特許第6804662号(P6804662)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6804662バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6804662
(24)【登録日】2020年12月4日
(45)【発行日】2020年12月23日
(54)【発明の名称】バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/34 20060101AFI20201214BHJP
   H01M 2/10 20060101ALI20201214BHJP
【FI】
   H01M2/34 A
   H01M2/10 M
   H01M2/10 S
【請求項の数】13
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2019-548852(P2019-548852)
(86)(22)【出願日】2018年6月11日
(65)【公表番号】特表2020-515002(P2020-515002A)
(43)【公表日】2020年5月21日
(86)【国際出願番号】KR2018006603
(87)【国際公開番号】WO2019004632
(87)【国際公開日】20190103
【審査請求日】2019年5月29日
(31)【優先権主張番号】10-2017-0081350
(32)【優先日】2017年6月27日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】500239823
【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100122161
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 崇
(72)【発明者】
【氏名】スン−チャン・ホン
(72)【発明者】
【氏名】ケ−ヨン・リュ
【審査官】 太田 一平
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2017/098838(WO,A1)
【文献】 特開2015−002113(JP,A)
【文献】 特開2015−053145(JP,A)
【文献】 韓国公開特許第10−2016−0026469(KR,A)
【文献】 特表2014−528149(JP,A)
【文献】 韓国公開特許第10−2014−0028943(KR,A)
【文献】 韓国登録特許第10−1449307(KR,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/10
H01M 2/20 − 2/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1バッテリーセルの第1電極リードと電気的に連結された第1バスバー;
第2バッテリーセルの第2電極リードと電気的に連結された第2バスバー;
前記第1バッテリーセル及び前記第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動し、前記第1バスバーと前記第2バスバーとの間に介在するように前記第1バスバー及び前記第2バスバーに接触し、前記第1バスバーと前記第2バスバーとを電気的に連結させて、前記第1バスバー、前記第2バスバー、及び外部電源との間に第1短絡回路を形成し、かつ、第1バッテリーセル、第2バッテリーセル、第1バスバー、及び第2バスバーとの間に第2短絡回路を形成することにより短絡を発生させる短絡部;及び
前記第1電極リード、前記第2電極リード、前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記短絡部の少なくとも一部を収容または支持するカートリッジ;を含むバッテリーモジュールであって、
前記第1バスバー及び前記第2バスバーの少なくとも1つは、前記短絡が発生した場合、破断して前記第1バッテリーセル又は前記第2バッテリーセルと前記外部電源との電気的連結を遮断し、かつ、前記第2短絡回路に流れる短絡電流を遮断する破断部をさらに含む、バッテリーモジュール
【請求項2】
前記短絡部は、
一端に短絡端子が安着する安着部を備え、他端に前記第1バッテリーセルの一端と接触して前記膨張力の印加を受ける接触部を備えるスライドバー;及び
一端と他端がそれぞれ前記接触部と前記カートリッジに接触して、前記スライドバーが前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動する場合、前記スライドバーによって圧縮されて衝撃を吸収する緩衝部材;を含む、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記スライドバーは、前記第1バッテリーセル及び前記第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積が増加する場合、前記接触部を通じて前記膨張力の印加を受けて前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動する、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記短絡端子は、前記第1バスバー及び前記第2バスバーと接触して、前記第1バスバーと前記第2バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させる、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記短絡端子は、伝導性材質で形成される、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記第1バスバーは、
前記第1電極リードと接触して電気的に連結される第1連結プレート;
前記第1連結プレートから前記第1バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第1電源プレート;及び
前記第1電源プレートから前記第2バスバーに向かって突設された第1突出プレートを備える、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記第2バスバーは、
前記第2電極リードと接触して電気的に連結される第2連結プレート;
前記第2連結プレートから前記第2バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第2電源プレート;及び
前記第2電源プレートから前記第1バスバーに向かって突設された第2突出プレートを備える、請求項6に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記破断部は、前記第1バスバーまたは前記第2バスバーの平均断面積より小さい断面積を有するように形成される、請求項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
前記破断部は、前記第1バスバーの第1電源プレート及び前記第バスバーの第2電源プレートの少なくとも1つに形成される、請求項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項10】
前記カートリッジは、内側に前記短絡部の外形に対応する形状の収容空間が形成されて前記短絡部を内側に収容する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項11】
前記カートリッジは、対面接触して電気的に連結された前記第1電極リード及び前記第1バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し、対面接触して電気的に連結された前記第2電極リード及び前記第2バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項12】
請求項1〜請求項11のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
【請求項13】
請求項1〜請求項11のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの過充電を防止して安全性が向上したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
【0002】
本出願は、2017年6月27日出願の韓国出願第10−2017−0081350号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【0003】
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
【0004】
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【0005】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
【0006】
一般にリチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けられる。
【0007】
最近は携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。特に、炭素エネルギーが徐々に枯渇し、環境に対する関心が高まるとともに、米国、欧州、日本、韓国を含めて全世界的にハイブリッド自動車と電気自動車に関心が集められている。このようなハイブリッド自動車や電気自動車において最も核心的部品は車両モーターに駆動力を付与するバッテリーパックである。ハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリーパックの充放電を通じて車両の駆動力を得るため、エンジンのみを使用する自動車に比べて燃費が優れ、公害物質を排出しないか又は減少できるという長所から、ユーザーが次第に増加している。そして、このようなハイブリッド自動車や電気自動車のバッテリーパックには多数の二次電池が含まれ、このような多数の二次電池は互いに直列及び並列で連結されることで容量及び出力を向上させる。
【0008】
このような二次電池は、優れた電気的特性を有しているものの、過充電、過放電、高温への露出、電気的短絡など非正常的な作動状態で、電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応が引き起こされて熱とガスが発生し、これにより二次電池が膨張する、いわゆる膨れ(スウェリング、swelling)現象が生じる問題点がある。膨れ現象は分解反応を加速化させ、熱暴走による二次電池の爆発及び発火を引き起こすこともある。
【0009】
したがって、二次電池には、過充電、過放電、過電流時に電流を遮断する保護回路、温度が上昇するとき抵抗が大きく増加して電流を遮断するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子、ガス発生によって圧力が上昇するとき電流を遮断するか又はガスを排気する安全ベントなどの安全システムが備えられている。
【0010】
特に、従来は、膨れ現象が発生しても電池パックの安全性を保障するため、二次電池の体積が膨張すれば物理的変化によって遮断される電気的連結部材に対する研究が行われている。
【0011】
しかし、このような電気的連結部材を用いても、二次電池が一定体積以上に膨張すれば、遮断を確実に保障し難いという問題点がある。
【0012】
また、二次電池は、非正常的な作動状態だけでなく、正常的な作動状態でも一定の膨張と収縮を繰り返すため、正常な範囲内での膨張であるにも遮断されてしまう恐れがあり、作動信頼性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、第1バッテリーセル及び第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて第1バスバー及び第2バスバーに向かって移動及び接触し、第1バスバーと第2バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させることで、第1バスバーに形成された破断部が破断してバッテリーモジュールの過充電を防止できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
【0014】
本発明の目的は、上記の目的に制限されず、他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、第1バッテリーセルの第1電極リードと電気的に連結された第1バスバー、第2バッテリーセルの第2電極リードと電気的に連結された第2バスバー、前記第1バッテリーセル及び前記第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動し、前記第1バスバーと前記第2バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させる短絡部、並びに前記第1電極リード、前記第2電極リード、前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記短絡部の少なくとも一部を収容または支持するカートリッジを含む。
【0016】
好ましくは、前記短絡部は、他端に前記第1バッテリーセルの一端と接触して前記膨張力の印加を受ける接触部を備え、一端に短絡端子が安着する安着部を備えるスライドバー、及び一端と他端がそれぞれ前記接触部と前記カートリッジに接触して、前記スライドバーが前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動する場合、前記スライドバーによって圧縮されて衝撃を吸収する緩衝部材を含むことができる。
【0017】
好ましくは、前記スライドバーは、前記第1バッテリーセル及び前記第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積が増加する場合、前記接触部を通じて前記膨張力の印加を受けて前記第1バスバー及び前記第2バスバーに向かって移動し得る。
【0018】
好ましくは、前記短絡端子は、前記第1バスバー及び前記第2バスバーと接触して、前記第1バスバーと前記第2バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させ得る。
【0019】
好ましくは、前記短絡端子は伝導性材質で形成され得る。
【0020】
好ましくは、前記第1バスバーは、前記第1電極リードと接触して電気的に連結される第1連結プレート、前記第1連結プレートから前記第1バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第1電源プレート、及び前記第1電源プレートから前記第2バスバーに向かって突設された第1突出プレートを備えることができる。
【0021】
好ましくは、前記第2バスバーは、前記第2電極リードと接触して電気的に連結される第2連結プレート、前記第2連結プレートから前記第2バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第2電源プレート、及び前記第2電源プレートから前記第1バスバーに向かって突設された第2突出プレートを備えることができる。
【0022】
好ましくは、前記第1バスバー及び前記第2バスバーの少なくとも1つは、短絡が発生した場合、破断して外部との電気的連結を遮断する破断部をさらに含むことができる。
【0023】
好ましくは、前記破断部は、前記第1バスバーまたは前記第2バスバーの平均断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。
【0024】
好ましくは、前記破断部は、前記第1バスバーの第1電源プレート及び前記第2バスバーの第2電源プレートの少なくとも1つに形成され得る。
【0025】
好ましくは、前記カートリッジは、内側に前記短絡部の外形に対応する形状の収容空間が形成されて、前記短絡部を内側に収容し得る。
【0026】
好ましくは、前記カートリッジは、対面接触して電気的に連結された前記第1電極リード及び前記第1バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し、対面接触して電気的に連結された前記第2電極リード及び前記第2バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し得る。
【0027】
本発明によるバッテリーパックは、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
【0028】
本発明による自動車は、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、第1バッテリーセル及び第1バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力によって第1バスバーと第2バスバーとを電気的に連結して短絡を発生させることで、第1バスバー及び第2バスバーの少なくとも1つに形成された破断部が破断してバッテリーモジュールの過充電を防止し、バッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。
図2】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールケースのみを分離して示した分解斜視図である。
図3】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第1バスバー、第2バスバー及び短絡部を分離して示した拡大分解斜視図である。
図4】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加する前の状態を上面から見た図である。
図5】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第1バッテリーセル、第2バッテリーセル、第3バッテリーセル、第1バスバー及び第2バスバーのみを示した図である。
図6】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部が破断した後の状態を側面から見た図である。
図7】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加した後の状態を上面から見た図である。
図8】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電前の等価回路図である。
図9】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動した直後の等価回路図である。
図10】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動して破断部が破断した後の等価回路図である。
図11】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのカートリッジの内部を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これによって、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施できるであろう。本発明の説明において、本発明に関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合は詳細な説明を省略する。なお、図面における同じ参照符号は同一または類似の構成要素を示すものである。
【0032】
図1は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図であり、図2は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールケースのみを分離して示した分解斜視図であり、図3は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第1バスバー、第2バスバー及び短絡部を分離して示した拡大分解斜視図であり、図4は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加する前の状態を上面から見た図である。
【0033】
図1図4を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールはモジュールケースC1、C2、C3、バッテリーセル110a、110b、110c、バスバー200a、200b、短絡部300及びカートリッジ400を含むことができる。
【0034】
前記モジュールケースC1、C2、C3は、本発明によるバッテリーモジュールの構成要素を内部に収容し、外部から印加される衝撃からバッテリーモジュールを保護することができる。
【0035】
より具体的に、前記モジュールケースC1、C2、C3は、バッテリーセル110a、110b、110c、バスバー200a、200b及び短絡部300を内部空間に収容するハウジングC1、ハウジングC1の上部を覆うカバーC2、及びハウジングC1の内側でバッテリーセル110a、110b、110cを左右方向から支持するクランプC3で構成され得る。
【0036】
このような前記モジュールケースC1、C2、C3のハウジングC1とカバーC2とは、溶接によって密閉され得る。
【0037】
一方、前記ハウジングC1には、内部空間に収容されたバスバー200a、200bが前方に向かって外部に突出するバスバー孔C1−1、C1−2が前面に形成され得る。これによって、バッテリーセル110a、110b、110cの電極リードと連結されたバスバー200a、200bが前記モジュールケースC1、C2、C3の外部に突出し露出することで、外部電源が前記モジュールケースC1、C2、C3の外部に露出したバスバー200a、200bと電気的に連結されて、バッテリーセル110a、110b、110cの充放電が可能になる。
【0038】
また、前記ハウジングC1には、内部空間で相互対面接触したバッテリーセル110a、110b、110cの電極リードとバスバー200a、200bとが左右側に向かって外部に突出する支持孔C1−3、C1−4が左右側面に形成され得る。これによって、相互対面接触したバッテリーセル110a、110b、110cの電極リードとバスバー200a、200bとが外部に露出でき、地面から離隔しても支持孔C1−3、C1−4の内側に支持されて接触状態が安定的に維持され得る。
【0039】
一方、前記クランプC3は、バッテリーセル110a、110b、110cの左右側面と下部を囲みながら、バッテリーセル110a、110b、110cを左右方向で支持することができる。これによって、前記クランプC3は、過充電によってバッテリーセル110a、110b、110cの体積が増加する場合、バッテリーセル110a、110b、110cの左右側面に圧力を印加して、前後方向に体積が増加するように膨れを制御することができる。
【0040】
すなわち、前記クランプC3は、過充電によってバッテリーセル110a、110b、110cの体積が増加する方向を、電極リードが形成された前後方向に誘導することができる。これによって、本発明によるバッテリーセル110a、110b、110cは、過充電によって体積が増加する場合、電極リードが形成された前後面が膨張するようになる。
【0041】
本発明によるモジュールケースC1、C2、C3は、上述したように、バッテリーモジュールの構成要素を内部空間に収容して構成要素を保護できれば、その種類が特に限定されず、多様なケースを本発明によるバッテリーモジュールに採用できる。
【0042】
前記バッテリーセル110a、110b、110cは複数個備えられ、それぞれのバッテリーセル110a、110b、110cは左右方向に並んで積層され得る。
【0043】
バッテリーセル110a、110b、110cの種類は特に限定されず、多様な二次電池を本発明によるバッテリーモジュールに採用できる。例えば、前記バッテリーセル110a、110b、110cは、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などで構成され得る。特に、前記バッテリーセル110a、110b、110cは、リチウム二次電池であり得る。
【0044】
一方、バッテリーセル110a、110b、110cは、外装材の種類によって、パウチ型、円筒型、角形などに分類され得る。特に、本発明によるバッテリーモジュールのバッテリーセル110a、110b、110cは、パウチ型二次電池であり得る。
【0045】
バッテリーセル110a、110b、110cがパウチ型二次電池で具現された場合、図2に示されたように、各バッテリーセル110a、110b、110cは広い面が左側と右側に位置して、それぞれのバッテリーセル110a、110b、110cの広い面が相互対面するように構成され得る。また、この場合、各バッテリーセル110a、110b、110cは、前方に向かって突出するか、または、前方に向かって突出してから折り曲げられる形態で形成される電極リード120a、120bを備えることができる。
【0046】
電極リード120a、120bは、正極リードと負極リードで構成され、正極リードは電極組立体の正極板に連結され、負極リードは電極組立体の負極板に連結され得る。
【0047】
一方、本発明によるバッテリーモジュールは、左側端に位置する第1バッテリーセル110a、右側端に位置する第2バッテリーセル110b、及び第1バッテリーセル110aと第2バッテリーセル110bとの間に位置する複数の第3バッテリーセル110cで構成され得る。このとき、第1バッテリーセル110a及び第2バッテリーセル110bそれぞれの電極リードは、異なる極性の電極リード120a、120bが同じ方向に向かうように配置され得る。また、第1バッテリーセル110a及び第2バッテリーセル110bのそれぞれの電極リードは前後方に向かって突出した形状に形成され得る。
【0048】
より具体的に、図3に示されたように、第1バッテリーセル110aは正極である第1電極リード120aが前方に向かって配置され、第2バッテリーセル110bは負極である第2電極リード120bが前方に向かって配置され得る。
【0049】
一方、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aは、後述する第1バスバー200aと物理的に接触して電気的に連結され得る。これにより、第1電極リード120aは、第1バスバー200aを通じて外部電源の正極と電気的に連結され得る。
【0050】
第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bは、後述する第2バスバー200bと物理的に接触して電気的に連結され得る。これにより、第2電極リード120bは、第2バスバー200bを通じて外部電源の負極と電気的に連結され得る。
【0051】
ここで、第1バスバー200aは、本発明によるバスバー200a、200bのうち第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと電気的に連結されるバスバーであり、第2バスバー200bは、本発明によるバスバー200a、200bのうち第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bと電気的に連結されるバスバーであり得る。
【0052】
以下、本発明による第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと第1バスバー200aとの間の連結構造、及び第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bと第2バスバー200bとの間の連結構造について具体的に説明する。
【0053】
図5は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第1バッテリーセル、第2バッテリーセル、第3バッテリーセル、第1バスバー及び第2バスバーのみを示した図である。
【0054】
図5を参照すれば、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aは、第1バッテリーセル110aから前方に向かって突出してからバッテリーモジュールの外側に向かって略直角に折り曲げられることで、第1バスバー200aと対面接触し得る。
【0055】
より具体的に、前記第1バスバー200aは、第1連結プレート210a、第1電源プレート220a及び第1突出プレート230aを含むことができる。
【0056】
第1連結プレート210aは板状に形成され、第1電極リード120aと相互対面接触して電気的に連結され得る。
【0057】
このとき、第1連結プレート210aは、第1電極リード120aの突出方向と同じ方向に延びて形成され得る。換言すれば、第1連結プレート210aは、第1バッテリーセル110aの前方に向かって延びてから垂直に折り曲げられた第1電極リード120aの折曲方向と同じ方向に延びて形成され得る。
【0058】
一方、第1連結プレート210aは、第1電極リード120aと溶接によって物理的に接触して電気的に連結され得る。
【0059】
このとき、第1連結プレート210aは、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと対面接触して電気的に連結された状態で、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され得る。
【0060】
また、第1連結プレート210aは、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと対面接触して電気的に連結された状態で、ハウジング(図2のC1)の支持孔(図2のC1−3)を通って外部に露出し得る。
【0061】
前記第1電源プレート220aは、他端が第1連結プレート210aの一端と連結され、第1連結プレート210aの一端から第1バッテリーセル110aの前方に向かって延設され得る。すなわち、第1電源プレート220aの他端は第1連結プレート210aの一端と垂直に接し、第1電源プレート220aの一端は第1バッテリーセル110aの前方に向かって延長され得る。
【0062】
また、第1電源プレート220aは、一端が外部電源の正極と電気的に連結され得る。
【0063】
このとき、第1電源プレート220aは、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され、他の一部がハウジング(図2のC1)のバスバー孔(図2のC1−1)を通って外部に露出し得る。
【0064】
第1突出プレート230aは、第1電源プレート220aから第2バスバー200bに向かって突設され得る。
【0065】
より具体的に、第1突出プレート230aは、第1電源プレート220aの内側面から第1電源プレート220aと略垂直に突出して形成され得る。
【0066】
また、第1突出プレート230aは、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され得る。
【0067】
一方、第1バスバー200aは、破断部240aをさらに含むことができる。
【0068】
破断部240aは、図3に示されたように、第1電源プレート220aに形成され得る。より具体的に、破断部240aは、第1電源プレート220aのうち、第1突出プレート230aよりも第1バッテリーセル110aにさらに近い位置に形成され得る。
【0069】
一方、破断部240aは、第1連結プレート210a、第1電源プレート220a及び第1突出プレート230aの断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。換言すれば、第1バスバー200aに形成された破断部240aは、第1バスバー200aの平均断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。
【0070】
このような破断部240aは、第1連結プレート210a、第1電源プレート220a及び第1突出プレート230aの断面積より小さい断面積を有するように形成されることで、電流が流れれば、抵抗値が大きくなり得る。
【0071】
これによって、第1バスバー200aと第2バスバー200bとが電気的に連結されて、第1バスバー200a、第2バスバー200b及び外部電源の間に短絡回路が形成される場合、第1バスバー200aに過電流が流れるようになって高温の抵抗熱が発生することで、破断部240aが破断できる。
【0072】
第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bは、第2バッテリーセル110bから前方に向かって突出してからバッテリーモジュールの外側、すなわち、上述した第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aが折り曲げられた方向の逆方向に向かって略直角に折り曲げられることで、第2バスバー200bに対面接触し得る。
【0073】
より具体的に、前記第2バスバー200bは、第2連結プレート210b、第2電源プレート220b及び第2突出プレート230bを含むことができる。
【0074】
第2連結プレート210bは板状に形成され、第2電極リード120bと相互対面接触して電気的に連結され得る。
【0075】
このとき、第2連結プレート210bは、第2電極リード120bの突出方向と同じ方向に延びて形成され得る。換言すれば、第2連結プレート210bは、第2バッテリーセル110bの前方に向かって延びてから垂直に折り曲げられた第2電極リード120bの折曲方向と同じ方向に延びて形成され得る。
【0076】
一方、第2連結プレート210bは、第2電極リード120bと溶接によって物理的に接触して電気的に連結され得る。
【0077】
このとき、第2連結プレート210bは、第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bと対面接触して電気的に連結された状態で、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され得る。
【0078】
また、第2連結プレート210bは、第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bと対面接触して電気的に連結された状態で、ハウジング(図2のC1)の支持孔(図2のC1−4)を通って外部に露出し得る。
【0079】
前記第2電源プレート220bは、他端が第2連結プレート210bの一端と連結され、第2連結プレート210bの一端から第2バッテリーセル110bの前方に向かって延設され得る。すなわち、第2電源プレート220bの他端は第2連結プレート210bの一端と垂直に接し、第2電源プレート220bの一端は第2バッテリーセル110bの前方に向かって延長され得る。
【0080】
また、第2電源プレート220bは、一端が外部電源の負極と電気的に連結され得る。
【0081】
このとき、第2電源プレート220bは、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され、他の一部がハウジング(図2のC1)のバスバー孔(図2のC1−2)を通って外部に露出し得る。
【0082】
第2突出プレート230bは、第2電源プレート220bから第1バスバー200aに向かって突設され得る。
【0083】
より具体的に、第2突出プレート230bは、第2電源プレート220bの内側面から第2電源プレート220bと略垂直に突出して形成され得る。
【0084】
また、第2突出プレート230bは、後述するカートリッジ(図3の400)の支持溝(図3の420)に一部が挿入されて支持され得る。
【0085】
図6は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部が破断した後の状態を側面から見た図である。
【0086】
図6を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュールは、第1バスバー200aと第2バスバー200bとが電気的に連結されて短絡が発生すれば、図6に示されたように、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと外部電源との間を電気的に連結する第1バスバー200aの破断部240aが破断することで、充電が中断できる。
【0087】
換言すれば、第1バスバー200aと第2バスバー200bとが電気的に連結されて短絡が発生すれば、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと連結された第1連結プレート210aと、外部電源と連結された第1電源プレート220aとを連結する破断部240aが破断することで、充電が中断できる。
【0088】
ここで、第1バスバー200aと第2バスバー200bとの電気的連結は、後述する短絡部300が第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動して、短絡部300に備えられた短絡端子322が第1バスバー200a及び第2バスバー200bと同時に接触して電気的に連結されることで発生し得る。また、短絡部300は、過充電による第1バッテリーセル110aの体積増加によって発生する膨張力の印加を受けて、第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動できる。このとき、短絡部300は、第1バッテリーセル110aの外に、第1バッテリーセル110aと隣接した他のバッテリーセル110cの体積が増加する場合、第1バッテリーセル110aと隣接した他のバッテリーセル110cから膨張力の印加を受け得る。
【0089】
以下、第1バッテリーセル110aの体積が増加する場合のみについて説明するが、第1バッテリーセル110aだけでなく、第1バッテリーセル110aと隣接した他のバッテリーセル110cの体積が増加する場合にも短絡部300に膨張力が印加され得ることは勿論である。
【0090】
本発明によるバッテリーモジュールは、第1バッテリーセル110aの過充電による体積増加によって発生する膨張力を短絡部(図3の300)に印加して、第1バスバー200aと第2バスバー(図3の200b)とを電気的に連結させることができる。その後、本発明によるバッテリーモジュールは、第1バスバー200aと第2バスバー(図3の200b)に流れる高電流の短絡電流によって第1バスバー200aの破断部240aが破断することで、充電を中断させてバッテリーモジュールの過充電の進行を防止することができる。
【0091】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部240aが第1バスバー200aに形成される形態が説明されたが、本発明の他の実施例による破断部は第2バスバーに形成されても良く、本発明のさらに他の実施例による破断部は第1バスバーと第2バスバーの両方に形成されても良い。
【0092】
また、前記破断部240aは、上述したように、隣接領域と比べて幅がより狭く形成されるが、これに限定されず、隣接領域より融点の低い金属で形成されても良く、他にも、ヒューズとして機能可能な形態であれば、本発明の破断部240aとして制限なく適用できる。
【0093】
以下、上述した短絡部300について具体的に説明する。
【0094】
短絡部300は、第1バッテリーセル110aの体積増加による膨張力の印加を受けて第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動して第1バスバー200a及び第2バスバー200bと接触することで、短絡を起こすことができる。
【0095】
そのため、短絡部300は、スライドバー320及び緩衝部材310を含むことができる。
【0096】
スライドバー320は、第1バッテリーセル110aと他端が接触して膨張力の印加を受け、第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動することができる。そのため、スライドバー320は、他端に半円筒状の接触部321を備えることができる。接触部321は、第1バッテリーセル110aから複数の方向で発生する膨張力を一定に受けるため、第1バッテリーセル110aと接触する面が曲面で形成され得る。
【0097】
一方、スライドバー320は、一端に第1バスバー200a及び第2バスバー200bと接触する短絡端子322が安着する安着部を備え得る。
【0098】
安着部は板状に形成され、板状に形成された短絡端子322と面接触することで、短絡端子322が第1バスバー200a及び第2バスバー200bと接触したとき、短絡端子322を安定的に支持することができる。
【0099】
緩衝部材310は、一端と他端がそれぞれ接触部321とカートリッジ400に接触して、スライドバー320が第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動する場合、スライドバー320によって圧縮されることで衝撃を吸収することができる。
【0100】
また、緩衝部材310は、接触部321とカートリッジ400との間に配置されて、短絡部300が第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かって移動することを阻止することで、バッテリーモジュールに過充電が発生せず、第1バッテリーセル110aの体積増加による膨張力の印加がない場合、第1バスバー200a及び第2バスバー200bに不要な短絡が発生することを防止することができる。
【0101】
このような緩衝部材310は、スポンジ構造またはバネ構造で形成され得、衝撃を吸収可能なものであれば、その種類は制限されない。
【0102】
図7は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加した後の状態を上面から見た図である。
【0103】
図7を参照すれば、バッテリーモジュールが過充電されれば、第1バッテリーセル110aの体積が増加する。このとき、第1バッテリーセル110aの体積が増加すれば、スライドバー320の接触部321に第1バッテリーセル110aから膨張力が印加され得る。
【0104】
その後、スライドバー320は、接触部321に印加された膨張力によって第1バスバー200a及び第2バスバー200bに向かう方向に移動できる。最終的に、スライドバー320の安着部に安着した短絡端子322が第1バスバー200a及び第2バスバー200bと接触し、第1バスバー200aと第2バスバー200bとを電気的に連結させることができる。
【0105】
これにより、短絡端子322、第1バスバー200a及び第2バスバー200bを含む回路が短絡回路を形成することができる。
【0106】
そのため、短絡端子322は伝導性材質で形成され得る。
【0107】
このように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、過充電によって第1バッテリーセル110aの体積が増加する場合、短絡部300が第1バッテリーセル110aから膨張力の印加を受けて第1バスバー200a及び第2バスバー200bに移動し、第1バスバー200aと第2バスバー200bとを電気的に連結させることで、短絡を発生させることができる。
【0108】
以下、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの短絡部の移動による回路構成について説明する。
【0109】
図8は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電前の等価回路図であり、図9は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動した直後の等価回路図であり、図10は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動して破断部が破断した後の等価回路図である。
【0110】
図8図10を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュールが過充電されずに正常状態で動作する場合、図8に示されたように、複数のバッテリーセル110a、110b、110cの体積が増加しないため、第1バスバー200aと第2バスバー200bとは電気的に短絡されていない。
【0111】
しかし、図9に示されたように、本発明によるバッテリーモジュールが過充電されて第1バッテリーセル110aの体積が増加する場合、短絡部300は第1バッテリーセル110aから膨張力の印加を受けて第1バスバー200a及び第2バスバー200bに移動する。これによって、短絡部300の短絡端子が第1バスバー200a及び第2バスバー200bと接触し、第1バスバー200aと第2バスバー200bとを電気的に連結させることで、短絡を発生させることができる。
【0112】
これにより、短絡部300、第1バスバー200a及び第2バスバー200bを含む短絡回路が形成され、高電流Iが流れることになる。
【0113】
その後、第1バスバー200aに高電流Iが継続的に流れる場合、図10に示されたように、断面積が小さく形成されて抵抗値が大きい破断部240aが高温の抵抗熱によって破断することで、外部電源からバッテリーモジュールに供給される電力が遮断されて過充電を防止することができる。
【0114】
図11は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのカートリッジの内部を示した斜視図である。
【0115】
図11を参照すれば、カートリッジ400は、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120a、第2バッテリーセル110bの第2電極リード120b、第1バスバー200a、第2バスバー200b及び短絡部300の少なくとも一部を収容または支持することができる。
【0116】
より具体的に、カートリッジ400は、対面接触して電気的に連結された第1バッテリーセル110aの第1電極リード120aと第1バスバー200aとを下部で支持し、対面接触して電気的に連結された第2バッテリーセル110bの第2電極リード120bと第2バスバー200bとを下部で支持することができる。
【0117】
そのため、カートリッジ400には、第1バッテリーセル110aの第1電極リード120a、第2バッテリーセル110bの第2電極リード120b、第1バスバー200a及び第2バスバー200bの折曲形状に対応する形状の支持溝420が形成され得る。
【0118】
一方、カートリッジ400は内側に短絡部300の外形と短絡部300の外形に対応する形状の収容空間410が形成され、短絡部300を内側に収容することができる。
【0119】
このとき、カートリッジ400の収容空間410は、短絡部300の移動に対応するように形成され得る。
【0120】
すなわち、カートリッジ400の収容空間410は、短絡部300が膨張力の印加を受ける前の位置及び膨張力の印加を受けて移動後の位置に対応して形成され得る。
【0121】
また、収容空間410は、短絡部300の外形に対応する形状でカートリッジ400の内側に形成され得る。
【0122】
このような本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルの非正常的な膨張の際、確実に第1バスバーを破断させて外部電圧源から供給される電力を遮断することで、バッテリーモジュールの過充電を防止し、バッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。
【0123】
一方、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールを1つ以上含む。このとき、バッテリーパックには、バッテリーモジュールの外に、このようなバッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、すなわちBMS(Battery Management System)、電流センサ、ヒューズなどがさらに含まれ得る。特に、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール毎に第1バスバー、第2バスバー、短絡部及びカートリッジを備え、バッテリーセルの非正常的な膨張の際、第1バスバーを破断させて外部電圧源から供給される電力を遮断することで、過充電の防止をバッテリーモジュール毎に行うことができる。
【0124】
本発明によるバッテリーモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含むことができる。
【0125】
上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術的思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。
【符号の説明】
【0126】
110a 第1バッテリーセル
110b 第2バッテリーセル
110c 第3バッテリーセル
120a 第1電極リード
120b 第2電極リード
200a 第1バスバー
200b 第2バスバー
210a 第1連結プレート
210b 第2連結プレート
220a 第1電源プレート
220b 第2電源プレート
230a 第1突出プレート
230b 第2突出プレート
240a 破断部
300 短絡部
310 緩衝部材
320 スライドバー
321 接触部
322 短絡端子
350 短絡端子
400 カートリッジ
420 支持溝
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11