具有电极引线之间的改进连接结构的电池模块以及用于制造所述电池模块的方法与流程

本公开涉及电池模块以及用于制造电池模块的方法，并且更具体而言，本公开涉及这样一种电池模块：通过连接二次电池的电极引线而构造电池模块，从而具有电极引线之间的改进连接结构，本公开还涉及用于制造所述电池模块的方法。本申请要求2017年4月7日在韩国提交的第10-2017-0045410号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

近来，随着对于例如膝上型计算机、摄像机、移动电话等这些便携式电子产品的需求急剧增长，并且随着电动车辆、用于能量储存的蓄电池、机器人、卫星等的广泛发展，对可重复再充电的高性能二次电池进行了许多研究。

最近，二次电池不仅广泛用于例如便携式电子装置等小型装置中，而且用于例如车辆和能量储存系统等中型和大型装置中。特别地，随着碳能源的逐渐耗尽以及对环境的增长的关注，包括美国、欧洲、日本和韩国在内的世界各国对混合动力电动车辆和电动车辆的需求逐渐增长。在这种混合动力电动车辆或电动车辆中，最重要的部件是向汽车电机提供驱动力的电池组。因为混合动力电动车辆或电动车辆通过电池组的充电/放电而被供应用于驱动车辆的电力，所以与单独由发动机提供动力的车辆相比，混合动力电动车辆或电动车辆具有较高的燃料效率，并且可消除或减少污染物的排放，由此，用户的数量现在逐渐增长。

当二次电池用于电动车辆时，为了增大容量和输出，使用其中许多二次电池串联和/或并联连接的电池模块来制造电池组。在此情形下，因为袋型二次电池容易堆叠，因此被广泛用于中型装置和大型装置中。

在电池模块或电池组中并排堆叠的二次电池可具有相互电连接的电极引线。在此情形下，相邻二次电池的电极引线可由汇流条电连接，并且通常利用激光焊接方法来电连接二次电池。

图1是示出常规电极引线的激光焊接工艺的示意性立体图。图2是示出图1的结构中的电极引线和汇流条的激光焊接的示意性截面图。

参照图1和图2，二次电池10被堆叠成正极电极和负极电极的电极引线20从两端突出，并且具有相反极性的电极引线20交替堆叠。在堆叠的二次电池10的一侧上，除了最外侧电极引线20之外的内侧电极引线20发生弯曲并相互重叠，并且电极引线20的弯曲部通过从激光发生器s输出的激光l进行焊接并被结合。在堆叠的二次电池10的另一侧上，所有电极引线20发生弯曲，并且以重叠方式发生弯曲的电极引线20的弯曲部利用从激光发生器s输出的激光l而焊接，因此完成电连接。

更详细地参照图2，电极引线20从二次电池10突出，并且被弯曲为端部向左或向右弯曲，从而提供平坦的竖直接触表面。相邻的二次电池10以如下方式通过激光l来焊接：相反极性的电极引线20的弯曲部重叠，并且汇流条30被放置成在电极引线20的弯曲部相重叠的竖直接触表面相接触。

因为用于车辆的部件在发生事故或失灵而发生故障时直接与车辆中的人员的生命相关联，所以成品车辆的客户安全要求级别非常高。因此，用于电动车辆的电池组的稳定性测试项目变得更严格。作为项目之一，在过充电时的发热现象的解决方案特别重要。然而，如参照图1和图2所述，在电极引线20之间的焊接结构以及电极引线20与汇流条30之间的焊接结构中，不具有防止在过充电时的发热现象的功能。

此外，如图1和图2所示的常规焊接连接具有如下缺点：当由于一个二次电池10中的故障而产生热量时，邻近的二次电池10通过电极引线20而受到影响，从而导致后续问题。

此外，因为一旦建立焊接连接，就不能解除该焊接连接，所以存在如下限制：当在任何二次电池10中发生故障时，无法以非破坏性方式分离并替换新的二次电池。

技术实现要素：

技术问题

本公开被设计成解决上述问题，因此，本公开涉及提供如下的电池模块以及用于制造该电池模块的方法：在该电池模块中，电极引线之间的连接结构被改变，以防止在过充电时的发热现象，并且允许二次电池之间易于连接和断开连接。

本公开的这些和其它目标与优点将通过以下描述来理解，并且将通过本公开的实施例而清楚。此外，应容易理解，本公开的目标和优点通过随附权利要求书中所阐述的手段及其组合来实现。

技术解决方案

为了实现上述目标，根据本公开的电池模块包括二次电池堆，该二次电池堆通过堆叠具有电极引线的多个二次电池而形成，其中，电极引线从二次电池突出，并且具有弯曲部，以使得端部向左或向右弯曲，并且在弹性体被置于相反极性的所述电极引线的所述弯曲部之间的情况下，相邻的二次电池的所述弯曲部被堆叠，并且在所述弹性体被压缩的情况下，利用包括垫圈的绝缘螺栓来紧固对应的堆叠部分。

在根据本公开的电池模块中，汇流条可设置在堆叠的弯曲部的下方，并且通过螺栓而紧固在一起。在此情形下，弯曲部和汇流条可具有螺栓孔，并且螺栓可穿过垫圈和螺栓孔而与在汇流条下方的螺帽联接。可替代地，弯曲部可具有螺栓孔，汇流条具有螺栓接片，并且螺栓可穿过垫圈和螺栓孔而联接到螺栓接片。

螺栓孔可形成在两个或更多个位置处。垫圈优选是pvc垫圈或低温铅垫圈。弹性体可呈环形，并且围绕螺栓设置，或可对称地设置在螺栓的两侧。

优选地，当电池模块的环境改变时，垫圈熔融并且弹性体的压缩状态被释放，并且通过排斥力，堆叠的弯曲部之间的间隙扩大并且电连接被释放。

在根据本公开的制造电池模块的方法中，制备具有电极引线的多个二次电池，该电极引线具有螺栓孔。形成弯曲部，以使得电极引线的端部向左或向右弯曲。在弹性体被置于相反极性的电极引线的弯曲部之间的情况下，堆叠相邻的二次电池的弯曲部，以使得螺栓孔对准。随后，在所述弹性体被压缩的情况下，通过使得包括垫圈的绝缘螺栓穿过所述螺栓孔来紧固对应的堆叠部分。

至少一个根据本公开的电池模块可组合以制造电池组。该电池组可应用到车辆。

有利效果

根据本公开，用于车辆的锂离子电池模块的电极引线之间的电连接或正极电极引线-负极电极引线-汇流条之间的电连接通过螺栓的连接而不是焊接来实现。因为二次电池借助于螺栓而连接，所以二次电池易于连接/断开连接，并且可以再次使用断开连接的二次电池。

在本公开中，在弹性体被置于电极引线弯曲部和汇流条的情况下，使用绝缘螺栓和垫圈来将电极引线弯曲部连接到汇流条。当二次电池发热时，垫圈熔融，并且通过电极引线之间的弹性体而增大电极引线之间的距离，因此断开电连接。因此，通过在发热的情形下断开电极引线之间的电连接，实现如下效果：防止发生后续问题，并且有效地防止过充电时的发热现象。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施例，并与具体实施方式一起用于提供本公开的技术方面的进一步理解，因此本公开不应解释为限于附图。

图1是示出常规电极引线的激光焊接工艺的示意性立体图。

图2是示出图1的结构中的电极引线和汇流条的激光焊接的示意性截面图。

图3是根据本公开实施例的电池模块中所包括的二次电池的立体图。

图4是示出图3所示的二次电池的布置的视图。

图5是示出图4的二次电池的连接结构的侧视图。

图6是图5中的a部的放大图，示出了根据第一实施例的电极引线之间的连接。

图7是图5中的a部的放大图，示出了根据第二实施例的正极电极引线-负极电极引线-汇流条的连接。

图8是图5中的a部的放大图，示出了根据第三实施例的正极电极引线-负极电极引线-汇流条的连接。

图9是图8的实施例的部件的分解图。

图10示出根据本公开电池模块中所包括的垫圈的各种实例。

图11示出根据本公开电池模块中所包括的弹性体的各种实例。

图12是示出在根据本公开电池模块中的二次电池产生热量的情形下解除电连接的原理的视图。

图13是根据本公开的用于制造电池模块的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解，本说明书和随附权利要求书中所使用的术语或用词不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是应在允许本发明人适当地定义术语以进行最佳解释的原则的基础上、基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。

因此，本文所述的实施例以及附图所示仅是本公开的最优选实施例，但并非易于全面描述本公开的技术方面，因此应理解，在提交本申请时，可以对本公开做出其它等同物和修改。

图3是根据本公开的实施例的电池模块中所包括的二次电池的立体图。

如图3所示，二次电池110具有平坦的正极电极引线111和负极电极引线112，并且电极引线111、112在相反方向上从二次电池110突出。此外，电极引线111、112的一端例如以字母l的形状向左或向右弯曲，以形成提供平坦的竖直接触表面的弯曲部114。二次电池110优选是袋型二次电池，其具有容易堆叠以用在中型和大型装置中的优点。

具体来说，当二次电池110的正极电极引线111和负极电极引线112延伸的方向是竖直(上/下)方向并且其端部弯曲的方向是左/右方向时，正极电极引线111和负极电极引线112分别从二次电池110的主体沿着上/下相反方向突出，并且其端部面向左/右相反方向弯曲为字母l的形状。此外，电极引线111、112的弯曲部114、即l形底部具有螺栓孔115，下述的绝缘螺栓(图5中的200)插入到螺栓孔115中并穿过螺栓孔115。螺栓孔115可形成在两个或更多个位置处，如图3所示。当螺栓孔115形成在两个或更多个位置处时，螺栓孔115可沿着电极引线111、112的纵向方向(附图中的水平方向或前/后方向)布置。

图4是示出图3所示的二次电池的布置的视图，图5是示出图4的二次电池的连接结构的侧视图。

参照图4和图5，任意数量的二次电池110被堆叠为形成二次电池堆。此外，每个二次电池110以堆叠次序串联连接，并集成到电池模块150中。如上所述，每个二次电池110的正极电极引线111和负极电极引线112分别在左/右相反方向上弯曲。两个邻近的二次电池110被布置成使得一侧的正极电极引线111和另一侧的负极电极引线112中的每一个在相同的上/下方向上突出，同时，端部114被定位成面向左/右相反方向。此外，如前所述，相邻的二次电池110具有在l形底部处堆叠的相反极性的电极引线111、112的弯曲部114。其特征在于，弹性体210被置于堆叠的弯曲部114之间。此外，通过利用包括垫圈220的绝缘螺栓200来紧固堆叠部分，从而串联连接相邻的二次电池110。绝缘螺栓200挤压弹性体210，以电连接电极引线111、112。因为绝缘螺栓200自身不形成电连接路径，所以不存在由螺栓200导致的电短路问题。

电极引线111、112是电导体，并且通常使用金属。金属的电极引线111、112在某种程度上是弹性的，而不是塑性的。因此，随着螺栓200的安装，由于置入弹性体210的部分与未置入弹性体210的部分之间的高度差所引起的部分应力被材料吸收(在严重状况下，发生弯曲)。虽然图5示出电极引线111、112在紧固时未发生弯曲，但本公开不限于此。

图6是图5中的a部的放大图，其示出了根据第一实施例的电极引线之间的连接。

参照图6，所形成在电极引线111、112中的每个弯曲部114中的螺栓孔115沿着上/下方向和前/后方向布置，并且在弹性体210被置于堆叠的弯曲部114之间的情况下，绝缘螺栓200插入穿过放置在螺栓孔115上的垫圈220，并在弯曲部114的下方与螺帽230联接。因此，相邻的堆叠的二次电池110可具有相互电连接的电极引线111、112。

当至少两个螺栓孔115形成在一侧的正极电极引线111和另一侧的负极电极引线112中的每一个中时，螺栓200插入到每个螺栓孔中，因此可需要对应数量的螺帽230。当使用被设计成接纳多个螺栓的螺帽板结构、而非使用被设计成仅接纳一个螺栓的螺帽结构时，可减少部件的数量。此外，成对电极引线111、112可由铆钉紧固，而不使用螺帽板。

图7是图5中的a部的放大图，其示出根据第二实施例的正极电极引线-负极电极引线-汇流条的连接。

参照图7，汇流条240被设置在堆叠的弯曲部114的下方。汇流条240还具有螺栓孔115，并且形成在弯曲部114中的螺栓孔115以及形成在汇流条240中的螺栓孔115对准。弹性体210被置于堆叠的弯曲部114之间，并且绝缘螺栓200插入穿过位于螺栓孔115上方的垫圈220，并在弯曲部114的下方与位于汇流条240下方的螺帽230联接。相邻的堆叠的二次电池110可具有电极引线111、112之间的电互连以及与汇流条240的电连接。

图8是图5中的a部的放大图，示出了根据第三实施例的正极电极引线-负极电极引线-汇流条的连接。图9是图8的实施例的部件的分解图。

参照图8，汇流条240设置在堆叠的弯曲部114下方。如图9所示，汇流条240具有螺栓接片241。形成在弯曲部114中的螺栓孔115以及形成在汇流条240中的螺栓接片241对准，弹性体210被置于堆叠的弯曲部114之间，绝缘螺栓200插入穿过螺栓孔115上方的垫圈220，并在弯曲部114下方被联接到汇流条240中的螺栓接片241。因此，相邻的堆叠的二次电池110可以使得电极引线111、112电互连，并且与汇流条240电连接，而不需要例如汇流条240下方的螺帽这样的任何其它部件，从而易于组装和部件管理。虽然图8以夸大方式示出了电极引线111、112通过紧固而弯曲并且弹性体210被挤压，但本公开不限于此。

根据本公开的电池模块150可以是中型和大型电池，例如电动车辆的锂离子电池模块。如参照图6到图8所述，本公开的主要特征在于，应用通过螺栓200的连接、而不是焊接来实现电池模块150的电极引线111、112之间的电连接或正极电极引线111-负极电极引线112-汇流条240的电连接。因为二次电池110由螺栓200连接，所以易于连接/断开二次电池110，并且可以再次使用断开的二次电池110。

此外，本公开的次要特征在于，在弹性体210被置于电极引线弯曲部114之间的情况下，使用绝缘螺栓200和垫圈220来连接电极引线弯曲部114。

图10示出根据本公开电池模块150中所包括的垫圈220的各种实例。在图10中，(a)是平垫圈220a，(b)是锁紧垫圈220b，(c)是外齿垫圈220c，(d)是内齿垫圈220d。

通常，垫圈表示这样的环状部件：其插入在螺帽和螺栓与目标物之间，以分散联接压力。图10(a)的平垫圈220a放置在螺栓200的头部下方，以分散压力来保护工作表面。图10(b)的锁紧垫圈220b是略微螺旋状的垫圈，并且可充当防止螺栓200松动的弹簧。图10(c)的外齿垫圈220c是其外侧安装有齿部(突起)的垫圈，以允许螺栓200安全地拧紧，并防止螺栓200松动。图10(d)的内齿垫圈220d是在其内侧上具有突起的垫圈，以与外齿垫圈相同的方式允许螺栓200安全地拧紧并防止螺栓200松动。可使用外齿垫圈220c和内齿垫圈220d的组合结构，即突起位于内侧和外侧上。

特别地，根据本公开的电池模块150中所包括的垫圈220是这样的部件：其不仅充当一般垫圈，而且还是在发热情形下、解除电极引线111、112之间或电极引线111、112与汇流条240之间的电连接必要部件。用于垫圈220的材料被选择成：在垫圈220处于其正常状态下时，垫圈220与螺栓200一起保持向弹性体210施加压力，而在二次电池110产生热量的情形下，垫圈220熔融并完全熔断或改变形状(厚度)。当由于二次电池110产生热量而使得垫圈220熔融并且厚度改变时，以同等程度解除挤压状态，因此被挤压的弹性体210倾向于返回到原始形状。鉴于这一点，垫圈220优选是pvc垫圈或低温铅垫圈。pvc垫圈不发生变形情况下的可用最大使用温度是60℃。因此，当由于二次电池110产生热量而使得温度达到约60℃时，pvc垫圈发生变形，并且产生弹性体210的恢复力，并且本公开使用该恢复力而解除电极引线111、112之间或电极引线111、112与汇流条240之间的电连接。低温铅垫圈也被称为伍德合金(wood'smetal)。它是铋合金，并且是最广泛已知的可熔合金之一。其典型公式为40～50％的铋(b)、25～30％的铅(pb)、12.5～15.5％的锡(sn)和12.5％的镉(cd)，并且标准成分已知为bi:pb:sn:cd＝4:2:1:1。可通过调整该成分来调整低温铅垫圈的熔点。本公开优选使用包括50％的bi、24％的pb、14％的sn和12％的cd的低温铅垫圈。此公式的低温铅垫圈的熔点是70℃。因此，低温铅垫圈不发生变形的情况下的可用最大使用温度是70℃，并且由于二次电池110所产生的热量而使得温度达到约70℃时，低温铅垫圈发生变形，并且产生弹性体210的恢复力，并且本公开使用该恢复力而解除电极引线111、112之间或电极引线111、112与汇流条240之间的电连接。

图11示出根据本公开电池模块150中所包括的弹性体210的各种实例。(a)是环形弹性体210a，(b)是成对带形(或例如点等图案)弹性体210b。环形弹性体210a可设置在弯曲部114之间，以使得内孔部与形成在弯曲部114中的螺栓孔115对准。成对带形(或点)弹性体210b可对称地设置在螺栓200的两侧上。就易操作性和部件管理来说，环形弹性体210a是有利的。

弹性体210是具有弹性或如下特性的物体：在其因外力而变形之后，当移除外力时，所述弹性体倾向于返回到原始形状。弹性体210通过螺栓200和垫圈220而处于挤压状态，并且当垫圈220变形时，用于返回到原始形状的恢复力起作用。弹性体210可以是表现出橡胶弹性的聚合物材料、弹性纤维和发泡体，并且优选是与垫圈220相反的、在高温下不熔融的材料。

图12是示出在根据本公开电池模块中的二次电池产生热量的情形下解除电连接的原理的视图，其示出了如下结构的实例：在上述实施例中，汇流条具有螺栓接片，并且螺栓被安装。

图12中的(a)是示出在参照图5和图7组装电池模块150之后的正常状态的视图。在弹性体210的压缩状态中，电极引线111、112和汇流条240通过螺栓200而电连接。当由于出现例如二次电池110受热这样事件而使得电池模块150的环境发生改变时，垫圈220熔融并变成如(b)所示的变形垫圈220'。在此情形下，弹性体210的被压缩状态得以部分或完全释放，并且堆叠的弯曲部114之间的间隙被由弹性体210的恢复力向上作用的排斥力f所扩大，因此电极引线111、112与汇流条240之间的电连接得以完全释放。如上所述，在发热的情形下，可以断开电极引线111、112与汇流条240之间的电连接，从而防止发生后续问题，并且在过充电时有效地防止着火现象。

如上所述，根据本公开的电池模块150使用电极引线111、112之间的弹性体210，从而在从二次电池110发热的情形下、经由弹性体210的恢复力而释放电极引线111、112之间的电连接。

同时，可制造包括上文所述的至少一个电池模块150的电池组。在此情形下，除电池模块之外，电池组可还包括用于容纳电池模块的壳体以及用于控制电池模块的充电/放电的各种类型的装置，例如bms、电流传感器和熔断器。根据本公开的电池模块或电池组可应用到例如电动车辆或混合动力电动车辆等车辆。

下文中，将简要描述根据本公开的用于制造上述电池模块的方法的实施例。

图13是根据本公开的用于制造电池模块的方法的流程图。将基于参照图8和图9描述的根据第三实施例的方法来进行说明。

首先，制备(s1)具有电极引线111、112的多个二次电池110，所述电极引线111、112具有螺栓孔115。可制备具有预形成的螺栓孔115的电极引线部件，并将其用于制造二次电池110，并且在使用一般电极引线部件而制造二次电池110之后，可通过冲压电极引线而形成螺栓孔115。

将电极引线111、112的端部114向左或向右弯曲，以形成弯曲部114(s2，参见图3)。

随后，堆叠相邻的二次电池110的弯曲部114，以使得螺栓孔115与被置于相反极性的电极引线的弯曲部114之间的弹性体210对准(s3，参见图5)。

随后，包括垫圈220的绝缘螺栓200穿过螺栓孔115，并在压缩弹性体210的同时紧固对应的堆叠部分(s4，参见图8)。在此情形下，在弯曲部114下方制备包括螺栓接片241的汇流条240，并通过螺栓200将其联接在一起，以制造如图8所示的电池模块150。

如本文所使用的指示方向的术语(例如，上、下、左、右)仅是为了便于描述而使用，并且本领域的技术人员清楚的是，所述术语可根据所叙述的元件或观察者的位置而改变。

虽然上文已关于有限数量的实施例和附图来描述本公开，但本公开不限于此，并且本领域的技术人员清楚的是，可在本公开的技术方面和随附权利要求书的等同范围内对本公开进行各种修改和改变。