WO2020122386A1 - 전지 모듈 - Google Patents

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WO2020122386A1
WO2020122386A1 PCT/KR2019/013121 KR2019013121W WO2020122386A1 WO 2020122386 A1 WO2020122386 A1 WO 2020122386A1 KR 2019013121 W KR2019013121 W KR 2019013121W WO 2020122386 A1 WO2020122386 A1 WO 2020122386A1
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WO
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bus bar
battery module
safety
battery
expansion resin
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PCT/KR2019/013121
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English (en)
French (fr)
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이한영
이경민
정범영
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, to a battery module including a bus bar with improved safety.
  • Secondary batteries are widely applied to electric vehicles, hybrid vehicles, and power storage devices driven by electric driving sources, as well as portable devices, because of their high ease of application and high electrical energy.
  • This secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement, in that not only does not generate any by-products due to the use of energy, as well as a primary advantage that can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • the battery pack applied to the electric vehicle or the like has a structure in which a plurality of cell assemblies including a plurality of unit cells are connected in series to obtain high output.
  • the unit cell can be repeatedly charged and discharged by electrochemical reactions between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolyte.
  • a battery module composed of at least one battery cell is configured first, and other components are added to configure the battery pack using the at least one battery module. How to do it is common.
  • the number of battery modules included in the battery pack or the number of battery cells included in the battery module may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • the battery module set as described above includes a plurality of battery cells stacked together and a bus bar electrically connecting electrode leads of the plurality of battery cells.
  • the problem to be solved by the present invention is to secure the safety by blocking the current in an abnormal situation such as thermal runaway due to temperature rise in the battery module, and at the same time, under normal circumstances, the resistance is not high, so that the existing performance can be kept the same. It is to provide a battery module including a bus bar.
  • the battery module includes a plurality of battery cells, and a bus bar electrically connecting the plurality of battery cells, wherein the bus bar is inserted into a bus bar body and a part of the bus bar body
  • the safety part is enclosed by the busbar body, and the safety part includes a bulk expansion resin, a conductive material and an adhesive.
  • the safety part may have the same thickness as the body of the bus bar.
  • the volume expansion resin may include a substance that generates gas in an environment above a predetermined temperature.
  • the volume expansion resin may include melamine cyanurate.
  • the safety part may be formed by mixing the volume expansion resin, the conductive material, and the adhesive.
  • the resistance of the safety part rises, so that the current may be cut off.
  • the safety part may have conductivity by the conductive material.
  • the conductive material may be metal powder or carbon powder.
  • the predetermined temperature may be 110 °C to 120 °C.
  • the bus bar includes a slit formed in the bus bar body, into which leads extending from the plurality of battery cells are inserted, and a terminal connection part extending from one end of the bus bar body and having a bent shape.
  • the safety part may be located between the slit and the terminal connection part.
  • the safety part may have a shape in which a plurality of stripes are collected.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention may include at least one battery module described above, and a pack case for packaging the at least one battery module.
  • the device according to another embodiment of the present invention may include at least one battery pack described above.
  • safety in the battery module, safety can be secured by blocking the current in an abnormal situation such as thermal runaway due to temperature rise, and at the same time, a bus bar is used that can maintain the same performance because the resistance is not high in a normal situation.
  • the safety of the battery module can be improved.
  • FIG. 1 is an enlarged view showing a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a bus bar of the battery module shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view showing a section along III-III' of the bus bar shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a front view showing a bus bar according to another embodiment of the present invention.
  • planar this means when the object part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional”, it means when the cross section of the object part vertically cut is viewed from the side.
  • FIG. 1 is an enlarged view showing a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 10 electrically connects a battery cell stack in which a plurality of battery cells 100 are stacked and the plurality of battery cells 100. It includes a bus bar 200.
  • the individual battery cells 100 constituting the battery cell stack may be, for example, pouch-type battery cells, and may have a shape in which an electrode assembly is accommodated in a pouch case, and they may be electrically connected to each other.
  • the electrode assembly may include a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and a detailed description thereof will be omitted herein because an electrode assembly having a known structure may be adopted.
  • the pair of electrode leads 110 connected to the electrode assembly is drawn out of the pouch case, and may be drawn out in the same or opposite directions to each other, for example.
  • a pair of electrode leads 110 are shown for the pouch type battery cell 100 having a form withdrawn in opposite directions, but the battery applied to the battery module according to the present invention
  • the cell 100 is not necessarily limited thereto, and it is also possible that a pair of electrode leads 110 are drawn out in the same direction.
  • the battery cells 100 are stacked such that electrode leads 11 having the same polarity are located in the same direction. This is because when the electrode leads 110 are electrically connected using the bus bar 200, the electrode leads 110 having the same polarity must be connected to each other. As such, the electrode leads 110 having the same polarity are electrically connected to each other, so that each of the battery cells 100 forms a parallel connection.
  • Electrode lead 110 for example, a thin metal plate made of aluminum (Al) coated with nickel (Ni) may be used, and welding for coupling the electrode lead 110 and the bus bar 200 A tin (Sn) coating may be applied to the surface of the electrode lead 110 in order to facilitate the operation.
  • Al aluminum
  • Ni nickel
  • a tin (Sn) coating may be applied to the surface of the electrode lead 110 in order to facilitate the operation.
  • the bus bar 200 is for electrically connecting the electrode leads 110 provided in each battery cell 100, and may include a slit 202 into which the electrode leads 110 can be inserted. By bending the electrode lead 110 inserted in the slit 202 so that the electrode lead 110 and the bus bar 200 come into surface contact, electrical connection can be achieved by welding or the like.
  • the bus bar 200 includes a first bus bar 210 used to connect the battery cells 100 in the battery module 10 in parallel, and a second bus bar used to electrically connect the battery module 10 to external terminals. It may include a bus bar 220.
  • the first bus bar 210 may include a flat plate bus bar body 211 and a slit 202 formed thereon, as illustrated in FIG. 1, but the structure is not limited thereto. That is, one body may include a form including a plurality of slits, or additional holes or protrusions for coupling with other parts other than the electrode lead, and may be appropriately modified as necessary. As illustrated in FIG.
  • the second bus bar 220 extends from one end of the bus bar body 221 including the slit 202 and one end of the bus bar body 221 to the opposite side to the battery module 100. It may include a terminal connecting portion 222 formed to be bent to be substantially perpendicular to the bus bar body 221 toward the direction.
  • the terminal connection unit 222 may include one or more holes 223 that may be connected to external terminals.
  • the bus bar 200 is coupled to a bus wave frame (not shown) or the like and can be coupled to the electrode lead 110 by combining a module frame (not shown) and a bus bar frame to accommodate the battery cell stack.
  • a bus wave frame not shown
  • a bus bar frame to accommodate the battery cell stack.
  • it is not particularly limited.
  • FIG. 2 is a front view showing a bus bar of the battery module shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a view showing a cross section along III-III' of the bus bar shown in FIG. 2.
  • the bus bar 200 (in this embodiment, the second bus bar 220 will be described as an example) is inserted into a part of the bus bar body 221 and the bus bar body ( It includes a safety portion 230 surrounded by 221).
  • the safety part 230 is made of a volume expansion resin, a conductive material, and an adhesive. That is, the safety portion 230 may be formed by filling a space (hole) formed in the busbar body 221 with a paste-like material in which a volume expansion resin, a conductive material, and an adhesive are mixed, and then curing it. Therefore, the safety part 230 may have the same thickness as the busbar body 221.
  • the volume expansion resin included in the safety part 230 includes a material that generates gas in an environment of a predetermined temperature or higher, specifically, 110°C to 120°C or higher. That is, the volume expansion resin is a material capable of generating gas by thermal decomposition at a temperature of 110°C to 120°C or higher.
  • An example of such a bulk expanding resin is melamine cyanurate.
  • the conductive material included in the safety part 230 may be a conductive powder, for example, metal powder or carbon powder.
  • the metal powder include silver, aluminum, gold, and lead, but are not particularly limited.
  • the conductive powder may be mixed with an adhesive, or a commercially available metal paste may be mixed with the volume expansion resin and an adhesive described below to form a safety portion 230. Since the safety unit 230 includes such a conductive material, when the battery module operates normally (that is, when an abnormal temperature rise does not occur), an increase in resistance of the bus bar 200 by the safety unit 230 occurs. It is possible to transmit the current smoothly without.
  • the adhesive included in the safety part 230 is not particularly limited as long as it is a resin that can be made into a paste form and cured by mixing with a volume expansion resin and a conductive material, and for example, an epoxy resin or the like can be used .
  • the safety part 230 may be formed by mixing a volume expansion resin, a conductive material, and an adhesive to form a paste, and then filling it in a space (hole) formed in the busbar body 221 and then curing it.
  • the volume expansion resin included in the safety part 230 is thermally decomposed to generate gas when the temperature in the battery module rises abnormally (thermal runaway) and becomes 110°C to 120°C or higher.
  • melamine isocyanurate is used as the volume expansion resin, nitrogen gas is generated by thermal decomposition.
  • the safety unit 230 expands, thereby increasing resistance.
  • the safety part 230 acts as a resistance layer, since the resistance increases between both sides around the safety part 230, no current flows or the amount of current flowing decreases. Therefore, when a sudden temperature rise occurs due to abnormal operation, it is possible to efficiently cut off the current to improve the safety of the battery module.
  • the safety portion 230 when the safety portion 230 is formed by mixing the volume expansion resin, the conductive material, and the adhesive, the safety portion 230 may be formed with the same thickness as the busbar body 221. Even if the safety part 230 is added, since the structure itself of the conventional bus bar 200 does not change, the configuration of the safety part 230 can be easily adopted without a design change.
  • the safety part 230 included in the second bus bar 220 is described as an example, but the safety part 230 may be included in the first bus bar 210 and also of other parts employed for electrical connection. It may also be employed for safety, and is not particularly limited. However, when the safety part 230 is located near the terminal connection part 222 that is connected to the external terminal, the current flow with the outside is blocked, so that the current blocking effect is achieved more quickly and effectively for the entire battery module 10. It has the advantage of being able to. That is, as illustrated in FIG. 2, the safety unit 230 may be located between the slit 202 and the terminal connection unit 222, thereby allowing the battery module ( 10) It is possible to quickly cut off the electrical connection from the outside to the whole.
  • FIG. 4 is a front view showing a bus bar according to another embodiment of the present invention.
  • the bus bar 200 may include a safety unit 231 formed in a plurality of stripes.
  • Other configurations except the shape of the safety unit 231 are the same as in the previous embodiment, and descriptions thereof are omitted here.
  • the safety part 231 included in the bus bar 200 of the present embodiment is a form in which a plurality of stripes are collected, and after forming a plurality of pattern-shaped holes in the bus bar body 221, the volume expansion resin described above, conductivity It can be formed by curing by filling the paste obtained by mixing the material and the adhesive. According to this, since each region filled with the paste is narrow, even if the viscosity of the paste is slightly dilute, the safety portion 231 can be formed without being affected by this, and workability is improved.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may be packaged in one or more of the pack case to form a battery pack.
  • the battery module described above and the battery pack including the same can be applied to various devices.
  • a device may be applied to a transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., but the present invention is not limited thereto, and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this invention It belongs to the scope of the invention.
  • battery module 100 battery cell
  • electrode lead 200 bus bar
  • first bus bar 220 second bus bar
  • bus bar body 222 terminal connection

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀, 및 상기 복수의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 버스바 본체, 및 상기 버스바 본체의 일부에 삽입되어 버스바 본체에 의해 둘러싸여 있는 안전부를 포함하고, 상기 안전부는 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제를 포함한다.

Description

전지 모듈
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 12월 13일자 한국 특허 출원 제10-2018-0161298호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안전성이 개선된 버스바를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지기 때문에, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 자동차 등에 적용되는 전지 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀을 포함하는 다수의 셀 조립체를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이렇게 설정된 전지 모듈은 상호 적층되는 복수 개의 전지 셀들 및 상기 복수 개의 전지 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 를 포함하여 구성된다.
이와 같은 중대형 전지 모듈에 있어서 안전성 확보를 위해 전지 셀 내부의 압력이 상승하게 되면 셀 내부의 리드를 녹여 전류를 차단하도록 설계되어 있으나, 셀 내부 압력의 상승 여부에 의해 작동하기 때문에 파우치형 셀일 경우 파우치 변형의 문제가 있다. 이 때문에 중대형 전지 모듈에 있어서도 셀 내부의 온도가 상승할 경우 전류를 차단하여 안정적으로 안전성을 확보할 수 있는 수단의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈에 있어서 온도 상승에 따른 열폭주 등의 이상 상황에서 전류를 차단하여 안전성을 확보할 수 있으며 동시에 정상적인 상황에서는 저항이 높지 않아 기존 성능을 동일하게 유지할 수 있는 버스바를 포함하는 전지 모듈을 제공하기 위한 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 전지 모듈은, 복수의 전지 셀, 및 상기 복수의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 버스바 본체, 및 상기 버스바 본체의 일부에 삽입되어 버스바 본체에 의해 둘러싸여 있는 안전부를 포함하고, 상기 안전부는 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제를 포함한다.
상기 안전부는 상기 버스바 본체와 동일한 두께를 가질 수 있다.
상기 부피 팽창 수지는 소정 온도 이상의 환경에서 가스를 발생시키는 물질을 포함할 수 있다.
상기 부피 팽창 수지는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate)를 포함할 수 있다.
상기 안전부는 상기 부피 팽창 수지, 상기 전도성 물질, 및 상기 접착제가 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 소정 온도 이상의 환경에서 부피 팽창 수지에서 가스가 발생하는 것에 의해 상기 안전부의 저항이 상승하여 전류가 차단될 수 있다.
상기 소정 온도 미만의 환경에서 상기 안전부는 상기 전도성 물질에 의해 도전성을 가질 수 있다.
상기 전도성 물질은 금속 분말 또는 탄소 분말일 수 있다.
상기 소정 온도는 110℃ 내지 120℃일 수 있다.
상기 버스바는, 상기 버스바 본체에 형성되고, 상기 복수의 전지 셀로부터 연장된 리드가 삽입되는 슬릿, 및 상기 버스바 본체의 일단부로부터 연장되어 절곡된 형상을 갖는 단자 연결부를 포함하고, 상기 안전부는 상기 슬릿과 상기 단자 연결부 사이에 위치할 수 있다.
상기 안전부는 복수의 스트라이프가 집합된 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 전지 모듈에 있어서 온도 상승에 따른 열폭주 등의 이상 상황에서 전류를 차단하여 안전성을 확보할 수 있으며 동시에 정상적인 상황에서는 저항이 높지 않아 기존 성능을 동일하게 유지할 수 있는 버스바를 사용하여 전지 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 전지 모듈의 버스바를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 버스바의 III-III'에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스바를 도시한 정면도이다.
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.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(10)은, 전지 셀(100)이 복수 개 적층되어 있는 전지 셀 적층체 및 상기 복수의 전지 셀(100)들을 전기적으로 연결하는 버스바(200)를 포함한다.
상기 전지 셀 적층체를 구성하는 개개의 전지 셀(100)은 예를 들면 파우치 타입 전지 셀로서 전극 조립체를 파우치 케이스에 수용한 형태를 가질 수 있고, 이들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하여 구성될 수 있으며, 공지의 구조를 갖는 전극 조립체를 채택할 수 있으므로 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
전극 조립체에 연결된 한 쌍의 전극 리드(110)는 파우치 케이스의 외측으로 인출되고, 예를 들면 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 인출될 수 있다. 본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 한 쌍의 전극 리드(110)가 서로 반대방향으로 인출된 형태를 갖는 파우치 타입 전지 셀(100)에 대해서만 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 전지 모듈에 적용되는 전지 셀(100)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드(110)가 서로 동일한 방향으로 인출되는 경우도 가능하다.
상기 전지 셀(100)들은 서로 동일한 극성을 갖는 전극 리드(11)들이 동일한 방향에 위치하도록 적층된다. 이는 버스바(200)를 이용하여 전극 리드(110)들을 전기적으로 연결시키는 경우 동일한 극성을 갖는 전극 리드(110)들끼리 연결이 되어야 하기 때문이다. 이처럼 동일한 극성을 갖는 전극 리드(110)들끼리 전기적으로 연결이 됨으로써 각각의 전지 셀(100)들은 병렬 연결을 이루게 된다.
상기 전극 리드(110)로는, 예를 들면 니켈(Ni)이 코팅된 알루미늄(Al) 재질의 얇은 금속 플레이트가 이용될 수 있고, 이러한 전극 리드(110)와 버스바(200)의 결합을 위한 용접 작업이 원활하게 이루어지도록 하기 위해 전극 리드(110)의 표면에 주석(Sn) 코팅을 해 둘 수 있다.
버스바(200)는 각각의 전지 셀(100)에 구비된 전극 리드(110)들을 전기적으로 연결시키기 위한 것으로서, 전극 리드(110)들이 삽입될 수 있는 슬릿(202)을 포함할 수 있다. 슬릿(202)에 삽입된 전극 리드(110)를 절곡하여 전극 리드(110)와 버스바(200)가 면접촉하도록 한 후 용접 등에 의해 연결하는 것에 의해 전기적 연결을 달성할 수 있다.
버스바(200)는 전지 모듈(10) 내의 전지 셀(100)들을 병렬 연결하는데 사용되는 제1 버스바(210)와, 전지 모듈(10)을 외부의 단자와 전기적으로 연결하는데 사용되는 제2 버스바(220)를 포함할 수 있다. 제 1 버스바(210)는 도 1에 도시된 바와 같이 평판형의 버스바 본체(211)와 이에 형성된 슬릿(202)을 포함할 수 있으나, 그 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 하나의 본체에 복수의 슬릿을 포함하는 형태나, 전극 리드 외의 다른 부품과의 결합을 위한 추가의 홀 또는 돌기 등을 포함할 수도 있으며, 필요에 따라 적절히 변형할 수 있다. 제2 버스바(220)는 도 1에 도시한 바와 같이, 슬릿(202)을 포함하는 버스바 본체(221)와, 상기 버스바 본체(221)의 일단으로부터 연장되어 전지 모듈(100)과 반대 방향을 향해 버스바 본체(221)와 대략 수직이 되도록 절곡되어 형성된 단자 연결부(222)를 포함할 수 있다. 단자 연결부(222)는 외부의 단자와 연결될 수 있는 하나 이상의 홀(223)을 포함할 수 있다.
이러한 버스바(200)는 버스파 프레임(도시하지 않음) 등에 결합되어 전지 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임(도시하지 않음)과 버스바 프레임이 결합하는 것에 의해 전극 리드(110)와 결합할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
도 2는 도 1에 나타낸 전지 모듈의 버스바를 도시한 정면도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 버스바의 III-III'에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 버스바(200, 본 실시예에서는 제2 버스바(220)를 예로 들어 설명한다)는 버스바 본체(221)의 일부에 삽입되어 버스바 본체(221)에 의해 둘러싸여 있는 안전부(230)를 포함한다.
안전부(230)는 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제를 포함하여 이루어진다. 즉, 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제가 혼합되어 있는 페이스트 상태의 물질을, 버스바 본체(221)에 형성된 공간(홀)에 채운 후 경화시키는 것에 의해 안전부(230)가 형성될 수 있으며, 이 때문에 안전부(230)는 버스바 본체(221)와 동일한 두께를 가질 수 있다.
안전부(230)에 포함된 부피 팽창 수지는 소정 온도 이상의 환경, 구체적으로는 110℃ 내지 120℃ 이상의 환경에서 가스를 발생시키는 물질을 포함한다. 즉, 부피 팽창 수지는 110℃ 내지 120℃ 이상의 온도에서 열분해되어 가스를 발생시킬 수 있는 물질이다. 이러한 부피 팽창 수지의 예로는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate) 등을 들 수 있다.
안전부(230)에 포함된 전도성 물질은 도전성의 분말일 수 있고, 예를 들면 금속 분말 또는 탄소 분말을 사용할 수 있다. 금속 분말의 예로는 은, 알루미늄, 금, 납 등을 들 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이러한 도선성의 분말을 접착제와 혼합하여 사용하거나 또는, 시판의 메탈 페이스트(metal paste)를 상기 부피 팽창 수지와 후술의 접착제와 함께 혼합하여 안전부(230)를 형성할 수 있다. 안전부(230)는 이러한 전도성 물질을 포함하기 때문에, 전지 모듈이 정상적으로 작동할 때(즉, 비정상적인 온도 상승이 발생하지 않을 때) 안전부(230)에 의한 버스바(200)의 저항 증가가 발생함이 없이 원활하게 전류를 전달할 수 있도록 한다.
안전부(230)에 포함된 접착제는, 부피 팽창 수지 및 전도성 물질과 혼합되어 페이스트 형태를 만들고 경화될 수 있는 수지라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
부피 팽창 수지, 전도성 물질, 및 접착제를 혼합하여 페이스트 형태로 만든 후 이를 버스바 본체(221)에 형성된 공간(홀)에 채운 후 경화시키는 것에 의해 안전부(230)를 형성할 수 있다. 안전부(230)에 포함된 부피 팽창 수지는, 전지 모듈 내의 온도가 비정상적으로 상승(열폭주)하여 110℃ 내지 120℃ 이상이 될 경우 열분해되어 가스를 발생시킨다. 예를 들면 부피 팽창 수지로서 멜라민 이소시아누레이트를 사용할 경우 열분해에 의해 질소 기체가 발생한다. 이와 같이 가스가 발생하면 안전부(230)가 팽창하여 저항이 증가하게 된다. 즉, 안전부(230)가 저항층으로 작용하게 되어 안전부(230)를 중심으로 양 측 사이에 저항이 증가하기 때문에 전류가 흐르지 않거나, 흐르는 전류의 양이 감소하게 된다. 따라서 비정상적인 작동에 의해 급격한 온도 상승이 발생하는 경우 효율적으로 전류를 차단하여 전지 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이 부피 팽창 수지, 전도성 물질, 및 접착제를 혼합하여 안전부(230)를 형성하는 경우, 버스바 본체(221)와 동일한 두께로 안전부(230)를 형성할 수 있고, 따라서 안전부(230)를 부가하더라도 종래의 버스바(200)의 구조 자체의 변경이 발생하지 않기 때문에 설계 변경 없이 용이하게 안전부(230)의 구성을 채용할 수 있다.
도 2에서는 제2 버스바(220)에 포함된 안전부(230)를 예로 들어 설명하였으나, 안전부(230)는 제1 버스바(210)에 포함될 수도 있고, 또한 전기적 연결을 위해 채용된 다른 부품의 안전성을 위해서도 채용될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만, 외부의 단자와 연결되는 단자 연결부(222) 근방에 안전부(230)가 위치할 경우, 외부와의 전류 흐름이 차단되기 때문에 전지 모듈(10) 전체에 대해 보다 빠르고 효과적으로 전류 차단의 효과를 달성할 수 있다는 점에서 이점이 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 안전부(230)는 슬릿(202)과 단자 연결부(222) 사이에 위치할 수 있고, 이에 의해 보다 적은 양 및 작은 면적의 안전부(230)에 의하더라도 전지 모듈(10) 전체에 대해 외부로부터의 전기적 연결을 신속하게 차단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 버스바를 도시한 정면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바(200)는 복수의 스트라이프가 집합된 형태로 형성된 안전부(231)를 포함할 수 있다. 안전부(231)의 형태를 제외한 다른 구성은 앞선 실시예와 동일한바, 여기서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 버스바(200)에 포함된 안전부(231)는 복수의 스트라이프가 집합된 형태로서, 버스바 본체(221)에 패턴 형상의 구멍을 복수로 형성한 후 이를 앞서 설명한 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제를 혼합하여 얻어진 페이스트로 채워서 경화하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이에 의하면, 페이스트에 의해 채워지는 각 영역이 좁기 때문에, 페이스트의 점도가 다소 묽더라도 이에 영향받지 않고 안전부(231)를 형성할 수 있게 되어 가공성이 향상된다.
또한 이러한 형상에 의하더라도, 비정상적으로 온도가 상승할 경우 안전부(231)가 형성된 영역에서 부피 팽창 수지에 의한 열분해가 충분히 일어나기 때문에 안전부(231)에 의한 전류 차단 효과는 동일하게 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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.
[부호의 설명]
10: 전지 모듈 100: 전지 셀
110: 전극 리드 200: 버스바
210: 제1 버스바 220: 제2 버스바
230, 231: 안전부 202: 슬릿
211, 221: 버스바 본체 222: 단자 연결부
223: 홀

Claims (13)

  1. 복수의 전지 셀, 및
    상기 복수의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는 버스바 본체, 및 상기 버스바 본체의 일부에 삽입되어 버스바 본체에 의해 둘러싸여 있는 안전부를 포함하고,
    상기 안전부는 부피 팽창 수지, 전도성 물질 및 접착제를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 안전부는 상기 버스바 본체와 동일한 두께를 갖는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 부피 팽창 수지는 소정 온도 이상의 환경에서 가스를 발생시키는 물질을 포함하는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 부피 팽창 수지는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate)를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 안전부는 상기 부피 팽창 수지, 상기 전도성 물질, 및 상기 접착제가 혼합되어 형성되는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 소정 온도 이상의 환경에서 부피 팽창 수지에서 가스가 발생하는 것에 의해 상기 안전부의 저항이 상승하여 전류가 차단되는 전지 모듈.
  7. 제3항에서,
    상기 소정 온도 미만의 환경에서 상기 안전부는 상기 전도성 물질에 의해 도전성을 갖는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 전도성 물질은 금속 분말 또는 탄소 분말인 전지 모듈.
  9. 제3항에서,
    상기 소정 온도는 110℃ 내지 120℃인 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 버스바는, 상기 버스바 본체에 형성되고, 상기 복수의 전지 셀로부터 연장된 리드가 삽입되는 슬릿, 및 상기 버스바 본체의 일단부로부터 연장되어 절곡된 형상을 갖는 단자 연결부를 포함하고, 상기 안전부는 상기 슬릿과 상기 단자 연결부 사이에 위치하는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 안전부는 복수의 스트라이프가 집합된 형상을 갖는 전지 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈, 및
    상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
    를 포함하는 전지 팩.
  13. 제 12 항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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