WO2023090927A1 - 센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type battery cell including a sensing member and a battery module including the same. Specifically, it relates to a pouch-type battery cell in which a sensing member for voltage detection is built into a pouch-type battery case and a battery module including the same.
  • Lithium secondary batteries capable of charging and discharging are widely used as an energy source for wireless mobile devices or wearable devices worn on the body, as well as existing gasoline and diesel vehicles that cause air pollution. It is also used as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as an alternative to electric vehicles.
  • the lithium secondary battery can be classified into a cylindrical battery cell and a prismatic battery cell in which the electrode assembly is embedded in a metal can according to the material and shape of the battery case, and a pouch-type battery cell in which the electrode assembly is embedded in a battery case made of a laminate sheet.
  • the pouch-type battery cell has the advantage of free shape deformation and high energy density.
  • the BMS Battery Management System
  • FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view of a conventional battery module.
  • the battery module 100 has a plurality of pouch-type battery cells 110 stacked, and the pouch-type battery cells 110 are bidirectional in which positive and negative leads protrude in opposite directions. is a battery cell.
  • the BMS is disposed on one side where the pouch-type battery cells 110 are stacked.
  • a separate connecting member disposed in a path indicated by a dotted line and composed of a plate material and a wire is required for electrical connection between the BMS and the electrode lead.
  • a certain space is also required to arrange the connecting member between the pouch-type battery cells 110.
  • Patent Document 1 relates to a double-tab type cell accommodated inside an envelope-type casing and having a positive electrode tab and a negative electrode tab extending in opposite directions of the casing, disposed on at least one side of the positive electrode tab and the negative electrode tab, and Disclosed is a double-tap type cell having a voltage detection terminal for detecting a tap voltage of opposite polarity to that of a tap on one side.
  • Patent Document 1 is a structure that requires a separate space to extend the terminal for voltage detection to the outside of the battery case.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Registration No. 3896911 (2007.01.05)
  • the present invention is to solve the above problems, and when a plurality of bidirectional pouch-type battery cells are stacked, a sensing member is provided to measure the voltage of all battery cells without reducing the capacity or increasing the volume of the pouch-type battery cell.
  • An object of the present invention is to provide a pouch-type battery cell including a battery module including the same.
  • the present invention for achieving this object is a pouch-type battery cell accommodating an electrode assembly inside a pouch-type battery case, wherein the electrode assembly includes a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes, and the entire length direction of the electrode assembly Positive electrode tabs and negative electrode tabs extend in opposite directions from each end of both ends, and the positive lead coupled to the positive electrode tabs and the negative lead coupled to the negative electrode tabs are interposed in the sealing portion of the pouch type battery case and protrude outward.
  • the pouch-type battery case may have a built-in configuration with a sensing member for voltage detection.
  • the sensing member may include a sensing lead and a wire, the sensing lead may extend outward from an outer periphery of the pouch-type battery case, and the wire may be embedded in the pouch-type battery case.
  • the pouch-type battery case includes an outer coating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer, and the wire may be positioned between the outer coating layer and the metal layer or between the inner adhesive layer and the metal layer.
  • An insulating layer may be interposed between the wire and the metal layer.
  • the sensing lead may include a first sensing lead and a second sensing lead positioned at both ends of the wire, respectively.
  • Both ends of the pouch-type battery case in the longitudinal direction include a first end and a second end, and the first sensing lead extends outwardly from the first end by being interposed with a sealing part, and the second sensing lead extends outwardly from the first end.
  • the second end may be interposed with the sealing part and extend outward.
  • the anode lead and the first sensing lead are interposed at the first end and extend outwardly by being interposed with the sealing portion, and the cathode lead and the second sensing lead are interposed at the second end and extend outwardly by being interposed by the sealing portion.
  • the first sensing lead may be disposed not to overlap with the positive lead, and the second sensing lead may be disposed to overlap with the negative lead.
  • the cathode lead and the first sensing lead are interposed at the first end and extend outwardly by being interposed with the sealing part, and the anode lead and the second sensing lead are interposed at the second end and extended outwardly by being interposed by the sealing part.
  • the first sensing lead may be disposed not to overlap with the negative lead, and the second sensing lead may be disposed to overlap with the positive lead.
  • Sizes of the first sensing lead and the second sensing lead may be smaller than those of the positive lead and the negative lead.
  • the sensing member may include a fuse.
  • the present invention includes a battery module including the pouch-type battery cell, wherein the battery module includes a battery cell stack in which a plurality of pouch-type battery cells are stacked in close contact, a module housing accommodating the battery cell stack, and the battery cell A BMS disposed outside a first end, which is one of both ends in the longitudinal direction of the stack, and a bus bar plate coupled to a sensing lead and an electrode lead, wherein the bus bar plate may include a sensing lead welding portion and an electrode lead welding portion. there is.
  • the BMS may be connected to the sensing lead and the electrode lead to measure the voltage of the pouch-type battery cell.
  • the present invention can also be provided in the form of various combinations of means for solving the above problems.
  • the pouch-type battery cell according to the present invention includes a sensing member for voltage detection inside the pouch-type battery case, the voltage detection member can be provided without increasing the volume of the pouch-type battery cell.
  • the sensing member is connected to the electrode terminal protruding to the opposite side of the voltage measuring device, even if there is no separate connecting member, the sensing member is connected to the voltage measuring device so that both the positive electrode and the negative electrode in one battery cell are connected to the voltage It can be electrically connected to the measuring device.
  • safety can be improved by preventing ignition and explosion by providing the sensing member with a fuse.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a plan view of a pouch-type battery cell according to the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of Figure 2;
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a pouch-type battery case according to one embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a pouch-type battery case according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of a battery module according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery module according to the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a bus bar plate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a pouch-type battery cell according to the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2 .
  • the pouch-type battery cell 110 accommodates the electrode assembly 201 in the pouch-type battery case 240, and the pouch-type battery case 240 is the electrode assembly It includes a lower case 242 in which a receiving part is formed, and an upper case 241 heat-sealed to the lower case 242 .
  • the electrode assembly accommodating part may be formed in the upper case, or may be formed in each of the upper case and the lower case.
  • FIG. 3 shows the upper case 241 and the lower case 242 in a separate form, unlike this, the upper case and the lower case are connected at the outer periphery of either side, and are bent and heat-sealed at the connected portion. can be in the form
  • the electrode assembly 201 includes a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes, and the positive electrode tabs 211 and the negative electrode tabs 221 extend in opposite directions from each other at both ends in the longitudinal direction (x) of the electrode assembly, and the positive electrode
  • the positive lead 210 coupled with the tabs 211 and the negative lead 220 coupled with the negative tabs 221 are interposed in the sealing portion 244 of the pouch type battery case 240 and protrude outward, and the pouch
  • the molded battery case includes a sensing member 230 for voltage detection.
  • the sensing member 230 includes a first sensing lead 231, a second sensing lead 232, and a wire 233, and the first sensing lead 231 and the second sensing lead 232 include a wire 233 located at each end of both sides of The first sensing lead 231 and the second sensing lead 232 extend outward from the outer periphery of the pouch-type battery case 240, and the wire 233 is embedded in the pouch-type battery case.
  • Both ends of the pouch-type battery case 240 in the lengthwise direction (x) include a first end 251 and a second end 252, and the first sensing lead 231 has a sealing portion at the first end 251. 244 is interposed and extends outward, and the second sensing lead 232 is interposed in the sealing portion 244 at the second end 252 and extends outward.
  • the anode lead 210 and the first sensing lead 231 are interposed by the sealing portion 244 at the first end 251 and extend outward, and the cathode lead 220 and the second sensing lead 232 extends outward from the second end 252 interposed by the sealing portion 244, the first sensing lead 231 is disposed so as not to overlap with the anode lead 210, and the second sensing lead 232 ) is disposed so as to overlap with the negative electrode lead 220.
  • the second sensing lead 232 and the cathode lead 220 may be coupled by welding.
  • the second sensing lead 232 and the negative lead 220 are coupled and electrically connected, and the voltage of the negative lead 220 is passed through the second sensing lead 232 and the wire 233 to the first It can be measured in the sensing lead 231.
  • an insulating protective film may be added to the outer surfaces of the positive lead and the negative lead to secure adhesion to the pouch-type battery case.
  • the length of the second sensing lead in the x direction is the x length of the insulating protective film. It may be made in a form extending longer than the length in the direction so that the end of the second sensing lead is coupled to the negative electrode lead.
  • the positions of the positive lead and the negative lead are reversed, the negative lead and the first sensing lead are interposed at the first end and extend outward through the sealing part, and the positive lead and the second sensing lead A lead is interposed at the second end and extends outwardly from the sealing portion, the first sensing lead is disposed not to overlap with the negative lead, and the second sensing lead is disposed to overlap with the positive lead.
  • the second sensing lead and the anode lead may be coupled by welding.
  • the voltage of the anode lead can be measured from the first sensing lead through the second sensing lead and the wire.
  • the sizes of the first sensing lead and the second sensing lead may be smaller than those of the positive lead and the negative lead.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a pouch-type battery case according to one embodiment.
  • the pouch type battery case is the upper case 241 shown in FIG. 3 .
  • the pouch-type battery case includes an outer coating layer 241a, a metal layer 241b, and an inner adhesive layer 241c.
  • the outer resin layer serves to protect the battery cell from the outside, it should have excellent resistance from the external environment, and excellent tensile strength and weather resistance are required compared to the thickness.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutyleneterephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP)
  • polystyrene resins such as polystyrene
  • a vinyl chloride-based resin, a polyvinylidene chloride-based resin, or the like may be used. These materials can be used alone or in combination of two or more, and ONy (stretched nylon film) is widely used.
  • the metal layer may be made of aluminum (Al) or an aluminum alloy so as to improve the strength of the battery case in addition to the function of preventing the inflow of foreign substances such as gas and moisture or the leakage of the electrolyte.
  • Al aluminum
  • alloy numbers 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105, etc. may be mentioned, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the inner adhesive layer may be made of a polymer resin that has heat sealability, low hygroscopicity with respect to the electrolyte solution, and is not swollen or eroded by the electrolyte solution, more preferably made of non-stretched polypropylene film (CPP).
  • CPP non-stretched polypropylene film
  • the wire 233 is positioned between the outer covering layer 241a and the metal layer 241b, and the first sensing lead 231 and the second sensing lead 232 extend outside the outer periphery of the outer covering layer 241a and the metal layer 241b. is extended
  • the insulating layer 236 is interposed between the wire 233 and the metal layer 241b, contact between the metal layer and the wire can be prevented even if the metal layer is exposed during molding or degassing of the pouch-type battery case. .
  • Figure 4 shows the form in which the insulating layer is added only to the portion corresponding to the wire, otherwise, an insulating layer made of the same size as the area of the outer coating layer and the metal layer may be added, or made in the form of wrapping the wire It goes without saying that an insulating layer may be used.
  • the material of the insulating layer is not particularly limited as long as it can secure insulation without causing chemical change, and for example, vinyl chloride, epoxy resin, silicone, ethylene propylene rubber, mica, or ceramic may be used.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a pouch-type battery case according to another embodiment.
  • the wire 233 is positioned between the internal adhesive layer 241c and the metal layer 241b, and the insulating layer 236 is positioned between the wire 233 and the metal layer 241b. do. Except for this, the contents described in the description of FIG. 4 can be equally applied.
  • the sensing member may include a fuse in a part of the wire.
  • it can be configured to allow only a specific current by changing the thickness or shape of a section of a conductor constituting the wire, and when an overcurrent flows, the conductor is disconnected and the electrical connection can be cut off. .
  • FIG. 6 is a plan view of a battery module according to the present invention.
  • the plurality of pouch-type battery cells 110 are pouch-type battery cells including the sensing member shown in FIGS. 2 to 5 .
  • a plurality of pouch-type battery cells 110 are stacked so as to be connected in series, and a BMS is disposed on one side of the plurality of pouch-type battery cells 110 .
  • the plurality of pouch-type battery cells 110 are bi-directional battery cells in which positive and negative leads protrude in opposite directions to each other, and for electrical connection between the BMS and the electrode lead protruding in the opposite direction, the BMS protrudes toward the BMS.
  • a sensing member is provided so as to protrude adjacent to the electrode lead.
  • the electrical connection between the BMS and the sensing member is shown as a dotted line, and the connection between the BMS and the electrode lead is shown as a solid line.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery module according to the present invention.
  • the battery module includes a battery cell stack in which pouch-type battery cells 110 including the sensing member shown in FIGS. 2 to 5 are in close contact with each other, a module housing 101 accommodating the battery cell stack, A BMS (260) disposed outside the first end 251, which is one of both ends in the electric field direction (x) of the battery cell stack (shown as a dotted line), and a bus bar plate 271 coupled to the sensing lead and the electrode lead (271, 272) (shown as a dotted line).
  • the first sensing lead 231 and the anode lead 210 are coupled to the bus bar plate 271, and the second sensing lead 232 and the cathode lead 220 are coupled to overlap each other, and the bus bar plate 272 combine with
  • the BMS 260 is connected to the sensing leads 231 and 232, the positive lead 210, and the negative lead 220 to measure voltages of all pouch-type battery cells.
  • FIG. 8 is a plan view of a bus bar plate according to the present invention.
  • the bus bar plate 271 includes a sensing lead welded portion 274 and an electrode lead welded portion 278 formed so as not to overlap each other. After the sensing lead passes through the through-hole 273 formed adjacent to the sensing lead welded portion 274 and protrudes outward from the bus bar plate, it is bent at a right angle and welded to the sensing lead welded portion 274, and the electrode lead welded portion 278 After the electrode lead passes through the through-hole 277 formed adjacent to and protrudes to the outside of the bus bar plate, it is bent at a right angle and welded to the electrode lead welding part 278.
  • the sensing leads and electrode leads overlapping and coupled to each other are welded to the bus bar plate, and the through-hole 277 and the electrode lead welding part 278 shown in FIG. It is a form that includes only the corresponding configuration.
  • the pouch-type battery cell according to the present invention includes a sensing member inside the pouch-type battery case, even in the case of a bidirectional battery cell, a resistance measuring device such as a BMS on one side of the outer periphery and both the positive and negative electrodes Resistance measurement of all battery cells is possible by forming an ideal connection state.

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Abstract

본원발명에 따른 파우치형 전지셀은, 파우치형 전지케이스 내부에 전극조립체를 수용하며, 상기 전극조립체는 복수의 양극들 및 복수의 음극들을 포함하고, 상기 전극조립체의 전장방향 양측 끝단 각각에서 양극 탭들 및 음극 탭들이 서로 반대 방향으로 연장되며, 상기 양극 탭들과 결합된 양극리드, 및 상기 음극 탭들과 결합된 음극리드는 상기 파우치형 전지케이스의 실링부에 개재되어 외측으로 돌출되고, 상기 파우치형 전지케이스는 전압 검출을 위한 센싱부재를 내장할 수 있다.

Description

센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈
본 출원은 2021년 11월 18일자 한국 특허 출원 제 2021-0159066 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈에 대한 것이다. 구체적으로, 파우치형 전지케이스에 전압 검출을 위한 센싱부재가 내장된 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈에 대한 것이다.
충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기 오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 전지케이스의 소재 및 형태에 따라 금속 캔에 전극조립체를 내장하는 원통형 전지셀과 각형 전지셀, 그리고 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 전극조립체를 내장하는 파우치형 전지셀로 분류될 수 있으며, 상기 파우치형 전지셀은 형태 변형이 자유롭고 에너지 밀도가 높은 장점이 있다.
일반적으로 전지자동차용 전지팩은 차량 하부에 배치되기 때문에, 전지팩의 높이를 최대한 낮게 구성하는 추세이다. 그럼에도, 전지팩의 용량은 최대로 확보할 수 있도록 길이가 긴 형태의 전지셀을 제조하고 있다.
이와 같이 파우치형 전지셀의 두께는 감소하고 길이는 늘어나는 형태로 개발됨에 따라, 양극리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 양방향 전지셀을 포함하는 전지모듈에서 BMS(Battery Management System)가 모든 파우치형 전지셀들의 전압을 측정하기 위하여, 추가적인 부품이나 공간이 필요한 문제가 있다.
이와 관련하여 도 1은 종래의 전지모듈의 수직 단면도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 복수의 파우치형 전지셀들(110)이 적층되어 있고, 파우치형 전지셀들(110)은 양극리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되어 있는 양방향 전지셀이다. 파우치형 전지셀들(110)이 적층된 일측에 BMS가 배치하고 있다.
BMS에서 모든 파우치형 전지셀들의 전압을 측정하기 위해 전지셀들과 전기적인 연결이 필요한 바, BMS를 향해 돌출된 전극리드는 직접 BMS와 결합이 쉽게 이루어질 수 있으나, BMS와 반대 방향으로 돌출된 전극리드는 BMS와 거리가 멀기 때문에, BMS와 연결하기 위한 별도의 구조가 필요하다.
예를 들어, 도 1에서 BMS와 전극리드 간의 전기적인 연결을 위하여, 점선으로 표시한 경로로 배치되며, 판재와 와이어로 구성되는 별도의 연결부재가 필요하다. 또한, 상기 연결부재를 파우치형 전지셀들(110) 사이에 배치하기 위해 일정한 공간도 필요하다.
그러나, 전지팩의 높이를 줄이는 추세를 고려할 때, 도 1과 같이 별도의 연결부재를 부가하는 경우 불필요하게 전지팩의 높이가 증가하게 되는 문제가 생기게 된다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 봉투형 외장재 내부에 수용되고 양극 탭과 음극 탭이 외장재의 서로 반대 방향으로 연신되는 양 탭형 셀에 대한 것으로, 양극 탭과 음극 탭의 적어도 어느 일방측에 배치되고 상기 일방측의 탭과는 반대 극성의 탭 전압을 검출하는 전압 검출용 단자를 구비한 양 탭형 셀을 개시한다.
그러나, 특허문헌 1은 전압 검출용 단자를 전지케이스 외측으로 연장하기 위해 별도의 공간을 필요로 하는 구조이다.
따라서, 길이가 긴 형태의 파우치형 전지셀을 복수로 적층할 때 모든 전지셀들의 전압 측정을 위한 연결 구조가 이루어질 수 있으면서, 파우치형 전지셀의 용량이 감소하지 않거나 부피가 증가되지 않는 형태의 연결 방법의 개발이 필요하다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 일본 등록특허공보 제3896911호 (2007.01.05)
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 복수의 양 방향 파우치형 전지셀들이 적층되는 경우에, 파우치형 전지셀의 용량 감소나 부피 증가 없이 모든 전지셀들의 전압 측정이 가능하도록 센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명은, 파우치형 전지케이스 내부에 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지셀에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 양극들 및 복수의 음극들을 포함하고, 상기 전극조립체의 전장방향 양측 끝단 각각에서 양극 탭들 및 음극 탭들이 서로 반대 방향으로 연장되며, 상기 양극 탭들과 결합된 양극리드, 및 상기 음극 탭들과 결합된 음극리드는 상기 파우치형 전지케이스의 실링부에 개재되어 외측으로 돌출되고, 상기 파우치형 전지케이스는 전압 검출을 위한 센싱부재를 내장하고 있는 구성일 수 있다.
상기 센싱부재는 센싱리드 및 와이어를 포함하고, 상기 센싱리드는 상기 파우치형 전지케이스의 외주변에서 외측으로 연장되고, 상기 와이어는 상기 파우치형 전지케이스에 내장되어 있을 수 있다.
상기 파우치형 전지케이스는 외부 피복층, 금속층, 및 내부 접착층을 포함하고, 상기 와이어는 상기 외부 피복층과 상기 금속층 사이, 또는 상기 내부 접착층과 상기 금속층 사이에 위치할 수 있다.
상기 와이어와 상기 금속층 사이에는 절연층이 개재되어 있을 수 있다.
상기 센싱리드는 상기 와이어의 양측 끝단 각각에 위치하는 제1센싱리드 및 제2센싱리드를 포함할 수 있다.
상기 파우치형 전지케이스의 전장방향 양측 끝단은 제1끝단 및 제2끝단을 포함하고, 상기 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며, 상기 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장될 수 있다.
상기 양극리드와 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되고, 상기 음극리드와 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며, 상기 제1센싱리드는 상기 양극리드와 중첩되지 않도록 배치되고, 상기 제2센싱리드는 음극리드와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 음극리드와 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되고, 상기 양극리드와 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며, 상기 제1센싱리드는 상기 음극리드와 중첩되지 않도록 배치되고, 상기 제2센싱리드는 양극리드와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 제1센싱리드 및 제2센싱리드의 크기는 상기 양극리드 및 음극리드의 크기 보다 작은 형태일 수 있다.
상기 센싱부재는 퓨즈를 포함할 수 있다.
본원발명은 상기 파우치형 전지셀을 포함하는 전지모듈을 포함하는 바, 상기 전지모듈은 복수의 파우치형 전지셀들이 밀착되도록 적층된 전지셀 스택, 상기 전지셀 스택을 수용하는 모듈하우징, 상기 전지셀 스택의 전장방향 양측 끝단 중 하나인 제1끝단 외측에 배치되는 BMS, 및 센싱리드 및 전극리드와 결합하는 버스바 플레이트를 포함하고, 상기 버스바 플레이트는 센싱리드 용접부 및 전극리드 용접부를 포함할 수 있다.
상기 BMS는 상기 센싱리드 및 상기 전극리드와 연결되어 파우치형 전지셀의 전압을 측정할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀은 파우치형 전지케이스 내부에 전압 검출을 위한 센싱부재를 내장하기 때문에, 파우치형 전지셀의 부피 증가 없이 전압 검출 부재를 구비할 수 있다.
또한, 상기 센싱부재가 전압 측정 장치와 반대측으로 돌출된 전극단자와 연결되기 때문에, 별도의 연결 부재가 없더라도 상기 센싱부재가 상기 전압 측정 장치와 연결됨으로써 하나의 전지셀에서 양극 및 음극 모두가 상기 전압 측정 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 센싱부재에 퓨즈를 구비함으로써 발화 및 폭발을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전지모듈의 수직 단면도이다.
도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 평면도이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 분해사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 분해사시도이다.
도 6은 본원발명에 따른 전지모듈의 평면도이다.
도 7은 본원발명에 따른 전지모듈의 사시도이다.
도 8은 본원발명에 따른 버스바 플레이트의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 평면도이고, 도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀(110)은 전극조립체(201)를 파우치형 전지케이스(240)에 내부에 수용하고, 파우치형 전지케이스(240)는 전극조립체 수납부가 형성된 하부케이스(242), 및 하부케이스(242)와 열융착되는 상부케이스(241)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 달리, 전극조립체 수납부는 상부케이스에 형성된 구성일 수 있고, 또는 상부케이스와 하부케이스 각각에 형성된 구성일 수 있다. 또한, 도 3은 상부케이스(241)와 하부케이스(242)가 분리된 형태로 도시하고 있으나, 이와 달리, 상부케이스와 하부케이스의 어느 일측 외주변에서 연결되고, 연결된 부분에서 절곡되어 열융착되는 형태일 수 있다.
전극조립체(201)는 복수의 양극들 및 복수의 음극들을 포함하고, 전극조립체의 전장방향(x) 양측 끝단 각각에서 양극 탭들(211) 및 음극 탭들(221)이 서로 반대 방향으로 연장되며, 양극 탭들(211)과 결합된 양극리드(210), 및 음극 탭들(221)과 결합된 음극리드(220)는 파우치형 전지케이스(240)의 실링부(244)에 개재되어 외측으로 돌출되고, 파우치형 전지케이스는 전압 검출을 위한 센싱부재(230)를 내장한다.
센싱부재(230)는 제1센싱리드(231), 제2센싱리드(232) 및 와이어(233)를 포함하고, 제1센싱리드(231)와 제2센싱리드(232)는 와이어(233)의 양측 끝단 각각에 위치한다. 제1센싱리드(231)와 제2센싱리드(232)는 파우치형 전지케이스(240)의 외주변에서 외측으로 연장되고, 와이어(233)는 파우치형 전지케이스에 내장되어 있다.
도 2와 도 3에서는 설명의 편의를 위해 센싱부재의 와이어가 외부에서 보이는 것처럼 도시하고 있으나, 와이어는 파우치형 전지케이스 내부에 내장된 형태이다.
파우치형 전지케이스(240)의 전장방향(x) 양측 끝단은 제1끝단(251) 및 제2끝단(252)을 포함하고, 제1센싱리드(231)는 제1끝단(251)에서 실링부(244)에 개재되어 외측으로 연장되며, 제2센싱리드(232)는 제2끝단(252)에서 실링부(244)에 개재되어 외측으로 연장된다.
하나의 구체적인 예에서, 양극리드(210)와 제1센싱리드(231)는 제1끝단(251)에서 실링부(244)에 개재되어 외측으로 연장되고, 음극리드(220)와 제2센싱리드(232)는 제2끝단(252)에서 실링부(244)에 개재되어 외측으로 연장되며, 제1센싱리드(231)는 양극리드(210)와 중첩되지 않도록 배치되고, 제2센싱리드(232)는 음극리드(220)와 중첩되도록 배치된다. 이 때 제2센싱리드(232)와 음극리드(220)는 용접에 의해 결합될 수 있다.
이와 같이 제2센싱리드(232)와 음극리드(220)가 결합되어 전기적으로 연결된 상태가 되는 바, 음극리드(220)의 전압을 제2센싱리드(232)와 와이어(233)를 통해 제1센싱리드(231)에서 측정할 수 있다.
한편, 양극리드 및 음극리드의 외면에 파우치형 전지케이스와의 밀착력을 확보하기 위한 절연성 보호 필름이 부가될 수 있는 바, 이와 같은 경우에는 제2센싱리드의 x방향 길이가 상기 절연성 보호 필름의 x 방향 길이보다 더 연장되는 형태로 이루어지도록 하여, 제2센싱리드의 끝단이 음극리드와 결합되도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3에서 양극리드와 음극리드의 위치가 서로 바뀐 형태로서, 상기 음극리드와 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되고, 상기 양극리드와 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며, 상기 제1센싱리드는 상기 음극리드와 중첩되지 않도록 배치되고, 상기 제2센싱리드는 양극리드와 중첩되도록 배치된다. 이 때 제2센싱리드와 양극리드는 용접에 의해 결합될 수 있다.
이와 같이 제2센싱리드와 양극리드가 결합되어 전기적으로 연결된 상태가 되는 바, 양극리드의 전압을 제2센싱리드와 와이어를 통해 제1센싱리드에서 측정할 수 있다.
제1센싱리드와 제2센싱리드를 통해서는 대전류가 흐르지 않고 단순히 BMS에서 전압을 측정하기 위한 아주 작은 전류만 흐른다. 따라서, 제1센싱리드와 제2센싱리드의 크기는 양극리드 및 음극리드의 크기 보다 작은 형태일 수 있다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 분해사시도이다.
도 4를 참조하면, 파우치형 전지케이스는 도 3에 도시된 상부케이스(241)이다.
파우치형 전지케이스는 외부 피복층(241a), 금속층(241b), 및 내부 접착층(241c)을 포함한다.
상기 외부 수지층은 외부로부터 전지셀을 보호하는 역할을 하므로 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하는 바, 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybuthyleneterephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate; PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, ONy(연신 나일론 필름)이 많이 사용되고 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 전해액의 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 내부 접착층은 열융착성을 가지고, 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.
와이어(233)는 외부 피복층(241a)과 금속층(241b) 사이에 위치하고, 제1센싱리드(231)와 제2센싱리드(232)는 외부 피복층(241a)과 금속층(241b)의 외주변 외측으로 연장된다.
와이어(233)와 금속층(241b) 사이에는 절연층(236)이 개재되어 있는 바, 파우치형 전지케이스를 성형하는 과정, 디개싱 과정 등에서 금속층이 노출되더라도 금속층과 와이어가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
도 4에는 절연층이 와이어와 대응되는 부분에만 부가된 형태로 도시하고 있으니, 이와 달리, 외부 피복층 및 금속층의 면적과 동일한 크기로 이루어진 절연층이 부가될 수 있으며, 또는, 와이어를 감싸는 형태로 이루어진 절연층이 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 절연층의 소재로는 화학적인 변화를 일으키지 않고 절연성을 확보할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 염화비닐, 에폭시 수지, 실리콘, 에틸렌프로필렌고무, 마이카, 또는 세라믹을 사용할 수 있다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 분해사시도이다.
도 5를 참조하면, 센싱부재(230)에서 와이어(233)가 내부 접착층(241c)과 금속층(241b) 사이에 위치하며, 와이어(233)와 금속층(241b) 사이에 절연층(236)이 위치한다. 이를 제외하고는 도 4의 설명에 기재된 내용을 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 센싱부재는 와이어의 일부에 퓨즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 와이어를 구성하는 도전체의 일부 구간의 두께 또는 형상을 변경하여 특정 전류만 허용될 수 있도록 구성될 수 있으며, 과전류가 흐를 경우, 상기 도전체가 끊어지면서 전기적인 연결이 차단될 수 있다.
도 6은 본원발명에 따른 전지모듈의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 복수의 파우치형 전지셀들(110)은 도 2 내지 도 5에 도시된 센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀이다. 복수의 파우치형 전지셀들(110)이 직렬 연결되도록 적층되어 있고, 복수의 파우치형 전지셀들(110)의 일측에 BMS가 배치된다.
복수의 파우치형 전지셀들(110)은 양극리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 양방향 전지셀로서 BMS와 반대 방향으로 돌출된 전극리드와 BMS의 전기적인 연결을 위하여, BMS를 향해 돌출된 전극리드와 인접하게 센싱부재가 돌출되도록 구비된다. 도 6에서 BMS와 센싱부재 간의 전기적인 연결은 점선으로 도시하고, BMS와 전극리드의 연결은 실선으로 도시하고 있다.
도 7은 본원발명에 따른 전지모듈의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 전지모듈은 도 2 내지 도 5에 도시된 센싱부재를 포함하는 파우치형 전지셀(110)이 밀착되도록 적층된 전지셀 스택, 전지셀 스택을 수용하는 모듈하우징(101), 전지셀 스택의 전장방향(x) 양측 끝단 중 하나인 제1끝단(251) 외측에 배치되는 BMS(260)(점선으로 도시함), 및 센싱리드 및 전극리드와 결합하는 버스바 플레이트 (271, 272)(점선으로 도시함)를 포함한다. 제1센싱리드(231)와 양극리드(210)는 버스바 플레이트(271)와 결합하고, 제2센싱리드(232)와 음극리드는(220) 서로 중첩되도록 결합한 상태에서 버스바 플레이트(272)와 결합한다.
BMS(260)는 센싱리드(231, 232), 양극리드(210) 및 음극리드(220)와 연결되어 모든 파우치형 전지셀들의 전압을 측정한다.
도 8은 본원발명에 따른 버스바 플레이트의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 버스바 플레이트(271)는 서로 중첩되지 않도록 형성된 센싱리드 용접부(274)와 전극리드 용접부(278)를 포함한다. 센싱리드 용접부(274)와 인접하게 형성된 관통구(273)를 센싱리드가 통과하여 버스바 플레이트의 외측으로 돌출된 후 직각으로 절곡되어 센싱리드 용접부(274)에 용접되고, 전극리드 용접부(278)와 인접하게 형성된 관통구(277)를 전극리드가 통과하여 버스바 플레이트의 외측으로 돌출된 후 직각으로 절곡되어 전극리드 용접부(278)에 용접된다.
도 7에 도시된 버스바 플레이트(272)는, 서로 중첩되어 결합된 센싱리드와 전극리드가 버스바 플레이트에 용접되는 바, 도 8에 도시된 관통구(277) 및 전극리드 용접부(278)와 대응되는 구성만 포함하는 형태이다.
이와 같이, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀은 파우치형 전지케이스 내부에 센싱부재를 포함하고 있는 바, 양방향 전지셀인 경우에도 일측 외주변에 있는 BMS와 같은 저항 측정 장치와 양극 및 음극 모두가 전기적인 연결 상태를 형성하여 모든 전지셀들에 대한 저항 측정이 가능하게 된다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 전지모듈
101: 모듈하우징
110: 파우치형 전지셀
201: 전극조립체
210: 양극리드
211: 양극 탭
220: 음극리드
221: 음극 탭
230: 센싱부재
231: 제1센싱리드
232: 제2센싱리드
233: 와이어
236: 절연층
240: 파우치형 전지케이스
241: 상부케이스
241a: 외부 피복층
241b: 금속층
241c: 내부 접착층
242: 하부케이스
244: 실링부
251: 제1끝단
252: 제2끝단
260: BMS
271, 272: 버스바 플레이트
273, 277: 관통구
274: 센싱리드 용접부
278: 전극리드 용접부

Claims (12)

  1. 파우치형 전지케이스 내부에 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지셀에 있어서,
    상기 전극조립체는 복수의 양극들 및 복수의 음극들을 포함하고,
    상기 전극조립체의 전장방향 양측 끝단 각각에서 양극 탭들 및 음극 탭들이 서로 반대 방향으로 연장되며,
    상기 양극 탭들과 결합된 양극리드, 및 상기 음극 탭들과 결합된 음극리드는 상기 파우치형 전지케이스의 실링부에 개재되어 외측으로 돌출되고,
    상기 파우치형 전지케이스는 전압 검출을 위한 센싱부재를 내장하고 있는 파우치형 전지셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센싱부재는 센싱리드 및 와이어를 포함하고,
    상기 센싱리드는 상기 파우치형 전지케이스의 외주변에서 외측으로 연장되고, 상기 와이어는 상기 파우치형 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지셀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는 외부 피복층, 금속층, 및 내부 접착층을 포함하고,
    상기 와이어는 상기 외부 피복층과 상기 금속층 사이, 또는 상기 내부 접착층과 상기 금속층 사이에 위치하는 파우치형 전지셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 와이어와 상기 금속층 사이에는 절연층이 개재되어 있는 파우치형 전지셀.
  5. 제2항에 있어서, 상기 센싱리드는 상기 와이어의 양측 끝단 각각에 위치하는 제1센싱리드 및 제2센싱리드를 포함하는 파우치형 전지셀.
  6. 제5항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스의 전장방향 양측 끝단은 제1끝단 및 제2끝단을 포함하고,
    상기 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며,
    상기 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되는 파우치형 전지셀.
  7. 제6항에 있어서, 상기 양극리드와 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되고, 상기 음극리드와 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며,
    상기 제1센싱리드는 상기 양극리드와 중첩되지 않도록 배치되고, 상기 제2센싱리드는 음극리드와 중첩되도록 배치되는 파우치형 전지셀.
  8. 제6항에 있어서, 상기 음극리드와 제1센싱리드는 상기 제1끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되고, 상기 양극리드와 제2센싱리드는 상기 제2끝단에서 실링부에 개재되어 외측으로 연장되며,
    상기 제1센싱리드는 상기 음극리드와 중첩되지 않도록 배치되고, 상기 제2센싱리드는 양극리드와 중첩되도록 배치되는 파우치형 전지셀.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제1센싱리드 및 제2센싱리드의 크기는 상기 양극리드 및 음극리드의 크기 보다 작은 형태인 파우치형 전지셀.
  10. 제1항에 있어서, 상기 센싱부재는 퓨즈를 포함하는 파우치형 전지셀.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지셀을 포함하는 전지모듈에 있어서,
    복수의 파우치형 전지셀들이 밀착되도록 적층된 전지셀 스택;
    상기 전지셀 스택을 수용하는 모듈하우징;
    상기 전지셀 스택의 전장방향 양측 끝단 중 하나인 제1끝단 외측에 배치되는 BMS; 및
    센싱리드 및 전극리드와 결합하는 버스바 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 버스바 플레이트는 센싱리드 용접부 및 전극리드 용접부를 포함하는 전지모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 BMS는 상기 센싱리드 및 상기 전극리드와 연결되어 파우치형 전지셀의 전압을 측정하는 전지모듈.
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