KR20170030957A - 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 서로 이웃하게 배치되고, 직렬로 연결되는 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 형성된 복수의 전지셀; 상기 최상단에 배치된 전지셀의 제1 전극단자와 연결되는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 상부에 구비되고 상기 최하단에 배치된 전지셀의 제2 전극단자와 연결되는 제2 플레이트, 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 이격시키며 상기 전지셀 팽창시 상기 전지셀과 함께 변형되는 상기 제1 플레이트가 상기 제2 플레이트 측으로 통과하도록 공간을 형성하는 지지프레임으로 마련된 스위치장치; 및 상기 최상단 전지셀의 제1 전극단자와 상기 제1 플레이트의 연결라인 상에 구비되고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 접촉시 발생하는 과전류 또는 열에 의해 끊어지면서 상기 최상단 전지셀의 제1 전극단자에 연결된 모든 연결라인을 단절시키는 퓨즈를 포함한다.

Description

전지모듈{BATTERY MODULE}

본 발명은 2개 이상의 전지셀이 직렬로 연결된 전지모듈에 관한 것으로서, 특히 직렬로 연결된 전지셀의 과충전 또는 외부단락시 상기 전지셀로 공급되는 전원을 차단하여 전지셀의 폭발 또는 발화를 방지하는 전지모듈에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다.

이러한 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되는 저용량 전지모듈과, 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원에 사용되는 대용량 전지모듈이 있다.

특허등록번호 제10-1072955호

종래기술에 따른 이차전지는 복수개의 전지셀이 직렬로 연결되는 전지모듈과, 상기 전지모듈이 내장되는 전지케이스를 포함한다.

그러나 종래기술에 따른 이차전지는 과충전 또는 외부충격에 의한 단락시 비정상적으로 전지셀이 팽창(swelling)하거나 또는 고열이 발생하는 문제가 있었으며, 특히 전지셀의 팽창 및 고열에 의해 폭발 또는 발화가 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전지모듈의 과충전 또는 외부 충격에 의한 단락시 전자기기와 전지모듈의 연결을 단절시키며, 이에 전지셀의 폭발 또는 발화를 방지하고, 특히 전지셀을 보호하여 재사용이 가능한 전지모듈을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 발명된 것으로, 본 발명에 따른 전지모듈은 서로 이웃하게 배치되고, 직렬로 연결되는 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 형성된 복수의 전지셀; 상기 전지셀에 구비되고 상기 최상단에 배치된 전지셀의 제1 전극단자와 연결되는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 상부에 구비되고 상기 최하단에 배치된 전지셀의 제2 전극단자와 연결되는 제2 플레이트, 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 이격시키며 상기 전지셀 팽창시 상기 전지셀과 함께 변형되는 상기 제1 플레이트가 상기 제2 플레이트 측으로 통과하도록 위한 공간을 형성하는 지지프레임으로 마련된 스위치장치; 및 상기 제1 전극단자와 상기 제1 플레이트의 연결라인 상에 구비되고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 접촉시 발생하는 과전류 또는 열에 의해 끊어지면서 상기 연결라인을 단절시키는 퓨즈를 포함할 수 있다.

상기 지지프레임은 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 구비되어 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 분리시키며, 상기 제1 플레이트가 통과하는 공간인 연결구멍이 형성될 수 있다.

상기 지지프레임에는 복수의 관통공이 형성될 수 있다.

상기 지지프레임은 취성을 가지는 합성수지로 마련될 수 있다.

상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 구리(Cu)로 마련될 수 있다.

본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.

첫째: 본 발명의 전지모듈은 퓨즈와 스위치장치를 포함함으로써 전지모듈의 과충전 또는 외부의 충격에 의한 단락시 전자기기와 전지셀의 연결을 단절시킬 수 있으며, 이에 전지셀의 과충전으로 인한 폭발 또는 발화를 방지하고, 특히 전지셀을 재사용할 수 있는 효과가 있다.

둘째: 스위치장치에서 제1 및 제2 플레이트 사이에 지지프레임을 설치하되, 상기 지지프레임에 제1 및 제 플레이트가 연결되도록 연결구멍을 형성함으로써 과전모듈의 과충전 또는 외부의 충격에 의한 단락시 제1 및 제2 플레이트를 보다 안정적으로 연결되게 유도하고, 이에 전자기기와 전지셀를 신속하게 단절시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전지모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 전지모듈의 스위치장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전지모듈의 스위치장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 스위치장치의 과충전시 접촉상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 스위치장치의 외부단락시 접촉상태를 나타낸 도면.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 전지모듈의 사용상태를 나타낸 도면으로, 도 6은 전지모듈의 충전상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 전지모듈의 과충전시 스위치장치가 접지된 상태를 나타낸 도면이며, 도 8은 전지모듈의 퓨즈가 끊어진 상태를 나타낸 도면임.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명에 따른 전지모듈은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 과충전 또는 외부 충격에 의한 단락시 비정상적으로 팽창하는 전지셀의 폭발 또는 발화를 방지하기 위한 것으로, 외부 전자기기(미도시)와 연결되는 복수의 전지셀(110), 전지셀(110)의 과충전 또는 외부충격에 의한 단락시 고열을 발생시키는 스위치장치(120), 및 스위치장치(120)에 의해 발생한 열에 의해 끊어지면서 전지셀(110)과 전자기기의 연결을 단절시키는 퓨즈(130)를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀(110)의 과충전 또는 외부충격으로 인한 단락시 스위치장치(120)의 인해 고열이 발생하고, 이 고열에 의해 전자기기와 전지셀(110)을 연결한 퓨즈(130)가 녹아서 끊어지며, 퓨즈(130)가 끊어지면서 전자긱와 전지셀(110)의 전원연결이 단절되어 전지셀(110)에 추가적인 전류 및 열축적을 억제할 수 있고, 이에 전지셀(110)의 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 전지모듈의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

전지셀(110)은 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 순차적으로 적층되는 전극조립체와 상기 전극조립체와 함께 전해액을 수용하는 파우치케이스를 포함한다. 그리고 상기 제1 전극에는 제1 전극탭이, 제2 전극에는 제2 전극탭이 각각 구비되고, 상기 제1 전극탭에는 제1 전극단자(111)가, 제2 전극탭에는 제2 전극단자(112)가 결합된다. 한편, 제1 전극은 양극이고, 제2 전자는 음극이며, 전극의 극성은 상술한 내용에 제한되지 않고, 반대로 구성될 수도 있다.

이와 같은 구성을 가지는 전지셀(110)은 복수개가 서로 이웃하게 배치되며, 특히 상호 대응하는 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)와 제2 전극단자(112)가 서로 연결되면서 직렬 구조를 구성한다. 그리고 최상단에 위치한 전지셀(이하 최상단 전지셀이라 함)(110)의 제1 전극단자(111)는 전자기기(예로 충전장치 또는 기계장치)의 제2 전극단자(미도시)와 연결라인(10)을 통해 연결되고, 최하단에 위치한 전지셀(이하, 최하단 전지셀이라 함)(110)의 제2 전극단자(112)는 전자기기의 제1 전극단자와 연결라인(20)을 통해 연결한다.

한편, 복수의 전지셀(110)은 전지케이스(미도시)에 수용될 수 있으며, 이에 전지셀(110)의 고정력과 안전성을 높일 수 있다.

여기서 상기와 같은 직렬 연결구조를 가지는 전지모듈은 전지 성능 증대를 위한 충방전 또는 전자기기의 전원으로 사용하게 되는데, 이때 과충전 또는 외부 충격으로 인한 단락시 전지셀(110)에 과전류 또는 고열이 발생하면서 전지셀(110)이 폭발하거나 또는 발화하는 문제가 있었다.

본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀(110)의 폭발 또는 발화를 방지하기 위해 전지셀(110)에 과전류와 고열이 발생할 경우 전지셀(110)과 전자기기의 연결을 단절시키는 스위치장치(120)와 퓨즈(130)를 포함한다.

스위치장치(120)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 전극단자와 제2 전극단자를 연결시켜서 과전류로 인해 고열을 발생시키는 것으로, 전자기기의 제2 전극단자와 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111) 사이 또는 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)에 연결된 연결라인(10) 상에 구비되는 제1 플레이트(121), 제1 플레이트(121) 상부에 구비되고 전자기기의 제1 전극단자와 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112) 사이 또는 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112)에 연결된 연결라인(20) 상에 구비되는 제2 플레이트(122), 및 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)를 접촉되지 않게 이격시키는 지지프레임(123)를 포함한다.

제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)는 동일한 크기와 두께를 가지는 판재로 마련되며, 특히 전도성을 높이기 위해 구리(Cu)로 마련된다.

즉, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 상호 접촉되면 제1 플레이트(121)에 연결된 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)와, 제2 플레이트(122)에 연결된 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112)가 연결되면서 과전류가 흐르게 되며, 이 과전류에 의해 고열이 발생한다.

지지프레임(123)은 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 접촉되지 않게 이격시키기 위한 것으로, 비금속 소재로 마련되며, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122) 사이에 구비된다.

여기서 지지프레임(123)의 표면 중앙에는 제1 플레이트(121) 또는 제2 플레이트(122)가 통과하도록 관통된 연결구멍(123a)이 형성되며, 연결구멍(123a)은 제1 플레이트(121) 또는 제2 플레이트(122)의 변형시 저항이 없이 제2 플레이트(122)와 제1 플레이트(121)에 접촉되도록 통로 역할을 한다.

한편, 연결구멍(123a) 이외의 지지프레임(123) 부분으로 제1 플레이트(121) 또는 제2 플레이트(122)가 변형될 경우 지지프레임(123)의 저항에 의해 제2 플레이트(122)와 제1 플레이트(122)가 접촉되지 못하는 문제가 있다.

이를 방지하기 위해 지지프레임(123)은 취성을 가지는 소재로 마련되며, 이에 제1 플레이트(121) 또는 제2 플레이트(122) 변형시 지지프레임(123)을 파괴하면서 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 접촉될 수 있다.

한편, 지지프레임(123)의 표면에는 관통공(123b)이 형성되며, 관통공(123b)을 통해 지지프레임(123)의 취성을 높일 수 있으며, 이에 지지프레임(123)을 보다 쉽게 파괴되도록 유도할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 스위치장치(120)는 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 과충전 또는 외부단락시 제1 플레이트(121) 또는 제2 플레이트(122)가 지지프레임(123)의 연결구멍(123a)을 통해 변형하면서 상호 대응하는 플레이트와 접촉하게 되고, 이에 과전류로 인해 고열을 발생시킨다.

즉, 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈의 과충전시 팽창하는 전지셀(10)에 의해 제1 플레이트(121)가 지지프레임(123)의 연결구멍(123a)을 통해 제2 플레이트(122)에 접촉되면서 과전류로 인해 고열을 발생시킨다.

또한, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈의 외부 충격 발생시 제2 플레이트(122)가 지지프레임(123)의 연결구멍(123a)을 통해 제1 플레이트(121)에 접촉되면서 과전류로 인해 고열을 발생시킨다.

퓨즈(130)는 과충전 또는 외부의 충격에 의한 단락시 전자기기와 전지셀(110)의 연결을 단절시키기 위한 것으로, 전자기기의 제2 전극단자와 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)를 연결한 연결라인(10) 상에 설치된다.

즉, 퓨즈(130)는 스위치장치(120)에 의해 발생한 고열이 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)를 통해 연결라인(10)에 전달되면서 끊어지게 되며, 이에 전자기기와 전지셀(110)의 연결이 단절되면서 전지셀(110)에 추가적인 전류 또는 열의 축적을 방지하고, 이에 전지셀(110)의 폭발 또는 발화를 방지한다.

이하, 본 발명에 따른 전지모듈의 과충전시 전지모듈의 폭발 또는 발화를 방지하는 작동상태를 하나의 실시예로 설명한다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 전지모듈와 전자기기(기계장치 또는 충전장치)를 연결한다. 즉, 전지모듈의 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)와 전자기기의 제2 전극단자(미도시)를 연결라인(10)으로 연결하고, 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112)와 전자기기의 제1 전극단자를 연결라인(20)으로 연결한다. 이와 같이 연결이 완료되면 전자기기를 작동시킨다.

이때, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈의 과충전시 전지셀(110)의 부피가 팽창하며, 팽창하는 전지셀(110)에 의해 스위치장치(120)의 제1 플레이트(121)가 지지프레임(123)의 연결구멍(123a)을 통해 제2 플레이트(122)에 접촉되고, 제 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 접촉되면서 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)와 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112)가 연결되어 과전류에 의한 고열이 발생한다.

이와 같이 최상단 전지셀(110)의 제1 전극단자(111)와 최하단 전지셀(110)의 제2 전극단자(112)가 연결되면서 발생한 고열은 도 8에 도시된 바와 같이, 연결라인(10)에 전달되면서 퓨즈(130)가 끊어지고, 퓨즈(130)가 끊어지면서 전자기기와 전지셀(110)의 연결을 단절시켜 전지셀(110)에 추가적인 전류 또는 열 축적을 방지하며, 이에 전지셀(110)의 폭발 또는 발화를 방지한다.

따라서 본 발명에 따른 전지모듈은 스위치장치(120) 및 퓨즈(130)를 포함함으로써 전지모듈의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 전지셀
120: 스위치장치
121: 제1 플레이트
122: 제2 플레이트
123: 지지프레임
130: 퓨즈

Claims (5)

1. 서로 이웃하게 배치되고, 직렬로 연결되는 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 형성된 복수의 전지셀;
   상기 최상단에 배치된 전지셀의 제1 전극단자와 연결되는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 상부에 구비되고 상기 최하단에 배치된 전지셀의 제2 전극단자와 연결되는 제2 플레이트, 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 이격시키며 상기 전지셀 팽창시 상기 전지셀과 함께 변형되는 상기 제1 플레이트가 상기 제2 플레이트 측으로 통과하도록 공간을 형성하는 지지프레임으로 마련된 스위치장치; 및
   상기 최상단 전지셀의 제1 전극단자와 상기 제1 플레이트의 연결라인 상에 구비되고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 접촉시 발생하는 과전류 또는 열에 의해 끊어지면서 상기 최상단 전지셀의 제1 전극단자에 연결된 모든 연결라인을 단절시키는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지프레임은 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 구비되어 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 분리시키며, 상기 제1 플레이트가 통과하는 공간인 연결구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지프레임에는 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지프레임은 취성을 가지는 합성수지로 마련되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 구리(Cu)로 마련되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.

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