由异种金属制成的HV汇流条及其制造方法与流程

由异种金属制成的hv汇流条及其制造方法
技术领域
1.本技术要求于2020年3月31日提交的韩国专利申请第2020-0039086号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
2.本发明涉及一种由异种金属制成的hv汇流条及其制造方法，更具体地，涉及这样一种hv汇流条及其制造方法，该hv汇流条在具有较高耐外部冲击性的同时能够安全地中断电流流动并且能够容易调节电池组中的电流截止温度。


背景技术：

3.随着诸如移动电话、膝上型电脑、便携式摄像机和数字相机之类的移动装置的技术发展及对它们的需求的增加，已对能够充电和放电的二次电池进行了积极研究。此外，作为替代引起空气污染的化石燃料的能源的二次电池已应用于电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)和插电式混合动力电动车辆(p-hev)，因此越来越需要开发二次电池。
4.作为目前市售的二次电池，具有镍铬电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，由于与镍基二次电池相比，锂二次电池几乎不具有记忆效应，由此锂二次电池能够自由充电和放电、具有非常低的自放电速率并且具有较高的能量密度，所以锂二次电池受到关注。
5.另外，用于小型装置的二次电池包括多个电池单元。然而，对于车辆来说，为了增加其容量和输出，多个电池模块利用高压汇流条(hv汇流条，high voltage busbar)彼此电连接。hv汇流条可分为刚性汇流条(rigid busbar)或柔性汇流条(flexible busbar)。柔性汇流条除了用于电池模块之间的串联或并联连接以外，还经常用于将各电子装置彼此连接。特别是，柔性汇流条应用于具有较窄或弯曲的空间的复杂路径。
6.图1是常规电池组的概念图，图2是常规hv汇流条的外观透视图。
7.如图1中所示，在包括总共六个电池模块20的电池组中，水平布置的电池模块20的端子21位于同一平面上，从而使用图2(a)中所示的一般刚性平板形的hv汇流条10。当垂直布置的电池模块20的端子21彼此连接时，采用图2(b)中所示的柔性hv汇流条10。在电池模块20之间的电连接的路径更复杂的情况下，可采用具有图2(c)中所示的形状的hv汇流条10。
8.通常，hv汇流条10包括：具有预定厚度和宽度的金属板11、和设置成包裹金属板11的外表面的绝缘树脂涂层12。
9.另外，由于暴露于高温、过充电、外部短路、针刺或局部损坏而在电池组中流动高电流的情况下，在电池中会产生热量，从而电池可能爆炸。由于该原因，通常安装被称为安全插头的手动维护开关(msd，manual service disconnect)和熔断器，从而电池组的部件费用和体积增加。
10.与此相关，专利文献(韩国专利申请公开第2015-0062694号)公开了一种安装在二次电池中的电流流动路径上的用于二次电池的部件，其中该部件包括：具有沿宽度方向形成的狭缝的金属板、和具有比金属板低的熔点的金属桥，金属桥在填充狭缝的状态下接合
至金属板。
11.上述专利文献具有的优点在于，在二次电池中流动过电流的情况下，安装在二次电池中的电流流动路径上的部件迅速破裂，从而中断过电流，因此确保使用二次电池时的安全性，但是其具有的问题在于，由于金属板和金属桥是异种金属，所以不容易将金属板与金属桥彼此接合，因此金属桥必须接合至金属板以包裹金属板的上表面和下表面中的与狭缝相邻的区域，从而该部件在结构上变得不稳定，具有较低的耐外部冲击性并且不容易制造。
12.(现有技术文献)
13.(专利文献1)韩国专利申请公开第2015-0062694号


技术实现要素：

14.技术问题
15.鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的一个目的是提供一种即使在电池组的温度异常升高的情况下也能够安全地中断电流流动的hv汇流条及其制造方法。
16.本发明的另一个目的是提供一种具有较高耐外部冲击性并且容易制造的hv汇流条及其制造方法。
17.技术方案
18.为了实现上述目的，根据本发明的配置为将多个电池模块彼此连接的hv汇流条100包括：包括第一金属板110和第二金属板120的导体；和在所述导体的外周表面上的绝缘树脂涂层，其中构成所述第一金属板110的第一金属111和具有比所述第一金属111低的熔化温度的第二金属121在所述第二金属分散的状态下混合在所述第二金属板120中。
19.此外，在根据本发明的hv汇流条中，所述第二金属121可从所述第二金属板120的上表面和下表面向外暴露，并且每个第二金属的侧表面可与所述第一金属111紧密接触。
20.此外，在根据本发明的hv汇流条中，所述第二金属121可具有不同的外表面积。
21.此外，在根据本发明的hv汇流条中，当加热至预定温度或更高温度时，所述第二金属121可熔化，从而所述第二金属板120的截面积可减小。
22.此外，在根据本发明的hv汇流条中，当加热至预定温度或更高温度时，在所述第二金属板120中可形成破裂部分140。
23.此外，在根据本发明的hv汇流条中，所述第一金属111可以是铜或铝，并且所述第二金属121可包括铟(in)和锡(sn)中的至少一种。
24.此外，在根据本发明的hv汇流条中，所述第一金属板110可设置为两个，所述第二金属板120可设置为一个，并且所述第二金属板120可位于所述第一金属板110之间。
25.此外，在根据本发明的hv汇流条中，所述第一金属板110和所述第二金属板120可在长度方向上交替设置，并且所述第一金属板110可位于所述长度方向上的两个相对边缘。
26.此外，根据本发明的hv汇流条制造方法包括：第一步骤，在连续供应第一金属粉末112的同时向所述第一金属粉末施加预定温度和压力，以形成第一金属板110；第二步骤，在连续供应第一金属粉末112和第二金属粉末122的金属粉末混合物预定时间的同时向所述金属粉末混合物施加预定温度和压力，以形成第二金属板120；和第三步骤，在连续供应所述第一金属粉末112的同时向所述第一金属粉末施加预定温度和压力，以形成第一金属板
110，从而制备导体。
27.此外，在根据本发明的hv汇流条制造方法中，所述第一金属粉末112可以是铜或铝，并且所述第二金属粉末122可以是铟(in)和锡(sn)的合金。
28.此外，在根据本发明的hv汇流条制造方法中，所述第二金属粉末122的粒径可大于所述第一金属粉末112的粒径。
29.此外，根据本发明的hv汇流条制造方法可进一步包括：第四步骤，将所述导体切割成预定长度；和第五步骤，在所述导体的除其两个相对边缘之外的其余表面涂覆绝缘树脂。
30.此外，本发明提供了一种包括所述hv汇流条的电池组。
31.有益效果
32.在根据本发明的hv汇流条及其制造方法中，由第一金属和具有比第一金属低的熔化温度的第二金属的混合物制成的第二金属板设置在每个都由第一金属制成的第一金属板之间，从而第一金属板和第二金属板彼此强力结合，因此hv汇流条具有较高耐外部冲击性。
33.此外，在根据本发明的hv汇流条及其制造方法中，当电池组的温度升高至第二金属的熔化温度时，第二金属板的预定区域破裂，从而中断电流流动。因而，可通过改变第二金属的种类容易调节电流截止温度。
34.此外，在根据本发明的hv汇流条及其制造方法中，hv汇流条还用作熔断器，从而在电池组中省略单独的熔断器和手动维护开关(msd，manual service disconnect)，因此可降低制造成本并且提高能量密度。
附图说明
35.图1是常规电池组的概念图。
36.图2是常规hv汇流条的外观透视图。
37.图3是根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的概念图。
38.图4是图解根据本发明的hv汇流条破裂的概念图。
39.图5是根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的概念图。
40.图6是图解制造根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的方法的流程图。
41.图7是制造根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的设备的示意图。
42.图8是图解制造根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的方法的流程图。
43.图9是制造根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的设备的示意图。
具体实施方式
44.在本技术中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指定存在所阐述的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、部件或它们的组合。
45.此外，在整个附图中，将使用相同的参考标记来指代执行相似功能或操作的部件。在本技术中一个部件被称为连接至另一个部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接至该另一个部件，而且该一个部件还可经由另外的部件间接连接至该另一个部件。此外，包括某一元件并不意指排除其他元件，而是指可进一步包括其他元件，除非另有说明。
46.另外，根据本发明的hv汇流条定义为配置为将电池模块彼此电连接、将电池模块与车辆连接器彼此电连接、或将电池组彼此电连接的汇流条。
47.下文中，将描述根据本发明的由异种金属制成的hv汇流条及其制造方法。如参照图1和图2描述的，根据本发明的hv汇流条是配置为将多个电池模块彼此连接的hv汇流条，可以是刚性的或柔性的并且可形成为具有各种形状，并且构成连接器的金属板的外表面可涂覆有绝缘树脂。
48.图3是根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的概念图，图4是图解根据本发明的hv汇流条破裂的概念图。
49.将电池模块的端子彼此电连接的hv汇流条100配置为具有预定厚度(y轴方向)、预定宽度(x轴方向)和预定长度(z轴方向)的平板形，并且包括对应于非切断区域的第一金属板110和对应于切断区域的第二金属板120。
50.除了构成第一金属板110的金属以外，第二金属板120还包括具有与构成第一金属板的金属不同的熔化温度的第一金属。就是说，在第二金属板120中以分散状态存在具有相同外表面积或不同外表面积的第二金属121。
51.在此，第二金属121分散在第二金属板120中是指，具有预定尺寸和表面积的第二金属121在第二金属板120的厚度方向(y轴方向)上规则地或不规则地完全插入或浸入。就是说，第二金属121从第二金属板120的上表面和下表面向外暴露，而每个第二金属的侧表面与构成第一金属板110的金属完全紧密接触。
52.当然，尽管第二金属在其制造时可保持原始形状，诸如球形或针形，但第二金属121的从第二金属板120的上表面和下表面暴露的部分以平坦的状态存在。
53.在构成hv汇流条100的第一金属板110结合至正极引线的情况下，优选第一金属板由通常用于正极引线的铝(al)材料制成。这样做的原因在于，可提高焊接性并且可使结合部分的接触电阻最小化。以相同的方式，在第一金属板110结合至负极引线的情况下，优选第一金属板由通常用于负极引线的铜(cu)材料或涂覆有镍(ni)的铜材料制成。然而，材料没有特别限制，只要该材料表现出结合性和导电性即可。
54.第二金属板120可由具有比构成第一金属板110的铝(al)或铜(cu)低的熔化温度的金属，诸如铟(in)、锡(sn)或它们的合金制成。这样做的原因在于，在电池模块由于短路或过充电而过热的情况下，必须使hv汇流条100迅速破裂，以便释放电池模块的电连接。根据期望的电流截止温度，可自由地改变第二金属。
55.就是说，如图4中所示，当电池模块正常操作时，电流经由平板形的hv汇流条100流动(图4(a))。然而，当电池模块由于电池模块中的短路而过热达到或高于第二金属121的熔化温度时，每一个都具有相对较低熔化温度的第二金属121首先熔化，从而在第二金属121所在的部分形成孔隙130(见图4(b))。结果，在预定区域中，即，在第二金属121彼此相邻设置的区域中形成破裂部分140，从而hv汇流条100破裂(见图4(c))。
56.在此，将简要描述基于第二金属121所在的空隙130发生破裂的技术原理。当第二金属121熔化并因而形成孔隙130时，在孔隙130附近电流可移动的表面积减小，从而电阻增加。因而，基于形成孔隙130的区域快速地产生热量，从而第一金属111的温度升高至其熔化温度。结果，将孔隙130彼此连接的第一金属也熔化，从而在第二金属板120中形成破裂部分140，因而第二金属板被切断。
57.另外，优选的是，第二金属121以具有这样的表面积而存在，即，该表面积等于在hv汇流条的宽度方向(x轴方向)、长度方向(z轴方向)和厚度方形(y轴方向)上的区域中hv汇流条100的表面积的20％至90％。在第二金属的表面积小于hv汇流条的表面积的20％的情况下，hv汇流条破裂花费的时间太长。在第二金属的表面积大于hv汇流条的表面积的90％的情况下，hv汇流条100会因暂时过热而破裂。因而，上述范围是期望的。
58.在此，第二金属121可设置在hv汇流条100的长度方向(z轴方向)上5mm至10mm的范围内。
59.接下来，将描述本发明的第二优选实施方式。图5是根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的概念图。
60.除了在hv汇流条100设置彼此分隔开预定距离的两个第二金属板120之外，第二实施方式在构造上与第一实施方式相同。因此，下文中，将仅描述不同的构造。
61.在每个都包括第二金属121的两个第二金属板120设置为彼此分隔开预定距离的情况下，可进一步提高安全系数。就是说，在设置一个第二金属板120的情况下，hv汇流条破裂或者抑制发生短路会花费相对长的时间。然而，在hv汇流条100中存在两个第二金属板120的情况下，可更安全地引发hv汇流条的破裂。尽管图5中示出了两个第二金属板120，但这仅是举例说明，很显然可设置三个或更多个第二金属板120。
62.接下来，将描述制造上述根据本发明第一实施方式的hv汇流条的方法和设备。
63.图6是图解制造根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的方法的流程图，图7是制造根据本发明第一优选实施方式的hv汇流条的设备的示意图。
64.制造根据本发明第一实施方式的hv汇流条的方法包括：第一步骤，在连续供应第一金属粉末的同时向第一金属粉末112施加预定温度和压力，以形成第一金属板110；第二步骤，在连续供应第一金属粉末112和第二金属粉末122的金属粉末混合物预定时间的同时向金属粉末混合物施加预定温度和压力，以形成第二金属板120；第三步骤，在连续供应第一金属粉末的同时向第一金属粉末112施加预定温度和压力，以形成第一金属板110，从而制备导体；第四步骤，将制备的导体切割成预定长度；和第五步骤，在导体的除其两个相对边缘之外的其余表面涂覆绝缘树脂。
65.根据本发明的汇流条制造设备可包括传送带200、托盘300、金属颗粒供应罐400、辊500、和加热部件(未示出)。
66.具体地，在第一步骤中，将第一供应罐410中的第一金属粉末112连续供应到位于传送带200上的托盘300，同时，在使用辊500按压第一金属粉末的同时将第一金属粉末加热至预定温度，以形成对应于平板形非切断区域的第一金属板110。
67.在第二步骤中，暂时中断从第一供应罐410供应第一金属粉末112，并且在将第二供应罐420中的第一金属粉末112和第二金属粉末122的金属粉末混合物连续供应到托盘300的同时使用辊500加热和按压金属粉末混合物，以形成对应于平板形切断区域的第二金属板120。
68.在此，第二金属粉末122的粒径可根据hv汇流条100的目标破裂电流量而变化。作为示例，第一金属粉末112和第二金属粉末122的每一个的粒径可在几nm至几mm的范围。优选的是，第二金属粉末122的粒径大于第一金属粉末112的粒径。第二金属粉末122的粒径可以是第一金属粉末112的粒径的2倍至10倍。就是说，具有相对较高熔点的第一金属粉末112
的粒径减小，以便将第一金属粉末112的烧结温度和第二金属粉末122的烧结温度调整为彼此相似。在第一金属粉末112的烧结温度和第二金属粉末122的烧结温度彼此相似的情况下，它们之间的粒径比不限于上面限定的粒径比。
69.此外，第一步骤和第二步骤中的加热温度没有特别限制。能够根据第一金属粉末的粒径和第二金属粉末的粒径烧结第一金属粉末112和第二金属粉末122的任何温度都是允许的。
70.在第三步骤中，暂时中断从第二供应罐供应金属粉末混合物，并且在将第一供应罐410中的第一金属粉末112连续供应到托盘300的同时按压和加热第一金属粉末，以形成对应于非切断区域的第一金属板110。
71.在执行第一步骤至第三步骤之后，形成了这样的导体，该导体配置为使得由第一金属粉末112和第二金属粉末122的混合物制成并且对应于切断区域的第二金属板120设置在中央，并且使得每个都仅由第一金属粉末211制成并且每个都对应于非切断区域的一对第一金属板110设置在第二金属板120的相对两侧。
72.第四步骤是考虑到要彼此连接的电池模块之间的距离来将制备的导体切割成适当长度的步骤。
73.第五步骤是使用表现出高绝缘性的诸如环氧树脂或聚酯树脂之类的热固性树脂在导体的外表面上均匀形成涂层的步骤。在此，优选使用喷涂方法形成涂层。其原因在于，当使用喷涂方法时，可容易调节涂层的厚度并且可减少涂覆时间。涂层形成工序对应于已知技术，因此将省略其详细描述。
74.另外，可进一步包括将hv汇流条100弯曲成预定形状的步骤。具体地，可在第四步骤中的切割或在形成涂层之后执行弯曲步骤。然而，优选的是在形成涂层之前执行弯曲步骤。其原因在于，在形成涂层之后弯曲hv汇流条的情况下，涂层的一部分可能松弛，并且弯曲部分的涂层的表面不平滑。
75.接下来，将描述制造上述根据本发明第二实施方式的hv汇流条的方法。
76.图8是图解制造根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的方法的流程图，图9是制造根据本发明第二优选实施方式的hv汇流条的设备的示意图。
77.如图8和图9中所示，制造根据本发明第二实施方式的hv汇流条的方法包括：第一步骤，在连续供应第一金属粉末的同时向第一金属粉末112施加预定温度和压力，以形成第一金属板110；第二步骤，在连续供应第一金属粉末112和第二金属粉末122的金属粉末混合物预定时间的同时向金属粉末混合物施加预定温度和压力，以形成第二金属板120；第三步骤，在连续供应第一金属粉末的同时向第一金属粉末112施加预定温度和压力，以形成第一金属板110；第四步骤，在连续供应第一金属粉末112和第二金属粉末122的金属粉末混合物预定时间的同时向金属粉末混合物施加预定温度和压力，以形成第二金属板120；第五步骤，在连续供应第一金属粉末的同时向第一金属粉末112施加预定温度和压力，以形成第一金属板110，从而制备导体；第六步骤，将制备的导体切割成预定长度；和第七步骤，在导体的除其两个相对边缘之外的其余表面涂覆绝缘树脂。
78.除了设置两个第二金属板120并且在第二金属板120之间进一步设置第一金属板110之外，根据第二实施方式的制造方法与上述根据第一实施方式的制造方法相同。就是说，第四步骤和第五步骤是重复第二步骤和第三步骤，并且通过第四步骤和第五步骤形成
另一个第二金属板120。
79.虽然已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因而不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范畴和技术构思的情况下，各种变化和修改是可能的，并且将显而易见的是，这些变化和修改落入所附权利要求的范围内。
80.(参考标记说明)
81.100：hv汇流条
82.110：第一金属板
83.111：第一金属112：第一金属粉末
84.120：第二金属板
85.121：第二金属122：第二金属粉末
86.130：孔隙
87.140：破裂部分
88.200：传送带
89.300：托盘
90.400：金属颗粒供应罐
91.410：第一供应罐
92.420：第二供应罐
93.500：辊。