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KR101693290B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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KR101693290B1
KR101693290B1 KR1020130043047A KR20130043047A KR101693290B1 KR 101693290 B1 KR101693290 B1 KR 101693290B1 KR 1020130043047 A KR1020130043047 A KR 1020130043047A KR 20130043047 A KR20130043047 A KR 20130043047A KR 101693290 B1 KR101693290 B1 KR 101693290B1
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한민열
윤해권
박진
이승복
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 전지 모듈은 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리 상기 전극 어셈블리와 연결된 제1전극단자와 제2전극단자를 갖는 복수개의 이차 전지와, 상기 이차 전지들을 전기적으로 연결하며 버스바 퓨즈부가 형성된 버스바를 포함하고, 상기 제1전극단자에는 상극 전극 어셈블리와 상기 제1전극단자를 연결하는 집전부재가 연결 설치되고, 상기 집전부재에는 집전 퓨즈부가 형성되며, 상기 버스바 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 집전 퓨즈부의 용융되는 작동 전류보다 더 작은 것을 특징으로 한다.

Description

전지 모듈 {RECHARGEABLE BATTERY MODULE}
본 발명은 안전성을 향상시키는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
이차 전지는 소형 전자기기에서와 같이 단일 셀로 사용되거나, 모터 구동용에서와 같이 복수의 셀들을 전기적으로 연결한 모듈 상태로 사용될 수 있다. 전지 모듈은 단위 셀들의 전극단자를 버스바로 연결하여 형성된다.
전지 모듈의 충방전 시에 과충전 등의 원인으로 이상 반응이 일어나 케이스 내부의 압력이 상승하면 이차 전지가 폭발하거나 발화할 위험이 있다. 특히 이차 전지 내부에 설치된 퓨즈의 작동 전류보다 낮은 세기의 전류가 지속적으로 흐를 경우, 열이 방출됨으로 인하여 퓨즈가 용융되지 못하고 이차 전지가 위험에 지속적으로 노출되는 문제가 발생한다.
본 발명은 과전류에 대한 안전성이 형상된 전지 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전지 모듈은 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리 상기 전극 어셈블리와 연결된 제1전극단자와 제2전극단자를 갖는 복수개의 이차 전지와, 상기 이차 전지들을 전기적으로 연결하며 버스바 퓨즈부가 형성된 버스바를 포함하고, 상기 제1전극단자에는 상극 전극 어셈블리와 상기 제1전극단자를 연결하는 집전부재가 연결 설치되고, 상기 집전부재에는 집전 퓨즈부가 형성되며, 상기 버스바 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 집전 퓨즈부의 용융되는 작동 전류보다 더 작은 것을 특징으로 한다.
상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류의 1.5배 내지 3배로 이루어질 수 있으며, 상기 버스바 퓨즈부의 작동 전류는 500A 내지 3000A이며, 집전 퓨즈부의 작동 전류는 3000A 내지 10000A로 이루어질 수 있다.
상기 버스바에는 굴곡된 퓨즈 홈이 형성되고, 상기 버스바 퓨즈부는 상기 퓨즈 홈의 측단과 맞닿아 상기 버스바 퓨즈부의 옆에 형성될 수 있으며, 상기 버스바에는 굴곡된 퓨즈 돌기가 형성되고 상기 버스바 퓨즈부는 상기 퓨즈 돌기의 측단과 맞닿아 옆에 형성될 수 있다.
상기 버스바 퓨즈부는 단열부재에 의하여 감싸질 수 있으며, 상기 버스바에는 굴곡된 부분이 형성되고, 상기 버스바 퓨즈부는 상기 굴곡된 부분의 측단과 맞닿아 상기 굴곡된 부분의 옆에 위치하며, 상기 단열부재는 상기 버스바 퓨즈부와 굴곡된 부분을 함께 감싸도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 단열부재는 인서트 사출로 형성될 수 있다.
상기 집전 퓨즈부는 방열성능을 갖는 방열부재에 의하여 감싸질 수 있으며, 상기 방열부재는 인서트 사출로 형성될 수 있다.
상기 집전부재에는 퓨즈 홀이 형성되고, 상기 퓨즈 홀의 일측 단부와 맞닿아 제1 집전퓨즈부가 형성되고, 상기 퓨즈 홀의 타측 단부와 맞닿아 제2 집전퓨즈부가 형성될 수 있으며, 상기 버스바에는 굴곡 형성된 복수 개의 퓨즈 홈이 상기 버스바의 폭 방향을 따라 이격 배열되며 상기 퓨즈 홈의 사이 및 상기 퓨즈 홈의 측단에 상기 버스바 퓨즈부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지 내부에 형성된 퓨즈부가 용융되지 않는 경우에도 버스바에 형성된 퓨즈부가 용융되므로 상대적으로 낮은 세기의 과전류가 흐르는 경우에도 전류를 차단할 수 있다.
또한, 버스바에 형성된 퓨즈부가 굴곡된 부분에 의하여 전류의 흐름을 격리시키므로 퓨즈부가 형성되더라도 버스바의 자체 저항 증가를 방지하면서도 상대적으로 낮은 세기의 과전류에서 퓨즈를 용융시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극 어셈블리와 집전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 집전부재를 도시한 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 버스바를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 버스바의 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 제1실시예에 따른 버스바에서 버스바 퓨즈부가 용융된 상태를 나타낸 도면이며, 도 8b는 본 발명의 제1실시예에 따른 홈이 용융된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 버스바를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 버스바를 도시한 사시도이다.
도 12는 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 제1실시예의 전지 모듈(100)은 복수개의 이차 전지들(101)과 이웃하는 이차 전지(101)들의 제1전극단자(21)와 제2전극단자(22)를 전기적으로 연결하는 버스바(71)를 포함한다.
이차 전지들(101)은 적층 배열되는 바, 이차 전지들(101)은 제1전극단자(21)와 제2전극단자(22)를 포함하며, 제1전극단자(21)와 제2전극단자(22)가 교대로 배치된 상태에서 버스바(bus bar)(71)가 단자들에 용접으로 접합되어 이차 전지들(101)을 직렬로 연결한다.
적층 배열된 이차 전지들(101) 중 일측 측단에 배치된 이차 전지(101)의 제1전극단자(21)에는 전류의 인출을 위한 제1모듈단자(72)가 설치되고, 타측 측단에 배치된 이차 전지의 제2전극단자(22)에는 전류의 인출을 위한 제2모듈단자(74)가 설치된다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 이차 전지(101)는 전류를 충전 및 방전하는 전극 어셈블리(10), 전극 어셈블리(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 캡 플레이트(20)에 설치되는 제1전극단자(음극 단자)(21)와 제2전극단자(양극 단자)(22)를 포함한다.
예를 들면, 전극 어셈블리(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1전극(이하, "음극"이라 한다)(11)과 제2전극(이하, "양극"이라 한다)(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 권취하여 형성된다.
음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 무지부들(11b, 12b)은 전극 어셈블리(10)의 양단에 각각 배치된다.
예를 들면, 케이스(15)는 내부에 전극 어셈블리(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극 어셈블리(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡 플레이트(20)는 알루미늄으로 형성되어 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24) 및 단자홀(H1, H2)을 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다.
벤트 홀(24)은 이차 전지(101)의 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다. 이차 전지(101)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 절개되어 벤트 홀(24)을 개방한다. 벤트 플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치(25a)를 가진다.
제1전극단자(21) 및 제2전극단자(22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 설치되고 전극 어셈블리(10)에 전기적으로 연결된다. 즉 제1전극단자(21)는 전극 어셈블리(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 제2전극단자(22)는 전극 어셈블리(10)의 양극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 어셈블리(10)는 제1전극단자(21) 및 제2전극단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출된다.
제1전극단자(21)와 제2전극단자(22)는 캡 플레이트(20)의 내측에서 서로 동일 구조를 형성하므로 동일 구조에 대하여 함께 설명하고, 캡 플레이트(20)의 외측에서 서로 다른 구조를 형성하므로 다른 구조에 대하여 각각 별도로 설명한다.
제1, 제2전극단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 각각 설치되는 리벳 터미널(21a, 22a), 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(21a, 22a)에 일체로 넓게 형성되는 플랜지(21b, 22b), 및 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(21a, 22a)에 리벳팅 또는 용접으로 연결되는 플레이트 터미널(21c, 22c)을 포함한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 제1, 제2전극단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 각각 설치되어, 제1, 제2전극단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20) 사이를 더 실링하고 전기적으로 절연한다. 즉 음, 양극 개스킷(36, 37)은 캡 플레이트(20)에 제1, 제2전극단자(21, 22)를 설치함으로써 단자홀(H1, H2)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.
음, 양극 리드 탭(51, 52)은 제1, 제2전극단자(21, 22)를 전극 어셈블리(10)의 음, 양극(11, 12)에 각각 전기적으로 연결한다. 즉 음, 양극 리드 탭(51, 52)을 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음, 양극 리드 탭(51, 52)은 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 연결된다.
음, 양극 절연부재(63, 64)는 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 음, 양극 절연부재(63, 64)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 결합되고 다른 일측으로 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 리벳 터미널(21a, 22a) 및 플랜지(21b, 22b)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 안정시킨다.
제1전극단자(21)의 플레이트 터미널(21c)는 리벳 터미널(21a)에 전기적으로 연결되어 절연부재(31)를 개재하여 캡 플레이트(20)의 외측에 배치된다.
절연부재(31)는 플레이트 터미널(21c)와 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 플레이트 터미널(21c)와 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 캡 플레이트(20)는 제1전극단자(21)와 전기적으로 절연된 상태를 유지한다.
제2전극단자(22) 측의 탑 플레이트(46)는 제2전극단자(22)의 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 연결한다. 예를 들면, 탑 플레이트(46)는 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20) 사이에 개재되고 리벳 터미널(22a)을 관통시킨다.
따라서 탑 플레이트(46)와 플레이트 터미널(22c)을 리벳 터미널(22a)의 상단에 결합하여 상단을 코킹함으로써, 탑 플레이트(46)와 플레이트 터미널(22c)은 리벳 터미널(22a)의 상단에 결합된다. 플레이트 터미널(22c)은 탑 플레이트(46)를 개재한 상태로 캡 플레이트(20)의 외측에 설치된다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극 어셈블리와 집전부재를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 집전부재를 도시한 부분 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(101)는 4개의 전극 어셈블리(10)를 포함한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 본 실시예에 따른 이차 전지는 적어도 하나의 전극 어셈블리를 포함하면 충분하다.
집전부재(51)는 제1전극단자(21)에 고정되는 단자 접합부(512)와 단자 접합부(512)에서 절곡 형성된 측판(513), 양극 무지부들(11a)에 고정된 집전편(517, 518) 및 단자 접합부(512)에 형성된 제1 집전퓨즈부(514)와 제2 집전퓨즈부(515)를 포함한다.
제2전극단자(22)에 결합 설치된 집전부재(52)는 제1전극단자(21)에 결합 설치된 집전부재(51)와 동일한 구조로 이루어지므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
단자 접합부(512)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 제1전극단자(21)가 삽입되는 지지홀(512a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(512)는 제1전극단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(513)은 단자 접합부(512)에서 케이스(15)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(15)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(513)의 양쪽 측단에는 2개의 집전편(517)이 연결 형성되고, 측판(513)의 하부에는 연결부(516)가 형성된다. 연결부(516)의 양쪽 측단에는 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합되는 2개의 집전편(518)이 연결 형성된다.
집전편(517)은 측판(513)의 양쪽 측단에서 굽어져 양극 무지부(11a)와 나란하게 배치된 상태에서 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합된다. 집전편(517)은 전극 어셈블리들(10) 중에서 외측에 위치하는 전극 어셈블리(10)에 용접으로 접합된다. 또한 집전편(518)은 연결부(516)의 양쪽 측단에서 굽어져 양극 무지부(11a)와 나란하게 배치된 상태에서 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합된다. 집전편(517)은 전극 어셈블리들(10) 중에서 외측에 위치하는 전극 어셈블리(10)에 용접으로 접합되고, 집전편(518)은 전극 어셈블리들(10) 중에서 내측에 위치하는 전극 어셈블리(10)에 용접으로 접합된다.
단자 접합부(512)에는 퓨즈 홀(512b)이 형성되며 퓨즈 홀(512b)은 지지홀(512a)에서 단자 접합부(512)의 길이방향으로 이격 배치되어 있다. 퓨즈 홀(512b)의 일측 단부와 맞닿아 제1 집전퓨즈부(514)가 형성되고, 타측 단부와 맞닿아 제2 집전퓨즈부(515)가 형성된다. 제1 집전퓨즈부(514)와 제2 집전퓨즈부(515)는 퓨즈 홀(512b)에 의하여 단자 접합부(512)의 폭방향을 따라 이격된다.
퓨즈 홀(512b)의 형성에 의하여 제1 집전퓨즈부(514)와 제2 집전퓨즈부(515)의 단면적을 합한 값은 다른 부분의 단면적보다 더 작게 형성되므로 집전부재(51)에 과전류가 흐를 때, 제1 집전퓨즈부(514) 및 제2 집전퓨즈부(515)가 용융되어 전류를 차단한다.
집전부재(51)에는 절연 및 아크방지를 위한 방열부재(61)가 설치되는데, 방열부재(61)는 집전부재(51)를 부분적으로 감싸도록 설치된다. 방열부재(61)는 측판(513) 및 연결부(516)를 감싸며, 단자 접합부(512)와 집전편들(517, 518)의 일부를 감싸도록 설치된다.
방열부재(61)는 인서트 사출 방식으로 형성되며, 단자 접합부(512)에서 집전편들(517, 518)의 상부까지 감싸도록 이어져 형성된다. 방열부재(61)는 폴리프로필렌(PP), 폴리플루오르(PFA), 폴리페닐린설파이드(PPS), 폴리케톤(PEEK)으로 이루어질 수 있다. 또한, 방열부재(61)는 집전부재(51)의 표면에 얇은 두께로 코팅되어 집전부재(51)가 케이스(15)와 접촉하는 것을 방지하며, 집전부재(51)에서 발생된 아크가 전해액과 접촉하는 것을 차단한다.
집전부재(51)에서 발생된 아크가 전해액과 접촉하면 높은 열로 인하여 전해액이 발화하거나 폭발할 수 있는 바, 절연부재가 코팅된 상태에서 절연부재의 내부에서 아크가 발생하면 아크가 절연부재 내에서 소멸되므로 안전성이 향상된다.
방열부재(61)는 단자 접합부(512)를 감싸는 상부 절연부(612)와 측판(513)을 감싸는 측면 절연부(615), 연결부(516)를 감싸는 하부 절연부(616), 및 집전편(517, 518)의 상부를 감싸는 복수개의 절연돌기들(617, 618)을 포함한다. 측면 절연부(615)는 상부 절연부(612)에서 굴곡되어 하부로 이어지며, 하부 절연부(616)는 측면 절연부(615)의 아래에 위치한다. 절연돌기(617)는 측면 절연부(615)에서 굴곡되며, 절연돌기(618)는 하부 절연부(616)에서 굴곡된다. 또한, 절연부재는 퓨즈 홀(512b)에 삽입되어 퓨즈부가 용융된 경우 용융된 부분이 서로 접촉하지 않고 이격된 상태를 유지하도록 지지한다.
또한 방열부재(61)는 방열성능을 갖는 소재로 이루어질 수 있다. 방열부재(61)는 방열성능을 갖게 되면 과전류가 흐를 때, 집전 퓨즈부(514, 515)에서 발생된 열이 방열부재(61)를 통해서 집전부재(51)의 다른 부분으로 빠르게 퍼지게 되어 집전 퓨즈부(514, 515)의 용융이 지연된다. 방열부재(61)는 전지의 정격 전류보다 높은 전류인 과전류이긴 하지만, 집전 퓨즈부(514, 515)의 용융 조건 보다 낮은 세기의 과전류가 지속적으로 흐르는 경우, 집전 퓨즈부(514, 515)에서 발생된 열을 다른 부분으로 전달하여 집전 퓨즈부(514, 515)가 용융되지 않도록 작용한다. 그러나 낮은 세기의 과전류가 지속적으로 흐르는 경우에도 전지의 상태가 정상적인 상황인 아닌 경우이며, 지속적으로 전지 내부의 온도가 상승하므로 위험한 상황이 지속된다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 버스바를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 버스바의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 버스바(71)는 일방향으로 길게 이어진 사각판 형태로 이루어진다. 버스바(71)의 길이방향 중앙에는 굴곡된 퓨즈 홈(71a)이 형성되고, 바스바(71)의 길이방향 일측 단부에는 이웃하는 이차 전지(101)의 제1전극단자(21)에 용접으로 접합되는 제1단자접합부(71b)가 형성되며, 바스바(71)의 길이방향 타측 단부에는 제2전극단자(22)에 용접으로 접합되는 제2단자접합부(71c)가 형성된다. 또한, 퓨즈 홈(71a)의 일측 측단에는 제1 버스바 퓨즈부(71d)가 맞닿아 형성되고, 퓨즈 홈(71a)의 타측 측단에는 제2 버스바 퓨즈부(71e)가 맞닿아 형성된다. 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(71e)는 퓨즈 홈(71a)을 사이에 두고 버스바(71)의 폭방향을 따라 이격된다.
전류는 최단거리를 통해서 이동하려는 성질을 갖는다. 이에 따라 전류는 버스바(71)에서 거리가 길게 형성된 퓨즈 홈(71a)을 통해서 이동하지 않고, 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(71e)를 통해서 이동한다. 이에 따라 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(71e)에서 전류가 이동하는 경로의 단면적은 다른 부분보다 작으며 과전류가 발생할 때 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(71e)에서 많은 열이 발생하게 된다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 과전류가 발생하면 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(71e)가 먼저 용융되고, 이후에 퓨즈 홈(71a)이 용융되어 전류를 차단시킨다. 특히 퓨즈 홈(71a)은 제1 버스바 퓨즈부(71d) 및 제2 버스바 퓨즈부(71e)에 비하여 더 길게 형성되므로 더 큰 줄(joule) 열이 발생하여 쉽게 용융된다.
버스바(71)에 형성된 버스바 퓨즈부(71d, 71e)가 용융되는 작동 전류는 집전 퓨즈부(514, 515)가 용융되는 작동 전류에 비하여 더 작도록 이루어진다. 여기서 작동 전류라 함은 반드시 퓨즈부가 용융될 때의 전류를 의미하는 것이 아니라 퓨즈부가 용융되도록 설계되는 목표 전류를 포함하는 개념이다.
집전 퓨즈부(514, 515)의 작동 전동 전류는 버스바 퓨즈부(71d, 71e)의 작동 전류의 1.2배 내지 3배로 이루어질 수 있다. 또한, 버스바 퓨즈부(71d, 71e)의 작동 전류는 500A 내지 3000A이며, 집전 퓨즈부(514, 515)의 작동 전류는 3000A 내지 10000A로 이루어질 수 있다.
정격 전류가 60A 내지 120A인 이차 전지에서 500A는 매우 높은 전류로서 과전류에 해당하며, 이는 이차 전지 내부에 이상이 발생한 것을 의미한다. 그러나 집전 퓨즈부(514, 515)는 이러한 낮은 세기의 과전류가 지속적으로 흐르는 경우, 열이 방출되어 용융되지 않으므로 과전류가 흐르는 상황이 지속된다. 그러나 본 실시예에 따르면 낮은 세기의 과전류가 흐르는 경우에는 버스바 퓨즈부(71d, 71e)가 용융되므로 전류를 차단하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
특히, 버스바(71)에 퓨즈 홈(71a)이 형성되므로 홀이 형성되는 경우에 비하여 버스바(71)의 강도를 유지할 수 있다. 버스바(71)에 홀이 형성되면 버스바 퓨즈부(71d, 71e)에서 버스바(71)의 강도가 약해져 외부의 충격이나 진동에 의하여 버스바(71)가 파단될 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 굴곡된 퓨즈 홈(71a)이 형성되므로 굴곡된 부분에 의하여 버스바(71)의 높이가 오히려 증가하므로 버스바(71)의 강도가 더 향상된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 버스바를 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 자른 단면도이다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 따른 전지 모듈은 버스바(73)의 구조를 제외하고는 상기한 제1실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 버스바(73)는 일방향으로 길게 이어진 사각판 형태로 이루어진다. 버스바(73)의 길이방향 중앙에는 굴곡된 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b)이 형성된다. 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b)은 버스바(73)의 폭방향으로 이격 배치되어 있다.
제1 퓨즈 홈(73a)의 일측 측단에는 제1 버스바 퓨즈부(73c)가 맞닿아 형성되고, 제2 퓨즈 홈(73b)의 타측 측단에는 제2 버스바 퓨즈부(73d)가 맞닿아 형성된다. 또한, 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b) 사이에는 제3 버스바 퓨즈부(73e)가 형성된다. 제1 버스바 퓨즈부(73c)와 제2 버스바 퓨즈부(73d) 및 제3 버스바 퓨즈부(73e)는 버스의 폭방향을 따라 이격 배치되어 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 버스바(73)에 복수개의 퓨즈 홈(73a, 73b)이 형성되므로 버스바(73)의 강도가 더욱 향상될 뿐만 아니라 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)를 더욱 분할하여 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)의 작동 전류를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다. 본 실시예에 따른 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)의 작동전류는 집전 퓨즈부의 작동 전류보다 더 낮게 형성되며, 이에 따라 낮은 세기의 과전류에서 집전 퓨즈부보다 먼저 용융되어 과전류 상태가 지속되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 버스바를 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 자른 단면도이다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 따른 전지 모듈은 버스바(73)의 구조를 제외하고는 상기한 제1실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 버스바(73)는 일방향으로 길게 이어진 사각판 형태로 이루어진다. 버스바(73)의 길이방향 중앙에는 굴곡된 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b)이 형성된다. 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b)은 버스바(73)의 폭방향으로 이격 배치되어 있다.
제1 퓨즈 홈(73a)의 일측 측단에는 제1 버스바 퓨즈부(73d)가 맞닿아 형성되고, 제2 퓨즈 홈(73b)의 타측 측단에는 제2 버스바 퓨즈부(73e)가 맞닿아 형성된다. 또한, 제1 퓨즈 홈(73a)과 제2 퓨즈 홈(73b) 사이에는 제3 버스바 퓨즈부(73e)가 형성된다. 제1 버스바 퓨즈부(71d)와 제2 버스바 퓨즈부(73e) 및 제3 버스바 퓨즈부(73e)는 버스의 폭방향을 따라 이격 배치되어 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 버스바(73)에 복수개의 퓨즈 홈(73a, 73b)이 형성되므로 버스바(73)의 강도가 더욱 향상될 뿐만 아니라 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)를 더욱 분할하여 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)의 작동 전류를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다. 본 실시예에 따른 버스바 퓨즈부(73c, 73d, 73e)의 작동전류는 집전 퓨즈부의 작동 전류보다 더 낮게 형성되며, 이에 따라 낮은 세기의 과전류에서 집전 퓨즈부보다 먼저 용융되어 과전류 상태가 지속되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 버스바를 도시한 사시도이고, 도 12는 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
이하에서는 도 11 및 도12를 참조하여 설명한다. 본 실시예에 따른 전지 모듈은 버스바(75)의 구조를 제외하고는 상기한 제1실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 버스바(75)는 일방향으로 길게 이어진 사각판 형태로 이루어지며, 버스바(75)의 길이방향 중앙에는 굴곡된 퓨즈 돌기(75a)가 형성된다. 퓨즈 돌기(75a)의 일측 측단에는 제1 버스바 퓨즈부(75b)가 맞닿아 형성되고, 퓨즈 돌기(75a)의 타측 측단에는 제2 버스바 퓨즈부(75c)가 맞닿아 형성된다.
또한, 버스바(75)에는 버스바(75)를 감싸는 단열부재(76)가 설치되는데, 단열부재(76)는 버스바(75)의 길이방향 중앙에 배치된다. 단열부재(76)는 퓨즈 돌기(75a)와 제1 버스바 퓨즈부(75b), 및 제2 버스바 퓨즈부(75c)를 감싸도록 설치된다. 단열부재는 인서트 몰딩으로 형성되거나, 버스바(75)에 필름을 코팅하여 형성될 수 있다. 단열부재(76)는 열전도성이 낮은 폴리머 소재로 이루어지며, 특별히 소재를 제한하지는 않는다.
단열부재(76)는 퓨즈 돌기(75a) 및 버스바 퓨즈부들(75b, 75c)보다 길이방향으로 더 외측으로 돌출되도록 설치되며 버스바 퓨즈부(75b, 75c)에서 발생된 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다.
낮은 세기의 과전류가 흐르는 경우에는 급격히 큰 열이 발생하는 것이 아니라 지속적으로 열이 발생한다. 이에 따라 버스바 퓨즈부(75b, 75c)의 온도가 점차 증가하다가 열이 발생하는 속도와 열이 방출되는 속도가 같아지면 버스바 퓨즈부(75b, 75c)가 작동하지 못하고 높은 온도 상태를 유지하게 된다. 그러나 본 실시예와 같이 단열부재(76)를 설치하면 열의 방출을 감소시켜서 버스바 퓨즈부(75b, 75c)가 설정된 전류에서 용이하게 용융될 수 있다.
또한, 버스바 퓨즈부(75b, 75c)의 용융시에 발생하는 용융 잔해물이 이차전지를 오염시키거나 용융 잔해물에 의하여 2차 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 전지 모듈 101: 이차 전지
10: 전극 어셈블리 11: 음극
12: 양극 13: 세퍼레이터
15: 케이스 20: 캡 플레이트
21: 제1전극단자 22: 제2전극단자
31: 절연부재 51, 52: 집전부재
14: 버스바 퓨즈부 514: 제1 집전퓨즈부
515: 제2 집전퓨즈부 61: 방열부재
71, 73, 75: 바스바 71a: 퓨즈 홈
71d: 제1 버스바 퓨즈부 72: 제1모듈단자
73a: 제1 퓨즈 홈 73b: 제2 퓨즈 홈
75a: 퓨즈 돌기 75b: 제1 버스바 퓨즈부
75c: 제2 버스바 퓨즈부 76: 단열부재

Claims (12)

  1. 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리, 상기 전극 어셈블리와 연결된 제1전극단자와 제2전극단자를 갖는 복수개의 이차 전지;
    상기 이차 전지들을 전기적으로 연결하며 제1 전류 경로를 형성하는 버스바 퓨즈부와 상기 버스바 퓨즈부 보다 더 긴 제2 전류 경로를 형성하는 경로 증가부를 포함하는 버스바;
    를 포함하고,
    상기 제1전극단자에는 상기 전극 어셈블리와 상기 제1전극단자를 연결하는 집전부재가 연결 설치되고, 상기 집전부재에는 집전 퓨즈부가 형성되며,
    상기 버스바 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류보다 더 작은 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 버스바 퓨즈부가 용융되는 작동 전류의 1.5배 내지 3배인 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 퓨즈부의 작동 전류는 500A 내지 3000A이며, 집전 퓨즈부의 작동 전류는 3000A 내지 10000A인 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 퓨즈부는 상기 경로 증가부를 둘러싸고 있는 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경로 증가부는 굴곡되어 있는 전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 경로 증가부는 돌출되거나 오목하게 형성되어 있는 전지 모듈.
    이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경로 증가부의 평면 모양은 원형 또는 타원형인 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경로 증가부는 복수로 형성되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 버스바 퓨즈부 및 상기 경로 증가부를 감싸는 단열부재 또는 방열 부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단열 부재 또는 상기 방열부재는 인서트 사출로 형성된 전지 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 집전부재에는 퓨즈 홀이 형성되고, 상기 퓨즈 홀의 일측 측단와 맞닿아 제1 집전퓨즈부가 형성되고, 상기 퓨즈 홀의 타측 측단과 맞닿아 제2 집전퓨즈부가 형성된 전지 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 경로 증가부는 상기 버스바의 폭 방향을 따라 이격 배열되어 있고, 상기 버스바 퓨즈부는 이웃하는 상기 경로 증가부 사이에 위치하는 전지 모듈.
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