WO2023027522A1 - 연결 와이어 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a connection wire and a battery pack including the same, and more particularly, to a connection wire for high voltage (HV) connection and a battery pack including the same.
  • HV high voltage
  • secondary batteries capable of charging and discharging are a solution to air pollution, such as existing gasoline vehicles using fossil fuels, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV), etc., the need for development of secondary batteries is increasing.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and a battery case in which the electrode assembly is sealed and housed together with an electrolyte solution.
  • lithium secondary batteries can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of an exterior material.
  • a battery module electrically connecting multiple battery cells this is used In this battery module, capacity and output are improved by forming a battery cell stack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery disconnect unit (BDU), a battery management system (BMS), and a cooling system to form a battery pack.
  • BDU battery disconnect unit
  • BMS battery management system
  • a cooling system to form a battery pack.
  • the HV connection is a connection serving as a power source for supplying power, and means a connection between battery cells or between battery modules.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a connection wire having increased flexibility and a battery pack including the same so that it can be applied to a limited space inside the battery pack.
  • a connection wire includes a plurality of conductive members; and an insulating member surrounding the conductive members, wherein the insulating member has a rolled shape and is positioned on an inner surface of the insulating member around which the conductive members are wound.
  • the conductive member may include an exposed terminal portion extending longer than the insulating member in one direction.
  • the connecting wire may have a form in which the insulating member is wound in a state in which the conductive members are sequentially disposed in a direction from one end at a center side of the insulating member to one end at an outer side of the insulating member.
  • the distance between the conductive member closest to the outer end of the insulating member and the outer end of the insulating member is between the conductive member closest to the center end of the insulating member and the center end of the insulating member. may be wider than the spacing of
  • the insulating member may be wound one or more times to form an outer insulating portion.
  • the conductive member may be a flexible flat cable.
  • the conductive member may include a conductor and an insulating film surrounding the conductor.
  • the conductive member may be an electric conductor.
  • the connection wire may further include a shielding circuit unit.
  • the shielding circuit part may be positioned on an inner surface of the insulating member, and the shielding circuit part may be positioned farther from the center of the winding than the conductive members based on the rolled shape of the insulating member.
  • connection wire may have a shape in which the insulating member is wound in a state in which the circuit part for shielding is spaced apart from the conductive member in a direction from a central end of the insulating member to an outer end of the insulating member.
  • the shielding circuit part may include a metal layer.
  • connection wire may further include a short circuit prevention sheet.
  • the short circuit prevention sheet may be positioned on an inner surface of the rolled insulation member, and based on the rolled shape of the insulation member, the short circuit prevention sheet may be positioned farther from the winding center than the conductive members.
  • the short circuit prevention sheet may include a ceramic sheet.
  • the short circuit prevention sheet may include a mica (MICA) sheet.
  • MICA mica
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes the connection wire; battery modules; and a BDU module, wherein the connection wire electrically connects between the battery modules or between the battery module and the BDU module.
  • connection wire may be increased by providing a connection wire in a form in which a plurality of conductive members are wound around an insulating member.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a battery module included in the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a partial perspective view showing a state in which the module frame and the end plate are removed for the battery module of FIG. 2 .
  • Figure 4 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to an embodiment of the present invention.
  • connection wire 5 is a perspective view showing a connection wire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of the connecting wire of FIG. 5 viewed along direction A;
  • FIG. 7 is a partial perspective view illustrating a conductive member according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view illustrating a conductive member according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial perspective view showing a flexible bus bar according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a process of forming a bent portion in a connecting wire according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a connecting wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view of the connection wire of FIG. 12 viewed along direction B;
  • Figure 14 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • connection wire 15 is a perspective view showing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view of the connecting wire of FIG. 15 viewed along a direction C;
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • a part when a part is said to be “directly on” another part, it means that there is no other part in between.
  • a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located “on” or “on” in the opposite direction of gravity does not mean no.
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1000 includes a connection wire 100 , battery modules 1200 , and a battery disconnect unit (BDU) module 1300 .
  • the connection wire 100 according to this embodiment electrically connects between the battery modules 1200 or between the battery modules 1200 and the BDU module 1300 .
  • a plurality of battery modules 1200 may be accommodated in the pack frame 1100, and the electrical connection between the battery modules 1200 or the electrical connection between the battery module 1200 and the BDU module 1300 is a connection wire (100).
  • the connection wire 100 according to the present embodiment may be responsible for high voltage (HV) connection.
  • the HV connection is a connection serving as a power source for supplying power, and means a connection between battery cells or between battery modules.
  • the BDU module 1300 is a member for controlling the electrical connection of the battery module 1200, and may cut off power between the power converter and the battery module 1200.
  • the BDU module 1300 may secure the safety of the battery pack 1000 by cutting off the power of the battery pack 1000 when a condition in which the current exceeds a set range occurs.
  • the battery pack 1000 connects the BMS (Battery Management System) module 1400 for monitoring and controlling the operation of the battery module 1200 and the battery module 1200 and the BMS module 1400.
  • the connecting member 100 ′ may be responsible for low voltage (LV) connection.
  • the LV connection means a sensing connection for sensing and controlling the voltage and temperature of the battery module 1200 .
  • a sensor or the like inside the battery module 1200 is disposed, and real-time temperature information or voltage information of the battery module 1200 is transferred to the BMS module 1400 through the connecting member 100'.
  • a real-time operating state of the battery module 1200 may be monitored and controlled through the BMS module 1400 .
  • the battery module 1200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • the battery module 1200 described below is an exemplary structure of a battery module including a plurality of battery cells 11, and various types of battery modules including a plurality of battery cells may be applied.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a battery module included in the battery pack of FIG. 1 .
  • 3 is a partial perspective view showing a state in which the module frame and the end plate are removed for the battery module of FIG. 2 .
  • the battery module 1200 may include a battery cell stack 11A in which a plurality of battery cells 11 are stacked.
  • the battery cell stack 11A is shown in FIG. 3 .
  • the battery cell stack 11A may be accommodated in the module frame 30 and the end plate 40 .
  • the battery cell 11 may be a pouch type battery cell.
  • a pouch-type battery cell may be formed by accommodating an electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then fusing the outer periphery of the pouch case.
  • These battery cells 11 may be formed in a rectangular sheet structure.
  • the electrode leads 11L connected to the electrode assembly protrude out of the pouch case, and the electrode leads 11L of each battery cell 11 may be electrically connected to each other via a bus bar 21. Meanwhile, at least one electrode lead 11L may be connected to the terminal bus bar 22 .
  • a partial area of the terminal bus bar 22 may be exposed to the outside of the battery module 1200 as shown in FIG. 2 .
  • connection wire 100 is electrically connected to the terminal bus bar 22, so that the above-described HV connection can be made. That is, the battery module 1200 may be electrically connected to another battery module 1200 or the BDU module 1300 via the connection wire 100 connected to the terminal bus bar 22 .
  • connection wire according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6 .
  • Figure 4 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a perspective view showing a connection wire according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a plan view of the connecting wire of FIG. 5 viewed along direction A;
  • the connection wire 100a includes a plurality of conductive members 200 and an insulating member 300 surrounding the conductive members 200 .
  • the insulating member 300 has a rolled shape, and is positioned on the inner surface 300N of the insulating member 300 on which the conductive members 200 are wound.
  • the insulating member 300 may be wound (W) round.
  • W the inner surface 300N of the insulating member 300 referred to herein is the one surface of the insulating member 300 on which the conductive members 200 are placed, that is, the direction in which the insulating member 300 is wound (W). may correspond to one side of
  • the connecting wire 100a is a conductive member ( In a state in which the 200 are sequentially arranged, the insulating member 300 may be wound around the conductive members 200 .
  • the center side end 300Ea of the insulating member 300 is a first wound portion of the insulating member 300, and is located at the winding center (WC, see FIG. 6) of the wound insulating member 300.
  • the outer end 300Eb of the insulating member 300 is a portion that is wound most recently in the insulating member 300 and is positioned at the outermost part of the wound insulating member 300 .
  • the conductive member 200 may include an exposed terminal portion 200T extending longer than the insulating member 300 in one direction. That is, in the direction in which the connecting wire 100a extends, the conductive member 200 is formed longer than the insulating member 300, and both ends of the conductive member 200 are exposed to the outside of the insulating member 300, A terminal unit 200T may be provided. There is no particular limitation on the method of forming the terminal portion 200T. For example, the terminal portion 200T may be naturally formed by forming the conductive member 200 longer than the insulating member 300 . Alternatively, after the conductive members 200 are wrapped with the insulating member 300, portions of both ends of the insulating member 300 may be removed to expose the terminal portion 200T.
  • terminal portions 200T of the conductive members may be joined to each other by welding or riveting.
  • terminal units 200T are connected to the terminal bus bar 22 of the battery module 1200 described above, and HV connection can be made. This will be described again with reference to each embodiment of FIGS. 7 and 8 .
  • FIGS. 4 and 5 only both ends of the connecting wire 100a are enlarged and illustrated for convenience of description, but the connecting wire 100a has a wire shape that is long.
  • the insulating member 300 may include an electrically insulating material.
  • the insulating member 300 may include one or more materials selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyethylene (PE), and polyvinyl chloride (PVC).
  • the insulating member 300 may include a predetermined insulating adhesive layer.
  • the insulating adhesive layer may include one or more resins selected from the group consisting of epoxy resins, acrylic resins, melamine resins, polyamide resins, and polyimide resins.
  • the outer end 300Eb of the insulating member 300 may be attached and fixed by a method such as an adhesive or taping so that the rolled insulating member 300 does not unwind. Alternatively, it may be fixed by applying a band tie to the outside of the insulating member 300 . Alternatively, an additional insulating coating may be formed to prevent the insulating member 300 from loosening.
  • a method such as an adhesive or taping so that the rolled insulating member 300 does not unwind.
  • it may be fixed by applying a band tie to the outside of the insulating member 300 .
  • an additional insulating coating may be formed to prevent the insulating member 300 from loosening.
  • these are exemplary methods and there is no particular limitation on the method as long as the outer end 300Eb of the insulating member 300 can be fixed.
  • the distance Gb between the conductive member 200b closest to the outer end 300Eb of the insulating member 300 and the outer end 300Eb of the insulating member 300 is It may be wider than the distance Ga between the conductive member 200a closest to the center side end 300Ea of 300 and the center side end 300Ea of the insulating member 300 . That is, in the connection wire 100a according to the present embodiment, the distance Gb between the conductive member 200b and the outer end 300Eb of the insulating member 300 may be intentionally increased.
  • the outermost region of the connection wire 100a may be configured such that only the insulating member 300 is additionally wound without the conductive member 200 being interposed therebetween.
  • the insulating member 300 may be wound one or more times to form the outer insulating portion 300U.
  • the insulating member 300 may be wound one or more times to form the outer insulating portion 300U.
  • FIG. 7 is a partial perspective view illustrating a conductive member according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the conductive member 200 may be a flexible flat cable (FFC). That is, the conductive member 200 according to the present embodiment may be a cable obtained by wrapping one or a plurality of conductor circuit lines with an insulator on the same plane and sealing them.
  • the conductive member 200 may include a conductor portion 210 and an insulating film 220 surrounding the conductor portion 210 .
  • Conductor 210 may include an electrically conductive material.
  • the conductor unit 210 may include one or more metal materials selected from the group consisting of gold, silver, copper, lead, and aluminum.
  • the conductor unit 210 may be provided in plurality.
  • the plurality of conductor parts 210 may be arranged spaced apart by a predetermined distance in the width direction d2 of the conductive member 200 .
  • the width direction d2 of the conductive member 200 may be a direction orthogonal to a direction in which the conductive member 200 is connected.
  • the insulating film 220 is an electrical insulating material, for example, one or more materials selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyethylene (PE), and polyvinyl chloride (PVC).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • the conductive member 200 is a flexible flat cable, and in a state where the conductor parts 210 are arranged in parallel at predetermined intervals, insulating films are placed above and below the conductor parts 210, respectively. After placing the 220, it may be manufactured by laminating the insulating film 220.
  • connection wire 100a may be formed by disposing the conductive members 200, which are flexible flat cables, on one surface of the insulating member 300 and then winding the insulating member 300.
  • a portion of the insulating film 220 may be removed from a region corresponding to the terminal portion 200T of the conductive member 200 to expose a portion of the conductor portion 210 .
  • An exposed portion of the conductor unit 210 may be connected to the terminal bus bar described above.
  • FIG. 8 is a partial perspective view illustrating a conductive member according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the conductive member 200' may be an electrical conductor. That is, the conductive member 200 ′ according to the present embodiment may include a metal material having electrical conductivity.
  • the conductive member 200 ′ may be an electrical conductor including one or more metal materials selected from the group consisting of gold, silver, copper, lead, and aluminum.
  • the connection wire 100a according to another embodiment of the present invention may be formed by disposing a conductive member 200', which is an electrical conductor, on one surface of the insulating member 300 and then winding the insulating member 300. .
  • connection wire 100a will be described through comparison with the flexible bus bar according to the comparative example of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial perspective view showing a flexible bus bar according to a comparative example of the present invention.
  • a flexible bus bar 10 conventionally used for HV connection may include conductor parts 10C and an insulating tube part 10T surrounding the conductor parts 10C.
  • the insulation tube part 10T is configured to surround them. Even if a material with flexibility is applied, there are bound to be restrictions on implementing a bent part.
  • the conventional flexible bus bar 10 has limitations in adapting to the available space inside the battery pack.
  • Figure 10 is a schematic diagram for explaining a process of forming a bent portion in the connection wire according to an embodiment of the present invention.
  • connection wire 100a in the connection wire 100a according to the present embodiment, the insulating member 300 is wound with the conductive members 200 on the inner surface 300N. Because of the formed shape, a gap is created between the conductive members 200 or inside the insulating member 300.
  • a portion of the connecting wire 100a may be locally compressed using the air gap inside the connecting wire 100a.
  • the bent portion BP may be formed in the connection wire 100a by bending the compressed portion of the connection wire 100a. That is, the shape of the cross section of the connecting wire 100a according to the present embodiment can be locally changed using the internal void, so that the radius of curvature of the bent portion BP can be reduced.
  • the connection wire 100a can be strongly bent with a small radius of curvature, so it is more suitable for application to a narrow space inside a battery pack.
  • the insulating member 300 may be wound so that the conductive members 200 do not overlap each other.
  • each of the conductive members 200 comes into contact only with the wound insulating member 300 and may be positioned so as not to come into contact with other conductive members 200 . That is, a space can be secured between the conductive members 200, which can work as an advantage in terms of heat dissipation. Since the space between the conductive members 200 is advantageous for heat dissipation, it is possible to conduct electricity even when the cross-sectional area of the connecting wire 100a is formed somewhat small, which can be seen as an advantageous factor in weight reduction and cost reduction.
  • connection wire according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 13 .
  • Figure 11 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • 12 is a perspective view showing a connecting wire according to another embodiment of the present invention.
  • 13 is a plan view of the connection wire of FIG. 12 viewed along direction B;
  • a connection wire 100b according to another embodiment of the present invention includes a plurality of conductive members 200 and an insulating member 300 surrounding the conductive members 200 .
  • the insulating member 300 has a rolled shape, and is positioned on the inner surface 300N of the insulating member 300 on which the conductive members 200 are wound. This is the same as the connection wire 100a described above.
  • connection wire 100b may further include a shielding circuit unit 400, and the shielding circuit unit 400 may be positioned on the inner surface 300N of the wound insulating member 300. .
  • the insulating member 300 may be wound (W) round. .
  • W connection wire 100b shown in FIGS. 12 and 13 .
  • the conductive members 200 are disposed closer to the central one end 300Ea of the insulating member 300 than the shielding circuit units 400, and the shielding circuit units 400 are insulated from the conductive members 200. It can be disposed close to the outer end (300Eb) of the member (300). That is, in the direction d1 from the central one end 300Ea of the insulating member 300 to the outer end 300Eb of the insulating member 300, the conductive members 200 are first sequentially disposed, and then the shielding circuit unit 400 ) can be placed sequentially.
  • the insulating member 300 is wound (W) in this state, as shown in FIGS.
  • the shielding circuit unit 400 is formed by the conductive member 200. It may be located farther from the winding center (WC) than the That is, on the cross-section of the connection wire 100b, the shielding circuit units 400 may be positioned outside the conductive members 200.
  • the shielding circuit unit 400 may include a metal layer.
  • the shielding circuit unit 400 may be a layered member including one or more metal materials selected from the group consisting of gold, silver, copper, lead, and aluminum.
  • the shielding circuit unit 400 is located outside the conductive member 200 and serves to prevent noise interference between the conductive member 200 functioning as a current circuit and the outside.
  • the insulating member 300 may be wound with a predetermined gap between the shielding circuit units 400 and the outer end 300Eb of the insulating member 300 .
  • the portion of the insulation member 300 at the interval may be configured as an outer insulation portion 300U at an outermost portion of the connection wire 100b.
  • the shielding circuit unit 400 together with the conductive member 200 is disposed on one surface of the insulating member 300, and then wound together to form the connection wire 100b.
  • a circuit unit 400 for shielding may be provided. That is, when the insulating member 300 is wound without a separate additional process, the shielding member can be easily prepared by simply adding the shielding circuit unit 400 .
  • connection wire 100b is directed from the central end 300Ea of the insulating member 300 to the outer end 300Eb of the insulating member 300.
  • the insulating member 300 in a state in which the shielding circuit unit 400 is spaced apart from the conductive member 200, the insulating member 300 may be wound. That is, when the insulating member 300 is wound, the shielding circuit unit 400 may be positioned to be spaced apart from the conductive member 200 by a predetermined interval.
  • the portion of the insulating member 300 corresponding to the gap between the conductive member 200 and the shielding circuit unit 400 is an intermediate insulating unit 300M that electrically insulates the conductive members 200 and the shielding circuit unit 400.
  • connection wire 100b adjusts the distance between the conductive member 200 on the insulating member 300 and the shielding circuit unit 400 before winding, and the conductive member 200 and the shielding circuit unit It has the advantage of being able to easily provide an insulating layer between (400).
  • 11 to 13 show a form in which a plurality of circuit parts 400 for shielding are arranged at regular intervals, but a form in which a single plate-shaped circuit part for shielding 400 is wound together with an insulating member 300 is also possible.
  • connection wire according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 14 to 16 .
  • Figure 14 is a schematic diagram for explaining a process of manufacturing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a perspective view showing a connection wire according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a plan view of the connecting wire of FIG. 15 viewed along a direction C;
  • a connection wire 100c according to another embodiment of the present invention includes a plurality of conductive members 200 and an insulating member 300 surrounding the conductive members 200.
  • the insulating member 300 has a rolled shape, and is positioned on the inner surface 300N of the insulating member 300 on which the conductive members 200 are wound. This is the same as the previously described connection wires (100a, 100b).
  • connection wire 100c may further include a short circuit prevention sheet 500, and the short circuit prevention sheet 500 may be positioned on the inner surface 300N of the wound insulation member 300. there is.
  • the insulating member 300 may be wound (W) round. Through this, it is possible to manufacture the connection wire 100c shown in FIGS. 15 and 16 .
  • the conductive members 200 are disposed closer to the center side end 300Ea of the insulating member 300 than the short circuit prevention sheet 500, and the short circuit prevention sheet 500 is placed closer to the insulating member than the conductive members 200. It can be placed close to the outer end (300Eb) of (300). That is, in the direction d1 from the central end 300Ea of the insulating member 300 to the outer end 300Eb of the insulating member 300, the conductive members 200 are first sequentially disposed, and then the short circuit prevention sheet 500 ) can be placed.
  • the insulating member 300 is wound (W) in this state, as shown in FIGS.
  • the short circuit prevention sheet 500 is formed by the conductive member 200 It may be located farther from the winding center (WC) than the That is, on the cross-section of the connection wire 100c, the short circuit prevention sheet 500 may be positioned outside the conductive members 200.
  • the short circuit prevention sheet 500 may include a ceramic sheet. More specifically, the short circuit prevention sheet 500 may include a mica (MICA) sheet. That is, the short circuit prevention sheet may include a silicate-containing inorganic sheet.
  • MICA mica
  • the battery pack according to the present embodiment When the battery pack according to the present embodiment is applied to a vehicle or the like, it is frequently exposed to direct sunlight and may be placed in high temperature conditions such as in summer or in a desert area.
  • the thermal runaway phenomenon generated in one battery module easily propagates to neighboring battery modules, eventually causing ignition of the battery pack itself. could lead to an explosion.
  • One example of a thermal runaway phenomenon is as follows. Physical, thermal, and electrical damage to the battery cell 11, including overcharging, may occur, and the internal pressure of the battery cell 11 may increase. When the fusion strength limit value of the pouch-type cell case of the battery cell 11 is exceeded, high-temperature heat generated from the battery cell 11 and venting gas may be ejected to the outside of the battery cell 11 .
  • the short circuit prevention sheet 500 is placed on one surface of the insulating member 300 together with the conductive member 200, and then wound together to form the connection wire 100c.
  • a layer for preventing short circuits may be provided. Even when the inside of the battery pack becomes a high-temperature environment due to a thermal runaway phenomenon or the like, the short-circuit prevention sheet 500 including the ceramic sheet may maintain its shape without melting. Accordingly, it is possible to prevent a short circuit from occurring when a conductor, such as the conductive member 200 therein, touches an external device. in other words. In a high-temperature environment, additional hazardous situations can be prevented from occurring.
  • connection wire 100c according to the present embodiment has the advantage that a layer for preventing thermal diffusion can be easily prepared by simply adding the short circuit prevention sheet 500 when the insulating member 300 is wound without a separate additional process.
  • a short circuit prevention sheet 500 such as a mica sheet
  • connection wire 100c according to the present embodiment can easily add a short circuit prevention sheet 500, Excellent stability can be secured by preventing a short in the event of thermal runaway.
  • the battery pack according to the present embodiment described above can be applied to various devices. Specifically, it can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • ESS energy storage systems

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어는, 복수의 도전 부재들; 및 상기 도전 부재들을 감싸는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 권취된 형태이며, 상기 도전 부재들이 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치한다.

Description

연결 와이어 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 8월 25일자 한국 특허 출원 제10-2021-0112603호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 연결 와이어 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 HV(High Voltage) 연결을 위한 연결 와이어 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
전지팩이 장착되는 디바이스에 고전류가 사용되고, 그로 인해 발열량이 증가하기 때문에 전지팩에서 HV(High voltage) 연결을 담당하는 HV 와이어나 HV 버스바의 단면적이 증대되고 있다. 단면적 증가에 따라 HV 연결을 위해 플렉시블 HV 와이어나 플렉시블 버스바를 적용하더라도, 구부러진 부분을 구현하기 쉽지 않고, 전지팩 내부의 가용 공간대로 상기 플렉시블 HV 와이어나 플렉시블 버스바를 배치하기 어려운 문제가 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
이에, 전지팩 내부의 한정적인 공간에 적용할 수 있도록, 형상 변형이 자유로운 HV 연결 구조에 대한 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지팩 내부의 한정적인 공간에 적용될 수 있도록 유연성이 증대된 연결 와이어 및 이를 포함하는 전지팩을 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 연결 와이어는, 복수의 도전 부재들; 및 상기 도전 부재들을 감싸는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 권취된 형태이며, 상기 도전 부재들이 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치한다.
상기 도전 부재는, 상기 절연 부재보다 일 방향으로 길게 연장되어 노출된 단자부를 포함할 수 있다.
상기 연결 와이어는 상기 절연 부재의 중심측 일단에서 상기 절연 부재의 외측 일단으로의 방향으로 상기 도전 부재들이 차례로 배치된 상태에서, 상기 절연 부재가 권취된 형태일 수 있다.
상기 절연 부재의 상기 외측 일단에 가장 가까운 상기 도전 부재와 상기 절연 부재의 상기 외측 일단 사이의 간격이, 상기 절연 부재의 상기 중심측 일단에 가장 가까운 상기 도전 부재와 상기 절연 부재의 상기 중심측 일단 사이의 간격보다 넓을 수 있다.
가장 바깥쪽 영역에서, 상기 절연 부재가 1회 이상 권취되어 외곽 절연부를 형성할 수 있다.
상기 도전 부재는, 플렉시블 플랫 케이블일 수 있다.
상기 도전 부재는, 도체부 및 상기 도체부를 감싸는 절연 필름을 포함할 수 있다.
상기 도전 부재는, 전기 전도체일 수 있다.
상기 연결 와이어는, 차폐용 회로부를 더 포함할 수 있다. 상기 차폐용 회로부는 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치할 수 있고, 상기 절연 부재의 권취된 형태를 기준으로, 상기 차폐용 회로부가 상기 도전 부재들보다 권취 중심으로부터 멀리 위치할 수 있다.
상기 연결 와이어는, 상기 절연 부재의 중심측 일단에서 상기 절연 부재의 외측 일단으로의 방향으로 상기 차폐용 회로부가 상기 도전 부재로부터 이격된 상태에서, 상기 절연 부재가 권취된 형태일 수 있다.
상기 차폐용 회로부는 금속층을 포함할 수 있다.
상기 연결 와이어는, 단락 방지 시트를 더 포함할 수 있다. 상기 단락 방지 시트는, 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치할 수 있고, 상기 절연 부재의 권취된 형태를 기준으로, 상기 단락 방지 시트는 상기 도전 부재들보다 권취 중심으로부터 멀리 위치할 수 있다.
상기 단락 방지 시트는, 세라믹 시트를 포함할 수 있다.
상기 단락 방지 시트는, 마이카(MICA) 시트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 연결 와이어; 전지 모듈들; 및 BDU 모듈을 포함하고, 상기 연결 와이어는, 상기 전지 모듈들 사이 또는 상기 전지 모듈과 상기 BDU 모듈 사이를 전기적으로 연결한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 도전 부재를 절연 부재에 권취하는 형태로 연결 와이어를 마련함으로써, 연결 와이어의 유연성을 높일 수 있다.
구체적으로, 절연 부재를 이용해 권취한 형태이기 때문에 절연 부재 내부의 공극을 국부적으로 압축한 뒤 구부릴 수 있다. 상기와 같이 절연 부재 내부의 공극을 압축하여 구부릴 수 있기 때문에 좀더 축소된 곡률 반경으로 연결 와이어에 구부러진 부분을 형성할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 전지팩에 포함된 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 대해 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 제거한 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 연결 와이어를 A 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 부재를 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도전 부재를 나타낸 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 플렉시블 버스바를 나타낸 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어에 구부러진 부분을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 12의 연결 와이어를 B 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다.
도 16은 도 15의 연결 와이어를 C 방향을 따라 바라본 평면도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 평면도이다.
도 1을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 연결 와이어(100), 전지 모듈(1200)들 및 BDU(battery disconnect unit) 모듈(1300)을 포함한다. 본 실시예에 따른 연결 와이어(100)는, 전지 모듈(1200)들 사이 또는 전지 모듈(1200)과 BDU 모듈(1300) 사이를 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 복수의 전지 모듈(1200)들이 팩 프레임(1100)에 수납될 수 있고, 전지 모듈(1200) 사이의 전기적 연결이나 전지 모듈(1200)과 BDU 모듈(1300) 사이의 전기적 연결이 연결 와이어(100)에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100)는 HV(High voltage) 연결을 담당할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
한편, BDU 모듈(1300)은 전지 모듈(1200)의 전기적 연결을 제어하기 위한 부재로써, 전력변환장치와 전지 모듈(1200) 사이에서 전원을 차단할 수 있다. BDU 모듈(1300)은 전류가 설정범위를 넘는 조건이 발생하면 전지팩(1000)의 전원을 차단하여 전지팩(1000)의 안전성을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈(1200)의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System) 모듈(1400) 및 전지 모듈(1200)과 BMS 모듈(1400)를 연결하는 연결 부재(100’)를 포함할 수 있다. 연결 부재(100’)는 LV(Low voltage) 연결을 담당할 수 있다. 여기서 LV 연결은 전지 모듈(1200)의 전압 및 온도를 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다. 구체적으로, 전지 모듈(1200) 내부의 센서 등이 배치되고, 전지 모듈(1200)의 실시간 온도 정보나 전압 정보가 연결 부재(100’)를 통해 BMS 모듈(1400)로 전달된다. BMS 모듈(1400)을 통해 전지 모듈(1200)의 실시간 작동 상태를 모니터링 및 제어할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈(1200)에 대해 설명하도록 한다. 다만, 아래에서 설명하는 전지 모듈(1200)은 복수의 전지셀(11)을 포함하는 전지 모듈의 하나의 예시적 구조이며, 복수의 전지셀을 포함하는 다양한 형태의 전지 모듈이 적용될 수 있다.
도 2는 도 1의 전지팩에 포함된 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈에 대해 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 제거한 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(1200)은, 복수의 전지셀(11)이 적층된 전지셀 적층체(11A)를 포함할 수 있다. 전지셀 적층체(11A)는 도 3에 도시되어 있다. 이러한 전지셀 적층체(11A)는 모듈 프레임(30)과 엔드 플레이트(40)에 수납될 수 있다.
전지셀(11)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 융착하여 형성될 수 있다. 이러한 전지셀(11)은 장방형 시트 구조로 형성될 수 있다. 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드(11L)는 상기 파우치 케이스의 외부로 돌출되는데, 각 전지셀(11)의 전극 리드(11L)는 버스바(21)를 매개로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 적어도 하나의 전극 리드(11L)는 터미널 버스바(22)에 연결될 수 있다. 터미널 버스바(22)의 일부 영역은 도 2에 도시된 것처럼 전지 모듈(1200)의 외부로 노출될 수 있다. 이러한 터미널 버스바(22)에 본 실시예에 따른 연결 와이어(100)가 전기적으로 접속되어, 상술한 HV 연결이 이루어질 수 있다. 즉 전지 모듈(1200)은 터미널 버스바(22)에 연결되는 연결 와이어(100)를 매개로 다른 전지 모듈(1200)이나 BDU 모듈(1300)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 5의 연결 와이어를 A 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는, 복수의 도전 부재(200)들 및 도전 부재(200)들을 감싸는 절연 부재(300)를 포함한다. 이 때, 절연 부재(300)는 권취된 형태이며, 도전 부재(200)들이 권취된 절연 부재(300)의 내측면(300N)에 위치한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 일면에 도전 부재(200)들을 배치한 후, 절연 부재(300)를 둥글게 권취(W)할 수 있다. 이를 통해 도 5 및 도 6에 도시된 연결 와이어(100a)를 제조할 수 있다. 이 때, 본 명세서에서 지칭하는 절연 부재(300)의 내측면(300N)은, 도전 부재(200)들이 놓이는 절연 부재(300)의 상기 일면, 즉 절연 부재(300)가 권취(W)되는 방향의 일면에 해당할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는, 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에서 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)으로의 방향(d1)으로 도전 부재(200)들이 차례로 배치된 상태에서, 절연 부재(300)가, 도전 부재(200)들을 감싸듯이, 권취된 형태일 수 있다. 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)은 절연 부재(300)에서 제일 먼저 권취되는 부분으로, 권취된 절연 부재(300)의 권취 중심(WC, 도 6 참고)에 위치하는 부분이다. 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)은 절연 부재(300)에서 가장 나중에 권취되는 부분으로, 권취된 절연 부재(300)의 가장 바깥쪽에 위치하는 부분이다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 도전 부재(200)는, 절연 부재(300)보다 일 방향으로 길게 연장되어 노출된 단자부(200T)를 포함할 수 있다. 즉, 연결 와이어(100a)가 연장되는 방향에 대해서, 도전 부재(200)가 절연 부재(300) 보다 길게 형성되고, 도전 부재(200)의 양 단부가 절연 부재(300)의 외부로 노출되어, 단자부(200T)가 마련될 수 있다. 단자부(200T)를 형성하는 방법에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 도전 부재(200)를 절연 부재(300)보다 길게 형성하여 단자부(200T)를 자연스럽게 형성할 수 있다. 또는, 도전 부재(200)들을 절연 부재(300)로 감싼 후 절연 부재(300)의 양 단부의 일부를 제거하여 단자부(200T)가 드러나도록 형성할 수 있다.
도전 부재의 단자부(200T)끼리 용접 또는 리벳팅(riveting)의 방법으로 서로 접합될 수 있다. 또 단자부(200T)들이 앞서 설명한 전지 모듈(1200)의 터미널 버스바(22) 등에 접속되어, HV 연결이 이루어질 수 있다. 이에 대해서는, 도 7 및 도 8 각각의 실시예를 참고하여 다시 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5에는 설명의 편의를 위해 연결 와이어(100a)의 양 끝부분만을 확대하여 도시하였으나, 연결 와이어(100a)는 길게 이어지는 와이어 형태이다.
절연 부재(300)는 전지적 절연성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(300)는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 및 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 또한, 절연 부재(300)는 소정의 절연성 접착층을 포함할 수 있다. 여기서, 절연성 접착층은, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 멜라민 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다.
한편, 권취된 절연 부재(300)가 풀리지 않도록 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)을, 접착제나 테이핑(taping) 등의 방법으로, 부착시켜 고정할 수 있다. 또는 절연 부재(300)의 외측에 밴드 타이(Band tie)를 적용하여 고정시킬 수 있다. 또는 추가적인 절연 피복을 형성하여 절연 부재(300)가 풀리는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 방법들이며, 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)을 고정시킬 수 있다면 그 방법에 특별한 제한은 없다.
한편, 도 4에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)에 가장 가까운 도전 부재(200b)와 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb) 사이의 간격(Gb)이, 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에 가장 가까운 도전 부재(200a)와 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea) 사이의 간격(Ga)보다 넓을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)에 있어서, 의도적으로 도전 부재(200b)와 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb) 사이의 간격(Gb)을 늘릴 수 있다. 연결 와이어(100a)의 가장 바깥쪽 영역은 도전 부재(200)가 개재되지 않고, 절연 부재(300)만 추가적으로 귄취되도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 연결 와이어(100a)의 가장 바깥쪽 영역에서, 절연 부재(300)가 1회 이상 권취되어 외곽 절연부(300U)를 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 바깥쪽에 절연 부재(300)가 추가적으로 권취되는 영역을 형성함으로써, 연결 와이어(100a)에 절연 피복을 간편하게 마련할 수 있다.
이하에서는 도전 부재의 실시예들에 대해 도 7 및 도 8을 참고하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 부재를 나타낸 부분 사시도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 부재(200)는 플렉시블 플랫 케이블(Flexible Flat Cable, FFC)일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 도전 부재(200)는 하나 또는 복수의 도체 회로선을 같은 평면상에서 절연체로 감싸서 봉합한 케이블일 수 있다. 구체적으로, 도전 부재(200)는, 도체부(210) 및 도체부(210)를 감싸는 절연 필름(220)을 포함할 수 있다. 도체부(210)는 전기 전도성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도체부(210)는 금, 은, 구리, 납 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 소재를 포함할 수 있다. 이러한 도체부(210)는 복수로 마련될 수 있다. 복수의 도체부(210)들이 도전 부재(200)의 폭 방향(d2)으로 소정 거리 이격된 채 배열될 수 있다. 도전 부재(200)의 폭 방향(d2)은 도전 부재(200)가 이어지는 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
절연 필름(220)은, 전기 절연성의 소재로써, 예를 들어 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 및 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
일례로, 본 실시예에 따른 도전 부재(200)는, 플렉시블 플랫 케이블로써, 도체부(210)들을 소정의 간격으로 평행하게 배열시킨 상태에서, 도체부(210)들의 위, 아래에 각각 절연 필름(220)들을 위치시킨 후, 이러한 절연 필름(220)에 라미네이트 가공을 실시하여 제조될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는, 플렉시블 플랫 케이블인 도전 부재(200)들을 절연 부재(300)의 일면에 배치한 후, 절연 부재(300)를 권취한 형태 일 수 있다.
도 5 및 도 7을 함께 참고하면, 도전 부재(200) 중 단자부(200T)에 해당하는 영역에서, 절연 필름(220)의 일부가 제거되어 도체부(210)의 일부가 노출될 수 있다. 도체부(210)의 노출된 부분이 앞서 설명한 터미널 버스바에 접속될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도전 부재를 나타낸 부분 사시도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도전 부재(200’)는 전기 전도체일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 도전 부재(200’)는 전기 전도성을 갖는 금속 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전 부재(200’)는, 금, 은, 구리, 납 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 소재를 포함하는 전기 전도체일 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는, 전기 전도체인 도전 부재(200’)를 절연 부재(300)의 일면에 배치한 후, 절연 부재(300)를 권취한 형태일 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참고하여, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)가 갖는 장점을 본 발명의 비교예에 따른 플렉시블 버스바와 비교를 통해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 플렉시블 버스바를 나타낸 부분 사시도이다.
도 9를 참고하면 종래에 HV 연결을 위해 이용된 플렉시블 버스바(10)는, 도체부(10C)들과 이러한 도체부(10C)들을 감싸는 절연 튜브부(10T)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)와 달리, 단순히 복수의 도체부(10C)들을 적층한 상태에서, 절연 튜브부(10T)가 이를 감싸도록 구성되었다. 유연성을 갖춘 소재를 적용한다고 하더라도, 구부러진 부분을 구현하기에는 제약이 있을 수밖에 없다. 내부 공간 활용성이 중요한 최근의 전지팩에 있어서, 종래의 플렉시블 버스바(10)는 전지팩 내부의 가용 공간에 맞게 적용되기에는 한계가 존재한다.
한편, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 와이어에 구부러진 부분을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6 및 도 10의 (a), (b)를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는, 절연 부재(300)가 도전 부재(200)들을 내측면(300N)에 두고 권취된 형태이기 때문에 도전 부재(200)들 사이나 절연 부재(300)의 안쪽에 공극이 생성된다.
따라서, 도 10의 (a)에 도시된 것처럼, 연결 와이어(100a) 내부의 공극을 이용해, 연결 와이어(100a)의 일부를 국부적으로 압축할 수 있다. 다음 도 10의 (b)에 도시된 것처럼 연결 와이어(100a)의 압축된 부분을 구부림으로써, 연결 와이어(100a)에 구부러진 부분(BP)을 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100a)는 내부 공극을 이용해 국부적으로 단면의 형상 변경이 가능하여, 구부러진 부분(BP)의 곡률 반경을 축소할 수 있다. 종래의 플렉시블 버스바(10)와 비교하여, 연결 와이어(100a)는 작은 곡률 반경으로 강하게 구부러질 수 있으므로, 전지팩 내부의 좁은 공간에 적용하기에 보다 적합하다.
한편, 도 6에 도시된 것처럼, 도전 부재(200)들이 서로 중첩되지 않도록, 절연 부재(300)를 권취할 수 있다. 다시 말해 도전 부재(200) 각각은 권취된 절연 부재(300)에만 접촉하게 되고, 다른 도전 부재(200)와는 접촉하지 않도록 위치할 수 있다. 즉, 도전 부재(200)들 간에 공간을 확보할 수 있고, 이는 방열 측면에서 이점으로 작용할 수 있다. 도전 부재(200)들 간의 공간으로 인해 열 발산에 유리하기 때문에 연결 와이어(100a)의 단면적을 다소 작게 형성하여도 통전이 가능하며, 이는 무게 축소 및 비용 절감에 유리한 요인으로 볼 수 있다.
이하에서는 도 11 내지 도 13을 참고하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다. 도 13은 도 12의 연결 와이어를 B 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 11 내지 도 13을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어(100b)는, 복수의 도전 부재(200)들 및 도전 부재(200)들을 감싸는 절연 부재(300)를 포함한다. 또한, 절연 부재(300)는 권취된 형태이며, 도전 부재(200)들이 권취된 절연 부재(300)의 내측면(300N)에 위치한다. 이는 앞서 설명한 연결 와이어(100a)와 동일하다.
본 실시예에 따른 연결 와이어(100b)는, 차폐용 회로부(400)를 더 포함할 수 있고, 차폐용 회로부(400)는 권취된 절연 부재(300)의 내측면(300N)에 위치할 수 있다.
구체적으로, 도 11에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 일면에 도전 부재(200)뿐만 아니라 차폐용 회로부(400)를 배치한 후, 절연 부재(300)를 둥글게 권취(W)할 수 있다. 이를 통해 도 12 및 도 13에 도시된 연결 와이어(100b)를 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 도전 부재(200)들을 차폐용 회로부(400)들보다 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에 가까이 배치하고, 차폐용 회로부(400)들은 도전 부재(200)들보다 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)에 가까이 배치할 수 있다. 즉, 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에서 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)으로의 방향(d1)에서, 도전 부재(200)들을 먼저 차례로 배치하고 다음 차폐용 회로부(400)들을 차례로 배치할 수 있다. 이러한 상태에서 절연 부재(300)를 권취(W)하면, 도 12와 도 13에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 권취된 형태를 기준으로, 차폐용 회로부(400)가 도전 부재(200)들보다 권취 중심(WC)으로부터 멀리 위치할 수 있다. 즉, 연결 와이어(100b)의 단면상, 차폐용 회로부(400)들이 도전 부재(200)들의 외곽에 위치할 수 있다.
일례로 차폐용 회로부(400)는 금속층을 포함할 수 있다. 차폐용 회로부(400)는 금, 은, 구리, 납 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 소재를 포함하는 층 형상의 부재일 수 있다. 차폐용 회로부(400)는, 도전 부재(200)의 외곽에 위치하여, 통전 회로로 기능하는 도전 부재(200)와 외부 간의 노이즈 간섭을 막아주는 기능을 담당한다.
한편, 도 11을 다시 참고하면, 차폐용 회로부(400)들과 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb) 사이에 소정의 간격을 두고 절연 부재(300)를 권취할 수 있다. 상기 간격의 절연 부재(300) 부분은 연결 와이어(100b)의 가장 바깥쪽 부분에서 외곽 절연부(300U)로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 연결 와이어(100b)의 경우, 도전 부재(200)와 더불어 차폐용 회로부(400)를 절연 부재(300)의 일면 상에 배치한 후, 이를 함께 권취하여, 연결 와이어(100b)에 차폐용 회로부(400)를 마련할 수 있다. 즉, 별도의 추가 공정 없이, 절연 부재(300)를 권취할 때, 차폐용 회로부(400)를 추가하는 것만으로, 차폐용 부재를 쉽게 마련할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 도 11 및 도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100b)는, 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에서 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)으로의 방향(d1)으로 차폐용 회로부(400)가 도전 부재(200)로부터 이격된 상태에서, 절연 부재(300)가 권취된 형태일 수 있다. 즉, 절연 부재(300)를 권취할 때, 차폐용 회로부(400)는 도전 부재(200)로부터 소정의 간격만큼 이격되도록 위치할 수 있다.
도전 부재(200)와 차폐용 회로부(400) 사이의 간격에 해당하는 절연 부재(300) 부분은, 도전 부재(200)들과 차폐용 회로부(400)를 전기적으로 절연시키는 중간 절연부(300M)로 구성될 수 있다.
차폐 기능을 위한 차폐용 회로부(400)를 형성함에 있어, 통전 회로로 기능하는 도전 부재(200)와 차폐용 회로부(400) 간에 절연층이 필수적으로 요구된다. 이에 본 실시예에 따른 연결 와이어(100b)는, 권취 전에 절연 부재(300) 상의 도전 부재(200)와 차폐용 회로부(400) 사이의 간격을 조정하는 것으로, 도전 부재(200)와 차폐용 회로부(400) 사이의 절연층을 쉽게 마련할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 11 내지 도 13에는 복수의 차폐용 회로부(400)들이 일정한 간격으로 배치된 형태가 나타나 있으나, 판상형태의 단일 차폐용 회로부(400)가 절연 부재(300)와 함께 권취되는 형태도 가능하다.
이하에서는 도 14 내지 도 16을 참고하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어를 나타낸 사시도이다. 도 16은 도 15의 연결 와이어를 C 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 14 내지 도 16을 참고하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연결 와이어(100c)는, 복수의 도전 부재(200)들 및 도전 부재(200)들을 감싸는 절연 부재(300)를 포함한다. 또한, 절연 부재(300)는 권취된 형태이며, 도전 부재(200)들이 권취된 절연 부재(300)의 내측면(300N)에 위치한다. 이는 앞서 설명한 연결 와이어(100a, 100b)들과 동일하다.
본 실시예에 따른 연결 와이어(100c)는, 단락 방지 시트(500)를 더 포함할 수 있고, 단락 방지 시트(500)는, 권취된 절연 부재(300)의 내측면(300N)에 위치할 수 있다.
구체적으로 도 14에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 일면에 도전 부재(200)뿐만 아니라 단락 방지 시트(500)를 배치한 후, 절연 부재(300)를 둥글게 권취(W)할 수 있다. 이를 통해 도 15 및 도 16에 도시된 연결 와이어(100c)를 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 도전 부재(200)들을 단락 방지 시트(500)보다 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에 가까이 배치하고, 단락 방지 시트(500)를 도전 부재(200)들 보다 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)에 가까이 배치할 수 있다. 즉, 절연 부재(300)의 중심측 일단(300Ea)에서 절연 부재(300)의 외측 일단(300Eb)으로의 방향(d1)에서, 도전 부재(200)들을 먼저 차례로 배치한 다음 단락 방지 시트(500)를 배치할 수 있다. 이러한 상태에서 절연 부재(300)를 권취(W)하면, 도 15와 도 16에 도시된 것처럼, 절연 부재(300)의 권취된 형태를 기준으로, 단락 방지 시트(500)는 도전 부재(200)들보다 권취 중심(WC)으로부터 멀리 위치할 수 있다. 즉, 연결 와이어(100c)의 단면상, 단락 방지 시트(500)가 도전 부재(200)들의 외곽에 위치할 수 있다.
단락 방지 시트(500)는, 세라믹 시트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 단락 방지 시트(500)는, 마이카(MICA) 시트를 포함할 수 있다. 즉, 단락 방지 시트는 실리케이트 함유 무기 시트를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지팩이 차량 등에 적용될 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓일 수 있다. 또한, 차량의 주행거리를 늘리기 위해 다수의 전지 모듈들을 집약적으로 배치하기 때문에 어느 하나의 전지 모듈에서 발생한 열 폭주(thermal runaway) 현상이 이웃한 전지 모듈로 쉽게 전파되어, 종국적으로 전지팩 자체의 발화나 폭발로 이어질 수 있다. 열 폭주(thermal runaway) 현상의 하나의 예시는 다음과 같다. 과충전을 비롯하여 전지셀(11)에 물리적, 열적, 전기적 손상이 발생하여, 전지셀(11)의 내부 압력이 증가할 수 있다. 전지셀(11)의 파우치형 셀 케이스의 융착 강도 한계치를 넘는 경우, 전지셀(11)에서 발생한 고온의 열, 벤팅 가스 등이 전지셀(11)의 외부로 분출될 수 있다.
본 실시예에 따른 연결 와이어(100c)의 경우, 도전 부재(200)와 더불어 단락 방지 시트(500)를 절연 부재(300)의 일면 상에 배치한 후, 이를 함께 권취하여, 연결 와이어(100c)에 단락(short) 방지를 위한 층을 마련할 수 있다. 열 폭주(thermal runaway) 현상 등으로 인해 전지팩 내부가 고온 환경이 되어도, 세라믹 시트를 포함하는 단락 방지 시트(500)는 녹지 않고 그 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 그 내부의 도전 부재(200)와 같은, 도체가 외부 기구물에 닿아 단락(short)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉. 고온 환경에서, 추가적인 위험 상항이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 연결 와이어(100c)는 별도의 추가 공정 없이, 절연 부재(300)를 권취할 때, 단락 방지 시트(500)를 추가하는 것만으로, 열확산 방지를 위한 층 쉽게 마련할 수 있다는 장점을 갖는다. 종래의 HV 와이어의 경우, 마이카(MICA) 시트 등의 단락 방지 시트(500)를 적용하기 어려웠던 반면, 본 실시예에 따른 연결 와이어(100c)는 간편하게 단락 방지 시트(500)를 추가시킬 수 있어, 열 폭주(thermal runaway) 현상 시 쇼트(short)를 방지하여 우수한 안정성을 확보할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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.
부호의 설명
1000: 전지팩
100, 100a, 100b, 100c: 연결 와이어
200: 도전 부재
300: 절연 부재
400: 차폐용 회로부
500: 단락 방지 시트

Claims (15)

  1. 복수의 도전 부재들; 및
    상기 도전 부재들을 감싸는 절연 부재를 포함하고,
    상기 절연 부재는 권취된 형태이며, 상기 도전 부재들이 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치하는 연결 와이어.
  2. 제1항에서,
    상기 도전 부재는, 상기 절연 부재보다 일 방향으로 길게 연장되어 노출된 단자부를 포함하는 연결 와이어.
  3. 제1항에서,
    상기 절연 부재의 중심측 일단에서 상기 절연 부재의 외측 일단으로의 방향으로 상기 도전 부재들이 차례로 배치된 상태에서, 상기 절연 부재가 권취된 형태인 연결 와이어.
  4. 제3항에서,
    상기 절연 부재의 상기 외측 일단에 가장 가까운 상기 도전 부재와 상기 절연 부재의 상기 외측 일단 사이의 간격이,
    상기 절연 부재의 상기 중심측 일단에 가장 가까운 상기 도전 부재와 상기 절연 부재의 상기 중심측 일단 사이의 간격보다 넓은 연결 와이어.
  5. 제1항에서,
    가장 바깥쪽 영역에서, 상기 절연 부재가 1회 이상 권취되어 외곽 절연부를 형성하는 연결 와이어.
  6. 제1항에서,
    상기 도전 부재는, 플렉시블 플랫 케이블인 연결 와이어.
  7. 제6항에서,
    상기 도전 부재는, 도체부 및 상기 도체부를 감싸는 절연 필름을 포함하는 연결 와이어.
  8. 제1항에서,
    상기 도전 부재는, 전기 전도체인 연결 와이어.
  9. 제1항에서,
    차폐용 회로부를 더 포함하고,
    상기 차폐용 회로부는 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치하며,
    상기 절연 부재의 권취된 형태를 기준으로, 상기 차폐용 회로부가 상기 도전 부재들보다 권취 중심으로부터 멀리 위치하는 연결 와이어.
  10. 제9항에서,
    상기 절연 부재의 중심측 일단에서 상기 절연 부재의 외측 일단으로의 방향으로 상기 차폐용 회로부가 상기 도전 부재로부터 이격된 상태에서, 상기 절연 부재가 권취된 형태인 연결 와이어.
  11. 제9항에서,
    상기 차폐용 회로부는 금속층을 포함하는 연결 와이어.
  12. 제1항에서,
    단락 방지 시트를 더 포함하고,
    상기 단락 방지 시트는, 권취된 상기 절연 부재의 내측면에 위치하며,
    상기 절연 부재의 권취된 형태를 기준으로, 상기 단락 방지 시트는 상기 도전 부재들보다 권취 중심으로부터 멀리 위치하는 연결 와이어.
  13. 제12항에서,
    상기 단락 방지 시트는, 세라믹 시트를 포함하는 연결 와이어.
  14. 제12항에서,
    상기 단락 방지 시트는, 마이카(MICA) 시트를 포함하는 연결 와이어.
  15. 제1항에 따른 연결 와이어;
    전지 모듈들; 및
    BDU 모듈을 포함하고,
    상기 연결 와이어는, 상기 전지 모듈들 사이 또는 상기 전지 모듈과 상기 BDU 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 전지팩.
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