(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バッテリーセルの第１電極リードと電気的に連結された第１バスバー；
第２バッテリーセルの第２電極リードと電気的に連結された第２バスバー；
前記第１バッテリーセル及び前記第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動し、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に介在するように前記第１バスバー及び前記第２バスバーに接触し、前記第１バスバーと前記第２バスバーとを電気的に連結させて、前記第１バスバー、前記第２バスバー、及び外部電源との間に第１短絡回路を形成し、かつ、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、第１バスバー、及び第２バスバーとの間に第２短絡回路を形成することにより短絡を発生させる短絡部；及び
前記第１電極リード、前記第２電極リード、前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記短絡部の少なくとも一部を収容または支持するカートリッジ；を含むバッテリーモジュールであって、
前記第１バスバー及び前記第２バスバーの少なくとも１つは、前記短絡が発生した場合、破断して前記第１バッテリーセル又は前記第２バッテリーセルと前記外部電源との電気的連結を遮断し、かつ、前記第２短絡回路に流れる短絡電流を遮断する破断部をさらに含む、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記短絡部は、
一端に短絡端子が安着する安着部を備え、他端に前記第１バッテリーセルの一端と接触して前記膨張力の印加を受ける接触部を備えるスライドバー；及び
一端と他端がそれぞれ前記接触部と前記カートリッジに接触して、前記スライドバーが前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動する場合、前記スライドバーによって圧縮されて衝撃を吸収する緩衝部材；を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記スライドバーは、前記第１バッテリーセル及び前記第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積が増加する場合、前記接触部を通じて前記膨張力の印加を受けて前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動する、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記短絡端子は、前記第１バスバー及び前記第２バスバーと接触して、前記第１バスバーと前記第２バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記短絡端子は、伝導性材質で形成される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記第１バスバーは、
前記第１電極リードと接触して電気的に連結される第１連結プレート；
前記第１連結プレートから前記第１バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第１電源プレート；及び
前記第１電源プレートから前記第２バスバーに向かって突設された第１突出プレートを備える、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２バスバーは、
前記第２電極リードと接触して電気的に連結される第２連結プレート；
前記第２連結プレートから前記第２バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第２電源プレート；及び
前記第２電源プレートから前記第１バスバーに向かって突設された第２突出プレートを備える、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記破断部は、前記第１バスバーまたは前記第２バスバーの平均断面積より小さい断面積を有するように形成される、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記破断部は、前記第１バスバーの第１電源プレート及び前記第２バスバーの第２電源プレートの少なくとも１つに形成される、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記カートリッジは、内側に前記短絡部の外形に対応する形状の収容空間が形成されて前記短絡部を内側に収容する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記カートリッジは、対面接触して電気的に連結された前記第１電極リード及び前記第１バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し、対面接触して電気的に連結された前記第２電極リード及び前記第２バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１１のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの過充電を防止して安全性が向上したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年６月２７日出願の韓国出願第１０−２０１７−００８１３５０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】
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
【０００４】
現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【０００５】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
【０００６】
一般にリチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けられる。
【０００７】
最近は携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。特に、炭素エネルギーが徐々に枯渇し、環境に対する関心が高まるとともに、米国、欧州、日本、韓国を含めて全世界的にハイブリッド自動車と電気自動車に関心が集められている。このようなハイブリッド自動車や電気自動車において最も核心的部品は車両モーターに駆動力を付与するバッテリーパックである。ハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリーパックの充放電を通じて車両の駆動力を得るため、エンジンのみを使用する自動車に比べて燃費が優れ、公害物質を排出しないか又は減少できるという長所から、ユーザーが次第に増加している。そして、このようなハイブリッド自動車や電気自動車のバッテリーパックには多数の二次電池が含まれ、このような多数の二次電池は互いに直列及び並列で連結されることで容量及び出力を向上させる。
【０００８】
このような二次電池は、優れた電気的特性を有しているものの、過充電、過放電、高温への露出、電気的短絡など非正常的な作動状態で、電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応が引き起こされて熱とガスが発生し、これにより二次電池が膨張する、いわゆる膨れ（スウェリング、ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が生じる問題点がある。膨れ現象は分解反応を加速化させ、熱暴走による二次電池の爆発及び発火を引き起こすこともある。
【０００９】
したがって、二次電池には、過充電、過放電、過電流時に電流を遮断する保護回路、温度が上昇するとき抵抗が大きく増加して電流を遮断するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、ガス発生によって圧力が上昇するとき電流を遮断するか又はガスを排気する安全ベントなどの安全システムが備えられている。
【００１０】
特に、従来は、膨れ現象が発生しても電池パックの安全性を保障するため、二次電池の体積が膨張すれば物理的変化によって遮断される電気的連結部材に対する研究が行われている。
【００１１】
しかし、このような電気的連結部材を用いても、二次電池が一定体積以上に膨張すれば、遮断を確実に保障し難いという問題点がある。
【００１２】
また、二次電池は、非正常的な作動状態だけでなく、正常的な作動状態でも一定の膨張と収縮を繰り返すため、正常な範囲内での膨張であるにも遮断されてしまう恐れがあり、作動信頼性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、第１バッテリーセル及び第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて第１バスバー及び第２バスバーに向かって移動及び接触し、第１バスバーと第２バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させることで、第１バスバーに形成された破断部が破断してバッテリーモジュールの過充電を防止できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の目的は、上記の目的に制限されず、他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、第１バッテリーセルの第１電極リードと電気的に連結された第１バスバー、第２バッテリーセルの第２電極リードと電気的に連結された第２バスバー、前記第１バッテリーセル及び前記第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力の印加を受けて前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動し、前記第１バスバーと前記第２バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させる短絡部、並びに前記第１電極リード、前記第２電極リード、前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記短絡部の少なくとも一部を収容または支持するカートリッジを含む。
【００１６】
好ましくは、前記短絡部は、他端に前記第１バッテリーセルの一端と接触して前記膨張力の印加を受ける接触部を備え、一端に短絡端子が安着する安着部を備えるスライドバー、及び一端と他端がそれぞれ前記接触部と前記カートリッジに接触して、前記スライドバーが前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動する場合、前記スライドバーによって圧縮されて衝撃を吸収する緩衝部材を含むことができる。
【００１７】
好ましくは、前記スライドバーは、前記第１バッテリーセル及び前記第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積が増加する場合、前記接触部を通じて前記膨張力の印加を受けて前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かって移動し得る。
【００１８】
好ましくは、前記短絡端子は、前記第１バスバー及び前記第２バスバーと接触して、前記第１バスバーと前記第２バスバーとを電気的に連結させて短絡を発生させ得る。
【００１９】
好ましくは、前記短絡端子は伝導性材質で形成され得る。
【００２０】
好ましくは、前記第１バスバーは、前記第１電極リードと接触して電気的に連結される第１連結プレート、前記第１連結プレートから前記第１バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第１電源プレート、及び前記第１電源プレートから前記第２バスバーに向かって突設された第１突出プレートを備えることができる。
【００２１】
好ましくは、前記第２バスバーは、前記第２電極リードと接触して電気的に連結される第２連結プレート、前記第２連結プレートから前記第２バッテリーセルの前方に向かって延設されて、外部電源と電気的に連結される第２電源プレート、及び前記第２電源プレートから前記第１バスバーに向かって突設された第２突出プレートを備えることができる。
【００２２】
好ましくは、前記第１バスバー及び前記第２バスバーの少なくとも１つは、短絡が発生した場合、破断して外部との電気的連結を遮断する破断部をさらに含むことができる。
【００２３】
好ましくは、前記破断部は、前記第１バスバーまたは前記第２バスバーの平均断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。
【００２４】
好ましくは、前記破断部は、前記第１バスバーの第１電源プレート及び前記第２バスバーの第２電源プレートの少なくとも１つに形成され得る。
【００２５】
好ましくは、前記カートリッジは、内側に前記短絡部の外形に対応する形状の収容空間が形成されて、前記短絡部を内側に収容し得る。
【００２６】
好ましくは、前記カートリッジは、対面接触して電気的に連結された前記第１電極リード及び前記第１バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し、対面接触して電気的に連結された前記第２電極リード及び前記第２バスバーそれぞれの少なくとも一部を支持し得る。
【００２７】
本発明によるバッテリーパックは、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
【００２８】
本発明による自動車は、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、第１バッテリーセル及び第１バッテリーセルと隣接した他のバッテリーセルの体積増加による膨張力によって第１バスバーと第２バスバーとを電気的に連結して短絡を発生させることで、第１バスバー及び第２バスバーの少なくとも１つに形成された破断部が破断してバッテリーモジュールの過充電を防止し、バッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールケースのみを分離して示した分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第１バスバー、第２バスバー及び短絡部を分離して示した拡大分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加する前の状態を上面から見た図である。
【図５】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、第３バッテリーセル、第１バスバー及び第２バスバーのみを示した図である。
【図６】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部が破断した後の状態を側面から見た図である。
【図７】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加した後の状態を上面から見た図である。
【図８】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電前の等価回路図である。
【図９】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動した直後の等価回路図である。
【図１０】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動して破断部が破断した後の等価回路図である。
【図１１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのカートリッジの内部を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。これによって、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施できるであろう。本発明の説明において、本発明に関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合は詳細な説明を省略する。なお、図面における同じ参照符号は同一または類似の構成要素を示すものである。
【００３２】
図１は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図であり、図２は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールケースのみを分離して示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第１バスバー、第２バスバー及び短絡部を分離して示した拡大分解斜視図であり、図４は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加する前の状態を上面から見た図である。
【００３３】
図１〜図４を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールはモジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、バスバー２００ａ、２００ｂ、短絡部３００及びカートリッジ４００を含むことができる。
【００３４】
前記モジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、本発明によるバッテリーモジュールの構成要素を内部に収容し、外部から印加される衝撃からバッテリーモジュールを保護することができる。
【００３５】
より具体的に、前記モジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、バスバー２００ａ、２００ｂ及び短絡部３００を内部空間に収容するハウジングＣ１、ハウジングＣ１の上部を覆うカバーＣ２、及びハウジングＣ１の内側でバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを左右方向から支持するクランプＣ３で構成され得る。
【００３６】
このような前記モジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３のハウジングＣ１とカバーＣ２とは、溶接によって密閉され得る。
【００３７】
一方、前記ハウジングＣ１には、内部空間に収容されたバスバー２００ａ、２００ｂが前方に向かって外部に突出するバスバー孔Ｃ１−１、Ｃ１−２が前面に形成され得る。これによって、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの電極リードと連結されたバスバー２００ａ、２００ｂが前記モジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３の外部に突出し露出することで、外部電源が前記モジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３の外部に露出したバスバー２００ａ、２００ｂと電気的に連結されて、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの充放電が可能になる。
【００３８】
また、前記ハウジングＣ１には、内部空間で相互対面接触したバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの電極リードとバスバー２００ａ、２００ｂとが左右側に向かって外部に突出する支持孔Ｃ１−３、Ｃ１−４が左右側面に形成され得る。これによって、相互対面接触したバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの電極リードとバスバー２００ａ、２００ｂとが外部に露出でき、地面から離隔しても支持孔Ｃ１−３、Ｃ１−４の内側に支持されて接触状態が安定的に維持され得る。
【００３９】
一方、前記クランプＣ３は、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの左右側面と下部を囲みながら、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを左右方向で支持することができる。これによって、前記クランプＣ３は、過充電によってバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの体積が増加する場合、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの左右側面に圧力を印加して、前後方向に体積が増加するように膨れを制御することができる。
【００４０】
すなわち、前記クランプＣ３は、過充電によってバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの体積が増加する方向を、電極リードが形成された前後方向に誘導することができる。これによって、本発明によるバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、過充電によって体積が増加する場合、電極リードが形成された前後面が膨張するようになる。
【００４１】
本発明によるモジュールケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、上述したように、バッテリーモジュールの構成要素を内部空間に収容して構成要素を保護できれば、その種類が特に限定されず、多様なケースを本発明によるバッテリーモジュールに採用できる。
【００４２】
前記バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは複数個備えられ、それぞれのバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは左右方向に並んで積層され得る。
【００４３】
バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの種類は特に限定されず、多様な二次電池を本発明によるバッテリーモジュールに採用できる。例えば、前記バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、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で構成され得る。特に、前記バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、リチウム二次電池であり得る。
【００４４】
一方、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、外装材の種類によって、パウチ型、円筒型、角形などに分類され得る。特に、本発明によるバッテリーモジュールのバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、パウチ型二次電池であり得る。
【００４５】
バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃがパウチ型二次電池で具現された場合、図２に示されたように、各バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは広い面が左側と右側に位置して、それぞれのバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの広い面が相互対面するように構成され得る。また、この場合、各バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、前方に向かって突出するか、または、前方に向かって突出してから折り曲げられる形態で形成される電極リード１２０ａ、１２０ｂを備えることができる。
【００４６】
電極リード１２０ａ、１２０ｂは、正極リードと負極リードで構成され、正極リードは電極組立体の正極板に連結され、負極リードは電極組立体の負極板に連結され得る。
【００４７】
一方、本発明によるバッテリーモジュールは、左側端に位置する第１バッテリーセル１１０ａ、右側端に位置する第２バッテリーセル１１０ｂ、及び第１バッテリーセル１１０ａと第２バッテリーセル１１０ｂとの間に位置する複数の第３バッテリーセル１１０ｃで構成され得る。このとき、第１バッテリーセル１１０ａ及び第２バッテリーセル１１０ｂそれぞれの電極リードは、異なる極性の電極リード１２０ａ、１２０ｂが同じ方向に向かうように配置され得る。また、第１バッテリーセル１１０ａ及び第２バッテリーセル１１０ｂのそれぞれの電極リードは前後方に向かって突出した形状に形成され得る。
【００４８】
より具体的に、図３に示されたように、第１バッテリーセル１１０ａは正極である第１電極リード１２０ａが前方に向かって配置され、第２バッテリーセル１１０ｂは負極である第２電極リード１２０ｂが前方に向かって配置され得る。
【００４９】
一方、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａは、後述する第１バスバー２００ａと物理的に接触して電気的に連結され得る。これにより、第１電極リード１２０ａは、第１バスバー２００ａを通じて外部電源の正極と電気的に連結され得る。
【００５０】
第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂは、後述する第２バスバー２００ｂと物理的に接触して電気的に連結され得る。これにより、第２電極リード１２０ｂは、第２バスバー２００ｂを通じて外部電源の負極と電気的に連結され得る。
【００５１】
ここで、第１バスバー２００ａは、本発明によるバスバー２００ａ、２００ｂのうち第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと電気的に連結されるバスバーであり、第２バスバー２００ｂは、本発明によるバスバー２００ａ、２００ｂのうち第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと電気的に連結されるバスバーであり得る。
【００５２】
以下、本発明による第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと第１バスバー２００ａとの間の連結構造、及び第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと第２バスバー２００ｂとの間の連結構造について具体的に説明する。
【００５３】
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、第３バッテリーセル、第１バスバー及び第２バスバーのみを示した図である。
【００５４】
図５を参照すれば、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａは、第１バッテリーセル１１０ａから前方に向かって突出してからバッテリーモジュールの外側に向かって略直角に折り曲げられることで、第１バスバー２００ａと対面接触し得る。
【００５５】
より具体的に、前記第１バスバー２００ａは、第１連結プレート２１０ａ、第１電源プレート２２０ａ及び第１突出プレート２３０ａを含むことができる。
【００５６】
第１連結プレート２１０ａは板状に形成され、第１電極リード１２０ａと相互対面接触して電気的に連結され得る。
【００５７】
このとき、第１連結プレート２１０ａは、第１電極リード１２０ａの突出方向と同じ方向に延びて形成され得る。換言すれば、第１連結プレート２１０ａは、第１バッテリーセル１１０ａの前方に向かって延びてから垂直に折り曲げられた第１電極リード１２０ａの折曲方向と同じ方向に延びて形成され得る。
【００５８】
一方、第１連結プレート２１０ａは、第１電極リード１２０ａと溶接によって物理的に接触して電気的に連結され得る。
【００５９】
このとき、第１連結プレート２１０ａは、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと対面接触して電気的に連結された状態で、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００６０】
また、第１連結プレート２１０ａは、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと対面接触して電気的に連結された状態で、ハウジング（図２のＣ１）の支持孔（図２のＣ１−３）を通って外部に露出し得る。
【００６１】
前記第１電源プレート２２０ａは、他端が第１連結プレート２１０ａの一端と連結され、第１連結プレート２１０ａの一端から第１バッテリーセル１１０ａの前方に向かって延設され得る。すなわち、第１電源プレート２２０ａの他端は第１連結プレート２１０ａの一端と垂直に接し、第１電源プレート２２０ａの一端は第１バッテリーセル１１０ａの前方に向かって延長され得る。
【００６２】
また、第１電源プレート２２０ａは、一端が外部電源の正極と電気的に連結され得る。
【００６３】
このとき、第１電源プレート２２０ａは、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され、他の一部がハウジング（図２のＣ１）のバスバー孔（図２のＣ１−１）を通って外部に露出し得る。
【００６４】
第１突出プレート２３０ａは、第１電源プレート２２０ａから第２バスバー２００ｂに向かって突設され得る。
【００６５】
より具体的に、第１突出プレート２３０ａは、第１電源プレート２２０ａの内側面から第１電源プレート２２０ａと略垂直に突出して形成され得る。
【００６６】
また、第１突出プレート２３０ａは、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００６７】
一方、第１バスバー２００ａは、破断部２４０ａをさらに含むことができる。
【００６８】
破断部２４０ａは、図３に示されたように、第１電源プレート２２０ａに形成され得る。より具体的に、破断部２４０ａは、第１電源プレート２２０ａのうち、第１突出プレート２３０ａよりも第１バッテリーセル１１０ａにさらに近い位置に形成され得る。
【００６９】
一方、破断部２４０ａは、第１連結プレート２１０ａ、第１電源プレート２２０ａ及び第１突出プレート２３０ａの断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。換言すれば、第１バスバー２００ａに形成された破断部２４０ａは、第１バスバー２００ａの平均断面積より小さい断面積を有するように形成され得る。
【００７０】
このような破断部２４０ａは、第１連結プレート２１０ａ、第１電源プレート２２０ａ及び第１突出プレート２３０ａの断面積より小さい断面積を有するように形成されることで、電流が流れれば、抵抗値が大きくなり得る。
【００７１】
これによって、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとが電気的に連結されて、第１バスバー２００ａ、第２バスバー２００ｂ及び外部電源の間に短絡回路が形成される場合、第１バスバー２００ａに過電流が流れるようになって高温の抵抗熱が発生することで、破断部２４０ａが破断できる。
【００７２】
第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂは、第２バッテリーセル１１０ｂから前方に向かって突出してからバッテリーモジュールの外側、すなわち、上述した第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａが折り曲げられた方向の逆方向に向かって略直角に折り曲げられることで、第２バスバー２００ｂに対面接触し得る。
【００７３】
より具体的に、前記第２バスバー２００ｂは、第２連結プレート２１０ｂ、第２電源プレート２２０ｂ及び第２突出プレート２３０ｂを含むことができる。
【００７４】
第２連結プレート２１０ｂは板状に形成され、第２電極リード１２０ｂと相互対面接触して電気的に連結され得る。
【００７５】
このとき、第２連結プレート２１０ｂは、第２電極リード１２０ｂの突出方向と同じ方向に延びて形成され得る。換言すれば、第２連結プレート２１０ｂは、第２バッテリーセル１１０ｂの前方に向かって延びてから垂直に折り曲げられた第２電極リード１２０ｂの折曲方向と同じ方向に延びて形成され得る。
【００７６】
一方、第２連結プレート２１０ｂは、第２電極リード１２０ｂと溶接によって物理的に接触して電気的に連結され得る。
【００７７】
このとき、第２連結プレート２１０ｂは、第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと対面接触して電気的に連結された状態で、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００７８】
また、第２連結プレート２１０ｂは、第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと対面接触して電気的に連結された状態で、ハウジング（図２のＣ１）の支持孔（図２のＣ１−４）を通って外部に露出し得る。
【００７９】
前記第２電源プレート２２０ｂは、他端が第２連結プレート２１０ｂの一端と連結され、第２連結プレート２１０ｂの一端から第２バッテリーセル１１０ｂの前方に向かって延設され得る。すなわち、第２電源プレート２２０ｂの他端は第２連結プレート２１０ｂの一端と垂直に接し、第２電源プレート２２０ｂの一端は第２バッテリーセル１１０ｂの前方に向かって延長され得る。
【００８０】
また、第２電源プレート２２０ｂは、一端が外部電源の負極と電気的に連結され得る。
【００８１】
このとき、第２電源プレート２２０ｂは、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され、他の一部がハウジング（図２のＣ１）のバスバー孔（図２のＣ１−２）を通って外部に露出し得る。
【００８２】
第２突出プレート２３０ｂは、第２電源プレート２２０ｂから第１バスバー２００ａに向かって突設され得る。
【００８３】
より具体的に、第２突出プレート２３０ｂは、第２電源プレート２２０ｂの内側面から第２電源プレート２２０ｂと略垂直に突出して形成され得る。
【００８４】
また、第２突出プレート２３０ｂは、後述するカートリッジ（図３の４００）の支持溝（図３の４２０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００８５】
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部が破断した後の状態を側面から見た図である。
【００８６】
図６を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュールは、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとが電気的に連結されて短絡が発生すれば、図６に示されたように、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと外部電源との間を電気的に連結する第１バスバー２００ａの破断部２４０ａが破断することで、充電が中断できる。
【００８７】
換言すれば、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとが電気的に連結されて短絡が発生すれば、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと連結された第１連結プレート２１０ａと、外部電源と連結された第１電源プレート２２０ａとを連結する破断部２４０ａが破断することで、充電が中断できる。
【００８８】
ここで、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとの電気的連結は、後述する短絡部３００が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動して、短絡部３００に備えられた短絡端子３２２が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと同時に接触して電気的に連結されることで発生し得る。また、短絡部３００は、過充電による第１バッテリーセル１１０ａの体積増加によって発生する膨張力の印加を受けて、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動できる。このとき、短絡部３００は、第１バッテリーセル１１０ａの外に、第１バッテリーセル１１０ａと隣接した他のバッテリーセル１１０ｃの体積が増加する場合、第１バッテリーセル１１０ａと隣接した他のバッテリーセル１１０ｃから膨張力の印加を受け得る。
【００８９】
以下、第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加する場合のみについて説明するが、第１バッテリーセル１１０ａだけでなく、第１バッテリーセル１１０ａと隣接した他のバッテリーセル１１０ｃの体積が増加する場合にも短絡部３００に膨張力が印加され得ることは勿論である。
【００９０】
本発明によるバッテリーモジュールは、第１バッテリーセル１１０ａの過充電による体積増加によって発生する膨張力を短絡部（図３の３００）に印加して、第１バスバー２００ａと第２バスバー（図３の２００ｂ）とを電気的に連結させることができる。その後、本発明によるバッテリーモジュールは、第１バスバー２００ａと第２バスバー（図３の２００ｂ）に流れる高電流の短絡電流によって第１バスバー２００ａの破断部２４０ａが破断することで、充電を中断させてバッテリーモジュールの過充電の進行を防止することができる。
【００９１】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部２４０ａが第１バスバー２００ａに形成される形態が説明されたが、本発明の他の実施例による破断部は第２バスバーに形成されても良く、本発明のさらに他の実施例による破断部は第１バスバーと第２バスバーの両方に形成されても良い。
【００９２】
また、前記破断部２４０ａは、上述したように、隣接領域と比べて幅がより狭く形成されるが、これに限定されず、隣接領域より融点の低い金属で形成されても良く、他にも、ヒューズとして機能可能な形態であれば、本発明の破断部２４０ａとして制限なく適用できる。
【００９３】
以下、上述した短絡部３００について具体的に説明する。
【００９４】
短絡部３００は、第１バッテリーセル１１０ａの体積増加による膨張力の印加を受けて第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動して第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと接触することで、短絡を起こすことができる。
【００９５】
そのため、短絡部３００は、スライドバー３２０及び緩衝部材３１０を含むことができる。
【００９６】
スライドバー３２０は、第１バッテリーセル１１０ａと他端が接触して膨張力の印加を受け、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動することができる。そのため、スライドバー３２０は、他端に半円筒状の接触部３２１を備えることができる。接触部３２１は、第１バッテリーセル１１０ａから複数の方向で発生する膨張力を一定に受けるため、第１バッテリーセル１１０ａと接触する面が曲面で形成され得る。
【００９７】
一方、スライドバー３２０は、一端に第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと接触する短絡端子３２２が安着する安着部を備え得る。
【００９８】
安着部は板状に形成され、板状に形成された短絡端子３２２と面接触することで、短絡端子３２２が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと接触したとき、短絡端子３２２を安定的に支持することができる。
【００９９】
緩衝部材３１０は、一端と他端がそれぞれ接触部３２１とカートリッジ４００に接触して、スライドバー３２０が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動する場合、スライドバー３２０によって圧縮されることで衝撃を吸収することができる。
【０１００】
また、緩衝部材３１０は、接触部３２１とカートリッジ４００との間に配置されて、短絡部３００が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かって移動することを阻止することで、バッテリーモジュールに過充電が発生せず、第１バッテリーセル１１０ａの体積増加による膨張力の印加がない場合、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに不要な短絡が発生することを防止することができる。
【０１０１】
このような緩衝部材３１０は、スポンジ構造またはバネ構造で形成され得、衝撃を吸収可能なものであれば、その種類は制限されない。
【０１０２】
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積が増加した後の状態を上面から見た図である。
【０１０３】
図７を参照すれば、バッテリーモジュールが過充電されれば、第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加する。このとき、第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加すれば、スライドバー３２０の接触部３２１に第１バッテリーセル１１０ａから膨張力が印加され得る。
【０１０４】
その後、スライドバー３２０は、接触部３２１に印加された膨張力によって第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かう方向に移動できる。最終的に、スライドバー３２０の安着部に安着した短絡端子３２２が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと接触し、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとを電気的に連結させることができる。
【０１０５】
これにより、短絡端子３２２、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂを含む回路が短絡回路を形成することができる。
【０１０６】
そのため、短絡端子３２２は伝導性材質で形成され得る。
【０１０７】
このように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、過充電によって第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加する場合、短絡部３００が第１バッテリーセル１１０ａから膨張力の印加を受けて第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに移動し、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとを電気的に連結させることで、短絡を発生させることができる。
【０１０８】
以下、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの短絡部の移動による回路構成について説明する。
【０１０９】
図８は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電前の等価回路図であり、図９は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動した直後の等価回路図であり、図１０は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの過充電の後、短絡部が移動して破断部が破断した後の等価回路図である。
【０１１０】
図８〜図１０を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュールが過充電されずに正常状態で動作する場合、図８に示されたように、複数のバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの体積が増加しないため、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとは電気的に短絡されていない。
【０１１１】
しかし、図９に示されたように、本発明によるバッテリーモジュールが過充電されて第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加する場合、短絡部３００は第１バッテリーセル１１０ａから膨張力の印加を受けて第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに移動する。これによって、短絡部３００の短絡端子が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと接触し、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとを電気的に連結させることで、短絡を発生させることができる。
【０１１２】
これにより、短絡部３００、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂを含む短絡回路が形成され、高電流Ｉが流れることになる。
【０１１３】
その後、第１バスバー２００ａに高電流Ｉが継続的に流れる場合、図１０に示されたように、断面積が小さく形成されて抵抗値が大きい破断部２４０ａが高温の抵抗熱によって破断することで、外部電源からバッテリーモジュールに供給される電力が遮断されて過充電を防止することができる。
【０１１４】
図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのカートリッジの内部を示した斜視図である。
【０１１５】
図１１を参照すれば、カートリッジ４００は、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａ、第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂ、第１バスバー２００ａ、第２バスバー２００ｂ及び短絡部３００の少なくとも一部を収容または支持することができる。
【０１１６】
より具体的に、カートリッジ４００は、対面接触して電気的に連結された第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと第１バスバー２００ａとを下部で支持し、対面接触して電気的に連結された第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと第２バスバー２００ｂとを下部で支持することができる。
【０１１７】
そのため、カートリッジ４００には、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａ、第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂ、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂの折曲形状に対応する形状の支持溝４２０が形成され得る。
【０１１８】
一方、カートリッジ４００は内側に短絡部３００の外形と短絡部３００の外形に対応する形状の収容空間４１０が形成され、短絡部３００を内側に収容することができる。
【０１１９】
このとき、カートリッジ４００の収容空間４１０は、短絡部３００の移動に対応するように形成され得る。
【０１２０】
すなわち、カートリッジ４００の収容空間４１０は、短絡部３００が膨張力の印加を受ける前の位置及び膨張力の印加を受けて移動後の位置に対応して形成され得る。
【０１２１】
また、収容空間４１０は、短絡部３００の外形に対応する形状でカートリッジ４００の内側に形成され得る。
【０１２２】
このような本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルの非正常的な膨張の際、確実に第１バスバーを破断させて外部電圧源から供給される電力を遮断することで、バッテリーモジュールの過充電を防止し、バッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。
【０１２３】
一方、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールを１つ以上含む。このとき、バッテリーパックには、バッテリーモジュールの外に、このようなバッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、すなわちＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサ、ヒューズなどがさらに含まれ得る。特に、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール毎に第１バスバー、第２バスバー、短絡部及びカートリッジを備え、バッテリーセルの非正常的な膨張の際、第１バスバーを破断させて外部電圧源から供給される電力を遮断することで、過充電の防止をバッテリーモジュール毎に行うことができる。
【０１２４】
本発明によるバッテリーモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含むことができる。
【０１２５】
上述した本発明は、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的思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２６】
１１０ａ  第１バッテリーセル
１１０ｂ  第２バッテリーセル
１１０ｃ  第３バッテリーセル
１２０ａ  第１電極リード
１２０ｂ  第２電極リード
２００ａ  第１バスバー
２００ｂ  第２バスバー
２１０ａ  第１連結プレート
２１０ｂ  第２連結プレート
２２０ａ  第１電源プレート
２２０ｂ  第２電源プレート
２３０ａ  第１突出プレート
２３０ｂ  第２突出プレート
２４０ａ  破断部
３００  短絡部
３１０  緩衝部材
３２０  スライドバー
３２１  接触部
３２２  短絡端子
３５０  短絡端子
４００  カートリッジ
４２０  支持溝
【図１】
0006804662.tif 000002
【図２】
0006804662.tif 000003
【図３】
0006804662.tif 000004
【図４】
0006804662.tif 000005
【図５】
0006804662.tif 000006
【図６】
0006804662.tif 000007
【図７】
0006804662.tif 000008
【図８】
0006804662.tif 000009
【図９】
0006804662.tif 000010
【図１０】
0006804662.tif 000011
【図１１】
0006804662.tif 000012