JP2020528650A - 電流遮断部を備えたバスバー及びこれを含むバッテリーモジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は、過電流の発生時、バッテリーモジュールの安全性を効果的に確保できるバスバー及びこれを含むバッテリーモジュールを開示する。前記のような目的を達成するための本発明によるバスバーは、第１金属を備え、バッテリーモジュールの外側方向の表面が内側方向へ凹んだ段差構造が一部に形成され、一つ以上の二次電池と電気的に接続するように構成された本体部と、前記段差構造の表面が内側へ凹んだ空間に挿入され、前記第１金属よりも相対的に溶融点が低い第２金属を備える電流遮断部と、前記電流遮断部の表面の少なくとも一部を囲むように構成された被覆部材と、を含む。
Description
本発明は、電流遮断部を備えたバスバー及びこれを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、過電流の発生時、バッテリーモジュールの安全性を効果的に確保できるバスバー及びこれを含むバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１８年２月９日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００１６３８８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、すべて本出願に組み込まれる。
最近、ノートブックＰＣ、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増し、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、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化した二次電池としては、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があり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、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。
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に用いる。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とがセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に内蔵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内蔵されているパウチ型二次電池と、に分けることができる。
なお、最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、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用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池を電気的に接続する。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、軽いという長所からパウチ型二次電池がよく用いられる。
また、バッテリーモジュールの内部で二次電池が電気的に接続するためには、電極リードが相互接続し、そのような接続状態を維持するために接続部分が溶接され得る。さらに、このようなバッテリーモジュールは、二次電池間の並列及び／または直列の電気的接続を有し得、このために電極リードの一端部は、二次電池同士の電気的接続のためのバスバーに溶接するなどの方式で接触固定され得る。
そして、二次電池同士の電気的接続は、電極リードをバスバーに接合する方式で行われる場合が多い。この際、複数の二次電池を並列に電気的に接続するためには、同じ極性の電極リードを相互接続して接合し、直列に電気的に接続するためには、異なる極性の電極リードを相互接続して接合する。
従来技術では、バッテリーモジュールの複数の二次電池を電気的に接続するようにプレート形状のバスバーを用いた。そして、バスバーは、複数の単位セルの電極端子に接続し、電力ケーブルに接続する。したがって、単位セルの電流は、バスバーを介して電力ケーブルで放電されるか、または外部電源に電力ケーブルに接続するバスバーを介して単位セルへ電流が充電できる。
しかし、バッテリーモジュールの過電流の発生時、複数の二次電池に熱爆走などが発生し得、バッテリーモジュールの爆発や発火が起こる恐れがあった。さらに、外部装置と接続するバスバーへの電流集中現象が現われ得、これによって発生する高熱によって、バスバーの周辺部品が損傷することがあった。したがって、バッテリーモジュールは、高容量の電気自動車で安定的に使用しにくかった。
したがって、従来技術では、バッテリーモジュールに過電流が発生する場合、電力を制御して外部デバイスやバッテリーモジュールに問題が発生することを防止する電装部品を備えていた。しかし、このような電装部品に過負荷がかかるか、または故障が発生する場合には、電装部品が本来の機能を発揮できなかった。このため、従来技術のバッテリーモジュールは、電装部品とは別に、外部との電気的接続を遮断するようにヒューズを備えていた。
しかし、このようなヒューズがバッテリーモジュール内に装着される場合、ヒューズ周辺のハウジングなどの部品に熱的損傷を加え得るという問題があった。さらに、このようなヒューズがバッテリーモジュールに装着されれば、多くの空間を占めるようになり、バッテリーモジュールのエネルギー密度が減少することがあった。そして、別のヒューズを備えることは、バッテリーモジュールの製造コストの大きい上昇をもたらし、望ましくないという問題があった。
そこで、このような問題点を解決し、バッテリーモジュールの安定性を向上させるための技術が必要な状況である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、過電流の発生時、バッテリーモジュールの安全性を効果的に確保できるバスバー及びこれを含んだバッテリーモジュールを提供することを目的にする。
本発明の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分かるであろう。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。
上記の課題を達成するため、本発明によるバスバーは、
バッテリーモジュールに備えられるように構成され、第１金属を備え、前記バッテリーモジュールの外側方向の表面が内側方向へ凹んだ段差構造が一部に形成され、一つ以上の二次電池と電気的に接続するように構成された本体部と、
前記段差構造の表面が内側方向へ凹んで形成された空間に挿入され、前記第１金属よりも相対的に溶融点が低い第２金属を備える電流遮断部と、
前記電流遮断部の表面の少なくとも一部を囲むように構成された被覆部材と、を含み得る。
バッテリーモジュールに備えられるように構成され、第１金属を備え、前記バッテリーモジュールの外側方向の表面が内側方向へ凹んだ段差構造が一部に形成され、一つ以上の二次電池と電気的に接続するように構成された本体部と、
前記段差構造の表面が内側方向へ凹んで形成された空間に挿入され、前記第１金属よりも相対的に溶融点が低い第２金属を備える電流遮断部と、
前記電流遮断部の表面の少なくとも一部を囲むように構成された被覆部材と、を含み得る。
また、前記電流遮断部は、前記段差構造における凹んだ空間の相互離隔した上側壁と下側壁とを電気的に接続するように構成され得る。
さらに、前記段差構造において、段差部位の電流の流れ方向に直交する断面の面積が、前記電流遮断部の電流の流れ方向に直交する断面の面積よりも小さいことがある。
そして、前記段差構造において、段差部位の外側面は、前記電流遮断部の内側面と対向するように位置し得る。
また、前記バスバーは、前記段差構造における凹んだ空間の相互離隔した上側壁と下側壁とを連結し、前記電流遮断部の外側面を覆うように延びて形成された延長部をさらに含み得る。
さらに、前記電流遮断部には少なくとも一つ以上のスリットが形成され得る。
そして、前記被覆部材には、バスバーの内部と外部とが連通するように穿孔された排出口が形成され得る。
また、前記段差構造における段差部位に、バスバーの内部と外部とが連通するように穿孔された貫通孔が形成され得る。
さらに、前記電流遮断部には、一部に、前記段差構造の段差部位に形成された貫通孔を貫通するように延びて突出した突起構造が形成され得る。
そして、前記段差構造の段差部位に形成された貫通孔は、前記被覆部材の排出口と連通するように位置し得る。
また、前記被覆部材は、雲母シートであり得る。
また、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、
複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を相互電気的に接続するように構成されたバスバーと、
電気絶縁性素材を備え、前記バスバーを外側面に据え付けるように構成されたバスバーフレームと、を含む。
複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を相互電気的に接続するように構成されたバスバーと、
電気絶縁性素材を備え、前記バスバーを外側面に据え付けるように構成されたバスバーフレームと、を含む。
なお、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む。
さらに、上記の課題を達成するため、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。
本発明の一面によれば、バスバーは、本体部に段差構造を形成することで、前記バスバーに所定値以上の過電流が流れる場合、本体部の段差構造が高い抵抗熱によって溶融して切れるように構成されるため、前記バスバーは、前記段差構造によってヒューズ機能を果し、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。
また、本発明のこのような面によれば、バスバーは、本体部の段差構造によって形成された内部空間に電流遮断部を形成することで、過電流が流れる場合、前記電流遮断部及び本体部の段差構造が迅速に溶融して流失でき、速かに断線が行われる。
さらに、本発明の一面によれば、本体部と電流遮断部とは、圧延によって機械的に結合することで、本体部と電流遮断部との電気的接続性が非常に優秀であるだけでなく、接合性に優れ、バスバーの耐久性が弱化することを防止することができる。
そして、本発明の一面によれば、本体部の段差構造の厚さまたは断面積が電流遮断部の厚さまたは断面積よりも小さく構成されることで、本体部の段差構造における段差部位で抵抗を高く発生させることができ、溶融する厚さや面積が小さいので、迅速かつ確実に切れるようにすることができる。即ち、本発明のバスバーのヒューズ機能の信頼度を大幅向上させることができる。
また、本発明の一面によれば、被覆部材が電流遮断部の表面の少なくとも一部を囲むことで、バスバーに過電流が通電するとき、電流遮断部に発生した高熱がバスバーに隣接した構成に損傷を与えないように熱を遮断することができる。また、前記被覆部材は、電流遮断部を断熱させることで、バスバーに過電流が流れるとき、電流遮断部の温度を迅速に上昇させることができる。これによって、本発明のバスバーの過電流に対する反応性を高めることができ、迅速な電流遮断機能を発揮できる。
また、本発明の他面によれば、被覆部材に排出口を形成することで、溶融した電流遮断部、または本体部の段差構造の溶融した段差部位が排出口を通して外部へ円滑に排出されるように助ける。これによって、本発明のバスバーの過電流に対する反応性をさらに高め、迅速に断線することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
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。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバスバーを概略的に示す斜視図である。図３は、本発明の一実施例による二次電池を概略的に示す側面図である。また、図４は、図２の線Ａ−Ａ’に沿って切断したバスバーの一部を概略的に示す部分断面図である。
図１〜図４を参照すれば、本発明の一実施例によるバスバー２４０は、本体部２４１、電流遮断部２４４（隠れ線で表示）、及び被覆部材２４５を含む。また、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、複数の二次電池を電気的に相互接続するために、少なくとも一つ以上の前記バスバーを備え得る。
ここで、前記本体部２４１は、第１金属を備え得る。前記第１金属は、４０％未満の電力損失で電気を伝達できる高い電気伝導性の素材であり得る。例えば、前記第１金属は銅であり得る。しかし、必ずしも銅のみに限定されず、銅のように高い電気伝導性を有する金属であればよく、例えば、銅合金または金などを用い得る。
また、前記本体部２４１は、図１のＦ方向から見た場合、上下方向へ延長されたバー形態を有し得る。さらに、前記バー形態の本体部２４１の一部には、バッテリーモジュールの全体形状の中央部を基準で外側方向の表面が内側へ凹んだ段差構造２４２が形成され得る。ここで、前記バッテリーモジュール３００の外側方向とは、前記バッテリーモジュール３００の中央部を基準で相対的に外部に向けた方向を意味する。逆に、前記バッテリーモジュール３００の内側方向とは、外部から前記バッテリーモジュールの中央部に向ける方向を意味する。場合によっては、本明細書において、「外側方向」及び「内側方向」を単に「外側」及び「内側」と称することがある。
即ち、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａは、前記本体部２４１の一部が、残りの部分よりも前後方向の厚さＺが相対的に薄く構成され得る。一方、本明細書においては、特に説明しない限り、上、下、前、後、左、右方向は、Ｆ方向から見たときを基準にする。
そして、前記段差構造２４２は、前記本体部２４１の外側方向の表面が内側方向へ凹んで所定の空間を形成し得る。また、前記段差構造２４２は、前記本体部２４１の内側表面が外側方向へ凹んだ構造であり得る。即ち、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａは、前後方向が共に凹んで形成された構造であり得る。
さらに、前記段差構造２４２は、所定の空間を挟んで相互離隔した上側壁２４２ｂ及び下側壁２４２ｃを備え得る。また、前記段差構造２４２は、内側方向の内部側壁２４２ｄを備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１の段差構造２４２を形成することで、前記バスバー２４０に所定値以上の過電流が流れる場合、前記本体部２４１の段差構造２４２は、高い抵抗熱によって溶融して切れるように（断線）構成されるので、前記バスバー２４０は、前記段差構造２４２によってヒューズ機能を果たすことができる。
また、前記本体部２４１は、一つ以上の二次電池１００と電気的に接続するように構成され得る。
ここで、二次電池１００は、パウチ型二次電池１００であり得る。特に、このようなパウチ型二次電池１００は、パウチ１２０を備え得る。そして、前記二次電池１００は、前記パウチ１２０の内部に収容された電極組立体（図示せず）及び電解液（図示せず）を含み得る。
ここで、前記パウチ１２０は、凹んだ形態の収納部１１５が形成されている左側パウチ及び右側パウチの二つのパウチから構成され得る。また、前記収納部１１５に電極組立体及び電解液が収納され得る。そして、各々のパウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備え、パウチ１２０の縁部には内部接着層が相互溶着することで、封止部が形成され得る。さらに、前記パウチ１２０の正極リード１１１及び負極リード１１２が形成された両端部の各々にテラス部が形成され得る。
そして、前記電極組立体は、電極と分離膜との組立体であって、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板が分離膜を間に挟んで配置された形態で構成され得る。また、前記電極組立体の正極板には正極タブが備えられ、一つ以上の正極タブが正極リード１１１と接続し得る。
ここで、前記正極リード１１１は、一端が前記正極タブに連結され、他端がパウチ１２０の外部に露出し、このように露出した部分が二次電池１００の電極端子、例えば、二次電池１００の正極端子として機能できる。
また、前記電極組立体の負極板には負極タブが備えられ、一つ以上の負極タブが負極リード１１２と接続し得る。そして、前記負極リード１１２は、一端が前記負極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分が二次電池１００の電極端子、例えば、二次電池１００の負極端子として機能できる。
さらに、前記正極リード１１１及び前記負極リード１１２は、二次電池１００の中心を基準にして相互反対方向（前後方向）の両端部に形成され得る。即ち、前記正極リード１１１は、前記二次電池１００の中心を基準にして一端部に備えられ得る。また、前記負極リード１１２は、二次電池１００の中心を基準にして他端部に備えられ得る。例えば、図１及び図２に示したように、各二次電池１００は、正極リード１１１及び負極リード１１２が前方と後方へ突出するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、一つの二次電池１００において、正極リード１１１と負極リード１１２との間における干渉がなくなり、電極リード１１０の面積を広げることができる。
また、前記正極リード１１１及び前記負極リード１１２は、プレート形態で構成され得る。特に、前記正極リード１１１及び前記負極リード１１２は、広い面が左側及び右側に向けるように立てられた状態で水平方向へ突出し得る。
そして、前記二次電池１００は、バッテリーモジュール３００に複数個が含まれ、少なくとも一方向へ積層されるように配列され得る。例えば、複数のパウチ型二次電池１００が左右方向へ並んで相互積層した形態で構成され得る。
この際、各々のパウチ型二次電池１００は、Ｆ方向（図１に図示）から見たとき、二つの広い面が左右側に各々位置し、上部及び下部、前方及び後方には封止部が位置するように地面に略垂直に立てられて配置され得る。言い換えれば、各二次電池１００は、上下方向へ立てられて構成され得る。
しかし、本発明によるバッテリーモジュール３００には、前述したパウチ型二次電池１００にのみ限定されず、本願発明の出願時点における公知の多様な二次電池１００が採用できる。
一方、前記本体部２４１は、一部の表面に前記二次電池１００の正極リード１１１または負極リード１１２が接触するように構成され得る。また、前記バッテリーモジュール３００は、連結バスバー２５０をさらに備え得る。前記連結バスバー２５０には、前記バスバー２４０とは異なり、段差構造２４２が形成されないこともある。また、前記連結バスバー２５０には、正極リード１１１または負極リード１１２が挿入される挿入口Ｏ１（図１２に参照）が形成され得る。
例えば、図１に示したように、バッテリーモジュール３００には、外部デバイスまたは他のバッテリーモジュールと電気的に接続するように構成された二つのバスバー２４０、２４０Ｂが備えられ得る。このような二つのバスバー２４０、２４０Ｂには、二つとも電流遮断部２４４が備えられ得、または、このうち一つのバスバー２４０のみに電流遮断部２４４が備えられ得る。そして、電流遮断部２４４が備えられていない５個の連結バスバー２５０が備えられ得る。
また、例えば、図１に示したように、７個のバスバー２４０、２４０Ｂ、２５０は、１２個の二次電池１００が電気的に並列及び直列に接続するように構成され得る。さらに、５個の連結バスバー２５０には、二つの正極リード１１１、または二つの負極リード１１２、または正極リード１１１及び負極リード１１２が接触し得る。そして、外部デバイスまたは他のバッテリーモジュール３００と電気的に接続するように構成された二つのバスバー２４０、２４０Ｂには、正極リード１１１または負極リード１１２が接触し得る。
図２及び図４をさらに参照すれば、前記電流遮断部２４４は、前記本体部２４１の前記段差構造２４２の表面が内側へ凹んで形成された空間に挿入され得る。即ち、前記電流遮断部２４４は、前記段差構造２４２における凹んで形成された空間の内面に少なくとも一部が接触するように挿入され得る。または、前記電流遮断部２４４は、前記段差構造２４２における凹んで形成された空間に隙間なく挿入され得る。
具体的に、前記電流遮断部２４４は、前記段差構造２４２の凹んだ空間において相互離隔した両内側壁の間を電気的に接続するように構成され得る。例えば、前記電流遮断部２４４は、前記段差構造２４２の凹んだ空間の相互離隔した上側壁２４２ｂと下側壁２４２ｃとの間を接続するように構成され得る。さらに、前記電流遮断部２４４は、前記段差構造２４２の凹んだ空間の内部側壁２４２ｄと接触するように構成され得る。
また、前記電流遮断部２４４は、前記第１金属よりも相対的に溶融点が低い第２金属を備え得る。具体的に、前記第２金属は、電気伝導性が高く、４０％未満の電力損失で電気を伝達できる素材であり得る。例えば、前記第２金属は、アルミニウムであり得る。しかし、前記第２金属が必ずしもアルミニウムのみに限定されることではなく、前記第１金属よりも溶融点が低く、かつ電気伝導性に優れた金属であればよく、例えば、アルミニウム合金などが使用可能である。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１の段差構造２４２によって形成された内部空間に前記電流遮断部２４４を形成することによって、前記バスバー２４０に過電流が流れる場合、前記第１金属よりも溶融点が低い第２金属を備える電流遮断部２４４が先に溶けてバスバー２４０の外部へ流失できる。即ち、前記電流遮断部２４４は、先に前記本体部２４１の段差構造２４２から溶けて排出されることで、前記本体部２４１の段差構造２４２の厚さが薄い部分に電流が集中でき、これによって、速く前記本体部２４１の段差構造２４２が溶けて流失可能となる。このように、前記バスバー２４０は、過電流が通電する場合、前記電流遮断部２４４及び前記本体部２４１の段差構造２４２が迅速に溶融して流失することで、速かに断線することができる。
ここで、前記溶融した電流遮断部２４４は、前記被覆部材２４５と前記本体部２４１との間における外部と連通した隙間を通して排出され得る。または、前記被覆部材２４５の内部に吸収されるか、前記被覆部材２４５を通して外部へ排出され得る。
同様に、前記溶融した本体部２４１の段差構造２４２は、前記被覆部材２４５の外部と連通した隙間を通して排出され得る。または、前記被覆部材２４５の内部に吸収されるか、前記被覆部材２４５に形成された複数の細孔を通して外部へ排出され得る。
さらに、前記バスバー２４０の本体部２４１に前記電流遮断部２４４を形成する方法は多様である。例えば、前記電流遮断部２４４は、第１金属を備えた第１金属板の一部に前記第２金属を備えた第２金属板を重ねた後、高温環境で、前記第２金属板を前記第１金属板の内側へ圧延して機械的に結合させることで、形成し得る。即ち、前記バスバー２４０の本体部２４１と電流遮断部２４４とは、機械的に接合したクラッド形態であり得る。この際、前記第１金属板及び前記第２金属板の各々の一部は、第１金属と第２金属とが相互混和した形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１と前記電流遮断部２４４は、圧延によって機械的に結合することで、前記本体部２４１と前記電流遮断部２４４との電気的接続性が非常に優秀であるだけでなく、接合性（接着性）に優れ、前記バスバー２４０の耐久性の弱化を防止することができる。
または、前記バスバー２４０は、前記本体部２４１及び前記電流遮断部２４４を鋳造方式で形成し得る。即ち、溶融した第１金属を金型に流し込んで硬化させることで段差構造２４２が形成された本体部２４１を製造した後、溶融した第２金属が前記本体部２４１の段差構造２４２に挿入されるように金型に注入し、充分硬化させることで製造することができる。
また、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａの電流の流れ方向Ｓに直交する断面の面積は、前記電流遮断部２４４の電流の流れ方向Ｓに直交する断面の面積よりも小さくてもよい。言い換えれば、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａの上下方向に直交する水平方向の断面積は、前記電流遮断部２４４の水平方向の断面積よりも小さくてもよい。
即ち、前記バスバー２４０に過電流が通電するとき、前記電流遮断部２４４の溶融が行われ、また前記本体部２４１の段差構造２４２に高い抵抗が発生するように、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａの断面積を前記電流遮断部２４４よりも相対的に小さく構成し得る。
さらに、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａの前後方向の厚さｚは、前記電流遮断部２４４の前後方向の厚さよりも薄く構成し得る。そして、前記段差構造２４２の段差部位２４２ａの外側面は、前記電流遮断部２４４の内側面と対向するように位置し得る。ここで、前記外側面とは、前記段差構造の表面において、前記バッテリーモジュールの中央部を基準で相対的に外部に向けた方向に位置した表面を意味する。そして、前記内側面とは、前記段差構造の表面において、外部から前記バッテリーモジュールの中央部に向けた方向に位置した表面を意味する。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１の段差構造２４２の厚さまたは断面積が、電流遮断部２４４の厚さまたは断面積よりも少なく構成されることで、前記本体部２４１の段差構造２４２における段差部位２４２ａで抵抗が高く発生し、溶融する厚さや面積が小さいので、確実かつ迅速に切れる。即ち、前記バスバー２４０のヒューズ機能の信頼度及び反応速度を大幅向上させることができる。
図５は、本発明の一実施例によるバスバーの一部を概略的に示す部分断面図である。
図５を参照すれば、図５に示したバスバー２４０Ｃには、図４のバスバー２４０と比較する場合、段差構造２４２の両内側壁の間を連結し、前記電流遮断部２４４の外側面を覆うように延びた第１金属が備えられた延長部２４３がさらに形成され得る。具体的に、前記バスバー２４０Ｃは、段差構造２４２における凹んだ空間の相互離隔した上側壁２４２ｂと下側壁２４２ｃとの間を連結するように構成された延長部２４３をさらに備え得る。また、前記延長部２４３は、前記電流遮断部２４４の外側面２４４ｂを覆うように延びて形成され得る。
例えば、図５に示したように、前記延長部２４３は、前記延長部２４３の内側面２４３ａが前記電流遮断部２４４の外側面２４４ｂと対向するように形成し得る。また、前記本体部２４１には、前記電流遮断部２４４の内側面と対向するように段差構造２４２が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、他の一実施例によるバスバー２４０に前記電流遮断部２４４の外側面２４４ｂを覆い、前記段差構造２４２における凹んだ空間の相互離隔した上側壁２４２ｂと下側壁２４２ｃとの間を連結するように構成された延長部２４３を構成することで、前記本体部２４１の前記段差構造２４２に前記電流遮断部２４４が挿入された部位の耐久性をより強化することができる。
図６は、本発明の一実施例によるバスバーを概略的に示す正面図である。そして、図７は、図６の線Ｂ−Ｂ’に沿って見たバスバーの一部を概略的に示す断面図である。
図４と共に図６及び図７を参照すれば、前記被覆部材２４５は、断熱性が高くて耐熱性に優れた素材からなり得る。具体的に、前記被覆部材２４５は、雲母素材であり得る。また、前記被覆部材２４５は、薄い厚さのシート形態であり得る。例えば、前記被覆部材２４５は、雲母シートであり得る。しかし、必ずしも前記被覆部材２４５が雲母シートに限定されることではなく、断熱性及び耐熱性に優れた素材からなるシートでれば、いずれも適用可能である。
さらに、前記被覆部材２４５は、前記電流遮断部２４４の表面の少なくとも一部を囲むように構成され得る。そして、前記被覆部材２４５は、前記本体部２４１の段差構造２４２の表面の少なくとも一部を囲むように構成され得る。例えば、図７に示したように、前記バスバー２４０は、前記電流遮断部２４４及び前記本体部２４１の表面の一部を囲むように構成された被覆部材２４５を備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記被覆部材２４５が前記電流遮断部２４４の表面の少なくとも一部を囲むことで、前記バスバー２４０に所定の電流値以上の過電流が通電するとき、前記電流遮断部２４４に発生した抵抗熱が前記バスバー２４０に隣接した構成に損傷を与えないように熱を遮断できる。また、前記被覆部材２４５は、前記電流遮断部２４４を断熱することで、前記バスバー２４０に過電流が通電するとき、迅速に前記電流遮断部２４４の温度を上昇させることができる。これによって、前記バスバー２４０の過電流に対する反応速度を高めることができ、迅速な電流遮断機能を発揮できる。
図８は、本発明の他の一実施例によるバスバーの一部構成を概略的に示す正面図である。そして、図９は、図８の線Ｃ−Ｃ’に沿って見たバスバーの一部を概略的に示す断面図である。ここで、図８は、図面の説明の便宜のために、電流遮断部及び被覆部材を省略して示した。
図８及び図９を参照すれば、他の一実施例によるバスバー２４０Ｄは、図６の前記本体部２４１の段差構造２４２と比較すると、図８の本体部２４１の段差構造２４２Ｄには、段差部位２４２ｅの外側面に溶融した電流遮断部が容易に流れて排出されるように誘導する排出構造がさらに形成され得る。
具体的に、図９の本体部２４１には、一部に、外側面が内側へ凹んだ段差構造２４２Ｄが形成され得、前記本体部２４１の段差構造２４２Ｄには、外側方向へ連続的に凹んで形成された斜面Ｇ１が少なくとも一つ以上形成され得る。また、前記段差構造２４２Ｄの段差部位２４２ｅは、左右方向Ｗの端部に近くなるほど連続的に厚さが減少するように構成され得る。
例えば、図８及び図９に示したように、前記本体部２４１の段差構造２４２Ｄの段差部位２４２ｅには、中心から左右方向Ｗへ延びた一つの斜面Ｇ１が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１の段差構造２４２Ｄの段差部位２４２ｅに斜面Ｇ１を形成することで、電流遮断部が溶融する場合、溶融した電流遮断部が前記斜面Ｇ１に沿って流れて外部へ排出されるように誘導することで、前記融融した電流遮断部の排出を迅速かつ容易にすることができる。これによって、前記バスバー２４０Ｄの過電流に対する反応性を一層高めることで、迅速に断線することができる。
図１０は、本発明のさらに他の実施例によるバスバーの一部を概略的に示し部分断面図である。
図２と共に図１０を参照すれば、前記被覆部材２４５Ｅには、内部と外部とが連通するように穿孔された排出口２４５ｈが形成され得る。具体的に、前記排出口２４５ｈは、円形の開口であり得る。さらに、前記排出口２４５ｈは、前記電流遮断部２４４Ｅの外側面２４４ｂと対向する部位に形成され得る。そして、前記排出口２４５ｈは、前記本体部２４１の段差構造２４２の段差部位２４２ｆと対向する部位に形成され得る。
例えば、図１０に示したように、前記被覆部材２４５Ｅには、５個の排出口２４５ｈが形成され得る。このうち、二つの排出口２４５ｈは、前記本体部２４１の段差構造２４２の段差部位２４２ｆと対向するように構成され得る。また、このうち、３個の排出口２４５ｈは、前記電流遮断部２４４Ｅの外側面２４４ｂと対向するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記被覆部材２４５Ｅに排出口２４５ｈを形成することで、前記溶融した電流遮断部２４４Ｅまたは前記本体部２４１の段差構造２４２の溶融した段差部位２４２ｆが排出口２４５ｈを通して外部へ円滑に排出されるように助ける。これによって、前記バスバー２４０Ｅの過電流に対して迅速に断線することができる。
また、前記本体部２４１の段差構造２４２の段差部位２４２ｆに、内部及び外部が連通するように穿孔された貫通孔２４２ｈが少なくとも一つ以上形成され得る。
さらに、前記電流遮断部２４４Ｅには、一部に、前記段差構造２４２の段差部位２４２ｆに形成された貫通孔２４２ｈを貫くように延びて突出した突起構造２４４ｐが形成され得る。そして、前記段差構造２４２の段差部位２４２ｆに形成された貫通孔２４２ｈは、前記被覆部材２４５Ｅの排出口２４５ｈと連通するように位置し得る。
例えば、図１０に示したように、前記本体部２４１の段差構造２４２の段差部位２４２ｆに二つの貫通孔２４２ｈが形成され得る。また、前記電流遮断部２４４Ｅには、前記二つの貫通孔２４２ｈのうち、一つの貫通孔２４２ｈを貫くように延びて突出した突起構造２４４ｐが形成され得る。さらに、前記二つの貫通孔２４２ｈは、前記被覆部材２４５Ｅの排出口２４５ｈと連通するように位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記本体部２４１の段差構造２４２の段差部位２４２ｆに貫通孔２４２ｈを形成することで、溶融した電流遮断部２４４Ｅが前記貫通孔２４２ｈを通して外部に排出されるように助ける。また、前記貫通孔２４２ｈを前記被覆部材２４５Ｅの排出口２４５ｈと連通するように位置させて形成することで、前記貫通孔２４２ｈを通して排出された、溶融した電流遮断部２４４Ｅがさらに前記被覆部材２４５Ｅの排出口２４５ｈを通して外部に最終排出され得る。これによって、前記バスバー２４０Ｅの過電流に対する反応性を一層高めて、迅速に断線することができる。
図１１は、本発明のさらに他の一実施例によるバスバーの一部構成を概略的に示す正面図である。ここで、図１１では、図面説明の便宜のために被覆部材を省略して示した。
図１１を参照すれば、図１１のバスバー２４０Ｇは、電流遮断部２４４Ｇに少なくとも一つ以上のスリット２４４Ｌが形成され得る。ここで、前記スリット２４４Ｌは狭くて長い隙間（穴）であり得る。
また、前記スリット２４４Ｌの個数及び大きさは、前記電流遮断部２４４Ｇがヒューズ機能を適切に果たすことができるように抵抗の大きさを考慮して適切に設定することができる。即ち、前記スリット２４４Ｌの個数及び大きさが増加するほど、前記電流遮断部２４４Ｇの上下方向に直交する水平方向の断面積が減少し、通電時における電気抵抗の大きさが大きくなる。例えば、図１１に示したように、前記電流遮断部２４４Ｇには、二つのスリット２４４Ｌが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記電流遮断部２４４Ｇに少なくとも一つ以上のスリット２４４Ｌを形成することで、前記電流遮断部２４４Ｇがヒューズ機能を適切に果たすことができるように抵抗の大きさを適切に設定することができる。これによって、さらに正確度の高いヒューズ機能を果すことができる。
図１２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。
図１及び図３と共に図１２を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュール３００は、少なくとも一つ以上のバスバー２４０と、バスバーフレーム２３０と、前記複数の二次電池１００を内蔵しているモジュールハウジング２１０と、を含み得る。
ここで、前記バスバー２４０は、複数の二次電池１００と電気的に接続するように構成され得る。また、前記バッテリーモジュール３００は、前述したバスバー２４０と同じ構造及び構成を備え得る。
そして、前記バスバーフレーム２３０は、電気絶縁性の素材を備え得る。例えば、前記バスバーフレーム２３０は、プラスチック素材を少なくとも一部備え得る。なお、前記バスバーフレーム２３０は、射出成形によって製造され得る。
また、前記バスバーフレーム２３０は、前記バスバー２４０を外側面に据え付けるように据付け部２３２を備え得る。ここで、前記バスバーフレーム２３０の外側面とは、前記バスバーフレーム２３０の表面において、前記バッテリーモジュール３００の中央部を基準で相対的に外部に向けた方向に位置した表面を意味する。そして、前記内側面とは、前記バスバーフレーム２３０の表面において、外部から前記バッテリーモジュールの中央部に向けた方向に位置した表面を意味する。
前記据付け部２３２には、前記バスバー２４０を固定できる固定構造が形成され得る。例えば、前記バスバー２４０には、固定ホール２４０ｉまたは固定溝２４０ｇが形成され得、前記バスバーフレーム２３０の据付け部２３２には、前記固定ホール２４０ｉを貫通するか、前記固定溝２４０ｇに挿入される固定突起２３２ｐが形成され得る。
例えば、図１２に示したように、前記バスバー２４０の上部には、内側へ凹んだ固定溝２４０ｇが形成され得る。そして、前記バスバー２４０の下部には、固定ホール２４０ｉが形成され得る。前記固定溝２４０ｇには、前記据付け部２３２に形成された固定突起２３２ｐが上方へ挿入され得、前記固定ホール２４０ｉには、前記固定突起２３２ｐが貫通して挿入され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記バスバーフレーム２３０に形成された据付け部２３２に前記バスバー２４０を固定する固定構造を形成することで、前記バスバー２４０が安定的に固定され、前記バスバー２４０と前記複数の二次電池１００との電気的・物理的な接続構造を安定的に維持できる。これによって、前記バッテリーモジュール３００の耐久性を効果的に向上させることができる。
一方、本発明によるバッテリーパック（図示せず）は、本発明によるバッテリーモジュール３００を一つ以上含み得る。また、前記バッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール３００に加え、バッテリーモジュール３００を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール３００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
また、本発明によるバッテリーパックは、自動車のような移動手段に適用可能である。例えば、本発明による電気自動車は、本発明によるバッテリーパックを含み得る。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明の電流遮断部を備えたバスバー及びこれを含むバッテリーモジュールに関する。また、本発明は、前記バッテリーモジュールを備えるバッテリーパック、自動車及び電子デバイス関連産業に利用可能である。
１００ 二次電池
１１０ 電極リード
３００ バッテリーモジュール
２１０ モジュールハウジング
２３０ バスバーフレーム
２３２ 据付け部
２４０ バスバー
２４１ 本体部
２４２ 段差構造
２４２ａ 段差部位
２４３ 延長部
２４２ｈ 貫通孔
２４４ 電流遮断部
２４４Ｌ スリット
２４５ 被覆部材
２４５ｈ 排出口
２４４ｐ 突起構造
２５０ 連結バスバー
１１０ 電極リード
３００ バッテリーモジュール
２１０ モジュールハウジング
２３０ バスバーフレーム
２３２ 据付け部
２４０ バスバー
２４１ 本体部
２４２ 段差構造
２４２ａ 段差部位
２４３ 延長部
２４２ｈ 貫通孔
２４４ 電流遮断部
２４４Ｌ スリット
２４５ 被覆部材
２４５ｈ 排出口
２４４ｐ 突起構造
２５０ 連結バスバー
Claims (12)
- バッテリーモジュールに備えられるように構成され、第１金属を備える本体部であって、前記バッテリーモジュールの外側方向の表面が内側方向へ凹んだ段差構造が一部に形成され、一つ以上の二次電池と電気的に接続するように構成された本体部と、
前記段差構造の表面が内側方向へ凹んで形成された空間に挿入され、前記第１金属よりも相対的に溶融点が低い第２金属を備える電流遮断部と、
前記電流遮断部の表面の少なくとも一部を囲むように構成された被覆部材と、を含むことを特徴とするバスバー。 - 前記電流遮断部は、前記段差構造における凹んだ空間の相互離隔した上側壁と下側壁とを電気的に接続するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
- 前記段差構造において、段差部位の電流の流れ方向に直交する断面の面積が、前記電流遮断部の電流の流れ方向に直交する断面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のバスバー。
- 前記段差構造における段差部位の外側面が、前記電流遮断部の内側面と対向するように位置し、
前記段差構造における凹んだ空間の相互離隔した前記上側壁と前記下側壁とを連結し、前記電流遮断部の外側面を覆うように延びて形成された延長部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバスバー。 - 前記電流遮断部には少なくとも一つ以上のスリットが形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバスバー。
- 前記被覆部材には、バスバーの内部と外部とが連通するように穿孔された排出口が形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバスバー。
- 前記段差構造における段差部位に、バスバーの内部と外部とが連通するように穿孔された貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項６に記載のバスバー。
- 前記電流遮断部には、一部に、前記段差構造の段差部位に形成された前記貫通孔を貫通するように延びて突出した突起構造が形成されたことを特徴とする請求項７に記載のバスバー。
- 前記段差構造の段差部位に形成された前記貫通孔が、前記被覆部材の前記排出口と連通するように位置することを特徴とする請求項７又は８に記載のバスバー。
- 前記被覆部材が、雲母シートであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のバスバー。
- 複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を電気的に相互接続するように構成された請求項１から１０のいずれか一項に記載のバスバーと、
電気絶縁性素材を備え、前記バスバーを外側面に据え付けるように構成されたバスバーフレームと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。 - 請求項１１に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む、バッテリーパック。
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