KR102067711B1 - 과충전 방지 구조가 개선된 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 상기 셀의 터미널에 연결되어 있는 터미널 버스바; 상기 셀 어셈블리의 외부를 덮을 수 있는 엔드 플레이트를 구비한 커버 부재; 및 상기 커버 부재의 적어도 일측에 삽입 설치되고, 상기 셀에서 발생하는 가스압이 정해진 한도를 넘을 때 상기 가스압에 의해 상기 커버 부재의 바깥으로 빠지면서 상기 터미널 버스바와 분리되어 회로를 개방시키는 메카니컬 퓨즈;를 포함하는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

과충전 방지 구조가 개선된 배터리 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE IMPROVED IN PREVENTING STRUCTURE OF BATTERY OVERCHARGE}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 셀들이 집합되어 있는 셀 어셈블리에 엔드 플레이트가 결합되어 있고 본체의 일측에는 과충전 방지 구조가 마련되어 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 모듈은 다수의 셀들이 직렬 및/또는 병렬 연결을 통해 집합된 구조로 형성된다. 이러한 배터리 모듈은 통상적으로 다수의 셀들이 일방향으로 배열되어 적층된 셀 어셈블리와, 상기 셀 어셈블리를 감쌀 수 있는 엔드 플레이트를 가진 커버 부재를 구비한 구조로 제작된다.

그런데, 배터리 모듈은 과충전 시 셀에 스웰링(Swelling)이 발생하여 모듈의 폭방향 양측단의 엔드 플레이트가 모듈 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 변형이 발생하게 된다. 또한, 배터리 모듈의 길이방향 양단쪽의 엔드 플레이트는 과충전 시 셀에서 발생하는 다량의 가스로 인한 가스압이 가해져서 압박되는 현상을 보이게 된다.

배터리 모듈에 대한 과충전 방지기술과 관련하여, 특허문헌 1에는 배터리 셀의 팽창에 의해 파단되는 절단부가 버스바에 형성되어 있는 과충전 방지 장치가 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 과충전 시 셀의 스웰링 팽창력을 엔드 플레이트에 마련된 개구부를 통해 전달받아 전극이 파단되는 구조를 가진 전기자동차 배터리 모듈 안전장치가 개시되어 있다.

한편, 종래에는 셀의 벤팅(Venting) 시 발생하는 다량의 가스를 활용하여 회로를 개방시킬 수 있는 기술적 수단은 제시되어 있지 않아 이에 대한 개선이 요구된다.

특허문헌 1: 한국 공개특허 제2015-0058730호 특허문헌 2: 한국 공개특허 제2014-0032165호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 셀의 벤팅 시 발생하는 가스압을 이용하여 회로를 개방시킴으로써 과충전을 방지하는 구조를 가진 배터리 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 상기 셀의 터미널에 연결되어 있는 터미널 버스바; 상기 셀 어셈블리의 외부를 덮을 수 있는 엔드 플레이트를 구비한 커버 부재; 및 상기 커버 부재의 적어도 일측에 삽입 설치되고, 상기 셀에서 발생하는 가스압이 정해진 한도를 넘을 때 상기 가스압에 의해 상기 커버 부재의 바깥으로 빠지면서 상기 터미널 버스바와 분리되어 회로를 개방시키는 메카니컬 퓨즈;를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 터미널 버스바와 정해진 간격을 두고 이격되게 배치되어 상기 모듈 본체의 외부로 노출되는 터미널 너트;를 구비하고, 상기 메카니컬 퓨즈는 상기 커버 부재의 길이방향 양단쪽의 엔드 플레이트에 삽입되어 상기 터미널 너트와 상기 터미널 버스바를 서로 전기적으로 연결하는 것이 바람직하다.

상기 메카니컬 퓨즈는 상기 엔드 플레이트에 두께 방향으로 삽입되어 후단의 헤드부분이 상기 엔드 플레이트의 바깥면으로 노출되는 작동부와, 상기 작동부의 앞단에 연결되고 양쪽 가장자리단이 각각 터미널 버스바와 터미널 너트에 전기적으로 연결되는 통전편을 구비한다.

상기 통전편은 단면이 'ㄷ'자 형상으로 이루어지고, 양쪽 가장자리단의 돌출 부분이 각각 상기 터미널 너트에 연결된 접속편과 상기 터미널 버스바에 접촉하도록 배치될 수 있다.

상기 통전편은 금속으로 이루어지고, 상기 작동부는 절연성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 메카니컬 퓨즈는 각각의 터미널 너트마다 대응되게 복수개가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은 상기 메카니컬 퓨즈가 상기 커버 부재의 바깥으로 빠짐에 따라 형성되는 틈을 통해 가스의 외부 배출이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면 셀의 벤팅 시 발생하는 가스를 모듈 외부로 배출함과 동시에 가스압을 이용하여 회로를 개방시킴으로써 과충전을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명은 메카니컬 퓨즈에 의해 가스 배출 기능과 회로 개방 기능이 일괄적으로 구현되므로 모듈 내의 한정된 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 커버 부재가 분리된 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 도 3에서 메카니컬 퓨즈가 터미널 버스바로부터 분리된 상태를 보여주는 부분 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에서 커버 부재(110)가 분리된 구성을 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 1의 부분 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 어셈블리(100)와, 셀 어셈블리(100)의 외부 측면을 덮을 수 있는 엔드 플레이트(110a,110b)를 가진 커버 부재(110)와, 커버 부재(110)의 적어도 한쪽 엔드 플레이트(110b)에 삽입 설치되어 있는 메카니컬 퓨즈(120)를 포함한다.

셀 어셈블리(100)를 이루는 각각의 셀(101)은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 복수개의 셀(101)은 모듈 본체의 일방향으로 배열되어 실질적으로 적층 구조를 이룬다.

각 셀(101)의 터미널(102)은 모듈 본체의 길이방향 단부에 배치된 터미널 버스바(103)와 연결된다. 또한, 터미널 버스바(103)의 주변에는 터미널 버스바(103)와 정해진 간격을 두고 이격되게 배치되어 외부로 노출되는 터미널 너트(105)가 구비되고, 터미널 너트(105)의 하단쪽에는 도체편으로 이루어진 터미널 너트 접속편(104)이 터미널 너트(105)와 전기적으로 연결되도록 구비된다.

커버 부재(110)는 셀 어셈블리(100)의 배열 방향과 일치하는 모듈 본체의 폭방향 양단 최외측에 배치되어 셀들을 보호 및 고정하는 측면 엔드 플레이트(110a)와, 모듈 본체의 길이방향 단부 최외측에 배치되어 셀들을 보호 및 고정하는 전면 엔드 플레이트(110b)를 포함한다.

커버 부재(110)는 셀 어셈블리(100)에 대한 기계적 강성을 제공하고, 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 커버 부재(110)는 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.

커버 부재(110)에 있어서 전면 엔드 플레이트(110b)에는 셀(101)의 스웰링 및 벤팅 시 발생하는 다량의 가스로 인한 가스압이 가해진다.

메카니컬 퓨즈(120)는 바람직하게, 전면 엔드 플레이트(110b)에 압입 방식으로 설치되어 가스 벤트의 기능과 함께 터미널 너트(105)와 터미널 버스바(103)를 서로 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 메카니컬 퓨즈(120)는 전면 엔드 플레이트(110b)에 두께 방향으로 삽입되어 끼워져서 후단의 헤드부분이 전면 엔드 플레이트(110b)의 바깥면으로 노출되는 작동부(120b)와, 상기 작동부(120b)의 앞단에 연결되고 양쪽 가장자리단이 각각 터미널 버스바(103)와 터미널 너트 접속편(104)에 접촉하는 통전편(120a)을 구비한다.

작동부(120b)는 전면 엔드 플레이트(110b)에 용이하게 압입될 수 있도록 플라스틱과 같은 절연성의 수지 재료로 이루어지고, 그 후단면은 전면 엔드 플레이트(110b)의 바깥면과 나란하게 일치하는 것이 바람직하다. 작동부(120b)는 예컨대, 인서트 사출에 의해 통전편(120a)과 일체가 되어 단일 부품화가 되는 것이 바람직하다.

통전편(120a)은 단면이 실질적으로 'ㄷ'자 형상을 이루는 도체편에 의해 구성된다. 회로 통전 상태에서는 통전편(120a)의 양쪽 가장자리단의 돌출 부분이 각각 터미널 버스바(103)와 터미널 너트 접속편(104)에 접촉되므로 터미널 버스바(103)와 터미널 너트(105)는 서로 전기적으로 연결된다.

메카니컬 퓨즈(120)는 터미널 너트(105)마다 대응되게 복수개가 구비된다. 셀(101)의 벤팅 시 발생하는 가스압이 정해진 한도를 넘을 때 메카니컬 퓨즈(120)는 가스압에 의해 커버 부재(110)의 바깥으로 빠지면서 터미널 버스바(103) 및 터미널 너트 접속편(104)과 분리된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀의 과충전 등에 의해 스웰링 및 벤팅이 발생함에 따라 모듈 내의 가스압이 정해진 한도를 넘어 상승했을 때 메카니컬 퓨즈(120)가 작동되어 가스를 모듈 외부로 배출함과 동시에 회로를 개방시키는 동작이 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이 메카니컬 퓨즈(120)는 셀의 벤팅 시 발생하는 가스압에 의해 밀려서 전면 엔드 플레이트(110b)에서 소정 길이만큼 전방쪽으로 후퇴하여 빠지고 이에 따라 형성되는 메카니컬 퓨즈(120)의 작동부(120b)와 전면 엔드 플레이트(110b) 사이의 틈을 통해 가스가 모듈 외부로 배출될 수 있다.

또한, 메카니컬 퓨즈(120)가 후퇴 이동함에 따라 통전편(120a)은 터미널 버스바(103) 및 터미널 너트 접속편(104)과 분리되어 터미널 버스바(103)와 터미널 너트(105) 간의 전기적 연결을 차단한다.

상기와 같은 메카니컬 퓨즈(120)의 작동에 의해 가스 배출 기능과 회로 개방 기능이 일괄적으로 구현되므로 모듈 내의 용적률을 충분히 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 어셈블리 101: 셀
102: 터미널 103: 터미널 버스바
104: 터미널 너트 접속편 105: 터미널 너트
110: 커버 부재 110a: 측면 엔드 플레이트
110b: 전면 엔드 플레이트 120: 메카니컬 퓨즈
120a: 통전편 120b: 작동부

Claims (7)

1. 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리;
   상기 셀의 터미널에 연결되어 있는 터미널 버스바;
   상기 셀 어셈블리의 외부를 덮을 수 있는 엔드 플레이트를 구비한 커버 부재; 및
   상기 커버 부재의 적어도 일측에 삽입 설치되고, 상기 셀에서 발생하는 가스압이 정해진 한도를 넘을 때 상기 가스압에 의해 상기 커버 부재의 바깥으로 빠지면서 상기 터미널 버스바와 분리되어 회로를 개방시키는 메카니컬 퓨즈;를 포함하며,
   상기 터미널 버스바와 정해진 간격을 두고 이격되게 배치되어 외부로 노출되는 터미널 너트;를 구비하고,
   상기 메카니컬 퓨즈는 상기 커버 부재의 길이방향 양단쪽의 엔드 플레이트에 삽입되어 상기 터미널 너트와 상기 터미널 버스바를 서로 전기적으로 연결하며,
   상기 메카니컬 퓨즈는 상기 엔드 플레이트에 두께 방향으로 삽입되어 후단의 헤드부분이 상기 엔드 플레이트의 바깥면으로 노출되는 작동부와, 상기 작동부의 앞단에 연결되고 양쪽 가장자리단이 각각 상기 터미널 버스바와 상기 터미널 너트에 전기적으로 연결되는 통전편을 구비하며,
   상기 작동부는,
   인서트 사출에 의해 상기 통전편과 일체가 되며,
   상기 작동부의 후단면은,
   상기 엔드 플레이트의 바깥면과 나란하게 일치하며,
   상기 메카니컬 퓨즈는,
   상기 셀의 벤팅 시 발생하는 가스압에 의해 상기 엔드 플레이트에서 전방 쪽으로 소정 길이로 슬라이딩하여 상기 엔드 플레이트에서 상기 소정 길이만큼 일정하게 상기 전방 쪽으로 후퇴하여 빠지고, 이에 따라, 형성되는 상기 메카니컬 퓨즈의 작동부와 상기 커버 부재의 상기 엔드 플레이트 사이의 틈을 통해 상기 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 통전편은 단면이 'ㄷ'자 형상으로 이루어지고,
   양쪽 가장자리단의 돌출 부분이 각각 상기 터미널 너트에 연결된 접속편과 상기 터미널 버스바에 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 통전편은 금속으로 이루어지고, 상기 작동부는 절연성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 메카니컬 퓨즈는 각각의 터미널 너트마다 대응되게 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 삭제

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