JP6505259B2 - バッテリーパック - Google Patents
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Description
本出願は、2015年9月2日付韓国特許出願第10-2015-0124200号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
技術分野
本発明は、バッテリーパックに関し、さらに詳しくは、過電流時に発生する安全の問題から安定性を向上させることができるバッテリーパックに関する。
リチウム二次電池は、作動電圧が3.6V以上であって、携帯用電子機器の電源として用いられるか、または多数の電池を直列または並列に連結して高出力を要する電気自動車、ハイブリッド自動車、パワーツール、電気自転車、電力貯蔵装置、UPSなどに用いられる。
リチウム二次電池は、ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素化金属電池に比べて作動電圧が3倍高く、単位重量当りのエネルギー密度の特性に優れるため、その使用が急激に増加している。
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を用いるリチウムイオンバッテリーと、高分子固体電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池とに分けることができる。
また、リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、電解液が全く含まれていない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含んでいるゲル型高分子電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池とに分けることができる。
液体電解質を用いるリチウムイオンバッテリーの場合、大部分が円筒状や角形の金属カンを容器にして溶接密封した形態に用いられる。
このように金属カンを容器にして用いる二次電池はその形態が固定されるので、それを電源として用いる電気製品のデザインが制約されるという欠点があり、体積を減らしにくい。
したがって、電極組立体と電解質をフィルムで製造したパウチ包装材に入れて密封したパウチ型二次電池が開発されて用いられている。
リチウム二次電池の過熱は多様な原因で生じるところ、その一つとしてリチウム二次電池を介して限界以上の過電流が流れた場合を挙げることができる。
過電流が流れると、リチウム二次電池がジュール熱(Joule's Heat)によって発熱するため、電池の内部温度が急速に上昇する。
さらに、急速な温度の上昇は、電解液の分解反応を起こして熱爆走現象(thermal running)を発生させ、結局は電池の爆発にまで至るようになる。
過電流は、鋭くなった金属物体がリチウム二次電池を貫くか、正極と負極の間に介在したセパレーターの収縮によって、正極と負極の間の絶縁が破壊されるか、または外部に連結された充電回路や負荷の異常によって突入電流(rush current)が電池に印加された場合などに発生する。
一般に、保護回路には、過電流が発生したとき、充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線させるヒューズ素子が含まれる。
特許文献1には、従来のバッテリーパック及びこれに適用されるコネクティングバーが開示されている。
しかし、従来のコネクティングバーは、バッテリーパックの外部短絡の発生時に発生するスパーク(spark)によってバッテリーパックが損傷され、発火が誘発されるなどの安全性の問題点がある。
前記保護部は、前記バスバーが短絡される箇所に設けられてよい。
前記保護部は、前記バスバーを包囲しながらスパークを吸収する吸収部材と、前記吸収部材を内部に密閉するとともに前記バスバーの一部を保護するケース部材と、前記ケース部材の内部に注入されて前記吸収部材と前記ケース部材の間の空間に収容される吸熱材とを含むことができる。
前記バスバーには、過電流によって短絡されるノッチ部が形成され、前記吸収部材は前記ノッチ部を包囲することができる。
前記吸収部材は、アラミド繊維(aramid fiber)、セラミック繊維(ceramic fiber)、炭化ケイ素繊維(silicon carbide fiber)のうちいずれか一つ以上であってよい。
前記吸熱材は、シリカ(silica)と水からなってよい。
前記ケース部材は、多角形または円柱状であってよい。
前記ケース部材は、プラスチック、強化ガラス、ゴムのうちいずれか一つ以上の非伝導素材であってよい。
本発明によれば、バスバーにアラミド繊維と吸熱材が含まれている保護部を設け、バスバーの短絡時に発生するスパークを除去するという効果がある。
本発明によれば、バスバーに吸熱材が含まれている保護部を設け、バスバーの短絡時に発生する発熱を制御するという効果がある。
本発明によれば、バスバーに非導電性ケース部材が含まれている保護部を設け、バスバーのノッチ部を保護するという効果がある。
図1から図2に示されているところのように、本発明の一実施形態に係るバッテリーパック1は、単位セル10、前記単位セル10と電気的に連結されて過電流により短絡されるバスバー20、及び前記バスバー20に設けられて前記バスバー20の短絡の発生時にスパーク(spark)を吸収する保護部30を含む。
本発明の図1では、二つのバッテリーモジュール100が互いに直列に連結された場合のみを示している。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適した個数のバッテリーモジュール100が互いに直列または並列に連結され得るのは自明なことである。
前記単位セル10は、外装材に収容された電極組立体(図示省略)、及び前記電極組立体の第1電極板の無地部、第2電極板の無地部とそれぞれ連結され、外装材の一側及び他側方向にそれぞれ引き出される第1電極リード111及び第2電極リード112を含む。
前記正極板である第1電極板はアルミニウム(Al)材質であり、負極板である第2電極板は銅(Cu)材質からなるのが一般的である。
したがって、前記電極板と電極リード111、112の間の溶接性及び電気抵抗の最小化の側面で、前記正極リード111は、正極板と同一のアルミニウム(Al)材質からなり、負極リード112は、負極板と同一の銅(Cu)材質、またはニッケル(Ni)がコーティングされた銅(Cu)材質からなることが好ましい。
つまり、本発明で、前記単位セル10相互間の連結は、一つの単位セル10の正極リード111と隣接した単位セル10の負極リード112が互いに結合されることによってなされる。
この場合、後面部の最外側に位置する単位セル10の正極リード111と、前面部の最外側に位置する単位セル10の負極リード112とは、それぞれ前記バスバー20と結合される。
一方、単位セル10の個数は図面に限定するものではなく、その個数は、二次電池の使用用途などに従って変わり得るものであるのは自明なことである。
図3に示されているところのように、バスバー20は薄い板状の合金で形成される。
そして、バスバー20は両側にそれぞれ結合ホール23が穿孔され、中央にノッチ部21が形成される。
ノッチ部21は、バスバー20中央の厚さ方向の外側から内側に向かって一定の深さに形成される。
前記ノッチ部21が形成された深さだけバスバー20の断面積が縮小され、ノッチ部21が形成された部分の電気抵抗が大きくなる。
したがって、前記ノッチ部21が形成されたバスバー20は、過電流が流れるときに容易に破断されるという効果を有する。
そして、図1に示されているところのように、バスバー20をバッテリーモジュール100に設けるとき、バスバー20の結合ホール23に外部端子113を嵌合して設ける。
つまり、一つのバッテリーモジュール100の正極リード111に形成された外部端子113に、バスバー20の一側に穿孔された結合ホール23を結合し、他の一つのバッテリーモジュール100の負極リード112に形成された外部端子113に、バスバー20の他側に穿孔された結合ホール23を結合して、二つのバッテリーモジュール100に電気的に連結されるようにバスバー20を設ける。
図4に示されているところのように、バスバー20には保護部30が設けられ、ただし、前記保護部30はバスバー20のノッチ部21を包囲するように設けられる。
このように保護部30がノッチ部21に設けられる理由は、バスバー20の短絡時、保護部30が、バスバー20の短絡で発生するスパークを吸収及び除去してバッテリーモジュール100の損傷及び発火などを防止させるためである。
つまり、バッテリーパック1に過電流が発生するとき、バスバー20からノッチ部21が短絡されて過電流を遮断することになる。
このとき、ノッチ部21が短絡されながらスパークが発生し得るところ、保護部30がこのようなスパークを吸収及び除去してバッテリーパック1の安全性を保障することになる。
前記保護部30は、バスバー20のノッチ部21を包囲しながらノッチ部21の短絡時に発生するスパークを吸収する吸収部材31と、吸収部材31を内部に密閉するとともに、前記バスバー20のノッチ部21を保護するケース部材32と、ケース部材32の内部に注入されて吸収部材31とケース部材32の間の空間に収容され、ノッチ部21の短絡時に発生する発熱を制御してスパークを除去する吸熱材33とを含む。
吸熱材33は、シリカ(silica)と水からなるようにして、効果的にノッチ部21の短絡時に発生する発熱を制御してスパークを除去する。
前記吸熱材33を一実施形態を挙げて説明すれば、吸熱材33の全体含有量においてシリカを10%、水を90%の割合で製造することができるが、これに限定されることなく、必要に応じて吸熱材33においてシリカと水の含有量の割合を変更することもできる。
ケース部材32は多角形または円柱状であってよいが、バスバー20のノッチ部21を内部に収容して保護するとともに、ノッチ部21を包囲する吸収部材31を内部に密閉し、内部に収容された吸熱材33が外部に漏れないように密閉することができれば、その形状は限定されない。
さらに、ケース部材32の素材は、プラスチック、強化ガラス、ゴムのうちいずれか一つ以上の非伝導素材で形成されてよいが、これに限定されることなく、前述した素材以外の既知の非伝導素材で形成されてもよい。
内部が開放されたケース部材32の中に吸収部材31を巻き込む。
そして、バスバー20を吸収部材31の中に入れて吸収部材31がバスバー20のノッチ部21を包囲するようにする。
また、ケース部材32の内部に吸熱材33を充填してケース部材32と吸収部材31の間に吸熱材33が満たされるようにする。
さらに、ケース部材32の内部が密閉されるようにケース部材32を閉鎖する。
本発明によれば、バスバーにアラミド繊維と吸熱材が含まれている保護部を設け、バスバーの短絡時に発生するスパークを除去するという効果がある。
本発明によれば、バスバーに吸熱材が含まれている保護部を設け、バスバーの短絡時に発生する発熱を制御するという効果がある。
本発明によれば、バスバーに非導電性ケース部材が含まれている保護部を設け、バスバーのノッチ部を保護するという効果がある。
10 単位セル
20 バスバー
30 保護部
31 吸収部材
32 ケース部材
33 吸熱材
Claims (7)
- 単位セル10と、
前記単位セル10と電気的に連結されて過電流により短絡されるバスバー20と、
前記バスバー20に設けられて前記バスバー20の短絡の発生時にスパークを吸収する保護部30と、
を含み、前記保護部30は、
前記バスバー20を包囲しながらスパークを吸収する吸収部材31と、
前記吸収部材31を内部に密閉するとともに、前記バスバー20の一部を保護するケース部材32と、
前記ケース部材32の内部に注入され、前記吸収部材31と前記ケース部材32の間の空間に収容される吸熱材33と、
を含むことを特徴とすることを特徴とするバッテリーパック。 - 前記保護部30は、前記バスバー20が短絡される箇所に設けられることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記バスバー20には過電流によって短絡されるノッチ部21が形成され、前記吸収部材31は前記ノッチ部21を包囲することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記吸収部材31は、アラミド繊維(aramid fiber)、セラミック繊維(ceramic fiber)、炭化ケイ素繊維(silicon carbide fiber)のうちいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記吸熱材33は、シリカ(silica)と水からなることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記ケース部材32は、多角形または円柱状であることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記ケース部材32は、プラスチック、強化ガラス、ゴムのうちいずれか一つ以上の非伝導素材で形成されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
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