KR20230109983A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230109983A
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bus bar
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reinforcing frame
battery
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이서로
강지은
박다솜
한정우
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스 및 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이에 배치되며 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부보다 낮은 온도에서 용단되는 적어도 하나의 파단부를 포함하는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 상기 제1, 제2 몸체부와 상기 파단부를 감싸는 절연 커버와, 상기 절연 커버를 감싸는 방염 커버를 포함하며, 상기 파단부를 감싸는 상기 절연 커버는 적어도 일부가 상기 방염 커버의 외부로 노출될 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery PACK}
본 발명은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차, 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 배터리 셀 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀로 제조되고 있다.
복수의 배터리 셀은 상호 적층되어 전기적으로 연결되는 셀 적층체 단위로 팩 케이스에 탑재되어 배터리 팩을 형성하게 된다. 이러한 배터리 팩은 전기 자동차 등에 설치되어 사용되고 있다.
그런데 종래의 배터리 팩은, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생되는 경우, 버스바와 다른 부재 사이의 절연을 유지하던 부재들이 파손될 수 있으며, 이로 인해 버스바와 다른 부재(예컨대 팩 케이스 등) 간에 단락이 발생될 수 있다. 이는 2차적인 폭발이나 열폭주를 초래할 수 있으며, 전체 배터리 모듈들이 파손되는 위험을 초래할 수 있다.
한국공개특허 제10-2020-0067587호를 참고하면, 열폭주 시 버스바를 보호하기 위해 화염전파방지부재를 구비한다. 그러나 상기 문헌에 개시된 구조는 열폭주 시 배터리 모듈 간의 전기적인 연결을 차단하는 것을 고려하지 않고 있다. 따라서 열폭주 시에도 배터리 모듈 간의 전기적인 연결이 유지되어 추가적인 폭발이나 발화가 발생될 수 있는 개연성이 높다.
한국공개특허 제10-2020-0067587호
본 발명은 열폭주와 같은 이벤트 상황에서 배터리 모듈 간의 전기적인 연결을 신속하게 차단할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스 및 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이에 배치되며 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부보다 낮은 온도에서 용단되는 적어도 하나의 파단부를 포함하는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 상기 제1, 제2 몸체부와 상기 파단부를 감싸는 절연 커버와, 상기 절연 커버를 감싸는 방염 커버를 포함하며, 상기 파단부를 감싸는 상기 절연 커버는 적어도 일부가 상기 방염 커버의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 방염 커버는, 운모가 적층된 시트로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 절연 커버는, 200℃ 이하의 온도에서 용융되는 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방염 커버는, 1000℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 절연 커버 중 상기 방염 커버의 외부로 노출된 부분은, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 중 어느 하나와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 중 적어도 하나는 내부에 생성된 가스를 외부로 배출하는 벤팅부를 구비하며, 상기 버스바는 상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부는 구리 재질로 형성되고, 상기 파단부는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 팩 케이스는, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 배치되는 보강 프레임을 구비하고, 상기 보강 프레임의 내부 공간은 고온의 가스가 이동하는 가스 유로로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 보강 프레임은 상기 가스 유로를 이동하는 가스가 상기 보강 프레임의 외부로 배출되는 벤팅부를 구비하고, 상기 버스바는 상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 벤팅부는 상기 보강 프레임의 상부면에 배치되며, 상기 버스바는 상기 보강 프레임의 상부를 가로지르도록 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 수용하며 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 배치되는 보강 프레임을 구비하는 팩 케이스 및 보강 프레임의 상부를 가로지르며 상기 제1 배터리 모듈와 상기 제2 배터리 모듈을 상호 연결하는 버스바 포함하고, 상기 보강 프레임의 내부 공간은 고온의 가스가 이동하는 가스 유로로 이용되며, 상기 보강 프레임은 상기 고온의 가스가 상기 보강 프레임의 외부로 배출되는 벤팅부를 구비하고, 상기 버스바는 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 제1 배터리 모듈에 체결되는 제1 몸체부, 상기 제2 배터리 모듈에 체결되는 제2 몸체부, 및 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이에 배치되며 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부보다 낮은 온도에서 용단되는 적어도 하나의 파단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 버스바를 감싸는 방염 커버를 더 포함하며, 상기 파단부 중 적어도 일부는 상기 방염 커버의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 방염 커버의 외부로 노출되는 부분에 배치되는 절연 커버를 더 포함하는 배터리 팩.
본 발명의 실시예에 따르면, 특정 배터리 모듈에서 열폭주와 같은 이벤트가 발생하는 경우, 벤팅부에서 배출되는 가스가 버스바를 신속하게 절단할 수 있어 다른 배터리 모듈과의 전기적 연결이 신속하게 차단되므로 열폭주 시 배터리 팩의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 부분 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 버스바 체결 구조를 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 분해 사시도.
도 5는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 평면도.
도 6은 도 3의 II-II'에 따른 단면도.
도 7은 도 1의 I-I'에 따른 단면도.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있다.
또한, 이하에서 설명하는 배터리 장치는 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리 모듈이나 배터리 팩 등으로 구성된 EV용 시스템, 에너지 저장 시스템 등을 포함할 수 있으며, 이하의 실시예에서는 배터리 팩을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 버스바 체결 구조를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 팩 케이스(2), 복수의 배터리 모듈(10), 및 버스바(20)를 포함할 수 있다.
팩 케이스(2)는 다른 구성 요소들을 내부에 수용하는 수용 공간을 제공할 수 있다. 예컨대, 팩 케이스(2) 내에는 복수의 배터리 모듈들(10)이 수용될 수 있다. 복수의 배터리 모듈들(10)은 팩 케이스(2)의 수용 공간 내에서 다수의 열을 형성하며 나란하게 배치될 수 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위해 배터리 모듈들(10)의 측면과 하부를 감싸는 부분만 팩 케이스(2)로 도시하였으나, 팩 케이스(2)는 배터리 모듈들(10) 전체를 감싸는 형태로 마련될 수 있다.
팩 케이스(2)는 강성을 확보하기 위해 금속 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예의 팩 케이스(2)는 배터리 모듈(10)이 형성하는 열과 열 사이에 배치되는 보강 프레임(3)을 구비할 수 있다.
보강 프레임(3)은 팩 케이스(2)의 강성을 보강하기 위해 구비될 수 있다. 보강 프레임(3)은 배터리 모듈들(10)이 배치되는 공간을 구획하는 형태로 배치될 수 있으며, 이에 일정 거리 이격 배치되는 2개의 배터리 모듈들(10) 사이를 가로지르도록 배치될 수 있다.
도 7은 도 1의 I-I'에 따른 단면도로, 이를 함께 참조하면, 보강 프레임(3)은 격벽의 형태로 배터리 모듈들(10) 사이에 배치될 수 있으며, 보강 프레임(3)의 양 단은 팩 케이스(2)나 다른 보강 프레임에 결합될 수 있다.
보강 프레임(3)의 내부는 빈 공간으로 형성될 수 있으며, 이러한 보강 프레임(3)의 내부 공간은 가스 유로(5)로 이용될 수 있다.
가스 유로(5)는 배터리 모듈(10)이 열폭주하여 배터리 모듈(10)로부터 가스가 배출될 때, 상기 가스가 배터리 팩(1)의 외부로 이동하는 통로로 이용될 수 있다. 따라서 보강 프레임(3)에는 상기 가스가 가스 유로(5)로 유입되는 가스 유입구(4)가 적어도 하나 구비될 수 있으며, 가스 유로(5)는 팩 케이스(2)의 외부와 연결될 수 있다.
본 실시예에서 가스 유입구(4)는 가스 유로(5)와 보강 프레임(3)의 외부 공간을 연결하는 관통 구멍의 형태로 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 모듈(10)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예의 보강 프레임(3)은 후술되는 버스바(20)와 대면하는 영역에 제1 벤팅부(V1)가 마련될 수 있다.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대하여 도시한 도면으로, 이를 함께 참조하면, 제1 벤팅부(V1)는 적어도 일부가 후술되는 버스바(20)와 대면하도록 배치된다. 따라서 제1 벤팅부(V1)의 위치는 특정한 위치로 한정되지 않으며, 버스바(20)의 형상이나 버스바(20)의 체결 위치에 대응하여 규정될 수 있다.
본 실시예에서 제1 벤팅부(V1)는 보강 프레임(3)의 상부면에 배치되며, 개방된 구멍의 형태로 형성될 수 있다. 그러나 제1 벤팅부(V1)는 개방된 구멍의 형태로 한정되지 않으며, 특정 압력이나 특정 온도 이상에서 개방되는 밸브 또는 막의 형태로 구성하는 것도 가능하다.
이와 같은 구성을 통해, 배터리 셀의 이상 현상으로 인해 보강 프레임(3)의 가스 유로(5)에 가스가 유입되면, 가스는 상기한 제1 벤팅부(V1)를 통해 보강 프레임(3)의 외부로 배출될 수 있으며, 이에 가스는 버스바(20)를 향해 배출될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 충전 및 방전이 가능한 리튬 이차전지 또는 니켈-수소 이차전지 등의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 각 배터리 모듈(10)은 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 일 측면에 적어도 하나의 단자(11)가 배치될 수 있다. 단자(11)는 외부와의 전기적인 연결을 위해 배터리 모듈(10)의 외부로 노출 배치되는 도전성 부재로, 배터리 모듈(10)의 내부 요소들과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서 단자(11)는 배터리 모듈(10)이 팩 케이스(2)의 바닥면과 평행하게 배치될 수 있다. 또한 단자(11)의 상면은 배터리 모듈(10)의 외부로 개방될 수 있다.
단자(11)는 양극 단자와 음극 단자를 포함할 수 있다. 양극 단자 및 음극 단자는 배터리 모듈(10)의 일측에 모두 배치되거나 배터리 모듈(10)의 양측에 각각 분산 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 단자(11)가 도전성을 갖는 편평한 판(plate) 형태로 마련된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 후술되는 버스바(20)와 용이하게 결합될 수만 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다.
단자(11)에는 버스바(20)가 체결될 수 있다. 이를 위해 단자(11)의 내부에는 버스바 체결 부재(도 4의 25)가 삽입되는 결합 구멍이 구비될 수 있다.
버스바 체결 부재(25)는 볼트나 나사와 같은 부재가 이용될 수 있으며, 버스바(20)와 단자(11)에 순차적으로 관통하며 버스바(20)를 단자(11)에 체결할 수 있다. 이에 버스바(20)는 버스바 체결 부재(25)에 의해 단자(11)에 밀착 접촉되어 전기적, 물리적으로 단자(11)와 연결될 수 있다.
또한 본 실시예의 배터리 모듈들(10) 중 적어도 하나는 제2 벤팅부(V2)를 포함할 수 있다.
제2 벤팅부(V2)는 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스에 마련될 수 있으며, 배터리 모듈(10)의 내부 압력이 특정 압력 이상으로 증가하는 경우 개방될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 내부에서 발생된 가스가 배터리 모듈(10)의 외부로 방출되는 배출구로 이용될 수 있다.
제2 벤팅부(V2)는 특정 압력이나 특정 온도 이상에서 개방되는 밸브로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 특정 압력이나 특정 온도 이상에서 절개되거나 파괴되는 막의 형태로 구성하는 것도 가능하다.
제2 벤팅부(V2)는 적어도 일부가 후술되는 버스바(20)와 대면하도록 배치된다. 따라서 제2 벤팅부(V2)의 위치는 특정한 위치로 한정되지 않으며, 버스바(20)의 형상이나 버스바(20)의 체결 위치에 대응하여 규정될 수 있다.
본 실시예에서 제2 벤팅부(V2)는 배터리 모듈(10)의 길이 방향(Y축 방향)을 향하여 가스를 배출하도록 형성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈의 상부 방향(Z축 방향)으로 가스를 배출하도록 형성하는 등 버스바(20)와 대면할 수 있는 위치라면 다양한 위치에 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀의 이상 현상으로 인해 배터리 모듈(10)의 내부에 가스가 발생되면, 상기한 제2 벤팅부(V2)를 통해 배터리 모듈(10) 외부로 가스를 배출할 수 있으며, 이에 가스는 버스바(20)를 향해 배출될 수 있다.
한편, 배터리 셀의 열폭주 시, 제2 벤팅부(V2)를 통해 가스뿐만 아니라 화염이나 입자(particle)와 같은 폭발 부산물이 함께 배출될 수 있다. 따라서, 본 개시에서 상기한 가스는 열폭주 시 배터리 모듈(10)의 외부로 배출되는 폭발 부산물을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
본 실시예의 배터리 팩(1)은 적어도 하나의 버스바(20)를 구비할 수 있다.
버스바(20)는 어느 하나의 배터리 모듈(10a, 이하 제1 배터리 모듈)과, 이웃하는 다른 배터리 모듈(10b, 이하 제2 배터리 모듈)의 단자(11)를 서로 연결할 수 있다. 예를 들어, 버스바(20)는 제1 배터리 모듈(10a)의 단자(11)와, 이웃하는 제2 배터리 모듈(10b)의 단자(11)에 체결되어 상기 단자들(11)을 전기적/물리적으로 상호 연결할 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바(20)는 납작한 막대 형상의 도전성 부재를 가공하여 형성할 수 있다. 버스바(20)가 단자(11)에 결합되면, 버스바(20)의 하면은 단자(11)와 면접촉하도록 배치되고 상면은 배터리 모듈(10)의 외부를 향하도록 배치될 수 있다.
본 실시예의 배터리 모듈들(10)은 버스바(20)를 통해 직렬이나 병렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 버스바(20)에 의해 배터리 모듈들(10)은 일부가 직렬로 연결되고, 일부가 병렬로 연결되는 등 다양한 조합이 가능하다.
버스바(20)는 유연성을 갖는 도전성 재질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 버스바(20)는 배터리 모듈(10)을 서로 전기적으로 연결하는 고전압 버스바(bus bar)를 의미할 수 있다. 또한 본 실시예에서 버스바(20)는 제1 버스바(20a)와 제2 버스바(20b)를 포함할 수 있다.
제1 버스바(20a)는 단자(11)가 배치된 측면이 서로 마주보도록 배치되는 제1 배터리 모듈(10a)과 제2 배터리 모듈(10b)을 연결할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 배터리 모듈(10a)과 제2 배터리 모듈(10b) 사이에는 보강 프레임(3)이 배치되므로, 제1 버스바(20a)는 보강 프레임(3)의 상부를 통해 보강 프레임(3)을 가로지르는 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 제1 버스바(20a)는 적어도 일부가 보강 프레임(3)의 상부면과 대면하도록 배치될 수 있으며, 적어도 일부가 상기한 제1 벤팅부(V1)와 마주보도록 배치될 수 있다.
제2 버스바(20b)는 나란하게 배치되는 두 개의 배터리 모듈들(10a, 10c)을 상호 연결할 수 있다. 이때 전술한 바와 같이, 제2 버스바(20b)는 적어도 일부가 상기한 제2 벤팅부(V2)와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 제2 벤팅부(V2)가 배터리 모듈(10)의 길이 방향(Y축 방향)을 향하여 가스를 배출하도록 형성되므로, 제2 버스바(20b)는 적어도 일부가 배터리 모듈(10)의 해당 측면과 마주보도록 배치될 수 있다. 이로 인해 제2 버스바(20b)는 적어도 일부가 보강 프레임(3)과 배터리 모듈(10) 사이에 배치될 수 있다.
도 5는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 평면도이고, 도 6은 도 3의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 본 실시예의 버스바(20)는 몸체부(21)와 파단부(22)를 포함할 수 있다.
몸체부(21)는 배터리 모듈(10)에 체결되는 부분으로, 버스바(20)의 양 단부를 구성할 수 있다. 구체적으로 몸체부(21)는 제1 배터리 모듈(10)에 체결되는 제1 몸체부(21a)와, 제2 배터리 모듈(10)에 체결되는 제2 몸체부(21b)를 포함할 수 있다. 제1 몸체부(21a)와 제2 몸체부(21b)는 서로 이격 배치될 수 있으며, 제1 몸체부(21a)와 제2 몸체부(21b) 사이에는 적어도 하나의 파단부(22)가 배치될 수 있다.
파단부(22)는 적어도 하나가 버스바(20)의 중간에 삽입 배치되며, 이에 몸체부(21)는 적어도 두 개의 몸체부(21a, 21b)로 구분되어 파단부(22)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 따라서 파단부(22)는 제1 몸체부(21a)와 제2 몸체부(21b)를 상호 연결할 수 있다.
파단부(22)는 고온의 가스에 의해 쉽게 용융될 수 있다. 따라서, 파단부(22)는 제1 몸체부(21a)와 제2 몸체부(21b)보다 낮은 온도에서 용단되는 재질로 형성될 수 있다. 이를 위해, 파단부(22)는 버스바(20)의 다른 부분과 상이한 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예의 버스바(20)는 몸체부(21)가 구리 재질로 형성될 수 있으며, 파단부(22)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
파단부(22)와 몸체부(21)는 마찰교반용접 등의 방식으로 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 압착하여 결합하거나 별도의 체결 부재를 이용하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 파단부(22)는 열 이외에도, 압력이나 충격에도 취약한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 파단부(22)는 단면적이 몸체부(21)의 단면적보다 작게 구비될 수 있다. 파단부(22)는 적어도 일부가 몸체부(21)에 비해 폭이 좁거나 두께가 얇게 형성될 수 있다. 이 경우, 버스바(20)에 과전류가 흐르게 되면 파단부(22)는 몸체부(21)에 비해 저항이 크게 증가되므로, 열이 발생되어 몸체부(21)에 비해 빠르게 용단될 수 있다. 따라서 과전류의 흐름을 차단하는 기능도 수행할 수 있다.
제2 버스바(20b)는 경우에 따라 제2 벤팅부(V2)와 마주보도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 파단부(22)도 2개가 구비될 수 있다. 이 경우, 제2 버스바(20b) 중 두 개의 파단부(22) 사이에 배치되는 부분은 몸체부(21)로 이해될 수 있으며, 이에 몸체부(21)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 파단부(22)는 전술한 벤팅부(V1, V2)와 대면하도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 버스바(20a)는 파단부(22) 중 적어도 일부가 보강 프레임(3)에 마련된 제1 벤팅부(V1)와 마주보도록 배치될 수 있으며, 제2 버스바(20b)는 파단부(22) 중 적어도 일부가 배터리 모듈(10)에 마련된 제2 벤팅부(V2)와 마주보도록 배치될 수 있다.
이에 따라 파단부(22)는 벤팅부(V1, V2)에서 배출되는 고온, 고압의 가스에 의해 용이하게 끊어질 수 있으며, 이에 배터리 모듈들(10) 사이의 전기적 연결이 차단될 수 있다.
따라서 특정 배터리 모듈(10)에서 문제가 발생하더라도 배터리 모듈(10)이 다른 부재들(예컨대 팩 케이스 등)과 불필요하게 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 상기한 문제가 2차적인 폭발이나 열폭주로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시예의 버스바(20)는 절연 커버(50) 및 방염 커버(60)를 포함할 수 있다.
절연 커버(50)는 버스바(20)가 다른 구성 요소들(예컨대 팩 케이스 등)과 불필요하게 전기적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.
절연 커버(50)는 버스바(20)의 표면 중 단자와 결합되는 부분을 제외한 나머지 부분을 전체적으로 감싸도록 형성될 수 있다. 절연 커버(50)는 절연성 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 절연 커버(50)는 절연 수지를 도포한 절연 피복의 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 절연 테이프를 버스바(20)에 감아서 절연 커버(50)를 형성하거나, 버스바(20)를 내부에 수용하는 하우징의 형태로 절연 커버(50)를 형성하는 것도 가능하다.
파단부(22)가 신속하게 용단되기 위해서는, 절연 커버(50)도 벤팅부(V1, V2)에서 배출되는 고온의 가스에 의해 쉽게 제거될 필요가 있다. 따라서 본 실시예의 절연 커버(50)는 200℃ 이하의 온도에서 용융되어 제거될 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
방염 커버(60)는 배터리 모듈(10)로부터 화염이 확산될 때, 화염의 전파를 차단해고 버스바(20)를 화염으로부터 보호하기 위해 구비될 수 있다. 따라서 방염 커버(60)는 불에 쉽게 타지 않는 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 방염 커버(60)는 난연 재료, 불연 재료, 또는 내화 단열 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 방염 커버(60)는 1000'C 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 방염 커버(60)로는 적어도 한 면에 운모(mica)가 적층된 시트(sheet)가 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 스테인리스강(Stainless steel), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), CFRP(carbon fiber reinforced plastics), GFRP(glass fiber reinforced plastics), 압축 섬유(Non-woven compressible fiber) 등 화염을 효과적으로 차단할 수만 있다면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
더하여, 방염 커버(60)는 섬유와 같은 가연물에 약제를 사용하여 방염 성능이나 난연 성능을 부여하여 마련하는 것도 가능하다.
본 실시예에서 방염 커버(60)는 절연 커버(50)의 표면에 적층되어 형성될 수 있다. 예컨대, 방염 커버(60)는 절연 커버(50) 전체를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 버스바(20)에서 파단부(22)가 형성된 부분 중, 벤팅부(V1, V2)와 대면하는 부분에는 방염 커버(60)가 배치되지 않는다. 이에 따라 파단부(22)를 감싸는 절연 커버(50) 중 적어도 일부는 방염 커버(60)의 외부로 노출되어 벤팅부(V1, V2)와 마주보도록 배치될 수 있다.
이러한 구성으로 인해, 벤팅부(V1, V2)에서 배출되는 고온의 가스는 절연 커버(50)에 직접적으로 접촉하여 절연 커버(50)를 녹인 후, 파단부(22)를 용단시킬 수 있다.
본 실시예에서 방염 커버(60)는 방염 성능을 갖는 물질을 절연 커버의 표면에 도포하거나, 방염 성능을 갖는 시트나 테이프를 절연 커버 상에 감아서 형성할 수 있다. 또한 버스바(20)를 내부에 수용하는 하우징의 형태로 방염 커버(60)를 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 특정 배터리 모듈에서 열폭주와 같은 이벤트가 발생하는 경우, 벤팅부(V1, V2)에서 배출되는 가스가 버스바(20)를 신속하게 절단할 수 있다. 따라서 다른 배터리 모듈과의 전기적 연결이 신속하게 차단되므로 열폭주 시 배터리 팩의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 단면을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 6에 대응하는 단면을 도시하고 있다.
도 9를 참조하면, 따라서 본 실시예의 방염 커버(60)는 버스바(20)의 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우 방염 커버(60)는 전술한 절연 커버의 기능을 함께 제공할 수 있다.
본 실시예에서 방염 커버(60)는 방염 성능을 갖는 물질을 버스바(20)의 표면에 도포하거나, 방염 성능을 갖는 시트나 테이프를 절연 버스바(20)에 감아서 형성할 수 있다. 또한 버스바(20)를 내부에 수용하는 하우징의 형태로 방염 커버(60)를 형성하는 것도 가능하다.
또한 전술한 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에서 방염 커버(60)는 버스바(20)의 파단부(22) 중 벤팅부(V2)와 대면하는 부분에는 배치되지 않는다.
파단부(22) 중 방염 커버(60)가 배치되지 않는 부분에는 절연 커버(50)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서 절연 커버(50)는 파단부(22)가 방염 커버(60)의 외부로 노출된 부분에만 배치되며, 이에 상기한 파단부(22)의 절연이 확보될 수 있다.
절연 커버(50)는 전술한 실시예와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 200℃ 이하의 온도에서 용융되어 제거될 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 절연 커버(50)는 필요에 따라 생략될 수 있다. 예컨대, 파단부(22)와 대면하는 부분의 전기 절연성이 우수한 경우, 상기한 절연 커버(50)는 생략되고 파단부(22)는 대기 중으로 노출될 수 있다.
또한 본 실시예는 제1 버스바를 기준으로 설명하였지만 상기 구성은 제2 버스바에도 동일하게 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예는 필요에 따라 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있다. 또한 전술한 실시예에서는 하나의 버스바에 하나의 파단부가 구비되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 하나의 버스바가 다수의 파단부를 구비하도록 구성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 하나의 버스바에 대응하여 다수의 벤팅부가 구비될 수도 있다.
1: 배터리 팩
2: 팩 케이스
3: 보강 프레임
10: 배터리 모듈
20: 버스바
21: 몸체부
22: 파단부
50: 절연 커버
60: 방염 커버

Claims (15)

  1. 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스; 및
    상기 제1 배터리 모듈에 체결되는 제1 몸체부, 상기 제2 배터리 모듈에 체결되는 제2 몸체부, 및 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이에 배치되며 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부보다 낮은 온도에서 용단되는 적어도 하나의 파단부를 포함하는 버스바;
    를 포함하고,
    상기 버스바는 상기 제1, 제2 몸체부와 상기 파단부를 감싸는 절연 커버와, 상기 절연 커버를 감싸는 방염 커버를 포함하며,
    상기 파단부를 감싸는 상기 절연 커버는 적어도 일부가 상기 방염 커버의 외부로 노출되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방염 커버는,
    운모를 포함하는 시트로 형성되는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절연 커버는,
    200℃ 이하의 온도에서 용융되는 재질로 형성되는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방염 커버는,
    1000℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연 커버 중 상기 방염 커버의 외부로 노출된 부분은,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 중 어느 하나와 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 중 적어도 하나는 내부에 생성된 가스를 외부로 배출하는 벤팅부를 구비하며,
    상기 버스바는 상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부는 구리 재질로 형성되고, 상기 파단부는 알루미늄 재질로 형성되는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서, 상기 팩 케이스는,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 배치되는 보강 프레임을 구비하고,
    상기 보강 프레임의 내부 공간은 고온의 가스가 이동하는 가스 유로로 이용되는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 가스 유로를 이동하는 가스가 상기 보강 프레임의 외부로 배출되는 벤팅부를 구비하고,
    상기 버스바는 상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 벤팅부는 상기 보강 프레임의 상부면에 배치되며,
    상기 버스바는 상기 보강 프레임의 상부를 가로지르도록 배치되는 배터리 팩.
  11. 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 수용하며, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 배치되는 보강 프레임을 구비하는 팩 케이스; 및
    보강 프레임의 상부를 가로지르며 상기 제1 배터리 모듈와 상기 제2 배터리 모듈을 상호 연결하는 버스바;
    를 포함하고,
    상기 보강 프레임의 내부 공간은 고온의 가스가 이동하는 가스 유로로 이용되며,
    상기 보강 프레임은 상기 고온의 가스가 상기 보강 프레임의 외부로 배출되는 벤팅부를 구비하고,
    상기 버스바는 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서, 상기 버스바는,
    상기 제1 배터리 모듈에 체결되는 제1 몸체부;
    상기 제2 배터리 모듈에 체결되는 제2 몸체부; 및
    상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이에 배치되며 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부보다 낮은 온도에서 용단되는 적어도 하나의 파단부;
    를 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서, 상기 버스바는,
    상기 파단부의 적어도 일부가 상기 벤팅부와 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버스바를 감싸는 방염 커버를 더 포함하며,
    상기 파단부 중 적어도 일부는 상기 방염 커버의 외부로 노출되는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서, 상기 버스바는,
    상기 방염 커버의 외부로 노출되는 부분에 배치되는 절연 커버를 더 포함하는 배터리 팩.
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