KR20140064093A - 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바 - Google Patents

안전성이 향상된 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바 Download PDF

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KR20140064093A
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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 단위 셀, 상기 단위 셀을 수용하는 하우징, 상기 하우징의 외측으로 노출되는 한 쌍의 외부 단자, 및 상기 단위 셀과 외부 단자 사이를 연결하는 한 쌍의 버스 바를 포함하는 것으로서, 상기 한 쌍의 버스 바 중 적어도 어느 하나는, 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단락의 발생이나 과충전 등에 의해 이차전지의 온도가 과하게 상승하는 경우임에도 불구하고 보호회로가 정상 작동하지 않는 경우에 있어서 버스 바가 신속히 파단 됨으로써 배터리 모듈 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 효과를 가져온다.

Description

안전성이 향상된 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바{Battery module with improved safety and Bus bar applied for the same}
본 발명은 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바에 관한 것으로서, 구체적으로는 단락에 의한 과전류나 과충전 등으로 인해 이차전지가 과열되는 현상이 발생되는 경우 이러한 과전류 또는 충전 전류를 신속하게 차단함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 개선된 기술에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 단위 셀과 외부 단자 사이를 연결하는 버스 바를 이중 구조로 구성하여, 배터리 모듈의 사용 중 이상 현상 발생으로 온도가 상승할 경우 버스 바가 용이하게 파단 되도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈 및 이에 적용되는 버스 바를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 단위 셀, 상기 단위 셀을 수용하는 하우징, 상기 하우징의 외측으로 노출되는 한 쌍의 외부 단자, 및 상기 단위 셀과 외부 단자 사이를 연결하는 한 쌍의 버스 바를 포함하는 것으로서, 상기 한 쌍의 버스 바 중 적어도 어느 하나는, 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함한다.
상기 합금 브릿지는, 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn) 및 비스무트(Bi)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속; 및 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 은(Ag)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속을 함유할 수 있다.
상기 합금 브릿지는, 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn) 및 비스무트(Bi)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 금속을 함유할 수 있다.
상기 합금 브릿지는, 납(Pb)을 함유하지 않는 무연 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트는 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
상기 합금 브릿지는 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트가 서로 대향하고 있는 표면 사이에 직접 개재되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 대향 표면은 오목한 형상을 갖도록 테이퍼(Taper)진 것일 수 있다.
상기 합금 브릿지는 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트의 어느 한쪽 면 또는 양쪽 면 상에서 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 각각의 일측 단부의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 면에 형성된 수용 홈을 구비하며, 상기 합금 브릿지는 상기 수용 홈과 대응되는 크기 및 형상을 갖고, 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 대향하는 단부의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 각각의 일측 단부에 형성된 제1 절곡부 및 제2 절곡부를 구비하며, 상기 합금 브릿지는 상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 표면으로부터 일정 깊이로 형성된 수용 홈을 구비하며, 상기 합금 브릿지는 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 수용 홈에 삽입됨으로써 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며, 상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역 내에 개재되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며, 상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역의 둘레 중 서로 마주보는 일측 및 타측에 형성될 수 있다.
상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며, 상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역의 둘레 전체에 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 버스 바 중 상기 단위 셀의 음극과 연결되는 버스 바는, 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 버스 바는, 하우징 내에 수용되는 단위 셀 및 상기 하우징의 외측으로 노출되는 외부 단자 사이를 연결하는 것으로서, 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단락의 발생이나 과충전 등에 의해 이차전지의 온도가 과하게 상승하는 경우임에도 불구하고 보호회로가 정상 작동하지 않는 경우에 있어서 버스 바가 신속히 파단 됨으로써 배터리 모듈 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 효과를 가져온다.
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 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 버스 바를 나타내는 부분 사시도이다.
도 4 내지 도 12은 도 3에 도시된 버스 바의 다양한 변형 예를 나타내는 부분 사시도이다.
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 아니 되며, 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 일부 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 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 버스 바를 나타내는 부분 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 단위 셀(10), 상기 단위 셀(10)을 수용하는 하우징(20), 상기 하우징(20)의 외측으로 노출되는 한 쌍의 외부 단자(20a) 및 상기 단위 셀(10)과 외부 단자(20a) 사이를 연결하는 한 쌍의 버스 바(30)를 포함한다.
상기 단위 셀(10)은 전극조립체(미도시) 및 전극조립체로부터 연장되는 한 쌍의 전극 리드(미도시), 즉 양극 리드 및 음극 리드를 구비하는 것으로서, 하우징(20) 내에 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 단위 셀(10)이 복수개인 경우 단위 셀(10) 상호간은 전극 리드간의 결합에 의해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 한 쌍의 외부 단자(20a)는 하우징(20)의 외측 면 상에 부착되거나 하우징(20)의 외측 면을 관통하여 설치되는 것으로서 배터리 모듈(100)로부터 전력을 공급 받아 동작하는 외부 디바이스(미도시) 또는 충전 장치(미도시)와 배터리 모듈(100) 사이를 전기적으로 연결하는 접속 단자로서 기능할 수 있다.
다음은, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 버스 바(30)를 설명하기로 한다.
상기 한 쌍의 버스 바(30)는 단위 셀(10)의 전극 리드와 외부 단자(20a) 사이를 연결하는 것으로서, 제1 금속 플레이트(31), 제2 금속 플레이트(32) 및 금속 플레이트(31,32) 사이를 연결하는 합금 브릿지(33)를 포함한다.
상기 한 쌍의 버스 바(30) 중 양극 리드와 결합하는 버스 바(30)의 금속 플레이트(31,32)는 양극 리드에 일반적으로 사용되는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 양극 리드와 버스 바(30)를 용접에 의해 결합시키는 경우에 있어서, 용접성을 향상시키고 결합 부위에서의 접촉 저항을 최소화 하기 위함이다. 마찬가지로, 상기 한 쌍의 버스 바(30) 중 음극 리드와 결합하는 버스 바(30)의 금속 플레이트(31,32)는 음극 리드에 일반적으로 사용되는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 코팅된 구리 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 한 쌍의 버스 바(30) 상호간에 있어서, 금속 플레이트(31,32)의 재질을 제외한 다른 구성은 실질적으로 동일하므로, 본 발명을 설명함에 있어서는 어느 하나의 버스 바(30)에 대해서만 설명하기로 하며, 다른 하나에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 금속 플레이트(31) 및 제2 금속 플레이트(32)는 간극을 사이에 두고 이격되어 동일 평면 상에 위치하며, 얇은 판상의 금속으로 이루어진다. 상기 제1 금속 플레이트(31)는 전극 리드의 일측 단부와 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 제2 금속 플레이트(32)는 제1 금속 플레이트(31)와 간극을 사이에 두고 이격되어 위치하며, 용접이나 볼트/너트 조임 방식 등에 의해 외부 단자(20a)와 결합될 수 있다.
상기 합금 브릿지(33)는 금속 플레이트(31,32) 사이의 간극을 채우며 금속 플레이트(31,32)의 대향 표면과 접합됨으로써 금속 플레이트(31,32) 사이를 전기적으로 연결한다.
상기 합금 브릿지(33)는 금속 플레이트(31,32)보다 낮은 융점을 갖는 것으로서, 단락의 발생이나 과충전 등으로 인해 배터리 모듈(10)이 과열된 경우 신속히 용융되어 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32) 사이의 전기적 연결을 해제하며, 이로써 이차전지 사용상의 안전성이 확보될 수 있도록 한다.
상기 합금 브릿지(33)는 인체에 유해한 납(Pb)를 함유하지 않는 무연 합금으로서, 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn) 및 비스무트(Bi)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속과, 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 은(Ag)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금 성분으로 이루어질 수 있다. 그 밖에, 상기 합금 브릿지(33)는 갈륨, 인듐, 주석 및 비스무트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 금속을 함유하는 합금 성분으로 이루어질 수도 있다.
상기 합금 브릿지(33)는 함유된 금속의 조성비에 따라 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖도록 조절될 수 있다. 이러한 융점 범위는 금속 플레이트(31,32)를 구성하는 알루미늄, 구리 또는 니켈이 코팅된 구리의 용융점과 비교하여 더 낮은 것에 해당할 뿐만 아니라, 과열된 단위 셀(10)로부터 전달되는 열에 의해서도 용융이 촉진될 수 있는 범위에 해당하는 것이므로 온도 상승에 따른 신속한 전류 차단이 가능하다.
또한, 이러한 융점 범위는 버스 바(30)가 견뎌야 하는 최대 전압 및 최대 전류 조건, 합금 브릿지(33)를 사용하여 차단하고자 하는 과전류의 레벨, 버스 바(30)에 요구되는 전기적 물성(저항 및 전기전도도) 및/또는 기계적 물성(인장 강도) 등을 고려하여 정한 것이다.
상기 합금 브릿지(33)의 융점이 90℃보다 낮으면 배터리 모듈(100)의 정상적인 작동에 따른 정상 범위의 발열에 대해서도 버스 바(30)가 파단될 수 있다. 반대로, 상기 합금 브릿지(30)의 융점이 110℃보다 높으면 배터리 모듈(100)의 과열에 따른 사고 방지의 효과를 충분히 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.
실 예로서, 상기 합금 브릿지(33)가 62.5wt% 함량의 비스무트 및 37.5wt% 함량의 주석으로 이루어져 94.4℃의 융점을 갖는 경우에 있어서, 이러한 합금 브릿지(33)가 적용된 버스 바(30)는 배터리 모듈(100)의 정상적인 사용 상태에서는 파단되지 않고, 한 쌍의 외부 단자(20a) 사이를 단락시킨 경우 신속히 파단됨을 관찰할 수 있었다.
한편, 본 발명의 도면에서는 한 쌍의 버스 바(30) 모두가 합금 브릿지(33)가 적용된 이중 구조를 갖는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 한 쌍의 버스 바 중 어느 하나만 합금 브릿지(33)를 포함하는 버스 바(30)이고, 나머지 하나는 일반적인 구조의 버스 바인 경우도 가능함은 물론이다. 또한, 한 쌍의 버스 바 중 어느 하나만이 합금 브릿지(33)를 포함하는 구조를 갖는 경우, 일반적으로 발열량이 더 큰 음극 리드와 결합되는 버스 바가 이러한 합금 브릿지(33)를 포함하는 이중 구조를 갖는 것이 바람직하다.
다음은, 도 4 내지 도 12를 참조하여 상기 버스 바(30)의 다양한 변형 예에 대해서 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 12는 도 3에 도시된 버스 바의 다양한 변형 예를 나타내는 부분 사시도이다.
도 4에 나타난 버스 바(30)의 구조는 도 3에 나타난 구조와 비교할 때, 금속 플레이트(31,32)의 서로 대향하는 표면이 오목하게 테이퍼(taper)진 경사면 형태라는 점이 다르다. 이 경우, 상기 금속 플레이트(31,32)와 합금 브릿지(33) 사이의 접촉 면적이 더욱 넓어짐으로써 금속 플레이트(31,32)와 합금 브릿지(33) 사이의 결합력을 강화하는 효과를 가져올 뿐만 아니라, 접촉 저항의 감소 효과 역시 갖는다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)가 서로 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치하며, 합금 브릿지(33)는 금속 플레이트(31,32)의 상면에 형성되어 금속 플레이트(31,32)와 접합된다. 도 5에서는 상기 합금 브릿지(33)가 금속 플레이트(31,32)의 상면에 형성된 경우만을 도시하고 있으나, 하면에 형성되는 것도 가능함은 물론이다. 아울러, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 합금 브릿지(33)가 금속 플레이트(31,32)의 상면 및 하면 모두에 형성되는 경우도 가능하며, 이 경우 금속 플레이트(31,32) 상호간의 결합력을 더욱 강화하는 효과를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(31) 및 제2 금속 플레이트(32)는 서로 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치하며, 서로 대향하는 일측 단부의 상면에 형성된 수용 홈(RG1)을 구비한다. 한편, 상기 합금 브릿지(33)는 수용 홈(RG1)과 대응되는 크기 및 형상을 가지며, 금속 플레이트의 대향하는 단부의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 금속 플레이트(31,32)와 접합된다. 한편, 도 7에서는 상기 수용 홈(RG1)이 금속 플레이트(31,32)의 상면에 형성된 경우만을 도시하고 있으나, 하면에 형성되거나 상면 및 하면 모두에 형성되는 경우 역시 가능함은 물론이다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(31) 및 제2 금속 플레이트(32)는 서로 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치하며, 서로 대향하는 각각의 일측 단부에 형성된 제1 절곡부(31') 및 제2 절곡부(32')를 구비한다. 한편, 상기 합금 브릿지(33)는 제1 절곡부(31') 및 제2 절곡부(32')의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 금속 플레이트(31,32)와 접합된다.
도 9를 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(31) 및 제2 금속 플레이트(32)는 서로 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치하며, 서로 대향하는 표면으로부터 일정 깊이로 형성된 수용 홈(RG2)을 구비한다. 한편, 상기 합금 브릿지(33)는 일측 단부 및 타측 단부가 수용 홈(RG2) 내에 삽입되어 금속 플레이트(31,32)와 접합된다.
도 7 내지 도 9에 나타난 구조는 도 5 및 도 6에 나타난 구조와 비교할 때, 금속 플레이트(31,32)와 합금 브릿지(33) 사이의 접촉 면적이 넓어짐으로써 금속 플레이트(31,32)와 합금 브릿지(33) 사이의 결합력을 강화하는 효과를 가져올 뿐만 아니라, 접촉 저항을 감소시키는 효과 역시 가져올 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 금속 플레이트(31) 및 제2 금속 플레이트(32) 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며, 합금 브릿지(33)는 상기 마주보는 영역 전체에 개재되어 금속 플레이트(31,32)와 접합된다.
도 11 및 도 12에 나타난 구조는 도 10에 나타난 구조와 비교할 때, 금속 플레이트(31,32) 사이에 개재된 합금 브릿지(33)의 형성 면적이 다르다. 즉, 상기 합금 브릿지(33)는 금속 플레이트(31,32)가 서로 마주보는 영역의 둘레 중 서로 마주보는 일측 및 타측에만 형성되어 있다. 이 경우, 상기 배터리 모듈(100)이 과열되었을 때 버스 바(30)의 신속한 파단이 가능한 효과를 기대할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 마주보는 영역의 둘레 전체에 합금 브릿지(33)가 형성되는 경우도 가능함은 물론이다. 이 경우, 도 10에 나타난 구조와 비교하여 더욱 신속한 파단 효과를 기대할 수 있으며, 도 11 및 도 12에 나타난 구조와 비교하여 금속 플레이트(31,32)와 합금 브릿지(33) 사이의 결합력이 더욱 강화되는 효과를 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 금속 플레이트(31,32) 사이가 저융점의 합금 브릿지(33)에 의해 연결된 이중 구조의 버스 바(30)를 구비한다. 따라서, 상기 배터리 모듈(100)은 단락의 발생 또는 과충전 등으로 인하여 과열되는 경우에 있어서 버스 바(30)가 신속히 파단됨으로써 사용상의 안전성을 확보할 수 있다. 특히, 상기 배터리 모듈(100)은 전류 차단 수단을 하우징(20)의 외측에 설치되는 부품인 버스 바(30)에 적용함으로써 전극 리드와 같이 전극조립체에 인접한 부품에 적용한 경우와 비교할 때 발화 및 폭발의 위험성을 더욱 줄여주는 효과를 가져올 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 배터리 모듈(100)에 적용된 합금 브릿지(33)의 융점 범위는 과열된 단위 셀(10)로부터 전달되는 열에 의해 합금 브릿지(33)의 용융이 촉진될 수 있는 범위에 해당하는 것이므로, 이차전지 사용상의 안전성을 더욱 확실하게 보장할 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: 배터리 모듈
10: 단위 셀 20: 하우징
20a: 외부 단자 30: 버스 바
31: 제1 금속 플레이트 32: 제2 금속 플레이트
33: 합금 브릿지

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 단위 셀, 상기 단위 셀을 수용하는 하우징, 상기 하우징의 외측으로 노출되는 한 쌍의 외부 단자, 및 상기 단위 셀과 외부 단자 사이를 연결하는 한 쌍의 버스 바를 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 한 쌍의 버스 바 중 적어도 어느 하나는,
    제1 금속 플레이트;
    상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금 브릿지는,
    갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn) 및 비스무트(Bi)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속; 및
    알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 은(Ag)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금 브릿지는,
    갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn) 및 비스무트(Bi)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합금 브릿지는,
    납(Pb)을 함유하지 않는 무연 합금인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트는 일정 간극을 사이에 두고 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 합금 브릿지는 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트가 서로 대향하고 있는 표면 사이에 직접 개재되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대향 표면은 오목한 형상을 갖도록 테이퍼(Taper)진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 합금 브릿지는 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트의 어느 한쪽 면 또는 양쪽 면 상에서 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 각각의 일측 단부의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 면에 형성된 수용 홈을 구비하며,
    상기 합금 브릿지는 상기 수용 홈과 대응되는 크기 및 형상을 갖고, 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 대향하는 단부의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 각각의 일측 단부에 형성된 제1 절곡부 및 제2 절곡부를 구비하며,
    상기 합금 브릿지는 상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 상호 교합에 의해 형성되는 공간에 수용되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트는 서로 대향하는 표면으로부터 일정 깊이로 형성된 수용 홈을 구비하며,
    상기 합금 브릿지는 일측 단부 및 타측 단부 각각이 상기 수용 홈에 삽입됨으로써 금속 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며,
    상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역 내에 개재되어 상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며,
    상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역의 둘레 중 서로 마주보는 일측 및 타측에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 각각의 일측은 적어도 일부가 겹쳐져 서로 마주보도록 위치하며,
    상기 합금 브릿지는 상기 마주보는 영역의 둘레 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 버스 바 중 상기 단위 셀의 음극과 연결되는 버스 바는,
    제1 금속 플레이트;
    상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 하우징 내에 수용되는 단위 셀 및 상기 하우징의 외측으로 노출되는 외부 단자 사이를 연결하는 버스 바로서,
    제1 금속 플레이트;
    상기 제1 금속 플레이트와 이격되도록 위치하는 제2 금속 플레이트; 및
    상기 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트 사이를 연결하는 것으로서 상기 금속 플레이트보다 낮은 90℃ 내지 110℃의 융점을 갖는 합금 브릿지; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 버스 바.
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