KR102277326B1 - The secondary battery protection system for preventing short circuit accidents - Google Patents

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KR102277326B1
KR102277326B1 KR1020200140434A KR20200140434A KR102277326B1 KR 102277326 B1 KR102277326 B1 KR 102277326B1 KR 1020200140434 A KR1020200140434 A KR 1020200140434A KR 20200140434 A KR20200140434 A KR 20200140434A KR 102277326 B1 KR102277326 B1 KR 102277326B1
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서정렬
곽춘웅
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Abstract

The present invention relates to a protection system of a secondary battery with improved stability against short circuit accidents. More specifically, when a battery system is formed in an energy storage system, a plurality of cells are formed in an assembly structure in advance, a module accommodates the same, and a rack structure is formed by horizontally or vertically connecting a plurality of modules in one large battery system. The present invention relates to a shape of a connecting member between systems in order to protect the battery system from short circuit accidents.

Description

단락 사고 방지를 위한 이차 전지의 보호 체계 {The secondary battery protection system for preventing short circuit accidents}The secondary battery protection system for preventing short circuit accidents}

본 발명은 단락 사고 안전성을 향상한 이차 전지 시스템의 보호체계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지저장시스템에서 배터리 시스템 간 연결 부재의 형상에 관한 것이다. 일반적으로 배터리 시스템이란 다수개의 셀(단전지)을 집합구조로 형성하여 이를 담는 모듈, 복수개의 모듈을 수평 또는 수직으로 연결하여 구성되는 랙 또는 복수개의 랙으로 연결 구성된 시스템을 말한다.The present invention relates to a protection system for a secondary battery system with improved short-circuit accident safety, and more particularly, to a shape of a connecting member between battery systems in an energy storage system. In general, a battery system refers to a module containing a plurality of cells (unit cells) formed in an aggregate structure, a rack configured by horizontally or vertically connecting a plurality of modules, or a system connected by a plurality of racks.

전기 에너지저장시스템은 전기 에너지를 저장하였다가 필요한 시기에 사용할 수 있도록 만들어주는 장치이며 주로 전력을 저장하는 이차 전지 시스템, 전기를 교류 또는 직류로 변환하는 전력 변환 장치 그리고 전체 시스템을 관리 제어하는 전력 관리 시스템 (Energy Monitoring System, EMS)으로 구성되어 있다. An electric energy storage system is a device that stores electric energy and makes it available when needed. A secondary battery system that mainly stores electric power, a power converter that converts electricity into alternating current or direct current, and electric power management that manages and controls the entire system. It is composed of a system (Energy Monitoring System, EMS).

이 중 전력을 저장하는 이차 전지 시스템에는 높은 에너지밀도를 갖고 있는 전기화학식 배터리가 많이 이용되고 있으며 일반적으로 복수의 배터리 셀들로 구성된 모듈시스템, 복수의 모듈로 구성된 랙 또는 유닛 시스템, 그리고 복수의 랙으로 하나의 거대한 이차 전지 시스템을 구성하게 된다. Among these, an electrochemical battery having a high energy density is widely used in a secondary battery system for storing power, and is generally composed of a module system consisting of a plurality of battery cells, a rack or unit system consisting of a plurality of modules, and a plurality of racks. It constitutes one huge secondary battery system.

모듈 시스템은 전기적으로 구성된 복수의 셀(120)을 담고 있으며 도 1 (a)에서 도시한 바와 같이, 모듈의 일측면에 구비된 전극 단자를 통해 전기를 입출력하게 된다. The module system contains a plurality of electrically configured cells 120, and as shown in FIG. 1 (a), electricity is input/output through electrode terminals provided on one side of the module.

랙(10) 시스템은 복수의 모듈(100)을 상호간 일정거리를 이격한 채 수평 또는 수직 방향으로 적층 또는 배열하는 집합 구조로 이를 구성하는 모듈(100) 개수, 상기 모듈 용량 및 상기 모듈 간 전기 연결 방식으로 배터리 랙 시스템의 출력은 정해진다.The rack 10 system has a set structure in which a plurality of modules 100 are stacked or arranged in a horizontal or vertical direction while spaced apart from each other by a predetermined distance, and the number of modules 100 constituting it, the module capacity, and the electrical connection between the modules In this way, the output of the battery rack system is determined.

배터리 랙(10) 내 모듈(100) 간 전기 연결은 전도성을 가진 금속 플레이트로 이루어진 부스바나 케이블 컨넥터를 이용하여 전극을 연결한다.The electrical connection between the modules 100 in the battery rack 10 connects the electrodes using a bus bar or a cable connector made of a conductive metal plate.

배터리 랙(10)은 설계된 전압이나 전류값을 출력할 수 있도록 배열된 모듈(100)들의 전극 단자를 부스바 또는 케이블 컨넥터를 이용하여 적절하게 연결하여 이루어진다.The battery rack 10 is made by appropriately connecting the electrode terminals of the modules 100 arranged to output a designed voltage or current value using a bus bar or a cable connector.

이차전지 시스템은 한정된 공간내에 많은 전지 셀이 밀집되어 전기적으로 연결되기 때문에 많은 용량을 실현 할 수 있으나, 미흡한 보호 설계나 부주의한 안전 관리 등으로 고장을 일으킬 수 있으며 이러한 고장은 화재로 이어지는 가능성이 매우 높다. The secondary battery system can realize a lot of capacity because many battery cells are densely connected and electrically connected in a limited space, but failure can occur due to insufficient protection design or careless safety management, and such failures are highly likely to lead to fire. high.

산업 통상 자원부가 공개한 민관합동 ESS화재 사고 원인 조사 결과에 따르면, 시스템의 잦은 화재 사고 원인중 하나로 잘못된 환경 관리나 외부로부터 유입된 전류로 인해 시스템 간 또는 시스템과 주변 시설물 사이 절연파괴로 발생하는 단락현상을 지목되고 있다. According to the results of the public-private joint ESS fire accident investigation results published by the Ministry of Trade, Industry and Energy, one of the frequent causes of fire accidents in the system is a short circuit caused by insulation breakdown between systems or between systems and surrounding facilities due to improper environmental management or current flowing in from the outside. phenomenon is pointed out.

일반적으로 이러한 현상으로부터 시스템을 보호하기 위해서는 발생할 수 있는 단락 전류의 경로 상에 보호 장치를 설치하여 시스템을 보호한다. 일례로 외부 전기 충격이 이차 전지 시스템에 유입될 때, 보호체계인 랙 퓨즈가 단락전류를 차단하여 나머지 시스템을 보호하도록 되어 있다.In general, in order to protect the system from this phenomenon, a protection device is installed on the path of the short-circuit current that may occur to protect the system. For example, when an external electric shock flows into the secondary battery system, the rack fuse, a protection system, blocks the short-circuit current to protect the rest of the system.

하지만 외부 전기 충격으로 랙 퓨즈가 빠르게 단락전류를 차단하지 못할 때, 주변 전기 시설물의 파손이 함체와 모듈 전극 단자사이 폐쇄회로 형성하여 모듈 간 이상 전류가 발생할 수 있다. 이러한 2차 단락 사고로부터 시스템을 보호할 수 있는 추가적인 보호체계가 필요하다.However, when the rack fuse fails to quickly block the short-circuit current due to an external electric shock, damage to the surrounding electrical facilities may form a closed circuit between the housing and the module electrode terminals, resulting in abnormal current between modules. An additional protection system is needed to protect the system from such secondary short circuit accidents.

또한 환경 관리 불량으로 인해 모듈(100) 내 결로의 생성과 건조가 반복되면서 모듈 전극 단자대 내부에 먼지가 달라붙고 이는 두 전극을 잇는 도전체 역할을 함으로써 폐쇄회로가 형성되어 모듈(100) 내부를 순환하는 이상전류가 발생하는 문제가 있을 수 있으며 이에 대한 보호체계가 필요하다.In addition, as the generation and drying of dew condensation in the module 100 are repeated due to poor environmental management, dust adheres to the inside of the module electrode terminal block, which acts as a conductor connecting the two electrodes, thereby forming a closed circuit and circulating inside the module 100 There may be a problem that an abnormal current occurs, and a protection system is required for this.

이외에도 단락사고는 설치 작업상의 부주의로 인해 흔히 발생할 수 있다. 일례로 도 1 (b) 에서 랙 배터리 시스템 내 모듈(100) 간 직렬 구성 시, 통상적으로 I형 모듈간 부스바(149)를 이용하여 연결한다. 이때 용이한 결선 체결을 위해 모듈(100)의 전극 단자는 인접 모듈의 그것과는 서로 반대되도록 위치하여야 한다. In addition, short circuit accidents can often occur due to negligence in installation work. For example, in the case of a series configuration between modules 100 in a rack battery system in FIG. 1 ( b ), it is typically connected using a bus bar 149 between I-type modules. At this time, for easy connection and fastening, the electrode terminal of the module 100 should be positioned to be opposite to that of the adjacent module.

이를 테면 각 모듈(100)의 (+) 전극은 직렬 연결되는 인접 모듈(100)의 (-) 전극과 연결을 위해 모듈 단자의 전극 위치는 인접 모듈의 그것과 매번 반대로 교차되어 배열되도록 모듈(100)이 적층되어야 한다.For example, in order to connect the (+) electrode of each module 100 to the (-) electrode of the adjacent module 100 that is connected in series, the electrode position of the module terminal is arranged opposite that of the adjacent module each time. ) should be stacked.

이는 바른 전극체결을 위해 매번 전극 교차를 확인하여 모듈(100)을 적층 또는 배열하여야 하므로 작업자의 피로도를 증가시키고 부주의로 인해 단락 사고가 발생하기 쉽다. This increases the fatigue of the operator because it is necessary to stack or arrange the modules 100 by checking the electrode intersection each time for correct electrode fastening, and a short circuit accident is easy to occur due to carelessness.

한국등록특허 제1486928호Korean Patent No. 1486928 한국공개특허 제2017-0110746호Korea Patent Publication No. 2017-0110746 한국등록특허 제1446148호Korean Patent No. 1446148

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 단락 사고를 방지하기 위한 모듈 간 연결부재 형상과 이상 전류(예, 과전류, 순환전류)가 통과하는 경로에 위치한 연결부에 융단부를 구비하여 이상 전류를 차단하는 이차 전지 시스템의 보호 체계 강화에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and includes a shape of a connection member between modules to prevent a short circuit accident and a connection part located in a path through which an abnormal current (eg, overcurrent, circulating current) passes by providing a ridge to the abnormal current It is in strengthening the protection system of the secondary battery system that blocks the

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다수 개의 셀; 상기 셀들의 집합 구조를 담는 모듈; 상기 모듈 내 셀들을 연결하며 상기 모듈 내측에서 전극 단자와 연결되는 단자 부스바; 상기 모듈이 다수 개 전기적 연결로 구성되어 집합되는 배터리 랙; 상기 배터리 랙 내 모듈 간 전극 단자를 연결하는 "Z"형상의 모듈간 부스바;를 포함한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of cells; a module containing the aggregate structure of the cells; a terminal bus bar connecting cells in the module and connected to an electrode terminal inside the module; a battery rack in which the modules are assembled by a plurality of electrical connections; It includes a "Z"-shaped inter-module bus bar that connects the electrode terminals between the modules in the battery rack.

상기 단자 부스바는 모듈 전극 단자와 접속하는 접속부, 몸체 그리고 몸체와 접속부를 잇는 연결부로 구성된다.The terminal busbar is composed of a connection part connected to the module electrode terminal, a body, and a connection part connecting the body and the connection part.

상기 단자 부스바의 접속부로 이어지는 연결구간에 융단부를 포함한다.A carpet portion is included in the connection section leading to the connection portion of the terminal busbar.

상기 단자 부스바의 연결부에 개구공을 형성하여 사고 안전성을 향상한다.An opening hole is formed in the connection part of the terminal busbar to improve accident safety.

상기 단자 부스바의 연결부 너비를 줄인 "I"자형 융단부를 구비하여 사고 안전성을 향상한다.Accident safety is improved by providing an "I"-shaped carpet with a reduced width of the connection part of the terminal bus bar.

상기 모듈간 부스바의 몸체 부분에 절연체로 이루어진 커버를 씌우거나 열수축성 튜브로 감싸 사고 안전성을 향상한다.Accident safety is improved by covering the body portion of the bus bar between modules with a cover made of an insulator or wrapping it with a heat shrinkable tube.

상기 모듈간 부스바는 이상전류로 부터 모듈을 보호할 수 있도록 이상전류 통과시 융단될 수 있다.The inter-module busbar may be fused when the abnormal current passes to protect the module from the abnormal current.

상기 모듈간 부스바의 몸체부분에 개구공을 두어 전기가 흐르는 도체의 단면을 줄임으로써 이상 전류가 흐를 시 발생하는 저항 열에 의해 용융되는 융단부를 포함한다.By reducing the cross-section of a conductor through which electricity flows by providing an opening in the body portion of the inter-module bus bar, it includes a melting edge that is melted by resistance heat generated when an abnormal current flows.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 랙 시스템 내 모듈 간 전극 연결시 발생할 수 있는 단락 사고를 예방할 수 있고, 사고로 모듈 간 이상 전류가 발생할 때 이상전류가 통과하는 경로 상에 있는 연결 부재가 융단되어 이상 전류를 차단 할 수 있으며, 또한 모듈 전극 단자의 절연파괴로 모듈 내 이상전류가 발생하는 경우, 모듈 전극과 셀을 연결하는 부재가 융단되어 모듈 내 순환하는 이상전류를 차단하여 모듈 내 셀들을 보호할 수 있는 안전성을 향상시킨 이차 전지 시스템의 보호 체계에 관한 것이다.The present invention made as described above can prevent a short circuit accident that may occur when electrodes are connected between modules in a rack system, and when an abnormal current between modules occurs due to an accident, the connection member on the path through which the abnormal current passes is melted and the abnormal current Also, when an abnormal current occurs in the module due to insulation breakdown of the module electrode terminal, the member connecting the module electrode and the cell is melted to block the abnormal current circulating in the module to protect the cells in the module. It relates to a protection system for a secondary battery system with improved safety.

또한, 본 발명에서 모듈 간 직렬 구성 시, 모듈의 상부 방향이 일정 방향을 향하도록 적층 또는 배열하면 모듈 간 전극 체결은 사선 방향이 된다. 사선 방향으로 연결하기 위해서 모듈간 부스바를 Z자 형상으로 한다. 이럴 경우, 모듈 전극의 극성은 인접 모듈의 그것과 서로 교차되도록 배치할 필요가 없으므로 설치 시 모듈 전극 극성 교차 배열을 위해 모듈 적층에 특별한 주의를 기울일 필요가 없다.In addition, in the present invention, when the modules are configured in series, when the modules are stacked or arranged so that the upper direction of the modules faces in a certain direction, the electrode connection between the modules becomes an oblique direction. In order to connect in an oblique direction, the busbar between modules is made in a Z shape. In this case, there is no need to arrange the polarity of the module electrode to cross each other with that of the adjacent module, so there is no need to pay special attention to the module stacking for the module electrode polarity cross arrangement during installation.

또한 본 발명은 도전체인 작업 도구와 모듈 전극 간의 접촉을 보다 효과적으로 방지하기 위해, 모듈간 부스바의 몸체 부분에 절연체로 이루어진 커버를 씌우거나 열수축성 튜브로 감싸 조립 시 작업자의 실수로 인한 폐쇄회로 형성을 원천적으로 방지할 수 있다.In addition, in order to more effectively prevent the contact between the working tool, which is a conductor, and the module electrode, a closed circuit is formed due to an operator's mistake during assembly by covering the body portion of the bus bar between modules with a cover made of an insulator or wrapping it with a heat-shrinkable tube. can be prevented fundamentally.

또한 본 발명은 부스바를 통해 이상전류 통과 시, 부스바의 융단부 개방과 함께 아크가 발생할 수 있으며 절연체로 이루어진 커버나 열 수축성 튜브를 이용해 상기 부스바의 융단부를 감싸 아크발생으로부터 주변 시설을 보호할 수 있다.In addition, according to the present invention, when an abnormal current passes through the busbar, an arc can occur along with the opening of the ridge of the busbar, and a cover made of an insulator or a heat-shrinkable tube is used to wrap the ridge of the busbar to protect the surrounding facilities from arcing. can

본 발명에서는 모듈 전극 단자 틈새에 습기와 먼지가 달라붙어 전극 간 폐쇄회로가 형성될 때, 폐쇄회로를 따라 순환하는 경로에 위치한 단자 부스바에 융단부를 구비하여 회로를 개방시킴으로써 상기 모듈을 보호할 수 있다. In the present invention, when moisture and dust adhere to the gap between the electrode terminals of the module and a closed circuit between the electrodes is formed, the module can be protected by providing a carpet on the terminal busbar located in the path circulating along the closed circuit to open the circuit. .

도 1은 종래 발명에 따른 배터리 모듈과 배터리 랙을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 발명에 따라 다수 셀들의 집합구조를 담고 있는 모듈 내 구성과 단자 부스바의 결합 위치를 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 발명에 따른 모듈 전극 단자 체결 시 작업과정에서의 사고 위험을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예로 Z형 모듈간 부스바로 모듈간 직렬 연결된 배터리 랙 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예로 절연체로 부스바 몸체를 감싼 모듈간 부스바를 보여주는 도면이다.
도 6은 단락사고의 일례로 모듈과 랙 함체 간 폐쇄회로 형성으로 인한 모듈 간 이상 전류 발생의 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예로 개구공이 구비된 Z형 모듈간 부스바와 상기 모듈간 부스바로 연결된 랙 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예로 개구공이 구비된 모듈간 부스바의 융단 특성 시험 전과 후의 모습을 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시예로 절연체 커버로 융단부를 포함한 몸체를 감싼 모듈간 부스바를 보여주는 도면이다.
도 10은 단락 사고의 일례로 모듈 내 단자 부스바 간 폐쇄회로 형성으로 인한 모듈 내 순환하는 이상전류 발생의 예를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예로 단자 부스바의 연결부에 개구공을 형성하여 융단부를 구비한 단자 부스바 실시예를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예로 단자 부스바의 연결부 너비를 줄인 융단부를 구비한 단자 부스바 실시예를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예로 모듈 내부에서 개구공이 구비된 단자 부스바의 위치를 보여주는 분해 사시도를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a battery module and a battery rack according to the prior art.
FIG. 2 is a view showing a configuration in a module containing an aggregate structure of a plurality of cells and a coupling position of a terminal busbar according to the prior art.
3 is a view showing the risk of an accident in the working process when the module electrode terminal is fastened according to the prior art.
4 is a diagram showing a battery rack structure connected in series between modules with a Z-type module-to-module bus bar according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an inter-module busbar covering a busbar body with an insulator according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an example of abnormal current generation between modules due to the formation of a closed circuit between the module and the rack enclosure as an example of a short circuit accident.
7 is a view showing a structure of a Z-type inter-module bus bar provided with an opening hole and a rack structure connected to the inter-module bus bar according to an embodiment of the present invention.
8 shows the appearance before and after the shear characteristic test of the inter-module busbar provided with the opening hole in the embodiment of the present invention.
9 is a view showing an inter-module busbar covering a body including a carpet part with an insulator cover according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing an example of generation of abnormal current circulating in a module due to the formation of a closed circuit between terminal busbars in the module as an example of a short circuit accident.
11 is a view showing an embodiment of a terminal busbar having a tapered end by forming an opening in a connection portion of the terminal busbar according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing an embodiment of a terminal busbar having a tapered end having a reduced width of a connection portion of the terminal busbar according to another embodiment of the present invention.
13 is an exploded perspective view showing a position of a terminal busbar having an opening inside a module according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This example is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shape of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations determined to unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

도 1 (b)에서 도시한 바와 같이 랙 구조를 갖는 종래의 배터리 시스템은 모듈(100)들을 수평 또는 수직 방향으로 일정거리를 이격한 채 배열되어 있는 구조로 모듈(100) 개수, 상기 모듈 용량 및 상기 모듈 간 전기 연결 구성에 따라 배터리 랙 시스템의 전기적 사양은 정해진다.As shown in Fig. 1 (b), the conventional battery system having a rack structure has a structure in which the modules 100 are arranged at a predetermined distance in the horizontal or vertical direction, the number of modules 100, the module capacity and The electrical specifications of the battery rack system are determined according to the configuration of the electrical connection between the modules.

상기 배터리 랙(10)은 설계된 전압이나 전류값을 출력할 수 있도록 배열된 모듈(100)들의 전극을 전도성을 가진 금속 플레이트로 이루어진 부스바 또는 케이블 컨넥터를 이용하여 각각 연결하여 구성한다.The battery rack 10 is configured by connecting the electrodes of the modules 100 arranged to output a designed voltage or current value, respectively, using a bus bar or cable connector made of a conductive metal plate.

상기 모듈(100) 간 전기적 연결을 위한 부스바의 경우, 본 발명에서 인용되는 다른 용도의 부스바와 구별을 위해 편의상 "모듈간 부스바"라고 칭한다.In the case of a busbar for electrical connection between the modules 100, for convenience, in order to distinguish it from a busbar for other uses cited in the present invention, it is referred to as an "inter-module busbar".

도 2에서 도시한 바와 같이 모듈(100) 내부에는 다수의 셀들의 집합으로 이루어진 블록구조가 한 개 이상으로 구성되어 있으며 얇은 금속 플레이트로 구비된 부스바를 이용하여 상기 셀 간 또는 셀 블록 간 전기적 연결을 이루며 이에 상응하는 출력은 모듈(100) 외함 일측면에 위치한 전극 단자를 통해 이루어진다.As shown in FIG. 2, the module 100 has at least one block structure composed of a set of cells, and electrical connection between the cells or between the cell blocks is performed by using a busbar made of a thin metal plate. and a corresponding output is made through an electrode terminal located on one side of the module 100 enclosure.

상기 모듈(100) 내 셀 블록들로부터 전류를 모아 최종적으로 전극 단자에 보내기 위해서, 모듈(100) 전극 단자에 인접한 셀 블록에 장착된 부스바는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 일측의 한 부분을 연장하고 절곡하여 종단부분을 전극 단자와 접속하도록 한다. 본 발명에서는 이를 편의상 "단자 부스바"라 칭하며 단자 부스바는 모듈(100) 전극 단자와 접속하는 접속부(143), 몸체 그리고 몸체와 접속부를 잇는 연결부(142)로 구성된다.In order to collect current from the cell blocks in the module 100 and finally send it to the electrode terminal, a bus bar mounted on the cell block adjacent to the electrode terminal of the module 100 is, as shown in FIG. 2 , a part of one side Extend and bend to connect the terminal part to the electrode terminal. In the present invention, this is referred to as "terminal busbar" for convenience, and the terminal busbar is composed of a connection part 143 connected to the electrode terminal of the module 100, a body, and a connection part 142 connecting the body and the connection part.

본 발명은 (1) 랙 배터리 시스템 내 모듈(100) 간 전극 체결시 작업자 부주의로 잘못된 전극끼리 체결로 인한 단락 사고를 예방할 수 있는 모듈간 부스바의 형상과, (2) 랙 함체와 모듈간 절연파괴로 인해 상기 함체와 모듈(100)간 순환하는 이상 전류가 발생할 수 있으며 이로 부터 모듈(100)을 보호할 수 있도록 이상전류 시 융단될 수 있는 모듈간 부스바에 관한 것과, (3) 모듈(100) 내 불량한 환경관리로 인해 절연이 파괴되어 발생할 수 있는 폐쇄 회로 형성으로부터 모듈(100)을 보호할 수 있는 단자 부스바에 관한 것이다.The present invention relates to (1) the shape of inter-module busbars that can prevent a short circuit accident due to incorrect connection between electrodes due to operator's carelessness when the electrodes are fastened between modules 100 in a rack battery system, and (2) insulation between the rack enclosure and modules An abnormal current circulating between the enclosure and the module 100 may occur due to destruction, and to protect the module 100 from this, it relates to an inter-module busbar that can be melted in the event of an abnormal current, and (3) the module 100 ), it relates to a terminal busbar capable of protecting the module 100 from the formation of a closed circuit that may occur due to breakdown of insulation due to poor environmental management.

기존 방식의 모듈(100)간 전기 연결 방식의 일례로 도 1 (b) 에서 랙 배터리 시스템 내 모듈(100) 간 직렬 구성시 통상적으로 I형 모듈간 부스바(149)를 이용하여 연결한다.As an example of the electrical connection method between the modules 100 of the conventional method, in Fig. 1 (b), when the modules 100 in the rack battery system are configured in series, they are usually connected using the I-type inter-module busbar 149.

용이한 결선 체결을 위해 모듈(100) 전극 단자의 극성은 직렬 연결되는 인접 모듈의 그것과는 서로 반대되도록 위치하여야 한다. For easy connection and fastening, the polarity of the electrode terminal of the module 100 should be positioned to be opposite to that of the adjacent modules connected in series.

이를 테면 각 모듈(100)의 (+) 전극 단자는 직렬 연결되는 인접 모듈(100)의 (-) 전극 단자와의 연결을 위해 모듈 전극의 극성 위치가 매번 서로 교차되어 배열되도록 모듈(100)이 적층되어야 한다.For example, for the (+) electrode terminal of each module 100 to be connected to the (-) electrode terminal of the adjacent module 100 connected in series, the module 100 is arranged so that the polarity positions of the module electrodes cross each other every time. should be stacked

이는 바른 전극체결을 위해 매번 전극 교차를 확인하여 모듈(100)을 적층 또는 배열하여야 하므로 작업자의 피로도를 증가시키고 부주의 사고의 원인이 되기도 한다.This increases the fatigue of the operator and also causes an accident because the module 100 must be stacked or arranged by checking the electrode crossing every time for correct electrode fastening.

상기와 같은 방식의 모듈 배열에서 흔히 발생할 수 있는 부주의 사고로는 도 3에서 도시한 바와 같이 작업과정에서 부주의로 (a) 두 모듈(100) 간 오결선(誤缺線)으로 전극 체결하거나 (b) 도전성을 띤 작업 공구와 모듈 전극 단자와의 접촉으로 폐쇄 회로가 형성되어 이상 전류가 발생하는 위험에 노출될 수 있다. As a careless accident that can occur frequently in the module arrangement in the above manner, as shown in FIG. 3, inadvertently (a) fastening the electrodes with a misconnection wire between the two modules 100 or (b) inadvertently during the work process. ) A closed circuit is formed by the contact between a conductive work tool and the module electrode terminal, which may expose you to the risk of generating an abnormal current.

이는 설치 작업 현장에서 흔히 일어날 수 있는 작업 부주의로 인해 발생하는 사고의 유형이며 인명과 화재사고로 이어질 수 있다.This is a type of accident that occurs due to work negligence that can often occur at the installation site, and can lead to life and fire accidents.

이러한 위험성은 모듈(100)이 횡방향으로 배치되는 수평 랙 배터리 시스템에도 동일하게 해당한다.This risk corresponds equally to the horizontal rack battery system in which the module 100 is arranged in the transverse direction.

따라서 종래의 I형 모듈간 부스바(149)를 사용하여 발생할 수 있는 상기 언급된 문제들은 본 발명의 모듈(100)간 직렬구성 시, 모듈간 부스바의 형상을 Z형으로 하여 해결할 수 있다.Therefore, the above-mentioned problems that may occur using the conventional I-type inter-module bus bar 149 can be solved by making the inter-module bus bar Z-shape when the module 100 of the present invention is serially configured.

도 4는 Z형 모듈간 부스바(150)로 모듈(100)간 직렬 연결된 배터리 랙 구조를 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing a battery rack structure connected in series between modules 100 with a Z-type inter-module busbar 150 .

도 4에서 도시하듯이, Z형 모듈간 부스바(150)로 모듈(100) 간 직렬 구성시, 모듈(100) 간 전극은 사선 방향으로 연결되므로 모듈(100)의 전극 단자의 극성은 인접 모듈의 그것과 교대로 번갈아 위치할 필요가 없다. 즉, 모듈(100)의 상부 방향이 일정 방향을 향하도록 적층 또는 배열만 하면 되어 모듈(100) 적층에 특별한 주의를 기울일 필요가 없다.As shown in FIG. 4 , when the modules 100 are configured in series with the Z-type inter-module busbar 150, the electrodes between the modules 100 are connected in an oblique direction, so the polarity of the electrode terminal of the module 100 is the adjacent module. There is no need to alternate with that of 's. That is, there is no need to pay special attention to the stacking of the modules 100 only by stacking or arranging them so that the upper direction of the modules 100 faces in a predetermined direction.

또한 도 3에서 표현된 부주의로 인한 모듈(100) 간 오결선를 근본적으로 방지할 수 있으며 도전체인 작업 도구와 전극 단자 간의 접촉 사고는 어느 정도 방지할 수 있다. In addition, it is possible to fundamentally prevent erroneous wiring between the modules 100 due to the carelessness shown in FIG. 3 , and it is possible to prevent a contact accident between the working tool, which is a conductor, and the electrode terminal to some extent.

또한 도전체인 작업 도구와 전극 단자 간의 접촉을 보다 효과적인 방법으로 방지하기 위해, 도 5에서 도시한 대로 모듈간 부스바(150)의 몸체 부분에 절연체로 이루어진 커버를 씌우거나 열수축성 튜브로 감싸 조립 시 작업자의 실수로 인한 접촉을 원천적으로 방지할 수 있다. In addition, in order to prevent contact between the working tool, which is a conductor, and the electrode terminal in a more effective way, as shown in FIG. 5 , a cover made of an insulator is placed on the body of the inter-module busbar 150 or wrapped with a heat-shrinkable tube when assembling It is possible to fundamentally prevent the contact caused by the operator's mistake.

도 5는 절연체로 부스바 몸체를 감싼 모듈간 부스바(150)를 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a view showing the inter-module busbar 150 that has the busbar body wrapped with an insulator.

또한 배터리 설치 공간의 운영 환경 관리 미흡, 설치 작업 중 부주의, 외부적인 전기충격(과전류나 과전압)이 배터리 시스템에 유입되어 절연 약화나 파괴가 발생하여 모듈(100) 단자와 랙(10) 함체간의 폐쇄회로가 형성되어 모듈 간 이상 전류가 발생할 수 있다.In addition, insufficient management of the operating environment of the battery installation space, carelessness during installation work, and external electric shock (overcurrent or overvoltage) enter the battery system, weakening or destroying the insulation, causing the module 100 terminal and the rack 10 to close. A circuit may be formed and abnormal currents may occur between modules.

일례로 도 6은 모듈과 랙 함체 간 폐쇄회로 형성으로 인한 모듈 간 순환하는 이상 전류 경로를 보여주고 있다.As an example, Figure 6 shows an abnormal current path circulating between modules due to the formation of a closed circuit between the module and the rack enclosure.

이때 모듈(100) 간 이상전류로부터 시스템을 보호하기 위해 융단부를 구비한 모듈간 부스바 (152)로 회로를 개방하여 이상전류를 차단할 수 있다.At this time, in order to protect the system from the abnormal current between the modules 100, the circuit may be opened with the inter-module bus bar 152 having a ridge to block the abnormal current.

본 발명의 실시예로 도 7(a)는 개구공이 구비된 Z형 모듈간 부스바(152)를 보여주고 있으며 도 7(b)에서는 상기 모듈간 부스바로 구성된 랙 시스템을 보여주고 있다. As an embodiment of the present invention, FIG. 7(a) shows a Z-type inter-module busbar 152 having an opening, and FIG. 7(b) shows a rack system composed of the inter-module busbar.

도 7 (a)에서 도시한 바대로 본 발명에서는 모듈간 부스바(152)의 몸체부분에 개구공을 두어 전기가 흐르는 도체의 단면을 줄임으로써 이상 전류가 흐를 시 발생하는 저항 열에 의해 용융되는 융단부를 구비하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 7 (a), in the present invention, an opening is provided in the body portion of the inter-module bus bar 152 to reduce the cross section of a conductor through which electricity flows, so that the carpet is melted by resistance heat generated when an abnormal current flows. It is characterized by having a wealth.

도 8은 본 발명의 실시예로 모듈간 부스바의 융단특성을 파악하기 위한 융단 시험전과 시험 후의 모습을 보여주고 있다. 도 8(a)에서는 개구공으로 융단부를 구비한 모듈간 부스바(152)의 융단 시험전 모습과 도 8(b)에서는 융단부가 분리된 상기 모듈간 부스바의 시험 후 모습을 보여주고 있다. 표 1에서는 각기 다른 시험 전류에 따른 통전시간을 보여주는 시험 결과를 보여주고 있다.8 shows the state before and after the shear test for understanding the shear characteristics of the busbar between modules in the embodiment of the present invention. Fig. 8(a) shows a state before the carpet test of the inter-module busbar 152 having a tapered end as an opening hole, and FIG. 8(b) shows a state after the test of the inter-module busbar with the tapered part separated. Table 1 shows the test results showing the energization time according to different test currents.

모듈간 부스바(152)를 통해 이상전류 통과 시 융단부의 개방과 함께 아크가 발생할 수 있으며 절연체로 이루어진 커버나 열 수축성 튜브를 이용해 상기 부스바의 융단부(연결부)를 감싸 아크발생으로 인한 2차 사고로부터 주변 시설물을 보호할 수 있다.When an abnormal current passes through the inter-module busbar 152, an arc may occur along with the opening of the ridge, and a cover made of an insulator or a heat-shrinkable tube is used to wrap the ridge (connection) of the busbar, resulting in secondary arcing. It can protect surrounding facilities from accidents.

시험체 번호specimen number #1#One #5#5 #8#8 #9#9 #2#2 #12#12 시험 전압, DC VTest voltage, DC V 71.271.2 73.373.3 72.572.5 73.073.0 72.072.0 72.372.3 시험 전류, kATest current, kA 7.17.1 6.16.1 4.34.3 3.13.1 1.51.5 1.11.1 통전 시간, msenergization time, ms 63.463.4 73.673.6 121.1121.1 238.8238.8 14491449 71707170 I2t, 106A2sI 2 t, 10 6 A 2 s 1.921.92 1.741.74 1.721.72 1.841.84 3.223.22 8.748.74

도 9는 본 발명의 실시예로 절연체 커버(151)로 융단부를 포함한 몸체를 감싼 모듈간 부스바(152)를 보여주는 도면이다.9 is a view showing an inter-module busbar 152 enclosing a body including a carpet portion with an insulator cover 151 according to an embodiment of the present invention.

또다른 단락 사고의 예로 환경관리 미흡으로 인해 모듈(100) 내 결로 생성과 건조가 반복되면서 모듈 전극 단자 내부에 먼지가 달라붙게 되고 이는 두 단자 부스바(140) 간 도전체 역할을 함으로써 폐쇄회로가 형성되어 모듈(100) 내부에서 이상전류가 발생할 수 있다. As another example of a short circuit accident, due to insufficient environmental management, the generation and drying of dew condensation in the module 100 is repeated, and dust adheres to the inside of the module electrode terminal, which acts as a conductor between the two terminal busbars 140 to form a closed circuit. formed so that an abnormal current may be generated inside the module 100 .

도 10은 두 전극 단자 간 상기 설명한 이물질로 인해 형성된 폐쇄회로로 모듈 내 순환하는 이상 전류 발생의 예를 보여주고 있다. 이때에는 융단부가 구비된 모듈간 부스바(152)는 모듈(100) 내에서 순환하는 이상전류 경로 상에 있지 않아 상기 모듈을 보호할 수 없다.10 shows an example of generation of abnormal current circulating in the module in a closed circuit formed due to the above-described foreign matter between the two electrode terminals. In this case, the inter-module bus bar 152 provided with the ridge is not on the abnormal current path circulating in the module 100 , and thus the module cannot be protected.

본 발명에서 이를 해결하기 위해서, 단자 부스바(140)의 연결부(142)에 개구공을 구비하거나 연결부(142)의 일정 구간의 너비를 줄여 전기가 흐르는 도체의 단면을 줄임으로써 이상 전류가 흐를 때 용융되는 융단 부분을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve this problem in the present invention, when an abnormal current flows by providing an opening in the connection part 142 of the terminal busbar 140 or reducing the width of a certain section of the connection part 142 to reduce the cross section of the conductor through which electricity flows It is characterized in that it is provided with a molten tapered portion.

도 11은 단자 부스바(140)의 연결부(142)에 개구공을 형성하여 융단부(142-2)를 구비한 단자 부스바(140) 실시예를 보여주는 도면이다.FIG. 11 is a view showing an embodiment of the terminal busbar 140 having an opening hole formed in the connection part 142 of the terminal busbar 140 and having the tapered end 142-2.

또다른 실시예로 도 12은 단자 부스바(140)의 연결부(142) 너비를 줄인 융단부(142-1)를 구비한 단자 부스바(140)를 도시하고 있다. As another embodiment, FIG. 12 shows the terminal bus bar 140 having the tapered end portion 142-1 in which the width of the connecting portion 142 of the terminal bus bar 140 is reduced.

하지만, 개구공을 이용한 융단부(142-2)는 하나의 연결 다리로 이루어진 융단부(142-1)보다는 뒤틀림에 강해 조립 시 보다 실용적일 수 있다. However, the carpet portion 142-2 using the opening hole may be more practical when assembling because it is more resistant to distortion than the carpet portion 142-1 made of one connecting leg.

도 13은 본 발명의 실시예로 모듈 내부에서 개구공이 구비된 단자 부스바(140)의 위치를 보여주는 분해 사시도를 보여주는 도면이다.13 is an exploded perspective view showing the position of the terminal busbar 140 having the opening hole inside the module according to the embodiment of the present invention.

도 13에서 도시한 대로 모듈 내부에 출력단자와 접속하는 단자 부스바는 연결부(142)에 융단부(142-2)를 구비한 단자 부스바(140)를 사용할 수 있다.As shown in FIG. 13 , the terminal bus bar connected to the output terminal inside the module may use the terminal bus bar 140 having the ridge 142 - 2 at the connection part 142 .

도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 융단부(142-2)를 구비한 단자 부스바(140)의 또 하나의 잇점은 모듈 내 이상전류뿐 아니라 모듈(100) 간 순환하는 이상전류 경로 상에 위치하여 회로를 개방하는 기능을 수행하여 안전성을 높일 수 있다. 특히나 케이블 컨넥터를 이용하여 모듈(100) 간 결선을 체결한 경우, 케이블에 과전류를 차단할 수 있는 융단부를 따로 구비하기 어려워 융단부를 구비한 단자 부스바(140)를 이용하여 모듈(100) 간 이상전류로부터 시스템을 보호할 수 있다.As shown in FIGS. 11 to 12 , another advantage of the terminal busbar 140 having the ridge 142-2 is on the abnormal current path circulating between the modules 100 as well as the abnormal current within the module. It is located in the circuit to open the circuit, so safety can be improved. In particular, when the connection between the modules 100 is connected using a cable connector, it is difficult to separately provide a ridge that can block overcurrent in the cable, so the abnormal current between the modules 100 using the terminal busbar 140 having the ridge part You can protect your system from

100 : 모듈
140 : 단자 부스바
142 : 단자 부스바 연결부
142-1, 142-2 : 단자 부스바 융단부
150 : 모듈간 부스바
152 : 융단부가 구비된 모듈간 부스바100 : module
140: terminal bus bar
142: terminal bus bar connection part
142-1, 142-2: terminal busbar carpet
150: bus bar between modules
152: inter-module bus bar provided with a carpet

Claims (5)

다수 개의 셀;
상기 셀들을 집합 구조로 형성하여 담는 모듈;
상기 모듈이 다수 개 전기적 연결로 구성되어 집합되는 배터리 랙;
상기 배터리 랙 내 모듈 간 전극을 체결하는 "Z"형상의 모듈간 부스바;를 포함하며,
상기 모듈간 부스바의 몸체 부분에 절연체로 이루어진 커버를 씌우거나 열수축성 튜브로 감싸 사고 안전성을 향상시키고,
상기 모듈간 부스바는 몸체 부분에 개구공을 구비한 것을 특징으로 하는 사고 안전성을 향상한 이차 전지 간 보호 체계.
multiple cells;
a module for forming and storing the cells in an aggregate structure;
a battery rack in which the modules are assembled by a plurality of electrical connections;
Including; "Z"-shaped inter-module busbar for fastening electrodes between modules in the battery rack
To improve accident safety by covering the body portion of the bus bar between modules with a cover made of an insulator or wrapping it with a heat-shrinkable tube,
The inter-module busbar is a protection system between secondary batteries with improved accident safety, characterized in that it has an opening in the body portion.
 삭제delete 삭제delete 다수 개의 셀;
상기 셀들을 집합 구조로 형성하여 담는 모듈;
상기 모듈이 다수 개 전기적 연결로 구성되어 집합되는 배터리 랙 내 모듈 간 전극을 체결하는 모듈간 부스바;
상기 모듈 내 셀들을 연결하며 상기 모듈 내측에서 모듈 전극 단자와 연결되는 단자 부스바;
상기 단자 부스바는 모듈 전극 단자와 접속하는 접속부, 몸체, 그리고 몸체와 접속부를 잇는 연결부;로 구성되며
상기 단자 부스바는 이상 전류로부터 모듈을 보호할 수 있도록 상기 연결부에 개구공을 구비하며,
상기 단자 부스바의 개구공이 구비된 연결부를 절연체로 이루어진 커버로 씌운 것;을 특징으로 하는 사고 안전성을 향상한 이차 전지 간 보호 체계.
multiple cells;
a module for forming and storing the cells in an aggregate structure;
an inter-module bus bar for fastening electrodes between modules in a battery rack in which the modules are configured and assembled by a plurality of electrical connections;
a terminal bus bar connecting cells in the module and connected to a module electrode terminal inside the module;
The terminal bus bar is composed of a connection part connected to the module electrode terminal, a body, and a connection part connecting the body and the connection part.
The terminal bus bar has an opening in the connection part to protect the module from abnormal current,
A protection system between secondary batteries with improved accident safety, characterized in that the connection part provided with the opening hole of the terminal bus bar is covered with a cover made of an insulator.
 삭제delete
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