KR20210035520A - 버스바 플레이트를 포함하는 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 전자 디바이스 - Google Patents

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KR20210035520A
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정한용
이석훈
손영수
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Abstract

본 발명은 원통형 전지셀의 이상 거동(단락) 발생시, 전기적 단선을 신속히 이룰 수 있는 버스바 플레이트를 구비한 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤트부가 구비된 복수의 원통형 전지셀; 및 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 음극 접속 단자를 구비하는 버스바 플레이트를 포함하고, 상기 양극 접속 단자 또는 상기 음극 접속 단자 중, 상기 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자는, 상기 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성되고 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가진 퓨즈부를 구비한다.

Description

버스바 플레이트를 포함하는 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 전자 디바이스 {Battery Module Comprising Busbar Plate and Battery Pack Having the Same and Electric Device}
본 발명은 버스바 플레이트를 구비한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩, 및 전자 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 전지셀의 이상 거동(단락) 발생시, 전기적 단선을 신속히 이룰 수 있는 버스바 플레이트를 구비한 배터리 모듈에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 이러한 리튬 이차 전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
이 중, 캔형 이차 전지는 전극 조립체가 내장 되는 금속 캔을 원통형으로 제작할 경우가 있다. 이러한 캔형 이차 전지는, 복수의 이차 전지를 수용하는 하우징 및 복수의 이차 전지를 전기적으로 연결하도록 구성된 버스바를 구비한 배터리 모듈을 구성하는데 사용될 수 있다.
최근, 이러한 배터리 모듈에 구비되는 버스바는, 전극 단자와의 저항 용접의 용접성을 높이기 위해 다소 전기 저항이 높은 소재를 사용하는 경우가 있다.
그러나, 배터리 모듈에 내장된 복수의 이차 전지 중, 일부 이차 전지들 사이에 전기적 단락이 발생하여, 일부 이차 전지에서 고전류가 버스바를 통해 흐를 경우, 상기 배터리 모듈을 사용하는 제품의 고장이 발생될 수 있다. 이를 위해 배터리 관리 시스템(BMS)을 사용해 전류를 차단할 수 있으나, BMS 비작동 내지 오작동시, 고전류에 대한 대처 방안이 없어, 고장 내지 화재 사고로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 원통형 전지셀의 이상 거동(단락) 발생시, 전기적 단선을 신속히 이룰 수 있는 버스바 플레이트를 구비한 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
복수 개가 수평 방향으로 배치되고, 상기 복수 개 중, 일부는 상부 및 하부에 양극 단자 및 음극 단자 각각이 형성되며, 나머지는 상부 및 하부에 음극 단자 및 양극 단자 각각이 형성되고, 내부 압력이 소정 이상으로 높아질 경우, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자를 개방하여 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤트부가 구비된 복수의 원통형 전지셀; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 상기 복수의 원통형 전지셀을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가지고, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자와 대면하는 부분에 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구가 구비된 본체부, 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 양극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 양극 접속 단자, 및 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 음극 접속 단자를 구비하는 버스바 플레이트를 포함한다.
상기 양극 접속 단자 또는 상기 음극 접속 단자 중, 상기 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자는, 상기 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성되고 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가진 퓨즈부를 구비한다.
또한, 상기 접속 단자는,
상기 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 직접 접촉하도록 구비된 접속부를 더 구비하고,
상기 퓨즈부는 상기 접속 개구의 내측 테두리에서 수평 방향으로 돌출 연장되고 연장된 방향의 단부가 상기 접속부의 일단부와 연결될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바 플레이트는,
일측이 상기 접속 개구의 내측 테두리와 연결되고 타측이 상기 접속부의 일부분과 연결되어 상기 접속부를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제1 고정 부재를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 버스바 플레이트는,
일측이 상기 접속 개구의 테두리와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부의 일부분과 연결되어 상기 퓨즈부를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제2 고정 부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 제2 고정 부재는, 상기 접속 개구의 테두리에서 상기 퓨즈부의 일부분까지 연장된 부분 중, 적어도 일 부분이 탄성을 갖는 형태로 구성되어 상기 퓨즈부가 단선될 경우 탄성에 의한 복원력으로 상기 퓨즈부를 잡아당기도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바 플레이트는, 상기 퓨즈부의 외면을 감싸도록 구성된 단열 부재를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 단열 부재는 적어도 둘 이상으로 분리된 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 상기 퓨즈부의 용융된 일부분이 외부로 배출되도록 구성된 배출홀이 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바 플레이트는,
상기 퓨즈부의 외면을 감싸고 소정 온도 이상에서 용융되도록 구성된 전기 절연성의 보강 부재를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 퓨즈부는 상기 보강 부재가 적용된 적어도 일 부분이 아치 형태로 휘어진 형태를 가질 수 있다.
나아가, 상기 배터리 모듈은, 상기 복수의 원통형 전지셀이 수평 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치되어 삽입 수용하도록 구성된 복수의 중공을 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 열 및 행으로 배치된 상기 복수의 원통형 전지셀 중, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉된 접속 단자의 퓨즈부는, 수평 방향의 외측에 위치한 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉된 접속 단자의 퓨즈부 보다 폭이 클 수 있다.
더욱이, 상기 절곡 구조는 서로 반대 방향으로 2회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자 디바이스는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
복수 개가 모듈 하우징에 수납되어 수평 방향으로 배치되고, 상기 복수 개 중, 일부는 상부 및 하부에 양극 단자 및 음극 단자 각각이 형성되며, 나머지는 상부 및 하부에 음극 단자 및 양극 단자 각각이 형성되고, 내부 압력이 소정 이상으로 높아질 경우, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자를 개방하여 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤트부가 구비된 복수의 원통형 전지셀; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 상기 복수의 원통형 전지셀을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가지고, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자와 대면하는 부분에 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구, 및 적어도 상기 접속 개구가 형성되지 않은 영역에 상기 복수의 원통형 전지셀와 전기적으로 연결된 외부 단자가 구비된 본체부, 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 양극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 양극 접속 단자, 및 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 음극 접속 단자를 구비하는 버스바 플레이트를 포함하고,
상기 양극 접속 단자 또는 상기 음극 접속 단자 중, 상기 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자는, 상기 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성된 퓨즈부를 구비하고,
상기 퓨즈부는 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 양극 접속 단자 또는 음극 접속 단자 중, 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자에, 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성된 퓨즈부를 구비함으로써, 배터리 모듈 내부의 복수의 원통형 전지셀 간의 단락이 발생되어, 특정 원통형 전지셀로 고전류가 흐를 경우, 퓨즈부에 의해 특정 원통형 전지셀과 버스바 플레이트는 전기적으로 단전될 수 있다. 즉, 퓨즈부를 통해, 배터리 모듈의 화재나 폭주 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 안전성을 높일 수 있다.
더욱이, 퓨즈부는 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자에 구비됨으로써, 가스 벤트부에 의해 개방되는 전극 단자 보다, 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 전극 단자가 전극 조립체와 보다 가깝게 위치하기 때문에, 보다 원통형 전지셀의 내부의 열을 효과적으로 전달 받을 수 있는 바, 퓨즈부로 원통형 전지셀의 내부 열을 받아 퓨즈 단락이 좀더 빠르고 쉽게 이루어질 수 있는 이점이 있다.
그리고, 퓨즈부는 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가짐으로써, 같은 공간에 좀더 긴 전류 경로를 확보하기 용이하다. 즉, 퓨즈부는 일직선으로 연장된 형태를 가질 경우, 좀더 큰 접속 개구를 형성시킬 필요가 있어, 소정 공간에서 하나의 버스바 플레이트가 좀더 많은 원통형 전지셀과 전기적 접속을 이루는데 공간 제약이 되는 요소가 될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 버스바 플레이트의 퓨즈부가 차지하는 공간을 획기적으로 줄임으로써, 콤팩트한 배터리 모듈을 구현하는 것이 용이하다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예의 일측면에 의하면, 버스바 플레이트는, 일측이 접속 개구의 내측 테두리와 연결되고 타측이 접속부의 일부분과 연결되어 접속부를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제1 고정 부재를 더 구비함으로써, 배터리 모듈이 외력에 의해 지속적으로 진동될 경우, 제1 고정 부재에 의해 접속부의 떨림을 줄여줄 수 있다. 이에 따라, 퓨즈부가 지속적인 진동에 의해 절단되거나 손상될 위험성을 효과적으로 줄일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 원통형 전지셀을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일 부분을 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일 부분을 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 단열 부재 및 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 보강 부재를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일부분을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 원통형 전지셀을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 복수의 원통형 전지셀(100), 모듈 하우징(210), 및 복수의 버스바 플레이트(220)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지 캔(116), 및 상기 전지 캔(116)의 내부에 수용된 전극 조립체(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전지 캔(116)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지 캔(116)은 알루미늄 또는 구리 소재를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 전지 캔(116)이 상하 방향으로 길게 세워진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지 캔(116)은 상하 방향으로 연장된 원통형일 수 있다. 더욱이, 상기 전지 캔(116)의 상부 및 하부 각각에 전극 단자들(111, 112)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지 캔(116)의 상단의 평평한 원형의 상면에는 양극 단자(111)가 형성될 수 있고, 상기 전지 캔(116)의 하단의 평평한 원형의 하면에는 음극 단자(112)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 원통형 전지셀(100)은, 수평 방향으로 복수개가 열 및 행으로 배치될 수 있다. 여기서 수평 방향이란, 원통형 전지셀(100)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이 라고도 할 수 있다. 또한, 수평 방향이란, 도 2의 X 및 Y 방향이라고 할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)은, 전후 방향(도 2의 y 방향)의 3열과 좌우 방향(x 방향)의 12행으로 배치된 36개의 원통형 전지셀(100)을 구비하고 있다. 이때, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중, 18개는 상부 및 하부에 양극 단자(111) 및 음극 단자(112) 각각이 위치되며, 나머지 18개는 상부 및 하부에 음극 단자(112) 및 양극 단자(111) 각각이 위치될 수 있다.
또한, 상기 원통형 전지셀(100)은, 전극 조립체(110), 전지 캔(116) 및 캡 조립체(113)를 구비할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 권취된 구조를 가질 수 있으며, 양극판에는 양극 탭(114)이 부착되어 캡 조립체(113)에 접속되고, 음극판에는 음극 탭(115)이 부착되어 전지 캔(116)의 하단에 접속될 수 있다.
상기 전지 캔(116)은, 내부에 빈 공간이 형성되어, 전극 조립체(110)를 수납할 수 있다. 특히, 상기 전지 캔(116)은, 원통형 또는 각형으로서, 상단이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전지 캔(116)은, 강성 등의 확보를 위해 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지 캔(116)은, 하단에 음극 탭이 부착되어, 전지 캔(116)의 하부는 물론이고, 전지 캔(116) 자체가 음극 단자(112)로서 기능할 수 있다.
상기 캡 조립체(113)는, 전지 캔(116)의 상단 개방부에 결합되어, 전지 캔(116)의 개방단을 밀폐시킬 수 있다. 이러한 캡 조립체(113)는, 전지 캔(116)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등의 형태를 가질 수 있으며, 탑 캡(C1), 가스 벤트부(C2) 및 가스켓(C3) 등의 하위 구성을 포함할 수 있다.
여기서, 탑 캡(C1)은, 캡 조립체(113)의 최상부에 위치하여, 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 탑 캡(C1)은, 원통형 전지셀(100)에서 양극 단자(111)로서 기능할 수 있다. 따라서, 탑 캡(C1)은, 외부 장치, 이를테면 버스바 플레이트(220) 등을 통해 다른 원통형 전지셀(100)이나 부하, 충전 장치와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 탑 캡(C1)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 가스 벤트부(C2)는, 원통형 전지셀(100)의 내압, 즉, 내부에서 가스가 발생되어 전지 캔(116)의 내압이 소정 압력 이상으로 높아질 경우, 상기 가스 벤트부(C2)의 형태가 변형되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 전지 캔(116)의 내부 가스가 상기 가스 벤트부(C2)를 통해 분출되면서 상기 탑 캡(C1)을 개방시킬 수 있다. 즉, 상기 가스 벤트부(C2)는 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)를 개방 시킬 수 있다.
또한, 상기 가스켓(C3)은, 탑 캡(C1) 및 가스 벤트부(C2)의 테두리 부분이 전지 캔(116)과 절연될 수 있도록 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 캡 조립체(113)는, 전류차단부재(C4)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류차단부재(C4)는 CID(Current Interrupt Device)라고도 불리며, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 가스 벤트부(C2)의 형상이 역전되면, 가스 벤트부(C2)와 전류차단부재(C4) 사이의 접촉이 끊어지거나, 전류차단부재(C4)가 파손되어, 가스 벤트부(C2)와 전극 조립체(110) 사이의 전기적 접속은 차단될 수 있다.
이러한 원통형 전지셀(100)의 구성은, 본 발명의 출원 시점에 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 보다 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 원통형 전지셀(100)의 일례를 도시하였으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은 특정 원통형 전지셀(100)의 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에 채용될 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 상부 케이스(211) 및 하부 케이스(212)를 포함할 수 있다.
상기 상부 케이스(211) 및 상기 하부 케이스(212) 각각은 상기 원통형 전지셀(100)을 내부에 삽입하여 수용할 수 있는 수용부(211a, 212a)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 수용부(211a, 212a) 각각에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감쌀 수 있도록 형성된 중공(P1)이 복수개 형성될 수 있다.
상기 모듈 하우징(210)은 전기 절연성의 플라스틱을 구비할 수 있다. 상기 플라스틱은 예를 들면, 폴리염화비닐, 나일론, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다.
여기서, 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2와 함께 도 4를 참조하면, 상기 버스바 플레이트(220)는, 일면이 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자들(111, 112)과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 버스바 플레이트(220)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 버스바 플레이트(220)는, 본체부(221), 및 접속 단자(224)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 접속 단자(224)는 양극 단자(111)와 접속하도록 구성된 양극 접속 단자(224a) 및 음극 단자(112)와 접속하도록 구성된 음극 접속 단자(224b)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 본체부(221)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 커버하도록 수평 방향으로 평평한 형태의 플레이트 형상을 가질 수 있다. 달리 말해, 상기 본체부(221)는, 수평 방향(x 방향, y 방향)의 측면 보다 상대적으로 넓은 상면 및 하면을 가진 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 본체부(221)는, 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)가 형성된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 본체부(221) 및 상기 접속 단자(224)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 전기적으로 연결하도록 전기 전도성 금속을 포함할 수 있다. 상기 전기 전도성 금속은, 니켈, 구리, 알루미늄 등의 합금일 수 있다.
상기 본체부(221)에는 적어도 상기 접속 개구(H1)가 형성되지 않은 영역에 상기 복수의 원통형 전지셀(100)과 전기적으로 연결된 외부 단자(228)가 구비될 수 있다. 상기 외부 단자(228)는 배터리 관리 시스템(도시하지 않음)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 또는 상기 배터리 모듈(200)의 다른 버스바 플레이트(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 본체부(221)에는 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구(H1)가 형성될 수 있다. 상기 접속 개구(H1)는 상기 양극 단자(111) 또는 상기 음극 단자(112)와 대면하는 부분에 상하 방향으로 천공된 형태일 수 있다.
더욱이, 상기 양극 접속 단자(224a)는 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)에서 돌출 연장되고 상기 돌출 연장된 일 부분이 상기 양극 단자(111)와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 음극 접속 단자(224b)는, 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)에서 돌출 연장되고, 상기 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자(112)와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 버스바 플레이트(220)는, 수평 방향으로 평평한 형태의 플레이트 형상을 가진 본체부(221), 3개의 양극 접속 단자(224a), 및 3개의 음극 접속 단자(224b)를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 양극 접속 단자(224a) 및 상기 음극 접속 단자(224b)는 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)로부터 수평 방향으로 돌출 연장될 수 있다. 즉, 상기 양극 접속 단자(224a) 및 상기 음극 접속 단자(224b)는 상기 접속 개구(H1)의 내부에 위치하도록 형성될 수 있다.
나아가, 상기 양극 접속 단자(224a) 또는 상기 음극 접속 단자(224b) 중, 상기 가스 벤트부(C2)에 의해 개방되지 않는 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉하는 접속 단자(224b)는 퓨즈부(227)를 구비할 수 있다. 상기 퓨즈부(227)는, 상기 원통형 전지셀(100)로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 퓨즈부(227)는 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 저항열에 의해 일부분이 용융되어 유실될 수 있다. 이러한 원리로 상기 퓨즈부(227)는 전기적으로 단선될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부(227)는 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조(B1)를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 퓨즈부(227)는 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)로부터 전후 방향(y 방향)으로 돌출 연장되고, 연장된 단부는 다시 우측 방향(x 방향)으로 절곡된 절곡 구조(B1)를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 양극 접속 단자(224a) 또는 상기 음극 접속 단자(224b) 중, 상기 가스 벤트부(C2)에 의해 개방되지 않는 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉하는 접속 단자(224)는, 상기 원통형 전지셀(100)로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성된 퓨즈부(227)를 구비함으로써, 배터리 모듈(200) 내부의 복수의 원통형 전지셀(100) 간의 단락이 발생되어, 특정 원통형 전지셀(100)로 고전류가 흐를 경우, 퓨즈부(227)에 의해 특정 원통형 전지셀(100)과 상기 버스바 플레이트(220)는 전기적으로 단전될 수 있다. 즉, 상기 퓨즈부(227)를 통해, 배터리 모듈(200)의 화재나 폭주 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈(200)의 안전성을 높일 수 있다.
더욱이, 상기 퓨즈부(227)는 가스 벤트부(C2)에 의해 개방되지 않는 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉하는 접속 단자(224)에 구비됨으로써, 가스 벤트부(C2)에 의해 개방되는 전극 단자 보다, 가스 벤트부(C2)에 의해 개방되지 않는 전극 단자(예: 음극 단자)가 전극 조립체와 보다 가깝게 위치하기 때문에, 보다 원통형 전지셀(100)의 내부의 열을 효과적으로 전달 받을 수 있는 바, 상기 퓨즈부(227)로 상기 원통형 전지셀(100)의 내부 열을 받아 퓨즈 단락이 좀더 빠르고 쉽게 이루어질 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 퓨즈부(227)는 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조(B1)를 가짐으로써, 같은 공간에 좀더 긴 전류 경로를 확보하기 용이하다. 즉, 상기 퓨즈부(227)는 일직선으로 연장된 형태를 가질 경우, 좀더 큰 접속 개구(H1)를 형성시킬 필요가 있어, 소정 공간에서 하나의 버스바 플레이트(220)가 좀더 많은 원통형 전지셀(100)과 전기적 접속을 이루는데 공간 제약이 되는 요소가 될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 상기 버스바 플레이트(220)의 퓨즈부(227)가 차지하는 공간을 획기적으로 줄임으로써, 콤팩트한 배터리 모듈(200)을 구현하는 것이 용이하다.
다시 도 4를 참조하면, 보다 구체적으로, 상기 양극 접속 단자(224a) 및 상기 음극 접속 단자(224b) 각각은 상기 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 및 음극 단자(112) 각각과 직접 접촉하거나 용접되도록 구비된 접속부(225)를 더 구비할 수 있다.
상기 접속부(225)는 수평 방향에서 양측으로 분지된 분지 구조를 가질 수 있다. 이러한 분지된 분지 구조는 상기 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 상기 접속부(225)의 저항 용접에 도움을 줄 수 있다. 또한, 상기 분지 구조의 갈라진 2 부분 각각에는 용접봉(도시하지 않음)이 접촉하도록 구성된 용접 포인트가 구비되어 있다.
또한, 상기 퓨즈부(227)는 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)에서 수평 방향으로 돌출 연장되고 연장된 방향의 단부가 상기 접속부(225)의 일단부와 연결된 구조를 가질 수 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220A)는, 접속 단자(224A)의 퓨즈부(227A)가 수평 방향으로 3회 절곡된 절곡 구조(B2)를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 퓨즈부(227A)는 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)로부터 좌측 방향(x 좌표의 음의 방향)으로 돌출 연장되고, 돌출 연장된 단부는 다시 전방(y 좌표의 음 방향)으로 절곡되며, 절곡된 단부는 다시 우측으로 절곡되며, 절곡된 단부는 다시 후(y 좌표의 양의 방향)방으로 절곡된 절곡 구조(B2)를 가질 수 있다. 즉, 상기 퓨즈부(227A)는 270도 회전 절곡된 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220A)의 접속 단자(224A)는, 3회 절곡된 절곡 구조(B2)를 가지고 있기 때문에, 도 4의 버스바 플레이트(220)의 접속 단자(224)가 1회 절곡 구조(도 4의 B1)를 가진 것과 비교 할 경우, 상기 퓨즈부(227A)의 길이를 보다 길게 설계하기가 용이하다. 즉, 상기 퓨즈부(227A)의 길이가 길어질수록 퓨즈부(227A)의 전기 저항이 높아지므로, 상기 퓨즈부(227A)의 폭을 넓게 설정하더라도 긴 길이로 인해 높은 저항으로 융단되기가 용이하다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220B)는, 접속 단자(224B)의 퓨즈부(227B)가 수평 방향으로 4회 절곡된 절곡 구조(B3)를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 퓨즈부(227B)는 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)로부터 좌측 방향(x 좌표의 음의 방향)으로 돌출 연장되고, 연장된 단부는 다시 전방(y 좌표의 음의 방향)으로 절곡되며, 절곡된 단부는 다시 우측(x 축 방향)으로 절곡되며, 절곡된 단부는 다시 전방(y 축 방향)으로 절곡되고 다시 절곡된 단부는 좌측(x 좌표의 음의 방향)으로 절곡된 절곡 구조(B3)를 가질 수 있다. 즉, 상기 퓨즈부(227B)는 360도 회전 절곡된 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220B)의 접속 단자(224B)는, 4회 절곡된 절곡 구조(B3)를 가지고 있기 때문에, 도 5의 버스바 플레이트(220B)의 접속 단자(224)의 퓨즈부(227A)가 3회 절곡 구조를 가진 것과 비교할 경우, 상기 퓨즈부(227B)의 길이를 보다 길게 설계하기가 용이하다. 즉, 상기 퓨즈부(227B)의 길이가 길어질수록 퓨즈부(227B)의 전기 저항이 높아지므로, 상기 퓨즈부(227B)의 폭을 넓게 설정하더라도 긴 길이로 인해 높은 저항으로 융단되기가 용이하다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220C)는, 접속 단자(224C)의 퓨즈부(227C)가 수평 방향으로 3회 이상 절곡된 절곡 구조(B4)를 가질 수 있다. 이때, 상기 3회 이상 절곡된 절곡 구조(B4)는 서로 반대 방향으로 2회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 또 다른 일 실시예에 따른 버스바 플레이트(220C)는 상기 퓨즈부(227C)가 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)로부터 후방(y 좌표의 양의 방향)으로 돌출 연장되고, 상기 연장된 단부는 다시 전방(y 좌표의 음의 방향)으로 절곡되며, 상기 절곡된 단부는 다시 우측(x 축 방향)으로 절곡된 절곡 구조(B4)를 가질 수 있다. 즉, 상기 퓨즈부(227C)는 전방 및 후방으로 적어도 1회 이상 교번 절곡된 구조(B4)를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 접속 단자(224C)의 퓨즈부(227C)의 절곡 구조(B4)가 서로 반대 방향으로 2회 이상 절곡된 형상을 가짐으로써, 이러한 퓨즈부(227C)는 일방향으로 절곡된 절곡 부분과 타 방향으로 절곡된 절곡 부분이 서로 인접한 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조는, 상기 퓨즈부(227C)가 고전류가 흐를 경우, 인접한 절곡 부분들 간의 열교환이 이루어져 퓨즈부(227C)가 빠르게 고온으로 상승될 수 있다. 따라서, 본 발명의 퓨즈부(227C)는 보다 단선이 빠르게 일어날 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일 부분을 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 버스바 플레이트(220)는 제1 고정 부재(230)를 더 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 고정 부재(230)는 상기 접속부(225)를 고정시키도록 구성될 수 있다. 상기 제1 고정 부재(230)는 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고정 부재(230)는 내열성이 뛰어난 플라스틱(폴리 이미드)이나, 비전도성인 스테인리스 스틸, 고화된 실리콘, 또는 고무일 수 있다. 상기 제1 고정 부재(230)는 일측이 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 접속부(225)의 일부분과 연결된 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바 플레이트(220)는, 일측이 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 접속부(225)의 일부분과 연결되어 상기 접속부(225)를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제1 고정 부재(230)를 더 구비함으로써, 상기 배터리 모듈(200)이 외력에 의해 지속적으로 진동될 경우, 상기 제1 고정 부재(230)에 의해 상기 접속부(225)의 떨림을 줄여줄 수 있다. 이에 따라, 상기 퓨즈부(227)가 지속적인 진동에 의해 절단되거나 손상될 위험성을 효과적으로 줄일 수 있다.
더욱이, 상기 퓨즈부(227)가 고전류에 의해 단선될 경우에도, 상기 제1 고정 부재(230)가 상기 접속 단자(224)의 접속부(225)를 고정하고 있어, 상기 접속부(225)가 외력에 의해 이동되면서 다른 원통형 전지셀(100)과 단락되는 문제를 방지할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일 부분을 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 버스바 플레이트(220)는 상기 퓨즈부(227)를 고정시키도록 구성된 제2 고정 부재(240)를 더 구비할 수 있다. 상기 제2 고정 부재(240)는 일측이 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부(227)의 일부분과 연결될 수 있다. 상기 제2 고정 부재(240)는 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 절연성의 소재는 내열성이 뛰어난 플라스틱(폴리 이미드)이나, 비전도성인 스테인리스 스틸, 고화된 실리콘, 또는 고무일 수 있다.
상기 제2 고정 부재(240)는, 일측이 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부(227)와 연결된 구조를 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 제2 고정 부재(240)의 일측은 상기 테두리(H1a)를 감싸는 형태로 부착된 형태일 수 있다. 상기 제2 고정 부재(240)의 타측은 튜브 형태를 가지고 있어, 상기 퓨즈부(227)의 일부분의 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다. 상기 제2 고정 부재(240)는 이러한 퓨즈부(227)를 감싸고 있는 튜브 형태의 일측에서 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)와 연결되도록 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 제2 고정 부재(240)의 연장된 단부에는 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)의 일부분을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 연장된 단부는 상기 접속 개구(H1)의 내측 테두리(H1a)의 일부분의 상면 및 하면과 밀착되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 연장된 단부는 상기 테두리(H1a)와 샌드위치 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 연장된 단부는 딱딱하게 고화된 상태일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바 플레이트(220)는, 일측이 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부(227)의 일부분과 연결되어 상기 퓨즈부(227)를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제2 고정 부재(240)를 더 구비함으로써, 상기 배터리 모듈(200)이 외력에 의해 지속적으로 진동될 경우, 상기 제2 고정 부재(240)에 의해 상기 퓨즈부(227)의 떨림을 줄여줄 수 있다. 이에 따라, 상기 퓨즈부(227)가 지속적인 진동에 의해 절단되거나 손상될 위험성을 효과적으로 줄일 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 상기 제2 고정 부재(240)는, 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)에서 상기 퓨즈부(227)의 일부분까지 연장된 부분 중, 적어도 일 부분이 탄성을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 상기 제2 고정 부재(240)는 상기 퓨즈부(227)가 단선될 경우 탄성에 의한 복원력으로 상기 퓨즈부(227)를 잡아당기도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 고정 부재(240)는 적어도 일부분이 스프링 구조(나선형 구조, S1)를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 고정 부재(240)는 일측이 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부(227)의 일부분과 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제2 고정 부재(240)는, 상기 접속 개구(H1)의 테두리(H1a)에서 상기 퓨즈부(227)의 일부분까지 연장된 부분 중, 적어도 일 부분이 탄성을 갖는 형태로 구성되어 상기 퓨즈부(227)가 단선될 경우 탄성에 의한 복원력으로 상기 퓨즈부(227)를 잡아당기도록 구성됨으로써, 상기 퓨즈부(227)가 고전류에 의해 단선될 경우, 상기 제2 고정 부재(240)의 탄성에 의해 상기 접속부(225)와 보다 신뢰도 높게 분리될 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 단열 부재 및 접속 단자를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 버스바 플레이트(220)는 상기 퓨즈부(227)의 외면을 감싸도록 구성된 단열 부재(250)를 더 구비할 수 있다. 상기 단열 부재(250)는 열 전도율이 비교적 낮은 단열 소재를 구비할 수 있다. 상기 단열 소재는 유리 섬유 또는 발포 플라스틱일 수 있다. 예를 들면, 상기 단열 부재(250)는 상기 퓨즈부(227)의 상면, 수평 방향의 측면, 및 하면을 모두 감쌀 수 있도록 튜브 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바 플레이트(220)는, 상기 퓨즈부(227)의 외면을 감싸도록 구성된 단열 부재(250)를 더 구비함으로써, 상기 퓨즈부(227)가 고전류에 의해 용융될 경우, 외부로 열이 방열되는 것을 차단할 수 있으므로, 상기 퓨즈부(227)가 보다 빠르게 고온으로 상승되어 단선이 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 단열 부재(250)가 상기 퓨즈부(227)의 외면을 감싸는 것에 의해, 상기 퓨즈부(227)의 용융된 부분이 다른 내부 부품(예: 원통형 전지셀)로 이동되거나, 전기적 단락이 발생되거나, 다른 내부 부품을 손상시키는 문제를 방지할 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 상기 단열 부재(250)는 적어도 둘 이상으로 분리된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 단열 부재(250)는 2개로 분리된 형태로 상기 퓨즈부(227) 상에 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 단열 부재(250)는, 적어도 둘 이상으로 분리된 형태를 가짐으로써, 상기 퓨즈부(227)가 고전류에 의해 단선될 경우, 상기 퓨즈부(227)의 용융된 부분이 상기 단열 부재(250)의 적어도 둘 이상으로 분리된 형태 사이로 빠져나갈 수 있도록 유도할 수 있다. 더욱이, 상기 적어도 둘 이상으로 분리된 단열 부재(250)는 상기 퓨즈부(227)가 둘로 분리되는 것을 방해하지 않아, 상기 퓨즈부(227)가 효과적으로 단선될 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 보강 부재를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 10과 함께 도 11을 참조하면, 상기 단열 부재(250)는 상기 퓨즈부(227)의 용융된 일부분이 외부로 배출되도록 구성된 배출홀(H2)이 더 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 단열 부재(250)는 상기 퓨즈부(227)의 용융된 일부분이 외부로 배출되도록 하부에 4개의 배출홀(H2)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 단열 부재(250)는 상기 퓨즈부(227)의 용융된 일부분이 외부로 배출되도록 구성된 배출홀(H2)이 구비됨으로써, 상기 퓨즈부(227)가 고전류에 의해 단선될 경우, 상기 퓨즈부(227)의 용융된 부분이 상기 단열 부재(250)의 배출홀(H2)을 통해 배출될 수 있도록 유도할 수 있다. 따라서, 상기 퓨즈부(227)의 용융된 부분이 효과적으로 제거됨으로써, 상기 퓨즈부(227)의 단선이 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 12를 참조하면, 상기 버스바 플레이트(220)는 상기 퓨즈부(227)의 외면을 감싸도록 구성된 보강 부재(260)가 구비될 수 있다. 상기 보강 부재(260)는 소정 온도 이상에서 용융되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 소정 온도는 섭씨 300도 이상일 수 있다. 상기 보강 부재(260)는 전기 절연성의 소재를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 절연성의 소재는 테프론일 수 있다. 상기 보강 부재(260)는 상기 퓨즈부(227)의 외면에 용융된 상태(수지 상태)로 도포된 후, 경화된 상태일 수 있다. 경화 방법은, 저온 경화, 자외선 경화 등을 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 버스바 플레이트(220)는, 상기 퓨즈부(227)의 외면을 감싸고 소정 온도 이상에서 용융되도록 구성된 전기 절연성의 보강 부재(260)를 더 구비함으로써, 상기 보강 부재(260)에 의해 상기 퓨즈부(227)의 기계적 강성으로 보강할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(200)이 외력에 의해 지속적으로 진동될 경우, 상기 퓨즈부(227)가 지속적인 진동에 의해 절단되거나 손상될 위험성을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트의 일부분을 개략적으로 나타내는 부분 측면도이다. 도 13에는 도면 설명의 편의상 상기 접속 단자(224)의 퓨즈부(227b)의 일부분만을 도시하였다.
또한, 상기 퓨즈부(227b)는 상기 보강 부재(260)가 적용된 적어도 일 부분이 아치 형태로 휘어진 형태일 수 있다. 여기서, 아치 형태란, 상기 퓨즈부(227b)의 일 부분 중, 중앙 부위(227b1)가 상부로 상대적으로 높게 위치하고, 나머지 양 단부(227b2)가 상대적으로 하부로 낮게 위치된 형태를 의미한다. 즉, 상기 아치 형태에 의해, 상기 퓨즈부(227b)의 일 부분(특히 중앙 부위)이 단선될 경우, 탄성력에 의해 단선되어 분리된 두 부위가 서로 멀어지도록 벌어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 퓨즈부(227b)는 상기 보강 부재(260)가 적용된 적어도 일 부분이 아치 형태로 휘어진 형태를 가짐으로써, 아치 형태의 탄성력에 의해 상기 퓨즈부(227b)의 단선된 부위가 효과적으로 분리될 수 있어, 단전 신뢰성을 효과적으로 높일 수 있다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 버스바 플레이트를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2와 함께 도 14를 참조하면, 상기 복수의 열 및 행으로 배치된 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉된 접속 단자(224)의 퓨즈부(227)는, 수평 방향의 외측에 위치한 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉된 접속 단자(224)의 퓨즈부(227) 보다 폭이 클 수 있다.
즉, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 접속 단자(224)의 퓨즈부(227)는, 수평 방향의 외측에 위치한 접속 단자(224)의 퓨즈부(227) 보다 수직 단면적이 클 수 있다.
또한, 상기 접속 단자(224)의 퓨즈부(227)는 상기 모듈 하우징(210)에 수평 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치되어 삽입 수용하도록 구성된 복수의 원통형 전지셀(100)의 열 균형을 고려하여, 퓨즈부(227)의 단면적을 설정할 수 있다.
다시 말해, 배터리 모듈(200)의 충방전 시에는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중, 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀(100)은 외측에 위치한 원통형 전지셀(100) 보다 온도가 높을 수 있다. 따라서, 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접속하는 접속 단자(224)의 퓨즈부(227)는 상대적으로 전기 저항을 작게 구성할 수 있다.
예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 버스바 플레이트(220)에는 6개의 접속 단자(224)가 구비될 수 있다. 상기 6개의 접속 단자(224) 중, 음극 단자(112)와 접속된 3개의 음극 접속 단자(224b) 각각에는 퓨즈부(227)가 구비될 수 있다. 이때, 3개의 음극 접속 단자(224b) 중, 수평 방향의 내측에 위치한 음극 접속 단자(224b)의 퓨즈부(227D)의 폭은, 전후 방향의 외측에 위치한 음극 접속 단자(224b)의 퓨즈부(227) 보다 폭이 클 수 있다.
즉, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 접속 단자(224)의 퓨즈부(227D)는, 수평 방향의 외측에 위치한 접속 단자(224)의 퓨즈부(227) 보다 폭이 클 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 열 및 행으로 배치된 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉된 접속 단자(224)의 퓨즈부(227D)는, 수평 방향의 외측에 위치한 원통형 전지셀(100)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 접촉된 접속 단자(224)의 퓨즈부(227) 보다 폭이 크도록 구성함으로써, 배터리 모듈(200)의 중심부의 고열로 인해 퓨즈부(227)가 융단이 이루어지도록 설정된 전류 값 이하에서 단선되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 사용 중, 원통형 전지셀(100)이 이상 작동을 일으키지 않은 경우에 단선이 되는 오작동을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예 따른 배터리 팩(도시하지 않음)은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스(미도시)는 상술한 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함한다. 상기 전자 디바이스는, 배터리 모듈(200)을 수납하기 위한 수납 공간이 구비된 디바이스 하우징(미도시) 및 사용자가 배터리 모듈(200)의 충전 상태를 확인할 수 있는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 포함될 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 차체 내에 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 팩을 탑재할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
200: 배터리 모듈 220: 버스바 플레이트
221: 본체부
224, 224a, 224b: 접속 단자, 양극 접속 단자, 음극 접속 단자
100: 원통형 전지셀 C2: 가스 벤트부
111, 112: 양극 단자, 음극 단자 B1: 절곡 구조
210: 모듈 하우징 P1: 접속 개구
225: 접속부 227: 퓨즈부
230: 제1 고정 부재 240: 제2 고정 부재
250: 단열 부재 H2: 배출홀
260: 보강 부재

Claims (15)

  1. 복수 개가 수평 방향으로 배치되고, 상기 복수 개 중, 일부는 상부 및 하부에 양극 단자 및 음극 단자 각각이 형성되며, 나머지는 상부 및 하부에 음극 단자 및 양극 단자 각각이 형성되고, 내부 압력이 소정 이상으로 높아질 경우, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자를 개방하여 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤트부가 구비된 복수의 원통형 전지셀; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 상기 복수의 원통형 전지셀을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가지고, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자와 대면하는 부분에 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구가 구비된 본체부, 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 양극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 양극 접속 단자, 및 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 음극 접속 단자를 구비하는 버스바 플레이트
    를 포함하고,
    상기 양극 접속 단자 또는 상기 음극 접속 단자 중, 상기 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자는, 상기 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성되고 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가진 퓨즈부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 단자는,
    상기 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 직접 접촉하도록 구비된 접속부를 더 구비하고,
    상기 퓨즈부는 상기 접속 개구의 내측 테두리에서 수평 방향으로 돌출 연장되고 연장된 방향의 단부가 상기 접속부의 일단부와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트는,
    일측이 상기 접속 개구의 내측 테두리와 연결되고 타측이 상기 접속부의 일부분과 연결되어 상기 접속부를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제1 고정 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트는,
    일측이 상기 접속 개구의 테두리와 연결되고 타측이 상기 퓨즈부의 일부분과 연결되어 상기 퓨즈부를 고정시키도록 구성된 전기 절연성의 제2 고정 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 고정 부재는, 상기 접속 개구의 테두리에서 상기 퓨즈부의 일부분까지 연장된 부분 중, 적어도 일 부분이 탄성을 갖는 형태로 구성되어 상기 퓨즈부가 단선될 경우 탄성에 의한 복원력으로 상기 퓨즈부를 잡아당기도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트는,
    상기 퓨즈부의 외면을 감싸도록 구성된 단열 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단열 부재는 적어도 둘 이상으로 분리된 형태를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상기 퓨즈부의 용융된 일부분이 외부로 배출되도록 구성된 배출홀이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트는,
    상기 퓨즈부의 외면을 감싸고 소정 온도 이상에서 용융되도록 구성된 전기 절연성의 보강 부재를 더 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 보강 부재가 적용된 적어도 일 부분이 아치 형태로 휘어진 형태를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 복수의 원통형 전지셀이 수평 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치되어 삽입 수용하도록 구성된 복수의 중공을 가진 수용부가 구비된 모듈 하우징을 더 포함하고,
    상기 복수의 열 및 행으로 배치된 상기 복수의 원통형 전지셀 중, 상대적으로 수평 방향의 내측에 위치한 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉된 접속 단자의 퓨즈부는, 수평 방향의 외측에 위치한 원통형 전지셀의 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉된 접속 단자의 퓨즈부 보다 폭이 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 절곡 구조는 서로 반대 방향으로 2회 이상 절곡된 형상을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  15. 복수 개가 모듈 하우징에 수납되어 수평 방향으로 배치되고, 상기 복수 개 중, 일부는 상부 및 하부에 양극 단자 및 음극 단자 각각이 형성되며, 나머지는 상부 및 하부에 음극 단자 및 양극 단자 각각이 형성되고, 내부 압력이 소정 이상으로 높아질 경우, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자를 개방하여 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤트부가 구비된 복수의 원통형 전지셀; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 상부 또는 하부에 위치하며, 상기 복수의 원통형 전지셀을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가지고, 상기 양극 단자 또는 상기 음극 단자와 대면하는 부분에 상하 방향으로 천공된 적어도 하나 이상의 접속 개구, 및 적어도 상기 접속 개구가 형성되지 않은 영역에 상기 복수의 원통형 전지셀와 전기적으로 연결된 외부 단자가 구비된 본체부, 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 양극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 양극 접속 단자, 및 상기 접속 개구의 테두리에서 돌출 연장되고 돌출 연장된 일 부분이 상기 음극 단자와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 음극 접속 단자를 구비하는 버스바 플레이트
    를 포함하고,
    상기 양극 접속 단자 또는 상기 음극 접속 단자 중, 상기 가스 벤트부에 의해 개방되지 않는 양극 단자 또는 음극 단자와 접촉하는 접속 단자는, 상기 원통형 전지셀로부터 소정 이상의 전류가 흐를 경우, 단선되도록 구성된 퓨즈부를 구비하고,
    상기 퓨즈부는 수평 방향으로 적어도 1회 이상 절곡된 절곡 구조를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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