KR20150104550A - Battery Module and Battery Pack Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 구조적 안정성이 우수한 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 전지셀들의 전극단자들 상호간의 전기적 연결과 전지셀의 전극단자와 외부 입출력 단자 간의 전기적 연결을 위한 버스 바들을 포함하고 있고, 상기 버스 바들 중의 적어도 하나는 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하는 무연 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module having excellent structural stability and a battery pack including the battery module. More particularly, the present invention relates to a battery module including at least two battery cells, And a bus bar for electrical connection between the electrode terminal and the external input / output terminal, wherein at least one of the bus bars is made of a lead-free alloy containing tin (Sn) and copper (Cu) .
이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.The secondary battery can be used as an energy source for power devices such as electric bikes (E-bike), electric vehicles (EV), and hybrid electric vehicles (HEV) as well as mobile and wireless electronic devices such as mobile phones, digital cameras, There is a lot of interest.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용됨에 반하여, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.In a small device such as a cellular phone or a camera, a small battery pack in which one battery cell is packed is used, while a medium and large-sized device such as a notebook computer or an electric car uses two or more battery cells (hereinafter, A battery pack in which a battery pack in which a plurality of battery packs are connected in parallel and / or in series is packed.
그러나, 이러한 이차전지에 많이 사용되는 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.However, lithium secondary batteries, which are widely used in such secondary batteries, have a disadvantage in that they have excellent electrical characteristics, but have low safety. For example, in a lithium secondary battery, decomposition reaction of an active material and an electrolyte, which are battery components, is caused in an abnormal operation state such as overcharging, overdischarge, exposure to a high temperature, electric short, and the like, heat and gas are generated, May further accelerate the decomposition reaction to cause ignition or explosion.
이러한 리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해, 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고, 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다.The safety problem of such a lithium secondary battery is more serious in a middle- or large-sized battery pack having a multi-cell structure. Since a plurality of battery cells are used in a battery pack of a multi-cell structure, an abnormal operation in some battery cells can cause a chain reaction with other battery cells, and the resulting ignition and explosion can lead to serious accidents Because.
이와 같은 구조의 전지팩은 과전류에 의한 내부의 리튬 이차전지가 과열될 경우에 폭발 및 화재 발생에 노출되어 있고, 외부 충격에 의한 내부 전기적 연결부위의 단락 또한 전지모듈의 내부 발화 등으로 인한 화재를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.The battery pack having such a structure is exposed to explosion and fire when the internal lithium secondary battery is overheated due to the overcurrent, and a short circuit of the internal electrical connection due to an external impact is also generated. There is a problem that can occur.
특히, 버스 바는 일반적으로 구리 소재로 제작되어 전지모듈에 고정되기 때문에, 전지모듈이 진동을 받아 전지셀과 전지모듈 간의 상대 운동이 발생하는 경우, 전극단자 및 버스 바 등에 상대적으로 큰 외부 충격이 전달되므로, 외부 단락에 의한 전지모듈 내의 화재 발생 등에 대한 방지 구조가 취약한 단점이 있다.Particularly, since the bus bar is generally made of copper and fixed to the battery module, when the battery module vibrates to generate relative motion between the battery cell and the battery module, a relatively large external impact, such as an electrode terminal and a bus bar, So that there is a disadvantage that the structure for preventing fire in the battery module due to an external short circuit is weak.
이러한 이유로, 외부 충격으로 인한 전지모듈 내에서 가스 누출, 발화, 폭발 등과 같이 안전성을 저해시키는 현상이 발생하지 않도록, 전지팩 차원에서 보호 장치를 마련할 필요가 있다.For this reason, it is necessary to provide a protection device at the level of the battery pack in order to prevent a phenomenon that the safety is deteriorated, such as gas leakage, ignition, explosion, etc., in the battery module due to an external impact.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 전지셀의 전기적 연결부위에 대한 외부 충격으로 인한 누전 및 발화 등의 안전사고를 근본적으로 방지할 수 있는 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a battery module capable of fundamentally preventing a safety accident such as leakage and ignition due to an external shock to an electrical connection part of the battery cell while solving the above problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지모듈을 구성하는 버스 바들 중의 적어도 하나의 버스 바를 구리 소재에 비해 융점이 상대적으로 낮은 주석 계열의 합금으로 형성함으로써, 외부 단락에 의한 화재 발생시에 버스 바가 퓨즈(Fuse)로서 전기적 연결을 차단하여 전지모듈의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.More specifically, it is an object of the present invention to provide a battery module in which at least one bus bar among bus bars constituting a battery module is formed of a tin-based alloy having a melting point relatively lower than that of a copper material, The present invention also provides a battery module and a battery pack including the same that can greatly improve the safety of the battery module by blocking electrical connection as a fuse.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 전지셀들의 전극단자들 상호간의 전기적 연결과 전지셀의 전극단자와 외부 입출력 단자 간의 전기적 연결을 위한 버스 바들을 포함하고 있고, 상기 버스 바들 중의 적어도 하나는 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하는 무연 합금으로 이루어져 있다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a battery module comprising at least two battery cells, wherein an electrical connection between the electrode terminals of the battery cells and an electrical connection between the electrode terminal and the external input / And at least one of the bus bars is made of a lead-free alloy containing tin (Sn) and copper (Cu) as main components.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 일부 버스 바의 소재로서 앞서 설명한 바와 같은 융점이 낮은 주석 계열을 합금을 사용하여, 외부 단락에 의한 전지모듈의 내부의 발화 등으로 인한 화재를 방지할 수 있으므로 안전성이 향상된다.Therefore, the battery module according to the present invention can prevent a fire due to internal ignition of the battery module due to an external short circuit by using a tin-based alloy having a low melting point as a material of a part of the bus bar Safety is improved.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주석과 구리를 주성분으로 하는 버스 바는 부여하고자 하는 전기적 물성 및 기계적 물성에 따라 조절 가능하며, 상세하게는, 상기 주석의 함량이 80 내지 98 wt%이고, 상기 구리의 함량이 2 내지 20 wt%일 수 있으며, 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 은(Ag)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이 더 포함되어 있는 소재일 수 있다.In one specific example, the bus bar comprising tin and copper as a main component is adjustable in accordance with electrical properties and mechanical properties to be imparted. Specifically, the content of the tin is 80 to 98 wt% May be a material having a content of 2 to 20 wt% and further containing at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), zinc (Zn) and silver (Ag).
상기 주석의 함량이 80 wt% 이상일 경우에 양호한 인장강도 특성을 유지할 수 있고, 전기 전도도, 용융점 및 인장 강도 등에 영향을 미치는 상기 구리의 함량은 4 내지 15 wt%가 더욱 바람직하다. When the content of tin is 80 wt% or more, good tensile strength characteristics can be maintained, and the content of copper which affects electrical conductivity, melting point and tensile strength is more preferably 4 to 15 wt%.
상기 추가 금속의 함량도 버스 바에 부여하고자 하는 전기적 물성 및 기계적 물성에 따라서 조절 가능하며, 바람직하게는, 상기 금속의 함량은 0.01 내지 10 wt%이고, 나머지 함량의 성분들은 주석과 구리일 수 있다.The content of the additional metal may be adjusted according to electrical and mechanical properties to be imparted to the bus bar. Preferably, the content of the metal may be 0.01 to 10 wt%, and the remaining components may be tin and copper.
여기서, 상기 wt%는 당해 버스 바를 구성하는 물질의 전체 중량을 기준으로 한 단위로서, 상기와 같이 주석과 구리의 함량을 조절함으로써, 버스 바의 양호한 인장강도 특성을 얻을 수 있고, 버스 바에 의한 저항의 증가를 수 % 이하로 낮게 억제할 수 있다.Here, the wt% is a unit based on the total weight of the material constituting the bus bar. By controlling the content of tin and copper as described above, good tensile strength characteristics of the bus bar can be obtained, and resistance Can be suppressed to as low as several percent or less.
또 다른 예로서, 상기 주석과 구리를 주성분으로 포함하는 버스 바는 150 내지 300℃ 범위에서 용융점을 갖도록 구성될 수 있다.As another example, the bus bar containing tin and copper as a main component may be configured to have a melting point in the range of 150 to 300 캜.
상기 용융점이 300℃ 보다 높으면 과전류의 차단이 효과적으로 이루어지지 않고, 상기 용융점이 150℃ 보다 낮으면 전지모듈의 정상적인 작동에 의한 전류에도 버스 바가 파단될 수 있으므로 바람직하지 않다.If the melting point is higher than 300 ° C, the overcurrent is not effectively blocked, and if the melting point is lower than 150 ° C, the bus bar may break due to the normal operation of the battery module.
상기 주석과 구리를 주성분으로 포함하는 버스 바는 특히 외부 입출력 단자를 구성하는 버스 바인 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 버스 바의 일부 부위만이 주석과 구리를 주성분으로 포함하는 소재로 이루어질 수도 있으며, 이러한 경우 역시 본 발명에 포함되는 것으로 해석됨은 물론이다.The bus bar containing tin and copper as a main component is preferably a bus bar constituting an external input / output terminal. In some cases, only a part of the bus bar may be made of a material containing tin and copper as main components, and this case is also interpreted to be included in the present invention.
본 발명에 따른 전지모듈은, 하나의 구체적인 예에서, 전극단자로서 양극단자와 음극단자가 상호 반대 방향으로 수직 절곡되어 있는 전지셀들이 상호 직렬로 연결된 상태로 둘 이상의 개수로 적층되어 있는 전지셀 적층체와, 전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 전지셀 적층체의 상면 및 하면에 장착되며 일측에 체결부가 형성되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트들(end plates), 및 전지셀 적층체의 측면들 중의 적어도 하나에 장착되는 히트 싱트(Heat sink)를 포함하며, 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 모듈 케이스와, 상기 모듈 케이스에서 전지셀들의 전극단자 부위에 장착되고, 전지셀 적층체의 직렬 연결을 버스 바들이 장착되어 있으며, 상기 버스 바들 중의 적어도 하나의 버스 바가 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하는 무연 합금으로 이루어진 버스 바 어셈블리와, 상기 버스 바 어셈블리를 감싸는 전기절연성의 버스 바 커버 및 상기 버스 바 커버의 전면을 감싸는 와이어 커버를 포함하는 구조일 수 있다.The battery module according to the present invention is characterized in that, in one specific example, battery cells in which positive terminals and negative terminals are vertically bent in opposite directions as electrode terminals are stacked in two or more in a mutually connected series, A pair of end plates mounted on an upper surface and a lower surface of the battery cell stack in which electrode terminals are aligned in one direction and having a fastening portion formed on one side thereof, The module case includes a heat sink mounted on one of the battery cells and surrounds an outer surface of the battery cell stack body. The module case is mounted on an electrode terminal portion of the battery cells in the module case, Wherein at least one bus bar of the bus bars is made of a lead-free alloy containing tin (Sn) and copper (Cu) as a main component, A bar assembly, an electrically insulating bus bar cover surrounding the bus bar assembly, and a wire cover surrounding the front surface of the bus bar cover.
바람직하게는, 상기 전지셀 적층체와 히트 싱크의 사이에 방열부재가 추가로 개재되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 방열부재는 얇은 판상형의 판재로 형성되는 구조일 수 있다.The heat dissipation member may be a structure in which a heat dissipation member is further interposed between the battery cell stack and the heat sink, and the heat dissipation member may be formed of a thin plate-like plate material.
상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀이며, 예를 들어, 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The battery cell is preferably a plate-shaped battery cell so as to provide a high deposition rate in a limited space. For example, the battery cell may have a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet.
구체적으로는, 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층, 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층, 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.Specifically, the battery cell is a pouch-shaped secondary battery in which an electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode structure is sealed inside a battery case together with an electrolyte solution, and is a plate-shaped battery cell having a substantially rectangular parallelepiped structure with a thin width. The pouch type secondary battery is generally composed of a pouch type battery case. The battery case includes an outer covering layer made of a polymer resin having excellent durability, a barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, And an inner sealant layer made of a polymer resin that can be fused.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀들 중의 상호 인접한 전지셀들에서, 제 1 전지셀의 양극단자와 제 2 전지셀의 음극단자는 상호 중첩되지 않는 상태에서 하나의 버스 바에 접촉하는 용접면을 제공하도록 수직 절곡되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, in the mutually adjacent battery cells of the battery cells, the positive terminal of the first battery cell and the negative terminal of the second battery cell are provided with a welding surface contacting one bus bar in a state in which they are not overlapped with each other And the vertical bending structure may be formed.
상기 제 1 전지셀의 양극단자와 제 2 전지셀의 음극단자는, 바람직하게는, 버스 바에 접촉하는 단자 폭이 전지셀 본체에 접하는 단자 폭의 1/2의 이하의 크기로 이루어진 구조일 수 있다.The positive terminal of the first battery cell and the negative terminal of the second battery cell may preferably have a structure in which the width of the terminal contacting the bus bar is equal to or less than half the width of the terminal contacting the battery cell body .
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 양극 단자와 음극 단자가 일측 단부에 함께 형성되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 전지셀 적층체는 상호 인접한 전지셀들 사이에서 양극 단자와 음극 단자가 인접하도록 교번 절곡된 상태로 적층되어 있는 구조일 수 있다. In one specific example, the battery cell has a structure in which a positive terminal and a negative terminal are formed together at one end, and the battery cell stack has a structure in which the positive terminal and the negative terminal are adjacent to each other, Or may be a laminated structure in a folded state.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층체의 외면에는 냉각 효율을 향상시키기 위한 하나 이상의 크램프(Clamp)가 형성되어 있는 구조일 수 있다.In another specific example, the outer surface of the battery cell stack may have a structure in which one or more clamps are formed to improve cooling efficiency.
상기 크램프는, 예를 들어, 상하 방향으로 전지셀 적층체의 외면으로부터 돌출되어 있고 상하 중심축을 따라 만입형 그루브가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 크램프의 양단부는 엔드 플레이트의 체결부에 결합되는 구조일 수 있다.The clamp may have a structure in which a recessed groove is formed along the vertical center axis, for example, protruding from the outer surface of the battery cell stack body in the vertical direction, and both ends of the clamp are coupled to the fastening portion of the end plate Lt; / RTI >
이러한 구조에서, 상기 전지셀 적층체를 구성하는 전지셀들의 사이에는 하나 이상의 판상형의 냉각핀이 개재되어 있는 구조일 수 있다.In this structure, one or more plate-like cooling fins may be interposed between the battery cells constituting the battery cell stack.
한편, 상기 전지셀 적층체의 모서리 부위에는 외부 디바이스 또는 팩 케이스에 전지셀 적층체의 장착을 위한 하나 이상의 부싱(Bushing)이 형성되어 있는 구조일 수 있다.Meanwhile, at the corner of the battery cell stack body, at least one bushing for mounting the battery cell stack body may be formed in an external device or a pack case.
상기 전지셀 적층체는, 바람직하게는, 체결부재에 의해 상기 모듈 케이스와 일체로 구속되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 상기 체결부재는 장볼트일 수 있으나, 특별히 제한되지 않음은 물론이다.The battery cell laminate may have a structure in which the battery cell laminate is preferably integrally constrained to the module case by a fastening member. For example, the fastening member may be a long bolt, to be.
하나의 구체적인 예에서, 상기 버스 바 어셈블리는, 모듈 케이스에 장착되고 전기절연성으로 이루어진 장방형의 어셈블리 본체, 및 상기 장방형 본체에 전면과 후면이 개방된 상태로 장착되어 있고 하나 이상의 버스 바를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, the bus bar assembly includes a rectangular-shaped assembly main body mounted on a module case and electrically insulative, and a structure including at least one bus bar mounted on the rectangular main body in a state that the front and rear surfaces thereof are opened Lt; / RTI >
또 다른 구체적인 예에서, 상기 버스 바 어셈블리는 다수의 버스 바들을 포함하고 있고, 상기 버스 바는 양측 단부가 어셈블리 본체에 결합되는 금속 판재로 이루어질 수 있다.In another specific example, the bus bar assembly includes a plurality of bus bars, and the bus bars may be formed of a metal plate whose both ends are coupled to the assembly body.
이러한 구조에서, 상기 버스 바들 중 외부 입출력 단자를 구성하는 버스 바들은, 일측 단부가 연장된 상태로 어셈블리 본체 상에 결합되어 있는 외부 입출력 단자부를 포함하는 구조일 수 있다.In this structure, the bus bars constituting the external input / output terminal among the bus bars may have a structure including an external input / output terminal portion coupled to the assembly main body with one end portion extended.
한편, 상기 전극단자에 대한 버스 바의 전기적 연결은, 전극단자의 내면이 버스 바의 표면에 밀착된 상태에서 전극단자의 외면에 대해 용접을 수행하여 달성될 수 있다.Meanwhile, the electrical connection of the bus bar to the electrode terminal can be achieved by welding the outer surface of the electrode terminal with the inner surface of the electrode terminal in close contact with the surface of the bus bar.
상기 용접은, 바람직하게는, 전극단자의 외면에 레이저를 조사하여 달성되는 방식일 수 있다.The welding may preferably be achieved by irradiating the outer surface of the electrode terminal with a laser.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈 둘 이상이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩과, 상기 전지모듈 또는 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack in which at least two battery modules are mounted in a pack case, and a device using the battery module or the battery pack as a power source.
본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 디바이스의 구체적인 예로는, 한정된 장착 공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치 등을 들 수 있다.As a specific example of the device in which the battery pack according to the present invention can be used, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device having a limited mounting space and exposed to frequent vibration, .
자동차의 전원으로 사용되는 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that battery packs used as power sources for automobiles can be manufactured in combination according to a desired output and capacity.
전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.Electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and the like using a battery pack as a power source are known in the art, and a detailed description thereof will be omitted in this specification.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀의 전극단자에 연결되는 버스 바를 구리 소재에 비해 융점이 상대적으로 낮은 주석 계열의 구리 합금을 사용하여 외부 단락에 의한 화재 발생시에 버스 바가 일종의 퓨즈로 작용하여 신속히 파단됨으로써, 전기적 연결을 차단하여 전지모듈의 안전성을 확보할 수 있다.As described above, in the battery module according to the present invention, the bus bar connected to the electrode terminal of the battery cell is made of a tin-type copper alloy having a melting point relatively lower than that of the copper material, It acts as a fuse and breaks quickly, so that the electrical connection is cut off and the safety of the battery module can be ensured.
도 1은 본 발명에 따른 전지셀 적층체에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 4는 전지셀 적층체의 분해 사시도이다;
도 5는 전지모듈의 사시도이다;
도 6은 본 발명에 따른 버스 바 어셈블리의 정면도이다;1 is a perspective view of a battery cell mounted on a battery cell stack according to the present invention;
Fig. 2 is an exploded schematic view of Fig. 1; Fig.
3 is an exploded perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
4 is an exploded perspective view of the battery cell stack;
5 is a perspective view of the battery module;
6 is a front view of a bus bar assembly according to the present invention;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a battery pack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 전지셀 적층체에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 모식도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a perspective view schematically showing an exemplary battery cell mounted on a battery cell stack of the present invention, and FIG. 2 is an exploded schematic view of FIG.
이들 도면을 참조하면, 판상형 전지셀(10)은, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(210)가 그것의 양극 및 음극 탭들(220, 230)과 전기적으로 연결되는 2개의 전극단자(321, 322)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.Referring to these drawings, a plate-shaped
전지케이스(20)는 전극조립체(210)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(14)를 포함하는 케이스 본체(15)와 그러한 본체(15)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(13)로 이루어져 있다.The
폴딩형 구조 또는 스택형 구조 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(210)는 다수의 양극 탭들(220)과 다수의 음극 탭들(230)이 각각 융착되어 전극단자(321, 322)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(15)의 잉여부(144)와 덮개(13)가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자들(321, 322) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자들(321, 322)과 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자들(321, 322)의 상하면에 절연필름(240)이 부착된다.The
케이스 본체(15)와 덮개(13)는 외측 수지층(16), 차단성 금속층(17) 및 내측 수지층(18)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(18)은 케이스 본체(15)의 외면과 덮개(13)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.The
전해액이 함침된 전극조립체(210)를 수납부(12)에 안착한 상태에서 케이스 본체(15)의 잉여부(144)와 덮개(13)의 접촉부위를 열융착시키면 실링부가 형성된다.A sealing portion is formed by thermally fusing the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지셀 적층체의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 3의 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.3 is an exploded perspective view schematically illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 schematically shows an exploded view of the battery cell stack of FIG. 3, and FIG. A perspective view of the battery module of FIG.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀(10)을 포함하는 다수의 전지셀들이 플레이트형 프레임(303)에 장착되어 있는 구조물을 다수 개 상하로 적층한 전지셀 적층체(200), 버스 바 어셈블리(300), 상부 엔드 플레이트(101)와 하부 엔드 플레이트(113)와 한 쌍의 히트 씽크(103)를 포함하는 모듈 케이스(115), 버스 바 커버(105) 및 와이어 커버(104)를 포함하고 있다.Referring to these drawings, a
전지셀 적층체(200)의 외측면은 상부 엔드 플레이트(101), 하부 엔드 플레이트(113), 및 한 쌍의 히트 싱크들(103)을 포함하는 모듈 케이스(115)에 감싸이도록 장착되어 있고, 히트 씽크들(103)은 전지셀 적층체(200)의 외측면을 감싸는 구조로 상부 엔드 플레이트(101) 및 하부 엔드 플레이트(113) 상에 결합되어 있다.The outer surface of the battery
전지셀 적층체(200)의 전면에는 버스 바 어셈블리(300), 버스 바 커버(105), 및 와이어 커버(104)가 순차적으로 장착되어 있다.A
전지모듈(100)의 더욱 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.More detailed contents of the
우선, 전지셀(10)을 포함하여 다수의 전지셀들은 중공 프레임인 플레이트형 프레임(303)에 각각 장착되어 적층되어 있다.First, a plurality of battery cells including the
전지셀 적층체(200)는, 전지셀(10)을 포함하여 16개의 전지셀들이 상호 직렬로 연결되도록 각각의 전극단자들이 수직 절곡된 상태로 상하 방향으로 적층되어 있다.The
모듈 케이스(115)는 전지셀 적층체(200)의 안전한 장착과 전지셀의 전극단자가 돌출된 상태로 장착되도록 전지셀 적층체(200)의 상하부면에 상부 엔드 플레이트(101)와 하부 엔드 플레이트(113)가 장착되고, 측면에는 한 쌍의 히트 씽크들(103)이 장착됨으로써, 전면이 개방된 조립 구조로 이루어져 있다.The
전지셀 적층체(200)가 장착된 모듈 케이스(115)의 전면 개방 부위에는 전지셀(10)을 포함하는 16개의 전지셀들의 전극단자들(도시하지 않음)을 전기적으로 연결하는 버스 바 어셈블리(300)가 장착된다.A bus bar assembly (not shown) electrically connects the electrode terminals (not shown) of the sixteen battery cells including the
버스 바 어셈블리(300)의 전면에는 전기 절연성의 버스 바 커버(105)가 장착되고, 버스 바 커버(105)의 전면에는 전기적 연결 부위를 보호하기 위한 와이어 커버(104)가 차례로 장착된다.An electrically insulating
또한, 상부 엔드 플레이트(101) 및 하부 엔드 플레이트(113)에는 전지셀 적층체(200)를 구속하는 서포팅 바(110)가 결합된다.The
서포팅 바(110)는 내부에 볼트 삽입부(112)가 형성되어 있고, 볼트 삽입부(112)를 통해 장볼트(도시하지 않음)가 삽입되면서 하나의 장볼트(도시하지 않음)로 전지셀 적층체(200)와 상부 엔드 플레이트(101) 및 하부 엔드 플레이트(113)가 일체로 체결된다.The
상부 엔드 플레이트(101) 및 하부 엔드 플레이트(113)의 모서리 부위에는 전지셀 적층체(200)를 외부 장치(도시하지 않음)에 고정시키기 위한 부싱(111)이 형성되어 있다.A
전지셀 적층체(200)와 히트 씽크(103) 사이에는 전지셀들에서 발생되는 열을 외부로 전달하도록 하기 위해 판상형의 방열 부재(108)가 개재되고, 전지셀 적층체(200)의 외측 부위에는 전지셀(10)을 포함하는 16개의 전지셀들 간의 냉각효율을 향상시키기 위해 플레이트형 프레임(303)의 측면에 상하 방향으로 크램프(109)가 추가적으로 형성되어 있다.A plate-like
크램프(109)에는 전지셀 적층체(200)의 팽창 등으로 인한 외형 변화를 방지하기 위해 중심축을 따라 만입형 그루브(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 크램프(109)의 양단부가 상부 엔드 플레이트(101) 및 하부 엔드 플레이트(113)의 체결부(102)에 각각 결합됨으로써, 전지셀 적층체(200)가 모듈 케이스(115)에 단단하게 고정된다.The
버스 바 어셈블리(300)는 전지셀 적층체(200)의 플레이트형 프레임(303)의 전면에 장착되어 있고, 버스 바 어셈블리(300)에는 전지셀들의 전극단자를 전기적으로 연결하기 위한 버스 바들(350)이 결합되어 있다.The
이들 버스 바들(350) 중의 적어도 하나의 버스 바는, 전지셀 적층체(200)이 과열되는 경우에 용융되어 전기적 연결을 해제하는 퓨즈(Fuse) 의 역할을 하며, 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하고 환경과 인체에 무해한 납(Pb)을 포함하지 않는 무연 합금으로 이루어져 있으며, 대략 150 내지 300℃의 용융점을 갖는다. 이러한 용융점의 범위는 버스 바를 구성하는 알루미늄, 구리 또는 니켈이 코팅된 구리 중 선택된 어느 하나의 금속의 융점과 비교하여 더 낮은 것에 해당하므로 외부 단락에 대한 신속한 차단이 가능하다.At least one of the bus bars 350 acts as a fuse that melts and releases electrical connection when the
이러한 버스 바가 결합된 버스 바 어셈블리(300)의 구조에 대해서는 이후 더욱 상세히 설명하기로 한다.The structure of the
버스 바 어셈블리(300)의 전면에는 전지셀들의 전압 또는 온도를 측정하기 위한 온도 검출 수단(106)과 전압 감지 수단(107)이 형성된 전기절연성의 버스 바 커버(105) 및 이러한 구성을 보호하기 위한 와이어 커버(104)가 전면에 차례로 장착되어 있다.An insulating
도 6에는 본 발명에 따른 버스 바 어셈블리의 정면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 전지셀의 배면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 6 is a schematic front view of a bus bar assembly according to the present invention, and FIG. 7 is a schematic rear view of a battery cell.
이들 도면을 도 1 내지 도 5와 함께 참조하면, 버스 바 어셈블리(300)는 전지셀 적층체(200)의 전면으로 돌출된 양극단자(322)와 음극단자(321)가 형성된 최상단에 위치하는 전지셀(10)을 포함한 16개의 전지셀들, 이러한 전지셀들의 전극단자 부위에 결합되는 버스 바(350), 및 버스 바(350)의 단부에 결합되는 외부 입출력 단자들(301, 302)로 구성되어 있다.1 through 5, the
버스 바 어셈블리(300)의 상면에는 동일 방향으로 외부 입출력 단자들(301, 302)이 형성되어 있고, 버스 바(350)는 양극단자와 음극단자가 상호 겹치지 않는 상태로 절곡된 부위의 접합면에 용접되어 있다.External input /
최상단에 위치한 전지셀(10)의 음극단자(321)에 용접되는 버스 바는 외부 입출력 단자(302)에 연결되고, 최하단에 위치한 전지셀(도시하지 않음)에 용접되는 버스 바는 소정의 길이로 연장된 연장부(351)가 형성되어 있고, 버스 바 어셈블리(300)의 본체 전면에 결합된 상태로 수직 상향으로 절곡되어 외부 입출력 단자(301)에 각각 연결되어 있다. 따라서, 연장부(351)의 전부 또는 일부가 앞서 설명한 바와 같은 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하고 환경과 인체에 무해한 납(Pb)을 포함하지 않는 무연 합금으로 이루어진 경우, 외부 단락에 대해 버스 바의 연장부(351)가 파열되면서 전기적 연결이 해제된다.The bus bar welded to the
한편, 버스 바 어셈블리(300)는, 최상단에 위치한 전지셀(10), 및 상호 인접한 제 1 전지셀(500)과 제 2 전지셀(600)을 포함하여 16개의 전지셀들이 상하 방향으로 적층되어 있다.Meanwhile, the
제 1 전지셀(500)에는 전지셀 본체에 접하는 단자 폭(W1)을 갖는 양극단자(510)와 음극단자(520)가 각각 본체로부터 돌출되어 있는 상태로, 단자 폭(W1) 대비 1/2 크기의 단자 폭(W2)을 갖는 양극단자(510)의 단부가 하측 방향으로 수직 절곡되어 있고, 단자 폭(W1) 대비 1/2 크기의 단자 폭(W2)을 갖는 음극단자(520)의 단부는 상측 방향으로 수직 절곡되어 있다.The
마찬가지로, 제 2 전지셀(600)에는 전지셀 본체에 접하는 단자 폭(W1)을 갖는 양극단자(610)와 음극단자(620)가 각각 본체로부터 돌출되어 형성되어 있는 상태로, 단자 폭(W1) 대비 1/2 크기의 단자 폭(W2)을 갖는 양극단자(610)의 단부가 하측 방향으로 수직 절곡되어 있고, 단자 폭(W1) 대비 1/2 크기의 단자 폭(W2)을 갖는 음극단자(620)의 단부는 상측 방향으로 수직 절곡되어 있다. 참고로, 도 7의 제 1 전지셀(500)은 도 6의 제 1 전지셀(500)을 뒤집은 형상으로 도시되어 있다.Similarly, in the
제 1 전지셀(500)의 양극단자(510)가 수직으로 하향 절곡된 부위와 제 2 전지셀(600)의 음극단자(620)가 수직으로 상향 절곡된 부위는 상호 겹치지 않는 상태로 버스 바에 대해 접촉면을 형성하고, 제 1 전지셀(500)의 음극단자(510)가 수직으로 상향 절곡된 부위는 최상단에 위치한 전지셀(10)의 양극단자(322)가 수직으로 하향 절곡된 부위와 상호 겹치지 않는 상태에서 버스 바에 대해 접촉면을 형성하며, 제 2 전지셀(600)의 양극단자(610)가 수직으로 하향 절곡된 부위는 하측에 인접한 전지셀의 음극단자(710)가 수직으로 상향 절곡된 부위와 상호 겹치는 않는 상태로 버스 바에 대해 접촉면을 형성한다.The portion where the
또한, 전지셀 적층체(200)의 최상단에 위치한 전지셀(10)의 음극단자(321)와 최하단에 위치한 전지셀(도시하지 않음)의 양극단자(311)는 구조적으로 전지셀 본체에 접하는 단자 폭(W1)으로 각각 형성되어 있으며, 일측 단부에는 외부 전력 장치(도시하지 않음)와 연결되는 외부 입출력 단자들(301, 302)에 각각 연결되어 있다.The
상기와 같은 구조에서, 버스 바(350)는, 제 1 전지셀(500)의 양극단자(510)가 수직으로 하향 절곡된 부위와 제 2 전지셀(600)의 음극단자(620)가 수직으로 상향 절곡된 부위에 용접된다.The
이와 마찬가지로, 제 1 전지셀(500)의 음극단자(520)가 수직으로 상향 절곡된 부위와 인접한 최상단에 위치한 전지셀(10)의 양극단자(322)가 수직으로 하향 절곡된 부위에 버스 바가 용접되고, 제 2 전지셀(600)의 양극단자(620)가 수직으로 하향 절곡된 부위와 인접한 전지셀(도시하지 않음)의 음극단자(710)가 수직으로 상향 절곡된 부위에 버스 바가 용접됨으로써, 최상단에 위치한 전지셀(10), 제 1 전지셀(500)과 제 2 전지셀(600)들을 포함하는 다수의 전지셀들이 상하 방향으로 적층된 상태에서 다수의 버스 바들(350)에 의한 전기적 직렬 연결이 이루어진다.Similarly, a bus bar is welded to a vertically downward bent portion of the
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (26)
전극단자로서 양극단자와 음극단자가 상호 반대 방향으로 수직 절곡되어 있는 전지셀들이 상호 직렬로 연결된 상태로 둘 이상의 개수로 적층되어 있는 전지셀 적층체;
전극단자들이 일측 방향으로 정렬된 전지셀 적층체의 상면 및 하면에 장착되며 일측에 체결부가 형성되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트들(end plates), 및 전지셀 적층체의 측면들 중의 적어도 하나에 장착되는 히트 싱트(Heat sink)를 포함하며, 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 모듈 케이스;
상기 모듈 케이스에서 전지셀들의 전극단자 부위에 장착되고, 전지셀 적층체의 직렬 연결을 버스 바들이 장착되어 있으며, 상기 버스 바들 중의 적어도 하나의 버스 바가 주석(Sn)과 구리(Cu)를 주성분으로 포함하는 무연 합금으로 이루어진 버스 바 어셈블리;
상기 버스 바 어셈블리를 감싸는 전기절연성의 버스 바 커버; 및
상기 버스 바 커버의 전면을 감싸는 와이어 커버;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The battery module according to claim 1,
A battery cell laminate comprising: a plurality of battery cells stacked in a state that battery cells in which a positive terminal and a negative terminal are vertically bent in mutually opposite directions are connected in series;
A pair of end plates mounted on an upper surface and a lower surface of the battery cell stack in which electrode terminals are aligned in one direction and having a fastening portion formed on one side thereof and a pair of end plates mounted on at least one of side surfaces of the battery cell stack A module case enclosing an outer surface of the battery cell stack body, the module case including a heat sink;
Wherein at least one bus bar of the bus bars is made of tin (Sn) and copper (Cu) as a main component A bus bar assembly comprising a lead-free alloy comprising;
An electrically insulating bus bar cover surrounding the bus bar assembly; And
A wire cover surrounding a front surface of the bus bar cover;
The battery module comprising:
모듈 케이스에 장착되고 전기절연성으로 이루어진 장방형의 어셈블리 본체; 및
상기 장방형 본체에 전면과 후면이 개방된 상태로 장착되어 있는 버스 바들;
을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The plasma display apparatus of claim 1, wherein the bus bar assembly comprises:
A rectangular assembly body mounted on the module case and electrically insulated; And
Bus bars mounted on the rectangular body in a state that the front surface and the rear surface are opened;
The battery module comprising:
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