(57)【要約】  本発明は、保護回路が正常に作動せず、バッテリーモジュールに過電流が流れる場合、バスバーが破断されることで使用上の安全性を確保することができるバッテリーモジュールに関する。本発明によるバッテリーモジュールは、少なくとも１つの単位セル；前記単位セルを収容するケース；及び前記単位セルと電気的に連結されるバスバーを含み、前記バスバーは、第１金属プレート；前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレート；及び前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含む。
2014512071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの単位セルと、
前記単位セルを収容するケースと、
前記単位セルと電気的に連結されるバスバーと、を含み、
前記バスバーは、
第１金属プレートと、
前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレートと、
前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項２】
前記金属ブリッジが、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）を主成分として含む鉛フリー合金であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記スズの含量は８０ないし９８ｗｔ％であり、
前記銅の含量は２ないし２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記金属ブリッジが、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及び銀（Ａｇ）のうち選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記追加金属の含量が、０．０１ないし１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記金属ブリッジが、１５０ないし３００℃の融点を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記第１金属プレートと前記第２金属プレートは、一定間隔を置いて同一平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記金属ブリッジが、前記第１金属プレート及び第２金属プレートの片面または両面上で前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向するそれぞれの一端部の上面または下面の少なくとも一面に形成された収容段差を備え、
前記金属ブリッジは前記段差と対応する大きさ及び形状を有し、前記段差の結合によって形成される空間に収容されて前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向するそれぞれの一端部に形成された第１折曲部及び第２折曲部を備え、
前記金属ブリッジは前記第１折曲部及び第２折曲部の結合によって形成される空間に収容されて前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向する表面から一定深さで形成された収容溝を備え、
前記金属ブリッジは一側面及び他側面がそれぞれ前記収容溝に挿入されて金属プレートと接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
前記金属ブリッジは、前記第１金属プレートと第２金属プレートとが相互対向している表面の間に直接介在して前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１３】
前記対向表面は、前記金属半田ブリッジの方向にテーパーされた斜面状であることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１４】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、
前記金属ブリッジは前記対面する領域内に介在して前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１５】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、
前記金属ブリッジは前記対面する領域の周辺のうち対辺の一側及び他側に形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１６】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、
前記金属ブリッジは前記対面する領域の周辺全体に形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１７】
前記第１金属プレートと前記金属ブリッジとの間及び前記第２金属プレートと前記金属ブリッジとの間を固定するリベットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１８】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向する一側が終端に向かって細くなるテーパー状であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１９】
前記ケースの一側に設けられる外部端子をさらに含み、
前記バスバーは前記単位セルと前記外部端子との間を連結することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項２０】
正極リード及び負極リードを含む少なくとも１つの単位セルと、
前記単位セルを収容するケースと、
前記正極リードと連結される第１バスバーと、
前記負極リードと連結される第２バスバーと、を含み、
前記第２バスバーは、
第１金属プレートと、
前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレートと、
前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項２１】
バッテリーモジュールに適用されるバスバーであって、
第１金属プレートと、
前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレートと、
前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことを特徴とするバスバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡時の安全性が向上したバッテリーモジュール及びそこに適用されるバスバーに関し、短絡による電池内部の温度上昇で起り得る爆発または発火を予防できるように構造が改善されたバッテリーモジュール及びそこに適用されるバスバーに関する。
【０００２】
本出願は、２０１１年１１月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−０１２５２２５号及び２０１２年１１月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１３５７９３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯用電気製品の使用が活発になるにつれて、その駆動電源として主に使用される二次電池に対する重要性が増している。
【０００４】
通常充電不能な一次電池とは違って、充放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ラップトップパソコン、パワーツール、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車、大容量電力貯蔵装置など先端分野の開発に伴って活発に研究が行われている。
【０００５】
特に、リチウム二次電池は従来の鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐水素電池、ニッケル‐亜鉛電池など他の二次電池に比べ、単位重量当りエネルギー密度が高く、急速充電が可能であるため、使用が急激に増加している。
【０００６】
リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、携帯用電子機器の電源として使用されるか、又は、多数の電池を直列または並列で連結して高出力を要する電気自動車、ハイブリッド自動車、パワーツール、電気自転車、電力貯蔵装置、ＵＰＳなどに使用される。
【０００７】
リチウム二次電池は、ニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐水素化金属電池に比べて作動電圧が３倍高く、単位重量当りエネルギー密度の特性に優れるため、その使用が急激に増加している。
【０００８】
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を使用するリチウムイオン電池と、高分子固体電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。また、リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、電解液が全く含まれていない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含んでいるゲル型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。
【０００９】
液体電解質を使用するリチウムイオン電池の場合、殆どが円筒型や角型の金属缶を容器にして溶接封止した形態で使用される。このように金属缶を容器として使用する缶型二次電池はその形態が固定されるので、それを電源として使用する電気製品のデザインが制約されるという短所があって、体積を減らし難い。したがって、電極組立体と電解質をフィルムで製造したパウチ包装材に入れて封止したパウチ型二次電池が開発され使用されている。
【００１０】
しかし、リチウム二次電池が過熱される場合は爆発の危険性があるため、安全性確保が重要な課題の１つである。リチウム二次電池の過熱は様々な原因で生じるが、その１つとしてリチウム二次電池を通じて限界以上の過電流が流れる場合が挙げられる。過電流が流れれば、リチウム二次電池がジュール熱（Ｊｏｕｌｅ’ｓ Ｈｅａｔ）によって発熱するため、電池の内部温度が急速に上昇する。また、急速な温度上昇は電解液の分解反応を引き起こして熱暴走現象（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ）を起こし、結局は電池の爆発にまでつながる。過電流は、尖った金属物体がリチウム二次電池を貫通するか、正極と負極との間に介在したセパレータの収縮により、正極と負極との間の絶縁が破壊されるか、又は、外部に連結された充電回路や負荷の異常によって突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）が電池に印加される場合などに発生する。
【００１１】
したがって、過電流発生のような異常状況から電池を保護するため、リチウム二次電池は保護回路と結合されて使用される。一般に、前記保護回路には、過電流が発生したとき、充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線させるヒューズ素子が含まれる。
【００１２】
図１は、リチウム二次電池を含むバッテリーモジュールと結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。
【００１３】
図面に示されたように、保護回路は、過電流が発生したときバッテリーモジュールを保護するため、ヒューズ素子１０、過電流センシングのためのセンス抵抗２０、過電流発生をモニタリングして、過電流が発生したとき、ヒューズ素子１０を動作させるマイクロコントローラ３０、及び前記ヒューズ素子１０に動作電流の流入をスイッチングするスイッチ４０を含む。
【００１４】
ヒューズ素子１０はバッテリーモジュールの最外側端子に連結されたメイン線路に設けられる。メイン線路は充電電流または放電電流が流れる配線を言う。図面には、ヒューズ素子１０が高電位線路Ｐａｃｋ＋に設けられていることが示されている。
【００１５】
ヒューズ素子１０は３端子素子部品であって、２つの端子は充電または放電電流が流れるメイン線路に、１つの端子はスイッチ４０と接続される。また、内部にはメイン線路と直列連結されて特定温度で溶断するヒューズ１１と、前記ヒューズ１１に熱を印加する抵抗１２が含まれている。
【００１６】
前記マイクロコントローラ３０は、センス抵抗２０両端の電圧を周期的に検出して過電流の発生如何をモニタリングし、過電流が発生したと判断されれば、スイッチ４０をターンオンさせる。すると、メイン線路に流れる電流がヒューズ素子１０側に迂回して抵抗１２に印加される。それにより、抵抗１２で発生したジュール熱がヒューズ１１に伝導され、ヒューズ１１の温度を上昇させ、ヒューズ１１の温度が溶断温度まで上昇すれば、ヒューズ１１が溶断されることで、メイン線路が非可逆的に断線される。メイン線路が断線されれば、過電流がそれ以上流れなくなるので、過電流に起因する問題を解消することができる。
【００１７】
しかし、上記のような従来技術は様々な問題点を抱えている。すなわち、マイクロコントローラ３０が故障すれば、過電流が発生した状況でもスイッチ４０がターンオンされない。すると、ヒューズ素子１０の抵抗１２に電流が流れないため、ヒューズ素子１０が動作しないという問題がある。また、保護回路内にヒューズ素子１０を配置するための空間を別に必要とし、ヒューズ素子１０の動作制御のためのプログラムアルゴリズムがマイクロコントローラ３０に必ず内蔵されなければならない。したがって、保護回路の空間効率性が低下し、マイクロコントローラ３０の負荷が増加するという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セルと外部端子との間を連結するバスバーを二重構造にして、バッテリーモジュールの使用中、異常の発生により温度が上昇する場合、バスバーが容易に破断されるようにすることで使用上の安全性を確保できるバッテリーモジュール及びそこに適用されるバスバーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、少なくとも１つの単位セル；前記単位セルを収容するケース；前記単位セルと電気的に連結されるバスバーを含み、前記バスバーは、第１金属プレート；前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレート；及び前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことができる。
【００２０】
望ましくは、前記金属ブリッジはスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）を主成分として含むことができる。
【００２１】
前記スズの含量は８０ないし９８ｗｔ％であり、前記銅の含量は２ないし２０ｗｔ％範囲であることが望ましい。
【００２２】
選択的に、前記金属ブリッジは、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及び銀（Ａｇ）のうち選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含むことができ、この場合、前記追加金属の含量は０．０１ないし１０ｗｔ％であることが望ましい。
【００２３】
前記金属ブリッジは、１５０ないし３００℃の融点を有するように形成されることが望ましい。
【００２４】
望ましくは、前記第１金属プレートと前記第２金属プレートは一定間隔を置いて同一平面上に位置することができる。
【００２５】
本発明の一態様によれば、前記金属ブリッジは、前記第１金属プレート及び第２金属プレートの片面または両面上で前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することができる。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは、相互対向するそれぞれの一端部の上面または下面の少なくとも一面に形成された収容段差を備え、前記金属ブリッジは前記段差と対応する大きさ及び形状を有し、前記段差の相互結合によって形成される空間に収容されて前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することができる。
【００２７】
本発明のさらに他の態様によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向するそれぞれの一端部に形成された第１折曲部及び第２折曲部を備え、前記金属ブリッジは前記第１折曲部及び第２折曲部の相互結合によって形成される空間に収容されて前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することができる。
【００２８】
本発明のさらに他の態様によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは相互対向する表面から一定深さで形成された収容溝を備え、前記金属ブリッジは一側面及び他側面がそれぞれ前記収容溝に挿入されて金属プレートと接合することができる。
【００２９】
本発明のさらに他の態様によれば、前記金属ブリッジは前記第１金属プレートと第２金属プレートとが相互対向している表面の間に直接介在して前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することができる。
【００３０】
前記対向表面は、前記金属半田ブリッジ方向にテーパーされた（Ｔａｐｅｒｅｄ）斜面状であり得る。
【００３１】
本発明のさらに他の態様によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、前記金属ブリッジは前記対面する領域内に介在して前記第１金属プレート及び第２金属プレートと接合することができる。
【００３２】
本発明のさらに他の態様によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、前記金属ブリッジは前記対面する領域の周辺のうち対辺の一側及び他側に形成され得る。
【００３３】
望ましくは、前記第１金属プレート及び第２金属プレートそれぞれの一側は、少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、前記金属ブリッジは前記対面する領域の周辺全体に形成され得る。
【００３４】
望ましくは、前記第１金属プレートと前記金属ブリッジとの間及び前記第２金属プレートと前記金属ブリッジとの間を固定するリベットをさらに含むことができる。
【００３５】
望ましくは、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは、相互対向する一側が終端に向かって細くなるテーパー状であり得る。
【００３６】
一方、前記バッテリーモジュールは、前記ケースの一側に設けられる外部端子をさらに含み、前記バスバーは前記単位セルと前記外部端子との間を連結することができる。
【００３７】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、正極リード及び負極リードを含む少なくとも１つの単位セル；前記単位セルを収容するケース；前記正極リードと連結される第１バスバー；及び前記負極リードと連結される第２バスバーを含み、前記第２バスバーは、第１金属プレート；前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレート；及び前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことができる。
【００３８】
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバスバーは、バッテリーモジュールに適用されるバスバーであって、第１金属プレート；前記第１金属プレートと離隔して位置する第２金属プレート；及び前記第１金属プレートと第２金属プレートとの間を連結し、前記金属プレートより低い融点を有する金属ブリッジを含むことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、保護回路が正常に作動せず、バッテリーモジュールに過電流が流れる場合、バスバーが迅速に破断されることでバッテリーモジュールの使用上の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【００４１】
【図１】バッテリーモジュールと結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。
【図２】本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。
【図３】本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールを構成するバッテリーセル及びバスバーが結合された様子を示した斜視図である。
【図４ａ】本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの完成斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示されたバッテリーモジュールの正面図である。
【図５】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図６】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図７ａ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図７ｂ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図７ｃ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図８ａ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図８ｂ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図９ａ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図９ｂ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図９ｃ】図４ｂに示されたＡ部分の斜視図であって、本発明の実施例によるバスバーの多様な形態の一例を示した部分斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例によるバスバーの形態を示した部分斜視図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例によるバスバーの形態を示した部分斜視図である。
【図１２】本発明によるバッテリーモジュールに対する短絡実験結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００４３】
まず、図２ないし図４ｂを参照して本発明によるバッテリーモジュールの全体構成を説明する。
【００４４】
図２ないし図４ｂを参照すれば、本発明によるバッテリーモジュール１は、バッテリーセル１００、バスバー２００、ケース３００、外部端子３１１及び電圧センサー３２１を含む。
【００４５】
前記バッテリーセル１００は、少なくとも１つの単位セル１１０Ａ、１１０Ｂ及び単位セル１１０Ａ、１１０Ｂを包むセルカバー１２０で構成される単位モジュール１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄを積層することで形成される。
【００４６】
前記単位セル１１０Ａ、１１０Ｂは、外装材に収容された電極組立体（図示せず）、前記電極組立体の第１、第２電極板の非塗工部とそれぞれ連結されて外装材の一側及び他側方向にそれぞれ引出される第１電極リード１１１及び第２電極リード１１２を含む。本発明では、第１、第２電極板がそれぞれ正極板及び負極板である場合を挙げて説明する。したがって、第１、第２電極リード１１１、１１２はそれぞれ正極リード及び負極リード１１１、１１２である。
【００４７】
前記正極板はアルミニウム（Ａｌ）材質でなり、負極板は銅（Ｃｕ）材質でなることが一般的である。したがって、前記電極板と電極リード１１１、１１２との間の溶接性及び電気抵抗最小化の面で、前記正極リード１１１は正極板と同じアルミニウム（Ａｌ）材質でなり、負極リード１１２は負極板と同じ銅（Ｃｕ）材質またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅（Ｃｕ）材質でなることが望ましい。
【００４８】
前記単位セル１１０Ａ、１１０Ｂ及び単位モジュール１００Ａ〜１００Ｄが複数の場合、単位セル１１０Ａ、１００Ｂ相互間の連結及び単位モジュール１００Ａ〜１００Ｄ相互間の連結はバッテリーの用途に合わせて直列または並列で連結することができるが、本発明では直列連結の場合を挙げて説明する。すなわち、本発明で前記単位セル１１０Ａ、１００Ｂ相互間は、１つの単位セル１１０Ａの正極リード１１１と隣接する単位セル１１０Ｂの負極リード１１２とが相互結合することで連結される。この場合、背面部（Ｒ方向）最外側に位置する単位セル１１０Ａの正極リード１１１と前面部（Ｆ方向）最外側に位置する単位セル１１０Ｂの負極リード１１２は、それぞれ後述するバスバー２００と結合される。
【００４９】
一方、前記単位セル１１０Ａ、１１０Ｂ及び単位モジュール１００Ａ〜１００Ｄの個数においても、本発明では単位セル１１０Ａ、１１０Ｂが２つの場合、及び単位モジュール１００Ａ〜１００Ｄが４つ積層された場合が示されているが、これは例示に過ぎず、単位セル１１０Ａ、１１０Ｂ及び単位モジュール１００Ａ〜１００Ｄの個数が限定されることはない。
【００５０】
前記バスバー２００は、バッテリーセル１００の背面部（Ｒ）最外郭に位置した単位セル１１０Ａの正極リード１１１と、前面部（Ｆ）最外郭に位置した単位セル１１０Ｂの負極リード１１２とに結合されるものであって、第１金属プレート２１０、第２金属プレート２２０、及び金属プレート２１０、２２０の間を連結する金属ブリッジ２３０を含む。
【００５１】
前記正極リード１１１及び負極リード１１２のそれぞれに取り付けられるバスバー２００は、金属プレート２１０、２２０の材質が相異なり得る。すなわち、前記正極リード１１１に取り付けられるバスバー２００の金属プレート２１０、２２０は正極リード１１１と同じアルミニウム材質であり、負極リード１１２に取り付けられるバスバー２００の金属プレート２１０、２２０は負極リード１１２と同じ銅またはニッケルがコーティングされた銅材質であることが望ましい。しかし、材質を除いた構成は同一であるため、本発明では正極リード１１１に取り付けられたバスバー２００を中心に説明する。
【００５２】
前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０は薄板状の金属でなる。前記第１金属プレート２１０はその一側が略「┐」状に折り曲げられて形成されたリード結合部２１１を備える。前記リード結合部２１１は電極リード１１１、１１２それぞれの一端部と溶接によって結合される。前記第２金属プレート２２０は第１金属プレート２２０と一定距離離隔して位置し、第１金属プレート２１０と反対側の端部に外部端子３１１が挿入可能に形成された端子溝２２０ａを備える。
【００５３】
前記金属ブリッジ２３０は、前記金属プレート２１０、２２０の間を連結するものであって、具体的な連結構造の多様な実施例については図５ないし図１１を参照して詳しく後述し、ここではその役割及び性質について説明する。
【００５４】
前記金属ブリッジ２３０は、バッテリーモジュール１が過熱された場合に溶融して第１金属プレート２１０と第２金属プレート２２０との間の電気的連結を解除する役割をする。望ましくは、前記金属ブリッジ２３０はスズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を主成分として含み、環境と人体に無害に、鉛（Ｐｂ）を含まない鉛フリー合金物質からなり、約１５０ないし３００℃の融点を有する。このような融点の範囲は、リード１１１、１１２及び／または金属プレート２１０、２２０を構成するアルミニウム、銅またはニッケルがコーティングされた銅のうち選択されたいずれか１つの金属の融点と比べて低いため、過電流を迅速に遮断することができる。
【００５５】
前記金属ブリッジ２３０の融点の範囲は、バスバー２００が耐えるべき最大電圧及び最大電流条件、バスバー２００を使用して遮断しようとする過電流のレベル、バスバー２００に求められる電気的物性（抵抗）及び／または機械的物性（引張強度）を考慮して決定した。前記金属ブリッジ２３０の融点が１５０℃より低ければ、バッテリーモジュール１の正常作動による電流にもバスバー２００が破断されることがある。また、前記金属ブリッジ２３０の融点が３００℃より高ければ、過電流の遮断が効果的に行われないという問題点がある。
【００５６】
前記金属ブリッジ２３０に含まれたスズと銅の含量は、金属ブリッジ２３０の融点、金属ブリッジ２３０やバスバー２００に与えようとする電気的物性及び／または物理的物性に合わせて適切に調節することができる。
【００５７】
前記金属ブリッジ２３０の構成成分のうちスズは、金属ブリッジ２３０の融点と引張強度特性に影響を及ぼす。前記金属ブリッジ２３０が１５０ないし３００℃の融点を有するとともに良好な引張強度特性を有するように、スズの含量を８０ｗｔ％以上、望ましくは８５ないし９８ｗｔ％の範囲で調節する。ここで、ｗｔ％は金属ブリッジ２３０を構成する物質の全体重量を基準にした単位であって、以下同様である。
【００５８】
前記金属ブリッジ２３０の構成成分のうち銅は、バスバー２００の電気伝導度、融点及び引張強度などに影響を及ぼし、このような銅の機能に鑑みて銅の含量は２ないし２０ｗｔ％の範囲で、望ましくは４ないし１５ｗｔ％範囲で調節する。
【００５９】
上記のようにスズと銅の含量を調節することで、金属ブリッジ２３０の良好な引張強度特性が得られるだけでなく、金属ブリッジ２３０による抵抗の増加を数％以下に低く抑えることができ、金属ブリッジ２３０の融点を１５０ないし３００℃範囲で調節することが可能になる。
【００６０】
選択的に、前記金属ブリッジ２３０は電気的物性及び／または機械的物性を向上させるため、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及び銀（Ａｇ）から選択されたいずれか１つ以上の金属をさらに含むことができる。追加される金属の含量は、金属ブリッジ２３０に与えようとする電気的物性及び／または機械的物性に合わせて調節でき、０．０１ないし１０ｗｔ％範囲で調節することができる。
【００６１】
一方、本発明の図面には、前記バスバー２００の構造が正極リード１１１及び負極リード１１２の両方に適用されたことが示されているが、片方のリードのみにも適用できることは勿論である。また、前記バスバー２００の構造が片方のリードのみに適用される場合、一般に発熱量のより大きい負極リード１１２に適用され、正極リード１１１には通常のバスバーの構造が適用されることが望ましい。
【００６２】
前記ケース３００はバッテリーセル１００を収容し、下部ケース３１０及び上部ケース３２０を含む。
【００６３】
前記下部ケース３１０は、上向開放構造で形成され、バッテリーセル１００の両側面の一部及び下面を包み、一対のスリット３１０ａを備える。前記スリット３１０ａは、下部ケース３１０の一側面のバスバー２００のリード結合部２１１と対応する位置に形成され、バッテリーセル１００が下部ケース３１０内に挿入されるとき、リード結合部２１１が収容される空間を提供する。したがって、バッテリーセル１００とバスバー２００とは、相互間に電気的連結状態を維持しながら、下部ケース３１０の内側と外側にそれぞれ位置するようになる。
【００６４】
一方、前記下部ケース３１０の一側面においてバスバー２００の端子溝２２０ａと対応する位置には、下部ケース３１０の外側方向に突設された外部端子３１１が備えられる。前記外部端子３１１は、バスバー２００の端子溝２２０ａと対応する大きさ及び形状で形成され、バッテリーセル１００が下部ケース３１０に収容されるとき、外部端子３１１がバスバー２００に挿入される空間を提供し、外部機器（図示せず）とバッテリーセル１００とを電気的に連結する役割をする。前記外部端子３１１とバスバー２００との間の接触抵抗を最小化するという面で、外部端子３１１とバスバー２００との間は溶接によって結合することもできる。
【００６５】
前記上部ケース３２０は、下向開放構造で形成され、下部ケース３１０に挿入されたバッテリーセル１００の両側面、すなわち電極リード１１１、１１２が引出される面の一部及び上面を包み、ボルト結合によって下部ケース３１０と結合される。
【００６６】
一方、前記上部ケース３２０は両側面に電圧センサー３２１が挿入できるように形成されたセンサー結合部３２０ａを備える。前記電圧センサー３２１は、電圧センサー結合部３２０ａ内でバッテリーセル１００と電気的に連結されることでバッテリーセル１００の電圧をセンシングする。
【００６７】
上述したように、本発明によるバッテリーモジュール１には、金属プレート２１０、２２０の間を金属ブリッジ２３０で連結した二重構造のバスバー２００が適用される。したがって、前記バッテリーモジュール１は過電流が発生した場合、バスバー２００が迅速に破断されることで使用上の安全性を確保することができる。特に、前記バッテリーモジュール１は電流遮断手段をケース外側に設けられる部品であるバスバー２００に適用することで、リード１１１、１１２のように電極組立体（図示せず）に隣接した部品に適用した場合と比べて、発火及び爆発の危険性を一層低減する効果を奏する。
【００６８】
以下、図５ないし図１１を参照して前記金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間の結合形態の多様な実施例について説明する。
【００６９】
まず、図５ないし図９ｃを参照して本発明の実施例によるバスバー２００ａの構造を説明する。
【００７０】
図５ないし図１０は、本発明の一実施例によるバスバー２００ａの多様な形態を示した図であり、前記バスバー２００ａは金属ブリッジ２３０が金属プレート２１０、２２０に溶接によって結合されることで形成される。すなわち、前記金属ブリッジ２３０は金属プレート２１０、２２０相互間を連結する半田ブリッジ（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ）の役割をする。
【００７１】
図５を参照すれば、前記第１金属プレート２１０と第２金属プレート２２０が相互一定間隔を置いて同一平面上に位置し、金属ブリッジ２３０は金属プレート２１０、２２０の上面に設けられて金属プレート２１０、２２０と接合する。図５では、前記金属ブリッジ２３０が金属プレート２１０、２２０の上面に設けられた場合のみを示しているが、下面に設けられることもできる。さらに、図６に示されたように、前記金属ブリッジ２３０が金属プレート２１０、２２０の上面及び下面の両方に設けられることもでき、この場合、金属プレート２１０、２２０相互間の結合力を強化する効果を奏する。
【００７２】
図７ａを参照すれば、前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０は相互一定間隔を置いて同一平面上に位置し、相互対向する一端部の上面に形成された収容段差ＲＧ１を備える。一方、前記金属ブリッジ２３０は前記収容段差ＲＧ２と対応する大きさ及び形状を有し、収容段差ＲＧ１の結合によって形成される空間に収容されて金属プレート２１０、２２０と接合する。図７ａでは、前記収容段差ＲＧ１が金属プレート２１０、２２０の上面に形成された場合のみを示しているが、下面に形成されるか又は上面及び下面の両方に形成されることもできる。
【００７３】
図７ｂを参照すれば、前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０は相互一定間隔を置いて同一平面上に位置し、相互対向するそれぞれの一端部に形成された第１折曲部２１０’及び第２折曲部２２０’を備える。一方、前記金属ブリッジ２３０は第１折曲部２１０’及び第２折曲部２２０’の結合によって形成される空間に収容されて金属プレート２１０、２２０と接合する。
【００７４】
図７ｃを参照すれば、前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０は相互一定間隔を置いて同一平面上に位置し、相互対向する表面から一定深さで形成された収容溝ＲＧ２を備える。一方、前記金属ブリッジ２３０は一側面及び他側面が収容溝ＲＧ２に挿入されて金属プレート２１０、２２０と接合する。
【００７５】
図７ａ、図７ｂ及び図７ｃに示された構造は、図５及び図６に示された構造に比べ、金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間の接触面積が広くなることで、金属プレート２１０、２２０相互間の結合力を強化する効果を奏するだけでなく、接触抵抗を減少する効果も奏することができる。
【００７６】
図８ａを参照すれば、前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０は相互一定間隔を置いて同一平面上に位置し、金属ブリッジ２３０は金属プレート２１０、２２０が相互対向している表面の間に直接介在して金属プレート２１０、２２０と接合する。
【００７７】
図８ｂに示された構造は、図８ａに示された構造に比べ、金属プレート２１０、２２０の相互対向している表面が金属ブリッジ方向にテーパーされた斜面状である点で異なる。この場合、金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間の接触面積がより広くなることで、金属プレート２１０、２２０相互間の結合力を強化する効果を奏するだけでなく、接触抵抗の減少効果も奏する。
【００７８】
図９ａを参照すれば、前記第１金属プレート２１０及び第２金属プレート２２０それぞれの一側は少なくとも一部が重なって相互対面するように位置し、金属ブリッジ２３０が対面する領域の全体に介在して金属プレート２１０、２２０と接合する。
【００７９】
図９ｂ及び図９ｃに示された構造は、図９ａに示された構造に比べ、金属プレート２１０、２２０の間に介在した金属ブリッジ２３０の形成面積が異なる。すなわち、前記金属ブリッジ２３０は金属プレート２１０、２２０が相互対面する領域の周辺のうち対辺の一側及び他側のみに形成されている。この場合、バッテリーモジュール１に過電流が発生したとき、バスバー２００ａを迅速に破断することができる。勿論、示されていないが、対面する領域の周辺全体に金属ブリッジ２３０が形成されることもできる。この場合、図９ａに示された構造に比べて過電流に対してより迅速な破断効果を期待でき、図９ｂ及び図９ｃに示された構造に比べて金属プレート２１０、２２０の間の結合力により優れるという効果を期待することができる。
【００８０】
以下、図１０を参照して本発明の他の実施例によるバスバー２００ｂを説明する。
【００８１】
図１０に示されたバスバー２００ｂは、図５に示されたバスバー２００ａに比べ、金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間にリベット２４０がさらに設けられる点で異なる。前記リベット２４０は、金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間の結合力を高める役割をする。
【００８２】
一方、図１０には、図５に示されたバスバー２００ａにリベット２４０がさらに適用された場合のみが示されているが、本発明はこれに限定されず、図６ないし７ｃに示された構造にも適用され得ることは自明である。
【００８３】
以下、図１１を参照して本発明のさらに他の実施例によるバスバー２００ｃを説明する。
【００８４】
図１１に示されたバスバー２００ｃは、図５に示されたバスバー２００ａに比べ、金属プレート２１０、２２０の相互対向する一側が終端に向かって細くなるように形成されたテーパー部Ｎ１、Ｎ２を有するという点で異なる。この場合、図５に示されたバスバー２００ａに比べ、前記テーパー部Ｎ１、Ｎ２における電気抵抗が高くなることで、過電流が発生したとき、より多くの熱が発生するようになり、それによりバスバー２００ｃの迅速な破断が可能になる。
【００８５】
一方、図１１には、図５に示されたバスバー２００ａにテーパー部Ｎ１、Ｎ２がさらに形成された場合のみが示されているが、本発明はこれに限定されず、図６ないし図９ｃに示された構造にもテーパー部Ｎ１、Ｎ２の構造が適用され得ることは自明である。特に、図１１に示されたバスバー２００ａの構造に図７ａないし７ｃに示された構造のように金属プレート２１０、２２０と金属ブリッジ２３０との間の接触面積を広げる構造を組み合わせる場合、過電流が発生したとき、バスバー２００ｃの迅速な破断が可能であるだけでなく、金属プレート２１０、２２０間の結合力に優れ、さらに、接触抵抗も低く形成されるという効果を奏する。
【００８６】
以下、図１２を参照して前記バスバー２００ａが適用されたバッテリーモジュール１に対する短絡実験過程及び実験の結果を説明する。
【００８７】
短絡実験は、図８ａに示された形態を有するバスバー２００ａが適用されたバッテリーモジュール１を対象にし、次のような条件で行われた。
−バッテリーモジュールの出力電圧：６４．５Ｖ（４．３Ｖの出力電圧を有する単位セル１５個を直列で連結する）
−外部端子間の抵抗値：５ｍΩ
−バッテリーモジュールのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）：１００％
【００８８】
上記の条件で実験を行った結果、図１２に示されたように、外部端子３１１の間で測定されるバッテリーモジュール１の電圧は、約５０秒間、約６５Ｖを維持した後、０Ｖに落ちた。すなわち、実験を始めてから約５０秒が経過した時点で、短絡電流によるバスバーの破断が行われたが、このとき単位セルで測定された温度は短絡実験が行われる間に約２３℃程度と一定に維持された。
【００８９】
これをもって、本発明によるバッテリーモジュール１に適用されたバスバー２００ａは、短絡が発生したとき、単位セルの温度が実質的に上昇する前に短絡電流を迅速に遮断することで、二次電池の使用上の安全性を確保できることが分かる。
【００９０】
以上、本発明が限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９１】
１  バッテリーモジュール
１００  バッテリーセル
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ  単位モジュール
１１０Ａ、１１０Ｂ  単位セル
１１１  第１電極リード（正極リード）
１１２  第２電極リード（負極リード）
１２０  セルカバー
２００  バスバー
２００ａ  バスバー
２１０  第１金属プレート
２１０’  第１折曲部
２１１  リード結合部
２２０  第２金属プレート
２２０ａ  端子溝
２２０’  第２折曲部
２３０  金属ブリッジ
２４０  リベット
３００  ケース
３１０  下部ケース
３１０ａ  スリット
３１１  外部端子
３２０  上部ケース
３２０ａ  電圧センサー結合部
３２１  電圧センサー
【図２】
2014512071.tif 000003
【図３】
2014512071.tif 000004
【図４ａ】
2014512071.tif 000005
【図４ｂ】
2014512071.tif 000006
【図５】
2014512071.tif 000007
【図６】
2014512071.tif 000008
【図７ａ】
2014512071.tif 000009
【図７ｂ】
2014512071.tif 000010
【図７ｃ】
2014512071.tif 000011
【図８ａ】
2014512071.tif 000012
【図８ｂ】
2014512071.tif 000013
【図９ａ】
2014512071.tif 000014
【図９ｂ】
2014512071.tif 000015
【図９ｃ】
2014512071.tif 000016
【図１０】
2014512071.tif 000017
【図１１】
2014512071.tif 000018
【図１】
2014512071.tif 000019
【図１２】
2014512071.tif 000020
【国際調査報告】
2014512071.tif 000021
2014512071.tif 000022
2014512071.tif 000023
2014512071.tif 000024