KR101913250B1 - 전극 연결 태그 및 이를 구비한 이차전지 패키지 - Google Patents
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Abstract
복수의 전지 셀의 전극을 통전 가능하게 연결하는 전극 연결 태그와, 이를 구비한 이차전지 패키지가 개시된다. 개시된 전극 연결 태그는, 인접한 한 쌍의 전지 셀의 한 쌍의 전극에 접합되는 한 쌍의 단자부와, 한 쌍의 단자부 사이에 위치하며 곡면으로 절곡된 하나의 곡면 절곡부와, 곡면 절곡부의 일 단 및 타 단과 한 쌍의 단자부를 연결하는 한 쌍의 연결부를 구비하고, 한 쌍의 단자부와, 하나의 곡면 절곡부와, 한 쌍의 연결부는 일체로 형성된다.
Description
본 발명은 복수의 전지 셀의 전극을 통전 가능하게 연결하는 전극 연결 태그와, 이를 구비한 이차전지 패키지에 관한 것이다.
이차전지는 방전과 충전을 반복하는 전지로서, 모바일 폰(mobile phone)과 같은 소형 전자기기에서부터 자동차, 인공위성과 같은 큰 장치에도 적용된다. 자동차, 인공위성과 같은 장치에 적용되는 이차전지는 복수 개의 이차전지 셀(cell)을 모아서 전기적으로 연결하여 스택(stack)을 형성하여 높은 전압, 큰 전력, 및 긴 사용 시간을 충족시키려 하고 있다.
복수의 이차전지 셀을 전기적으로 연결하기 위하여, 인접한 이차전지 셀의 전극을 통전 가능하게 연결하는 전극 연결 태그(tag)가 사용된다. 종래에는, 전극 연결 태그로서 가공이 용이하여 생산 원가가 절감되고 생산성이 향상되는 일자형의 전극 연결 태그가 사용되었다. 그런데, 예컨대, 인공위성, 자동차, 선박과 같이 큰 외력이나 충격이 예상되는 기계에 종래의 일자형 전극 연결 태그가 적용된 이차전지 패키지가 설치된 경우, 적은 외력이나 진동에도 전극 연결 태그가 절단되거나 파손되어 누전이나 합선이 발생할 수 있다.
본 발명은, 인접한 전지 셀의 전극을 통전되게 연결하는 것으로, 전지 셀에 가해지는 외력이나 진동에 의한 절단 또는 파손이 억제되는 전극 연결 태그와, 이를 구비한 이차전지 패키지를 제공한다.
또한 본 발명은, 진동, 충격, 온도 변화 등이 심한 가혹한 환경에서 복수의 이차전지 셀을 안전하게 보호하고, 충전 및 방전 과정에서 이차전지 셀이 팽창하더라도 손상되거나 폭발하지 않으며, 이차전지 셀의 방열이 촉진되는 이차전지 패키지를 제공한다.
본 발명은, 인접한 한 쌍의 전지 셀의 한 쌍의 전극을 통전(通電)되게 연결하는 것으로, 상기 한 쌍의 전극에 접합되는 한 쌍의 단자부와, 상기 한 쌍의 단자부 사이에 위치하며 곡면으로 절곡된 하나의 곡면 절곡부와, 상기 곡면 절곡부의 일 단 및 타 단과 상기 한 쌍의 단자부를 연결하는 한 쌍의 연결부를 구비하고, 상기 한 쌍의 단자부와, 상기 하나의 곡면 절곡부와, 상기 한 쌍의 연결부는 일체로 형성된 전극 연결 태그를 제공한다.
상기 전극 연결 태그는 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 곡면 절곡부의 높이는 상기 한 쌍의 단자부의 높이와 다르고, 상기 한 쌍의 연결부는 상기 곡면 절곡부와 상기 한 쌍의 단자부를 연결하도록 경사지게 연장되며, 상기 경사지게 연장된 한 쌍의 연결부의 가상의 연장선이 교차하여 형성된 각도는 60 내지 150° 일 수 있다.
또한 본 발명은, 서로 이격되게 배열되고, 상단 및 하단 중 하나에 양극의 전극(anode)이 형성되고 다른 하나에 음극의 전극(cathode)이 형성된 복수의 이차전지 셀(cell), 상기 복수의 이차전지 셀의 상단의 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 상단 태그(tag), 상기 복수의 이차전지 셀의 하단의 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 하단 태그, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부가 안착되는 상단부 안착 홈, 및 상기 상단 태그가 끼워지는 상단 태그 탑재부가 형성된 상측 홀더 보드(holder board), 및 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부가 안착되는 하단부 안착 홈, 및 상기 하단 태그가 끼워지고 안착되는 하단 태그 탑재부가 형성된 하측 홀더 보드를 구비하고, 상기 상단 태그 및 상기 하단 태그 중 적어도 하나는 상기한 전극 연결 태그인 이차전지 패키지를 제공한다.
본 발명의 이차전지 패키지는, 상기 상측 홀더 보드의 위에 겹쳐지는 커버, 상기 하측 홀더 보드의 아래에 겹쳐지는 베이스, 및 상기 커버와 상기 베이스를 체결하는 체결구를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 이차전지 패키지는, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 상단부 안착 홈 아래에서 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부를 진동하지 않게 고정하는 상단부 고정층, 및 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 하단부 안착 홈 위에서 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부를 진동하지 않게 고정하는 하단부 고정층을 더 구비할 수 있다.
상기 상측 홀더 보드는, 상기 상단부 안착 홈이 형성된 평판부와, 상기 평판부의 외주변에서 하향 연장된 벽부를 구비하고, 상기 상단부 고정층은, 상기 상단부 안착 홈에 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부가 안착된 상태에서, 상기 평판부와 상기 벽부에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지일 수 있다.
상기 베이스는, 상기 하측 홀더 보드가 밀착 지지되는 평판부와, 상기 평판부의 외주변에 상향 연장된 벽부를 구비하고, 상기 하단부 고정층은, 상기 하단부 안착 홈에 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부가 안착되고, 상기 베이스의 평판부에 상기 하측 홀더 보드가 삽입 안착된 상태에서, 상기 평판부와 상기 벽부에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지일 수 있다.
상기 상측 홀더 보드 및 상기 하측 홀더 보드는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 전극 연결 태그는, 접합된 한 쌍의 전지에 작용한 외력 또는 진동에 의해 전극 연결 태그가 그 길이 방향 또는 상기 길이 방향과 직교하는 방향으로 약간 변형되더라도, 내부에 축적되는 응력(stress)이 일자형 전극 연결 태그의 경우보다 매우 작다. 따라서, 전지 셀에 가해지는 외력이나 진동에 불구하고 전극 연결 태그의 절단 또는 파손이 억제된다.
본 발명의 이차전지 패키지에 구비된 상측 홀더 보드와 하측 홀더 보드는 복수의 이차전지 셀을 서로 이격되게 지지한다. 따라서, 이차전지 셀이 팽창하더라도 서로 간섭하지 않는 여유 공간이 마련되어 안전성이 향상되므로 손상되거나 폭발하지 않으며, 충전 및 방전 중에 방열이 촉진된다.
본 발명의 이차전지 패키지는, 음극 전극과 양극 전극이 양 단부에 마련된 복수의 이차전지 셀을 행렬을 이루도록 배치하고, 상단 태그와 하단 태그를 이용하여 상기 복수의 이차전지 셀을 전기적으로 연결함으로써, 출력 전압의 범위와 방전 가능 시간을 다양하게 설계할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 패키지는, 복수의 이차전지 셀의 상단부와 하단부를 전기 절연성 플라스틱으로 이루어진 상측 홀더 보드와 하측 홀더 보드로 지지하고, 이에 더하여 전기 절연성 플라스틱으로 이루어진 상단부 고정층과 하단부 고정층으로 보강 지지하여, 진동, 충격, 온도 변화 등이 심한 가혹한 환경에서 복수의 이차전지 셀을 안전하게 보호하고, 누전이나 합선도 예방할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 패키지는 복수의 이차전지 셀, 상측 홀더 보드, 하측 홀더 보드, 상단부 고정층, 및 하단부 고정층을 외부에 노출되지 않도록 수용하는 하우징(housing)을 구비하지 않으며, 대신에 복수의 이차전지 셀의 측면이 노출되도록 체결구에 의해 연결되는 커버와 베이스를 구비한다. 이와 같은 구성으로, 이차전지 패키지의 강성과 방열 특성은 열화(劣化)되지 않으면서 크기는 작고 무게는 가벼워진다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 평행한 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 3a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 직교하는 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 4a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 패키지를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 이차전지 패키지의 분해 사시도로서, 도 6은 위에서 본 도면이고, 도 7은 아래에서 본 도면이다.
도 8는 도 5을 VIII-VIII에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 평행한 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 3a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 직교하는 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 4a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 패키지를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 이차전지 패키지의 분해 사시도로서, 도 6은 위에서 본 도면이고, 도 7은 아래에서 본 도면이다.
도 8는 도 5을 VIII-VIII에 따라 절개 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그 및 이를 구비한 이차전지 패키지를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그를 도시한 사시도 및 단면도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(70)는 인접한 전지 셀(11)의 한 쌍의 전극(12)에 접합되는 한 쌍의 단자부(71)와, 한 쌍의 단자부(71) 사이에 위치하며 곡면으로 절곡된 하나의 곡면 절곡부(72)와, 곡면 절곡부(72)의 일 단 및 타 단과 상기 한 쌍의 단자부(71)를 연결하는 한 쌍의 연결부(73)를 구비한다. 한 쌍의 단자부(71)와, 하나의 곡면 절곡부(72)와, 한 쌍의 연결부(73)는 일체로 형성된다.
상기 전지 셀(11)은 충전과 방전이 가능한 이차전지 셀일 수 있고, 전극 연결 태그(70)는 상기 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)을 전기적으로 연결하는 상단 태그(upper tag)일 수 있다. 전극 연결 태그(70)에 의해 연결되는 한 쌍의 상단 전극(12) 중에서 하나는 양극(anode)이고, 다른 하나는 음극(cathode)일 수 있다. 제조 원가, 강도, 전기 전도성 등의 측면을 고려하여, 전극 연결 태그(70)는 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다.
전극 연결 태그(70)가 한 쌍의 전극(12)에 접합되면, 곡면 절곡부(72)의 높이는 한 쌍의 단자부(71)의 높이와 다르다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서는 곡면 절곡부(72)가 한 쌍의 단자부(71)보다 높게 위치한다. 전극 곡면 절곡부(72)는 아치(arch) 형상이고, 한 쌍의 단자부(71)는 XY 평면과 평행한 평면 형상이고, 한 쌍의 연결부(73)는 높이가 다른 곡면 절곡부(72)과 한 쌍의 단자부(71)를 연결하도록 경사지게 연장된다. 이처럼 경사지게 연장된 한 쌍의 연결부(73)의 가상의 연장선(EXL)이 교차하여 형성된 각도(AN)는 60 내지 150° 일 수 있다.
이와 같은 형상의 전극 연결 태그(70)가 전지 셀(11)의 전극(12)에 접합되면, 전지 셀(11)에 외력이나 진동이 가해지더라도 전극 연결 태그(70)가 약간 변형하면서 상기 외력이나 진동을 흡수하므로 전극 연결 태그(70) 내에 이차 전지 셀(11)의 진동으로 인한 응력이 축적되지 않으며, 결과적으로 전극 연결 태그(70)가 파손되거나 절단되지 않으며, 내구성이 향상된다. 바람직한 실시예에서, 단자부(71)는 용접에 의해 전극(12)에 접합되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 솔더링(soldering) 또는 브레이징(brazing)에 의해 단자부(71)가 전극(12)에 접합될 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 평행한 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 3a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다. 일자형 전극 연결 태그는 길이 37.9mm, 폭 4mm 로 설정되고, 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(70)는 길이 29.8mm, 폭 8mm, 높이 6mm 로 설정된다. 상기 2종류의 전극 연결 태그의 두께는 같고, 재질도 니켈(Ni)로서 같은 것으로 설정된다.
도 3a와 도 3b를 비교하면, 일자형 전극 연결 태그와 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(70) 모두 일 측 단자부가 타 측 단자부에 대해 길이 방향과 평행한 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 1mm 만큼 가까워지도록 압축되는 경우에, 일자형 전극 연결 태그(도 3a 참조)에 축적되는 응력의 최대값은 9,858MPa에 이를 것을 계산되나, 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(도 3b 참조)에 축적되는 응력의 최대값은 이의 약 1/100 정도인 111MPa에 그칠 것으로 계산된다.
도 4a 및 도 4b는 전극 연결 태그의 일 단부에 전극 연결 태그의 길이 방향과 직교하는 방향으로 외력이 가해진 경우에 전극 연결 태그 내부의 응력 분포를 나타낸 전산 구조 해석 결과로서, 도 4a는 일자형 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 1 및 도 2의 전극 연결 태그의 응력 분포를 나타낸 도면이다. 도 3a 및 도 3b에서 설정한 샘플과 마찬가지로, 일자형 전극 연결 태그는 길이 37.9mm, 폭 4mm 로 설정되고, 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(70)는 길이 29.8mm, 폭 8mm, 높이 6mm 로 설정된다. 상기 2종류의 전극 연결 태그의 두께는 같고, 재질도 니켈(Ni)로서 같은 것으로 설정된다.
도 4a와 도 4b를 비교하면, 일자형 전극 연결 태그와 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(70) 모두 일 측 단자부가 타 측 단자부에 대해 길이 방향과 직교하는 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 1mm 만큼 이동하도록 가압되는 경우에, 일자형 전극 연결 태그(도 4a 참조)에 축적되는 응력의 최대값은 10,825MPa에 이를 것을 계산되나, 본 발명의 실시예에 따른 전극 연결 태그(도 4b 참조)에 축적되는 응력의 최대값은 이의 약 9/100 정도인 969MPa에 그칠 것으로 계산된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 패키지를 도시한 사시도이고, 도 6 및 도 7은 도 5의 이차전지 패키지의 분해 사시도로서, 도 6은 위에서 본 도면이고, 도 7은 아래에서 본 도면이며, 도 8은 도 5를 VIII-VIII에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 5 내지 도 8를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 패키지(10)는 복수의 이차전지 셀(battery cell)(11)과, 복수의 상단 태그(tag)(70), 복수의 하단 태그(67), 상측 홀더 보드(upper holder board)(20), 하측 홀더 보드(35), 상단부 고정층(61), 하단부 고정층(63), 커버(cover)(50), 베이스(base)(40), 및 커버(50)와 베이스(40)를 체결하는 체결구를 구비한다.
복수의 이차전지 셀(11)은 각각 세워진 상태로 행렬을 이루며 배열된다. 이차전지 셀(11) 각각은 원통 형상으로 상단(12) 및 하단(13)에 전극이 형성된다. 상기 상단 전극(12) 및 하단 전극(13) 중 하나는 양극(+) 전극(anode)이고, 다른 하나는 음극(-) 전극(cathode)이다. 도 5 내지 도 8에 도시된 실시예에서, 복수의 이차전지 셀(11)은 8×6 행렬을 이루며 배열된다. 여기서, X축과 평행하게 배열된 8개씩의 이차전지 셀(11)이 행(行)을 형성하고, Y축과 평행하게 배열된 6개씩의 이차전지 셀(11)이 열(列)을 형성한다.
상기 복수의 이차전지 셀(11) 중에서 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째 열의 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)은 양극 전극 및 음극 전극 중 하나의 전극이며, 하단 전극(13)은 상기 상단 전극(12)의 극성과 반대되는 극성의 전극이다. 그리고, 상기 복수의 이차전지 셀(11) 중에서 두 번째, 네 번째, 여섯 번째 열의 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)은 상기 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째 열의 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)의 극성과 반대되는 극성의 전극이며, 하단 전극(13)은 상기 상단 전극(12)의 극성과 반대되는 극성의 전극이다.
복수의 이차전지 셀(11) 중에서 행(行)을 따라 배열된 8개의 이차전지 셀(11)은 상단 태그(70)와 하단 태그(67)에 의해 직렬 연결된다. 그리고, 양 측 말단의 열(列), 즉 첫 번째 및 여섯 번째 열의 6개씩의 이차전지 셀(11)은, 상단 태그(70)에 의해서 Y축과 평행하게 연장되고 금속 소재로 이루어진 한 쌍의 도전성 스트립(strip)(15)에 병렬로 연결된다. 상단 태그(70)와 하단 태그(67)는 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)과 하단 전극(13)에 용접(welding), 솔더링(soldering), 또는 브레이징(brazing)에 의해 고정 결합될 수 있다. 그리고, 도전성 스트립(15)과 상단 태그(70)의 단자부(71)(도 1 참조)는 금속제 볼트(bolt)(17)에 의해 체결된다.
원통 형상의 이차전지 셀(11)은 사각 기둥 형상의 이차전지 셀에 비해 출력 전압 대비 무게가 가벼워 복수의 이차전지 셀(11)을 복수의 상단 태그(70) 및 하단 태그(67)를 이용하여 직렬 및 병렬로 연결함으로써 출력 전압의 범위와 방전 가능 시간을 다양하게 설계할 수 있다. 예를 들어, 도 5 내지 도 8에 도시된 실시예에서 이차전지 셀(11) 각각은 3.5V의 출력 전압을 나타낼 수 있으며, 8×6 행렬을 이루며 직렬 및 병렬로 연결된 복수의 이차전지 셀(11)은 28V의 출력 전압을 나타낼 수 있다.
상단 태그(70)와 하단 태그(67)는 금속으로 이루어진 작은 금속 조각(piece) 형상으로서, 예컨대, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다. 인접한 이차전지 셀(11)의 하단부 사이의 상대적인 진동은 인접한 이차전지 셀(11)의 상단부 사이의 상대적인 진동보다 작다. 따라서, 인접한 한 쌍의 이차전지 셀(11)의 하단 전극(13)을 연결하는 하단 태그(67)에는 상기 하단 전극(13)의 진동으로 인해 축적되는 응력(stress)이 크지 않다. 그러므로, 하단 태그(57)는 가공이 용이한 일자 형상의 태그로 형성되어도 무방하다.
그러나, 인접한 한 쌍의 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)을 연결하는 상단 태그(70)는 상기 상단 전극(12)의 진동으로 인해 축적되는 응력이 커서 일자 형상의 전극으로 형성되는 경우 응력이 축적되어 파손될 수도 있다. 그러므로, 상단 태그(70)는 절곡된 형상으로 형성된다. 상기 상단 태그(70)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 전극 연결 태그(70)일 수 있으며, 도 1 및 도 2를 참조하여 이미 설명한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
상측 홀더 보드(20)는 대체로 직사각형 형태의 보드로서, XY 평면과 평행한 평면 형상의 평판부(21)와, 평판부(21)의 외주변에서 Z축과 평행하게 하향 연장된 벽부(27)와, 평판부(21)의 양 측 단부에서 X축과 평행하게 확장된 한 쌍의 플랜지부(flange portion)(30)를 구비한다. 상기 평판부(21)에는 복수의 이차전지 셀(11)의 상단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 상단부 안착 홈(23)과, 복수의 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)에 접합되는 상단 태그(70)가 끼워지는 상단 태그 탑재부(25)가 형성된다. 상기 상단 태그 탑재부(25)는 상단부 안착 홈(23)의 일부분이 더 깊게 파여져 형성된 통공과, 상기 통공 한 쌍이 연결되도록 평판부(21)의 상측면에 형성된 그루브(groove)를 포함한다.
상기 한 쌍의 플랜지부(30)는 상기 한 쌍의 도전성 스트립(15)을 밀착 지지한다. 구체적으로, 금속제 볼트(17)로 상단 태그(70)의 일 측 단자부(71)와 금속성 스트립(15)을 관통시키고, 금속제 볼트(17)의 하단을 너트(nut)(18)로 조임으로써, 상단 태그(70)와 도전성 스트립(15)을 통전 가능하게 연결함과 동시에 도전성 스트립(15)을 상기 플랜지부(30)에 밀착 지지되도록 한다.
이차전지 패키지(10)의 조립 과정에서 작업자는 상측 홀더 보드(20)의 상단부 안착 홈(23)에 이차전지 셀(11)의 상단부를 끼워 상측 홀더 보드(20)를 복수의 이차전지 셀(11) 위에 위치 고정하고, 상단 태그(70)를 상단 전극(12)에 접합하게 된다. 상측 홀더 보드(20)와 관련하여 설명하지 않은 참조번호 '28' 은 커버(50)와 베이스(40)를 체결하는 복수의 체결 볼트(bolt)(58)가 관통하는 볼트 관통공이며, 참조번호 '31' 은 도전성 스트립(15)을 플랜지부(30)에 고정 체결하는 금속제 볼트(17)가 관통하는 볼트 관통공이다.
하측 홀더 보드(35)는 대체로 직사각형 형태의 보드로서, 복수의 이차전지 셀(11)의 하단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 하단부 안착 홈(37)과, 복수의 이차전지 셀(11) 하단 전극(13)에 접합된 하단 태그(67)가 끼워지는 하단 태그 탑재부(39)가 형성된다. 상기 하단 태그 탑재부(39)는 하단부 안착 홈(37)보다 더 깊게 파여지며 인접한 한 쌍의 하단부 안착 홈(37)을 연결하는 그루브(groove)를 포함한다.
이차전지 패키지(10)의 조립 과정에서 작업자는 하단 태그(67)를 하단 전극(13)에 접합한 후에 하측 홀더 보드(35)의 하단부 안착 홈(37)에 이차전지 셀(11)의 하단부를 끼워 이차전지 셀(11)을 하측 홀더 보드(35)를 위에 위치 고정하게 된다. 하측 홀더 보드(35)와 관련하여 설명하지 않은 참조번호 '36' 은 커버(50)와 베이스(40)를 체결하는 복수의 체결 볼트(58) 중에서 중앙부를 상하로 가로지르는 체결 볼트(58)가 관통하는 볼트 관통공이다.
상측 홀더 보드(20)와 하측 홀더 보드(35)는 상단 태그(70), 하단 태그(67), 및 이차전지 셀(11)의 전극(12, 13)과의 누전이나 합선을 예방할 수 있도록 전기 절연성 플라스틱(plastic)으로 형성된다. 바람직하게는, 외부 충격 및 진동으로부터 이차전지 셀(11)을 보호하도록 강성이 우수하고 전기 절연성도 우수한 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어질 수 있다.
베이스(40)는 하측 홀더 보드(35)의 아래에 겹쳐지는 것으로, 하측 홀더 보드(35)가 밀착 지지되는 대략 직사각형 형상의 평판부(41)와, 평판부(41)의 외주변에서 Z축과 평행하게 상향 연장된 벽부(45)를 구비한다. 상기 평판부(41)와 벽부(45)에 의해 한정되는 공간에 삽입 안착된다. 베이스(40)는 원가, 강도, 무게 등을 고려하여 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 베이스(40)와 관련하여 설명하지 않은 참조번호 '46' 은 이차전지 패키지(10)를 지지 구조물(미도시)에 볼트(bolt) 체결에 의해 고정하기 위해 형성된 볼트 체결 브라켓(bracket)이고, 참조번호 '47' 은 커버(50)와 베이스(40)를 체결하는 복수의 체결 볼트(58)의 말단이 삽입 체결되는 볼트 체결공이다.
커버(50)는 상측 홀더 보드(20)의 위에 겹쳐지는 대략 직사각형 형태의 부재로서, 예컨대, 폴리아미드 수지(polyamide resin)와 같은 전기 절연성 플라스틱으로 이루어진다. 도 5 내지 도 8에 도시된 실시예에서 커버(50)와 베이스(40)를 체결하는 체결구는 복수의 체결 볼트(58)이다. 복수의 체결 볼트(58)는 커버(50)에 형성된 볼트 관통공(52)을 관통하여 말단이 베이스(40)의 볼트 체결공(47)에 스크류(screw) 체결된다. 도 5 내지 도 8에는 5개의 체결 볼트(58)만으로 커버(50)와 베이스(40)가 체결되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시에 불과하며 더 많은 개수의 체결 볼트(58)로 커버(50)와 베이스(40)를 체결할 수 있다.
커버(50)와 베이스(40)가 복수의 체결 볼트(58)에 의해 체결되면, 커버(50)의 내측면 양 측 단부에서 아래로 돌출된 복수의 상측 홀더 보드 밀착 돌기(54)가 상측 홀더 보드(20)의 한 쌍의 플랜지부(30)와 평판부(21)의 경계 부분을 아래로 밀착 가압한다. 이와 같이, 커버(50)와 베이스(40)가 복수의 체결 볼트(58)에 의해 체결되면, 커버(50)에 상측 홀더 보드(20)가 밀착되고, 베이스(40)에 하측 홀더 보드(35)가 밀착 지지되고, 상측 홀더 보드(20)와 하측 홀더 보드(35)가 복수의 이차전지 셀(11)에 밀착되며, 이격된 커버(50)와 베이스(40) 사이로 복수의 이차전지 셀(11)이 노출된다.
한편, 커버(50)의 복수의 상측 홀더 보드 밀착 돌기(54) 사이에는 한 쌍의 도전성 스트립(15)에 연결되는 상단 태그(70)가 수용되는 상단 태그 수용 홈(55)이 마련되고, 복수의 상측 홀더 보드 밀착 돌기(54)의 외측에는 한 쌍의 도전성 스트립(15) 및 금속제 볼트(17)의 헤드(head)가 수용되는 도전성 스트립 수용 홈(56)이 마련된다.
상단부 고정층(61)은 상측 홀더 보드(20)의 상단부 안착 홈(23) 아래에 형성되고, 복수의 이차전지 셀(11)의 상단부를 진동하지 않게 고정한다. 하단부 고정층(63)은 하측 홀더 보드(35)의 하단부 안착 홈(37) 위에 형성되고, 복수의 이차전지 셀(11)의 하단부를 진동하지 않게 고정한다. 상단부 고정층(61)과 하단부 고정층(63)은 전기 절연성 플라스틱으로 형성된다.
구체적으로, 상단부 고정층(61)은 상측 홀더 보드(20)의 상단부 안착 홈(23)에 복수의 이차전지 셀(11)의 상단부가 안착된 상태에서, 상측 홀더 보드(20)의 평판부(21)와 벽부(27)에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지일 수 있다. 하단부 고정층(63)은 하측 홀더 보드(35)의 하단부 안착 홈(37)에 복수의 이차전지 셀(11)의 하단부가 안착되고, 베이스(40)의 평판부(41)에 하측 홀더 보드(35)가 삽입 안착된 상태에서, 베이스(40)의 평판부(41)와 벽부(45)에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지일 수 있다.
부연하면, 복수의 이차전지 셀(11), 하측 홀더 보드(35), 상측 홀더 보드(20), 하단 태그(67), 상단 태그(70), 도전성 스트립(15), 베이스(40), 및 커버(50)를 조립하고, 복수의 체결 볼트(58)로 커버(50)와 베이스(40)를 체결하여 상기 구성 요소들을 고정한 다음, 용융된 열가소성 수지를 상측 홀더 보드(20)의 평판부(21)와 벽부(27)에 의해 한정된 공간, 및 베이스(40)의 평판부(41)와 벽부(45)에 의해 한정된 공간에 주입하여 채우고 경화시켜 상단부 고정층(61)과 하단부 고정층(63)을 형성할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 주재료로서 에폭시(epoxy)를 포함하는 수지일 수 있다. 상기 상측 홀더 보드(20)의 평판부(21)와 벽부(27)에 의해 한정된 공간에 열가소성 수지를 주입할 때에는, 복수의 체결 볼트(58)가 체결된 이차전지 패키지(10)의 반 조립체를 위아래를 뒤집어 놓고 열가소성 수지를 주입할 수 있다.
상측 홀더 보드(20)에 주입되는 열가소성 수지는 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12) 및 상단 태그(70)와, 상측 홀더 보드(20)의 상단부 안착 홈(23) 및 상단 태그 탑재부(25) 사이, 및 상측 홀더 보드(20)와 커버(50) 사이에 형성될 수 있는 작은 틈을 메우면서 경화되므로, 외부 충격에 의한 이차전지 셀(11)의 진동을 더욱 줄여준다. 또한, 이차전지 셀(11)의 상단 전극(12)과 상단 태그(70)의 노출이 완벽하게 차단되고 밀봉되므로, 먼지나 이물질에 의한 합선(short)이 방지된다.
마찬가지로, 베이스(40)에 주입되는 열가소성 수지는 이차전지 셀(11)의 하단 전극(13) 및 하단 태그(67)와, 하측 홀더 보드(35)의 하단부 안착 홈(37) 및 하단 태그 탑재부(39) 사이, 및 하측 홀더 보드(35)와 베이스(40) 사이에 형성될 수 있는 작은 틈을 메우면서 경화되므로, 외부 충격에 의한 이차전지 셀(11)의 진동을 더욱 줄여준다. 또한, 이차전지 셀(11)의 하단 전극(13)과 하단 태그(67)의 노출이 완벽하게 차단되고 밀봉되므로, 먼지나 이물질에 의한 합선(short)이 방지된다.
이상에서 설명한 이차전지 패키지(10)는, 복수의 이차전지 셀(11)의 상단부와 하단부를 상측 홀더 보드(20)와 하측 홀더 보드(35)로 지지하고, 이에 더하여 상단부 고정층(61)과 하단부 고정층(63)으로 보강 지지하여, 진동, 충격, 온도 변화 등이 심한 가혹한 환경에서 복수의 이차전지 셀(11)을 안전하게 보호하고, 누전이나 합선도 예방할 수 있다.
상기 상측 홀더 보드(20)와 하측 홀더 보드(35)는 복수의 이차전지 셀(11)을 서로 이격되게 지지한다. 따라서, 이차전지 셀(11)이 팽창하더라도 서로 간섭하지 않는 여유 공간이 마련되어 안전성이 향상되므로 손상되거나 폭발하지 않으며, 충전 및 방전 중에 방열이 촉진된다.
상기 이차전지 패키지(10)는 복수의 이차전지 셀(11), 상측 홀더 보드(20), 하측 홀더 보드(35), 상단부 고정층(61), 및 하단부 고정층(63)을 수용하는 하우징(housing)을 구비하지 않으며, 대신에 복수의 이차전지 셀(11)의 측면이 노출되도록 체결구에 의해 연결되는 커버(50)와 베이스(40)를 구비한다. 이와 같은 구성으로, 이차전지 패키지(10)의 강성과 방열 특성은 열화(劣化)되지 않으면서 크기는 작고 무게는 가벼워진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 이차전지 패키지 11: 이차전지 셀
15: 도전성 스트립 20: 상측 홀더 보드
35: 하측 홀더 보드 40: 베이스
50: 커버 58: 체결 볼트
61: 상단부 고정층 63: 하단부 고정층
67: 하단 태크 70: 상단 태그
15: 도전성 스트립 20: 상측 홀더 보드
35: 하측 홀더 보드 40: 베이스
50: 커버 58: 체결 볼트
61: 상단부 고정층 63: 하단부 고정층
67: 하단 태크 70: 상단 태그
Claims (9)
- 인접한 한 쌍의 전지 셀의 한 쌍의 전극을 통전(通電)되게 연결하는 것으로,
상기 한 쌍의 전극에 접합되는 한 쌍의 단자부와, 상기 한 쌍의 단자부 사이에 위치하며 곡면으로 절곡된 하나의 곡면 절곡부와, 상기 곡면 절곡부의 일 단 및 타 단과 상기 한 쌍의 단자부를 연결하는 한 쌍의 연결부를 구비하고,
상기 한 쌍의 단자부와, 상기 하나의 곡면 절곡부와, 상기 한 쌍의 연결부는 일체로 형성되고,
상기 연결부는 각각 상기 단자부 및 상기 곡면 절곡부로부터 절곡되어 형성되고, 단면이 직선 형상이고,
상기 곡면 절곡부는 단면이 원호 형상이며,
경사지게 연장된 상기 한 쌍의 연결부의 가상의 연장선이 교차하여 형성된 각도는 60 내지 150° 인 것을 특징으로 하는 전극 연결 태그. - 제1 항에 있어서,
상기 전극 연결 태그는 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 연결 태그. - 제1 항에 있어서,
상기 곡면 절곡부의 높이는 상기 한 쌍의 단자부의 높이와 다르고,
상기 한 쌍의 연결부는 상기 곡면 절곡부와 상기 한 쌍의 단자부를 연결하도록 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 전극 연결 태그. - 서로 이격되게 배열되고, 상단 및 하단 중 하나에 양극의 전극(anode)이 형성되고 다른 하나에 음극의 전극(cathode)이 형성된 복수의 이차전지 셀(cell); 상기 복수의 이차전지 셀의 상단의 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 상단 태그(tag); 상기 복수의 이차전지 셀의 하단의 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 하단 태그; 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부가 안착되는 상단부 안착 홈, 및 상기 상단 태그가 끼워지는 상단 태그 탑재부가 형성된 상측 홀더 보드(holder board); 및, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부가 안착되는 하단부 안착 홈, 및 상기 하단 태그가 끼워지고 안착되는 하단 태그 탑재부가 형성된 하측 홀더 보드;를 구비하고,
상기 상단 태그 및 상기 하단 태그 중 적어도 하나는 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항의 전극 연결 태그인 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지. - 제4 항에 있어서,
상기 상측 홀더 보드의 위에 겹쳐지는 커버; 상기 하측 홀더 보드의 아래에 겹쳐지는 베이스; 및, 상기 커버와 상기 베이스를 체결하는 체결구;를 더 구비하ㅎ는 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지. - 제5 항에 있어서,
전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 상단부 안착 홈 아래에서 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부를 진동하지 않게 고정하는 상단부 고정층; 및, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 하단부 안착 홈 위에서 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부를 진동하지 않게 고정하는 하단부 고정층;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지. - 제6 항에 있어서,
상기 상측 홀더 보드는, 상기 상단부 안착 홈이 형성된 평판부와, 상기 평판부의 외주변에서 하향 연장된 벽부를 구비하고,
상기 상단부 고정층은, 상기 상단부 안착 홈에 상기 복수의 이차전지 셀의 상단부가 안착된 상태에서, 상기 평판부와 상기 벽부에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지. - 제6 항에 있어서,
상기 베이스는, 상기 하측 홀더 보드가 밀착 지지되는 평판부와, 상기 평판부의 외주변에 상향 연장된 벽부를 구비하고,
상기 하단부 고정층은, 상기 하단부 안착 홈에 상기 복수의 이차전지 셀의 하단부가 안착되고, 상기 베이스의 평판부에 상기 하측 홀더 보드가 삽입 안착된 상태에서, 상기 평판부와 상기 벽부에 의해 한정된 공간에 채워져 경화된 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지. - 제4 항에 있어서,
상기 상측 홀더 보드 및 상기 하측 홀더 보드는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지.
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| KR1020170006066A KR101913250B1 (ko) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | 전극 연결 태그 및 이를 구비한 이차전지 패키지 |
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