WO2019190028A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2019190028A1
WO2019190028A1 PCT/KR2018/016735 KR2018016735W WO2019190028A1 WO 2019190028 A1 WO2019190028 A1 WO 2019190028A1 KR 2018016735 W KR2018016735 W KR 2018016735W WO 2019190028 A1 WO2019190028 A1 WO 2019190028A1
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WO
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bus bar
holes
type
battery pack
current
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PCT/KR2018/016735
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유재욱
강달모
문정오
유재민
권민호
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack having a bus bar configured to be broken by overcurrent.
  • secondary batteries are widely used not only for small devices such as portable electronic devices but also for medium and large devices such as automobiles, robots, and satellites.
  • secondary batteries are widely used not only for small devices such as portable electronic devices but also for medium and large devices such as automobiles, robots, and satellites.
  • the most essential component of such a hybrid or electric vehicle is a battery pack powered by a motor.
  • a battery pack used in a hybrid vehicle or an electric vehicle includes a battery module including a plurality of battery cells, and as the plurality of battery cells are connected in series and / or in parallel with each other, the capacity and output of the battery module are increased.
  • the battery pack may be overheated due to various reasons. If an overcurrent exceeding a limit current flows through the battery pack, the battery pack may overheat.
  • the overheating of the battery pack causes a decomposition reaction of the electrolyte, and thermal runaway occurs due to the decomposition reaction of the electrolyte, which may cause an accident such as overheating, explosion, or rupture of the battery pack.
  • the present invention is to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention to provide a battery pack that can prevent an accident that may occur due to overcurrent.
  • the battery cell a bus bar electrically connected to the battery cell, and the bus bar may include a break portion having a plurality of through holes so as to be broken while being melted by an electric resistance heat according to an overcurrent.
  • the plurality of through holes may be disposed along a virtual connection line that forms a predetermined angle with respect to the direction of the current flowing through the bus bar.
  • the plurality of through holes may be arranged along a plurality of virtual connecting lines spaced apart from each other.
  • the plurality of virtual connecting lines may form an angle with respect to each other.
  • the plurality of through holes may be formed so as not to overlap each other in a direction orthogonal to the direction of the current.
  • the plurality of through holes may be formed to be spaced apart at predetermined intervals in the direction of the current.
  • At least some of the plurality of through holes may have different sizes.
  • An area not penetrated by the through hole may be formed between the plurality of through holes in the direction of the current.
  • the battery cell a bus bar electrically connected to the battery cell, and the bus bar may include a break portion having a plurality of through holes so as to be broken while being melted by an electric resistance heat according to an overcurrent.
  • the bus bar when the overcurrent flows through the bus bar, the bus bar is broken and maintains the basic characteristic (first characteristic) that blocks the current, while breaking that may be reduced by the formation of a plurality of through holes. There is an effect that can secure the characteristics (second characteristics) to complement the mechanical strength of the negative.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 5 are schematic views illustrating an implementation example of a bus bar that may be provided in a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating thermal characteristics (temperature distribution) of break portions of various bus bars that may be included in a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a change in temperature with respect to time at breaks of various bus bars that may be included in a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a battery pack may include a plurality of battery modules 10 connected in series or in parallel according to a use purpose.
  • the battery module 10 may include a cell assembly in which a plurality of battery cells (not shown) are sequentially stacked in a cartridge.
  • the battery cell may include electrode leads 11 and 12, and the electrode leads 11 and 12 may include a positive lead 11 and a negative lead 12.
  • the electrode leads 11 and 12 are formed in a plate shape and are exposed to the outside of the exterior member 15 surrounding the battery module 10. Adjacent electrode leads 11 and 12 may be electrically connected to each other, and thus, a plurality of adjacent battery cells may be electrically connected to each other.
  • the electrode leads 11 and 12 may be connected to the connection terminals 21 and 22 exposed to the outside, respectively, and the connection terminals 21 and 22 may be connected to each other through the bus bar 30.
  • the bus bar 30 may have coupling holes 31 coupled to the connection terminals 21 and 22.
  • the connecting terminal 21 connected to the positive lead 11 of one battery module 10 of the pair of battery modules 10 and the connecting terminal 22 connected to the negative lead 12 of the other battery module 10. May be coupled to the coupling holes 31, respectively. Accordingly, the plurality of battery modules 10 may be electrically connected through the bus bar 30.
  • the bus bar 30 may be formed in a plate shape having a width W and a length L.
  • the bus bar 30 may be made of an electrically conductive metal.
  • the bus bar 30 may be made of a material that can be melted by resistance heat due to overcurrent.
  • the bus bar 30 may be made of copper.
  • Coupling hole 31 may be formed at both ends of the bus bar 30 in the longitudinal direction (L).
  • the current may flow in the longitudinal direction L of the bus bar 30.
  • a configuration in which current flows in the longitudinal direction L of the bus bar 30 will be described. However, depending on the shape of the bus bar 30 and the position of the coupling hole 31, the current may flow in the width direction W instead of the length direction L of the bus bar 30.
  • the bus bar 30 may include a breaker P that is broken while being melted by the heat of electrical resistance when an overcurrent flows.
  • a plurality of through holes 33 may be formed in the break portion P. As the plurality of through holes 33 are formed in the break portion P, the cross section area of the width direction W of the bus bar 30 is smaller than that of the other portions in which the plurality of through holes 33 are formed.
  • the electrical resistance increases locally at the break portion P having a small cross-sectional area, and is locally heated, and the break portion P melts and breaks accordingly.
  • the bus bar 30 may be disconnected and the flow of overcurrent may be interrupted.
  • the bus bar 30 includes a break portion P having a plurality of through holes 33, mechanical strength (for example, tensile strength) may be lowered at the break portion P. FIG. Therefore, even when no overcurrent flows through the bus bar 30, stress may be concentrated on the breaking portion P due to external impact, and the like, so that the breaking portion P may be broken.
  • mechanical strength for example, tensile strength
  • a plurality of through holes are in the width direction W of the bus bar (the direction orthogonal to the direction L of the current).
  • W the width direction
  • L the direction orthogonal to the direction L of the current.
  • a plurality of through holes are concentrated in a breakage portion of a small size. Therefore, stress may be concentrated on the external impact at the break having a small area, and thus, even when no overcurrent flows through the bus bar 30, the fracture P may be broken due to external shock. have.
  • the area of the break portion P (multiple penetrations) is larger than that of the A type bus bar, the B type bus bar, and the C type bus bar. It is preferable to increase the size of the area in which the holes 33 are distributed) in the longitudinal direction L of the bus bar 30.
  • the plurality of through holes 33 may be arranged along a row having a predetermined angle G with respect to the direction L of the current. That is, the plurality of through holes 33 may be arranged in a diagonal (diagonal) direction with respect to the direction L of the current. That is, the virtual connection line HC connecting the central axis LC of the bus bar 30 parallel to the direction L of the current and the plurality of through holes 33 may form a predetermined angle G. . Accordingly, the distance LR between the through holes 33 formed at the outermost side in the longitudinal direction L of the bus bar 30 may increase. Therefore, the area (size of the area in which the plurality of through holes 33 are distributed) of the break portion P can be increased in the longitudinal direction L of the bus bar 30.
  • the bus bar 30 is broken when the overcurrent flows through the bus bar 30 to cut off the current.
  • a characteristic hereinafter referred to as a second characteristic that complements the mechanical strength of the breakable portion P, which may be reduced by the formation of the plurality of through holes 33, may be implemented.
  • an optimal arrangement of the plurality of through holes 33 may be derived through a plurality of experiments and a plurality of simulations as shown in FIGS. 6 and 7. .
  • the first characteristic may be realized by reducing the cross-sectional area of the direction (W) orthogonal to the direction (L) through which the current flows.
  • the second characteristic may be implemented by distributing the plurality of through holes 33 in the longitudinal direction L of the bus bar 30.
  • the plurality of through holes (33) can be distributed in the longitudinal direction (L) of the bus bar (30) while reducing the cross-sectional area of the direction (W) orthogonal to the direction in which the current flows.
  • the angle G between the connecting line HC connecting 33) and the central axis LC of the bus bar 30 parallel to the direction L of the current is preferably about 45 degrees, and at least 30 to 60 degrees. It is preferable that it is an angle between degrees.
  • the plurality of through holes 33 are preferably formed so as not to overlap each other in the width direction W of the bus bar 30. That is, at least two through holes 33 of the plurality of through holes 33 may be arranged to have a distance LD in the longitudinal direction L of the bus bar 30. That is, the plurality of through holes 33 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction L of the bus bar 30. Therefore, a predetermined region that is not penetrated by the through holes 33 may be formed between the plurality of through holes 33 in the longitudinal direction L of the bus bar 30. Therefore, by the presence of such a predetermined region, the mechanical strength of the breakage portion P of the bus bar 30 can be maintained.
  • the plurality of through holes 33 may be distributed in an optimal arrangement.
  • the plurality of through holes 33 may be disposed along at least two virtual connection lines HC1 and HC2.
  • the connecting lines HC1 and HC2 may be parallel to each other or may cross each other.
  • the plurality of through holes 33 are arranged in a zigzag form (alternatively) in the longitudinal direction L and the width direction W of the bus bar 30. ) Can be arranged.
  • the connecting lines HC1 and HC2 cross each other (that is, when the connecting lines HC1 and HC2 form a predetermined angle)
  • the plurality of through holes 33 may be arranged in a V shape.
  • the plurality of through holes 33 may have different sizes (diameters).
  • the size of the region between the plurality of through holes 33 may vary depending on the size of each of the plurality of through holes 33. According to the respective sizes of the plurality of through holes 33, the cross-sectional area of the direction W orthogonal to the direction L in which the current flows, and the plurality of through holes in the longitudinal direction L of the bus bar 30 ( The spacing LD between 33 may vary. Therefore, by varying the sizes of the plurality of through holes 33, the first and second characteristics can be optimally realized.
  • FIG. 6 shows thermal characteristics of a bus bar of type D, a bus bar of type E and a bus bar of type F, as compared to a bus bar of type A, a bus bar of type B, and a bus bar of type C (of the bus bar 30). It is a figure which shows the result of having compared the temperature distribution in break part P).
  • the A-type bus bar has one large through hole, and the B-type bus bar and the C-type bus bar have a width direction W of the bus bar (the direction orthogonal to the direction L of the current). It has a plurality of through holes arranged only in).
  • bus bar of the D type is the bus bars according to the embodiment of the present invention, and the angle G with respect to the direction L of the current flowing through the bus bar 30 is shown. It has a plurality of through-holes 33 arranged along the virtual connecting line (HC) forming a.
  • the break portion P of the bus bar 30 shown in Fig. 6 in the case of the A type bus bar, the B type bus bar and the C type bus bar, the break portion As the cross-sectional area of the direction (W) orthogonal to the direction (L) in which the current flows in is reduced, it can be seen that the electrical resistance is concentrated at the break, and thus the break is locally heated.
  • breaks are performed, as in the type A bus bar, the type B bus bar, and the type C bus bar. It can be seen that the heat is concentrated locally at the part P. Accordingly, it can be seen that the D type bus bar, the E type bus bar, and the F type bus bar according to the embodiment of the present invention can also implement the first characteristic.
  • Table 1 show the time to reach the melting point at breaks of various bus bars.
  • the D type bus bar, the E type bus bar and the F type bus bar according to the embodiment of the present invention are the A type bus bar, the B type bus bar, and the C type. It can be seen that there is no significant difference in the type of bus bar and the time to reach the melting point.
  • a D-type bus bar having a plurality of through-holes 33 arranged along an imaginary connecting line HC forming an angle G with respect to the direction L of the current flowing through the bus bar 30, E type It is understood that the bus bar and the F-type bus bar are not significantly different in the first characteristic aspect from the A-type bus bar, the B-type bus bar, and the C-type bus bar.
  • the plurality of through holes 33 extend in the longitudinal direction L of the bus bar 30. Since it is distributed, the second characteristic can be improved as compared with the A type bus bar, the B type bus bar, and the C type bus bar.
  • the bus bar 30 when the overcurrent flows through the bus bar 30, the bus bar 30 is broken to cut off the current. While maintaining the first characteristic, there is an effect of securing a characteristic (second characteristic) that complements the mechanical strength of the breaking portion P, which may be reduced by the formation of the plurality of through holes 33.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀; 및 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고, 버스 바는 과전류에 따른 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되도록 복수의 관통홀을 갖는 파단부를 구비할 수 있다.

Description

배터리 팩
본 출원은 2018년 3월 26일자 한국 특허 출원 제2018-0034680호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 과전류에 의해 파단되도록 구성되는 버스 바를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 기기의 수요가 증대됨에 따라, 반복적으로 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 휴대용 전자 기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차, 로봇, 위성과 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 화석 연료의 고갈 및 환경 오염에 대한 관심이 높아지면서, 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서의 가장 핵심적 부품은 모터로 전력을 공급하는 배터리 팩이다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 배터리 팩으로부터 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 내연 기관 만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 이점을 갖는다
하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩은 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함하며, 다수의 배터리 셀들이 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨에 따라, 배터리 모듈의 용량 및 출력이 증대된다.
이러한 배터리 팩을 사용함에 있어서, 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 특히, 사람이 탑승하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우에 있어서의 안전 사고의 발생은 인명 피해로 직결될 우려가 있다.
배터리 팩으로부터 발생될 수 있는 안전 사고의 원인 중 하나는 배터리 팩의 과열이다. 배터리 팩은 다양한 원인으로 인해 과열될 수 있는데, 한계 전류 이상의 과전류가 배터리 팩을 통해 흐르는 경우, 배터리 팩이 과열될 수 있다.
이러한 배터리 팩의 과열은 전해액의 분해 반응을 일으키며, 전해액의 분해 반응으로 인해 열 폭주(thermal runaway)가 발생하여, 배터리 팩의 과열, 폭발, 파열 등의 사고가 발생할 우려가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 과전류로 인해 발생될 수 있는 사고를 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 데에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀; 및 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고, 버스 바는 과전류에 따른 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되도록 복수의 관통홀을 갖는 파단부를 구비할 수 있다.
복수의 관통홀은 버스 바를 흐르는 전류의 방향에 대해 소정의 각도를 이루는 가상의 연결선을 따라 배치될 수 있다.
복수의 관통홀은 서로 이격된 복수의 가상의 연결선을 따라 배열될 수 있다.
복수의 가상의 연결선은 서로에 대해 소정의 각도를 이룰 수 있다.
복수의 관통홀은 전류의 방향과 직교하는 방향으로 서로 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
복수의 관통홀은 전류의 방향으로 소정의 간격으로 이격되도록 형성될 수 있다.
복수의 관통홀 중 적어도 일부는 상이한 크기를 가질 수 있다.
전류의 방향으로의 복수의 관통홀 사이에는 관통홀에 의해 관통되지 않은 영역이 형성될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀; 및 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고, 버스 바는 과전류에 따른 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되도록 복수의 관통홀을 갖는 파단부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 따르면, 버스 바를 통해 과전류가 흐를 때 버스 바가 파단되어 전류를 차단하는 기본적인 특성(제1 특성)을 유지하면서, 복수의 관통홀의 형성에 따라 저하될 수 있는 파단부의 기계적 강도를 보완하는 특성(제2 특성)을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 구비될 수 있는 버스 바의 구현 예가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 구비될 수 있는 각종 버스 바의 파단부의 열 특성(온도 분포)을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 구비될 수 있는 각종 버스 바의 파단부에서의 시간에 대한 온도 변화를 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 사용 용도에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 모듈(10)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀(미도시)이 카트리지 내에 순차적으로 적층되어 설치된 셀 조립체를 포함할 수 있다. 배터리 셀은 전극 리드(11, 12)를 구비할 수 있으며, 전극 리드(11, 12)는 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 전극 리드(11, 12)는 판 형상으로 형성되며, 배터리 모듈(10)을 둘러싸는 외장재(15)의 외부로 노출된다. 인접하는 전극 리드(11, 12)는 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라, 인접하는 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 리드(11, 12)는 외부로 노출된 연결 단자(21, 22)와 각각 연결될 수 있으며, 연결 단자(21, 22)는 버스 바(30)를 통해 서로 연결될 수 있다. 버스 바(30)에는 연결 단자(21, 22)와 결합되는 결합홀(31)이 형성될 수 있다. 한 쌍의 배터리 모듈(10) 중 하나의 배터리 모듈(10)의 양극 리드(11)와 연결된 연결 단자(21)와 다른 하나의 배터리 모듈(10)의 음극 리드(12)와 연결된 연결 단자(22)가 결합홀(31)에 각각 결합될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 모듈(10)이 버스 바(30)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 버스 바(30)는 폭(W)과 길이(L)를 갖는 판 형상으로 형성될 수 있다. 버스 바(30)는 전기 전도성 금속으로 이루어질 수 있다. 버스 바(30)는 과전류에 따른 저항열에 의해 용융될 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 버스 바(30)는 구리로 이루어질 수 있다. 결합홀(31)은 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로의 양단에 형성될 수 있다. 따라서, 전류는 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 흐를 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 전류가 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 흐르는 구성에 대하여 설명한다. 다만, 버스 바(30)의 형상 및 결합홀(31)의 위치에 따라, 전류는 버스 바(30)의 길이 방향(L)이 아닌 폭 방향(W)으로 흐를 수 있다.
버스 바(30)는 과전류가 흐를 때 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되는 파단부(P)를 구비할 수 있다. 파단부(P)에는 복수의 관통홀(33)이 형성될 수 있다. 파단부(P)에 복수의 관통홀(33)이 형성됨에 따라, 복수의 관통홀(33)이 형성되는 부분은, 다른 부분에 비해 작은, 버스 바(30)의 폭 방향(W)의 단면적을 갖는다.
따라서, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐르는 경우, 작은 단면적을 갖는 파단부(P)에서 국부적으로 전기 저항이 크게 증가하여 국부적으로 가열되고, 파단부(P)가 용융되면서 파단되며, 이에 따라, 버스 바(30)가 단선되고, 과전류의 흐름이 차단될 수 있다.
버스 바(30)가 복수의 관통홀(33)을 갖는 파단부(P)를 구비함에 따라, 파단부(P)에서 기계적 강도(예를 들면, 인장 강도)가 저하될 수 있다. 따라서, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐르지 않는 경우에도, 외부 충격 등으로 인해 파단부(P)에 응력이 집중되어 파단부(P)가 파단될 수 있다.
특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 큰 관통홀을 갖는 A 타입의 버스 바의 경우와, 복수의 관통홀이 버스 바의 폭 방향(W)(전류의 방향(L)에 직교하는 방향)으로만 일렬로 배열된 B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바의 경우에는, 작은 크기의 파단부에 복수의 관통홀이 집중적으로 형성된다. 따라서, 작은 면적을 갖는 파단부에 외부 충격에 응력이 집중될 수 있으며, 이에 따라, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐르지 않는 경우에도, 외부 충격 등으로 인해 파단부(P)가 파단될 수 있다.
파단부(P)에서의 버스 바(30)의 기계적 강도를 증대시키기 위해, A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바에 비하여, 파단부(P)의 면적(복수의 관통홀(33)이 분포되는 영역의 크기)을 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 증가시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀(33)은 전류의 방향(L)에 대해 소정의 각도(G)를 갖는 열을 따라 배열될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(33)은 전류의 방향(L)에 대해 사선(대각선) 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 전류의 방향(L)과 평행한 버스 바(30)의 중심축(LC)과 복수의 관통홀(33)을 연결하는 가상의 연결선(HC)은 소정의 각도(G)를 이룰 수 있다. 이에 따라, 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 가장 바깥쪽에 형성되는 관통홀(33) 사이의 거리(LR)가 증가할 수 있다. 따라서, 파단부(P)의 면적(복수의 관통홀(33)이 분포되는 영역의 크기)이 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 증가될 수 있다.
이와 같이 배열되는 복수의 관통홀(33)을 갖는 버스 바(30)에 따르면, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐를 때 버스 바(30)가 파단되어 전류를 차단하는 기본적인 특성(이하, 제1 특성이라 한다)은 물론, 복수의 관통홀(33)의 형성에 따라 저하될 수 있는 파단부(P)의 기계적 강도를 보완하는 특성(이하, 제2 특성이라 한다)이 구현될 수 있다.
제1 특성 및 제2 특성을 모두 구현하기 위해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 다수의 실험 및 다수의 시뮬레이션을 통해, 복수의 관통홀(33)의 최적의 배열 형태가 도출될 수 있다.
여기에서, 제1 특성은 전류가 흐르는 방향(L)에 직교하는 방향(W)의 단면적을 축소하는 것을 통해 구현될 수 있다. 제2 특성은 복수의 관통홀(33)을 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 분포시키는 것에 의해 구현될 수 있다.
전류가 흐르는 방향(L)에 직교하는 방향(W)의 단면적을 축소하면서, 복수의 관통홀(33)을 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 분포시킬 수 있도록, 복수의 관통홀(33)을 연결하는 연결선(HC) 및 전류의 방향(L)과 평행한 버스 바(30)의 중심축(LC)이 이루는 각도(G)는 45도 내외인 것이 바람직하며, 적어도 30도 내지 60도 사이의 각도인 것이 바람직하다.
버스 바(30)의 파단부(P)의 기계적 강도를 더욱 보완하기 위해, 복수의 관통홀(33)은 버스 바(30)의 폭 방향(W)으로 서로 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 복수의 관통홀(33) 중 적어도 두 개의 관통홀(33)은 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 간격(LD)을 갖도록 배치될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(33)은 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 이격되게 배치될 수 있다. 따라서, 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로의 복수의 관통홀(33) 사이에는 관통홀(33)에 의해 관통되지 않은 소정의 영역이 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 소정의 영역의 존재에 의해, 버스 바(30)의 파단부(P)의 기계적 강도가 유지될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 버스 바(30)의 파단부(P)의 기계적 강도를 유지하기 위해, 복수의 관통홀(33)이 최적의 배열로 분포될 수 있다. 복수의 관통홀(33)은 적어도 2개 이상의 가상의 연결선(HC1, HC2)을 따라 배치될 수 있다. 연결선(HC1, HC2)은 서로 평행할 수 있거나 서로 교차할 수 있다. 연결선(HC1, HC2)은 서로 평행할 수 있거나 서로 교차하는 경우, 복수의 관통홀(33)은 버스 바(30)의 길이 방향(L) 및 폭 방향(W)으로 지그재그 형태로(교번적으로) 배열될 수 있다. 연결선(HC1, HC2)이 서로 교차하는 경우(즉, 연결선(HC1, HC2)이 소정의 각도를 이루는 경우), 복수의 관통홀(33)은 V자 형태로 배열될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀(33) 중 적어도 일부는 상이한 크기(직경)를 가질 수 있다. 복수의 관통홀(33)의 각각의 크기에 따라 복수의 관통홀(33) 사이의 영역의 크기가 달라질 수 있다. 복수의 관통홀(33)의 각각의 크기에 따라, 전류가 흐르는 방향(L)에 직교하는 방향(W)의 단면적과, 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로의 복수의 관통홀(33) 사이의 간격(LD)이 달라질 수 있다. 따라서, 복수의 관통홀(33)의 각각의 크기를 달리함으로써, 제1 특성 및 제2 특성을 최적으로 구현할 수 있다.
다양한 원인에 의해 외부 단락이 발생되어, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐르게 되면, 복수의 관통홀(33)을 갖는 파단부(P)에서 전기 저항열이 발생된다. 특히, 복수의 관통홀(33) 사이에 전기 저항이 집중되어 국부적으로 가열된다. 파단부(P)의 온도가 버스 바(30)를 이루는 재료의 용융점에 도달하면, 파단부(P)가 용융되면서 파단된다. 따라서, 버스 바(30)을 통한 과전류의 흐름이 차단될 수 있으며, 과전류로 인해 발생될 수 있는 배터리 팩의, 열 폭주, 폭발, 파열 등의 사고가 방지될 수 있다.
도 6은 A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바와 대비하여, D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바의 열 특성(버스 바(30)의 파단부(P)에서의 온도 분포)을 비교한 결과를 도시하는 도면이다.
전술한 바와 같이, A 타입의 버스 바는 하나의 큰 관통홀을 가지며, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바는 버스 바의 폭 방향(W)(전류의 방향(L)에 직교하는 방향)으로만 배열된 복수의 관통홀을 갖는다.
그리고, D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바는 본 발명의 실시예에 따른 버스 바로서, 버스 바(30)를 흐르는 전류의 방향(L)에 대해 각도(G)를 이루는 가상의 연결선(HC)을 따라 배치되는 복수의 관통홀(33)을 갖는다.
도 6에 도시된 버스 바(30)의 파단부(P)에서의 온도 분포로부터 알 수 있는 바와 같이, A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바의 경우에는, 파단부에서 전류가 흐르는 방향(L)에 직교하는 방향(W)의 단면적이 축소됨에 따라, 파단부에 전기 저항이 집중되고, 이에 따라, 파단부가 국부적으로 가열되는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바의 경우에도, A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바와 같이, 파단부(P)에서 열이 국부적으로 집중되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바도 양호한 제1 특성을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
도 7 및 표 1은 각종 버스 바의 파단부에서 용융점에 도달하는 시간을 나타낸 것이다.
A 타입 B 타입 C 타입 D 타입 E 타입 F 타입
용융점도달시간(sec) 16.7 18.6 18.8 19.1 18.9 18.2
도 7 및 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바는 A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바와, 용융점에 도달하는 시간에 있어, 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
따라서, 버스 바(30)를 흐르는 전류의 방향(L)에 대해 각도(G)를 이루는 가상의 연결선(HC)을 따라 배치되는 복수의 관통홀(33)을 갖는 D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바는, 제1 특성면에 있어서, A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바와 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 D 타입의 버스 바, E 타입의 버스 바 및 F 타입의 버스 바의 경우에는, 복수의 관통홀(33)이 버스 바(30)의 길이 방향(L)으로 분포되므로, A 타입의 버스 바, B 타입의 버스 바 및 C 타입의 버스 바와 대비하여, 제2 특성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 버스 바(30)를 갖는 배터리 팩에 따르면, 버스 바(30)를 통해 과전류가 흐를 때 버스 바(30)가 파단되어 전류를 차단하는 기본적인 특성(제1 특성)을 유지하면서, 복수의 관통홀(33)의 형성에 따라 저하될 수 있는 파단부(P)의 기계적 강도를 보완하는 특성(제2 특성)을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경될 수 있다.

Claims (9)

  1. 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고,
    상기 버스 바는 과전류에 따른 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되도록 복수의 관통홀을 갖는 파단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 상기 버스 바를 흐르는 전류의 방향에 대해 소정의 각도를 이루는 가상의 연결선을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 서로 이격된 복수의 가상의 연결선을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 가상의 연결선은 서로에 대해 소정의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 전류의 방향과 직교하는 방향으로 서로 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 전류의 방향으로 소정의 간격으로 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 관통홀 중 적어도 일부는 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    전류의 방향으로의 상기 복수의 관통홀 사이에는 상기 관통홀에 의해 관통되지 않은 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하고,
    상기 버스 바는 과전류에 따른 전기 저항열에 의해 용융되면서 파단되도록 복수의 관통홀을 갖는 파단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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