KR100684744B1 - Secondary battery and secondary battery module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단위 전지의 단자 연결 구조를 개선하여 단자와의 접촉면적을 극대화시킴으로써 전기 전도율을 높이고 집전효율을 향상시킬 수 있도록, 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 이차 전지모듈에 있어서, 외측으로 연결구가 놓여지는 플랜지가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성된 체결부재가 상기 단위 전지의 단자에 체결되어 단자를 고정하고, 상기 연결구는 상기 체결부재에 끼워져 상기 체결부재에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 이차 전지 모듈을 제공한다.The present invention improves the terminal connection structure of the unit cell to maximize the contact area with the terminal to increase the electrical conductivity and improve the current collection efficiency, the secondary including a plurality of unit cells and the connector for electrically connecting each unit cell In the battery module, a flange in which a connector is placed outward is formed, and a threaded fastening member is fastened to a terminal of the unit battery to fix a terminal, and the connector is fitted to the fastening member to be fastened to the fastening member. Provided is a secondary battery module fixed through a nut.
단자, 체결부재, 플랜지, 연결구, 너트Terminal, fastening member, flange, connector, nut
Description
도 1은 종래기술에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view illustrating a rechargeable battery module according to the related art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈 조립 상태를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an assembled state of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 대용량 전지에 있어서 단위 전지간 연결구조를 개선하여 집진효율을 증대시킨 이차 전지 및 이 이차 전지를 이용한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery and a secondary battery module using the secondary battery, which improves dust collection efficiency by improving the connection structure between unit cells in a high output large capacity battery.
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.Recently, a high output secondary battery using a non-aqueous electrolyte having a high energy density has been developed, and a large capacity secondary battery is formed by connecting a plurality of high output secondary batteries in series to be used in a device requiring a large power, such as an electric vehicle. Done.
이와같이 하나의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)는 통상 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 고출력 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)을 이루게 되며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 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.As described above, one secondary battery (hereinafter, referred to as a unit battery for convenience of description throughout) is usually connected in series or in parallel to form a high output secondary battery (hereinafter, referred to as a battery module for convenience of description throughout). Each unit cell includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are disposed between separators, a case having a space in which the electrode assembly is embedded, a cap assembly coupled to the case and sealing it, and protruding outside the cap assembly. And positive and negative terminals electrically connected to the positive and negative current collectors provided in the electrode assembly.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈(100)을 구성하기 위하여 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 양극단자(114)와 음극단자(115)간에 너트(117,118)를 매개로 연결구(116)를 연결설치하는 구조로 되어 있다.1, the
즉, 각 단자(114,115)는 수나사 형태로 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.That is, each of the
그러나 상기한 종래의 전지 모듈 구조는 단자로부터 연결구 사이에 연결저항이 커 집전 효율이 저하되는 문제점이 있다.However, the conventional battery module structure has a problem in that current collection efficiency is lowered due to a large connection resistance between the terminal and the connector.
즉, 단자로 이동된 전자는 단자에 설치된 너트를 통해 연결구로 이동하게 되는 데, 전자의 이동로가 단자와 너트의 접촉면적에 국한됨에 따라 접촉면적이 적어 저항이 증가하고 전기 전도율이 떨어지게 되는 것이다.That is, the electrons moved to the terminal are moved to the connector through the nut installed in the terminal. As the movement path of the electron is limited to the contact area between the terminal and the nut, the contact area is small, so the resistance increases and the electrical conductivity decreases. .
특히, HEV(하이브리드 전기 자동차)용이나 EV(전기 자동차)를 포함하여 모터를 사용하는 대용량 이차 전지의 경우 고출력을 요구하는 데, 상기와 같이 저항의 증가로 인한 전기 전도율의 저하로 출력저하가 발생하여 원하는 모터 구동 특성을 얻기 힘들게 된다.In particular, a large capacity secondary battery using a motor including a HEV (hybrid electric vehicle) or an EV (electric vehicle) requires a high output. As described above, output decreases due to a decrease in electric conductivity due to an increase in resistance. This makes it difficult to obtain the desired motor driving characteristics.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위 전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 단위 전지의 단자 연결 구조를 개선하여 단자와의 접촉면적을 극대화시킴으로써 전기 전도율을 높이고 집전효율을 향상시킬 수 있도록 된 이차 전지 및 이차 전지 모듈을 제공함에 있다. Therefore, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to configure a large capacity battery module by connecting a plurality of unit cells, by improving the terminal connection structure of the unit battery to maximize the contact area with the terminal By providing a secondary battery and a secondary battery module that can increase the electrical conductivity and improve the current collector efficiency.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐시키고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자가 설치되는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 외측에서 상기 단자에 체결되어 단자를 고정하는 체결부재를 포함하고, 상기 체결부재는 중앙에 상기 단자와의 체결을 위한 암나사홀이 가공되고 외측에는 플랜지가 돌출형성되며, 외주면에는 너트가 체결되도록 나사산이 형성된 구조로 되어 있다.In order to achieve the above object, a secondary battery of the present invention includes a case having a space part in which an electrode assembly is embedded, a cap assembly coupled to the case and sealed thereto, and having a terminal electrically connected to the electrode assembly. And a fastening member fastened to the terminal to secure the terminal, wherein the fastening member has a female threaded hole for fastening with the terminal in the center, a flange protruding from the outside, and a nut fastened to the outer circumferential surface thereof. The thread is formed.
또한, 상기한 구조의 이차 전지를 단위 전지로 하여 구성되는 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위전지와 단위전지의 단자간에 전기적으로 연결되는 연결구를 포함하는 전지모듈에 있어서, 외측으로 상기 연결구가 놓여지도록 플랜지가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되고 중앙에 상기 단자와의 체결을 위한 암나사홀이 가공된 체결부재가 상기 단위 전지의 단자에 체결되고, 상기 연결구는 상기 체결부재에 끼워져 체결부재의 외주면에 형성된 나사산에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 구조로 되어 있다.In addition, the battery module of the present invention comprising a secondary battery having the above structure as a unit cell is a battery module including a connector that is electrically connected between a plurality of unit cells and the terminal of the unit cell, the connector is placed on the outside A fastening member is formed to have a flange, and a thread is formed on the outer circumferential surface and a female screw hole for fastening with the terminal is fastened to the terminal of the unit battery, and the connector is fitted to the fastening member to the outer circumferential surface of the fastening member. It is a structure that is fixed via a nut fastened to the formed thread.
이에 따라 단자와 연결구를 전기적으로 연결하는 체결부재가 단자의 전면에 접하게 되어 단자와의 접촉면적을 늘리고 전기 전도율을 높일 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the fastening member for electrically connecting the terminal and the connector is in contact with the front surface of the terminal to increase the contact area with the terminal and increase the electrical conductivity.
상기 체결부재는 내주면에 수나사 형태의 단자에 체결되도록 암나사 홀이 가공되며 외주면에는 너트가 체결될 수 있도록 수나사가 가공되고, 하부 외측에는 외주면을 따라 연결구와 접하는 플랜지가 형성된 구조로 되어 있다.The fastening member is a female screw hole is processed to be fastened to the male screw type terminal on the inner circumferential surface, the male screw is processed so that the nut can be fastened on the outer peripheral surface, the lower outer side has a structure formed with a flange in contact with the connector along the outer peripheral surface.
상기 연결구는 전기를 통하는 재질로 이루어진 플레이트 구조물로, 일측 단위전지의 양극단자 또는 음극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자 또는 양극단자에 장착된 상기 체결부재에 끼워질 수 있도록 이웃하는 단위전지의 체결부재간 간격에 맞춰 홀이 양단에 각각 형성된 구조로 되어 있다.The connector is a plate structure made of an electrically conductive material, the fastening of the neighboring unit cells to be fitted to the fastening member mounted on the positive terminal or the negative terminal of one unit cell and the negative terminal or the positive terminal of the neighboring unit battery Holes are formed at both ends in accordance with the distance between members.
그리고 상기 전지모듈은 상기 단위전지들이 직렬로 연결된 구조로 이웃하는 단위전지 간에 양극단자와 음극단자가 서로 엇갈리도록 교차 배열될 수 있다.The battery module has a structure in which the unit cells are connected in series so that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are alternately arranged between neighboring unit cells.
여기서 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 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 있다The secondary battery may be used as an energy source for driving a motor of the device in a device operated by using a motor such as a hybrid electric vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), a wireless cleaner, an electric bicycle, an electric scooter, and the like. Can
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다. 2 is an exploded perspective view illustrating a battery module configuration of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기한 도면을 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)의 구조를 살펴보면 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(18)와, 상기 전극 조립체(18)가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(12), 상기 케이스(12)와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체(13), 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되는 양,음극단자(14,15), 상기 양,음극단자를 캡 조립체에 고정시키기 위한 체결부재(30)를 포함한다.Looking at the structure of each
여기서 상기 체결부재(30)는 중앙을 관통하여 암나사홀(31)이 가공되어 수나사 형태의 단자(14,15)에 체결되는 구조로 되어 있으며, 외주면에는 너트(40)가 체결될 수 있도록 수나사가 가공되고, 하부 외측에는 외주면을 따라 플랜지(32)가 돌출 형성되어 이웃하는 단위전지(11)의 단자(14,15)간 연결을 위한 연결구(20)가 놓여질 수 있도록 되어 있다.Here, the fastening
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.The
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 있으며 이하 설명에서는 상기한 단자 구조를 갖는 단위 전지를 예로서 설명하도록 한다.In the present embodiment, each of the
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.Each
이에 따라 단위전지(11)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극단자와 음극단자가 반복되면서 일정간격으로 늘어서는 단자열이 형성된다. 여기서 상기 단자열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 이해될 수 있다.Accordingly, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are repeated on both sides of the center of the
여기서 상기 각 단위 전지(11)의 단자(14,15)는 수나사 형태로 캡 조립체(13) 상에 가스켓(16)을 매개로 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되며, 상기 체결부재(30)가 상기 단자(14,15)에 체결되어 조여짐으로서 캡 조립체(13) 상에 조립 고정된다.Here, the
미설명된 도면 부호 (19)는 체결부재(30)와 가스켓(16) 사이에 설치되는 와셔이다.
한편, 상기한 구조의 단위 전지를 다수개 직렬 또는 병렬로 연결시켜 하나의 고출력 전지 모듈을 제조하기 위해서는 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 연결구(20)가 장착된다.On the other hand, in order to manufacture a single high output battery module by connecting a plurality of unit cells of the above structure in series or in parallel to electrically connect the
이와같이 캡 조립체(13) 상에 조립된 각 단위 전지(11)의 단자(14,15)간에 연결구(20)가 조립되는 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다.As described above, a structure in which the
도 3에 도시된 바와 같이 상기 연결구(20)는 상기 단위 전지의 단자(14,15)에 이미 체결되어 있는 체결부재를 이용하여 설치된다. 즉, 상기 연결구는, 외측으로 상기 연결구(20)가 놓여지도록 플랜지(32)가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성된 체결부재(30)와 이 체결부재(30)의 나사산에 체결되는 너트(40)를 매개로 고정되는 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 3, the
여기서 상기 체결부재(30)는 중앙에 형성된 암나사홀(31)을 통해 상기 수나사 형태의 단자(14,15)에 나사결합됨으로써 단자(14,15)의 전면이 체결부재(30)에 접할 수 있게 된다.Here, the fastening
또한, 상기 체결부재(30)의 외측에는 연결구(20)가 장착될 수 있도록 하단부에 외주면을 따라 연결구(20)가 놓여지는 플랜지(32)가 돌출 형성되고, 외주면에는 너트 체결용 수나사가 가공된 구조로 되어 있다.In addition, the outer side of the
따라서 상기 연결구(20)가 상기 체결부재(30)에 끼워져 플랜지(32) 위에 놓여진 상태에서 상기 체결부재(30)에 형성된 수나사에 너트(40)를 고정시킴으로써 연결구(20)를 체결부재(30)에 고정 설치할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the
그리고 상기 연결구(20)는 전기를 통하는 재질로 이루어진 조립체 구조물로, 일측 단위전지의 양극단자 또는 음극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자 또는 양 극단자에 장착된 상기 체결부재(30)에 끼워질 수 있도록 이웃하는 단위전지의 체결부재(30)간 간격에 맞춰 홀(21)이 양단에 각각 형성된 구조로 되어 있다.The
상기 홀(21)의 크기는 상기 체결부재(30)의 외경에 대응되도록 한다.The size of the
이에 따라 단자(14,15)와 연결구(20)를 전기적으로 연결하는 체결부재(30)가 단자(14,15)의 전면에 접하게 되어 단자와의 접촉면적을 늘리고 전기 전도율을 높일 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the fastening
이하, 본 전지 모듈의 연결구(20) 장착과정과 그 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the mounting process and the operation of the
각 단위 전지(11)의 단자(14,15)는 각 단위전지(11)의 캡 조립체(13)에 가스켓(16)을 매개로 돌출 설치되어 있고, 체결부재(30)가 캡 조립체(13) 외측으로 돌출된 단자(14,15)에 와셔(19)를 매개로 체결되어 단자(14,15)를 캡 조립체(13)에 고정하고 있게 된다.The
즉, 수나사가 형성된 단자(14,15)에 암나사홀(31)이 형성된 체결부재(30)를 나사결합으로 조여줌으로써 체결부재(30)가 단자(14,15)에 장착되어 단자를 고정시키게 된다.That is, the fastening
이와같이 단자가 고정된 상태에서 각 단위 전지를 연결구(20)로 연결시켜 고출력의 전지 모듈(10)을 완성하기 위해서는 배열되어 있는 각 단위전지(11)의 단자(14,15)에 연결구(20)를 조립하게 된다.In this way, in order to complete the high-output battery module 10 by connecting each unit cell with the
즉, 도 2는 연결구(20)가 단위전지(11)에 설치되는 상태를 잘 예시하고 있는 데, 상기한 도면에 의하면, 각 단위전지(11)가 일정간격을 두고 배열되어 있고, 배 열된 각 단위전지(11)는 단위전지에 설치된 양극단자(14)와 음극단자(15)가 서로 엇갈리도록 배치된다.That is, FIG. 2 illustrates a state in which the
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.In this state, the
단자간 연결구(20)의 조립은 다음과 같다.Assembly of the
먼저 상기 연결구(20)에 형성된 홀(21)을 통해 이웃하는 단위 전지(11)의 단자(14,15)에 체결된 체결부재(30)에 연결구(20)를 끼워주게 되면 연결구(20)가 체결부재(30)의 외측에 형성된 플랜지(32) 위에 놓여지게 된다.First, when the
그리고 외주면에 수나사가 가공된 상기 체결부재(30)에 너트(40)를 체결하여 조여줌으로써 연결구(20)를 고정시킨다.And the
따라서 상기 연결구(20)는 체결부재(30)의 플랜지(32)와 너트(40)에 의해 고정될 수 있는 것이다.Therefore, the
이와 같이 연결구(20)가 상기 체결부재(30)를 매개로 단자(14,15)와 연결됨에 따라 단자와 연결구(20) 사이의 저항을 줄여 집전 효율을 높일 수 있게 된다.As the
즉, 상기 체결부재(30)는 내측으로 형성된 암나사홀(31)을 통해 단자(14,15) 전면과 접하는 구조로 단자 전체 면으로부터 집전이 이루어지게 된다.That is, the
이렇게 체결부재(30)로 인가된 전류는 최종적으로 체결부재(30)를 통해 그리 고 체결부재(30)에 체결되는 너트와 체결부재(30)에 일체로 형성된 플랜지(32)를 통해 연결구(20)로 인가됨으로써, 집전효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.The current applied to the
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to
이와 같이 본 실시예에 따르면, 연결구와 단자간의 접촉면적을 늘리고 연결저항을 감소함으로써 집전효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present exemplary embodiment, current collecting efficiency can be improved by increasing the contact area between the connector and the terminal and reducing the connection resistance.
또한, 집전효율의 향상을 통해 출력을 증강시킬 수 있게 된다.In addition, it is possible to increase the output through the improvement of current collection efficiency.
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