、前記固定部の一部及びプレートの一部に弾性素材を適用することにより、電極リードの安定的な固定及び固定部の安定的な締結効果を同時に得ることができる。
一方、本発明の連結部材を使う場合、連結部材によって電気的に連結された電池セルスタックと、他の電池セルの電極リードまたは他の電池セルスタックのバスバーとの連結が必要な場合には、第１連結部材及び／または第２連結部材と電極リード束の最外側電極リードとの間に前記他の電池セルの電極リードまたは他の電池セルスタックのバスバーを介在する方法を使うことができる。
このように、本発明による連結部材は、複数の電池セルの電極リードを過度に折り曲げなかった状態でバスバーと電気的に連結することができ、溶接を用いないので、溶接のための折曲過程及び溶接過程で電極リードが損傷されることを防止することができる。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明による連結部材は、電極リードをバスバーに結合させる過程で電極リードを過度に折り曲げる必要がないので、電極リードが機械的な変形によって損傷されることを防止することができる。
また、電極リードとバスバーを結合させるために溶接する過程を省略するので、溶接熱によって電極リードが損傷されるおそれがない。
１０、１０１ 電池セル
１１、１０２、２０２、３０３ 電極リード
２０、１１１、１２１ バスバー
１００ 第１電池セルスタック
１０９、１０９’、２０９、３０９ 電極リード束
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 第１連結部材
１１２、１２２ プレート
１１３、２１３、３１３、３２３、４１３、４２３ 固定部
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 第２連結部材
１２４、２２４、３１４、３２４、４２４ 係合部
２００ 第２電池セルスタック
１１、１０２、２０２、３０３ 電極リード
２０、１１１、１２１ バスバー
１００ 第１電池セルスタック
１０９、１０９’、２０９、３０９ 電極リード束
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 第１連結部材
１１２、１２２ プレート
１１３、２１３、３１３、３２３、４１３、４２３ 固定部
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 第２連結部材
１２４、２２４、３１４、３２４、４２４ 係合部
２００ 第２電池セルスタック
Claims (12)
- 電極リードの電気的連結のための連結部材であって、
前記連結部材は一対の第１連結部材及び第２連結部材を含み、
前記第１連結部材及び前記第２連結部材のいずれか一方には相互間の連結のための固定部が形成され、他方には前記固定部が締結される係合部が形成され、
前記第１連結部材に形成された固定部の両端部の一方である第１端部は前記第１連結部材に連結され、前記両端部の残りの一方である第２端部は前記第２連結部材の係合部に締結されており、
前記第２連結部材に形成された固定部の両端部の一方である第１端部は前記第２連結部材に連結され、前記両端部の残りの一方である第２端部は前記第１連結部材の係合部に締結されており、
前記固定部は、前記第１端部が回転軸である円運動をして前記第２端部が係合部に締結される、連結部材。 - 前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、電気的連結のためのバスバー、及び前記バスバーを固定するプレートを含み、前記固定部及び前記係合部は前記プレートに形成される、請求項１に記載の連結部材。
- 前記固定部及び前記係合部を含む前記プレートは絶縁物質からなる、請求項２に記載の連結部材。
- 前記固定部及び前記係合部は一つの結合対を成すように形成され、前記結合対は２対以上形成される、請求項１に記載の連結部材。
- 前記第１連結部材に２個の前記固定部が形成され、前記第２連結部材に２個の前記係合部が形成される、請求項４に記載の連結部材。
- 前記第１連結部材及び前記第２連結部材のそれぞれに１個の前記固定部と１個の前記係合部が形成され、
前記第１連結部材の前記固定部は前記第２連結部材の前記係合部に締結され、前記第２連結部材の前記固定部は前記第１連結部材の前記係合部に締結される、請求項４に記載の連結部材。 - 前記固定部の少なくとも一部は弾性素材からなる、請求項１に記載の連結部材。
- 前記プレートの少なくとも一部は弾性素材からなる、請求項２に記載の連結部材。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の連結部材によって電気的に連結される電池セルスタックであって、
前記電池セルスタックは２個以上の電池セルから構成され、
前記電池セルは電極リードの結合面が互いに対面するように配置された状態で密着配列され、
前記電極リードは前記連結部材の締結によって前記結合面が密着する、電池セルスタック。 - 前記電極リードは密着配列されて電極リード束をなし、前記電極リード束において最外側に位置する電極リードのそれぞれは前記第１連結部材のバスバー及び前記第２連結部材のバスバーと密着して電気的に連結される、請求項９に記載の電池セルスタック。
- 前記電池セルスタックは、第１電池セルスタック及び第２電池セルスタックを含み、
前記第１電池セルスタックは第１電極リード束を含み、前記第２電池セルスタックは第２電極リード束を含み、
前記第１電極リード束及び前記第２電極リード束が互いに隣接して位置し、前記第１電池セルスタック及び前記第２電池セルスタックは互いに向き合うように配置され、
前記第１連結部材及び前記第２連結部材によって前記第１電池セルスタックの前記第１電極リード束と前記第２電池セルスタックの前記第２電極リード束との結合面が互いに密着するように結合される、請求項９に記載の電池セルスタック。 - 請求項９から１１のいずれか一項に記載の電池セルスタックを含む、電池パック。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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