KR20210055521A - 단락 방지를 위한 배터리팩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치는 다수의 배터리셀 각각의 상부가 삽입되고 거치되는 상부 셀 홀더; 상기 배터리셀 각각의 하부가 삽입되고 거치되는 하부 셀 홀더; 상기 상부 셀 홀더의 상부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 상부 버스바; 상기 하부 셀 홀더의 하부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 하부 버스바; 상기 상부 버스바의 일측에 연결되고 상기 상부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 1 출력 버스바; 및 상기 하부 버스바의 일측에 연결되고 상기 하부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 2 출력 버스바;를 포함한다.

Description

단락 방지를 위한 배터리팩 장치{BATTERY PACK FOR PREVENTING SHORT CIRCUIT}
본 발명은 단락 방지를 위한 배터리팩 장치에 관한 것으로, 특히 다수의 배터리팩을 적층한 구조에서 발생하는 단락을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리팩 장치에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기, 에너지 저장 시스템에 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 각광받고 있다.
이차전지들은 용량 및 출력을 높이기 위해서 여러 개가 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈은 이와 같이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지들로 구성된 집합체라 할 수 있다.
특히, 전기 자동차 등과 같은 중대형 장치에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 상기 배터리 모듈을 기본 단위로 하고, 이들 다수의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하여 구현한 배터리 팩을 사용하기도 한다.
이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 밀집도로 적층할 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 배터리, 파우치형 배터리 등이 배터리 모듈의 단위전지로서 주로 사용되고 있다.
한편, 배터리 모듈이나 배터리 팩은 안전성에 관련된 여러 가지 이슈(issue)들이 있다. 예컨대, 배터리 모듈은 운용 중 과충전 또는 과방전, 각 이차전지 셀당 전압 불균형, 충방전시 내압 증가로 인한 스웰링 현상, 과전류 등으로 인한 급격한 성능 저하 및 폭발 위험이 있다. 따라서, 배터리 모듈이나 배터리 팩은 안정성 확보 방안으로 과방전, 과충전, 과전류를 방지하고, 셀 밸런싱 기능을 갖춘 PCM(Protection Circuit Module) 이나 BMS(Battery Management System)와 같은 배터리 보호회로를 일 구성요소로 포함하고 있다.
그럼에도 불구하고 배터리 모듈은 외부 장치 또는 배터리 팩에 조립되기 전까지 외부 단락으로 인한 안전성 문제가 발생할 가능성이 여전히 존재한다.
구체적으로, 배터리 모듈을 구성하는 이차전지 셀들은 모듈 하우징 내부에 패키징되어 외부에 노출되지 않으나, 이차전지 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바(Busbar)는 모듈 하우징 외부에 노출되어 있다. 이로 인해 배터리 모듈을 사용하여 배터리 팩을 조립하는 과정 또는 배터리 팩의 사용중에 버스바들 사이에 접촉하여 외부 단락이 일어날 우려가 있다.
이렇게 버스바들이 단락되면, 배터리 모듈 내에 순간적으로 과전류가 흐르게 되어 이차전지 셀들이 손상되거나 과열되고, 이로 인해 화재 또는 폭발이 일어날 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 다수의 배터리팩을 적층한 구조에서 버스바들 사이에 발생하는 단락 현상을 방지할 수 있는 배터리팩 장치에 관한 방안이 필요하다.
특허문헌 : 공개특허공보 제10-2016-0142663호
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다수의 배터리팩을 적층한 구조에서 버스바들 사이에 발생하는 단락 현상을 방지할 수 있는 배터리팩 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치는 다수의 배터리셀 각각의 상부가 삽입되고 거치되는 상부 셀 홀더; 상기 배터리셀 각각의 하부가 삽입되고 거치되는 하부 셀 홀더; 상기 상부 셀 홀더의 상부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 상부 버스바; 상기 하부 셀 홀더의 하부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 하부 버스바; 상기 상부 버스바의 일측에 연결되고 상기 상부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 1 출력 버스바; 및 상기 하부 버스바의 일측에 연결되고 상기 하부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 2 출력 버스바;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치에서 상기 상부 셀 홀더는 몸체에 상기 배터리셀 각각의 상부가 삽입되는 상부 관통공을 다수 구비하고, 상부면에 적어도 2개의 상기 상부 관통공에 일부 영역이 중첩하는 상부 스토퍼를 다수 구비하며, 상부면 일측 테두리를 따라 터널(Tunnel) 형태의 인출구를 갖는 상부 장착단을 다수 구비하며, 측면에 상기 인출구 각각에 연결되는 상부 장착홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치에서 상기 하부 셀 홀더는 몸체에 상기 배터리셀 각각의 하부가 삽입되는 하부 관통공을 다수 구비하고, 하부면에 적어도 2개의 상기 하부 관통공에 일부 영역이 중첩하는 하부 스토퍼를 구비하며, 하부면 일측 테두리를 따라 터널 형태의 인출구를 갖는 하부 장착단을 다수 구비하며, 측면에 상기 인출구 각각에 연결되는 하부 장착홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치에서 상기 상부 버스바는 상부 스토퍼에 맞물리는 다수의 개구부를 배열하여 구비되고, 일측에 상기 상부 장착단의 인출구에서 인출되어 상기 상부 장착홈으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드(lead)를 구비하며, 상기 개구부를 기준으로 일정 간격으로 상기 배터리셀 각각에 접촉하는 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치에서 상기 하부 버스바는 상기 하부 셀 홀더의 하부면에 구비된 스토퍼에 맞물리는 다수의 개구부를 배열하여 구비되고, 일측에 상기 하부 장착단의 인출구에 인출되어 하부 장착홈으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드를 구비하며, 상기 개구부를 기준으로 일정 간격으로 상기 배터리셀 각각에 접촉하는 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치는 상기 제 1 출력 버스바를 서로 접하도록 연결한 적층구조 또는 상기 제 2 출력 버스바를 서로 접하도록 연결한 적층구조로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 장치는 다수의 적층구조로 구비된 상태에서 버스바들 사이에 발생하는 단락 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치의 사시도.
도 3a는 도 1의 A 부분의 평면을 확대한 확대 평면도.
도 3b는 도 1의 A 부분의 측면을 확대한 확대 측면도.
도 4a는 도 2의 C 부분의 측면을 확대한 확대 측면도.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4a의 다른 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치를 적층 연결한 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치의 사시도이며, 도 3a는 도 1의 A 부분의 평면을 확대한 확대 평면도이며, 도 3b는 도 1의 A 부분의 측면을 확대한 확대 측면도이며, 도 4a는 도 2의 C 부분의 측면을 확대한 확대 측면도이며, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4a의 다른 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치를 적층 연결한 예시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치는 다수의 배터리셀(101), 배터리셀(101)의 상부가 삽입되고 노출되도록 거치하는 상부 셀 홀더(110), 배터리셀(101)의 하부가 삽입되고 노출되도록 거치하는 하부 셀 홀더(120), 상부 셀 홀더(110)의 상부에 구비되어 다수의 배터리셀(101)에 대한 전기적 연결을 이루는 다수의 상부 버스바(130), 하부 셀 홀더(120)의 하부에 구비되어 다수의 배터리셀(101)에 대한 전기적 연결을 이루는 다수의 하부 버스바(140), 상부 버스바(130)의 일측에 연결되고 상부 셀 홀더(110)의 일측면에 구비된 제 1 출력 버스바(150) 및 하부 버스바(140)의 일측에 연결되고 하부 셀 홀더(120)의 일측면에 구비된 제 2 출력 버스바(160)를 포함한다.
배터리셀(101)은 예컨대 원통형태를 갖는 이차전지를 이용하여 극성이 수직으로 다수 배치되고, 이때 직렬 또는 병렬의 전기적 연결을 갖도록 배치될 수 있다. 여기서, 배터리셀(101)이 원통형태로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 단면을 갖는 형태로 구비될 수 있다.
상부 셀 홀더(110)는 몸체에 배터리셀(101) 각각의 상부가 삽입되는 상부 관통공(111)을 다수 구비하고, 상부면에 적어도 2개의 상부 관통공(111)에 일부 영역이 중첩하는 상부 스토퍼(112)를 구비하며, 상부면 일측 테두리를 따라 터널(Tunnel) 형태의 인출구(B)를 갖는 상부 장착단(113)을 다수 구비하며, 측면에 각각의 인출구(B)와 연결되는 상부 장착홈(114)을 구비한다.
구체적으로, 상부 관통공(111)은 배터리셀(101)의 형태에 따라 형성되어, 도 1에서 배터리셀(101)이 원통형태를 가짐에 따라 상부 관통공(111)은 원형 단면의 관통 형상으로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 배터리셀(101)이 사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 단면에 따라 단면 형태는 변경될 수 있다.
상부 스토퍼(112)는 상부에서 끼워지는 상부 버스바(130)의 두께보다 두꺼운 두께로 상부 셀 홀더(110)의 상부면에 구비되되, 상부 관통공(111)에 일부 영역이 중첩하도록 구비된다. 이에 따라 상부 관통공(111)에 삽입된 배터리셀(101)의 상부 부분이 상부 스토퍼(112)에 의해 저지되어 상부 관통공(111)의 내부에 용이하게 거치된다.
상부 장착단(113)은 상부 셀 홀더(110)의 상부면 일측 테두리를 따라 일정 높이를 갖는 단차형태로서, 중앙에 외부로 관통된 터널(Tunnel) 형태의 인출구(B)를 갖는 형태로 다수 형성된다. 이러한 상부 장착단(113)이 다수 구비된 일측 테두리에 연결된 상부 셀 홀더(110)의 측면에는 도 3b에 도시된 바와 같이 각각의 인출구(B)와 연결되는 상부 장착홈(114)을 구비한다.
하부 셀 홀더(120)는 상부 셀 홀더(110)와 동일한 형태를 가져, 몸체에 배터리셀(101) 각각의 하부가 삽입되는 하부 관통공(121)을 다수 구비하고, 하부면에 적어도 2개의 하부 관통공(121)에 일부 영역이 중첩하는 하부 스토퍼(도시하지 않음)를 구비하며, 상부 장착단(113)에 대응하여 하부면 일측 테두리를 따라 터널 형태의 인출구(B)를 갖는 하부 장착단(123)을 다수 구비하며, 측면에 각각의 인출구(B)와 연결되는 하부 장착홈(124)을 구비한다. 이러한 하부 셀 홀더(120)는 배터리셀(101)을 기준으로 상부 셀 홀더(110)와 마주하는 대칭구조로 구비된다.
상부 버스바(130)는 니켈 등과 같은 전기전도성의 금속 재질로 형성되고, 상부 스토퍼(112)에 맞물리는 다수의 개구부(131)를 배열하여 상부 셀 홀더(110)의 상부에 구비되며, 일측에 장착단(113)의 인출구(B)에 인출되어 장착홈(114)으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드(lead: 132)를 구비하며, 개구부(131)를 기준으로 일정 간격으로 각각의 배터리셀(101)에 접촉하는 접촉단자(133)를 구비한다. 여기서, 접촉단자(133)는 예컨대 상부 버스바(130)의 일부 지점이 각각의 배터리셀(101) 방향으로 움푹 들어간 딤플(dimple) 형태, 즉 상부 버스바(130)의 아래 일부 지점이 각각의 배터리셀(101) 방향으로 돌출된 형태로 형성되거나, 또는 상부 버스바(130)의 아래면에 각각의 배터리셀(101) 방향으로 전극을 부착하여 형성될 수도 있다.
여기서, 전압센싱용 리드(132)는 상부 버스바(130) 각각의 일측에 하나씩 구비되고, 도 4a에 도시된 바와 같이 인출구(B)보다 작은 폭을 갖는 긴 막대 모양으로 형성되어 인출구(B)에서 인출되고 장착홈(114)의 면에 접혀 구비된다. 또한, 다른 실시예로써 전압센싱용 리드(132-2)는 도 4b에 도시된 바와 같이 양측 방향으로 걸림홈(132-22)을 구비하여 장착홈(114)에 형성된 걸림 돌기(114-2)에 맞물려 장착될 수 있다. 이러한 전압센싱용 리드(132,132-2)에 대해 이후 솔더링(soldering) 처리가 이루어진다.
이러한 상부 버스바(130)는 도 1에서 3개로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 예컨대 배터리셀(101)의 개수, 배터리셀(101)들 사이의 직/병렬 연결관계 등에 따라 적절한 개수와 면적을 갖고 다수의 배터리셀(101)에 대한 전기적 연결을 이루도록 구비될 수 있다.
하부 버스바(140)는 상부 버스바(130)와 동일하게 형성되어, 하부 셀 홀더(120)의 하부면에 구비된 스토퍼(도시하지 않음)에 맞물리는 다수의 개구부(141)를 배열하여 하부 셀 홀더(120)의 하부에 구비되고, 일측에 장착단(123)의 인출구에 인출되어 장착홈(124)으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드(142)를 구비하며, 개구부(141)를 기준으로 일정 간격으로 각각의 배터리셀(101)에 접촉하는 접촉단자를 구비한다.
이러한 하부 버스바(140)는 배터리셀(101)을 중심으로 상부 버스바(130)와 회전 대칭으로 마주하여 구비되어, 도 1에서 오른쪽 방향으로 배열된 상부 버스바(130)들의 배치관계가 왼쪽 방향으로 배열된 하부 버스바(140)들의 배치관계로 대응하여 구비된다.
제 1 출력 버스바(150)는 구리와 같은 전기전도성의 금속 재질로 형성되어 일측이 상부 버스바(130)의 상부면 일측에 접하여 연결되고, 타측이 상부 셀 홀더(110)의 측면 일측에 맞닿아 장착된다.
제 2 출력 버스바(160)는 제 1 출력 버스바(150)와 마찬가지로 구리와 같은 전기전도성의 금속 재질로 형성되고, 배터리셀(101)을 중심으로 제 1 출력 버스바(150)와 회전 대칭으로 구비된 구조로서, 일측이 하부 버스바(140)의 하부면 일측에 접하여 연결되고, 타측이 하부 셀 홀더(120)의 측면 타측에 맞닿아 장착된다.
이렇게 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치(100)는 적층구조로 다수 연결되어 구비될 수 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 출력 버스바(150)를 서로 접하도록 연결하거나 또는 제 2 출력 버스바(160)를 서로 접하도록 연결한 적층구조로 구비될 수 있다.
즉, 도 5는 2개의 배터리팩 장치(100)가 제 1 출력 버스바(150)를 서로 접하여 연결한 형태를 도시하지만, 이외에 제 1 출력 버스바(150)를 서로 접하여 연결하고 제 2 출력 버스바(160)를 서로 접하여 연결한 형태로 다수의 배터리팩 장치(100)를 적층한 구조로 구비될 수 있다.
이러한 적층구조에서 배터리팩 장치(100) 각각의 상부 버스바(130)에 구비된 전압센싱용 리드(132)는 서로 대응하여 위치하지만, 장착단(113)과 장착홈(114)에 의해 서로 전기적으로 이격되어 단락을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩 장치(100)는 다수의 적층구조로 구비된 상태에서도 버스바들 사이에 발생하는 단락 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리팩 장치 101: 배터리셀
110: 상부 셀 홀더 111: 상부 관통공
112: 상부 스토퍼 113: 상부 장착단
114: 상부 장착홈 114-2: 걸림 돌기
120: 하부 셀 홀더 121: 하부 관통공
123: 하부 장착단 124: 하부 장착홈
130: 상부 버스바 131,141: 개구부
132,132-2,142: 전압센싱용 리드
133: 접촉단자 140: 하부 버스바
150: 제 1 출력 버스바 160: 제 2 출력 버스바

Claims (6)

  1. 다수의 배터리셀 각각의 상부가 삽입되고 거치되는 상부 셀 홀더;
    상기 배터리셀 각각의 하부가 삽입되고 거치되는 하부 셀 홀더;
    상기 상부 셀 홀더의 상부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 상부 버스바;
    상기 하부 셀 홀더의 하부에 구비되어 상기 다수의 배터리셀에 대한 전기적 연결을 이루는 적어도 하나의 하부 버스바;
    상기 상부 버스바의 일측에 연결되고 상기 상부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 1 출력 버스바; 및
    상기 하부 버스바의 일측에 연결되고 상기 하부 셀 홀더의 일측면에 구비된 제 2 출력 버스바;
    를 포함하는 배터리팩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 셀 홀더는 몸체에 상기 배터리셀 각각의 상부가 삽입되는 상부 관통공을 다수 구비하고, 상부면에 적어도 2개의 상기 상부 관통공에 일부 영역이 중첩하는 상부 스토퍼를 다수 구비하며, 상부면 일측 테두리를 따라 터널(Tunnel) 형태의 인출구를 갖는 상부 장착단을 다수 구비하며, 측면에 상기 인출구 각각에 연결되는 상부 장착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 셀 홀더는 몸체에 상기 배터리셀 각각의 하부가 삽입되는 하부 관통공을 다수 구비하고, 하부면에 적어도 2개의 상기 하부 관통공에 일부 영역이 중첩하는 하부 스토퍼를 구비하며, 하부면 일측 테두리를 따라 터널 형태의 인출구를 갖는 하부 장착단을 다수 구비하며, 측면에 상기 인출구 각각에 연결되는 하부 장착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 버스바는 상부 스토퍼에 맞물리는 다수의 개구부를 배열하여 구비되고, 일측에 상기 상부 장착단의 인출구에서 인출되어 상기 상부 장착홈으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드(lead)를 구비하며, 상기 개구부를 기준으로 일정 간격으로 상기 배터리셀 각각에 접촉하는 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 버스바는 상기 하부 셀 홀더의 하부면에 구비된 스토퍼에 맞물리는 다수의 개구부를 배열하여 구비되고, 일측에 상기 하부 장착단의 인출구에 인출되어 하부 장착홈으로 접혀 구비된 전압센싱용 리드를 구비하며, 상기 개구부를 기준으로 일정 간격으로 상기 배터리셀 각각에 접촉하는 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력 버스바를 서로 접하도록 연결한 적층구조 또는 상기 제 2 출력 버스바를 서로 접하도록 연결한 적층구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리팩 장치.
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