KR20220046135A - 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납한 채 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하는 파우치형 전지 케이스; 및 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 사이에 위치한 단락 감지 부재를 포함한다. 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 상기 단락 감지 부재를 사이에 두고 열융착되어 실링부를 형성하며, 상기 파우치형 전지 케이스는 금속층을 포함하고, 상기 단락 감지 부재가 상기 금속층과 접촉한다.
Description
본 발명은 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 단락 발생을 감지할 수 있는 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 이차전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 이차전지 및 전극 조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지 케이스(30) 내부에 전극 조립체(20)를 수납한 뒤 밀봉하여 제조될 수 있다. 전극 조립체(20)는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 양극 및 음극 각각은 양극탭 및 음극탭을 포함하고, 양극탭들과 연결되는 양극리드(21) 및 음극탭들과 연결되는 음극리드(22)가 파우치형 전지 케이스(30) 외부로 노출될 수 있다.
파우치형 전지 케이스(30)는, 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32)를 포함할 수 있다. 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32) 각각에 전극 조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(30ST)가 형성될 수 있다. 수납부(30ST)의 바깥둘레를 따라 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32) 각각에 실링부(30S1, 30S2)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(31)의 실링부(30S1)와 하부 케이스(32)의 실링부(30S2)가 서로 열융착되어 파우치형 전지 케이스(30)가 밀봉될 수 있다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차전지에 포함된 파우치형 전지 케이스를 실링하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 파우치형 전지 케이스(30)는 라미네이트 시트로 이루어져 있다. 구체적으로, 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층(31a, 32a), 물질의 관통을 방지하는 금속층(31b, 32b) 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층(31c, 32c)을 포함할 수 있다.
상부 케이스(31)의 실링부(30S1)와 하부 케이스(32)의 실링부(30S2)에 있어서, 상부 케이스(31)의 내측 수지층(31a)과 하부 케이스(32)의 내측 수지층(32a)이 서로 대면한 상태에서, 열 융착에 의해 서로 접합될 수 있다.
이러한 파우치형 이차전지(10)의 경우, 파우치형 전지 케이스(30)의 크기, 두께 등을 자유롭게 변형 제작할 수 있다는 장점을 갖지만, 원통형 케이스나 각형 케이스에 비해 손상이 쉽게 발생할 수 있다는 단점을 갖는다.
파우치형 전지 케이스(30)에 발생한 손상으로 인해 금속층(31b, 32b)이 노출되고, 파우치형 이차전지(10) 내부에 음극 전위를 띄고 있는 부분과 금속층(31b, 32b)이 닿게 되면, 금속층(31b, 32b)의 부식을 유발할 수 있다. 이는 다른 부분에 용출을 일으키고, 최종적으로 파우치형 전지 케이스(30)가 관통되어, 수분 침투 및 단락이 발생할 수 있다. 또한, 파우치형 이차전지(10) 내부에 양극 전위를 띄고 있는 부분과 금속층(31b, 32b)이 닿게 되면, 부식이 발생하지는 않으나 전기적 절연 측면에서 위험성에 노출된다. 파우치형 전지 케이스(30)의 금속층(31b, 32b)과 양, 음극 전위를 띄는 부분이 접촉하여 단락이 발생하면, 상기와 같은 여러 문제를 일으킬 수 있다.
파우치형 전지 케이스(30)에 미세한 크랙 등의 손상이 발생하더라도 이를 감지하기는 어려우며, 특히 다수의 파우치형 이차전지(10)가 모여 전지 모듈 및 전지팩을 형성한 경우에는 감지하기가 더욱 어렵다.
따라서, 파우치형 전지 케이스와 양, 음극 전위 부분 간의 단락을 감지할 수 있는 장비에 대한 필요성이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파우치형 전지 케이스와 양, 음극 전위 부분 간의 단락을 감지함으로써, 안전성을 높일 수 있는 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납한 채 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하는 파우치형 전지 케이스; 및 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 사이에 위치한 단락 감지 부재를 포함한다. 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 상기 단락 감지 부재를 사이에 두고 열융착되어 실링부를 형성하며, 상기 파우치형 전지 케이스는 금속층을 포함하고, 상기 단락 감지 부재가 상기 금속층과 접촉한다.
상기 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 돌출부는, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 중 하나를 향해 돌출될 수 있다.
상기 돌출부의 일 단부가 첨예한 형태를 형성할 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 단자부의 일면 중 상기 실링부와 대응하는 부분에 위치할 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 내측 수지층 및 외측 수지층을 포함할 수 있고, 상기 금속층이 상기 내측 수지층과 상기 외측 수지층 사이에 위치할 수 있다.
상기 돌출부가 상기 내측 수지층을 뚫고 상기 금속층과 접촉할 수 있다.
상기 단자부의 일 단부가 외부에 노출될 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는, 상기 파우치형 전지 케이스와 상기 단락 감지 부재 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부, 상기 단자부의 일면에 위치한 상향 돌출부 및 상기 단자부의 타면에 위치한 하향 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 상향 돌출부는 상기 상부 케이스를 향해 돌출될 수 있고, 상기 하향 돌출부는 상기 하부 케이스를 향해 돌출될 수 있다.
상기 단락 감지 부재는, 제1 단락 감지 부재 및 제2 단락 감지 부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 상향 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 상향 돌출부는 상기 상부 케이스를 향해 돌출될 수 있다. 상기 제2 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 하향 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 하향 돌출부는 상기 하부 케이스를 향해 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 상기 파우치형 이차전지; 및 상기 단락 감지 부재와 연결된 단락 감지 장치를 포함한다. 상기 파우치형 이차전지로부터 양극리드 및 음극리드가 돌출되며, 상기 단락 감지 장치는 상기 양극리드 또는 상기 음극리드와 연결된다.
상기 단락 감지 장치는, BMS(Battery Management System)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파우치형 전지 케이스의 실링부에 파우치형 전지 케이스의 금속층과 접할 수 있는 단락 감지 부재를 마련하고, 전위차나 저항 등의 변화를 측정함으로써, 상기 금속층과 양, 음극 전위 부분 간의 단락을 쉽게 검출할 수 있다.
또한, 파우치형 전지 케이스를 실링하는 과정에서 단락 감지 부재를 개재하여 제조할 수 있으므로, 제조 비용이 절감되고, 제조 공정이 단순화 될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차전지에 포함된 파우치형 전지 케이스를 실링하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재를 나타내는 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지 및 단락 감지 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차전지에 포함된 파우치형 전지 케이스를 실링하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재를 나타내는 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지 및 단락 감지 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 부분 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 대한 사시도이다. 도 4는 도 3의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)는 전극 조립체(200), 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 파우치형 전지 케이스(300) 및 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 사이에 위치한 단락 감지 부재(400)를 포함한다.
우선, 전극 조립체(200)는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 특히, 도 4에 나타난 바와 같이, 다수의 양극들과 음극들을 분리막을 사이에 두고 적층한 스택형 전극 조립체일 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체는 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수도 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 파우치형 전지 케이스(300)는 금속층(310b, 320b)을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층(310a, 320a), 물질의 관통을 방지하는 금속층(310b, 320b) 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층(310c, 320c)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(200)를 기준으로, 내측 수지층(310a, 320a)이 가장 안쪽에 위치하고, 외측 수지층(310c, 320c)이 가장 바깥쪽에 위치하며, 금속층(310b, 320b)이 내측 수지층(310a, 320a)과 외측 수지층(310c, 320c) 사이에 위치할 수 있다.
외측 수지층(310c, 320c)은 외부로부터 파우치형 이차전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 띌 수 있다. 이러한 외측 수지층(310c, 320c)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 금속층(310b, 320b)은 공기, 습기 등이 파우치형 이차전지(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층(310b, 320b)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 내측 수지층(310a, 320a)은 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 서로 열 융착될 수 있다. 이러한 내측 수지층(310a, 320a)은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(300ST)가 형성될 수 있다. 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 대해 수납부(300ST)의 바깥 둘레를 따라 실링부(300S1, 300S2)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 하부 케이스(320)의 실링부(300S2)가 서로 열융착되어 실링부(300S, 도 3 참조)를 형성하고, 파우치형 전지 케이스(300)가 밀봉될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예로써, 상부 케이스와 하부 케이스 중 어느 하나에만 수납부가 형성되고 다른 하나는 수납부가 형성되지 않는 커버 형태일 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예로써, 상부 케이스의 일변과 하부 케이스의 일변이 서로 일체로써 연결되고, 나머지 세변이 열 융착되는 형태일 수 있다.
한편, 전극 조립체(200)에 포함된 다수의 양극 및 다수의 음극 각각은 양극탭 및 음극탭을 포함할 수 있고, 양극탭들이 양극리드(210)와 연결될 수 있으며, 음극탭들이 음극리드(220)와 연결될 수 있다. 이러한 양극리드(210)과 음극리드(220)는 파우치형 전지 케이스(300) 외부로 노출될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 양극리드(210)과 음극리드(220)가 서로 대향하는 방향으로 노출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 파우치형 이차전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 양극리드(210)과 음극리드(220)가 함께 노출될 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 단락 감지 부재에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 3의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재를 나타내는 부분 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차전지는, 상술한 바 대로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 사이에 위치한 단락 감지 부재(400)를 포함한다. 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)가 단락 감지 부재(400)를 사이에 두고 열융착되어 실링부(300S)를 형성하고, 단락 감지 부재(400)가 파우치형 전지 케이스(300)의 금속층(310b)과 접촉한다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 단락 감지 부재(400)는, 판상형의 단자부(410) 및 단자부(410)의 일면에 위치한 돌출부(420)를 포함할 수 있다. 이러한 돌출부(420)는, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 중 하나를 향해 돌출될 수 있다. 도 4 내지 도 6에는, 상부 케이스(310)를 향해 돌출된 돌출부(420)가 나타나 있으나, 하부 케이스(320)를 향해 돌출된 돌출부의 형태도 가능하다.
돌출부(420)는 일 단부가 첨예한 형태를 형성할 수 있다. 일례로, 도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 돌출부(420)가 원뿔 형상의 모양을 가질 수 있다. 이러한 돌출부(420)는, 단자부(410)의 상기 일면 중 파우치형 전지 케이스(300)의 실링부(300S)와 대응하는 부분에 위치할 수 있다.
상술한 바 대로, 단락 감지 부재(400)를 사이에 두고, 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 하부 케이스(320)의 실링부(300S2)가 서로 열융착되어 파우치형 전지 케이스(300)의 실링부(300S)를 형성할 수 있다. 이때, 도 5에 나타난 바와 같이, 돌출부(420)가 내측 수지층(310a)을 뚫고 금속층(310b)과 접촉할 수 있다. 한편, 단자부(410)의 일 단부(410E1, 도 6 참조)는 외부에 노출될 수 있고, 단자부(410)의 일 단부(410E1)가 외부 단락 감지 센서 등과 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 단락 감지 부재(400)는, 돌출부(420)와 단자부(410)를 통해 파우치형 전지 케이스(300)의 금속층(310b)에 대한 전기적으로 연결 경로를 파우치형 이차전지(100) 외부에 마련할 수 있다. 파우치형 전지 케이스(300)에 크랙 등의 손상이 발생하고, 노출된 금속층(310b)이 양, 음극 전위를 띄는 부분들과 접촉하여 단락이 발생할 경우, 단자부(410)와 연결된 외부 단락 감지 센서가 전위차나 저항 등의 변화를 감지할 수 있다. 즉, 파우치형 전지 케이스(300)의 금속층(310b)과 이차전지 내 양, 음극 전위를 띄는 부분 간의 단락 발생을 손쉽게 검출할 수 있다.
또한, 파우치형 전지 케이스(300)의 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 실링하는 과정에서 단락 감지 부재(400)를 개재하는 방법으로 손쉽게 제조할 수 있으므로, 제조 비용이 절감되고, 제조 공정이 단순화 될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 돌출부(420)가 하부 케이스(320)를 향해 돌출될 경우, 하부 케이스(320)의 금속층(320b)과 접촉할 수도 있다.
단자부(410)와 돌출부(420)는 전기적 경로를 형성하기 위해 금속 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 7을 참고하여, 단락 방지 부재(400)를 통한 검출 방법에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
본 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)의 단락 감지 부재(400)는 단락 감지 장치(700)와 연결될 수 있다. 이러한 단락 감지 장치(700)는 BMS(Battery Management System)일 수 있으며, 단락 감지 장치(700)가 앞서 언급한 단락 감지 센서를 포함할 수 있다.
또한, 단락 감지 장치(700)는 파우치형 이차전지(100)의 양극리드(210) 또는 음극리드(220)와 연결될 수 있다.
구체적으로, 단락 감지 부재(400) 및 양극리드(210)와 연결된 단락 감지 장치(700)가 전위차나 저항 등의 변화를 감지함으로써, 파우치형 전지 케이스의 금속층과 전지 내 양극 전위를 띄는 부분 간의 단락이 발생하였는지를 검출할 수 있다.
또한, 단락 감지 부재(400) 및 음극리드(220)와 연결된 단락 감지 장치(700)가 전위차나 저항 등의 변화를 감지함으로써, 파우치형 전지 케이스의 금속층과 전지 내 음극 전위를 띄는 부분 간의 단락이 발생하였는지를 검출할 수 있다.
본 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)가 여러 개 모여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 파우치형 이차전지(100) 및 단락 감지 부재(400)와 연결된 단락 감지 장치(700)를 포함할 수 있다. 종래의 이차전지(10)가 모여 구성한 전지 모듈과는 달리, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 파우치형 이차전지(100)가 여럿이 모여있다고 하더라도, 단락 감지 부재(400) 및 양극 또는 음극리드(210, 220)와 연결된 단락 감지 장치(700)를 이용해 어떤 파우치형 이차전지(100)에 단락이 발생하였는지 손쉽게 검출할 수 있다.
단락 감지 장치(700)는 BMS일 수 있는데, BMS는 전지 모듈 내에 구비되어, 각각의 파우치형 이차전지(100)들로부터 측정된 온도나 전압의 데이터를 바탕으로 각 전지 모듈의 온도나 전압 등을 관리하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 BMS가 단락 감지 부재(400)와 추가로 연결되어, 파우치형 전지 케이스의 금속층과 양, 음극 전위 부분 간의 단락을 감지하는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)는 파우치형 전지 케이스(300)와 단락 감지 부재(400) 사이에 위치한 절연 필름(500)을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 필름(500)이 2개로 구비되어, 그 중 하나는 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 단락 감지 부재(400) 사이에 위치할 수 있고, 다른 하나는 하부 케이스(320)의 실링부(300S2)와 단락 감지 부재(400) 사이에 위치할 수 있다.
이러한 절연 필름(500)은, 돌출부(420)가 아닌 단락 감지 부재(400)의 다른 부분과 금속층(310b, 320b) 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 파우치형 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 소재를 포함하는 단락 감지 부재(400)는 내측 수지층(310a, 320a)에 열 융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 절연 필름(500)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 한편, 절연 필름(500)이 개재될 경우, 본 실시예에 따른 돌출부(420)는 내측 수지층(310a, 320a) 뿐만 아니라 절연 필름(500)까지 뚫고 금속층(310b, 320b)과 접촉할 수 있다. 돌출부(420)의 높이는, 적용되는 내측 수지층(310a, 320a)과 절연 필름(500)의 두께를 고려하여 설계될 수 있다.
이러한 절연 필름(500)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 절연 필름(500)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 다시 참고하면, 양극리드(210)와 전지 케이스(300)의 실링부(300S) 사이에 리드 필름(600)이 위치할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나 음극리드(220)와 전지 케이스(300)의 실링부(300S) 사이에도 리드 필름이 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 보다 구체적으로, 리드 필름(600)이 복수로 구비되어, 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 양극리드(210) 사이 및 하부 케이스(320)의 실링부(300S2) 사이에 각각 위치할 수 있다. 또한, 리드 필름은 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 음극리드(220) 사이 및 하부 케이스(320)의 실링부(300S2)와 음극리드(220) 사이에 각각 위치할 수 있다.
이러한 리드 필름(600)은 양, 음극리드(210, 220) 및 파우치형 전지 케이스(300)의 금속층(310b, 320b) 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치형 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 양, 음극리드(210, 220)는 내측 수지층(310a, 320a)에 열 융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 리드 필름(600)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 리드 필름(600)은 절연성 재질을 포함하여, 양, 음극리드(210, 220)에서 파우치형 전지 케이스(300)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있다.
리드 필름(600)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 리드 필름(600)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 단락 감지 부재에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 단면도이며, 도 5의 단면과 유사한 부분을 나타낸다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 단락 감지 부재(400’)는, 판상형의 단자부(410)로부터 각각 돌출된 상향 돌출부(420U) 및 하향 돌출부(420D)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 판상형의 단자부(410)가 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320) 사이에 위치할 수 있고, 상향 돌출부(420U)는 단자부(410)의 일면에 위치하여 상부 케이스(310)를 향해 돌출될 수 있다. 한편, 하향 돌출부(420D)는 단자부(410)의 타면에 위치하여, 하부 케이스(320)를 향해 돌출될 수 있다. 단자부(410)의 상기 일면은 상부 케이스(310)와 마주하는 상면일 수 있고, 단자부(410)의 상기 타면은 하부 케이스(320)와 마주하는 하면일 수 있다. 상향 돌출부(420U)는 상부 케이스(310)의 내측 수지층(310a)을 뚫고 상부 케이스(310)의 금속층(310b)과 접촉할 수 있다. 하향 돌출부(420D)는 하부 케이스(320)의 내측 수지층(320a)을 뚫고 하부 케이스(320)의 금속층(320b)과 접촉할 수 있다.
한편, 상술한 바대로, 상부 케이스(310)와 단락 감지 부재(400’) 사이 및 하부 케이스(320)와 단락 감지 부재(400’) 사이 각각에 절연 필름(500)이 위치할 수 있다. 상향 돌출부(420U) 및 하향 돌출부(420D)는 각각 절연 필름(500)을 뚫고 금속층(310b, 320b)과 접촉할 수 있다.
위와 같이, 본 실시예에 따른 단락 감지 부재(400’)는, 상향 돌출부(420U)와 하향 돌출부(420D)를 구비하여, 상부 케이스(310)의 금속층(310b)에서 비롯된 단락과 하부 케이스(320)의 금속층(320b)에서 비롯된 단락으로 모두 검출할 수 있다는 장점을 갖는다.
다음, 도 9는 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 상부 케이스, 하부 케이스 및 단락 감지 부재에 대한 부분 사시도이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 사이에 위치한 적어도 2개의 단락 감지 부재(400a, 400b)를 포함할 수 있다. 제1 단락 감지 부재(400a)는 판상형의 단자부(410) 및 단자부(410)의 일면으로부터 상부 케이스(310)를 향해 돌출된 상향 돌출부(420U)를 포함할 수 있다. 제2 단락 감지 부재(400b)는 판상형의 단자부(410) 및 단자부(410)의 일면으로부터 하부 케이스(320)를 향해 돌출된 하향 돌출부(420D)를 포함할 수 있다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 제1 단락 감지 부재(400a)의 상향 돌출부(420U)는 상부 케이스(310)의 내측 수지층(310a, 도 5 또는 도 8 참고)을 뚫고, 금속층(310b, 도 5 또는 도 8 참고)과 접촉할 수 있다. 제2 단락 감지 부재(400b)의 하향 돌출부(420D)는 하부 케이스(320)의 내측 수지층(320a, 도 5 또는 도 8 참고)을 뚫고, 금속층(320b, 도 5 또는 도 8 참고)과 접촉할 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위해 구체적으로 도시하지 않았으나, 제1 단락 감지 부재(400a) 및 제2 단락 감지 부재(400b)의 위, 아래 모두에 절연 필름이 위치할 수 있다.
위와 같이, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 상부 케이스(310)의 금속층(310b)과 접촉하는 제1 단락 감지 부재(400a)와 하부 케이스(320)의 금속층(320b)과 접촉하는 제2 단락 감지 부재(400b)를 별개로 구분하여 포함할 수 있다. 나아가, 제1 단락 감지 부재(400a)와 제2 단락 감지 부재(400b)는 각각 별개로 BMS 등의 단락 감지 장치(700)와 연결될 수 있다. 따라서, 상부 케이스(310)의 금속층(310b)에서 비롯된 단락과 하부 케이스(320)의 금속층(320b)에서 비롯된 단락을 구분하여 검출할 수 있다는 장점을 갖는다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 상기 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 파우치형 이차전지
200: 전극 조립체
300: 파우치형 전지 케이스
400: 단락 감지 부재
200: 전극 조립체
300: 파우치형 전지 케이스
400: 단락 감지 부재
Claims (12)
- 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납한 채 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하는 파우치형 전지 케이스; 및
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 사이에 위치한 단락 감지 부재를 포함하고,
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 상기 단락 감지 부재를 사이에 두고 열융착되어 실링부를 형성하며,
상기 파우치형 전지 케이스는 금속층을 포함하고,
상기 단락 감지 부재가 상기 금속층과 접촉하는 파우치형 이차전지. - 제1항에서,
상기 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 중 하나를 향해 돌출되는 파우치형 이차전지. - 제2항에서,
상기 돌출부의 일 단부가 첨예한 형태를 형성하는 파우치형 이차전지. - 제2항에서,
상기 돌출부는, 상기 단자부의 일면 중 상기 실링부와 대응하는 부분에 위치하는 파우치형 이차전지. - 제2항에서,
상기 파우치형 전지 케이스는, 내측 수지층 및 외측 수지층을 포함하고,
상기 금속층이 상기 내측 수지층과 상기 외측 수지층 사이에 위치하는 파우치형 이차전지. - 제5항에서,
상기 돌출부가 상기 내측 수지층을 뚫고 상기 금속층과 접촉하는 파우치형 이차전지. - 제2항에서,
상기 단자부의 일 단부가 외부에 노출되는 파우치형 이차전지. - 제1항에서,
상기 파우치형 전지 케이스와 상기 단락 감지 부재 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함하는 파우치형 이차전지. - 제1항에서,
상기 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부, 상기 단자부의 일면에 위치한 상향 돌출부 및 상기 단자부의 타면에 위치한 하향 돌출부를 포함하고,
상기 상향 돌출부는 상기 상부 케이스를 향해 돌출되며,
상기 하향 돌출부는 상기 하부 케이스를 향해 돌출되는 파우치형 이차전지. - 제1항에서,
상기 단락 감지 부재는, 제1 단락 감지 부재 및 제2 단락 감지 부재를 포함하고,
상기 제1 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 상향 돌출부를 포함하며, 상기 상향 돌출부는 상기 상부 케이스를 향해 돌출되고,
상기 제2 단락 감지 부재는, 판상형의 단자부 및 상기 단자부의 일면에 위치한 하향 돌출부를 포함하며, 상기 하향 돌출부는 상기 하부 케이스를 향해 돌출되는 파우치형 이차전지. - 제1항에 따른 파우치형 이차전지; 및
상기 단락 감지 부재와 연결된 단락 감지 장치를 포함하고,
상기 파우치형 이차전지로부터 양극리드 및 음극리드가 돌출되며,
상기 단락 감지 장치는, 상기 양극리드 또는 상기 음극리드와 연결되는 전지 모듈. - 제11항에서,
상기 단락 감지 장치는, BMS(Battery Management System)인 전지 모듈.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024053878A1 (ko) * | 2022-09-08 | 2024-03-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 |
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2020
- 2020-10-07 KR KR1020200129211A patent/KR20220046135A/ko active Search and Examination
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024053878A1 (ko) * | 2022-09-08 | 2024-03-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 |
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