KR20220022590A - 단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법 - Google Patents

단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 배터리 모듈 안전성 향상 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 온도 변화에 따라 상기 버스바와 접촉하는 접촉부의 위치가 이동하는 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법에 관한 것에 관한 것이다.

Description

단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법{Battery module having an electrode lead for control the connecting or disconnecting the circuit and the method for enhancing of secondary battery safety}
본원 발명은 단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고온에서 전지의 안전성을 향상시키기 위해 전극 리드를 안전장치로 사용할 수 있는 단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 특히 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등 고용량, 고밀도의 전지에 대한 수요는 점차적으로 증가하고 있다. 고용량 고밀도의 전지는 충방전, 사용과정 중에 열이 발생할 수 있고, 사용 중 충격, 전지의 하자 등으로 인해 전지의 발화 및 폭발이 발생할 수 있다. 전지의 발화 및 폭발로 인해 전자기기 파손 등 재산상 손해를 가져올 뿐만 아니라 더 크게는 사용자의 목숨을 위협하는 결과가 발생할 수 있다.
전지의 안전성을 높이기 위해 전지의 냉각시스템을 향상시키고, 전지에 난연 소재를 부가하는 등 다양한 연구가 수행되고 있고, 배터리 관리 시스템인 BMS 등을 이용하여 배터리 내부의 환경을 관리할 수 있다. 하지만 배터리 관리 시스템은 온도 센서 등을 이용하여 배터리 내부의 상태를 감지하기 때문에 내부 환경을 얼마나 정확하게 따라 배터리 관리 시스템의 작동여부가 달라지게 될 수 있다. 이는 배터리 관리 시스템의 오작동 또는 오감지시 화재나 폭발 등이 발생할 수 있고, 종종 정상적으로 작동하고 있는 배터리의 기능을 중단시키는 문제도 발생할 수 있다.
특허문헌 1에는 배터리 셀의 리드탭과 버스바를 전기적으로 연결하는 스위치와 상기 스위치에 연결되어 파우치의 팽창에 의해 이동 가능하게 설치된 가이드부재를 포함하는 과충전 안전장치에 대해 언급하고 있다. 이는 파우치의 팽창에 의해 단선을 유도하는 장치로 전지 내부의 이상상태에 즉각 반응하지 않는다는 단점이 있다.
특허문헌 2는 보호회로 모듈의 온도검출 성능을 높이기 위한 브레이커에 대해 언급하고 있으나, 이는 보호회로 모듈과 전극 리드를 연결하는 것으로, 전지 내부에서 보호회로 모듈 및 브레이커를 위한 별도의 공간이 필요하고, 전지 상태를 감지하는 브레이커를 통해 보호회로 모듈에 신호를 전달하므로, 이상상태에 대한 반응이 느린 단점이 있다.
이와 같이 전지 내부 환경의 변화에 따라 즉각적으로 반응해 전지의 안전성을 향상시키기 위한 구성이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제2018-0064051호(2018.06.14."특허문헌 1") 일본 공개특허공보 제2002-56755호(2020.02.22 "특허문헌 2")
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지 내부 환경 이상에 따라 즉각적으로 전지의 작동을 조절하여 전지의 안전성을 향상시키면서 가격대비 효율성이 좋은 단선 유도 전극리드를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 이용한 안전성 향상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본원발명은 전극 탭이 돌출된 하나 이상의 단위 셀, 하나 이상의 상기 단위 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 버스바, 및 상기 버스바와 상기 전극 탭을 전기적으로 연결하는 전극리드를 포함하고, 상기 전극리드는 온도 변화에 따라 상기 버스바와 접촉하는 접촉부의 위치가 이동하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 전극리드는 100℃ 내지 200℃에서 형상이 변할 수 있다.
또한 상기 전극리드는 변형온도 이하에서는 상기 접촉부가 상기 버스바와 접촉하고, 변형온도 이상에서는 상기 접촉부가 상기 버스바에서 떨어져 있을 수 있다.
상기 전극리드는 바이메탈 또는 형상기억 합금일 수 있다.
또한 상기 바이메탈은 철과 구리의 합금일 수 있다.
상기 전극리드는 상기 전극리드의 형태를 변형시키는 변형부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 접촉부의 길이와 상기 변형부의 길이가 다를 수 있다.
상기 접촉부의 길이가 상기 변형부의 길이보다 길 수 있다.
상기 접촉부는 구리로 이루어져 있고, 상기 변형부는 철로 이루어질 수 있다.
상기 전극리드는 상기 버스바와 전기적으로 연결된 부분과의 결합력인 버스바 결합력과 상기 전극 탭과 연결된 부분과의 결합력인 탭 결합력이 다를 수 있다.
상기 버스바 결합력은 상기 탭 결합력보다 약할 수 있다.
상기 버스바 결합력은 30kgf이하일 수 있다.
본원발명은 배터리 모듈의 안전성 향상 방법으로, (S1) 하나 이상의 단위 셀을 상기 전극리드 및 상기 버스바와 연결해 상기 기재된 배터리 모듈 중 어느 하나에 해당하는 배터리 모듈을 준비하는 단계 및 (S2) 상기 배터리 모듈의 내부 온도가 변형온도 이상으로 상승하여, 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하지 않는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 (S2) 단계 이후에, (S3) 상기 배터리 모듈 내부 온도가 상기 변형온도 이하로 감소하여 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본원발명은 설정온도에 따라 위치가 변하는 전극리드를 제공하여 전지의 안전성을 향상시킨다.
또한 전극리드가 직접 온도에 따라 형태가 변형하는 것으로 전지 내부의 이상상태에 즉각 반응하여, 화재나 폭발 등의 문제를 즉각적으로 예방할 수 있다.
게다가 센서 등을 사용하지 않아 오류가 발생하지 않고, 적은 가격으로 경제적이며 안전한 배터리 모듈을 얻을 수 있다.
또한 배터리 모듈 내의 전극 리드만으로 안전성을 향상시킬 수 있어 배터리 모듈의 용량 대비 밀도를 높일 수 있고, 별도의 부품이 필요하지 않아 경제적이다.
도 1은 본원발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이다.
도 2는 본원발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
도 3은 본원발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이다.
도 4는 본원발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
도 5는 본원발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이다.
도 6은 본원발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이고, 도 2는 본원발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
본원발명에 따른 배터리 모듈은 전극 탭(110)이 돌출된 하나 이상의 단위 셀(100), 하나 이상의 상기 단위 셀(100)을 직렬 또는 병렬로 연결하는 버스바(200) 및 상기 버스바(200)와 상기 전극 탭(110)을 전기적으로 연결하는 전극리드(300)를 포함하고, 상기 전극리드(300)는 온도 변화에 따라 상기 버스바(200)와 접촉하는 접촉부(310)의 위치가 이동하는 것을 특징으로 하고 있다.
본원발명의 단위 셀은 전극조립체로 이루어져 있을 수 있다. 상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 전극조립체는 케이스에 내장되며, 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기 전극 탭(110)은 전극조립체에 연결된 후 상기 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지거나, 상기 케이스 내부에서 상기 전극 탭(110)과 전극리드(300)와 연결되어 상기 전극리드(300)이 케이스 외부로 노출된 구조일 수도 있으나, 이에 제한하지 않는다. 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
버스바(200)는 상기 단위 셀(100)들을 직렬 또는 병렬로 연결하거나, 상기 단위 셀(100)들을 연결하여 모듈 케이스에 고정하기 위한 것으로, 상기 단위 셀(100)을 연결하기 위한 구조이면 그 형태에는 제한이 없다.
상기 버스바(200)는 도 1 내지 도 4와 같이 단위 셀(100)들 사이 또는 단위 셀(100)보다 아래쪽 또는 위쪽에 치우쳐져서 있는 판 형태이거나, 도 5 및 도 6 과 같이 전극리드(300)가 관통할 수 있는 슬릿(210)을 두고 상기 슬릿(210)에서 전극리드(300)가 절곡되어 레이져 용접, 저항 용접 등 공지의 고정 방법을 통해 버스바(200)의 단위 셀(100)을 전기적으로 연결하는 연결부(220) 외측면에 고정되는 형태일 수도 있으나, 이는 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 단위 셀(100)의 전극 탭(110)은 전극리드(300)에 의해 상기 버스바(200)에 연결된다. 상기 전극리드(300)는 상기 버스바(200)와 접촉하는 접촉부(310)와 상기 접촉부(310)의 형태를 변형시키는 변형부(320)로 이루어져 있을 수 있다. 상기 접촉부(310)와 상기 변형부(320)는 아래에서 설명하는 것과 같이 서로 구별되는 위치에 위치하고 있을 수도 있으나, 상기 접촉부(310)와 상기 변형부(320)가 동일한 부분일 수 있다.
상기 전극리드(300)는 온도 변화에 따라 상기 버스바와 접촉하는 접촉부(310)의 위치가 이동하는데, 이 때, 접촉부(310)는 도 3 내지 도 6과 같이 별개의 부재를 의미할 수도 있으나, 도 1 및 도 2와 같이 하나의 부재로 이루어진 전극리드(300)의 일부분을 의미할 수도 있다.
상기 전극리드(300)는 별도의 동력이 없이 움직이는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 상기 전극리드(300)는 바이메탈 또는 형상기억합금으로 이루어져 있을 수 있다.
일례로, 상기 전극리드(300)는 고팽창측, 즉 접촉부(310)에 구리-니켈-망간 또는 니켈-크롬-철 합금이 적층되어 있고, 저팽창측, 즉 변형부(320)에 니켈-철 또는 양은, 황동, 스테인리스 강 등의 각종 합금이 적층되어 있는 바이메탈일 수 있다. 이 때, 상기 접촉부(310)는 전기전도성을 향상시키기 위해 구리와 같이 전기전도도가 좋으면서 팽창력이 좋은 금속을 사용하면서, 상기 변형부(320)는 철과 같이 상기 접촉부(310)보다 팽창력이 좋지 않은 금속이나 상기 접촉부(310)의 전기전도를 방해하지 않는 모든 소재를 사용할 수 있다. 일례로 상기 전극리드(300)는 철과 구리의 합금일 수 있다.
상기 형상기억 합금은 특별히 한정되지 않고 다양한 소재의 조합으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ni-Ti계 또는 Cu-An-Al계의 합금이며, V, Cr, Mn 및 Co 중의 하나 이상이 도핑된 구조의 합금일 수 있다.
상기 형상기억 합금의 복원 온도는 여러가지 소재의 조합에 의해 다양하게 형성될 수 있으며, 전지케이스가 외력의 인가 또는 전극조립체의 팽창으로 변형되었을 때, 상기 복원 온도의 환경을 설정하여 전지셀의 온도를 높임으로써 전지케이스를 원 상태로 복원할 수 있다.
상기 복원 온도는 형상기억 합금을 이루는 소재들의 조합으로 설정이 가능하다. 참고로, 형상기억 합금에 V, Vr, Co 등을 첨가할 경우 복원 온도가 낮아지고, Hf, Zr, Pd, Pt 등을 첨가할 경우 복원 온도가 상승한다.
이 때, 본원발명의 목적을 달성하기 위해 상기 바이메탈 또는 상기 형상기억 합금의 변형온도는 100℃ 내지 200℃일 수 있다. 바람직하게는 상기 형상기억 합금의 변형온도는 120℃ 내지 180℃일 수 있다.
본원발명에 따른 전극리드(300)는 상기 변형온도 이하에서는 도 1과 같이 상기 접촉부(310)가 상기 버스바(200)와 접촉하고 있고, 상기 변형온도 이상에서는 도 2와 같이 상기 접촉부(310)가 상기 버스바(200)에서 떨어져 있는 형태일 수 있다.
상기 전극리드(300)는 상기에서 언급한 바와 같이 전지 내부의 온도에 따라 상기 버스바(200)와의 접촉여부가 달라지게 된다. 이를 위해 상기 전극리드(300)는 상기 버스바(200)와 전기적으로 연결된 부분과의 결합력인 버스바 결합력(A)과 상기 단위 셀(100)의 전극 탭(110)과 연결된 부분과의 결합력인 탭 결합력(B)이 다를 수 있다.
이 때, 상기 버스바(200)와의 접촉이 조절되기 위해 상기 버스바 결합력(A)은 상기 탭 결합력(B)보다 약할 수 있다.
일례로, 상기 버스바 결합력(A)는 30Kgf이하이고, 상기 탭 결합력(B)은 35Kgf 이상일 수 있다. 이 때, 상기 전극리드(300)와 상기 전극 탭(110), 상기 전극리드(300)와 상기 버스바(200)의 고정을 위해 용접을 할 수 있다. 일례로 상기 용접은 스폿 용접(spot welding), 레이저 용접(laser welding), 마찰용접(friction welding), 용융 저항 용접(upset butt welding), 및 브레이징(brazing) 중 어느 하나 이상과 같이 알려진 용접방법을 사용할 수 있다.
상기 전극리드(300)와 상기 전극 탭(110)의 고정 방법과 상기 전극리드(300)와 상기 버스바(200)의 고정방법은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
일례로, 상기 전극리드(300)와 상기 버스바(200)의 고정은 상기 전극리드(300)와 상기 버스바(200)를 끼우는 방식으로 수행될 수 있다. 일례로, 상기 전극리드(300)에 오목부 또는 볼록부가 존재하고, 상기 버스바(200)는 이에 대응되는 형태로 구성되어 상기 전극리드(300)의 오목부 또는 볼록부가 상기 버스바(200)의 대응부에 결합할 수 있다.
또한, 상기 전극리드(300)와 상기 버스바(200)의 고정은 전기전도성 점착제를 통해 수행될 수 있다. 상기 전기 전도성 점착제층은 전도성 물질 및 점착 물질을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전기전도성 점착제층 내에서 점착 물질과 전도성 물질의 질량비는 1:99 내지 99:1일 수 있다. 구체적으로, 20:80 내지 80:20일 수 있다.
상기 전기점도성 점착제층 내에 전도성 물질은 분산된 형태로 존재할 수 있다. 상기 전도성 물질은 탄소 기반 물질 또는 금속 입자를 포함한다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄소 기반 물질은 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 그라핀(Graphene), 활성탄, 다공성 탄소(Mesoporous Carbon), 탄소섬유(Carbon fiber) 및 탄소 나노 와이어(Carbon nano wire) 중 적어도 하나이다.
상기 금속 입자는 일반적으로 사용되는 전도성 금속 입자가 사용될 수 있으며, 구체적으로, 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 전기전도성 점착제층은 전기전도성 점착제 조성물을 이용하여 형성되며, 상기 전기전도성 점착제 조성물은 전도성 물질 및 점착 물질을 포함한다.
상기 전기전도성 점착제 조성물 내 전도성 물질의 함량은 1wt% 내지 40wt%이다. 구체적으로 10wt% 내지 40wt%이다. 보다 구체적으로, 15wt% 내지 40wt%이다. 전기전도성 점착제 조성물 내 전도성 물질의 함량이 1wt% 미만일 경우, 전도성이 저하되며, 전도성 물질의 함량이 40wt% 초과일 경우, 점착력이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 전도성 물질의 함량이 상기 범위를 만족함으로써, 전기전도성 점착제층의 전도성이 우수하고, 수백옴 이하의 면저항 값을 나타낼 수 있다.
상기 전기전도성 점착제 조성물은, 무용제 타입(solventless)의 점착 물질을 포함할 수 있다. 상기 전기전도성 점착제 조성물은, 용제 타입의 점착 물질을 포함할 수 있다. 상기 점착 물질은 점착제 조성물 또는 점착제 조성물의 경화물을 포함한다. 이때, 상기 점착제 조성물은 당업계에서 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용 가능하다. 예컨대, 상기 점착제 조성물은 경화 전에는 액상으로 존재하고, 경화된 후에는 고상으로 전환되는 물질일 수 있다.
도 3은 본원발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이고, 도 4는 본원발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
도 3 및 도 4와 같이 본원발명의 배터리 모듈은 상기 접촉부(310)의 길이와 상기 변형부(320)의 길이가 다를 수 있다.
이 때, 상기 접촉부(310)는 상기 전극 탭(110)과 상기 버스바(200) 사이의 간격보다 크거나 같은 길이를 가질 수 있고, 상기 변형부(320)의 길이는 상기 접촉부(310)의 길이보다 짧을 수 있다. 상기 변형부(320)는 적어도 상기 접촉부(310)의 0.2배 내지 1배의 길이를 가질 수 있다.
상기 변형부(320)는 상기 전극리드(300)의 형태를 변형시키기에 용이한 위치에 배치되어 상기 접촉부(310)의 위치를 변경시킬 수 있다.
일례로, 상기 변형부(320)는 상기 접촉부(310)의 상기 버스바(200) 비대면에 위치할 수 있다. 상기 변형부(320)가 상기 접촉부(310)의 버스바(200) 비대면에 위치하는 경우, 상기 변형부(320)는 저팽창을 하고, 상기 접촉부(310)는 고팽창을 하여 상기 접촉부(310)가 상기 버스바(200)와 멀어지게 할 수 있다. 또한, 이와 반대의 경우도 가능하다.
그리고, 상기 변형부(320)가 하나 이상 존재하여 상기 접촉부(310)와 상기 버스바(200) 사이의 결합력을 조절할 수 있다. 일례로, 상기 변형부(320)는 상기 접촉부(310)의 상부 및 하부에 존재하여, 일반적인 작동 온도에서는 상기 버스바(200)가 있는 방향으로 상기 전극리드(300)를 움직이게 하고, 변형온도 이상에서는 상기 전극 리드(300)를 상기 버스바(200)와 멀어지도록 할 수도 있다.
도 5는 본원발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 전 모식도이고, 도 6은 본원발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형 후 모식도이다.
제3 실시예에 따른 배터리 모듈은 버스바(200)에 슬릿(210)이 존재하고, 전극리드(300)는 상기 슬릿(210)을 관통하여 버스바(200)의 연결부(220)에 닿을 수 있도록 절곡되어 있는 구조를 가지고 있다.
상기 전극리드(300)가 상기 연결부(220)에 닿지 않도록 하기 위해 제3 실시예에 따른 배터리 모듈은 변형부(320)가 상기 전극리드(300)의 절곡부를 감싸는 형태로 위치해 상기 절곡부를 펴주는 역할을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 변형부(320)는 변형온도 미만에서는 상기 접촉부(310)가 상기 연결부(220)에 더 잘 결합할 수 있도록 하기 위해 상기 전극리드(300)를 버스바 쪽으로 더 누르는 형태를 가질 수 있다.
또한 본원발명에 따른 변형부(320)는 변형온도 이하에서는 원형으로 돌아가, 상기 단위 셀(100)과 상기 버스바(200)를 전기적으로 연결하여 배터리 사용 기기에 전기를 공급하도록 할 수 있다.
상기와 같은 배터리 모듈은, (S1) 하나 이상의 단위 셀을 상기 전극리드 및 상기 버스바와 연결해 상기 기재된 배터리 모듈 중 어느 하나에 해당하는 배터리 모듈을 준비하는 단계 및 (S2) 상기 배터리 모듈의 내부 온도가 변형온도 이상으로 상승하여, 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하지 않는 단계를 통해 배터리 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 (S2) 단계에서 상기 전극리드는 상기 언급된 방법으로 상기 버스바와 일정한 거리를 두게 된다.
이 때, 상기 전극리드는 이동하여 배터리 모듈 내에 구비된 이상신호 전달 장치에 연결되어 외부에 이상여부를 알려줄 수도 있다.
또한, 상기 (S2) 단계 이후에, (S3) 상기 배터리 모듈 내부 온도가 상기 변형온도 이하로 감소하여 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하는 단계를 더 포함하여 배터리 모듈 내의 환경이 안정된 경우 단위 셀을 다시 사용할 수 있도록 할 수 있다.
이 때, 상기 (S2) 단계의 전극리드는 상기 배터리 모듈 내의 단위 셀 중 적어도 하나에 있을 수 있다. 일례로, 상기 전극리드는 과열이 잘 되는 중앙부에 위치한 단위 셀에 주로 설치될 수 있다. 또한, 상기 전극리드는 직렬로 연결된 단위 셀 중 적어도 하나에 위치해 같이 연결된 단위 셀 모두의 작동을 정지시킬 수도 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 단위 셀
110 : 전극 탭
200 : 버스바
210 : 슬릿
220 : 연결부
300 : 전극리드
310 : 접촉부
320 : 변형부
A : 탭 결합력
B : 버스바 결합력

Claims (14)

  1. 전극 탭이 돌출된 하나 이상의 단위 셀;
    하나 이상의 상기 단위 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 버스바; 및
    상기 버스바와 상기 전극 탭을 전기적으로 연결하는 전극리드;를 포함하고,
    상기 전극리드는 온도 변화에 따라 상기 버스바와 접촉하는 접촉부의 위치가 이동하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 100℃ 내지 200℃에서 형상이 변하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 변형온도 이하에서는 상기 접촉부가 상기 버스바와 접촉하고, 변형온도 이상에서는 상기 접촉부가 상기 버스바에서 떨어져 있는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 바이메탈 또는 형상기억 합금인 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이메탈은 철과 구리의 합금인 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 상기 전극리드의 형태를 변형시키는 변형부를 추가로 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접촉부의 길이와 상기 변형부의 길이가 다른 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉부의 길이가 상기 변형부의 길이보다 긴 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 접촉부는 구리로 이루어져 있고, 상기 변형부는 철로 이루어진 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극리드는 상기 버스바와 전기적으로 연결된 부분과의 결합력인 버스바 결합력과 상기 전극 탭과 연결된 부분과의 결합력인 탭 결합력이 다른 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버스바 결합력은 상기 탭 결합력보다 약한 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버스바 결합력은 30kgf이하인 배터리 모듈.
  13. (S1) 하나 이상의 단위 셀을 상기 전극리드 및 상기 버스바와 연결해 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 해당하는 배터리 모듈을 준비하는 단계; 및
    (S2) 상기 배터리 모듈의 내부 온도가 변형온도 이상으로 상승하여, 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하지 않는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 안전성 향상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (S2) 단계 이후에,
    (S3) 상기 배터리 모듈 내부 온도가 상기 변형온도 이하로 감소하여 상기 전극리드가 상기 버스바와 접촉하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 모듈 안전성 향상 방법.
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