KR20130107854A - 이차 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자, 및 상기 전극단자와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 각각 포함하는 복수의 이차 전지; 이웃하는 상기 이차 전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 연결부재; 및 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함하는 이차 전지 모듈을 개시한다.
일례로, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자, 및 상기 전극단자와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 각각 포함하는 복수의 이차 전지; 이웃하는 상기 이차 전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 연결부재; 및 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함하는 이차 전지 모듈을 개시한다.
Description
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적인 이차 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수의 이차 전지인 단위 전지로 이루어진다. 상기 각 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양, 음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양, 음극 단자를 포함한다. 그리고 각각의 단위전지는 인접한 단위전지의 음극 단자와 양극 단자간에 버스 바를 통해서 연결하여 대용량의 전지 모듈을 구성하게 된다.
일반적으로, 이차 전지 모듈은 각 전극단자가 수나사 형태로 이루어져 있어서 일측 단위 전지의 양극 단자와 인접한 단위 전지의 음극 단자에 도전체인 버스 바를 끼우고 상기 단자에 체결을 위한 체결 너트를 체결하여 버스 바를 고정함으로써 각 단위 전지를 직렬로 연결하게 된다.
이와 같이 단위 전지들이 서로 직렬로 연결되어 있기 때문에, 단위 전지들 중 어느 한 단위 전지에 과충전, 관통 또는 외부 단락 등이 이벤트가 발생될 경우, 이벤트가 발생된 단위 전지에서부터 흐르는 과전류가 가장 마지막에 연결된 단위 전지까지 흐르게 되어, 이벤트가 발생되지 않은 일부 단위 전지들까지 손상될 수 있다.
본 발명은, 과충전, 관통 및 외부 단락 등과 같은 이벤트 대한 페일세이프(fail-safe)와 안정성이 향상된 이차 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자, 및 상기 전극단자와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 각각 포함하는 복수의 이차 전지; 이웃하는 상기 이차 전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 연결부재; 및 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함한다.
또한, 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 상기 제 2 단락부재에 인가되는 전압을 검출하는 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출부의 전압 검출 유무에 따라 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출부를 통해 전압이 검출되는 경우, 상기 이차 전지의 충전이 중단되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 전극단자는, 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 전극단자, 및 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 전극단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단락부재는, 제 1 측이 상기 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되고, 제 2 측이 상기 케이스를 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출된 파이프 부재; 및 상기 파이프 부재의 제 2 측의 개구를 덮으며, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되는 반전 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지 각각은, 상기 제 1 전극판, 상기 제 1 전극단자 및 상기 제 1 단락부재를 전기적으로 연결하는 제 1 집전체; 및 상기 제 2 전극판 및 상기 제 2 전극단자를 전기적으로 연결하는 제 2 집전체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전체는, 상기 제 1 전극단자 및 상기 제 1 단락부재와 결합된 제 1 연결부; 및 상기 제 1 연결부로부터 연장되며, 상기 제 1 전극판과 결합된 제 1 연장부를 포함하고, 상기 제 1 연결부는, 상기 제 1 단락부재와 결합되기 위한 연결홀을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 단락부재는, 제 1 측이 상기 제 1 연결부의 연결홀에 결합되며, 제 2 측이 상기 케이스를 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출된 파이프 부재; 및 상기 파이프 부재의 제 2 측의 개구를 덮으며, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되는 반전 플레이트를 포함하고, 상기 파이프 부재의 제 1 측은 상기 제 1 연결부의 연결홀을 통해 상기 케이스의 내부와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 2 단락부재는, 외부 단자와 전기적으로 연결된 중심부; 및 상기 중심부로부터 각각 연장되며, 상기 제 1 단락부재의 반전 플레이트와 각각 대향하는 복수의 분지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극단자와 결합된 제 2 연결부; 및 상기 제 2 연결부로부터 연장되며, 상기 전극 조립체의 제 2 전극판과 결합된 제 2 연장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 단락부재는, 외부 단자와 전기적으로 연결된 중심부; 및 상기 중심부로부터 각각 연장되며, 상기 제 1 단락부재와 각각 대향하는 복수의 분지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극단자 및 상기 제 1 단락부재는 상기 케이스와 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 상기 제 2 단락부재는 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 직렬 연결된 복수의 이차 전지를 단위 전지로 포함하는 이차 전지 모듈로서, 상기 복수의 이차 전지 중 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 큰 이상 이차 전지는, 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 직접 연결되어, 상기 이상 이차 전지에서 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자로 전류가 직접 흐른다.
또한, 상기 복수의 이차 전지 각각은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자; 및 상기 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 과충전, 관통 및 외부 단락과 같은 이벤트에 대한 페일세이프(fail-safe)와 안정성이 향상된 이차 전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 이차 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이차 전지 모듈의 상면도와 함께 이차 전지 모듈의 추가 구성을 도시하여 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 과충전 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 이차 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이차 전지 모듈의 상면도와 함께 이차 전지 모듈의 추가 구성을 도시하여 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 과충전 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 이차 전지 모듈(100)의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120)의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체(130)의 사시도이다. 도 5는 도 1에 도시된 이차 전지 모듈(100)의 상면도와 함께 이차 전지 모듈(100)의 추가 구성을 도시하여 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)은, 복수의 이차 전지(100A 내지 100F), 제 1 연결부재(163) 및 제 2 단락부재(180)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)은, 단위 전지로서 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이차 전지가 6개로 구성된 것으로 설명하고 있으나, 이는 일례일 뿐이며, 이차 전지 모듈은 단위 전지로서 적어도 2개 이상의 이차 전지를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 각각의 구성은 모두 동일하므로, 제 1 이차 전지(100A)를 대표로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
상기 제 1 이차 전지(100A)는 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 제 2 집전체(130), 케이스(140), 제 1 전극단자(152), 제 2 전극단자(153), 및 제 1 단락부재(170)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113)와 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과 외부 사이의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과 외부 사이의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전체(120)와 제 2 집전체(130)가 결합된다.
상기 제 1 집전체(120)는 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제 1 집전체(120)는 제 1 연결부(121) 및 제 1 연장부(123)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 연결부(121)에는 제 1 단자홀(124)과 연결홀(126)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자홀(124)은 제 1 전극단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 연결홀(126)은 제 1 단락 부재(170)의 제 1 측이 끼워져 결합되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 제 1 연장부(123)는 제 1 연결부(121)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 1 전극 무지부(111a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제 2 집전체(130)는 구리, 구리 합금, 니켈 및 니켈 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 집전체(130)는 제 2 연결부(131) 및 제 2 연장부(133)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 연결부(131)에는 제 2 단자홀(134)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자홀(134)은 제 2 전극단자(153)가 끼워져 결합되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 제 2 연장부(133)는 제 2 연결부(131)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 2 전극 무지부(112a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 상기 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120) 및 제 2 집전체(130)가 삽입 안착될 수 있는 케이스 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도면에서는 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 케이스 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120) 및 제 2 집전체(130)와 전기적으로 절연된다. 여기서 상기 케이스(140)는 전기적으로 중성일 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 제 1 전극단자(152), 제 2 전극단자(153), 가스켓(154), 제 1 너트(155a), 제 1 상부 절연 부재(158), 하부 절연 부재(162) 및 제 1 단락 부재(170)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하고, 단락홀(151c)이 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 케이스(140)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 전기적으로 중성일 수 있다.
상기 제 1 전극단자(152)는 캡 플레이트(151)의 일측을 관통하여 제 1 집전체(120)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극단자(152)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제 1 전극단자(152)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(152a)가 형성되며, 상기 플랜지(152a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 상기 제 1 집전체(120)의 제 1 단자홀(124)에 끼워진다.
상기 제 2 전극단자(153)는 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 2 전극단자(153)는 제 1 전극단자(152)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 가스켓(154)은, 절연성 재질로 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(154)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 제 1 상부 절연 부재(158)는 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153)각각과 캡 플레이트(151) 사이에 각각 배치되며 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153)가 각각 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 각각 밀착된다. 이러한 제 1 상부 절연부재(158)는 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153) 각각과 캡 플레이트(151)를 전기적으로 절연시킨다.
상기 제 1 너트(155a)는, 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153)에 각각 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극단자(152) 및 제 2 전극단자(153) 각각을 캡 플레이트(151)에 고정시킨다.
상기 하부 절연 부재(162)는 제 1 집전체(120) 및 제 2 집전체(130) 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 제 1 단락 부재(170)는 파이프 부재(171)와 반전 플레이트(175)를 포함할 수 있다.
상기 파이프 부재(171)는 대략 원통의 파이프 형태로 형성될 수 있다. 상기 파이프 부재(171)의 제 1 측은 상기 제 1 집전체(120)의 연결홀(126)에 체결됨으로써, 제 1 전극단자(152)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 파이프 부재(171)의 제 1 측은, 상기 제 1 집전체(120)의 연결홀(126)에 리벳팅되어 체결될 수 있으며, 상기 제 1 집전체(120)의 연결홀(126)을 통해 상기 케이스(140)의 내부와 연결될 수 있다. 상기 파이프 부재(171)의 제 2 측은 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)을 관통하여 캡 플레이트(151)의 상부로 노출될 수 있다. 상기 파이프 부재(171)의 제 2 측과 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c) 사이에 제 2 상부 절연 부재(175)가 형성되어, 상기 파이프 부재(171)와 캡 플레이트(151) 사이가 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 반전 플레이트(175)는 상기 파이프 부재(171)의 제 2 측의 개구를 덮으며, 상기 파이프 부재(171)와 전기적으로 연결된다. 상기 반전 플레이트(175)는 아래로 볼록한 라운드부와, 상기 파이프 부재(171)의 제 2 측 상단에 고정된 테두리부를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 반전 플레이트(175)는, 이차 전지에 과충전, 관통 또는 외부 단락 등이 발생하여 케이스(140)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 크게 될 경우, 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다.
상기 제 1 연결부재(163)는 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 중 이웃하는 이차 전지의 전극단자들을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제 1 연결부재(163)는 대략 플레이트 형태로 형성되며, 두 개의 홀이 형성될 수 있다. 상기 두 개의 홀은 이웃하는 이차 전지의 서로 다른 극성의 전극단자들에 각각 끼워짐으로써, 이웃하는 이차 전지 사이가 직렬로 연결될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 제 1 연결부재(163)가 끼워진 전극단자에는 제 2 너트(155b)가 상기 전극단자의 나사산을 따라 체결되어, 상기 제 1 연결부재(163)가 각 전극단자에 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)은, 서로 직렬 연결된 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F)를 외부 전극단자(10A, 10B)와 연결하는 제 2 연결부재(165)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 연결부재(165)는 서로 직렬 연결된 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 중 전위가 가장 높은 전극단자와 전위가 가장 낮은 전극단자에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 연결부재(165)는 전위가 가장 높은 전극단자와 외부 양극단자(10A)를 전기적으로 연결하며, 전위가 가장 낮은 전극단자와 외부 음극단자(10B)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제 2 연결부재(165)는 제 1 연결부재(163)와 유사한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 제 2 연결부재(165)의 형태를 한정하는 것이 아니며, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
상기 제 2 단락부재(180)는 외부 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175) 중 반전되어 돌출되는 반전 플레이트(175)와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)와 각각 대향 배치될 수 있다.
이러한 제 2 단락부재(180)는 중심부(181)와 복수의 분지부(183)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 중심부(181)는 바(bar) 형태로 형성되며, 외부 음극단자(10B)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 중심부(181)는 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F)의 캡 플레이트(151)의 상부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 중심부(181)의 하면에는 절연 플레이트(185)가 형성되어, 상기 제 2 단락부재(180)와 캡 플레이트(151) 사이에 불필요한 단락을 방지할 수 있다.
상기 복수의 분지부(183)는 상기 중심부(181)의 측부로부터 각각 연장되어 형성되며, 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)와 각각 소정의 거리를 두고 대향 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 분지부(183)와 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)의 이격 거리는, 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)가 반전되어 돌출될 경우, 돌출된 반전 플레이트(175)가 상기 분지부(183)에 접촉될 수 있을 정도의 거리를 두는 것이 적절하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)은 검출부(191)와 제어부(193)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 검출부(191)는 상기 제 2 단락부재(180)와 연결되어 상기 제 2 단락부재(180)의 전압을 검출하도록 구성된다. 상기 제어부(193)는 상기 검출부(191)의 전압 검출 유무에 따라 이차 전지 모듈(100)의 충전을 제어하도록 구성된다. 상기 검출부(191)와 제어부(193)에 대한 보다 자세한 구성은 이하에서 설명하는 이차 전지 모듈(100)의 동작 방식에 대한 설명에서 설명하도록 한다.
이하에서는, 과충전 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)의 동작에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7은 과충전 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)의 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
우선, 과충전 발생 시 이차 전지 모듈(100)의 동작에 대한 설명에 앞서, 서로 직렬 연결된 제 1 내지 제 6 이차 전지(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 중 임의의 이차 전지에 과충전이 발생한 것으로 가정하며, 예를 들어 제 3 이차 전지(100C)에 과충전이 발생한 것으로 가정한다.
앞서 가정한 바와 같이, 상기 제 3 이차 전지(100C)에 과충전이 발생될 경우, 상기 제 3 이차 전지(100C)의 케이스(140)의 내부 압력이 상승하게 된다. 이때, 상기 제 3 이차 전지(100C)의 케이스(140)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 클 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)가 반전되어 케이스(140)의 외측을 향해 돌출하게 된다. 이때, 상기 제 1 단락부재(170)의 반전 플레이트(175)과 대향 배치되어 있는 제 2 단락부재(180)의 해당 분지부(183)와 전기적으로 접촉하게 된다. 이에 따라, 과충전에 의해 상기 제 3 이차 전지(100C)에서부터 발생된 과전류가 제 4 내지 제 6 이차 전지(100D, 100E, 100F)로 흐르는 것이 아니라, 제 1 단락부재(170)와 제 2 단락부재(180)를 통해 외부 음극단자(10B)로 직접 흐르게 된다.
한편, 이차 전지 모듈(100)에 과충전이 발생될 경우 제 2 단락부재(180)를 통해 과전류가 흐르게 되므로, 검출부(191)는 제 2 단락부재(180)로부터 전압을 검출하게 되며, 전압이 검출되었음을 알리는 과충전 알림 신호를 제어부(193)로 전송하게 된다. 상기 제어부(193)는 상기 검출부(191)로부터 수신된 과충전 알림 신호에 대응하여 이차 전지 모듈(100)의 충전이 중단되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(193)는 외부 단자(10A, 10B)와 이차 전지들 사이를 물리적 또는 전기적으로 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 직렬 연결된 복수의 이차 전지 중 임의의 전지에 과충전이 발생되는 경우, 과충전된 전지로부터 흐르는 과전류가 다음 전지로 흐르는 것이 아니라, 제 1 단락부재(170)와 제 2 단락부재(180)를 통해 외부 단자로 우회할 수 있도록 함으로써, 다른 전지들의 손상을 막을 수 있다. 이에 따라 이차 전지 모듈의 페일세이프(fail-safe)와 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 전지의 과충전이 발생되는 경우뿐만 아니라, 관통 또는 외부 단락 등과 같은 이벤트가 발생되는 경우에 대해서도 동일한 효과가 있다.
또한, 이차 전지 각각에 퓨즈가 설치될 필요가 없으므로, 이차 전지의 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 이차 전지 모듈
100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F: 이차 전지
120: 제 1 집전체
130: 제 2 집전체
140: 케이스
150: 캡 조립체
163: 제 1 연결부재
165: 제 2 연결부재
170: 제 1 단락부재
171: 파이프 부재
175: 반전 플레이트
180: 제 2 단락부재
181: 중심부
183: 분지부
191: 검출부
193: 제어부
100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F: 이차 전지
120: 제 1 집전체
130: 제 2 집전체
140: 케이스
150: 캡 조립체
163: 제 1 연결부재
165: 제 2 연결부재
170: 제 1 단락부재
171: 파이프 부재
175: 반전 플레이트
180: 제 2 단락부재
181: 중심부
183: 분지부
191: 검출부
193: 제어부
Claims (17)
- 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자, 및 상기 전극단자와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 각각 포함하는 복수의 이차 전지;
이웃하는 상기 이차 전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 연결부재; 및
상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 상기 제 2 단락부재에 인가되는 전압을 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 검출부의 전압 검출 유무에 따라 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 검출부를 통해 전압이 검출되는 경우, 상기 이차 전지의 충전이 중단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체는,
제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,
상기 전극단자는,
상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 전극단자, 및 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 전극단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 단락부재는,
제 1 측이 상기 제 1 전극단자와 전기적으로 연결되고, 제 2 측이 상기 케이스를 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출된 파이프 부재; 및
상기 파이프 부재의 제 2 측의 개구를 덮으며, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되는 반전 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 이차 전지 각각은,
상기 제 1 전극판, 상기 제 1 전극단자 및 상기 제 1 단락부재를 전기적으로 연결하는 제 1 집전체; 및
상기 제 2 전극판 및 상기 제 2 전극단자를 전기적으로 연결하는 제 2 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 집전체는,
상기 제 1 전극단자 및 상기 제 1 단락부재와 결합된 제 1 연결부; 및
상기 제 1 연결부로부터 연장되며, 상기 제 1 전극판과 결합된 제 1 연장부를 포함하고,
상기 제 1 연결부는, 상기 제 1 단락부재와 결합되기 위한 연결홀을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 단락부재는,
제 1 측이 상기 제 1 연결부의 연결홀에 결합되며, 제 2 측이 상기 케이스를 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출된 파이프 부재; 및
상기 파이프 부재의 제 2 측의 개구를 덮으며, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되는 반전 플레이트를 포함하고,
상기 파이프 부재의 제 1 측은 상기 제 1 연결부의 연결홀을 통해 상기 케이스의 내부와 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 단락부재는,
외부 단자와 전기적으로 연결된 중심부; 및
상기 중심부로부터 각각 연장되며, 상기 제 1 단락부재의 반전 플레이트와 각각 대향하는 복수의 분지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 집전체는,
상기 제 2 전극단자와 결합된 제 2 연결부; 및
상기 제 2 연결부로부터 연장되며, 상기 전극 조립체의 제 2 전극판과 결합된 제 2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락부재는,
외부 단자와 전기적으로 연결된 중심부; 및
상기 중심부로부터 각각 연장되며, 상기 제 1 단락부재와 각각 대향하는 복수의 분지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극단자 및 상기 제 1 단락부재는 상기 케이스와 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락부재는 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 직렬 연결된 복수의 이차 전지를 단위 전지로 포함하는 이차 전지 모듈에 있어서,
상기 복수의 이차 전지 중 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 큰 이상 이차 전지는, 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 직접 연결되어, 상기 이상 이차 전지에서 상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자로 전류가 직접 흐르는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈. - 제 15 항에 있어서,
상기 복수의 이차 전지 각각은,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자; 및
상기 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 케이스의 내압 상승 시 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 제 1 단락부재를 포함하는 것을 이차 전지 모듈. - 제 16 항에 있어서,
상기 이차 전지 모듈의 외부 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 단락부재가 돌출되는 경우, 돌출되는 제 1 단락부재와 접촉되도록 상기 제 1 단락부재와 각각 대향 배치된 제 2 단락부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
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