KR20190005404A - Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same - Google Patents

Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190005404A
KR20190005404A KR1020170085994A KR20170085994A KR20190005404A KR 20190005404 A KR20190005404 A KR 20190005404A KR 1020170085994 A KR1020170085994 A KR 1020170085994A KR 20170085994 A KR20170085994 A KR 20170085994A KR 20190005404 A KR20190005404 A KR 20190005404A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bus bar
shorting
battery
plate
battery module
Prior art date
Application number
KR1020170085994A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102308168B1 (en
Inventor
홍순창
김효찬
유계연
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020170085994A priority Critical patent/KR102308168B1/en
Publication of KR20190005404A publication Critical patent/KR20190005404A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102308168B1 publication Critical patent/KR102308168B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H01M2/345—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B60L11/1879—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H01M2/1077—
    • H01M2/206—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y02T10/7005—

Abstract

A battery module according to an embodiment of the present invention includes a cell stack body including a first battery cell and a second battery cell; a first bus bar connected to the cell stack body and having a first polarity; a second bus bar connected to the cell stack body and having a second polarity opposite to the first polarity; a short circuit part which receives an expansion force due to an increase in volume of the first battery cell to move the first bus bar and the second bus bar toward the first bus bar and electrically connect the first bus bar and the second bus bar; and a cartridge which receives or supports at least a portion of the first bus bar, the second bus bar, and the short circuit part. It is possible to prevent the overcharge of the battery cell.

Description

배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same}[0001] The present invention relates to a battery module, a battery pack including the same,

본 발명은 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 과충전을 방지하여 안정도가 향상된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery module, a battery pack and an automobile including the battery module, and more particularly, to a battery module having improved stability by preventing overcharging of the battery module, and a battery pack and an automobile including the battery module.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has rapidly increased, and electric vehicles, storage batteries for energy storage, robots, and satellites have been developed in earnest. Are being studied actively.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. The secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- It is very popular because of its low self-discharge rate and high energy density.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.These lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively. The lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an outer casing, that is, a battery case, for sealingly storing the electrode assembly together with the electrolyte solution.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. Generally, a lithium secondary battery can be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the casing.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.In recent years, secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices, but also in medium to large-sized devices such as automobiles and electric power storage devices. Particularly, as carbon energy is getting depleted and the interest in the environment is increasing, attention is focused on hybrid cars and electric cars worldwide, including the US, Europe, Japan, and Korea. The most important components in such hybrid vehicles and electric vehicles are battery packs that give drive power to vehicle motors. Since hybrid vehicles and electric vehicles can obtain the driving force of the vehicle through charging and discharging of the battery pack, the fuel efficiency is higher than that of the vehicle using only the engine, and the users are increasingly increasing in terms of not discharging or reducing pollutants. to be. The battery pack of the hybrid vehicle or the electric vehicle includes a plurality of secondary batteries, and the plurality of secondary batteries are connected in series and in parallel to improve capacity and output.

이러한 이차 전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있지만, 과충전, 과방전, 고온 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지의 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고, 이로 인해 이차 전지가 팽창하는, 이른바 스웰링 현상이 일어나는 문제점이 있다. 스웰링 현상은 이러한 분해반응을 가속화시켜 열폭주 현상에 의한 이차 전지의 폭발 및 발화를 초래하기도 한다.Such a secondary battery has excellent electrical characteristics, but decomposition reaction of active materials and electrolytes, which are constituent elements of the battery, is induced in an abnormal operation state such as overcharge, over discharge, high temperature exposure, electric short, There is a problem that the so-called swelling phenomenon occurs in which the battery expands. The swelling phenomenon accelerates such a decomposition reaction, thereby causing explosion and ignition of the secondary battery due to thermal runaway phenomenon.

따라서, 이차 전지에는 과충전, 과방전, 과전류 시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승 시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승 시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.Accordingly, the secondary battery is provided with a protection circuit that cuts off current during overcharging, overdischarge, and overcurrent, a PTC element (PTC element) that cuts off the current due to a large increase in resistance when the temperature rises, Or a safety vent for venting gas.

특히, 종래에는 스웰링 현상이 발생하더라도 전지팩의 안전성을 보장하기 위하여, 이차 전지들의 부피가 팽창하면 물리적 변화에 의해 단전되는 전기적 연결부재에 대한 연구가 이루어진 바 있다.Particularly, in order to ensure the safety of the battery pack even when a swelling phenomenon occurs, research has been conducted on an electrical connecting member that is cut off by physical change when the volume of the secondary battery expands.

다만, 이러한 전기적 연결부재를 사용하더라도 이차 전지들이 일정 부피 이상으로 팽창 시 단전을 확실하게 담보하기 어렵다는 문제점 있다.However, even if such an electrical connecting member is used, there is a problem that it is difficult to surely secure the secondary battery when it expands to a certain volume or more.

또한, 이차 전지는 비정상적인 작동상태가 아닌 정상적인 작동 상태일 때에도 일정한 팽창과 수축을 반복하는 바, 정상적인 범위 내에서 팽창 시에도 단전될 수 있어 작동 신뢰성에 문제점이 있다.In addition, since the secondary battery repeatedly expands and contracts even when it is in an abnormal operating state and not in an abnormal operating state, it can be disconnected even when it expands within a normal range, which causes a problem in operational reliability.

본 발명은 과충전 상황 발생 시에 배터리 셀들의 체적 증가로 인한 팽창력을 인가받아 서로 다른 극성을 갖는 제1 버스바 및 제2 버스바 사이가 전기적으로 연결되어 단락(Short)이 발생되도록 함으로써, 한 쌍의 버스바 중 적어도 어느 하나에 형성된 파단부가 파단되어 충전을 중단시키는 방식으로 배터리 모듈의 과충전을 방지할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.A first bus bar and a second bus bar having different polarities are electrically connected to each other to generate a short by receiving an expansion force due to an increase in volume of battery cells when an overcharging condition occurs, And a battery pack including the battery module and the automobile. The battery module can prevent overcharging of the battery module by stopping the charging of the battery module.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체; 상기 셀 적층체와 연결되어 제1 극성을 갖는 제1 버스바; 상기 셀 적층체와 연결되어 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 버스바; 상기 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따라 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 회동함으로써 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 전기적으로 연결시켜 단락을 발생시키는 단락 플레이트를 포함하는 단락부; 및 상기 제1 버스바, 제2 버스바 및 단락부의 적어도 일부를 수용 또는 지지하는 카트리지;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery module including: a cell stack including a first battery cell and a second battery cell; A first bus bar connected to the cell stack and having a first polarity; A second bus bar connected to the cell stack and having a second polarity opposite to the first polarity; And a shorting plate including a shorting plate that electrically connects the first bus bar and the second bus bar to generate a short circuit by rotating toward the first bus bar and the second bus bar in accordance with an increase in volume of the first battery cell. And a cartridge for receiving or supporting at least a part of the first bus bar, the second bus bar and the shorting part.

상기 단락부는, 상기 스웰링의 발생 전에는 상기 제1 버스바 및 제2 스바의 회동 경로 상에 위치하되, 상기 스웰링이 발생되면 제2 배터리 셀의 체적 증가에 따라 상기 단락 단자의 회동 경로 상에서 벗어난 위치로 이동하여 상기 단락 플레이트가 제1 버스바 및 제2 버스바와 접촉될 수 있도록 하는 안전 플레이트를 포함할 수 있다.Wherein the shorting part is positioned on a rotating path of the first bus bar and the second shever before the occurrence of the swelling, and when the swelling is generated, Position to allow the shorting plate to contact the first bus bar and the second bus bar.

상기 단락 플레이트는 도전성 재질로 이루어지고, 상기 안전 플레이트는 절연성 재질로 이루어질 수 있다.The shorting plate may be made of an electrically conductive material, and the safety plate may be made of an insulating material.

상기 단락부는, 일측 단부에 상기 단락 플레이트의 일측이 걸림 고정될 수 있도록 형성된 후크부를 구비하며, 상기 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따른 팽창력을 직접 인가 받아 회동하는 제1 토션 바; 및 상기 제1 토션 바의 회동에 따라 상기 후크부에 의한 상기 단락 단자의 고정 상태가 해제되는 경우 상기 단락 플레이트를 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 회동시키는 토션 스프링;을 포함할 수 있다.Wherein the shorting portion includes a first torsion bar having a hook portion formed at one end of the shorting plate so that one side of the shorting plate can be engaged and fixed, And a torsion spring for rotating the shorting plate toward the first bus bar and the second bus bar when the fastening state of the shorting terminal is released by the hook portion according to the rotation of the first torsion bar .

상기 단락부는, 일측 단부가 상기 안전 플레이트와 연결되며, 상기 제2 배터리 셀의 팽창력을 직접 인가 받아 회동하여 상기 안전 플레이트를 상기 단락 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 시키는 제2 토션 바를 포함할 수 있다.The shorting part may include a second torsion bar having one end connected to the safety plate and directly rotating with the expansion force of the second battery cell to slide the safety plate in a direction away from the shorting plate.

상기 카트리지는, 내측에 상기 단락부의 외형에 대응되는 형상의 수용 공간이 형성되어 상기 단락부를 내측에 수용할 수 있다.In the cartridge, a receiving space having a shape corresponding to the outer shape of the shorting portion is formed on the inner side to accommodate the shorting portion on the inner side.

상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 어느 하나는 상기 단락이 발생되는 경우 파단되어 단락 전류를 차단하는 파단부를 구비할 수 있다.At least one of the first bus bar and the second bus bar may be provided with a breaker to break the short-circuit current when the short-circuit occurs.

상기 파단부는, 노치의 형성에 의해 주변 영역보다 단면적이 상대적으로 작아진 형태를 가질 수 있다.The rupture portion may have a shape in which the cross-sectional area thereof is relatively smaller than the peripheral region by the formation of the notch.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 본 발명에 따른 자동차는 이러한 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.Meanwhile, the battery pack according to an embodiment of the present invention may include the battery module, and the automobile according to the present invention may include the battery module according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따르면, 과충전 상황 발생 시에 배터리 셀들의 체적 증가로 인한 팽창력을 인가받아 서로 다른 극성을 갖는 제1 버스바 및 제2 버스바 사이가 전기적으로 연결되어 단락(Short)이 발생되도록 함으로써, 한 쌍의 버스바 중 적어도 어느 하나에 형성된 파단부가 파단되어 충전을 중단시키는 방식으로 배터리 모듈의 과충전을 방지할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, when an overcharge condition occurs, the first bus bar and the second bus bar having different polarities are electrically connected to each other by receiving an expansion force due to an increase in the volume of the battery cells, It is possible to prevent overcharging of the battery module in such a manner that the break portion formed in at least one of the pair of bus bars is broken to stop the charging, thereby improving the stability of the battery module.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 카트리지 및 단락부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 부분 평면도로서, 스웰링 발생 이 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 부분 평면도로서, 스웰링 발생 이 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 단락이 발생되기 이 전의 상태를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 단락이 발생된 이 후의 상태를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 발생된 단락으로 인해 버스바가 파단된 상태를 나타내는 회로도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is an overall perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a cell laminate applied to the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a cartridge and a short-circuit part applied to the present invention.
4 is a partial plan view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, and shows a state before swelling is generated.
5 is a partial plan view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, showing a state after swelling is generated.
6 is a perspective view illustrating a shape of a bus bar applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram showing a state before a short circuit occurs in a battery module according to an embodiment of the present invention.
8 is a circuit diagram showing a state after a short circuit occurs in a battery module according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram showing a state in which a bus bar is broken due to a short circuit generated in a battery module according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 설명하기로 한다.First, the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 카트리지 및 단락부를 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a cell laminate applied to the present invention, FIG. 3 is an exploded perspective view showing a cartridge and a short- to be.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(100), 한 쌍의 엔드 플레이트(200), 카트리지(300), 단락부(400) 및 버스바(500)를 포함한다.1 to 3, a battery module according to an embodiment of the present invention includes a cell stack 100, a pair of end plates 200, a cartridge 300, a short circuit part 400, 500).

도 2를 참조하면, 상기 셀 적층체(100)는 적어도 2 이상의 배터리 셀(110)을 포함하는 것으로서, 복수의 배터리 셀(110)들이 넓은 면끼리 서로 마주보도록 적층된 형태를 갖는다.Referring to FIG. 2, the cell stack 100 includes at least two or more battery cells 110, and the plurality of battery cells 110 are laminated such that the large faces thereof face each other.

상기 배터리 셀(110)은 파우치 타입 셀로서, 양극판/세퍼레이터/음극판이 적어도 1회 이상 적층되어 형성된 전극 조립체를 파우치 필름으로 이루어진 파우치 케이스 내에 수용시키고 상/하 파우치 케이스의 맞닿는 테두리 영역을 열 융착 하여 밀봉시킨 형태를 가질 수 있다.The battery cell 110 is a pouch type cell. The electrode assembly having the positive electrode plate / the separator / negative electrode plate stacked at least once is housed in a pouch case made of a pouch film, and the edge region of the upper and lower pouch case is thermally fused It may have a sealed form.

여기서, 상기 전극 조립체를 구성하는 양극판과 음극판 각각의 끝단 무지부에는 한 쌍의 전극 리드(111,112)가 연결되어 파우치 케이스의 실링 영역을 통과하여 외부로 인출된다.Here, a pair of electrode leads 111 and 112 are connected to the uncoated end portions of the positive and negative electrode plates, respectively, of the electrode assembly, and are led out to the outside through the sealing region of the pouch case.

상기 한 쌍의 전극 리드(111,112)는 서로 다른 극성을 갖게 되며, 이러한 한 쌍의 전극 리드(111,112)는 서로 반대 방향으로 연장될 수 있다. 상기 셀 적층체(100)를 구성하는 배터리 셀(110)들은 서로 이웃하는 전극 리드가 상호 반대되는 극성을 갖도록 배치될 수 있으며, 이 경우 각각의 배터리 셀(110)들은 서로 직렬로 연결될 수 있다.The pair of electrode leads 111 and 112 have different polarities, and the pair of electrode leads 111 and 112 may extend in opposite directions to each other. The battery cells 110 constituting the cell stack 100 may be disposed such that neighboring electrode leads have polarities opposite to each other. In this case, the battery cells 110 may be connected to each other in series.

이처럼 상기 셀 적층체(100)를 구성하는 배터리 셀(110)들이 서로 직렬로 연결되는 경우, 셀 적층체(100)의 최 외각에 배치되는 한 쌍의 배터리 셀(110) 각각은 동일한 방향으로 연장된 서로 다른 극성을 갖는 전극 리드(111,112)를 구비한다.When the battery cells 110 constituting the cell stack 100 are connected in series to each other, each of the pair of battery cells 110 disposed at the outermost periphery of the cell stack 100 extends in the same direction And electrode leads 111 and 112 having different polarities.

즉, 상기 셀 적층체(100)의 일 측 최외각에 배치된 배터리 셀(110)에 구비되어 카트리지(300)를 향해 연장된 전극 리드(111)와 타 측 최 외각에 배치된 배터리 셀(110)에 구비되어 카트리지(300)를 향해 연장된 전극 리드(112)는 서로 다른 극성을 갖게 된다.That is, an electrode lead 111 provided in the battery cell 110 disposed at one outermost side of the cell stack 100 and extending toward the cartridge 300 and a battery cell 110 So that the electrode leads 112 extending toward the cartridge 300 have different polarities.

또한, 상기 최 외각에 배치되는 한 쌍의 배터리 셀(110)의 사이에 배치되는 배터리 셀(110)들이 존재하는 경우, 배터리 셀(110)들의 연결 관계가 직렬이 되도록 하기 위해 서로 이웃하는 배터리 셀(110) 각각에 구비된 서로 다른 극성을 갖는 전극 리드(111,112)끼리 접촉되어 하나의 리드 집합체(113)를 이룰 수 있다.When there are battery cells 110 disposed between the pair of battery cells 110 disposed at the outermost periphery, in order to make the connection relations of the battery cells 110 in series, The electrode leads 111 and 112 having different polarities provided in the respective electrode assemblies 110 may be brought into contact with each other to form a single lead assembly 113.

상기 전극 리드(111,112)와 리드 집합체(113)는 후술할 카트리지(300)에 형성된 수용 홈들에 각각 삽입되어 고정되는데, 이에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.The electrode leads 111 and 112 and the lead assembly 113 are respectively inserted and fixed in the receiving grooves formed in the cartridge 300, which will be described later in detail.

다음으로, 도 1을 참조하면, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(200)는 셀 적층체(100)의 양 측에 배치되어 최 외각에 배치된 배터리 셀(110)의 넓은 면을 커버한다. 이러한 한 쌍의 엔드 플레이트(200) 각각은 둘레 영역에 복수개 형성된 체결 홀(H)을 통해 상호간에 체결되어 셀 적층체(100)를 고정 및 압박할 수 있다. Referring to FIG. 1, the pair of end plates 200 are disposed on both sides of the cell stack 100 to cover the wide surface of the battery cell 110 disposed at the outermost position. Each of the pair of end plates 200 is fastened to each other through a plurality of fastening holes H formed in the peripheral region to fix and press the cell stack 100.

도면에 도시되지는 않았으나, 상기 체결 홀(H)을 통한 한 쌍의 엔드 플레이트(200)의 체결은 볼트 조립구조나 볼트/너트 조립구조 등 공지의 체결 구조들이 다양하게 적용 가능하다.Although not shown in the drawings, the fastening of the pair of end plates 200 through the fastening holes H can be variously applied to known fastening structures such as a bolt assembly structure and a bolt / nut assembly structure.

이처럼, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(200)의 적용에 의해 셀 적층체(100)는 배터리 셀(110)들의 스웰링이 발생하더라도 적층 방향과 나란한 방향으로는 움직임이 제한되므로, 배터리 셀(110)에 대한 스웰링 현상이 발생하더라도 배터리 셀(110)의 적층 방향을 따라서는 배터리 셀(110)의 부피 팽창이 거의 일어나지 않고, 주로 상기 적층 방향과 수직한 방향을 따라서 배터리 셀(110)이 팽창하게 된다.As a result of the application of the pair of end plates 200, the movement of the cell stack 100 is restricted in the direction parallel to the stacking direction even if swelling of the battery cells 110 occurs, The battery cell 110 is hardly expanded in volume along the stacking direction of the battery cell 110 and the battery cell 110 expands mainly along the direction perpendicular to the stacking direction do.

다음으로, 도 3을 참조하면, 상기 카트리지(300)는 셀 적층체(100)의 일 측에 위치하되, 셀 적층체(100)에 구비된 전극 리드(111,112) 및 리드 집합체(113)가 연장된 방향에 위치하며, 그 일 측이 하나의 엔드 플레이트(200)에 고정되고 또한 그 타 측은 또 다른 엔드 플레이트(200)에 고정될 수 있다. 상기 카트리지(300)와 엔드 플레이트(200) 간의 고정은 볼트(B)를 이용하여 이루어질 수 있다.3, the cartridge 300 is positioned at one side of the cell stack 100, and the electrode leads 111 and 112 and the lead assembly 113 provided in the cell stack 100 are extended And one side thereof may be fixed to one end plate 200 and the other side thereof may be fixed to another end plate 200. The fixing between the cartridge 300 and the end plate 200 may be performed using a bolt B.

또한, 상기 카트리지(300)는 후술할 단락부(400)의 형태에 대응되는 형상을 갖는 수용 공간을 구비하고, 버스바(510,520), 전극 리드(111,112) 및 리드 집합체(113)가 각각 삽입/고정되는 제1 수용 홈(310), 제2 수용 홈(320) 및 제3 수용 홈(330)을 구비한다.Each of the bus bars 510 and 520, the electrode leads 111 and 112 and the lead assemblies 113 are inserted into the insertion spaces of the shorting part 400, And includes a first receiving groove 310, a second receiving groove 320, and a third receiving groove 330 which are fixed.

도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 적용되는 단락부(400)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3 and FIG. 4 and FIG. 5, a short-circuit part 400 applied to the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 부분 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 부분 평면도로서, 스웰링 발생 이 후의 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a partial plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a partial plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention, showing a state after swelling is generated.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 단락부(400)는 스웰링의 발생에 따른 배터리 셀(110)들의 팽창력을 이용하여 제1 버스바(510)와 제2 버스바(520) 사이가 전기적으로 연결되도록 하여 단락을 발생시키는 구성요에 해당한다.3 to 5, the short circuit part 400 is electrically connected between the first bus bar 510 and the second bus bar 520 using the expansion force of the battery cells 110 according to the occurrence of swelling. So as to generate a short circuit.

이러한 단락부(400)는 단락 플레이트(410), 제1 토션 바(420), 토션 스프링(430), 안전 플레이트(440) 및 제2 토션 바(450)를 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 이에 추가적으로 안전 스프링(S)을 더 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.The shorting part 400 may be formed in a shape including the shorting plate 410, the first torsion bar 420, the torsion spring 430, the safety plate 440 and the second torsion bar 450, It may be implemented in a form further including a safety spring S. [

상기 단락 플레이트(410)는, 회동 가능하도록 중심부를 기준으로 하여 회동 가능하도록 카트리지(300) 내에 설치된다. 이러한 단락 플레이트(410)는 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따라 제1 버스바(510) 및 제2 버스바(520)를 향해 회동하여 제1 버스바(510) 및 제2 버스바(520) 사이를 전기적으로 연결시킨다. The shorting plate 410 is installed in the cartridge 300 so as to be rotatable with respect to the center portion so as to be rotatable. The shorting plate 410 rotates toward the first bus bar 510 and the second bus bar 520 according to an increase in the volume of the first battery cell and is connected to the first bus bar 510 and the second bus bar 520, .

상기 제1 버스바(510) 및 제2 버스바(520)는 후술할 바와 같이 각각 셀 적층체(100)의 제1 극성 및 제2 극성과 연결되어 서로 다른 극성을 갖는 것이기에, 이처럼 제1 버스바(510)와 제2 버스바(520) 사이가 전기적으로 연결되면 단락이 발생된다. 즉, 본원발명에 따른 배터리 모듈은, 스웰링 발생 시에 단락 플레이트(410)의 움직임을 이용하여 단락을 의도적으로 발생시키고 이로써 발생되는 단락 전류를 이용하여 한 쌍의 버스바(510,520) 중 적어도 어느 하나를 파단시킴으로써 회로 전체의 전류를 완전하게 차단할 수 있는 것이다. 이러한 단락 플레이트(410)의 기능을 고려하여 그 재질은 도전성을 갖는 재질로 이루어지게 된다.As described later, the first bus bar 510 and the second bus bar 520 are connected to the first polarity and the second polarity of the cell stack 100 and have different polarities, When the bar 510 and the second bus bar 520 are electrically connected, a short circuit occurs. That is, the battery module according to the present invention intentionally generates a short circuit by using the movement of the shorting plate 410 at the time of occurrence of swelling, and at least one of the pair of bus bars 510 and 520 It is possible to completely cut off the current in the entire circuit by breaking one. In consideration of the function of the shorting plate 410, the material thereof is made of a conductive material.

상기 제1 토션 바(420)는 제1 배터리 셀의 팽창력이 인가되지 않았을 때는 단락 플레이트(410)를 고정시켜 움직임을 제한하고, 제1 배터리 셀의 팽창력이 인가되면 단락 플레이트(410)의 고정 상태가 해제되도록 한다.When the expansion force of the first battery cell is not applied, the first torsion bar 420 restricts movement by fixing the shorting plate 410. When the expansion force of the first battery cell is applied, Lt; / RTI >

상기 제 1토션 바(420)는 중심부를 회전 축으로 하여 회동 가능하도록 카트리지(300) 내에 설치된다. 이러한 제1 토션 바(420)는 일측 단부에 상기 단락 플레이트(410)의 일측이 걸림 고정될 수 있도록 형성된 후크부를 구비하며, 타측 단부가 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따른 팽창력을 직접 인가 받아 중심부를 기준으로 하여 회동한다.The first torsion bar 420 is installed in the cartridge 300 such that the first torsion bar 420 is pivotable about a central axis. The first torsion bar 420 has a hook portion formed at one end of the shorting plate 410 so that one side of the shorting plate 410 can be fastened to the first torsion bar 420. The other end of the first torsion bar 420 receives an expansion force, As shown in Fig.

상기 제1 토션 바(420)가 회동하여 단락 플레이트(410)의 걸림 상태가 해제되면 단락 플레이트는 토션 스프링(430)의 복원력에 의해 버스바(510,520)를 향해 회동하게 된다.When the first torsion bar 420 is rotated to release the fastening state of the shorting plate 410, the shorting plate is rotated toward the bus bars 510 and 520 by the restoring force of the torsion spring 430.

즉, 상기 토션 스프링(430)의 일 측은 상기 단락 플레이트(410)에 부착되어 있고, 타측은 카트리지(300) 내에 고정되어 있어, 제1 토션 바(420)에 의해 단락 플레이트(410)가 고정 상태를 유지할 때는 토션 스프링(430)이 복원 에너지를 저장하고 있고 이러한 고정 상태가 해제되면 토션 스프링(430)은 복원력을 이용하여 단락 플레이트(410)를 버스바(510,520)를 향하는 방향으로 이동시키는 것이다.That is, one side of the torsion spring 430 is attached to the shorting plate 410 and the other side is fixed in the cartridge 300. When the shorting plate 410 is fixed by the first torsion bar 420 The torsion spring 430 stores the restoring energy and when the fixed state is released, the torsion spring 430 moves the shorting plate 410 in the direction toward the bus bars 510 and 520 by using the restoring force.

한편, 상기 제1 토션 바(420)와 카트리지(300)의 내벽면 사이에는 적어도 하나 이상의 탄성체(S)가 설치될 수 있으며, 이경우 상기 탄성체(S)는 스웰링이 발생되지 않은 일반적인 상황에서 제1 토션 바(420)와 단락 플레이트(410) 사이의 걸림 고정 상태가 유지될 수 있도록 한다. 상기 탄성체(S)로는 스폰지, 스프링 등이 이용될 수 있다.At least one elastic body S may be provided between the first torsion bar 420 and the inner wall surface of the cartridge 300. In this case, 1 torsion bar 420 and the shorting plate 410 can be maintained. As the elastic body S, a sponge, a spring, or the like may be used.

상기 안전 플레이트(440)는 비도전성 재질로 이루어지는 것으로서, 스웰링 현상이 발생되지 않은 경우에 있어서, 단락 플레이트(410)가 오작동으로 인해 버스바(510,520)를 향해 회동하더라도, 단락 플레이트(410)와 버스바(510,520)가 상호 접촉되지 않도록 하기 위해 단락 플레이트(410)의 회동 경로 상에 위치하는 구성요소이다.The safety plate 440 is made of a non-conductive material and the shorting plate 410 is rotated in the direction of the bus bars 510 and 520 due to a malfunction when the swelling phenomenon does not occur. Is a component located on the pivot path of the shorting plate 410 so that the bus bars 510 and 520 are not in contact with each other.

이러한 안전 플레이트(440)는 스웰링의 발생에 따라 제2 배터리 셀(제1 배터리 셀과는 구별되는 다른 배터리 셀)의 팽창력을 간접적으로 절달 받아 단락 플레이트(410)와 간섭되지 않는 위치로 이동될 수 있다.The safety plate 440 is moved indirectly to the second battery cell (another battery cell differentiated from the first battery cell) in accordance with the occurrence of the swelling and is not interfered with the shorting plate 410 .

즉, 상기 안전 플레이트(440)는 스웰링의 발생에 따른 제2 배터리 셀의 팽창력을 인가 받아 회동되는 제2 토션 바(450)에 의해 슬라이딩 되어 단락 플레이트(410)의 회동 경로 상에서 벗어난 위치로 이동하여 단락 플레이트(410)가 제1 버스바(520) 및 제2 버스바(520)와 접촉될 수 있도록 한다.That is, the safety plate 440 is slid by the second torsion bar 450 rotated by receiving the expansion force of the second battery cell according to the occurrence of swelling, and is moved to a position deviated from the rotation path of the shorting plate 410 So that the shorting plate 410 can be brought into contact with the first bus bar 520 and the second bus bar 520.

상기 제2 토션 바(450)는 중심부를 회전축으로 하여 회동 가능하도록 카트리지(300) 내에 설치된다. 이러한 제2 토션 바(450)의 일측 단부는 안전 플레이트(410)의 일측에 연결되고 타측 단부는 제2 배터리 셀에 인접한 위치에 배치되어 제2 배터리 셀의 팽창력을 직접 인가 받는다. 이처럼 제2 배터리 셀의 팽창력이 인가되면 제2 토션 바(450)는 회동하고, 이로써 제2 토션 바(450)의 일측 단부에 연결된 안전 플레이트(440)는 단락 플레이트(410)의 회동 경로 상에서 벗어나도록 슬라이딩 된다.The second torsion bar 450 is installed in the cartridge 300 so that the second torsion bar 450 can rotate with the center portion as a rotation axis. One end of the second torsion bar 450 is connected to one side of the safety plate 410 and the other end of the second torsion bar 450 is disposed at a position adjacent to the second battery cell to directly receive the inflation force of the second battery cell. When the expansion force of the second battery cell is applied as described above, the second torsion bar 450 rotates, so that the safety plate 440 connected to one end of the second torsion bar 450 moves out of the rotation path of the shorting plate 410 Respectively.

상기 제2 토션 바(450)와 카트리지(300)의 내벽면 사이에는 적어도 하나 이상의 탄성체(S)가 설치될 수 있으며, 이경우 상기 탄성체(S)는 스웰링이 발생되지 않은 일반적인 상황에서 제2 토션 바(450)가 동작하지 않도록 하고 이로써 안전 플레이트(440)가 불필요하게 움직여 단락 플레이트(410)의 회동 경로 상에서 벗어나지 않도록 한다. 상기 탄성체(S)로는 스폰지, 스프링 등이 이용될 수 있다.At least one elastic body S may be provided between the second torsion bar 450 and the inner wall surface of the cartridge 300. In this case, Thereby preventing the bar 450 from operating and thereby preventing the safety plate 440 from moving unnecessarily in the pivoting path of the shorting plate 410. As the elastic body S, a sponge, a spring, or the like may be used.

한편, 본원이 도 4에 도시된 상태는 스웰링이 발생되지 않은 경우를 나타내는 것이며, 각 구성요소의 움직임의 방향을 나타내는 화살표는 스웰링의 발생에 따라 각각의 구성요소들이 움직이는 방향을 나타내는 것이다.4 shows a case where no swelling is generated, and an arrow indicating the direction of movement of each component indicates a direction in which the respective components move in accordance with occurrence of swelling.

즉, 스웰링이 발생되지 않은 경우에는 제1 토션 바(420)에 의해 단락 플레이트(410)가 걸림 고정되어 버스바(510,520)와 단락 플레이트(410) 간의 접촉이 일어나지 않고, 또한 배터리 모듈에 충격이 가해지는 등의 상황이 발생하여 단락 플레이트(410)가 회동하더라도, 회동 경로 상에는 안전 플레이트(440)가 배치되어 있기 때문에 단락 플레이트(410)와 버스바(510,520)의 접촉은 발생되지 않는다.That is, when swelling is not generated, the shorting plate 410 is locked by the first torsion bar 420 to prevent the contact between the bus bars 510 and 520 and the shorting plate 410, The shorting plate 410 and the bus bars 510 and 520 are not brought into contact with each other because the safety plate 440 is disposed on the pivoting path even if the shorting plate 410 is rotated.

반면, 스웰링의 발생에 따라 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀이 팽창하게 되면, 각 구성요소들은 화살표 방향으로 움직이게 되어 단락 플레이트(410)와 버스바(510,520)가 서로 접촉되고 이로써 회로에 단락이 발생되는 것이다.When the first battery cell and the second battery cell expand due to the occurrence of the swelling, the respective components are moved in the direction of the arrow so that the shorting plate 410 and the bus bars 510 and 520 are in contact with each other, .

다음은, 도 3 내지 도 5와 함께 도 6을 참조하여, 본 발명에 적용되는 버스바(500)의 구조에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.Next, the structure of the bus bar 500 applied to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6 together with FIGS. 3 to 5.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 버스바의 형태를 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view illustrating a shape of a bus bar applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 적용되는 버스바(510,520)는 카트리지(300)에 형성된 제1 수용 홈(310) 내에 수용/고정되며 그 일측 단부는 카트리지(300)의 제3 수용 홈(330) 내에서 셀 적층체(100)의 최 외측에 배치된 배터리 셀(110)의 전극 리드(111,112)와 접촉하게 된다.6, the bus bars 510 and 520 according to the present invention are accommodated / fixed in the first receiving groove 310 formed in the cartridge 300 and one end thereof is connected to the third receiving groove 330 of the cartridge 300 The electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 disposed at the outermost side of the cell stack body 100 in the battery cell stack 100 are brought into contact with each other.

즉, 한 쌍의 버스바(510,520)는 셀 적층체(100)와 전기적으로 연결되어 제1 각각 제1 극성 및 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖게 되며, 배터리 모듈의 외부 단자로서 기능할 수 있다. 따라서, 상기 한 쌍의 버스바(510,520)는 각각 충전 장치나 전기 에너지로 구동되는 전자기기와 같은 외부 기기의 양극 및 음극과 각각 연결되어 충전 전류를 공급 받거나 충전 전류를 공급할 수 있다.That is, the pair of bus bars 510 and 520 are electrically connected to the cell stack 100 to have a first polarity and a second polarity opposite to the first polarity, respectively, and function as an external terminal of the battery module . Accordingly, the pair of bus bars 510 and 520 may be respectively connected to the positive and negative electrodes of an external device such as a charging device or an electronic device driven by electric energy, respectively, to receive a charging current or supply a charging current.

한편, 이러한 본원발명의 한 쌍의 버스바(510,520) 중 적어도 어느 하나는 단락에 의한 과전류 발생 시에 신속히 파단되어 전류의 흐름을 완전히 차단할 수 있도록 파단부(511,521)를 구비할 수 있다.Meanwhile, at least one of the pair of bus bars 510 and 520 of the present invention may be provided with break portions 511 and 521 to break the flow of the current quickly when the over current occurs due to a short circuit.

상기 파단부(511,512)는 도 6에 도시된 바와 같이, 노치의 형성에 의해 주변 영역과 비교하여 단면적이 더 작아진 형태를 가질 수 있다. 다만, 이러한 파단부(511,512)로는 이러한 노치 형태 이 외에도, 주변 영역과 비교하여 융점이 더 낮은 금속이 적용된 형태 등 퓨즈의 기능을 할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용이 가능하다.As shown in FIG. 6, the break portions 511 and 512 may have a shape in which the cross-sectional area is smaller than that of the peripheral region due to the formation of the notch. However, the break portions 511 and 512 may be applied to any of those notches as long as they can function as a fuse such as a metal having a melting point lower than that of the peripheral region.

다음은, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 과충전 등에 의한 스웰링 현상이 발생되기 이 전과 이 후의 회로 구성에 대해 설명하기로 한다.Next, a circuit configuration before and after a swelling phenomenon due to overcharging or the like occurs in a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 단락이 발생되기 이 전의 상태를 나타내는 회로도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 단락이 발생된 이 후의 상태를 나타내는 회로도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 발생된 단락으로 인해 버스바가 파단된 상태를 나타내는 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram showing a state before a short circuit occurs in a battery module according to an embodiment of the present invention; FIG. 8 is a circuit diagram showing a state after a short circuit occurs in the battery module according to an embodiment of the present invention; And FIG. 9 is a circuit diagram showing a state where a bus bar is broken due to a short circuit generated in a battery module according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 과충전 등에 의한 스웰링이 발생되지 않은 경우에는, 배터리 셀(110)의 체적이 증가하지 않으므로 회로 상에 단락이 발생되지 않는다.Referring to FIG. 7, when swelling due to overcharging or the like is not generated in the battery module according to the present invention, since the volume of the battery cell 110 does not increase, a short circuit does not occur on the circuit.

하지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 과충전 등에 의한 스웰링이 발생되는 경우, 단락부(400)는 배터리 셀(110)의 팽창력을 인가받아 제1 버스바(510)와 제2 버스바(520) 사이가 전기적으로 연결되도록 하며, 이에 따라 회로 상에 단락을 발생시킬 수 있으며 이로 인해 회로 상에는 비정상적인 고전류가 흐를 수 있다.8, when the swelling due to overcharging or the like occurs in the battery module according to the present invention, the shorting part 400 receives the expansion force of the battery cell 110, And the second bus bar 520 are electrically connected to each other, thereby causing a short circuit on the circuit, which may cause an abnormal high current to flow on the circuit.

이 후, 고전류에 따른 열 발생으로 인해 적어도 하나의 버스바에 형성된 파단부(511, 521)가 파단됨으로써 외부 전압원에서 배터리 모듈로 공급되는 전류 또는 배터리 모듈로부터 외부 전자기기로 공급되는 전류의 흐름이 차단되어 배터리 모듈의 발화/폭발 등을 사전에 차단할 수 있다.Thereafter, breakage portions 511 and 521 formed on at least one bus bar are broken due to generation of heat due to high currents, so that the current supplied from the external voltage source to the battery module or the current supplied from the battery module to the external electronic device is blocked So that the ignition / explosion of the battery module can be prevented in advance.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈 마다 제1 버스바, 제2 버스바, 단락부 및 카트리지를 구비하여 배터리 셀의 비정상적인 팽창 시 제1 버스바를 파단시켜 외부 전압원으로부터 공급되는 전력을 차단함으로써, 과충전 방지를 배터리 모듈마다 수행할 수 있다.Meanwhile, the battery pack according to the present invention includes at least one of the above-described battery modules. In this case, the battery pack may further include a case for accommodating the battery module, various devices for controlling charge / discharge of the battery module, such as a battery management system (BMS), a current sensor, a fuse, and the like. In particular, the battery pack according to an embodiment of the present invention includes a first bus bar, a second bus bar, a short-circuiting portion, and a cartridge for each battery module to break the first bus bar when the battery cell is abnormally expanded, The overcharge protection can be performed for each battery module.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.The battery module according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric car or a hybrid car. That is, the automobile according to the present invention may include a battery module according to the present invention.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

100: 셀 적층체
110: 배터리 셀
111, 112: 전극 리드
113: 리드 집합체
200: 엔드 플레이트
H: 체결 홀
300: 카트리지
310: 제1 수용 홈
320: 제2 수용 홈
330: 제3 수용 홈
400: 단락부
410: 단락 플레이트
420: 제1 토션 바
430: 토션 스프링
440: 안전 플레이트
450: 제2 토션 바
안전 스프링(S)
500: 버스바
510: 제1 버스바
520: 제2 버스바
511, 521: 파단부100: Cell laminate
110: Battery cell
111, 112: electrode lead
113: lead assembly
200: end plate
H: fastening hole
300: Cartridge
310: first receiving groove
320: second receiving groove
330: third accommodating groove
400:
410: shorting plate
420: first torsion bar
430: Torsion spring
440: Safety plate
450: second torsion bar
Safety spring (S)
500: bus bar
510: 1st bus bar
520: Second bus bar
511, 521:

Claims (10)

제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체;
상기 셀 적층체와 연결되어 제1 극성을 갖는 제1 버스바;
상기 셀 적층체와 연결되어 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 버스바;
상기 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따라 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 회동함으로써 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 전기적으로 연결시켜 단락을 발생시키는 단락 플레이트를 포함하는 단락부; 및
상기 제1 버스바, 제2 버스바 및 단락부의 적어도 일부를 수용 또는 지지하는 카트리지;
를 포함하는 배터리 모듈.A cell stack comprising a first battery cell and a second battery cell;
A first bus bar connected to the cell stack and having a first polarity;
A second bus bar connected to the cell stack and having a second polarity opposite to the first polarity;
And a shorting plate including a shorting plate that electrically connects the first bus bar and the second bus bar to generate a short circuit by rotating toward the first bus bar and the second bus bar in accordance with an increase in volume of the first battery cell. And
A cartridge that receives or supports at least a portion of the first bus bar, the second bus bar, and the shorting portion;
. 제1항에 있어서,
상기 단락부는,
상기 스웰링의 발생 전에는 상기 제1 버스바 및 제2 버스바의 회동 경로 상에 위치하되, 상기 스웰링이 발생되면 제2 배터리 셀의 체적 증가에 따라 상기 단락 단자의 회동 경로 상에서 벗어난 위치로 이동하여 상기 단락 플레이트가 제1 버스바 및 제2 버스바와 접촉될 수 있도록 하는 안전 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method according to claim 1,
The short-
Wherein the first bus bar and the second bus bar are located on a rotation path of the first bus bar and the second bus bar before the occurrence of the swelling and when the swelling occurs, So that the shorting plate can be brought into contact with the first bus bar and the second bus bar. 제2항에 있어서,
상기 단락 플레이트는 도전성 재질로 이루어지고, 상기 안전 플레이트는 절연성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.3. The method of claim 2,
Wherein the shorting plate is made of a conductive material, and the safety plate is made of an insulating material. 제2항에 있어서,
상기 단락부는,
일측 단부에 상기 단락 플레이트의 일측이 걸림 고정될 수 있도록 형성된 후크부를 구비하며, 상기 제1 배터리 셀의 체적 증가에 따른 팽창력을 직접 인가 받아 회동하는 제1 토션 바; 및
상기 제1 토션 바의 회동에 따라 상기 후크부에 의한 상기 단락 단자의 고정 상태가 해제되는 경우 상기 단락 플레이트를 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 회동시키는 토션 스프링;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.3. The method of claim 2,
The short-
A first torsion bar having a hook portion formed at one end of the shorting plate so that one side of the shorting plate can be hooked and fixed, the first torsion bar directly receiving an expansion force according to an increase in the volume of the first battery cell; And
A torsion spring for rotating the shorting plate toward the first bus bar and the second bus bar when the fastening state of the shorting terminal is released due to the rotation of the first torsion bar;
The battery module comprising: 제2항에 있어서,
상기 단락부는,
일측 단부가 상기 안전 플레이트와 연결되며, 상기 제2 배터리 셀의 팽창력을 직접 인가 받아 회동하여 상기 안전 플레이트를 상기 단락 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 시키는 제2 토션 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.3. The method of claim 2,
The short-
And a second torsion bar connected at one end thereof to the safety plate and adapted to directly receive an expansion force of the second battery cell to rotate the safety plate in a direction away from the shorting plate. 제1항에 있어서,
상기 카트리지는,
내측에 상기 단락부의 외형에 대응되는 형상의 수용 공간이 형성되어 상기 단락부를 내측에 수용하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein,
And a receiving space having a shape corresponding to the outer shape of the shorting part is formed on the inner side to receive the shorting part on the inner side. 제1항에 있어서,
상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 어느 하나는 상기 단락이 발생되는 경우 파단되어 단락 전류를 차단하는 파단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first bus bar and the second bus bar is provided with a breaker for breaking the short circuit current when the short circuit is generated. 제7항에 있어서,
상기 파단부는,
노치의 형성에 의해 주변 영역보다 단면적이 상대적으로 작아진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.8. The method of claim 7,
The break-
And a shape in which the cross-sectional area is relatively smaller than the peripheral area by the formation of the notch. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.A battery pack comprising the battery module according to any one of claims 1 to 8. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.An automobile comprising a battery module according to any one of claims 1 to 8.
KR1020170085994A 2017-07-06 2017-07-06 Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same KR102308168B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170085994A KR102308168B1 (en) 2017-07-06 2017-07-06 Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170085994A KR102308168B1 (en) 2017-07-06 2017-07-06 Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190005404A true KR20190005404A (en) 2019-01-16
KR102308168B1 KR102308168B1 (en) 2021-10-01

Family

ID=65281132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170085994A KR102308168B1 (en) 2017-07-06 2017-07-06 Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102308168B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110017778A (en) * 2009-08-14 2011-02-22 에스비리모티브 주식회사 Battery module
KR101041153B1 (en) * 2009-03-04 2011-06-13 에스비리모티브 주식회사 Rechargeable battery and module thereof
KR101449307B1 (en) * 2013-06-28 2014-10-08 현대자동차주식회사 Battery safety device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041153B1 (en) * 2009-03-04 2011-06-13 에스비리모티브 주식회사 Rechargeable battery and module thereof
KR20110017778A (en) * 2009-08-14 2011-02-22 에스비리모티브 주식회사 Battery module
KR101449307B1 (en) * 2013-06-28 2014-10-08 현대자동차주식회사 Battery safety device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102308168B1 (en) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3512008B1 (en) Battery module, and battery pack and vehicle including the same
JP5575761B2 (en) Medium or large battery pack with improved safety
KR100914839B1 (en) Battery Module of Improved Safety and Middle or Large-sized Battery Pack Containing the Same
KR100881641B1 (en) Middle or Large-sized Battery Pack Having Safety System
KR102203248B1 (en) Battery module and battery pack including the same
KR102163656B1 (en) Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same
US8895181B2 (en) Battery module
JP7034405B2 (en) Battery module, battery pack including it and automobile
EP3540823B1 (en) Battery module, and battery pack and vehicle including same
US9843032B2 (en) Battery module
KR102250180B1 (en) Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same
KR20180090100A (en) Short circuiting Structure for Lithium Secondary Battery Having Excellent Stability against Overcharge and Pouch Type Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR102249457B1 (en) Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same
CN115699428A (en) Battery pack and vehicle including the same
KR102267056B1 (en) Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same
KR102308168B1 (en) Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant