WO2012148211A2 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2012148211A2
WO2012148211A2 PCT/KR2012/003276 KR2012003276W WO2012148211A2 WO 2012148211 A2 WO2012148211 A2 WO 2012148211A2 KR 2012003276 W KR2012003276 W KR 2012003276W WO 2012148211 A2 WO2012148211 A2 WO 2012148211A2
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battery
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김영기
이원준
김승범
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에스케이이노베이션 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more specifically, when a phenomenon in which a battery cell swells due to overcharging in a secondary battery battery module occurs, power is cut off by breaking an electrode tab of the battery cell to secure battery safety. To this end, by changing the position of the terminal and the sensing terminal that is outside the outermost electrode tab to the inside of the electrode tab, by joining the terminal and the sensing terminal by welding to increase the rigidity, the electrode tab of the battery cell It relates to a battery module that can be easily broken when overcharged.
  • a small mobile device one or two or four battery cells are used per device, whereas in a medium and large device such as an automobile, a large and medium battery pack using a plurality of battery cells electrically connected as a unit cell is used due to the necessity of high output capacity.
  • medium and large battery packs are preferably manufactured in a small size and weight
  • square batteries, pouch-type batteries, etc. which can be stacked with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of medium and large battery packs.
  • a pouch-type battery having a small weight, a small possibility of leakage of an electrolyte solution, and a low manufacturing cost attracts much attention.
  • lithium secondary batteries have a problem of fundamentally low safety.
  • the pouch type battery is a strong candidate as a unit cell of a medium-large battery pack due to various advantages as described above, but the mechanical rigidity of the battery case is low, and when the sealing part is separated, a flammable material such as electrolyte leaks, and thus a high risk of fire is caused.
  • the lithium polymer battery using the pouch is injected into the cell in which all the electrolytes are integrated, the voltage increases when each cell is overcharged, and the electrolyte inside the cell is decomposed due to overheating, and flammable gas is generated inside the cell.
  • the pouch itself swells (swelling) occurs.
  • the separator between the positive electrode and the negative electrode melts, the positive electrode and the negative electrode are short-circuited and ignited.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-0010755 (“Secondary Battery Stabilization Device”), a device which stops charging by shorting the power supply when the charging voltage reaches a predetermined voltage or more, is disclosed in Korean Patent Registration No. 0729106 (“overcharge protection”).
  • Safety element and a secondary battery in which the safety element is combined ”) includes a voltage sensing heating element and a temperature sensitive element which generate heat at a predetermined voltage or more, and the temperature sensitive element detects heat generated from the heating element.
  • An apparatus is disclosed for turning a current reversible ON / OFF.
  • devices that cut off electricity by using overheating, overcurrent, and overvoltage may also use fewer components compared to the method of forming an independent circuit as described above in a battery, but ultimately additional circuits are used. In view of the fact that the battery is further provided, the above-described problems could not be completely avoided.
  • the battery cell 11 located at the outermost part of the battery module 10 is separated outward so that the electrode tab 12 is broken so that the power is cut off.
  • the terminal 13 and the sensing terminal 14 are positioned outside the electrode tab 12 located at the outermost side, and the terminal 13 and the sensing module 14 may be formed. Since the terminals 14 are not connected to each other, there is a problem of preventing the electrode tab 12 from breaking.
  • an object of the present invention is that the electrode tab of the battery cell to ensure the safety of the battery when the phenomenon that the battery cell is swollen due to overcharge in the secondary battery battery module By breaking, power is cut off.
  • the position of the terminal and the sensing terminal which are outside the outermost electrode tab is changed to the inside of the electrode tab, and the terminal and the sensing terminal are joined by welding to increase rigidity.
  • the present invention provides a battery module that can be easily broken when an electrode tab of the battery cell is overcharged.
  • At least one battery cell including at least one battery cell including an electrode tab consisting of a negative electrode tab and a positive electrode tab is stacked, wherein the negative electrode tab and the positive electrode tab are disposed on the side where the electrode tab of the battery module is located.
  • Terminals are respectively connected to the sensing assembly positioned in the interspace and the electrode tab of the outermost battery cell is installed, the terminal is bonded to the surface located inside the battery module of the both sides of the negative electrode tab and the positive electrode tab It is characterized in that the connection.
  • the sensing assembly may further include a sensing terminal connected to an electrode tab of each battery cell to extract a voltage, a current, or a resistance.
  • the terminal according to an embodiment of the present invention is the thickness of the negative electrode terminal and the battery module connected to the negative electrode tab located at the outermost side in the thickness direction of the battery module that is not connected to the electrode tab of the neighboring battery cells It further comprises a positive electrode terminal connected to the positive electrode tab located on the other outermost in the direction.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may be connected to the terminal and the sensing terminal are connected to each other.
  • the electrode tab and the terminal may be bonded to each other, and the sensing terminal may be bonded to one surface of the terminal that is not bonded to the electrode tab.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may have a groove formed in a predetermined region where the sensing terminal is located so that the electrode tab bonded to the terminal does not make surface contact with the sensing terminal.
  • connection between the terminal, the electrode tab, and the sensing terminal may be bonded by welding.
  • the battery module when the battery cell swells due to overcharging in the secondary battery module, power is cut off by breaking the electrode tab of the battery cell to ensure the safety of the battery. Since the sensing terminal is positioned inside the outermost electrode tab, the electrode tab is easily broken when the outermost battery cell is separated outward, thereby effectively shutting off power.
  • the battery module according to the present invention has a great effect that can completely eliminate the risk of fire, explosion, etc. due to gas generation, overheating, etc. generated by overcharging by effectively blocking the electricity.
  • the present invention is designed so that the electrode tab can be easily broken by a simple structural change, there is an advantage that the manufacturing is easy and the increase in manufacturing cost is hardly generated.
  • the battery module according to the present invention has the advantage that by joining the terminal and the sensing terminal by welding, the existing cantilever shape is changed to the form of high information at both ends to increase the rigidity.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module.
  • Figure 2 is a perspective view showing that the outermost battery cells are separated when overcharged in the conventional battery module.
  • FIG 3 is a partial front view showing a terminal and a sensing terminal portion of the battery module according to the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 5 is a partial front view showing a terminal and a sensing terminal portion of another battery module according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module
  • Figure 2 is a perspective view showing that the outermost battery cell is detached when overcharged in the conventional battery module
  • Figure 3 is a terminal and a sensing terminal portion of the battery module according to the present invention
  • 4 is a perspective view illustrating the battery module shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a front view illustrating a terminal and a sensing terminal part of another battery module according to the present invention.
  • the battery module 1 of the present invention includes a plate-shaped battery cell 100 and an electrode tab 200, and the plurality of battery cells 100 have the same surface on which the electrode tab 200 is located. It is laminated and formed.
  • the electrode tab 200 extends in one direction from each of the battery cells 100 and includes a negative electrode tab 210 and a positive electrode tab 220, and the adjacent positive electrode tab 220 or the negative electrode tab is formed. Welded with 210 can be connected in series or in parallel.
  • the battery module 1 may be a pouch-type module including a pouch-type case 500 surrounding the other surfaces except for the surface where the electrode tab 200 of the battery cell 100 is located.
  • the battery module 1 when the battery cell 100 is wrapped by the pouch type case 500 as a sub battery module, the battery module 1 is the surface where the sub battery module has the electrode tab 200. At least two or more may be stacked so as to be identical to each other so as to be arranged side by side.
  • the battery module 1 of the present invention the sensing assembly 300 and the terminal 400 is installed on the side where the front tab of the battery module is located.
  • the sensing assembly 300 is located in a space between the negative electrode tab 210 and the positive electrode tab 220 of the battery module, and is connected to the electrode tab 200 of each battery cell 100 to receive a voltage, current or resistance signal. It is formed including a sensing terminal 310 which is a conductor to be extracted.
  • the sensing assembly 300 is for extracting a voltage, current, or a resistance signal from the electrode tab 200 of each battery cell 100, and may configure a circuit by applying a PCB substrate as necessary.
  • the sensing terminal 310 is connected to the negative electrode tab 210 and the positive electrode tab 220 of the battery cell 100, extracts a signal, and transmits the signal to the sensing connector 320.
  • Signal information of the battery module may be transmitted and received to a battery management system (BMS) through 320.
  • BMS battery management system
  • the terminal 400 is a component used to connect a bus bar used to connect a plurality of battery modules in series or parallel, and is connected to the electrode tab 200 of a neighboring battery cell 100.
  • the negative electrode terminal 410 is connected to the negative electrode tab 210 located at one outermost side in the thickness direction of the battery module, and the positive electrode terminal is connected to the positive electrode tab 220 located at the outermost side in the thickness direction of the battery module.
  • 420 is formed.
  • the terminal 400 and the sensing terminal 310 are disposed to be bonded to the outer surface of the electrode tab 200 located at the outermost part of the battery module.
  • the terminal 400 is connected to and connected to a surface located inside the battery module among the side surfaces of the negative electrode tab 210 and the positive electrode tab 220.
  • the battery module 1 may further improve rigidity by connecting the terminal 400 and the sensing terminal 310 to each other so that the battery module 1 has a high information form at both ends instead of the conventional cantilever shape.
  • the battery module 1 is joined to a surface located inside the battery module 1 among the two surfaces of the terminal 400, the negative electrode tab 210, and the positive electrode tab 220.
  • the sensing terminal 310 may be bonded to one surface of the terminal 400 which is not bonded to the electrode tab 200.
  • the battery module 1 is bonded to each other in the order of the electrode tab 200, the terminal 400, the sensing terminal 310 in the inward direction from the electrode tab 200 of the battery cell 100 located at the outermost. Is connected. That is, one side of the electrode tab 200 and the terminal 400 may be bonded to each other, and the other side of the terminal 400 and the sensing terminal 310 may be bonded to each other.
  • the order of the sensing terminal 310 and the terminal 400 may be changed.
  • the battery module 1 is bonded to each other in the order of the electrode tab 200, the sensing terminal 310, the terminal 400 in the inward direction from the electrode tab 200 of the battery cell 100 located at the outermost.
  • One side of the electrode tab 200 and the sensing terminal 310 may be bonded to each other, and the other side of the sensing terminal 310 may be connected to the terminal 400.
  • the battery module 1 is the sensing terminal 310 so that the electrode tab 200 which is bonded to the terminal 400 is not in surface contact with the sensing terminal 310
  • the predetermined region to be located may be formed to be pi.
  • both the sensing terminal 310 and the terminal 400 are connected to the electrode tab 200. This is because if it is welded on, it can interfere with fracture.
  • the battery module 1 is bonded to one side of the electrode tab 200 and the terminal 400, one side of the terminal 400 and the sensing terminal 310 is bonded, the sensing The electrode tab 200 is formed on the side where the terminal 310 is located so that the sensing terminal 310 and the electrode tab 200 are not in surface contact with each other and are not bonded to each other.
  • connection between the terminal 400, the electrode tab 200, and the sensing terminal 310 may be bonded by welding.
  • the battery cells 100 are arranged in a side-by-side arrangement to form one battery module, and as a result, when each of the battery cells 100 expands, the battery module The volume of is also increased.
  • the battery cell 100 expands to narrow the gap between the battery cells 100, so that the battery cells 100 positioned at both outermost sides of the battery module are separated. As the electrode tab 200 breaks, an electrical short occurs.
  • the battery module 1 is connected by an electrode tab 200 that physically and electrically connects the battery cells 100 to each other.
  • the electrode tab 200 is separated by the detachment of the battery cell 100. It is obvious that the power is cut off when it is cut off.
  • the electrode tab 200 of the battery cell 100 may be effectively broken.
  • the battery module according to the present invention has a great effect that can completely eliminate the risk of fire, explosion due to gas generation, overheating, etc. generated during overcharge by effectively blocking the electricity in the manner described above.
  • the present invention is designed so that the electrode tab can be easily broken by a simple structural change, there is an advantage that the manufacturing is easy and the increase in manufacturing cost is hardly generated.
  • the battery module according to the present invention has the advantage that by joining the terminal and the sensing terminal by welding, the existing cantilever shape is changed to the form of high information at both ends to increase the rigidity.

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Abstract

본 발명은 음극 탭과 양극 탭으로 이루어지는 전극 탭을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀이 적층되는 배터리 모듈에 있어서, 가 상기 배터리 모듈의 전극 탭이 위치되는 측면에는 상기 음극 탭과 양극 탭 사이 공간에 위치되는 센싱 어셈블리 및 최외곽에 위치한 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결되는 터미널이 설치되되, 상기 터미널은 상기 음극 탭 및 양극 탭의 양측 면 중 상기 배터리 모듈의 내측에 위치한 면과 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 2차 전지용 배터리 모듈에서 과충전으로 배터리 셀이 팽윤되는 현상 발생 시, 전지의 안전성을 확보하기 위해 배터리 셀의 전극 탭이 파단됨으로써 전원차단을 하게 되는데, 이를 위해 최외곽에 위치한 전극 탭보다 바깥쪽에 있던 터미널 및 센싱단자의 위치를 상기 전극 탭 내측으로 변경시키고, 상기 터미널 및 센싱단자를 용접에 의해 접합시켜 강성을 높임으로써, 상기 배터리 셀의 전극 탭이 과충전 시 쉽게 파단될 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
중대형 전지팩의 단위전지(배터리 셀)로는 니켈-수소 이차전지가 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 소형 전지팩에서와 마찬가지로 용량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이차전지가 많이 연구되고 있으며, 일부는 상용화 단계에 있다.
그러나 리튬 이차전지는 근본적으로 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 특히, 파우치형 전지는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 장점으로 인해 중대형 전지팩의 단위전지로서 유력한 후보이지만, 전지케이스의 기계적 강성이 낮고 밀봉부가 분리되었을 때 전해액 등 발화성 물질이 누설되어 화재의 위험성이 높은 문제점을 가지고 있다.
더욱이, 파우치를 이용한 리튬 폴리머 전지는 전해액이 모두 일체화된 셀 내부에 주입되어 있기 때문에 각 셀이 과충전 되면 전압이 상승하게 되고 과열로 인해 셀 내부의 전해액이 분해되어 가연성 가스가 셀 내부적으로 발생하게 되며 파우치 자체가 부풀어 오르는 스웰링(swelling)현상이 발생하게 된다. 또한 양극과 음극 사이의 분리막이 용융하여 양극과 음극이 단락되어 발화되므로 전지의 안전성을 확보할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다방면으로 여러 가지 연구가 꾸준히 이루어져 왔는데, 이러한 연구들은 크게 화학적으로 과충전을 방지하는 방법과 전기적으로 과충전을 방지하는 방법의 두 가지로 나뉘며, 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 현재 사용되고 있는 전해질 대신 비수계 전해질, 과충전 시 분해되는 화합물 등과 같은 조성물을 전해질로서 사용하여 화학적으로 과충전을 방지하는 기술이, 한국특허등록 제0472506호, 한국특허등록 제0628629호, 한국특허공개 제2006-0121173호 등에 개시되어 있다.
둘째로, 과열, 과전류, 과전압이 발생되면 전기 흐름을 차단하는 회로를 구성하거나 (과열로 인해) 퓨즈가 끊어지도록 하여 전기적으로 과충전을 방지하는 기술이 다양하게 개시되어 있다.
그 예로, 한국특허공개 제2007-0010755호(“이차전지 안정화 장치”)에서는 충전 전압이 소정 전압 이상이 되면 전원을 단락시켜 충전을 중단시키는 장치가, 한국특허등록 제0729106호(“과 충전 방지용 안전 소자 및 그 안전 소자가 결합된 이차전지”)에서는 소정의 전압 이상에서 열을 발생하는 전압 감지 발열 소자 및 온도 감응 소자를 구비하되, 상기 온도 감응 소자는 상기 발열 소자에서 발생되는 열을 감지하여 전류를 가역적으로 ON/OFF 시키도록 하는 장치가 개시되어 있다.
이와 같은 종래의 기술들을 살펴보았을 때, 먼저 화학적인 과충전 방지 방법의 경우, 현재 사용되고 있는 전해질과 비교하여 성능이 떨어진다는 단점이 있어 좀더 개발이 필요한 실정이다. 또한, 전기적인 과충전 방지 방법의 경우 독립적인 회로를 구성하여 전지에 부착하여야 하기 때문에 구성을 위한 전자 부품의 증가로 인하여 제작이 난해해지고 제작비용이 증가하며, 또한 회로의 설계가 복잡하여 설계비용이 상승하는 등의 문제점이 있다.
또한, 과열, 과전류, 과전압 등을 이용하여 전기를 차단하도록 하는 장치들 역시 상술한 바와 같은 독립적인 회로를 구성하여 전지에 구비하는 방법과 비교하여서는 보다 적은 부품을 사용하기는 하지만 궁극적으로는 부가 회로를 전지에 더 구비한다는 점에서 상술한 바와 같은 문제점을 완전히 피할 수 없었다.
한편, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)의 최외곽에 위치한 배터리 셀(11)이 외측으로 이탈되어 전극 탭(12)이 파단됨으로써, 전원 차단이 되도록 형성되는 방법을 이용하기도 하는데, 종래의 배터리 모듈(10)은 최외곽에 위치한 전극 탭(12)보다 터미널(13) 및 센싱단자(14)가 바깥쪽에 위치되고, 터미널(13)과 센싱단자(14)가 서로 연결되어 있지 않아 전극 탭(12)이 파단되는 것을 방해하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 2차 전지용 배터리 모듈에서 과충전으로 배터리 셀이 팽윤되는 현상 발생 시, 전지의 안전성을 확보하기 위해 배터리 셀의 전극 탭이 파단됨으로써 전원차단을 하게 되는데, 이를 위해 최외곽에 위치한 전극 탭보다 바깥쪽에 있던 터미널 및 센싱단자의 위치를 상기 전극 탭 내측으로 변경시키고, 상기 터미널 및 센싱단자를 용접에 의해 접합시켜 강성을 높임으로써, 상기 배터리 셀의 전극 탭이 과충전 시 쉽게 파단될 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 배터리 모듈은 음극 탭과 양극 탭으로 이루어지는 전극 탭을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀이 적층되는 배터리 모듈에 있어서, 가 상기 배터리 모듈의 전극 탭이 위치되는 측면에는, 상기 음극 탭과 양극 탭 사이 공간에 위치되는 센싱 어셈블리 및 최외곽에 위치한 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결되는 터미널이 설치되되, 상기 터미널은 상기 음극 탭 및 양극 탭의 양측 면 중 상기 배터리 모듈의 내측에 위치한 면과 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센싱 어셈블리는, 상기 각 배터리 셀의 전극 탭과 연결되어 전압, 전류 또는 저항을 추출하는 센싱단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 터미널은 이웃하는 배터리 셀의 상기 전극 탭과 연결되지 않은 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 일측 최외곽에 위치한 음극 탭에 연결되는 음극 터미널 및 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 타측 최외곽에 위치한 양극 탭에 연결되는 양극 터미널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 모듈은 상기 터미널 및 상기 센싱단자가 서로 접합되어 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 모듈은 상기 전극 탭과 상기 터미널이 서로 접합되며, 상기 전극 탭과 접합되지 않은 상기 터미널의 일면에 상기 센싱단자가 접합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 모듈은 상기 센싱단자가 위치되는 일정영역에 홈이 형성되어 상기 터미널과 접합되는 상기 전극 탭이 상기 센싱단자와는 면접촉하지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 모듈은 상기 터미널, 상기 전극 탭, 상기 센싱단자간의 연결이 용접으로 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 2차 전지용 배터리 모듈에서 과충전으로 배터리 셀이 팽윤되는 현상 발생 시, 전지의 안전성을 확보하기 위해 배터리 셀의 전극 탭이 파단됨으로써 전원차단을 하게 되는데, 이 때, 터미널 및 센싱단자가 최외곽에 위치한 전극 탭보다 내측에 위치됨으로써, 최외곽에 위치한 배터리 셀이 외측 방향으로 이탈 시 상기 전극 탭이 쉽게 파단되어 효과적으로 전원을 차단할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 효과적으로 전기를 차단함으로써 과충전 시 발생되는 가스 발생, 과열 등으로 인한 화재, 폭발 등의 위험성을 완전히 제거할 수 있는 큰 효과가 있다.
특히, 본 발명은 간단한 구조적 변경으로 전극 탭이 쉽게 파단될 수 있도록 설계되었기 때문에, 제작이 용이하고, 제작비용의 증가가 거의 발생되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상기 터미널 및 센싱단자를 용접에 의해 접합시킴으로써, 기존의 외팔보 형태가 양단 고정보 형태로 변경되어 강성이 높아진다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 배터리 모듈에서 과충전 시 최외곽의 배터리 셀이 이탈되는 것을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 터미널 및 센싱단자 부분을 나타낸 부분 정면도.
도 4는 도 3에 나타난 배터리 모듈을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 터미널 및 센싱단자 부분을 나타낸 부분 정면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 배터리 모듈을 나타낸 사시도이며, 도 2는 종래의 배터리 모듈에서 과충전 시 최외곽의 배터리 셀이 이탈되는 것을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 터미널 및 센싱단자 부분을 나타낸 부분 정면도이며, 도 4는 도 3에 나타난 배터리 모듈을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 또 다른 배터리 모듈의 터미널 및 센싱단자 부분을 나타낸 정면도이다.
본 발명의 배터리 모듈(1)은 판상형 배터리 셀(100)과, 전극 탭(200)을 포함하여 형성되며, 다수개의 상기 배터리 셀(100)이 상기 전극 탭(200)이 위치되는 면이 동일하도록 적층되어 형성된다.
상기 전극 탭(200)은 각각의 상기 배터리 셀(100)로부터 일측 방향으로 연장되어 형성되며, 음극 탭(210)과 양극 탭(220)으로 이루어지는데, 이웃한 상기 양극 탭(220) 또는 음극 탭(210)과 용접되어 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
이 때, 상기 배터리 모듈(1)은 상기 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)이 있는 면을 제외한 나머지 면들을 감싸는 파우치형 케이스(500)를 포함하는 파우치형 모듈일 수 있다. 이런 경우, 상기 배터리 셀(100)이 상기 파우치형 케이스(500)에 의해 감싸지는 것을 서브 배터리 모듈이라고 할 때, 상기 배터리 모듈(1)은 상기 서브 배터리 모듈이 상기 전극 탭(200)이 있는 면이 동일하도록 적어도 둘 이상 적층되어 나란하게 배치되도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 상기 배터리 모듈의 전측 탭이 위치되는 측면에 센싱 어셈블리(300) 및 터미널(400)이 설치된다.
상기 센싱 어셈블리(300)는 상기 배터리 모듈의 음극 탭(210)과 양극 탭(220) 사이 공간에 위치되며, 각 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)과 연결되어 전압, 전류 또는 저항 신호를 추출하는 도전체인 센싱단자(310)를 포함하여 형성된다.
상기 센싱 어셈블리(300)는 각 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)으로부터 전압, 전류 또는 저항 신호를 추출하기 위한 것으로, 필요에 따라서는 PCB 기판을 적용하여 회로를 구성할 수 있다. 이 때, 상기 센싱단자(310)는 상기 배터리 셀(100)의 상기 음극 탭(210) 및 양극 탭(220)과 연결되어 신호를 추출한 다음 센싱 커넥터(320)로 전송하게 되며, 상기 센싱 커넥터(320)를 통해 BMS(Battery Management System)로 상기 배터리 모듈의 신호 정보가 송수신 될 수 있다.
상기 터미널(400)은 여러 개의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬 연결하기 위해 사용되는 버스 바(bus bar)의 연결을 위해 사용되는 부품으로, 이웃하는 배터리 셀(100)의 상기 전극 탭(200)과 연결되지 않은 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 일측 최외곽에 위치한 음극 탭(210)에 연결되는 음극 터미널(410) 및 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 타측 최외곽에 위치한 양극 탭(220)에 연결되는 양극 터미널(420)을 포함하여 형성된다.
특히, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 종래에 상기 배터리 모듈에서 최외곽에 위치한 전극 탭(200)의 외측면에 상기 터미널(400) 및 센싱단자(310)가 접합되도록 배치되었던 것과 달리, 상기 터미널(400)이 상기 음극 탭(210) 및 양극 탭(220)의 양측 면 중 상기 배터리 모듈의 내측에 위치한 면과 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 배터리 모듈(1)은 기존의 외팔보 형태가 아닌 양단 고정보 형태가 되도록 상기 터미널(400) 및 상기 센싱단자(310)가 서로 접합되어 연결됨으로써, 강성이 더욱 향상될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 상기 터미널(400)과 상기 음극 탭(210) 및 양극 탭(220)의 양측 면 중 상기 배터리 모듈(1)의 내측에 위치한 면과 접합되되, 상기 전극 탭(200)과 접합되지 않은 상기 터미널(400)의 일면에 상기 센싱단자(310)가 접합될 수 있다.
이 때, 상기 배터리 모듈(1)은 최외곽에 위치한 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)으로부터 내측 방향으로 전극 탭(200), 터미널(400), 센싱단자(310)의 순으로 서로 접합되어 연결된다. 즉, 상기 전극 탭(200)과 터미널(400)의 일측면이 접합되어 연결되고, 상기 터미널(400)의 타측면과 상기 센싱단자(310)가 접합되어 연결될 수 있다.
물론, 상기 센싱단자(310)와 상기 터미널(400)의 순서는 서로 변경될 수 있다. 이 때, 상기 배터리 모듈(1)은 최외곽에 위치한 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)으로부터 내측 방향으로 전극 탭(200), 센싱단자(310), 터미널(400)의 순으로 서로 접합되며, 상기 전극 탭(200)과 상기 센싱단자(310)의 일측면이 접합되고, 상기 센싱단자(310)의 타측면과 상기 터미널(400)이 접합되어 연결될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 상기 터미널(400)과 접합되는 상기 전극 탭(200)이 상기 센싱단자(310)와는 면접촉하지 않게 상기 센싱단자(310)가 위치되는 일정영역이 파이도록 형성될 수 있다.
이는 과충전에 의해 상기 배터리 모듈의 최외곽에 위치한 배터리 셀(100)이 이탈되어 상기 전극 탭(200)이 파단될 때, 상기 센싱단자(310)와 상기 터미널(400)이 모두 전극 탭(200)에 용접 될 경우, 파단에 방해가 될 수 있기 때문이다.
이에 따라, 상기 배터리 모듈(1)은 상기 전극 탭(200)과 상기 터미널(400)의 일측면이 접합되며, 상기 터미널(400)의 일측면과 상기 센싱단자(310)가 접합되되, 상기 센싱단자(310)가 위치되는 측에는 상기 전극 탭(200)이 파이도록 형성되어 상기 센싱단자(310) 및 상기 전극 탭(200)은 서로 면접촉하지 않으며, 접합되지도 않는다.
도3 내지 도 5에 도시된 상기 배터리 모듈(1)은 상기 터미널(400), 상기 전극 탭(200), 상기 센싱단자(310) 간의 연결이 용접으로 접합될 수 있다.
도 2 내지 5를 참조로 본 발명의 배터리 모듈(1)의 과충전 시 전극 탭(200)이 파단되는 과정을 설명하면,
상술한 바와 같이 상기 배터리 셀(100)은 과충전 되거나 전지의 온도가 과하게 높아질 경우 전지의 내부에서 가스가 발생하며, 이에 따라 상기 배터리 셀(100)의 부피가 팽창하게 된다.
상기 배터리 셀(100)들은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 일측 방향으로 나란하게 배열된 형태로 배치되어 하나의 배터리 모듈을 이루게 되며, 상기 배터리 셀(100) 각각이 팽창할 경우 결과적으로 상기 배터리 모듈의 부피 역시 증가하게 된다.
이에 따라, 상기 배터리 모듈은 과충전 시 상기 배터리 셀(100)이 팽창하여 상기 배터리 셀(100) 사이의 간격이 좁아짐에 따라, 상기 배터리 모듈의 양측 최외곽에 위치한 상기 배터리 셀(100)이 이탈되어 전극 탭(200)이 파단됨으로써 전기적 단락이 일어난다.
상기 배터리 모듈(1)은 상기 배터리 셀(100)들을 물리적 및 전기적으로 서로 연결하는 전극 탭(200)에 의해 연결되는 바, 과충전 시 상기 배터리 셀(100)의 이탈에 의해 전극 탭(200)이 끊어지게 되면 전원이 차단되는 것이 자명하다.
이 때, 상기 센싱단자(310) 및 터미널(400)이 최외곽에 위치한 전극 탭(200)의 내측에 위치됨으로써, 상기 배터리 셀(100)의 전극 탭(200)은 효과적으로 파단될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상술한 바와 같은 방법으로 효과적으로 전기를 차단함으로써 과충전 시 발생되는 가스 발생, 과열 등으로 인한 화재, 폭발 등의 위험성을 완전히 제거할 수 있는 큰 효과가 있다.
특히, 본 발명은 간단한 구조적 변경으로 전극 탭이 쉽게 파단될 수 있도록 설계되었기 때문에, 제작이 용이하고, 제작비용의 증가가 거의 발생되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상기 터미널 및 센싱단자를 용접에 의해 접합시킴으로써, 기존의 외팔보 형태가 양단 고정보 형태로 변경되어 강성이 높아진다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims (7)

  1. 음극 탭과 양극 탭으로 이루어지는 전극 탭을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀이 적층되는 배터리 모듈에 있어서,
    가 상기 배터리 모듈의 전극 탭이 위치되는 측면에는,
    상기 음극 탭과 양극 탭 사이 공간에 위치되는 센싱 어셈블리 및
    최외곽에 위치한 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결되는 터미널이 설치되되,
    상기 터미널은
    상기 음극 탭 및 양극 탭의 양측 면 중 상기 배터리 모듈의 내측에 위치한 면과 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 각 배터리 셀의 전극 탭과 연결되어 전압, 전류 또는 저항을 추출하는 센싱단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터미널은 이웃하는 배터리 셀의 상기 전극 탭과 연결되지 않은 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 일측 최외곽에 위치한 음극 탭에 연결되는 음극 터미널 및 상기 배터리 모듈의 두께 방향으로 타측 최외곽에 위치한 양극 탭에 연결되는 양극 터미널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 터미널 및 상기 센싱단자가 서로 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 전극 탭과 상기 터미널이 서로 접합되며,
    상기 전극 탭과 접합되지 않은 상기 터미널의 일면에 상기 센싱단자가 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 센싱단자가 위치되는 일정영역에 홈이 형성되어 상기 터미널과 접합되는 상기 전극 탭이 상기 센싱단자와는 면접촉하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 5 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 터미널, 상기 전극 탭, 상기 센싱단자간의 연결이 용접으로 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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