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KR-20260061682-A - Busbar and battery pack including the same

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 버스바는 하나의 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제1 결합부; 상기 제1 결합부의 일단에서 하향 연장되는 제1 하향 연장부; 또다른 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제2 결합부; 상기 제2 결합부의 일단에서 하향 연장되는 제2 하향 연장부; 및 상기 제1 하향 연장부와 상기 제2 하향 연장부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 버스바는 열폭주시 화염에의 노출을 방지하고 모듈의 단락 발생 리스크를 감소시키는 효과를 가진다.

Inventors

  • 박종욱
  • 김동현
  • 민진기
  • 김하은
  • 전상윤
  • 방유석

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (12)

  1. 하나의 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제1 결합부; 상기 제1 결합부의 일단에서 하향 연장되는 제1 하향 연장부; 또다른 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제2 결합부; 상기 제2 결합부의 일단에서 하향 연장되는 제2 하향 연장부; 및 상기 제1 하향 연장부와 상기 제2 하향 연장부를 연결하는 연결부; 를 포함하는 버스바.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합부, 상기 제1 하향 연장부, 상기 제2 결합부, 상기 제2 하향 연장부, 및 상기 연결부는 일체로 형성되는 버스바.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 하향 연장부는 상기 제1 결합부의 일단에서 절곡되어 하향 연장되는 버스바.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 하향 연장부는 상기 제2 결합부의 일단에서 절곡되어 하향 연장되는 버스바.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 하향 연장부 및 상기 제2 하향 연장부는 평행하게 배치되는 버스바.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 상기 제1 하향 연장부의 하단과 상기 제2 하향 연장부의 하단을 연결하는 버스바.
  7. 제1항에 따른 버스바; 및 복수의 배터리 모듈;을 포함하는 배터리 팩.
  8. 하나의 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제1 결합부; 상기 제1 결합부의 일단에서 상향 연장되는 상향 연장부; 및 또다른 배터리 모듈의 터미널 버스바에 결합되는 제2 결합부; 를 포함하는 버스바.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 결합부, 상기 상향 연장부 및 상기 제2 결합부는 일체로 형성되는 버스바.
  10. 제8항에 있어서, 상기 상향 연장부는 상기 제1 결합부의 일단에서 절곡되어 상향 연장되고, 상기 제2 결합부의 일단에 연결되는 버스바.
  11. 제8항에 따른 버스바; 및 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배터리 모듈은 양측에 터미널 버스바를 각각 포함하고, 일측 터미널 버스바는 타측 터미널 버스바보다 높게 배치되는 배터리 팩.

Description

버스바 및 이를 포함하는 배터리 팩{Busbar and battery pack including the same} 본 발명은 버스바 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 모듈간 전기적 연결을 위한 버스바 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 응용되고 있다. 현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀, 바람직하게, 다수의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 적어도 하나 이용하고 기타 구성요소를 추가해 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미하고, 배터리 팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 배터리 모듈이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다. 도 1은 종래 배터리 팩(10)을 도시한 도면으로, 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 모듈(1), 인접한 배터리 모듈(1)을 연결하는 버스바(Busbar)(2), 및 BDU(Battery Disconnection Unit) 또는 BMS(Battery Management System)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 팩(10)에서 인접한 2개의 배터리 모듈(1)간 전기적 연결을 위한 버스바(2)는 일자 형태로 이루어지고, 열폭주시 버스바(2)가 화염에 직접적으로 노출되어 모듈(1)의 단락 발생 가능성이 높다는 문제점이 있다. 도 1은 기존 배터리 팩의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에서 배터리 모듈의 사시도이며, 도 3은 본 발명에서 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에서 전지셀의 사시도이며, 도 5는 본 발명에서 터미널 버스바의 사시도이고, 도 6은 본 발명에서 절연 커버와 엔드 플레이트의 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에서 2개의 배터리 모듈이 버스바에 의해 연결된 것을 도시한 도면이고, 도 8은 본 실시예에서 배터리 팩 내부에서 버스바로 연결된 2개의 배터리 모듈의 정면도이며, 도 9는 도 8의 일부 상세도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예서 2개의 배터리 모듈이 버스바에 의해 연결된 것을 도시한 도면이고, 도 11은 배터리 팩 내부에서 버스바로 연결된 2개의 배터리 모듈의 정면도이며, 도 12는 도 11의 일부 상세도이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에서 배터리 팩이 장착된 자동차를 도시한 도면이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타낼 수 있다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 본 발명의 일실시예에 따른 버스바(1100, 1200) 및 배터리 팩(2000)을 설명하기에 앞서 배터리 팩(2000)을 구성하는 배터리 모듈(1000)을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 배터리 모듈의 사시도이며, 도 3은 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 4는 전지셀의 사시도이며, 도 5는 터미널 버스바의 사시도이고, 도 6은 절연 커버와 엔드 플레이트의 사시도이다. 배터리 모듈(1000)은 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 케이스(200), 전지셀 적층체(100)의 일면 및/또는 타면 상에 위치하는 버스바 프레임(300), 버스바 프레임(300)의 외측에 배치되는 절연 커버(500), 및 절연 커버(500)의 외측에 배치되는 엔드 플레이트(400)를 포함할 수 있다. 상기 전지셀 적층체(100)는 복수의 전지셀(110)이 일 방향을 따라 적층되어 이루어질 수 있고, 복수의 전지셀(110)은 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 전지셀(110)이 적층되는 방향은 도 3에서 X축 방향(또는 -X축 방향)일 수 있다. 전지셀 적층체(100)의 전면으로부터 후면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(100)의 길이 방향으로 정의될 수 있고, 도면상에서 Y축 방향일 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(100)의 상면으로부터 하면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(100)의 폭 방향으로 정의될 수 있고, 도면상에서 Z축 방향일 수 있다. 전지셀 적층체(100)의 길이 방향은 전지셀(110)의 길이 방향과 실질적으로 동일할 수 있다. 전지셀 적층체(100)의 전면 및 후면에는 전지셀(110)의 전극리드(111, 112)가 위치할 수 있고, 배터리 모듈(1000)의 버스바(310, 320)는 전극리드(111, 112)와의 전기적 연결을 용이하게 형성하도록 전지셀 적층체(100)의 전면 및 후면과 가까이 배치될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀로 제공될 수 있고, 파우치형 전지셀은 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있다. 그러나, 전지셀(110)은 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있다. 파우치형으로 제공되는 전지셀(110)은 전극조립체 및 이 전극조립체를 수용하는 셀 케이스(115)를 포함할 수 있다(도 4 참조). 전지셀(110)의 셀 케이스(115)는 전극조립체를 수용하기 위한 것으로 파우치형 셀 케이스(115)일 수 있다. 셀 케이스(115)는 하부 케이스와, 하부 케이스를 덮는 상부 케이스를 포함하고, 상, 하부 케이스는 일체로 이루어질 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상, 하부 케이스의 연결부분이 절곡되어 폴딩되는 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 도시된 바와 같이 상부 케이스가 하부 케이스를 완전히 덮고 주변부에 실링부(114)가 형성될 수 있다. 상, 하부 케이스는 모두 내부 피복층, 금속층 및 외부 피복층을 포함하는 라미네이트 구조로 이루어질 수 있다. 내부 피복층은 금속층을 기준으로 셀 케이스(115) 내측에 위치하는 것으로, 전극조립체와 직접 접촉하므로 절연성과 내전해성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가지는 것이 요구된다. 금속층은 내부 피복층과 외부 피복층 사이에 위치하여 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 내부 피복층에 접하는 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄(Al) 박막을 사용할 수 있다. 외부 피복층은 금속층을 기준으로 셀 케이스(115)의 외측에 위치하는 것으로, 이러한 외부 피복층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일례로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다. 상, 하부 케이스에는 각각 수용홈(116)이 형성될 수 있고, 상, 하부 케이스의 수용홈(116) 내에 전극조립체가 수납될 수 있다. 셀 케이스(115)에 수납되는 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극조립체, 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극조립체, 단위셀들이 긴 분리필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극조립체, 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극조립체 등으로 이루어진 군에서 하나일 수 있다. 또한, 전극조립체는 두 개의 전극탭과, 이 전극탭에 각각 용접부에 의해 연결되는 두 개의 전극리드(111, 112)를 포함할 수 있다. 두 개의 전극리드(111, 112) 중 하나의 전극리드(111, 112)는 양극탭에 연결되는 양극리드일 수 있고, 나머지 하나의 전극리드(111, 112)는 음극탭에 연결되는 음극리드일 수 있다. 전극리드(111, 112)에는 각각 리드필름(113