使用非焊接式结构作为汇流条与电压感测构件的连接结构的电池模块的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块，更特别地，本公开涉及如下电池模块，在该电池模块中，汇流条与感测电池模块中的电池单体的电压所需的电压感测构件之间的连接结构被改进为非焊接式。
2.本技术要求于2020年6月17日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0073794号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。


背景技术：

3.将电能转换为化学能并且可以重复充电和放电的半永久电池被称为二次电池，其区别于在一次使用之后不能重复使用的一次电池。
4.二次电池包括锂二次电池、镍镉(ni-cd)电池、铅蓄电池、镍氢(ni-mh)电池、锌空气电池、碱性锰电池等。其中，铅蓄电池和锂二次电池是最活跃的商业化二次电池。
5.特别地，由于锂二次电池的能量存储密度高、重量轻且尺寸紧凑并且具有诸如安全性优异、放电率低和寿命长的优点，从而被积极地用作电动车辆电池。作为参考，根据所制造的锂二次电池的形状，锂二次电池总体上被分类为圆柱形、方形和袋形类型，并且还被用于ess电池和其他电气装置以及电动车辆电池。
6.当前，不能通过使用仅一个锂二次电池(单体)来获得足够的电力以驱动电动车辆。为了将二次电池用作电动车辆的能量源，必须构造多个锂离子电池单体被串联和/或并联连接的电池模块，并且还构造包括bms(电池管理系统)、冷却系统、bdu(电池断开单元)和线束线(用于连接并用于维持大体串联连接的这种电池模块)的电池组。
7.同时，如图1所示，设置有袋型二次电池单体的电池模块包括位于电池模块的前表面处或位于前表面和后表面处的汇流条3。如果以预定图案将电极引线(未示出)焊接(w)至汇流条，则二次电池单体被串联和并联连接。另外，电池模块中的二次电池单体的电压信息通过连接到每个汇流条的电压感测构件5而被传输到bms，并且bms基于电压信息来监测和控制每个二次电池单体的状态。此时，电压感测构件5采用线束线、ffc(扁平柔性电缆)、fpcb(柔性印刷电路板)等。
8.在根据现有技术的电池模块中，汇流条3和电压感测构件5通过激光焊接(w)连接。然而，由于取决于工人的技能而存在质量偏差，所以激光焊接(w)价格昂贵并且难以控制质量。因此，需要一种能够在确保超过一定水平的连接强度的同时以非焊接式连接汇流条和电压感测构件的技术。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开被设计成解决相关技术的问题，因此，本公开旨在提供一种允许汇流条和电压感测构件以非焊接式容易且简单地电连接的电池模块。
11.从以下详细描述中可以理解本公开的这些和其他目的及优点，并且根据本公开的示例性实施例将更明显地理解本公开的这些和其他目的及优点。而且，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中示出的手段及其组合来实现。
12.技术方案
13.在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池单体，该电池单体被串联连接或者被串联和并联连接；多个汇流条，所述多个汇流条连接到所述电池单体的对应电极引线，并且分别具有从其表面凹进的键槽；以及电压感测构件，该电压感测构件具有分别被连接到所述汇流条的感测部，其中，所述感测部包括端子部，该端子部被设置成与所述键槽对应的形状，并且还设置有结合部，该结合部与所述端子部一起被置于所述键槽中。
14.所述端子部可以被设置成具有中心腔的环形形状，并且所述键槽可以以与所述端子部的环形形状对应的方式凹进。
15.所述键槽可以被形成为比所述端子部的厚度深，并且所述结合部可以是在覆盖所述端子部的同时被置于所述键槽中的粘合剂或胶带。
16.所述端子部的环形形状可以是选自圆形形状、椭圆形形状和多边形形状中的任一种。
17.所述键槽还可以包括中央突起，该中央突起被装配到所述端子部的中心，并且所述端子部可以被置于所述键槽中，以由所述中央突起卡住。
18.所述中央突起可以包括：突起顶部，该突起顶部被形成为具有与所述端子部的中心腔相同的尺寸；以及突起底部，该突起底部被形成为具有比所述突起顶部小的尺寸。
19.所述端子部的厚度可以等于或小于所述突起底部的厚度，并且所述端子部可以被置于所述键槽中，以由所述突起顶部的底部和所述突起底部的侧部卡住。
20.所述汇流条可以是结合有铜(cu)和铝(al)的包层金属汇流条。
21.所述电压感测构件可以由ffc(扁平柔性电缆)或fpcb(柔性印刷电路板)制成。
22.在本公开的另一方面，还提供了一种电池组，该电池组包括上述电池模块。
23.有利效果
24.根据本公开的实施例，汇流条和电压感测构件可以以非焊接式电连接。
25.换句话说，在本公开中，可以通过以非焊接式连接每个汇流条和每个感测部来电连接汇流条和电压感测构件，其中，每个感测部的端子部被悬置在每个汇流条的键槽中然后被附接且固定至其上。
26.根据本公开，与传统的焊接方法相比，即使是不熟练的人也可以容易且简单地连接汇流条和电压感测构件，从而容易确保质量控制。
27.本公开的效果不限于以上内容，并且本领域技术人员可以从本说明书和附图中清楚地理解本文中未提及的效果。
附图说明
28.图1是示出了传统电池模块的一部分的局部立体图。
29.图2是示出了根据本公开实施例的电池模块的主要部分的视图。
30.图3是示出了安装有模块外壳的图2的电池模块的前表面的视图。
31.图4是示出了图3的区域a的放大图。
32.图5是示出了根据本公开实施例的汇流条和感测部的视图。
33.图6是示出了根据本公开实施例的组装后的汇流条和端子部的示意性截面图。
34.图7是示出了图5的端子部的变型例的视图。
35.图8是示出了根据本公开另一实施例的汇流条和感测部的视图。
36.图9是示出了根据本公开的另一实施例的组装后的汇流条和端子部的示意性截面图。
具体实施方式
37.在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是基于允许发明人适当地定义术语以进行最佳解释的原理，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释所述术语。因此，本文中所提出的描述仅是出于说明目的的优选示例，而并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其做出其他等同方案和变型。
38.提供本文中所公开的实施例是为了更完美地解释本公开，因此为了更好的理解，在附图中可以夸大、省略或简化部件的形状、尺寸等。因此，附图中的部件的尺寸和比例并不完全反映实际的尺寸和比例。
39.图2是示出了根据本公开实施例的电池模块的主要部分的视图，并且图3是示出了安装有模块外壳的图2的电池模块的前表面的视图。
40.参考这些附图，根据本公开的实施例的电池模块100包括单体堆10、汇流条框架组件20、多个汇流条30以及电压感测构件40。
41.所述单体堆10可以被认为是电池单体的集合体。例如，所述电池单体可以在左右方向上堆叠并且在竖直方向上竖立，以形成所述单体堆10。作为电池单体，可以应用袋型电池单体。该实施例的电池单体是双向引线型袋型电池单体，其中，正极引线和负极引线位于所述电池单体的相反侧。
42.所述袋型电池单体可以包括电极组件、电解质和用于封装所述电极组件和所述电解质的袋外部。
43.所述电极组件的每个电极板包括电极接线片，并且至少一个电极接线片可以连接到电极引线11。所述电极引线11可以从所述袋外部的内侧暴露至外侧，以用作电池单体的电极端子。
44.所述袋外部可以被构造成包括金属薄膜，例如铝箔，以便保护诸如电极组件和电解质这样的内部部件、补充所述电极组件和电解质的电化学性质并且改进散热。所述铝箔可以被置于由绝缘材料形成的绝缘层与内部粘合剂层之间，以便确保电绝缘。
45.所述汇流条框架组件20是支撑所述单体堆10并且形成安装多个所述汇流条30的位置的部件。所述汇流条框架组件20包括顶框架21、前框架22和后框架23，并且包围所述单体堆10。而且，所述汇流条框架组件20可以被容纳在模块外壳70中。
46.所述顶框架21可以设置成板状形式，其具有可以从所述单体堆10的顶部覆盖整个单体堆10的区域。所述电压感测构件40的一部分可以被放置在所述顶框架21与单体堆10之
间。可以使用ffc(柔性扁平电缆)或fpcb(柔性印刷电路板)作为电压感测构件40。
47.所述前框架22和后框架23是具有可以分别覆盖所述单体堆10的前表面和后表面的区域的板状体，并且可以包括：狭缝，该狭缝用于允许所述电池单体的电极引线11在前后方向上从中穿过；肋结构，该肋结构用于将所述汇流条30支撑在所述狭缝周围；以及防短路屏障22a，该防短路屏障22a被设置在所述汇流条30之间。
48.所述前框架22和后框架23可以被设置成铰接到所述顶框架21的两端。在这种情况下，在将所述电池单体的电极引线11装配到所述狭缝中时，由于所述前框架22或后框架23可以从外侧向内侧旋转，所以所述电极引线11可以被更容易地装配到对应的狭缝中。
49.同时，根据本公开的多个汇流条30可以固定地联接到所述前框架22和后框架23。所述电池单体可以通过以预定图案将所述电极引线11焊接到汇流条30而被串联和并联连接。例如，两个或更多个电池单体的正极引线11a被堆叠、被设置成穿过所述狭缝以被拉出到所述前框架22的前部、然后被焊接到所述汇流条30的一侧。另外，两个或更多个相邻电池单体的负极引线11b被堆叠、被设置成穿过其他狭缝以被拉出到所述前框架22的前部、然后被焊接到附接有正极引线11a的所述汇流条30的另一侧。对于位于所述后框架23的前部的汇流条30，所述电极引线11也以相同的方式被焊接。如果以这种图案将电池单体的电极引线11焊接到汇流条30，则可以串联和并联连接所有电池单体。
50.所述电池模块100包括：bms(未示出，电池管理系统)，该bms用于监测所述电池单体的状态，并且控制所述电池单体的充电和放电；以及电压感测构件40，该电压感测构件40用于发送串联连接的电池单体的节点电压，并将每个电池单体的电压信息传输到所述bms。所述电压感测构件40和bms可以使用连接器、线束电缆等连接。
51.在该实施例中，所述电压感测构件40可以由fpcb(柔性印刷电路板)制成。fpcb容易形成精细图案并且具有优异的柔性，从而能够进行3d布线，因此即使在具有较大空间限制的电池模块100内也容易布置。
52.所述电压感测构件40包括：主体部(未示出)，该主体部从所述单体堆10的顶部沿着所述单体堆10的纵向方向延伸；以及多个感测部50，所述多个感测部50位于所述主体部(未示出)的两端处，以延伸成若干个分支。
53.由于所述电池单体通过每个汇流条30串联连接，所以在每个汇流条30处测量的电压对应于串联连接的电池单体的节点电压。因此，多个感测部50以一一对应的方式连接到多个汇流条30，并且分别感测对应的汇流条30的电压。
54.同时，在传统的电池模块100中，使用激光焊接来连接每个汇流条30和每个感测部50。然而，一旦焊接后的部件实际上不能返工或更换，则由于焊接质量根据工人的技能而变化，从而难以进行质量控制。因此，如下文描述，本公开被构造成使得每个汇流条30和每个感测部50可以以非焊接式连接。
55.图4是示出了图3的区域a的放大图，图5是示出了根据本公开实施例的汇流条30和感测部50的视图，并且图6是示出了根据本公开实施例的组装后的汇流条30和端子部50的示意性截面图。
56.参考这些附图，根据本公开的多个汇流条30中的每个汇流条包括从其表面凹进的键槽31，并且每个感测部50包括具有与所述键槽31对应的形状的端子部51。另外，为了固定所述端子部51，可以在所述键槽31中填充结合部60。
57.所述键槽31可以被形成在所述汇流条30中的、与待焊接的电极引线11不重叠的位置处。在该实施例中，如图4和图5所示，所述键槽31被形成在所述汇流条30的上边缘区域中，使得所述汇流条30和感测部50可以以最短的距离连接。例如，如果所述感测部50被设计成被布置在所述单体堆10的底部处，则与该实施例不同，优选的是所述汇流条30的键槽31被形成在所述汇流条30的下边缘区域中，以使所述感测部50和汇流条30的连接距离最小化。
58.每个感测部50是从所述电压感测构件40的主体部延伸成若干个分支的部分，并且与所述主体部一样由fpcb制成。因此，每个感测部50包括导体图案(未示出)和包围导体图案的外膜层。所述端子部51由金属件制成，并且可以被压缩到所述感测部50的、由此去除外膜层的一部分的端部上。
59.根据该实施例的端子部51被设置成具有中心腔的环形形状，并且所述汇流条30的键槽31被设置成与所述环形端子部51的形状对应的凹进形状。另外，所述键槽31包括被装配到所述端子部51的中心中的凸形中央突起33。
60.利用这种构造，所述感测部50的端子部51在图5的y轴方向上被放置在所述键槽31中，并由中央突起33卡住，以限制在x轴方向和z轴方向上的移动。
61.另外，参考图6，所述结合部60被置于被装配到所述键槽31中的端子部51的上部上。所述感测部50的端子部51可以与所述结合部60一起被置于所述键槽31中，并且被固定到所述键槽31。
62.所述键槽31被形成为比所述端子部51的厚度深，以利用所述结合部60覆盖所述端子部51的上部。施加热固性粘合剂作为所述结合部60。
63.所述端子部51被放置在所述键槽31中，并且粘合剂被填充在所述端子部51上。因此，所述端子部51通过所述粘合剂被固定到所述汇流条30的键槽31，以在所有方向上均不移动。
64.首先，可以将少量粘合剂施加到所述键槽31，可以将所述端子部51放置在粘合剂上，然后可以再次将粘合剂施加在所述端子部51的上部上。此时，不必将粘合剂限制地施加在所述键槽31中。即，粘合剂也可以被广泛地施加到所述键槽31周围的汇流条30的外表面。
65.作为热固性粘合剂的替代方案，也可以使用胶带。可以使用具有优异的耐热性和绝缘性的特氟龙带作为胶带。
66.在该实施例中，所述端子部51和键槽31具有大致矩形的环形形状，但是本公开不限于该形状。即，如图7所示，所述端子部51可以被形成为圆环形状51a、椭圆环形状51b或六边环形状51c，并且所述键槽31可以具有与所述端子部51的形状对应的凹进形状。即，可以使用任何形状，只要所述端子部51由所述键槽31的中央突起33卡住即可。
67.利用这种构造，与现有技术不同，可以在不使用大型且多余焊接机的情况下连接所述汇流条30和感测部50。另外，在本公开中，由于通过将所述感测部50的端子部51装配到预先形成在所述汇流条30处的键槽31中、并且使用粘合剂或胶带固定所述端子部51来连接每个汇流条30和每个感测部50，所以即使是不熟练的人也可以容易地完成对应的工作。
68.同时，根据该实施例的汇流条30是结合有铜(cu)和铝(al)的包层金属汇流条30，并且包括铜层30a和铝层30b。所述铜层30a和铝层30b的重量比可以优选为约2：8。
69.与铝相比，铜具有导电性更好和升温率更低的优点，但是在相同的形状中，铜比铝
重约2倍并且比铝贵约3倍。所述包层金属汇流条可以被认为是对铜汇流条和铝汇流条的性能进行中和。
70.换句话说，所述包层金属汇流条30具有比由铜制成的汇流条30轻得多的重量，并且具有比由铝制成的汇流条30更好的导电性和更低的升温率。通过使用所述包层金属汇流条30，能够降低所述电池模块100的重量和成本。作为参考，所述包层金属汇流条30可以通过热轧来制造。
71.接下来，将参考图8和图9描述本公开的另一实施例。与先前实施例相同的附图标记表示相同的部件，并且将不再描述相同的部件，而将主要描述与先前实施例不同的特征。
72.根据本公开另一实施例的电池模块100与先前实施例的电池模块100的不同之处在于键槽的中央突起33以及所述中央突起33和端子部51的卡合结构。
73.参考图8和图9，该实施例的中央突起33包括：突起顶部33a，该突起顶部33a被形成为具有与端子部51的中心腔相同的尺寸；以及突起底部33b，该突起底部33b被形成为具有比所述突起顶部33a小的尺寸。另外，所述端子部51的厚度等于或小于所述突起底部33b的厚度。
74.根据该实施例的构造，所述端子部51在y轴方向上被放置在所述键槽31中，并且所述中央突起33被装配到所述端子部51的中心腔中。在这种状态下，所述端子部51可以附加地在x轴方向上被拉动，以由所述突起顶部33a的底部和所述突起底部33b的侧部卡住。在这种情况下，由于放置在所述键槽31中的端子部51不会在-y轴方向上逃脱，所以可以更容易地将所述结合部60填充在键槽31中。
75.即，在先前实施例中，所述键槽31被构造成使得所述端子部51被紧密地装配到所述键槽31中，以在x轴和z轴方向上不移动。然而，在置入所述结合部60之前，所述端子部51可能在y轴方向上远离所述键槽31。
76.然而，在该实施例中，所述端子部51被构造成在置入所述结合部60之前能够在所述键槽31中沿着
±
x轴方向稍微移动，而不会由所述突起顶部33a在-y轴方向上从其移开。因此，与先前实施例相比，所述键槽31与端子部51之间的卡合联接更加稳定。另外，如图9所示，形成所述结合部60的粘合剂被填充在所述键槽31中，从而甚至与所述端子部51的上部和侧表面均匀地接触。因此，可以通过所述结合部60更好地结合并且固定所述端子部51。
77.同时，根据本公开的电池组可以包括至少一个本公开的电池模块100。除了电池模块100之外，根据本公开的电池组还可以包括用于容纳电池模块100的电池组外壳以及用于控制每个电池模块的充电和放电的各种装置，诸如主bms、电流传感器、保险丝等。
78.根据本公开的电池模块100可以应用于车辆(诸如电动车辆或混合电动车辆)。即，车辆可以包括根据本公开的电池模块100。
79.同时，根据本公开的电池组可以包括至少一个本公开的电池模块。除了电池模块之外，根据本公开的电池组还可以包括用于容纳电池模块的电池组外壳以及用于控制每个电池模块的充电和放电的各种装置，诸如主bms、电流传感器、保险丝等。
80.根据本公开的电池模块可以应用于车辆(诸如电动车辆或混合电动车辆)。即，车辆可以包括根据本公开的电池模块。
81.已经详细描述了本公开。然而，应该理解，虽然指出了本公开的优选实施例，但是详细描述和特定示例仅以说明的方式给出，因为从该详细描述中，在本公开的范围内的各
种修改和变型对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
82.同时，当在说明书中使用指示上、下、左、右、前和后方向的术语时，对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些术语仅代表相对位置以便于解释，并且可以基于观察者或待观察对象的位置而变化。