KR100590107B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 개별전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 개별전지의 연결구조를 단순화하여 연결작업 및 교체작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있도록, 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 전지모듈에 있어서, 상기 연결구는 선단이 상기 단위전지의 일측 단자에 고정 설치된 이차 전지를 제공한다.

단위전지, 연결구, 용접, 단자, 너트

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 종래기술에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 이루는 전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전지 모듈 조립 상태를 도시한 측면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 대용량 전지에 있어서 단위 전지간 연결구조를 개선시킨 이차 전지에 관한 것이다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 고출력 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀페하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 외측으로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈(100)을 구성하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 각 단위전지(111)의 캡 조립체(113) 상부로 돌출된 양극단자(114) 및 음극단자(115)가 이웃하는 단위전지(111)의 양극단자(114) 및 음극단자(115)와 엇갈리도록 각 단위전지(111)를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자(115)와 양극단자(114)간에 너트(117,118)를 매개로 연결구(116)를 연결설치하는 구조로 되어 있다.

즉, 각 단자(114,115)는 수나사로 이루어지고, 각 단자에 일차적으로 너트(117)가 체결되며, 상기 너트(117) 위에 일측 단위전지(111)의 양극단자(114)와 다음 단위전지(111)의 음극단자(115)를 전기적으로 연결하는 연결구(116)가 끼워지며 상기 연결구(116) 위에 다시 너트(118)가 체결되어 연결구(116)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

그러나 상기한 종래의 구조는 수 개에서 많게는 수십 개의 개별 단위 전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 있어, 연결구를 연결시키기 위해 하나의 단 위 전지 당 네 개의 너트를 각 단자에 체결해야 하므로 작업이 힘들고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 일부 개별 전지에 이상이 발생한 경우 이를 교체하기 위해서는 또 많은 수의 너트를 풀어 주어야 하고 다시 체결해야 하므로 유지 관리 역시 많은 인력과 시간이 소요된다.

또한, 각 단자와 연결구 간의 접촉면적이 적어 전기 전도율이 떨어지는 문제점이 있으며, 진동 발생시 연결구를 고정하고 있는 너트가 풀려 전지의 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.

특히, HEV(하이브리드 전기 자동차)용이나 EV(전기 자동차)를 포함하여 모터를 사용하는 대용량 이차 전지의 경우 단위전지의 개수가 수십 개에 이르므로 상기한 문제가 더욱 커지게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 개별전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 개별전지의 연결구조를 단순화하여 연결작업 및 교체작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 각 단위전지 연결시 단자와의 접촉면적을 극대화하여 전기 전도율을 높일 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단위전지와 단위전지를 전기적으 로 연결하여 전지모듈을 구성함에 있어서 단위전지간의 단자를 연결하는 연결구가 일측 단위 전지의 단자에 용접 고정된 것을 그 요지로 한다.

이를 위해 본 발명의 이차 전지는 다수개의 단위전지와 단위전지의 단자간에 전기적으로 연결되는 연결구를 포함하는 전지모듈에 있어서, 상기 연결구는 일측 선단이 상기 단위전지의 단자에 고정 설치된 구조로 되어 있다.

이에 따라 연결구를 매개로 이웃하는 단위전지를 전기적으로 연결함에 있어서, 연결구가 이미 일측 단위전지의 단자에 고정되어 있으므로 연결구의 나머지 한쪽 선단만 이웃하는 단위전지의 단자에만 연결하는 것으로 설치를 완료할 수 있게 된다.

상기 연결구는 전기를 통하는 재질로 이루어진 플레이트 구조물로, 일측 단위전지의 양극단자 또는 음극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자 또는 양극단자에 끼워질 수 있도록 이웃하는 단위전지의 단자간 간격에 맞춰 홀이 양단에 각각 형성된 구조로 되어 있다.

그리고 상기 연결구의 일측 선단과 단자와의 고정은 용접을 통해 이루어짐이 바람직하며, 단위전지에 대해 직각방향으로 놓여져 용접 고정됨이 바람직하다.

또한, 상기 연결구의 타측 선단은 이웃하는 단위전지의 단자에 너트를 매개로 고정됨이 바람직하다.

또한, 상기 연결구에 형성되는 홀은 그 단면형태가 단자의 단면형태와 동일한 구조로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 연결구와 상기 단위전지 사이에는 두 부재를 절연시키기 위한 절 연부재가 더욱 설치될 수 있다.

여기서 상기 단위전지는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체 외측으로 돌출되는 양극단자와 음극단자를 포함한다.

그리고 상기 전지모듈은 상기 단위전지들이 직렬로 연결된 구조로 이웃하는 단위전지 간에 양극단자와 음극단자가 서로 엇갈리도록 교차 배열된다.

여기서 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 이루는 전지 모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전지 모듈 조립 상태를 도시한 측면도이다.

상기한 도면을 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)의 구조를 살펴보면 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(도시되지 않음)와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(12), 상기 케이스(12)와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체(13), 상기 양,음극판 의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되는 양,음극단자(14,15)를 포함한다.

상기 케이스(12)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극 조립체가 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체의 각형 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에서 상기 각 단위전지(11)는 캡 조립체(13) 위로 두 개의 단자(양극단자(14)와 음극단자(15))가 간격을 유지한 상태로 돌출된 구조로 되어 있다.

상기한 구조의 각 단위전지(11)는 대용량의 전지모듈(10)을 구성하기 위하여, 단자(14,15)가 상부를 향하는 상태로 놓여지고 일측 단위전지(11)의 캡 조립체(13) 상부로 돌출된 양극단자(14) 및 음극단자(15)가 이웃하는 단위전지(11)의 양극단자(14) 및 음극단자(15)와 엇갈리도록 교차 배열된다.

이에 따라 단위전지(11)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극단자와 음극단자가 반복되면서 일정간격으로 늘어서는 단자열이 형성된다.(즉, 상기 단자열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 이해될 수 있다.)

상기한 구조의 전지 모듈에 있어서, 본 이차 전지는 각 단위전지(11)를 직렬로 연결시키기 위하여 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 연결구(20)가 장착되며, 상기 연결구(20)는 일측 선단이 상기 단위전지의 일측 단자(14)에 용접되어 고정 설치되고 타측 선단에는 이웃하는 단위전지의 단자(15)에 끼워지도록 홀(21)이 형성되어 상기 단자에 체결되는 너트(22)를 매개로 고정되는 구조로 되어 있다.

즉, 두 단위전지(11)를 연결하는 연결구(20)가 일측 단위 전지의 단자에 미리 용접으로 고정 결합되어 있어서 필요시 상기 연결구(20)의 자유단만을 이웃하는 단위전지와 연결하면 되는 것이다.

따라서 두 개의 단위전지(11)의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결함에 있어서 너트(22)를 한번만 사용함으로써 너트(22) 체결작업에 소요되는 노력을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 연결구(20)와 단위전지의 캡 조립체(13) 사이에는 단위전지의 단자(14,15)에 끼워지는 절연부재(30)가 개재되어 연결구(20)와 단위전지의 캡 조립체(13) 사이를 절연시키게 된다.

이러한 절연부재(30)가 연결구(20)와 캡 조립체 사이에 삽입됨으로써 연결구(20)와 캡 조립체 사이의 틈새에서 혹시라도 발생될지 모를 통전을 확실히 방지할 수 있게 되는 것이다.

좀더 상세하게 상기 연결구(20)를 살펴보면, 상기 연결구(20)는 전기를 통하는 재질로 이루어진 플레이트 구조물로, 양단에는 단자(14,15)가 끼워질 수 있도록 된 홀(21)이 형성된다. 여기서 상기 홀(21)은 단자의 단면구조와 동일하게 형성됨이 바람직하다.

상기 연결구(20)는 단위전지 제조시 일체로 설치될 수 있는 데, 단위 전지에 캡 조립체 상부로 돌출된 단자 중 일측 단자(14)에 상기 연결구(20)의 홀(21)을 끼 우고 상기 연결구(20)를 단위전지(11)의 길이방향에 대해 직각방향으로 배치시킨 상태에서 상기 단자(14)와 연결구(20)를 용접시킴으로써 고정시키게 된다.

이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연결구(20)는 단위전지(11) 상의 두 개의 단자 중 일측 단자(14)에 고정되어 측면으로 돌출된 상태를 이룬다.

여기서 상기 연결구(20)와 용접되는 단위전지의 단자(14)는 나머지 단자(15)와 비교하여 동일한 구조로 이루어지거나, 너트(22)를 체결할 필요가 없음에 따라 그 길이가 짧고 외주면에는 나사산이 형성되지 않은 구조이어도 무방하다 할 것이다.

도 4는 연결구(20)가 단위전지의 단자(14)에 끼워지고 용접이 이루어져 연결구(20)와 단자(14)의 접면을 따라 용접비드(B)가 형성된 상태를 잘 예시하고 있다.

한편, 상기 연결구를 매개로 각 단위전지를 직렬연결시키는 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 연결구(20)가 단위전지에 설치되는 상태를 잘 예시하고 있는 데, 상기한 도면에 의하면, 각 단위전지(11)가 일정간격을 두고 배열되어 있고, 배열된 각 단위전지는 단위전지에 설치된 양극단자(14)와 음극단자(15)가 서로 엇갈리도록 배치된다.

이 상태에서 일측 단위전지(11)의 양극단자(14)와 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자(15)에 연결구(20)가 끼워져 전기적으로 연결되고 상기 다음 단위전지(11)의 다른쪽 단자열에 위치한 양극단자(14)는 그 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자(15)와 연결구(20)를 매개로 연결되어 전체 단위전지(11)가 직렬로 연결된다.

여기서 상기 연결구(20)는 일측 단위전지의 음극단자(15)(또는 양극단자(14))에 이미 용접으로 고정되어 있으므로, 상기 연결구(20)의 자유단에 형성된 홀(21)을 통해 이웃하는 단위전지의 양극단자(14)(또는 음극단자(15))를 끼우고 연결구(20)의 홀(21)을 통해 돌출된 단자(15)에 너트(22)를 체결하여 고정함으로써 단위전지의 단자를 연결시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 단자에는 절연부재(30)를 끼워 연결구(20)와 이웃하는 단위전지의 캡 조립체 사이에 절연부재(30)를 설치할 수 있다.

이와같이 단위전지(11)를 연결구(20)로 직렬연결시킴에 있어서 연결구(20)가 이미 일측 단위 전지(11)의 단자(14)에 용접으로 고정되어 있기 때문에 이웃하는 단위전지의 단자(15)에만 너트(22)로 체결하면 연결구(20)를 설치할 수 있게 된다. 따라서 연결구 조립을 위한 너트 체결작업을 줄일 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 연결구를 전지에 용이하게 체결할 수 있고 수리시 간단히 분리하여 원하는 단위 전지를 교체할 수 있게 된다.

또한, 하나의 부품을 통해 단위전지간 연결이 이루어짐에 따라 설치가 용이 하고 작업량을 줄일 수 있으며, 부품 감소를 통한 원가 상승의 효과를 얻게 된다.

또한, 모터 구동 시 발생되는 진동에 의해 연결구가 풀리는 것을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 연결구와 단자가 용접으로 연결됨으로써 단자와 연결구 사이의 도전율을 높여 전지의 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 복수개의 단위 전지와, 각 단위 전지의 단자 사이에 설치되어 각 단위 전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 전지 모듈에 있어서,

   상기 연결구는 상기 단위 전지의 캡 플레이트 사이에 절연부재를 개재하여 일측 선단이 상기 단자에 설치되고, 상기 단자에 용접으로 고정되는 이차 전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연결구는 자유단에 단자가 끼워질 수 있도록 홀이 형성되어 이웃하는 단위전지의 단자에 너트를 매개로 고정되는 이차 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 연결구는 단위전지의 길이방향에 대해 직각으로 배치되어 고정된 이차 전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.
7. 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체 외측으로 돌출되는 양,음극단자를 포함하는 적어도 2의 단위전지들;

   상기 일측 단위 전지의 캡 조립체와 절연부재를 사이에 두고 일측 단자에 끼워져 용접으로 고정되고, 타측 자유단은 이웃하는 단위전지의 단자에 홀을 통해 끼워져 상기 단자에 체결되는 너트를 매개로 고정되어 상기 단위 전지들을 전기적으로 연결하는 연결구

   를 포함하는 이차 전지.

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