(57)【要約】  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；第１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し、第１バスバー及び第２バスバーと接触することで、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させる短絡部；及び第１電極リード、第２電極リード、第１バスバー、第２バスバー及び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。
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【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して短絡させる短絡部；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。
【請求項２】
前記短絡部は、前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かう弾性力を提供する弾性部材；及び
前記弾性力が発生するように一端に突設された係止部が前記カートリッジの係止溝に係合して前記弾性部材の変形状態を維持させるスライドバーを含む、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、前記係止部に前記膨張力が印加されて前記係止部と前記係止溝との係合が解除されることで前記弾性部材の変形状態を復元させ、変形状態から復元される前記弾性部材より前記弾性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バスバー及び前記第２バスバーと接触する、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記スライドバーは、他端に前記第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短絡させる短絡端子が形成される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記短絡端子は、伝導性材質で形成される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
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７】
前記収容空間は、前記弾性部材の復元状態による前記弾性部材の体積に対応するように形成される、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バスバーの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バスバーの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９】
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、破断して外部との電気的連結を遮断する破断部を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいすれか１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１１】
請求項１〜請求項９のいすれか１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度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５月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００６５４５９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】
近来、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な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、使用者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、電気的短絡などの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、それにより二次電池が膨張する、いわゆるスウェリング現象が起きる恐れがある。スウェリング現象は分解反応を加速化させて、熱暴走現象による二次電池の爆発や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、過電流の際に電流を遮断する保護回路、温度上昇時に抵抗が増加して電流を遮断するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、ガス発生による圧力上昇時に電流を遮断するか又はガスを排出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、スウェリング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電気的連結が切れる電気的連結部材に対する研究が行われていた。
【００１１】
しかし、このような電気的連結部材を使用しても二次電池が一定体積以上に膨張する場合は、確実に連結が切れることを保障できないという問題がある。
【００１２】
また、二次電池は、非正常な作動状態だけでなく、正常な作動状態でも一定の膨張と収縮を繰り返すため、正常な範囲内で膨張するときにも連結が切れる恐れがあり、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して短絡させることで、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】
上記の技術的課題を解決するため、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バスバー及び前記第２バスバーと接触することで、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して短絡させる短絡部；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んで構成される。
【００１６】
望ましくは、前記短絡部は、前記第１バスバー及び前記第２バスバーに向かう弾性力を提供する弾性部材；及び前記弾性力が発生するように一端に突設された係止部が前記カートリッジの係止溝に係合して前記弾性部材の変形状態を維持させるスライドバーを含むことができる。
【００１７】
望ましくは、前記スライドバーは、前記係止部に前記膨張力が印加されて前記係止部と前記係止溝との係合が解除されることで前記弾性部材の変形状態を復元させ、変形状態から復元される前記弾性部材より前記弾性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バスバー及び前記第２バスバーと接触し得る。
【００１８】
望ましくは、前記スライドバーは、他端に前記第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短絡させる短絡端子が形成され得る。
【００１９】
望ましくは、前記短絡端子は、伝導性材質で形成され得る。
【００２０】
望ましくは、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。
【００２１】
望ましくは、前記収容空間は、前記弾性部材の復元状態による前記弾性部材の体積に対応するように形成され得る。
【００２２】
望ましくは、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バスバーの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バスバーのそれぞれの少なくとも一部を支持し得る。
【００２３】
望ましくは、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、前記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含むことができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
本発明によれば、第１バッテリーセルの体積増加による膨張力を用いて第１バスバーと第２バスバーとの間を電気的に連結して短絡させることで、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、バッテリーモジュールの過充電を防止して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】
【００２７】
【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体積増加前の状態を示した上面図である。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの第１バッテリーセル、第１バスバー、第２バッテリーセル及び第２バスバーのみを示した図である。
【図５】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの破断部が破断する前の状態を示した側面図である。
【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示した側面図である。
【図７】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの短絡部の側面図である。
【図８】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの体積増加後の状態を示した上面図である。
【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前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後、短絡部が移動した直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過充電後、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１２】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断面図である。
【図１３】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内部を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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体積増加前の状態を示した上面図である。
【００３０】
図１〜図３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、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ、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。
【００３１】
前記バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂは複数個備えられ、それぞれのバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂは左右方向に並んで積層され得る。
【００３２】
バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ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可能である。例えば、前記バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ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は、リチウム二次電池であり得る。
【００３３】
一方、バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ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はパウチ型二次電池であり得る。
【００３４】
バッテリーセル１１０ａ、１１０ｂ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、広い面が左右側に位置し、広い面同士が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は、前方に向かって突出して折り曲げられた形態の電極リード１２０ａ、１２０ｂを備えることができる。
【００３５】
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る。
【００３６】
一方、本発明によるバッテリーセル１１０ａ、１１０ｂは、左側に位置する第１バッテリーセル１１０ａ及び右側に位置する第２バッテリーセル１１０ｂ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る。
【００３７】
より具体的に、図２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が前方に向かうように配置され、第２バッテリーセル１１０ｂは負極である第２電極リード１２０ｂが前方に向かうように配置され得る。
【００３８】
また、第１バッテリーセル１１０ａは負極である第２電極リード１２０ｂが後方に向かうように配置され、第２バッテリーセル１１０ｂは正極である第１電極リード１２０ａが後方に向かうように配置され得る。
【００３９】
このとき、第１バッテリーセル１１０ａの第２電極リード１２０ｂと第２バッテリーセル１１０ｂの第１電極リード１２０ａとは電気的に連結され得る。
【００４０】
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と電気的に連結されることで、外部電圧源から正極電圧の印加を受けることができる。また、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と電気的に連結されることで、外部電圧源から負極電圧の印加を受けることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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第１バッテリーセル、第１バスバー、第２バッテリーセル及び第２バスバーのみを示した図である。
【００４４】
図４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に対面接触される。
【００４５】
また、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に対面接触される。
【００４６】
第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂは、上下方向に長いプレートが直角に数回折り曲げられた形状であり得る。
【００４７】
より具体的に、第１バスバー２００ａは、第１バッテリーセル１１０ａの第１電極リード１２０ａと対面接触してから前方に向かって垂直に折り曲げられる第１折曲部Ｂ１、第１折曲部Ｂ１から延びた後、バッテリーモジュールの内側に向かって折り曲げられる第２折曲部Ｂ２、第２折曲部Ｂ２から延びた後、バッテリーモジュールの前方に向かって折り曲げられる第３折曲部Ｂ３、第３折曲部Ｂ３から延びた後、バッテリーモジュールの外側に向かって折り曲げられる第４折曲部Ｂ４、第４折曲部Ｂ４から延びた後、バッテリーモジュールの前方に向かって折り曲げられる第５折曲部Ｂ５を備えることができる。
【００４８】
また、第２バスバー２００ｂは、第２バッテリーセル１１０ｂの第２電極リード１２０ｂと対面接触してから前方に向かって垂直に折り曲げられる第６折曲部Ｂ６、第６折曲部Ｂ６から延びた後、バッテリーモジュールの内側に向かって折り曲げられる第７折曲部Ｂ７、第７折曲部Ｂ７から延びた後、バッテリーモジュールの前方に向かって折り曲げられる第８折曲部Ｂ８、第８折曲部Ｂ８から延びた後、バッテリーモジュールの外側に向かって折り曲げられる第９折曲部Ｂ９、第９折曲部Ｂ９から延びた後、バッテリーモジュールの前方に向かって折り曲げられる第１０折曲部Ｂ１０を備えることができる。
【００４９】
このとき、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとは、それぞれ第２折曲部Ｂ２及び第７折曲部Ｂ７から互いに向かって折り曲げられて延びることで離隔距離が減少し、第３折曲部Ｂ３及び第８折曲部Ｂ８からバッテリーモジュールの前方に向かって折り曲げられて平行に延びることで離隔距離が維持され得る。
【００５０】
このようにして、第１バスバー２００ａの第３折曲部Ｂ３と第２バスバー２００ｂの第８折曲部Ｂ８とが近接して位置することで、後述する短絡部（図３の３００）のスライドバー（図３の３２０）の他端に形成された短絡端子（図３の３２２）の幅が狭く形成されても、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと同時に接触して第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとを電気的に短絡させることができる。
【００５１】
一方、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とは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２の４００）の支持溝（図２の４３０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００５２】
また、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とは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２の４００）の支持溝（図２の４３０）に一部が挿入されて支持され得る。
【００５３】
上述したカートリッジ（図２の４００）の詳細については後述する。
【００５４】
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破断部が破断する前の状態を示した側面図であり、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示した側面図である。
【００５５】
図５及び図６を参照すれば、第１バスバー２００ａには、第１折曲部Ｂ１と第２折曲部Ｂ２との間の区間に、第１折曲部Ｂ１と第２折曲部Ｂ２との間の外側区間より断面積の小さい破断部２１０ａが形成される。
【００５６】
このような破断部２１０ａは、第１折曲部Ｂ１と第２折曲部Ｂ２との間の外側区間より断面積が小さいため、抵抗値が大きくなり得る。
【００５７】
これによって、破断部２１０ａは、第１バスバー２００ａと第２バスバー（図３の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（図３の２００ｂ）及び外部電圧源の間に短絡回路が形成される場合、図６に示されたように、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、破断し得る。
【００５８】
このようにして、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）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と外部電圧源との間を電気的に連結する第１バスバー２００ａの破断部２１０ａが破断することで、充電が中断できる。
【００５９】
すなわち、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、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２１０ａ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。
【００６０】
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２１０ａが第１バスバー２００ａに形成される形態を説明したが、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの破断部は第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バッテリーモジュールの破断部は第１バスバーと第２バスバーの両方に形成されても良い。
【００６１】
また、前記破断部２１０ａ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２１０ａとして制限なく適用可能である。
【００６２】
図１〜図３を参照して上述した短絡部３００について説明する。
【００６３】
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。
【００６４】
そのため、短絡部３００は、弾性部材３１０及びスライドバー３２０を含むことができる。
【００６５】
弾性部材３１０は、図３に示されたように、スライドバー３２０によって第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂの逆方向ａに変形されており、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かう方向ｂに弾性力を提供することができる。
【００６６】
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短絡部の側面図である。
【００６７】
図７を参照すれば、弾性部材３１０は、カートリッジ（図３の４００）の内側に接触する第１プレートＰ１とスライドバー３２０の一端に接触する第２プレートＰ２との間にバネＳが挿入されて形成され、第１バスバー（図３の２００ａ）及び第２バスバー（図３の２００ｂ）に向かう方向に弾性力を提供することができる。
【００６８】
上述したように、スライドバー３２０は、弾性部材３１０から弾性力が発生するように、一端に突設された係止部３２１が後述するカートリッジ（図３の４００）の係止溝（図２の４２０）に係合して弾性部材３１０の変形状態を維持させることができる。
【００６９】
すなわち、スライドバー３２０は、２つのプレートの間にバネが挿入された弾性部材３１０を第１バスバー（図３の２００ａ）及び第２バスバー（図３の２００ｂ）の逆方向に圧縮した状態で、係止部３２１が係止溝（図２の４２０）に係合して圧縮を維持させることができる。
【００７０】
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体積増加後の状態を示した上面図である。
【００７１】
図８を参照すれば、スライドバー３２０の一端に形成された係止部３２１には、バッテリーモジュールの過充電によって第１バッテリーセル１１０ａの体積増加で発生する膨張力が印加される。これによって、係止部３２１は膨張力によって係止溝４２０との係合が解除されることで、弾性部材３１０の変形状態を復元させることができる。
【００７２】
その後、スライドバー３２０は、変形状態から復元される弾性部材３１０より弾性力の印加を受けて第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに向かう方向ｂに移動し、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂと同時に接触することができる。
【００７３】
そのため、スライドバー３２０は他端に短絡端子３２２が形成されて第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、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂを含む回路に短絡を発生させることができる。
【００７４】
ここで、短絡端子３２２は、伝導性材質で形成できる。
【００７５】
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、第１バッテリーセル１１０ａが過充電によって体積が増加する場合、発生する膨張力を短絡部３００に印加して弾性部材３１０の変形状態を復元させ、変形状態が復元される弾性部材３１０から発生する弾性力を用いてスライドバー３２０を第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに移動させることで、第１バスバー２００ａと第２バスバー２００ｂとを電気的に連結して短絡を発生させることができる。
【００７６】
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。
【００７７】
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前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後に短絡部が移動した直後の等価回路図であり、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過充電後に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。
【００７８】
図９〜図１１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９に示されたように、第１バッテリーセル１１０ａの体積が増加しないため、第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂは電気的に短絡していない。
【００７９】
しかし、本発明によるバッテリーモジュールが過充電される場合、図１０に示されたように、第１バッテリーセル１１０ａの体積増加によって膨張力の印加を受けた短絡部３００が第１バスバー２００ａ及び第２バスバー２００ｂに移動した後、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。
【００８０】
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。
【００８１】
その後、第１バスバー２００ａに高電流Ｉが持続的に流れる場合、図１１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２１０ａが高温の抵抗熱によって破断することで、外部電圧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。
【００８２】
図１２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断面を示した図であり、図１３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内部を示した斜視図である。
【００８３】
図１２及び図１３を参照すれば、カートリッジ４００は、第１バッテリーセル１１０ａと第２バッテリーセル１１０ｂとの間に位置し、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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４３０が形成され得る。
【００８６】
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。
【００８７】
このとき、カートリッジ４００の収容空間４１０は、短絡部３００の弾性部材３１０が変形状態から復元される場合の体積に対応するように形成され得る。
【００８８】
すなわち、カートリッジ４００の収容空間４１０は、短絡部３００の弾性部材３１０が変形状態から復元される場合に増加する体積に対応して、弾性部材３１０の体積増加方向に延びて形成され得る。
【００８９】
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。
【００９０】
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一つ以上含む。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。
【００９１】
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。
【００９２】
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】
【００９３】
１１０ａ  第１バッテリーセル
１１０ｂ  第２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  破断部
３００  短絡部
３１０  弾性部材
３２０  スライドバー
３２１  係止部
３２２  短絡端子
４００  カートリッジ
４２０  係止溝
４３０  支持溝
【図１】
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【図２】
2020501318.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020501318.tif 000006
【図５】
2020501318.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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