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1. (WO2019009519) BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING SAME
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1   2  

배경기술

3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7   8  

과제 해결 수단

9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24  

발명의 효과

25   26  

도면의 간단한 설명

27   28   29   30  

발명의 실시를 위한 형태

31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56  

산업상 이용가능성

57  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16  

도면

1   2   3   4   5   6  

명세서

발명의 명칭 : 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

기술분야

[1]
본 출원은 2017년 07월 06일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2017-0085992호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
[2]
본 발명은, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 과충전을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

배경기술

[3]
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
[4]
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 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
[5]
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이차 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
[6]
종래의 배터리 모듈과 관련하여, 전압에 기초하여 과충전을 방지하며, 센서에 의해 측정된 전압이 과전압인 경우 BMS(Battery Management System)를 통해 전압을 차단하는 기술이 알려져 있다. 하지만, 이러한 종래 기술은 BMS에 이상이 발생하는 경우 과충전을 방지할 수 없다는 문제점이 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, BMS에 이상이 발생한 경우 등 BMS와 관계없이도 배터리 셀의 과충전을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
[8]
또한, 배터리 셀의 과충전시 발생되는 압력을 이용하여 배터리 셀의 과충전을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

[9]
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀이 적층되는 배터리 셀 적층체; 상기 복수의 배터리 셀에 각각 구비된 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바; 상기 버스바로부터 이격되도록 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 배터리 셀 내부에 발생된 가스의 가스압에 의해 작동하여 상기 전극 리드와 상기 버스바의 전기적 연결을 끊는 차단유닛을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
[10]
또한, 상기 차단유닛은, 걸림부가 형성되며 제1 탄성부재가 결합된 작동 본체; 및
[11]
상기 작동 본체가 상기 제1 탄성부재에 의해 탄성 수축된 상태에서 상기 작동 본체의 걸림부에 걸려 상기 작동 본체를 고정하며, 상기 작동 본체가 고정된 상태를 유지할 수 있도록 제2 탄성부재가 결합된 고정부재를 포함할 수 있다.
[12]
그리고, 상기 버스바를 향해 상기 작동 본체에 결합되며, 상기 버스바를 향하고 있는 끝부분이 뾰족하게 형성된 파단부재를 더 포함할 수 있다.
[13]
또한, 상기 버스바에는 파단홈이 형성되며, 상기 파단부재의 뾰족한 끝부분은 상기 버스바의 파단홈을 향하도록 배치될 수 있다.
[14]
그리고, 상기 작동 본체의 걸림부는 상기 작동 본체의 내측으로부터 외측으로 갈수록 상향 경사지게 제1 경사부가 형성되고, 상기 제1 탄성부재는 상기 작동 본체의 중심부의 하측에 결합될 수 있다.
[15]
또한, 상기 고정부재는, 상기 걸림부의 상기 제1 경사부에 접촉될 수 있도록 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 회동부; 및 상기 회동부에 결합되는 회동축을 포함할 수 있다.
[16]
그리고, 상기 회동부는 상기 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 제1 회동부; 및 상기 제1 회동부로부터 연장되며, 상기 배터리 셀로부터 가압되는 제2 회동부를 포함할 수 있다.
[17]
또한, 상기 회동부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 작동 본체가 상기 한 쌍의 회동부 사이에 배치되도록, 상기 한 쌍의 회동부는 상기 작동 본체의 양측 사이드에 각각 배치될 수 있다.
[18]
그리고, 상기 작동 본체의 걸림부는 상기 작동 본체의 내측으로부터 외측으로 갈수록 하향 경사지게 제1 경사부가 형성되고, 상기 제1 탄성부재는 상기 작동 본체의 양측 단부의 하측에 각각 결합될 수 있다.
[19]
또한, 상기 고정부재는, 상기 걸림부의 상기 제1 경사부에 접촉될 수 있도록 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 회동부; 및 상기 회동부에 결합되는 회동축을 포함할 수 있다.
[20]
그리고, 상기 회동부는 상기 제2 경사부가 형성된 제1 회동부; 및 상기 제1 회동부로부터 연장되고, 상기 제2 탄성부재가 결합되며, 상기 배터리 셀로부터 가압되는 제2 회동부를 포함할 수 있다.
[21]
또한, 상기 회동부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 한 쌍의 회동부는 상기 회동축을 기준으로 상기 회동축에서 교차하도록 배치될 수 있다.
[22]
그리고, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 차단유닛이 접촉되어 지지되는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
[23]
또한, 상기 차단유닛은 상기 배터리 셀의 전극 리드가 배치되어 지지되는 테라스부에 설치될 수 있다.
[24]
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.

발명의 효과

[25]
본 발명의 실시예들은, 배터리 셀의 과충전시 전극 리드와 버스바의 전기적 연결을 끊는 차단유닛이 작동하므로, BMS에 이상이 발생하여 제어가 불가능하거나 어려운 경우 등 BMS와 관계없이도 배터리 셀의 과충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.
[26]
또한, 탄성 수축된 탄성부재에 힘이 저장되어 있고 배터리 셀의 과충전시 발생되는 압력이 탄성부재의 트리거로 작용할 수 있으므로 배터리 셀의 과충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도면의 간단한 설명

[27]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 도시한 단면도이다.
[28]
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 차단유닛의 작동 과정을 도시한 도면이다.
[29]
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 도시한 단면도이다.
[30]
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에서 차단유닛의 작동 과정을 도시한 도면이다.

발명의 실시를 위한 형태

[31]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[32]
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
[33]
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
[34]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 차단유닛의 작동 과정을 도시한 도면이다.
[35]
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀 적층체(100)와, 버스바(200)와, 차단유닛(300)을 포함한다.
[36]
배터리 셀 적층체(100)는 복수의 배터리 셀(110)이 적층되도록 구성될 수 있다(도 1 참조). 배터리 셀(110)은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 또한, 복수의 배터리 셀(110)은 다양한 방식으로 적층될 수 있다. 배터리 셀(110)은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 복수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
[37]
배터리 셀(110)에는 전극 리드(111)가 구비될 수 있다. 전극 리드(111)는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자로서 전도성 재질이 사용될 수 있다. 전극 리드(111)는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다. 전극 리드(111)는 후술하는 버스바(200)에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 셀(110)이 충방전되면 배터리 셀(110)의 케이스 내부에서 가스가 발생하며 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 배치되어 지지되는 테라스부(600) 부근에 배치된 가스 포집기(미도시)에 상기 가스가 포집될 수 있다. 그리고, 차단유닛(300)은 과충전시 가스 포집기(미도시)에 포집된 가스에 의해 부풀어 오르는 테라스부(600)에 설치될 수 있다. 즉, 테라스부(600)에서 차단유닛(300)으로 가해지는 가스압에 의해 차단유닛(300)이 작동될 수 있다. 배터리 셀(110)의 케이스는 다양할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리 셀(110)의 케이스가 파우치 타입인 경우를 중심으로 설명한다.
[38]
배터리 셀 적층체(100)는 배터리 셀(110)을 수납하는 복수의 카트리지들(미도시)이 구비될 수 있다. 각각의 카트리지(미도시)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 복수의 카트리지들(미도시)이 적층될 수 있다. 복수의 카트리지들(미도시)이 적층된 카트리지 조립체에는 커넥터 요소 또는 단자 요소가 구비될 수 있다. 커넥터 요소는, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 배터리 셀(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다.
[39]
버스바(200)는 복수의 배터리 셀(110)에 각각 구비된 전극 리드(111)들에 결합되어 전극 리드(111)들을 전기적으로 연결한다. 여기서, 전기전 연결에는 직렬 또는 병렬이 포함될 수 있다. 버스바(200)와 전극 리드(111)는 다양한 방식으로 연결될 수 있으며, 예를 들어 용접으로 연결될 수 있다. 그리고, 배터리 셀(110)에 과충전이 발생되는 경우 버스바(200)가 용이하게 파단될 수 있도록 버스바(200)에는 파단홈(210)이 형성될 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
[40]
지지부재(500)는 복수의 배터리 셀(110)들 사이에 배치되며, 차단유닛(300)이 지지부재(500)에 접촉되어 지지될 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 지지부재(500)는 하나의 배터리 셀(110)과, 하나의 배터리 셀(110)의 이웃하는 배터리 셀(110) 사이에서 테라스부(600)에 결합될 수 있으며 후술하는 차단유닛(300)이 지지부재(500)에 결합되어 지지될 수 있다. 여기서, 지지부재(500)는 다양하게 구성될 수 있으며, 예를 들어 배터리 모듈에 구비된 인터커넥터일 수 있다. 여기서, 인터커넉터는 배터리 셀(110)들 주변에 위치하여, 배터리 셀(110)의 반복적인 충전 및 방전 동안에 배터리 셀(110)의 온도에 대응되는 전기 신호 또는 배터리 셀(110)의 전류 내지 전압에 대응되는 전기 신호를 BMS에 전달하는 것으로, 본원 발명에서는 차단유닛(300)이 인터커넉터에 결합될 수 있다. 다만, 지지부재(500)가 반드시 인터커넥터일 필요는 없다.
[41]
차단유닛(300)은 배터리 셀(110)의 충방전, 특히 과충전시 배터리 셀(110) 내부에 발생된 가스의 가스압에 의해 작동하도록 마련된다. 즉, 전술한 바와 같이 배터리 셀(110)의 케이스 내부에서 가스가 발생하면 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 배치되어 지지되는 테라스부(600) 부근에 배치된 가스 포집기(미도시)에 가스가 포집되므로, 차단유닛(300)은 가스 포집기(미도시)가 위치한 테라스부(600)에 근접한 위치에서 복수의 배터리 셀(110) 사이에 배치될 수 있으며, 이때 버스바(200)로부터 이격되어 위치할 수 있다. 다만, 가스 포집기(미도시)가 테라스부(600)로부터 떨어져 있는 경우에는 차단유닛(300)의 위치가 가스 포집기(미도시)에 인접하도록 변경될 수 있다. 그리고, 배터리 셀(110)의 과충전시 발생되는 가스의 가스압에 의해 차단유닛(300)이 작동하여 전극 리드(111)와 버스바(200)의 전기적 연결을 끊을 수 있다. 이에 의해, BMS와 관계없이도 배터리 셀(110)의 과충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.
[42]
차단유닛(300)은 작동 본체(310)와, 고정부재(320)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3 참조하면, 작동 본체(310)에는 걸림부(311)가 형성되며 제1 탄성부재(312)가 결합될 수 있다. 고정부재(320)는 작동 본체(310)가 제1 탄성부재(312)에 의해 탄성 수축된 상태를 유지할 수 있도록 작동 본체(310)의 걸림부(311)에 걸려 작동 본체(310)를 고정한다. 여기서, 고정부재(320)가 작동 본체(310)의 걸림부(311)에 걸려 작동 본체(310)의 고정된 상태를 유지할 수 있도록 제2 탄성부재(324)가 고정부재(320)에 결합되어 있다. 여기서, 제1 탄성부재(312)가 탄성 수축된 상태에서 제1 탄성부재(312)에 결합된 작동 본체(310)는 고정부재(320)에 걸려 고정된다. 즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 작동 본체(310)는 제1 탄성부재(312)가 탄성 수축된 상태로 고정부재(320)에 결려 고정되어 있다. 그리고, 과충전에 의해 배터리 셀(110) 내부에 가스가 발생되면 차단유닛(300)의 고정부재(320)에 가스압이 전달되므로 고정부재(320)가 제2 탄성부재(324)의 탄성력을 이겨내고 회동하게 된다. 그러면 고정부재(320)에 걸려 있던 작동 본체(310)가 걸림해제되므로 제1 탄성부재(312)의 탄성회복력에 의해 작동 본체(310)가 버스바(200)측으로 발사되며, 작동 본체(310)의 발사된 발사력에 의해 작동 본체(310)가 버스바(200)에 충돌하여 버스바(200) 자체를 파단시키거나, 또는 버스바(200)와 전극 리드(111)의 연결 부분을 파단시킨다. 이를 위해, 작동 본체(310)에는 파단부재(400)가 결합될 수 있다. 즉, 파단부재(400)는 버스바(200)를 향하도록 작동 본체(310)에 결합되며 버스바(200)를 향하고 있는 끝부분(410)이 뾰족하게 형성될 수 있다. 여기서, 작동 본체(310)가 발사되면, 끝부분(410)이 뾰족한 파단부재(400)가 버스바(200)에 충돌하여 버스바(200) 자체 내지 버스바(200)와 전극 리드(111)의 연결 부분을 파단시킬 수 있다. 물론, 파단부재(400)가 구비되지 않고 작동 본체(310)만 있는 경우 작동 본체(310)가 버스바(200)에 부딪혀 버스바(200) 자체 내지 버스바(200)와 전극 리드(111)의 연결 부분을 파단시킬 수 있다. 그리고, 버스바(200) 자체를 용이하게 파단시킬 수 있도록 버스바(200)에는 파단홈(210)이 형성될 수 있다. 파단홈(210)은 다양한 형상 또는 다양한 크기를 가질 수 있다. 버스바(200)에 파단홈(210)이 형성된 경우 파단부재(400)의 뾰족한 끝부분(410)이 버스바(200)의 파단홈(210)을 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 작동 본체(310)가 발사되면 파단부재(400)의 뾰족한 끝부분(410)이 바스바의 파단홈(210)에 부딪혀(도 3 참조) 버스바(200)의 파단홈(210)을 중심으로 버스바(200)를 파단시킬 수 있다.
[43]
작동 본체(310)의 걸림부(311)는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 작동 본체(310)의 내측으로부터 외측으로 갈수록 상향 경사지게 제1 경사부(315)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 경사부(315)는 고정부재(320)의 회동부(321)에 형성된 제2 경사부(323)에 걸리도록 형성될 수 있다. 그리고, 작동 본체(310)의 중심부의 하측에 제1 탄성부재(312)가 결합되며 제1 탄성부재(312)가 탄성 수축된 상태에서 작동 본체(310)의 걸림부(311)가 고정부재(320)에 걸려서 고정된다.
[44]
고정부재(320)는 회동부(321)와, 회동축(326)을 포함할 수 있다. 회동부(321)는 걸림부(311)의 제1 경사부(315)에 접촉될 수 있도록 제1 경사부(315)에 대응되는 제2 경사부(323)가 형성되고, 제2 탄성부재(324)가 결합된 제1 회동부(322)와, 제1 회동부(322)로부터 연장되며, 배터리 셀(110)로부터 가압되는 제2 회동부(325)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 탄성부재(312)가 탄성 수축된 상태에서 작동 본체(310)의 걸림부(311)에 형성된 제1 경사부(315)에 고정부재(320)의 제2 경사부(323)가 걸리므로 작동 본체(310)는 도 2에서와 같이 고정된다. 그리고, 제1 탄성부재(312)는 지지부재(500)에 접촉될 수 있다. 여기서, 회동부(321)는 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 한 쌍의 회동부(321)는 작동 본체(310)의 양측 사이드에 각각 배치될 수 있다. 이에 의하면, 작동 본체(310)는 한 쌍의 회동부(321) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 제2 탄성부재(324)와 제2 회동부(325)는 지지부재(500)에 접촉될 수 있다. 회동축(326)은 회동부(321)에 결합될 수 있다. 즉, 회동부(321)는 회동축(326)을 기준으로 회동할 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)이 과충전에 의해 가스가 발생되면 배터리 셀(110)의 테라스부(600) 부근에서 가스압이 발생되므로 제2 회동부(325)로 가스압이 가해져 제2 회동부(325)가 가압된다. 그리고, 제2 회동부(325)가 회동축(326)에 대해 회동하면 제2 회동부(325)로부터 연장되는 제1 회동부(322)도 회동하게 되며 제1 회동부(322)의 제2 경사부(323)는 작동 본체(310)의 걸림부(311)의 제1 경사부(315)를 따라 이동한다. 제2 경사부(323)가 이동하여 제1 경사부(315)로부터 걸림 해제되면 제1 탄성부재(312)의 탄성회복력에 의해 작동 본체(310)가 버스바(200)측으로 발사되며 작동 본체(310)에 결합된 파단부재(400)의 뾰족한 끝부분(410)이 버스바(200)의 파단홈(210)에 부딪혀 버스바(200)를 파단시키거나, 또는 작동 본체(310) 내지 파단부재(400)가 버스바(200)에 부딪혀 버스바(200)와 전극 리드(111)간 전기적 연결을 끊는다.
[45]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
[46]
도 1 및 도 2를 참조하면, 차단유닛(300)이 복수의 배터리 셀(110) 사이에 배치되어 있으며, 차단유닛(300)의 작동 본체(310)는 제1 탄성부재(312)가 탄성 수축된 상태로 고정부재(320)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 고정부재(320)의 제1 회동부(322)에는 제2 경사부(323)가 형성되고, 제2 경사부(323)는 작동 본체(310)의 걸림부(311)에 형성된 제1 경사부(315)에 걸리며, 이에 의해 작동 본체(310)를 고정시킨다. 도 3을 참조하면, 과충전 등에 의해 배터리 셀(110)에 가스가 발생한 경우 가스압에 의해 고정부재(320)의 회동부(321)가 회동축(326)을 중심으로 회동하며, 회동부(321)가 회동하게 되면 작동 본체(310)의 걸림이 해제되므로 작동 본체(310)가 발사된다. 그리고, 작동 본체(310)가 버스바(200)에 부딪히거나, 또는 작동 본체(310)에 결합된 파단부재(400)가 버스바(200)에 부딪혀 버스바(200) 자체를 파단시키거나, 버스바(200)와 전극 리드(111)간 연결을 파단시켜 전기적 연결을 끊으며, 이에 의해 배터리 셀(110)의 과충전을 방지할 수 있다.
[47]
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서는 제1 탄성부재(312)와 제2 탄성부재(324)가 사용되므로, 버스바(200) 자체 또는 버스바(200)와 전극 리드(111)간 연결을 파단시킬 수 있을 정도의 큰 힘을 증폭시킬 수 있는 효과가 있다.
[48]
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에서 차단유닛의 작동 과정을 도시한 도면이다.
[49]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.
[50]
본 발명의 제2 실시예는 차단유닛(300)의 구체적인 형상이 다르다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
[51]
도 4 내지 도 6을 참조하면, 작동 본체(310)의 걸림부(311)에는, 작동 본체(310)의 내측으로부터 외측으로 갈수록 하향 경사지게 제1 경사부(315)가 형성되고, 제1 탄성부재(312)는 작동 본체(310)의 양측 단부의 하측에 각각 결합될 수 있다. 여기서, 제1 탄성부재(312)는 제1 실시예와 마찬가지로 지지부재(500)에 접촉된 상태에서 탄성 수축될 수 있다.
[52]
그리고, 고정부재(320)는 회동부(321)와 회동축(326)을 포함할 수 있다. 회동부(321)는 걸림부(311)의 제1 경사부(315)에 접촉될 수 있도록 제1 경사부(315)에 대응되는 제2 경사부(323)가 형성되고, 제2 탄성부재(324)가 결합될 수 있다. 여기서, 회동부(321)는 제2 경사부(323)가 형성된 제1 회동부(322)와, 제1 회동부(322)로부터 연장되고, 제2 탄성부재(324)가 결합되며, 배터리 셀(110)로부터 가압되는 제2 회동부(325)를 포함할 수 있다. 회동부(321)는 제1 실시예와 마찬가지로, 한 쌍으로 마련될 수 있지만, 구조는 제1 실시예와 다르며, 도 5 및 도 6을 참조하면, 한 쌍의 회동부(321)는 회동축(326)을 기준으로 회동축(326)에서 교차하도록 배치될 수 있다.
[53]
여기서, 제2 실시예에 따른 차단유닛(300)의 기본적은 작동 방식은 제1 실시예의 차단유닛(300)과 공통되므로, 이에 대한 상세한 설명은 제1 실시예의 설명으로 대체한다.
[54]
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
[55]
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
[56]
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

산업상 이용가능성

[57]
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

청구범위

[청구항 1]
복수의 배터리 셀이 적층되는 배터리 셀 적층체; 상기 복수의 배터리 셀에 각각 구비된 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바; 상기 버스바로부터 이격되도록 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 배터리 셀 내부에 발생된 가스의 가스압에 의해 작동하여 상기 전극 리드와 상기 버스바의 전기적 연결을 끊는 차단유닛을 포함하는 배터리 모듈.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 차단유닛은, 걸림부가 형성되며 제1 탄성부재가 결합된 작동 본체; 및 상기 작동 본체가 상기 제1 탄성부재에 의해 탄성 수축된 상태에서 상기 작동 본체의 걸림부에 걸려 상기 작동 본체를 고정하며, 상기 작동 본체가 고정된 상태를 유지할 수 있도록 제2 탄성부재가 결합된 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 3]
제2항에 있어서, 상기 버스바를 향해 상기 작동 본체에 결합되며, 상기 버스바를 향하고 있는 끝부분이 뾰족하게 형성된 파단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 4]
제3항에 있어서, 상기 버스바에는 파단홈이 형성되며, 상기 파단부재의 뾰족한 끝부분은 상기 버스바의 파단홈을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 5]
제2항에 있어서, 상기 작동 본체의 걸림부는 상기 작동 본체의 내측으로부터 외측으로 갈수록 상향 경사지게 제1 경사부가 형성되고, 상기 제1 탄성부재는 상기 작동 본체의 중심부의 하측에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 6]
제5항에 있어서, 상기 고정부재는, 상기 걸림부의 상기 제1 경사부에 접촉될 수 있도록 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 회동부; 및 상기 회동부에 결합되는 회동축을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 7]
제6항에 있어서, 상기 회동부는 상기 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 제1 회동부; 및 상기 제1 회동부로부터 연장되며, 상기 배터리 셀로부터 가압되는 제2 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 8]
제6항에 있어서, 상기 회동부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 작동 본체가 상기 한 쌍의 회동부 사이에 배치되도록, 상기 한 쌍의 회동부는 상기 작동 본체의 양측 사이드에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 9]
제2항에 있어서, 상기 작동 본체의 걸림부는 상기 작동 본체의 내측으로부터 외측으로 갈수록 하향 경사지게 제1 경사부가 형성되고, 상기 제1 탄성부재는 상기 작동 본체의 양측 단부의 하측에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 10]
제9항에 있어서, 상기 고정부재는, 상기 걸림부의 상기 제1 경사부에 접촉될 수 있도록 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성되고, 상기 제2 탄성부재가 결합된 회동부; 및 상기 회동부에 결합되는 회동축을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 11]
제10항에 있어서, 상기 회동부는 상기 제2 경사부가 형성된 제1 회동부; 및 상기 제1 회동부로부터 연장되고, 상기 제2 탄성부재가 결합되며, 상기 배터리 셀로부터 가압되는 제2 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 12]
제10항에 있어서, 상기 회동부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 한 쌍의 회동부는 상기 회동축을 기준으로 상기 회동축에서 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 13]
제1항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 차단유닛이 접촉되어 지지되는 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 14]
제1항에 있어서, 상기 차단유닛은 상기 배터리 셀의 전극 리드가 배치되어 지지되는 테라스부에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
[청구항 15]
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
[청구항 16]
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]