KR100627294B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

조립오차 및 가공오차에 의한 단위 전지 사이 간격의 산포에 효과적으로 대응하는 것이 가능하도록, 각각으로부터 돌출하여 한쌍의 양극단자 및 음극단자가 설치되고 적층되어 하우징에 내장되는 복수의 단위전지와, 적층되는 단위 전지의 이웃하여 위치하는 양극단자와 음극단자를 서로 전기적으로 연결하며 적어도 하나의 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분을 길게 형성한 연결부재와, 양극단자와 음극단자에 상기 연결부재를 고정시키는 고정부재를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
이차 전지, 전지 모듈, 접속단자, 연결구조, 격벽, 단위 전지, 장공, 전지 셀, 산포

Description

전지 모듈 {Secondary Battery Module}
도 1은 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예에 있어서 단위전지와 연결부재의 조립상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예에 있어서 연결부재의 제1변형예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예에 있어서 연결부재의 제2변형예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예에 있어서 연결부재의 제3변형예를 나타내는 사시도이다.
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연결부재에 장공 및 장홈을 형성하는 것에 의하여 단위 전지 사이 간격의 산포에 효과적으로 대응하는 것이 가능한 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전 및 방전이 가능하여 반복적 으로 사용할 수 있는 전지로, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에는 하나의 전지 셀로 이루어지는 이차전지를 주로 사용하며, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로는 다수의 전지 셀(이하 "단위 전지"라 한다)을 연결하여 이루어지는 대용량 이차전지(이하 "전지 모듈"이라 한다)를 주로 사용한다.
상기 전지 모듈을 이루는 각각의 단위 전지는 양극판과 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 삽입하여 이루어지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 밀폐하는 캡 조립체와, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체의 양극판 및 음극판과 각각 전기적으로 연결되는 양극단자 및 음극단자로 구성된다.
그리고 각각의 단위 전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위 전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위 전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자 사이에 너트를 이용하여 접속단자를 연결하여 전지 모듈을 구성한다.
상기 전지 모듈은 수∼수십개의 단위 전지를 연결시켜 하나의 전지 모듈을 구성하므로, 각 단위 전지 사이의 간격이 균일하지 않으며, 단위 전지 사이에 격벽을 설치하는 경우 격벽의 설치 및 가공 오차 등에 의하여 각 단위 전지 사이 간격의 산포는 더 증가한다.
따라서 종래의 전지 모듈에 있어서는 단위 전지 사이 간격의 산포에 대응하여 이웃하는 음극단자와 양극단자를 서로 연결하기 위한 접속단자의 중간부에 굴곡 부를 형성하고, 이 굴곡부를 변형시키는 것에 의하여 조립오차나 가공오차에 의한 간격의 산포에 대응하도록 하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래 접속단자에 있어서는 굴곡부가 존재하므로, 굴곡부의 높이만큼 접속단자를 설치하기 위한 공간을 많이 필요로 한다. 또, 굴곡부에 변형을 가하여야 하므로, 설치 작업중에 접속단자에 손상이나 파손이 발생할 우려가 있다. 나아가 외력에 의하여 굴곡부가 눌려질 경우 의도하지 않은 단락(short) 등이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 굴곡부 없이 장공과 장홈을 이용하여 연결부재를 구성하므로 조립오차 및 가공오차에 의한 단위 전지 사이 간격의 산포에 효과적으로 대응하는 것이 가능한 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 전지 모듈은 각각으로부터 돌출하여 한쌍의 양극단자 및 음극단자가 설치되고 적층되어 하우징에 내장되는 복수의 단위전지와, 적층되는 단위 전지 양쪽에 이웃하여 위치하는 양극단자와 음극단자를 서로 전기적으로 연결하며 적어도 하나의 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분을 길게 형성한 연결부재와, 상기 양극단자와 음극단자에 상기 연결부재를 고정시키는 고정부재를 포함하여 이루어진다.
상기에서 양극단자와 음극단자에는 수나사를 형성하고 상기 고정부재에는 암 나사를 형성하여 나사체결을 행하는 것에 의하여 연결부재를 고정하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 연결부재에는 이웃하는 한쌍의 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 구멍 또는 홈을 형성하고, 적어도 하나의 구멍 또는 홈을 길이가 길게 형성되는 장공 또는 장홈으로 형성한다.
상기 연결부재의 양쪽에 형성하는 구멍 또는 홈은 서로 다른 방향으로 길게 형성하는 것도 가능하다.
다음으로 본 발명에 따른 전지 모듈의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 전지 모듈의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각으로부터 돌출하여 한쌍의 양극단자(22) 및 음극단자(24)가 설치되고 적층되어 하우징(10)에 내장되는 복수의 단위전지(20)와, 적층되는 단위 전지(20)의 이웃하여 위치하는 양극단자(22)와 음극단자(24)를 서로 전기적으로 연결하며 적어도 하나의 양극단자(22) 또는 음극단자(24)가 삽입되는 부분을 길게 형성한 연결부재(40)와, 상기 양극단자(22) 및 음극단자(24)에 상기 연결부재(40)를 고정시키는 고정부재(26)를 포함하여 이루어진다.
상기 단위 전지(20)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 적층된 상태로 상자형상의 하우징(10)에 내장된다.
또 적층되는 상기 단위 전지(20)의 사이에는 단위 전지(20)를 냉각시키기 위한 공기가 통과하는 공간을 형성하며, 단위 전지(20) 사이의 간격을 일정하게 유지 하고, 단위 전지(20) 사이의 단락을 방지하기 위한 격벽(30)을 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 양극단자(22)와 음극단자(24)에는 수나사를 형성하고 상기 고정부재(26)에는 암나사를 형성하여 나사체결을 행하는 것에 의하여 연결부재(40)를 고정하도록 구성한다. 예를 들면 상기 고정부재(26)는 너트 등을 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 단위 전지(20)는 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되도록 배치하는 것도 가능하며, 직렬과 병렬 연결을 혼합하여 배치하는 것도 가능하다. 이 때 이웃하여 위치하는 단위 전지(20)에 있어서, 이웃하여 상기 연결부재(40)로 연결되는 단자는 하나의 단위 전지(20)의 양극단자(22)와 다른 단위 전지(20)의 양극단자(22)로 구성되는 것도 가능하고, 하나의 단위 전지(20)의 양극단자(22)와 다른 단위 전지(20)의 음극단자(24)로 구성되는 것도 가능하다.
상기 연결부재(40)에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 이웃하는 2개의 단위 전지(20)에 있어서, 양쪽에 위치하는 각각의 양극단자(22) 및/또는 음극단자(24)가 각각 삽입되는 한쌍의 구멍(42), (44)을 소정의 간격(적층되는 단위 전지(20)에 있어서 이웃하는 단위 전지(20)의 단자 사이의 간격)을 두고 형성한다.
상기 연결부재(40)에 형성하는 한쌍의 구멍(42), (44) 중 하나의 구멍(44)은 단위 전지(20)의 배열방향(연결부재(40)의 폭방향)을 따라 길이가 길게 형성되는 장공으로 형성하고, 다른 하나의 구멍(42)은 양극단자(22) 또는 음극단자(24)의 형상 및 크기에 대응되는 형상으로 형성한다.
상기에서 장공은 원이나 정사각형으로 형성되는 구멍이 아닌 타원형상, 트랙형상, 직사각형 등의 다양한 형상으로 형성되는 적어도 한쪽 방향으로 길이가 길게 형성되는 구멍을 말한다.
상기와 같이 연결부재(40)에 장공으로 구멍(44)을 형성하면, 단위 전지(20) 및/또는 격벽(30)의 가공오차나 조립오차에 의하여 이웃하는 단위 전지(20)의 양극단자(22) 및/또는 음극단자(24) 사이의 간격에 산포가 발생하는 경우에도 조립작업시에 원활한 조립을 행하는 것이 가능하다.
상기에서는 하나의 연결부재(40)로 2개의 양극단자(22) 및/또는 음극단자(24)를 연결하는 것(하나의 연결부재(40)에 2개의 구멍(42), (44)이 형성되는 것)으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 하나의 연결부재(40)에 3개 이상의 구멍을 형성하여 다수의 단위 전지(20)를 서로 전기적으로 연결하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 때에 있어서는 연결부재(40)에 형성되는 3개 이상의 구멍중 2개 이상의 구멍을 장공으로 형성하는 것이 이웃하는 단위 전지(20)의 양극단자(22) 및/또는 음극단자(24) 사이의 간격에 산포가 발생하는 경우에 효과적으로 대응할 수 있으므로 바람직하다.
상기 연결부재(40)는 양극단자(22) 및/또는 음극단자(24)를 서로 전기적으로 연결하여야 하므로, 도전성의 재료로 형성한다. 또 상기 연결부재(40)는 전기자동차 등과 같이 이동이 많거나 흔들림이 많이 발생하는 장비에 전지 모듈을 적용하는 경우에도 항상 확실한 연결(접속) 상태를 유지할 수 있도록 어느 정도의 강성을 갖는 금속 재질을 이용하여 적당한 크기와 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 연결부재(40)를 변형이 어려운 강성을 갖는 재질로 형성하는 경우에도 본 발명은 양극단자(22) 또는 음극단자(24)가 삽입되는 부분인 구멍(44)을 장공으로 형성하는 것에 의하여, 연결부재(40)에 변형을 가하지 않고도 조립오차 및 가공오차에 대하여 효과적으로 대응하는 것이 가능하다.
그리고 상기 연결부재(40)의 제1변형예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 구멍(43)은 단위 전지(20)의 배열방향과 직각인 방향(연결부재(40)의 폭방향)으로 길이가 긴 장공으로 형성하고, 다른 쪽의 구멍(44)은 단위 전지(20)의 배열방향(연결부재(40)의 길이방향)으로 길이가 긴 장공으로 형성한다. 즉 연결부재(40)의 양쪽에 형성하는 구멍(43), (44)의 길이를 서로 다른 방향으로 길게 형성한다.
상기와 같이 구멍(43), (44)의 길이를 서로 다른 방향으로 길게 형성하면, 다양한 방향의 조립오차 및 가공오차에 대응하는 것이 가능하다.
또 상기 연결부재(40)의 제2변형예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 구멍(42)은 양극단자(22) 또는 음극단자(24)의 형상 및 크기에 대응되는 형상으로 형성하고, 다른 쪽의 구멍(47)은 단위 전지(20)의 배열방향으로 길이가 긴 장공과 단위 전지(20)의 배열방향과 직각인 방향으로 길이가 긴 장공이 합성된 형상으로 형성한다.
즉 상기 다른 쪽의 구멍(47)은 대략 "T"형상으로 이루도록 서로 다른 방향으로 길게 장공이 형성되는 형상으로 형성한다.
상기 다른 쪽의 구멍(47)은 "T"형상 뿐만 아니라, "X"형상으로 형성하는 것도 가능하고, "+"형상으로 형성하는 것도 가능하며, 이외에도 다양한 형상으로 형 성하는 것도 가능하다.
그리고 상기 연결부재(40)의 제3변형예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나의 양극단자(22) 또는 음극단자(24)가 삽입되는 부분을 길이가 길게 형성되는 홈(45), (46)으로 형성한다.
상기에서 한쪽의 홈(45)은 폭방향으로 길이가 긴 장홈으로 형성하고, 다른 쪽의 홈(46)은 길이방향으로 길이가 긴 장홈으로 형성하는 것도 가능하다. 즉 연결부재(40)의 양쪽에 형성하는 홈(45), (46)의 길이를 서로 다른 방향으로 길게 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 장홈은 한쪽이 개방된 타원형상, 트랙형상, 직사각형 등의 다양한 형상으로 형성되는 적어도 한쪽 방향으로 길이가 길게 형성되는 홈을 말한다.
상기 연결부재(40)의 제3변형예에 있어서도 구멍을 홈으로 형성한 것 이외에는 상기한 일실시예 및 제1변형예, 제2변형예와 마찬가지의 구성을 적용하여 실시하는 것이 가능하다.
즉 상기 연결부재(40)의 한쪽에 형성되는 홈은 양극단자(22) 또는 음극단자(24)의 형상에 대응되는 형상으로 형성하고 다른쪽에 형성되는 홈은 장홈으로 형성하는 것도 가능하고, 홈을 단위 전지(20)의 배열방향으로 길이가 긴 장홈과 단위 전지(20)의 배열방향과 직각인 방향으로 길이가 긴 장홈을 합성한 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기에서는 연결부재(40)에 양극단자(22) 또는 음극단자(24)가 삽입되는 부분을 구멍(42), (43), (44), (47) 또는 홈(45), (46)으로 형성하는 것으로 설명하 였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 어느 하나는 홈으로 형성하고 나머지는 구멍으로 형성하는 것도 가능하고, 어느 하나는 구멍으로 형성하고 나머지는 홈으로 형성하는 것도 가능하고, 홈과 구멍을 적절하게 조합하여 구성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어서, 모터를 구동하기 위한 에너지원(모터 구동용)으로 사용하는 것이 가능하며, 이외에도 고출력/대용량을 요구받는 다양한 용도로 사용하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 전지 모듈의 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 속한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 연결부재의 양극단자와 음극단자가 삽입되는 부분을 길이가 긴 장공이나 장홈으로 형성하므로, 단위 전지 및/또는 격벽에 가공오차 및 조립오차가 발생하는 경우에도 효과적으로 대응하는 것이 가능하다.
그리고 단위 전지 및/또는 격벽에 가공오차 및 조립오차가 발생하는 경우에도 연결부재에 변형을 가하지 않고 조립작업을 원활하게 행하는 것이 가능하므로, 생산성이 향상되고, 연결부재의 파손에 의한 불량이 감소된다.
또 본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 이동이나 흔들림이 많은 장비에 사용하는 경우에도 연결부재가 이에 효과적으로 대응하는 것이 가능하므로, 신뢰성 및 내구성이 크게 향상된다.

Claims (10)

  1. 각각으로부터 돌출하여 한쌍의 양극단자 및 음극단자가 설치되고 적층되어 하우징에 내장되는 복수의 단위 전지와,
    적층되는 단위 전지 양쪽에 이웃하여 위치하는 양극단자와 음극단자를 서로 전기적으로 연결하며 적어도 하나의 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분을 길게 형성한 연결부재와,
    상기 양극단자와 음극단자에 상기 연결부재를 고정시키는 고정부재
    상기 적층되는 단위 전지 사이에 소정의 간격을 유지하도록 설치되는 복수의 격벽을 포함하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분은 구멍으로 이루어지는 전지 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 구멍은 서로 다른 방향으로 길게 형성하는 전지 모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 구멍 중 적어도 하나의 구멍은 단위 전지의 배열방향을 따라 길이가 길게 형성되는 장공과 단위 전지의 배열방향과 직각인 방향으로 길이가 길게 형성되는 장공이 합성된 형상으로 형성하는 전지 모듈.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 연결부재에 길이가 길게 형성되는 구멍은 타원형상, 트랙형상, 직사각형, "T"형상, "X"형상, "+"형상 중에서 선택하여 형성하는 전지 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분은 홈으로 이루어지는 전지 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 홈은 서로 다른 방향으로 길게 형성하는 전지 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 홈 중 적어도 하나의 홈은 단위 전지의 배열방향을 따라 길이가 길게 형성되는 장홈과 단위 전지의 배열방향과 직각인 방향으로 길이가 길게 형성되는 장홈이 합성된 형상으로 형성하는 전지 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부재에 형성하는 양극단자 또는 음극단자가 삽입되는 부분은 한쪽은 홈으로 이루어지고, 다른쪽은 구멍으로 이루어지는 전지 모듈.
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