(57)【要約】  本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、 電極リードを備え、相互対面して積層される一対のバッテリーセルと、前記一対のバッテリーセル各々の電極リードの間を連結するコネクターと、前記一対のバッテリーセル各々のテラス部の間に形成される空間に配置され、前記バッテリーセルのスウェリングによる圧力を受けて動作することで、前記コネクターと電極リードとの電気的接続を遮断するコネクター破断装置と、を含む。
2020509547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極リードを備え、相互対面して積層される一対のバッテリーセルと、
前記一対のバッテリーセル各々の電極リードの間を連結するコネクターと、
前記一対のバッテリーセル各々のテラス部の間に形成される空間に配置され、前記バッテリーセルのスウェリングによる圧力を受けて動作することで、前記コネクターと電極リードとの電気的接続を遮断するコネクター破断装置と、を含む、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記一対のバッテリーセル各々に備えられた電極リードが、前記コネクター破断装置に固定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３】
前記コネクター破断装置が、プッシュバーと、第１弾性部材と、破断部と、前記プッシュバー、前記第１弾性部材、及び前記破断部を収容するカートリッジと、を含み、
前記プッシュバーは、前記バッテリーセルのスウェリングによる圧力を受けて前記カートリッジ内で上方へ動き、
前記第１弾性部材は、前記電極リードと反対方向へ弾性加圧された状態を維持しており、前記プッシュバーが上方へ移動することによって復元され、
前記破断部は、前記第１弾性部材の復元力によって前記カートリッジの上端に形成された開口部を通してコネクターに向けて移動し、前記コネクターと電極リードとの電気的接続を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記コネクター破断装置が、
前記第１弾性部材が圧縮された状態を維持するように前記破断部を固定し、前記プッシュバーがスウェリングによる圧力によって押さえられた場合に、前記破断部の固定状態が解除されるようにすることで、前記破断部が前記第１弾性部材の復元力によって前記コネクターに向けて移動するようにするストッパー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】
前記カートリッジが、
内側面から突出して形成され、水平線に対して所定の角度へ傾いたガイドリブを備え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】
前記プッシュバーが、
前記ガイドリブに向けて上方へ延びて形成され、その一側端部が前記ガイドリブとストッパーとの間に位置するプッシュリブを備えることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記プッシュリブが、
前記プッシュバーが前記スウェリングによる圧力によって押さえられた場合に、前記ガイドリブによって動きの方向が転換され、その一側端部が前記ストッパーの一側端部に圧力を加えることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記ストッパーが、
前記プッシュリブによる圧力を受けて動くことで前記破断部の固定状態を解除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】
前記カートリッジは、内側面から突出して形成される支持リブを備え、
前記コネクター破断装置は、前記ストッパーと前記支持リブとの間に配置され、前記プッシュバーが押さえられたときに弾性加圧される第２弾性部材を含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクター破断装置を備えるバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、バッテリーセルのスウェリングが発生することによって作動し、隣接したバッテリーセルとの電気的接続を遮断するように構成されたコネクター破断装置を備えるバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年８月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１１１３４６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、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
最近、ビデオカメラ、携帯電話、ノートブックＰＣなどの携帯用電気製品の使用が活性化するにつれ、それらの駆動電源として主に使用される二次電池の重要性が高まりつつある。
【０００４】
通常充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ラップトップコンピューター、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、先端分野の技術開発への研究が活発に進みつつある。
【０００５】
特に、リチウム二次電池は、既存の鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池及びニッケル−亜鉛電池などの他の二次電池に比べ、単位重量当たりエネルギー密度が高くて急速充電が可能であるため、使用が急増しつつある。
【０００６】
リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、携帯用電子器機の電源として使用されるか、または複数個を直列または並列に接続して高出力の電気自動車、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などに用いられる。
【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−メタルハイドライド電池に比べて作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れるため、使用が急増する趨勢にある。
【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に分けられ得る。そして、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、電解液が一切含有さ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状高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池に分け得る。
【０００９】
液体電解質を使用するリチウムイオン電池の場合、大体、円筒や角形の金属缶を容器として溶接密封した形態で使用される。このような金属缶を容器として使用する缶型二次電池は、形態が固定されるため、これを電源として使用する電気製品のデザインを制約するという短所があり、体積を減らすことが困難である。そこで、電極組立体及び電解質を、フィルムで作ったパウチに入れて封止して使用するパウチ型二次電池が開発されて使用されている。
【００１０】
ところが、リチウム二次電池は、過熱すると爆発の危険性があり、安全性を確保することが重要な課題の一つである。リチウム二次電池の過熱は、さまざまな原因で発生するが、そのうち一つにリチウム二次電池に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、温度の急速な上昇は、電解液の分解反応をもたらし熱暴走現象（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｕｎａｗａｙ）を起こすことで、結局は電池の爆発に繋がる。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挟まれた分離膜の収縮によって正極と負極との絶縁が破壊されるか、外部に接続し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などの場合に発生する。
【００１１】
したがって、リチウム二次電池は、過電流の発生のような異常状況から電池を保護するために保護回路と結合して使用され、上記保護回路には、過電流が発生したときに充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線するヒューズ素子が含まれることが通常である。
【００１２】
図１は、リチウム二次電池を含むバッテリーパックと結合す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】
図示したように、保護回路は、過電流の発生時にバッテリーパックを保護するために、ヒューズ素子１、過電流センシングのためのセンス抵抗２、過電流の発生をモニターして過電流の発生時にヒューズ素子１を動作させるマイクロコントローラー３及び上記ヒューズ素子１への動作電流の流入をスイチングするスイッチ４を含む。
【００１４】
ヒューズ素子１は、バッテリーパックの最外側端子に接続した主線路に設けられる。主線路は、充電電流または放電電流が流れる配線を言う。図面では、ヒューズ素子１が高電位線路（Ｐａｃｋ＋）に設けられたことを示している。
【００１５】
ヒューズ素子１は、３端子素子部品であって、二つの端子は充電または放電電流が流れる主線路に、一つの端子はスイッチ４と接続する。そして、内部には、主線路と直列接続して特定の温度で溶断するヒューズ１ａと、上記ヒューズ１ａに熱を印加する抵抗１ｂと、が含まれている。
【００１６】
上記マイクロコントローラー３は、センス抵抗２の両端の電圧を周期的に検出して過電流の発生有無をモニターし、過電流が発生したと判断されれば、スイッチ４をターンオンする。そうすれば、主線路に流れる電流がヒューズ素子１側へバイパスされて抵抗１ｂに印加される。これによって、抵抗１ｂで発生したジュール熱がヒューズ１ａに伝導されてヒューズ１ａの温度を上昇させ、ヒューズ１ａの温度が溶断温度まで上昇すれば、ヒューズ１ａが破断することで主線路が非可逆的に断線される。主線路が断線されれば、過電流がこれ以上流れなくなり、過電流から惹起される問題を解消することができる。
【００１７】
ところが、上述のような従来技術は、さまざまな問題点を抱いている。即ち、マイクロコントローラー３で故障が発生すれば、過電流が発生した状況においてもスイッチ４がターンオンされない。このような場合、ヒューズ素子１の抵抗１ｂへ電流が流入しないため、ヒューズ素子１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１の配置のための空間が別に必要となり、ヒューズ素子１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ー３に必ず積載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ー３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、過充電や短絡などの異常状況の発生によってバッテリーセルのスウェリングが一定水準以上に発生する場合、電流の流れを迅速に遮断して二次電池の使用上の安全性を確保することを目的とする。
【００１９】
なお、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を達成するため、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、電極リードを備え、相互対面して積層される一対のバッテリーセルと、前記一対のバッテリーセル各々の電極リードの間を連結するコネクターと、前記一対のバッテリーセル各々のテラス部の間に形成される空間に配置され、前記バッテリーセルのスウェリングによる圧力を受けて動作することで、前記コネクターと電極リードとの電気的接続を遮断するコネクター破断装置と、を含む。
【００２１】
前記一対のバッテリーセル各々に備えられた電極リードが、前記コネクター破断装置に固定され得る。
【００２２】
前記コネクター破断装置は、プッシュバーと、第１弾性部材と、破断部と、前記プッシュバー、前記第１弾性部材、及び前記破断部を収容するカートリッジと、を含み得るものであり、前記プッシュバーは、前記バッテリーセルのスウェリングによる圧力を受けて前記カートリッジ内で上方へ動き、前記第１弾性部材は、前記電極リードと反対方向へ弾性加圧された状態を維持しており、前記プッシュバーが上方へ移動することによって復元され、前記破断部は、前記第１弾性部材の復元力によって前記カートリッジの上端に形成された開口部を通してコネクターに向けて移動し、前記コネクターと電極リードとの電気的接続を遮断する。
【００２３】
前記コネクター破断装置は、前記第１弾性部材が圧縮された状態を維持するように前記破断部を固定し、前記プッシュバーがスウェリングによる圧力によって押さえられた場合に、前記破断部の固定状態が解除されるようにすることで、前記破断部が前記第１弾性部材の復元力によって前記コネクターに向けて移動するようにするストッパーをさらに含み得る。
【００２４】
前記カートリッジは、内側面から突出して形成され、水平線に対して所定の角度へ傾いたガイドリブを備え得る。
【００２５】
前記プッシュバーは、前記ガイドリブに向けて上方へ延びて形成され、その一側端部が前記ガイドリブとストッパーとの間に位置するプッシュリブを備え得る。
【００２６】
前記プッシュリブは、前記プッシュバーが前記スウェリングによる圧力によって押さえられた場合に、前記ガイドリブによって動きの方向が転換され、その一側端部が前記ストッパーの一側端部に圧力を加え得る。
【００２７】
前記ストッパーは、前記プッシュリブによる圧力を受けて動くことで前記破断部の固定状態を解除し得る。
【００２８】
前記カートリッジは、内側面から突出して形成される支持リブを備え、前記コネクター破断装置は、前記ストッパーと前記支持リブとの間に配置され、前記プッシュバーが押さえられたときに弾性加圧される第２弾性部材を含み得る。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一面によれば、過充電や短絡などの異常状況の発生によってバッテリーセルのスウェリングが一定水準以上に発生する場合、電流の流れを迅速に遮断して二次電池の発火／爆発などの発生を防止することができる。
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】バッテリーモジュールと結合す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】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動する前の形態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動する前の形態を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動して破断部が上方へ移動する様子を示す図である。
【図５】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動して破断部が上方へ移動することでコネクターと電極リードとの電気的接続が遮断された状態を示す図である。
【図６】複数のバッテリーセルを備えるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置を設置できる多様な位置を示す図である。
【図７】複数のバッテリーセルを備えるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置を設置できる多様な位置を示す図である。
【図８】複数のバッテリーセルを備えるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置を設置できる多様な位置を示す図である。
【図９】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるコネクター破断装置の内部構造を示す図であって、コネクター破断装置が作動する前の状態を示す図である。
【図１０】図９に示したコネクター破断装置において、ストッパーによって破断部の動きが制限された状態を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるコネクター破断装置の内部構造を示す図であって、バッテリーセルのスウェリングによってコネクター破断装置が作動した後の状態を示す図である。
【図１２】図１１に示したコネクター破断装置において、ストッパーによる破断部の固定状態が解除されて破断部が上方へ移動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
先ず、図２〜図５を参照し、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの全体的な構成を説明する。
【００３４】
図２及び図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動する前の形態を示す図であり、図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動して破断部が上方へ移動する様子を示す図である。また、図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が作動して破断部が上方へ移動することでコネクターと電極リードとの電気的接続が遮断された状態を示す図である。
【００３５】
図２〜図５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、一対のバッテリーセル１００、コネクター２００及びコネクター破断装置３００を含んで具現される。
【００３６】
上記一対のバッテリーセル１００は、例えば、パウチタイプのバッテリーセルであり、相互広い面同士が対面して積層されることで一つのバッテリーセル積層体をなし得る。上記バッテリーセル１００は、電極組立体（図示せず）、パウチケース１１０、電極リード１４０及びシーラント１５０を含むように具現され得る。
【００３７】
上記電極組立体は、正極板、セパレーター及び負極板が少なくとも１回以上順次積層された形態を有し、絶縁確保のために最外郭にはセパレーターが位置することが望ましい。このような電極組立体は、実施形態によって、巻取型、積層型または積層／折畳み型などの多様な構造を有し得る。
【００３８】
上記正極板は、導電性プレートからなる正極集電板の少なくとも一面の上に正極活物質がコーティングされた形態を有し、同様に、上記負極板は、導電性プレートからなる負極集電板の少なくとも一面の上に負極活物質がコーティングされた形態を有する。
【００３９】
上記正極板及び負極板は、正極活物質及び負極活物質がコーティングされていない非コーティング領域を有し、このような非コーティング領域は、電極リード１４０と結合する電極タブとして機能する。
【００４０】
上記セパレーターは、正極板と負極板との間に位置し、正極板と負極板とを電気的に絶縁し、正極板と負極板との間でリチウムイオンなどが移動できるよう多孔性膜の形態を有し得る。このようなセパレーターは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）またはこれらの複合フィルムを用いた多孔性膜からなり得る。
【００４１】
上記パウチケース１１０は、金属層及びこれを囲む樹脂層を含む多層構造のフィルム形態を有する外装材からなるパウチケースであり得、このようなパウチケース１１０は、上部ケース及び下部ケースから構成され得る。
【００４２】
このように上記パウチケース１１０が、上部ケース及び下部ケースから構成される場合、下部ケースは、電極組立体を収容するために膨らんで突出した収容部１２０を備える。また、上記上部ケースは、膨らんで突出した収容部１２０を備えてもよく、このような収容部１２０が形成されていない扁平な形状を有してもよい。
【００４３】
即ち、上記バッテリーセル１００は、両方が突出した形態の両方突出型バッテリーセルであってもよく、これとは異なり、一方のみが突出した形態の一方突出型バッテリーセルであってもよい。本発明の図面においては、図示の便宜上、バッテリーセル１００が両方突出型であるバッテリーセルの場合のみを示しているが、本発明がこれに限定されることではない。
【００４４】
一方、上記バッテリーセルが両方突出型バッテリーセルである場合において、上部ケース及び下部ケースの各々は、収容部１２０の外周領域となる封止部１３０を備え得る。また、上記バッテリーセル１００が一方突出型バッテリーセルである場合において、下部ケースは、収容部１２０の外周領域となる封止部１３０を備え、上部ケースは、下部ケースの封止部１３０と当接する領域に形成される封止部１３０を備え得る。
【００４５】
上記パウチケース１１０は、収容部１２０内に電極組立体を収容し、上部ケース及び下部ケース各々の封止部１３０が当接して熱溶着することで密封される。このように、上部ケース及び下部ケースの封止部１３０は、相互当接した状態で熱溶着によって接合されるよう、熱溶着性を有する樹脂材質からなり得る。
【００４６】
上記電極リード１４０は、電極組立体の電極タブに接続し、パウチケース１１０の外部へ引き出されることで電極組立体と外部部品とを電気的に接続する媒介体の役割を果たす構成要素であって、正極板に接続する正極リード及び負極板に接続する負極リードを含む。より具体的に、上記正極リードは、正極板に備えられた正極非コーティング部に接続し、負極リードは、負極板に備えられた負極非コーティング部に接続する。
【００４７】
一つのバッテリーセル１００に備えられた正極リード及び負極リードは、相互同一方向または相互反対方向へ引き出され得るが、本発明の図面においては、正極リードと負極リードとが相互反対方向へ引き出された形態のバッテリーセル１００のみを図示している。
【００４８】
一方、本発明の説明に際し、上記封止部１３０のうち電極リード１４０が引き出される方向に位置する封止部１３０を、「テラス部（Ｔｅｒｒａｃｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）」と称する。
【００４９】
上記シーラント１５０は、パウチケース１１０の外部へ引き出される電極リード１４０と封止部１３０の内側面との間で密封力の低下が発生することを防止するために、封止部１３０の内側面と電極リード１４０との間に介される。
【００５０】
上記コネクター２００は、相互隣接するバッテリーセル１００の間を電気的に接続するために適用される構成要素であって、電気抵抗を最小化しながらも、コネクター破断装置３００が作動する場合、迅速かつ確実に破断されるようにするために、例えば、複数の金属ワイヤの形態で具現され得る。
【００５１】
この場合、個々の上記金属ワイヤは、隣接した一対のバッテリーセル各々の電極リード１４０と溶接などによって連結され得、以下に説明するコネクター破断装置３００が作動する場合、このような金属ワイヤと電極リード１４０との溶接部位が破断され、隣接するバッテリーセル１００との電気的接続が遮断される。
【００５２】
上記コネクター破断装置３００は、相互対面する一対のバッテリーセル１００各々のテラス部の間に形成される空間内に配置され、バッテリーセル１００にスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が発生した場合、そのスウェリングによる圧力を受けて動作することでコネクター２００と電極リード１４０との電気的接続を遮断する。
【００５３】
この際、上記電極リード１４０は、その端部が水平方向へ折り曲げられてコネクター破断装置３００の上端に固定されることで、コネクター破断装置３００の作動による圧力がコネクター２００によく伝達されるようにする。
【００５４】
上記破断装置３００は、バッテリーセル１００のスウェリングによって膨張する収容部１２０及び／または封止部１３０によってプッシュバー３６０が上方へ押さえられ、これによって破断部３２０が上方へ移動してコネクター２００に圧力を加えることでコネクター２００と電極リード１４０との結合部位を破断して、隣接したバッテリーセル１００との電気的接続を遮断する。
【００５５】
上記破断装置３００の具体的な構造及び作動原理については、図９〜図１２を参照して詳細に後述する。
【００５６】
次は、図６〜図８を参照し、本発明によるバッテリーモジュールにおいてコネクター破断装置３００が設けられる位置を説明する。
【００５７】
図６〜図８は、複数のバッテリーセルを備えるバッテリーモジュールにおいて、コネクター破断装置が設けられる多様な位置を示す図である。
【００５８】
図６〜図８を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュールは、一対のバッテリーセル１００に加え、追加的なバッテリーセルをさらに含み得る。複数のバッテリーセル１００の電気的接続関係も、多様に設定され得る。
【００５９】
本発明によるバッテリーモジュールは、図６に示したように、複数のバッテリーセル１００が全て直列に接続した形態を有し得る。この場合、隣接した一対のバッテリーセル１００の間を連結する複数のコネクターのうちいずれか一つのみが切れれば、電気的接続が完全に遮断されるため、隣接した一対のバッテリーセル１００各々のテラス部の間に形成される空間のうちいずれか一箇所のみにコネクター破断装置３００を設けてもよい。勿論、安全性をより確実に確保するために、隣接した一対のバッテリーセル１００各々のテラス部の間に形成される空間のうち複数の個所にコネクター破断装置３００を設けてもよい。
【００６０】
また、本発明によるバッテリーモジュールは、図７及び図８に示したように、複数のバッテリーセル１００が複数のセル群に分けられ、同一のセル群内に存在するバッテリーセル１００同士は並列に接続し、セル群同士は相互直列に接続した形態を有し得る。
【００６１】
この場合、図７に示したように、相異なるセル群に属しながら相互隣接した一対のバッテリーセル１００各々のテラス部の間に形成される空間に、コネクター破断装置３００を設けることで、一定水準以上のセルスウェリングの発生時、セル群間の直列接続を遮断することができる。
【００６２】
一方、この場合、図８に示したように、相互同一セル群に属しながら相互隣接した一対のバッテリーセル１００各々のテラス部の間に形成される空間ごとにコネクター破断装置３００を設けることで、一定水準以上のセルスウェリングの発生時に同一セル群内の並列接続を完全に遮断してもよい。
【００６３】
次は、図９〜図１２を参照して、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるコネクター破断装置３００の具体的な構造及び作動原理について説明する。
【００６４】
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるコネクター破断装置の内部構造を示す図であり、コネクター破断装置が作動する前の状態を示す図であり、図１０は、図９に示したコネクター破断装置において、ストッパーによって破断部の動きが制限された状態を示す図である。また、図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるコネクター破断装置の内部構造を示す図であって、バッテリーセルのスウェリングによってコネクター破断装置が作動した後の状態を示す図であり、図１２は、図１１に示したコネクター破断装置において、ストッパーによる破断部の固定状態が解除され、破断部が上方へ移動した状態を示す図である。
【００６５】
先ず、図９〜図１２を参照すれば、上記コネクター破断装置３００は、カートリッジ３１０、破断部３２０、第１弾性部材３３０、ストッパー３４０、第２弾性部材３５０及びプッシュバー３６０を含むように具現され得る。
【００６６】
上記カートリッジ３１０は、内部空間に、破断部３２０、第１弾性部材３３０、ストッパー３４０、第２弾性部材３５０及びプッシュバー３６０を収容する。上記カートリッジ３１０は、内側面から突出して形成された第１装着部３１１、第２装着部３１２、ガイドリブ３１３及び支持リブ３１４を備える。
【００６７】
上記第１装着部３１１は、破断部３２０の第１延長部３２１及び第１弾性部材３３０の下方に形成され、第１弾性部材３３０を支持し、また、破断部３２０が下死点に到達したとき、第１延長部３２１の端部が装着されるように支持する。これと同様に、上記第２装着部３１２は、破断部３２０の第２延長部３２２の下方に形成され、第２延長部３２２の端部が装着されるように支持する。
【００６８】
後述するように、第１延長部３２１が一対で具備され得、この場合、第１装着部３１１も一対で備えられ、第２装着部３１２は、一対の第１装着部３１１の間に備えられ得る。
【００６９】
上記ガイドリブ３１３は、一対の第１延長部３２１のうち一側に位置する第１延長部３２１と第２延長部３２２との間に位置し、水平線に対して所定の角度に傾いた形態で備えられる。上記ガイドリブ３１３は、後述するプッシュリブ３６１の動きをガイドしてプッシュリブ３６１が水平方向へ移動するようにする。即ち、上記プッシュリブ３６１は、プッシュバー３６０が上方へ動くことによって同様に上方へ移動するようになるが、ガイドリブ３１３は、このように垂直方向のみへ動くプッシュバー３６０が水平方向へも動くように、その運動方向を転換する機能を果たすものである。
【００７０】
上記支持リブ３１４は、一対の第１延長部３２１のうち他側に位置する第１延長部３２１と第２延長部３２２との間に位置し、上下方向へ延びるように備えられる。上記支持リブ３１４は、第２弾性部材３５０の一側を支持する機能を果たす。
【００７１】
上記破断部３２０は、圧縮されて弾性エネルギーを貯蔵していた第１弾性部材３３０の復元力によって、カートリッジの上端に形成された開口部を通して上方へ動くことでコネクター２００と電極リード１４０との接合部位を破断することで、コネクター２００と電極リード１４０との電気的接続を遮断する構成要素である。
【００７２】
上記破断部３２０は、下方へ延びて形成された第１延長部３２１及び第２延長部３２２を備え、上記第１延長部３２１は、破断部３２０の安定的な動きのために一対で備えられ得る。この場合、上記一対の第１延長部３２１各々は、破断部３２０の両側端部に備えられ得る。このように上記第１延長部３２１が一対で備えられる場合において、第２延長部３２２は、一対の第１延長部３２１の間に位置する。
【００７３】
上記第１延長部３２１は、上下方向へ延びた長い略円柱形状を有し得、第１弾性部材３３０内に挿入可能な厚さに形成される。本発明の図面においては、第１延長部３２１が円柱形状である場合のみを示しているが、これによって本発明が限定されるものではなく、第１延長部３２１の断面は、円形ではなく多角形の形態を有してもよい。
【００７４】
上記第１延長部３２１は、第１弾性部材３３０の一側を支持するために周辺よりも厚い厚さに形成された弾性部材支持部３２１ａを備える。これによって第１弾性部材３３０は、両側端部が各々弾性部材支持部３２１ａ及び第１装着部３１１によって支持され、破断部３２０が下方へ動く場合には圧縮され、上方へ動く場合には伸びる。
【００７５】
上記第２延長部３２２は、上下方向へ延びた長い略円柱形状を有し得、ストッパー３４０の貫通孔３４０ａ内に挿入可能な厚さに形成される。本発明の図面においては、第２延長部３２２が円柱形状である場合のみを示しているが、これによって本発明が限定されず、第２延長部３２２の断面が円形ではなく多角形の形態を有してもよい。
【００７６】
上記第２延長部３２２は、第１厚さを有する第１部分３２２ａ、及び第１部分３２２ａよりも薄い第２厚さを有する第２部分３２２ｂからなり、第２部分３２２ｂは、一対の第１部分３２２ａの間に位置し得る。
【００７７】
相異なる厚さに形成された上記第１部分３２２ａと第２部分３２２ｂとの境界領域には、厚さ差による段差が形成され、ストッパー３４０は、このような段差を用いて破断部３２０が動かないように固定できる。
【００７８】
上記第１弾性部材３３０は、バッテリーセル１００のスウェリングが一定水準以上に発生していない正常状況では圧縮した状態を維持し、スウェリングによる圧力がプッシュバー３６０に印加された場合には、伸びながら弾性エネルギーを用いて破断部３２０を上方へ移動させる機能を果たす。このような第１弾性部材３３０としては、例えば、スプリングが挙げられる。
【００７９】
上記第１弾性部材３３０は、その両側が各々弾性部材支持部３２１ａ及び第１装着部３１１によって支持され、破断部３２０が下方へ動けば圧縮され、上方へ動けば伸びる。
【００８０】
上記ストッパー３４０は、水平方向へ延びた形態を有し、第１弾性部材３３０が弾性加圧された状態を維持するようにする。即ち、上記ストッパー３４０は、破断部３２０を固定して破断部３２０が下死点まで移動した状態に維持する。また、上記ストッパー３４０は、上記プッシュバー３６０がバッテリーセル１００のスウェリングによる圧力を受けて押さえられた場合、破断部３２０の固定状態が解除されるようにすることで、破断部３２０が第１弾性部材３３０の弾性力によってコネクター２００に向けて上方へ移動するようにする。
【００８１】
上記ストッパー３４０は、上下方向に沿って貫通されて形成された貫通孔３４０ａを備え、このような貫通孔３４０ａ内には、破断部３２０の第２延長部３２２が挿入される。
【００８２】
上記ストッパー３４０は、第２弾性部材３５０と後述するプッシュリブ３６１との間に配置され、第２弾性部材３５０の復元力によってプッシュリブ３６１に向ける方向へ力を受ける。したがって、上記ストッパー３４０の貫通孔３４０ａの内壁面は第２延長部３２２の第２部分３２２ｂと接するようになり、これによって第２延長部３２２の第１部分３２２ａと第２部分３２２ｂとの境界領域に形成された段差にストッパー３４０がかかって破断部３２０は上下へ動かないように固定された状態を維持するようになる。
【００８３】
一方、このように上記段差にストッパー３４０がかかった状態では、第１弾性部材３３０が圧縮状態にあり、第２弾性部材３５０は伸張状態にあるようになる。
【００８４】
上記第２弾性部材３５０は、ストッパー３４０によって破断部３２０が固定された状態にあるときには伸張状態を維持し、スウェリングによる圧力がプッシュバー３６０に印加されれば、圧縮される。このような第２弾性部材３５０には、例えば、スプリングが挙げられる。
【００８５】
上記第２弾性部材３５０は、その両側が各々ストッパー３４０及び支持リブ３１４によって支持され、プッシュバー３６０が押さえられて上方へ移動すれば圧縮され、プッシュバー３６０が押さえられていないときは伸びてストッパー３４０をプッシュリブ３６１の方向へ押し出す。
【００８６】
上記プッシュバー３６０は、カートリッジ３１０内で下部に設けられ、カートリッジ３１０の下端に形成された開口部を通してカートリッジ３１０の外部に露出する。上記プッシュバー３６０は、バッテリーセル１００のスウェリングによる圧力を受け、カートリッジ３１０内で上方へ動くことで破断部３２０の固定状態を解除する。
【００８７】
上記プッシュバー３６０は、ガイドリブ３１３に向けて上方へ延びて形成され、その一側端部がガイドリブ３１３とストッパー３４０との間に位置するプッシュリブ３６１を備える。上記プッシュリブ３６１は、プッシュバー３６０がスウェリングによる圧力を受けて上方へ動く場合、ガイドリブ３１３によって運動方向が転換されてストッパー３４０を加圧することによって、ストッパー３４０は、第２弾性部材３５０を圧縮する方向へ移動するようになる。
【００８８】
図１０及び図１２を共に参照すれば、このようなストッパー３４０の移動によって破断部３２０の固定状態は解除され、これによって第１弾性部材３３０の復元力で破断部３２０が上方へ移動してコネクター２００を打撃することでコネクター２００と電極リード１４０との接合部位が破断されるのである。
【００８９】
上述のように、本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル１００のスウェリングが一定水準以上に発生する場合、隣接したバッテリーセル１００の間に配置されるコネクター破断装置３００を用いてコネクター２００と電極リード１４０との接合部位を破断することで電流の流れを強制で遮断するように構成することで、二次電池の使用上の安全性を確保することができる。
【００９０】
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の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】
１００  バッテリーセル
１１０  パウチケース
１２０  収容部
１３０  封止部
１４０  電極リード
１５０  シーラント
２００  コネクター
３００  コネクター破断装置
３１０  カートリッジ
３１１  第１装着部
３１２  第２装着部
３１３  ガイドリブ
３１４  支持リブ
３２０  破断部
３２１  第１延長部
３２１ａ  弾性部材支持部
３２２  第２延長部
３２２ａ  第１部分
３２２ｂ  第２部分
３３０  第１弾性部材
３４０  ストッパー
３４０ａ  貫通孔
３５０  第２弾性部材
３６０  プッシュバー
３６１  プッシュリブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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【国際調査報告】
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