KR102656319B1 - 수계아연 배터리 패키징용 케이스 - Google Patents

수계아연 배터리 패키징용 케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수계아연 배터리 패키징용 케이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단위 셀의 교체를 손쉽게 구성하며, 단위 셀을 제외한 모든 구성의 재사용을 가능케 해 불필요한 자원낭비를 방지하고, 아울러, 패키징된 단위 셀의 전극간 접점 연결의 안정화를 도모하고, 부식에 대한 저항성을 가지는 구조를 통해 배터리의 성능저하의 방지와 긴 수명을 보장할 수 있는 수계아연 배터리 패키징용 케이스에 관한 것이다.

Description

수계아연 배터리 패키징용 케이스{Packaging case for aqueous zinc ion battery}
본 발명은 수계아연 배터리 패키징용 케이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단위 셀의 교체를 손쉽게 구성하며, 단위 셀을 제외한 모든 구성의 재사용을 가능케 해 불필요한 자원낭비를 방지하고, 아울러, 패키징된 단위 셀의 전극간 접점 연결의 안정화를 도모하고, 부식에 대한 저항성을 가지는 구조를 통해 배터리의 성능저하의 방지와 긴 수명을 보장할 수 있는 수계아연 배터리 패키징용 케이스에 관한 것이다.
리튬이온배터리는 높은 에너지 밀도와 낮은 자가방전 등 다양한 면에서 우수한 특성을 보여주고 있어, 에너지 저장장치에서 가장 대중적으로 사용되고 있다.
그러나, 리튬이온배터리는 유기용매 기반의 전해질을 사용하므로 화재 사고 등 안전성에 대한 염려가 있으며, 리튬을 비롯하여 코발트와 니켈 등의 소재의 주 원료 가격이 점차 높아지고 있는 추세에 있다.
따라서, 리튬이온배터리를 대체할 수 있는 차세대 이차전치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 수계아연 배터리는 앞서 말한 리튬이온배터리의 안전성에 대한 염려와 가격적인 측면의 문제를 해결할 수 있는 좋은 대안으로 평가받고 있어, 최근 활발하게 연구되고 있다.
수계아연 배터리는 물을 기반으로 한 전해질을 사용하므로 발화 위험이 없고, 대기 중에서 제조할 수 있기 때문에 공정 단가 및 제조 공정상 탄소 배출량을 감축할 수 있다.
또한, 저가격의 아연금속을 사용하며 높은 이온전도도를 보이는 수계 전해질을 사용하기 때문에 배터리의 높은 출력 특성을 기대할 수 있다.
그러나, 수계아연 배터리는 물을 전해질 주성분으로 사용하기 때문에 유기용매 전해질에 비해 제한된 전기화학적 안정창을 갖게 되어 배터리의 고전압화가 어렵다는 한계점을 가지게 돼, 복수의 셀을 연결해 사용해야 하는 구조적인 단점과 더불어, 아연 금속의 부식, 덴드라이트 형성 및 표면피막의 형성으로 인해 낮은 수명 특성의 문제점이 대두되어 왔으며, 이에 따라, 패키징시 셀의 교체 용이성을 확보해야 하는 설계가 요구되고 있는 실정이다.
공개특허 10-2012-0137700
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 단위 셀의 교체를 손쉽게 구성하며, 단위 셀을 제외한 모든 구성의 재사용을 가능케 해 불필요한 자원낭비를 방지하고, 아울러, 패키징된 단위 셀의 전극간 접점 연결의 안정화를 도모하고, 부식에 대한 저항성을 가지는 구조를 통해 배터리의 성능저하의 방지와 긴 수명을 보장할 수 있도록 하는 수계아연 배터리 패키징용 케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 상부가 개방 형성되는 함체 형상의 외부케이싱; 배터리 셀을 수용하며, 좌우 방향을 따라 일렬로 인접지지된 상태로 상기 외부케이싱 내부에 수납되는 복수 개의 내부케이싱; 상기 외부케이싱의 개방된 상부를 덮는 커버; 및 상기 커버에 결합되며 복수 개의 배터리 셀의 전극탭 중 적어도 어느 하나의 전극탭과 전기적으로 연결되는 외부전극;을 포함하며, 상기 복수 개의 내부케이싱 각각의 좌우 측면에는 이격돌기가 돌출 형성되어 좌우로 인접한 내부케이싱 사이에 전극삽입공간을 마련하며, 상기 복수 개의 내부케이싱 각각에 수용된 배터리 셀의 전극탭은 인접한 전극삽입공간 방향으로 다수 회 절곡되어 전극삽입공간 내 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이격돌기는 내부케이싱의 좌우측면에서 전후 방향으로 일정 간격 이격되도록 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 이격돌기 각각은. 상기 내부케이싱의 좌우측면 전단에 배치되는 전방이격돌기; 상기 내부케이싱의 좌우측면 후단에 배치되는 후방이격돌기; 및 상기 전방이격돌기와 후방이격돌기 사이의 정 중앙에 배치되어 상기 전방이격돌기와 후방이격돌기 사이의 전극삽입공간을 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간으로 전후 구획하는 중심이격돌기;를 포함하며, 상기 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간에는 각각 좌우로 인접한 배터리 셀에서 서로 다른 극성의 전극탭이 마주보게 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버의 상면에는 상기 외부전극이 안착되도록 전극설치홈이 함몰 형성되고 상기 전극설치홈에는 전극노출구가 관통 형성되며, 상기 전극삽입공간으로 삽입되지 아니한 배터리 셀의 전극탭은 전극노출구를 통해 상기 전극설치홈 방향으로 배출된 다음 전극설치홈에 안착된 외부전극의 상부 또는 하부를 향해 수직으로 절곡돼 외부전극과 접촉되고, 상기 전극설치홈에는 고정클립이 착탈 가능하게 결합되어 상하로 적층된 외부전극과 전극탭을 상부에서 압입 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부케이싱의 좌우 내측면에는 한 쌍의 고정포켓이 형성되고, 상기 커버의 좌우측 단부에는 상기 고정포켓 내부로 삽입되는 한 쌍의 고정편이 연장 형성되며, 상기 한 쌍의 고정포켓 각각에는 외부케이싱에 수납된 내부케이싱을 바라보는 방향으로 일정 면적의 개방구가 관통 형성되고, 상기 한 쌍의 고정편 각각에는 상기 개방구를 통해 인접한 내부케이싱 방향으로 돌출되어 내부케이싱의 측면에 접촉 지지되는 지지대가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부케이싱과 커버 사이에 개재되어 전극탭이 삽입되지 아니한 전극삽입공간으로 삽입돼 인접한 내부케이싱 사이의 거리를 유지시키는 스페이서;를 더 포함하며, 상기 스페이서는, 틀 형상의 메인프레임; 상기 메인프레임의 내부를 전후로 가로질러 형성되되, 좌우로 인접한 내부케이싱의 경계지점 직상부에 배치되는 복수 개의 레일프레임; 및 상기 복수 개의 레일프레임 각각에 접속되어 상기 레일프레임의 길이방향을 따라 전후로 이동 가능하게 구비되며 전후로 구획된 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간 중 적어도 어느 하나에 택일적으로 삽입되는 복수 개의 이동핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단위 셀의 교체를 손쉽게 구성하며, 단위 셀을 제외한 모든 구성의 재사용을 가능케 해 불필요한 자원낭비를 방지하고, 아울러, 패키징된 단위 셀의 전극간 접점 연결의 안정화를 도모하고, 부식에 대한 저항성을 가지는 구조를 통해 배터리의 성능저하의 방지와 긴 수명을 보장할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 수계아연 배터리 패키징용 케이스의 전체적인 외관 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 분해 구성을 도시한 도면.
도 3은 복수 개의 내부케이싱 및 배터리 셀의 분해 구성을 도시한 도면.
도 4는 인접한 내부케이싱의 경계지점을 확대 도시한 도면.
도 5a는 전극판이 다발 형태로 형성된 예를, 도 5b는 전극판이 전극탭으로 접합된 예를 도시한 도면.
도 6은 내부케이싱의 평면 구성을 도시한 도면.
도 7은 내부케이싱의 외관 구성을 도시한 도면.
도 8은 커버 및 외부전극의 분해 구성을 도시한 도면.
도 9는 커버의 저면 구성을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 수계아연 배터리 패키징용 케이스의 전체적인 단면 구성을 도시한 도면.
도 11은 도 10에 도시된 A 부분을 확대 도시한 도면.
도 12는 내부케이싱이 틸팅된 상태를 도시한 도면.
도 13은 커버, 스페이서 및 내부케이싱의 분해 구성을 도시한 도면.
도 14는 스페이서가 내부케이싱에 결합된 상태를 도시한 도면.
도 15는 스페이서를 도시한 도면.
도 16은 스페이서의 평면 구성을 도시한 도면.
도 17은 도 16에 도시된 A-A선을 기준으로 하는 단면 구성을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명을 설명함에 앞서, 설명의 편의를 위해 엄밀하지 않은 방향기준을 첨부되는 도면을 참고하여 특정하면, 도 1에 도시된 그대로의 상태에서 상하(y), 좌우(x), 전후(z)를 나누고 다른 도면과 관련된 설명에서도 이 기준에 따라 방향을 특정한다.
본 발명에 따른 수계아연 배터리 패키징용 케이스(이하, 케이스라 함)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 크게, 외부케이싱(10), 내부케이싱(20), 커버(30) 및 외부전극(40)을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
먼저, 외부케이싱(10)과 커버(30)는 본 발명에 따른 케이스의 외관을 구성하여 내부로 배터리 셀(1)을 밀폐 수용하는 함체 구조를 형성한다.
예컨대, 외부케이싱(10)은 상부가 개방 형성되는 함체 형상의 구조로 이루어질 수 있고, 커버(30)는 외부케이싱(10)의 개방된 상부를 덮어 외부케이싱(10) 내부에 장입된 배터리 셀(1)을 밀봉시킬 수 있다.
내부케이싱(20)은 복수 개의 배터리 셀(1)을 각각 개별 수용하며, 좌우 방향을 따라 일렬로 인접지지된 상태로 상기 외부케이싱(10) 내부에 착탈 가능하게 수납 설치될 수 있다.
즉, 각각의 배터리 셀(1)은 내부케이싱(20)에 1차로 수납된 상태에서 외부케이싱(10) 내부에 배치 구성된다.
외부케이싱(10) 내부에 배열된 각각의 내부케이싱(20)은 좌우 방향을 따라 인접 지지되는 한편 각각의 내부케이싱(20)에 수용된 배터리 셀(1) 어레이는 서로 전기적으로 연결돼 필요로 하는 전압과 용량을 출력할 수 있도록 한다.
각각의 배터리 셀(1)은 파우치 내 음극판, 양극판, 전해액, 분리막 등이 밀봉되는 구조로 이루어진 한편, 음극판과 양극판 일부는 파우치에서 외부로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 각각의 음극판과 양극판은 도 5a에 도시된 바와 같이 밀봉된 음극판과 양극판 개수에 맞게 복수의 다발 형식으로 구비되거나, 도 5b에 도시된 바와 같이 전술한 다발의 전극판이 단일의 전극탭(2)으로 접합된 상태일 수 있다.
편의상, 외부로 노출된 음극판과 양극판을 이하, 전극탭(2)으로 통합하여 설명하도록 한다.
따라서, 하나의 파우치에서 적어도 양극과 음극을 띄는 각각의 전극탭(2)이 외부로 노출 형성되며, 각각의 전후로 이격돼 절연된다.
배터리 셀(1)은 공지된 수계 아연 배터리의 단위셀 구조로부터 참조될 수 있으며, 이하의 설명에서는 전극탭(2)이 다수 회 절곡되는 구조라는 점을 제외하면 공지된 내용과 차이가 없으므로, 이하 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
외부전극(40)은 커버(30)에 결합되며 복수 개의 배터리 셀(1)의 전극탭(2) 중 적어도 어느 하나의 전극탭(2)과 충, 방전 디바이스를 전기적으로 연결하는 매개체 역할을 수행한다.
커버(30)에는 적어도 음극과 양극 외부전극(40)이 2조 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 서로 구조는 동일하다.
배터리 셀(1)의 전극탭(2)은 각각의 외부전극(40)에 전기적으로 연결될 수 있다.
커버(30)는 외부케이싱(10)의 개방된 상단 개방면적에 대응되는 판상형의 구조물로서, 테두리 부위가 외부케이싱(10)의 상단 테두리 부위에 일치되도록 결합되어 외부케이싱(10)을 밀봉시킬 수 있다.
아울러, 커버(30)의 상면에는 상기 외부전극(40)이 안착되도록 전극설치홈(31)이 함몰 형성되고 상기 전극설치홈(31)에는 전극노출구(32)가 관통 형성되는 구조를 가진다.
전극설치홈(31)은 음극과 양극 외부전극(40)을 각각 개별적으로 수용하도록 좌우측에 대칭되도록 구비될 수 있고, 전극노출구(32) 역시 좌우 대칭된 전극설치홈(31)을 추종한다.
각각의 전극설치홈(31)에는 외부전극(40)이 안착 설치되는 한편, 배터리 셀(1)의 전극탭(2)은 전극노출구(32)를 통해 상기 전극설치홈(31) 방향으로 배출된 다음 전극설치홈(31)에 안착된 외부전극(40)의 상부 또는 하부를 향해 수직으로 절곡돼 외부전극(40)과 접촉될 수 있다.
즉, 내부케이싱(20)에 수용된 적어도 어느 한 쌍의 배터리 셀(1)의 양극 전극탭(2)과 은극 전극탭(2)은 전극노출구(32)를 통해 커버(30) 상부로 노출된 다음 전극설치홈(31)에 안착된 외부전극(40)을 향해 수직으로 절곡돼 외부전극(40)과 전기적인 접점을 형성할 수 있다.
다시 말해, 복수 개의 배터리 셀(1)의 전극탭(2) 중 대부분의 전극탭(2)은 후술 될 전극삽입공간(22)으로 삽입된 상태에서 접점이 이루어져 인접한 배터리 셀(1)끼리 전기적으로 연결되는 한편, 말단 배터리 셀(1)의 양극 및 음극 전극탭(2)은 전극삽입공간(22)으로 삽입되지 아니한 상태에서 전극노출구(32)를 통해 상기 전극설치홈(31) 방향으로 배출된 다음 전극설치홈(31)에 안착된 외부전극(40)의 상부 또는 하부를 향해 수직으로 절곡돼 외부전극(40)과 접촉될 수 있는 것이다.
이때, 외부전극(40)은 소정의 면적을 가지는 박판이 'ㄴ'자 형상으로 절곡된 구조로 이루어지고, 이에, 외부전극(40)의 일단은 전극설치홈(31)의 판면에 안착되고, 타단은 전극설치홈(31)의 판면으로부터 상부를 향해 수직으로 연장 형성될 수 있는 한편, 전극노출구(32)를 통해 커버(30) 상부로 노출된 전극탭(2)은 외부전극(40)의 일단 위를 향해 수직으로 절곡돼 상하 적층 구성될 수 있다.
이 상태에서, 전극설치홈(31)에는 고정클립(33)이 착탈 가능하게 결합되어 상하로 적층된 외부전극(40)과 전극탭(2)을 상부에서 압입 고정할 수 있다.
즉, 고정클립(33)이 서로 상하 적층된 외부전극(40)과 전극탭(2)을 강하게 압착 고정하여 외부전극(40) 또는 전극탭(2)의 움직임을 방지하고 나아가 양자간의 전기적인 연결을 보다 강하게 형성할 수 있다.
결합된 고정클립(33)을 전극설치홈(31)으로부터 분리시키면 외부전극(40)과 전극탭(2) 사이의 구속이 해제되어 외부전극(40)을 손쉽게 분리하고, 이어서, 커버(30)를 외부케이싱(10)으로부터 분리시킬 수 있다.
고정클립(33)의 테두리 부위에는 걸림돌기(34)가 돌출 형성되고 전극설치홈(31) 내부의 벽면에는 상기 걸림돌기(34)와 상보적인 걸림홈(35)이 함몰 형성되어 상기 걸림돌기(34)가 걸림홈(35)에 걸림 지지된 상태에서는 고정클립(33)의 임의 분해가 억제될 수 있고, 이 상태의 고정클립(33)을 강제로 추출하면 걸림돌기(34)가 걸림홈(35)으로부터 탄성적으로 분리돼 고정클립(33)의 분해를 가능케 한다.
경우에 따라, 고정클립(33)까지 결합된 전극설치홈(31)에 에폭시 등으로 블록아웃을 수행하여 외부전극(40) 주변을 완벽하게 실링 처리해 외부케이싱(10) 내부로의 외기 유입을 차단할 수도 있다.
복수 개의 내부케이싱(20) 각각의 좌우 측면에는 이격돌기(21)가 돌출 형성되어 좌우로 인접한 내부케이싱(20) 사이에 전극삽입공간(22)을 마련하고, 복수 개의 내부케이싱(20) 각각에 수용된 배터리 셀(1)의 전극탭(2)은 인접한 전극삽입공간(22) 방향으로 다수 회 절곡되어 전극삽입공간(22) 내 삽입될 수 있다.
예컨대, 각각 수용된 배터리 셀(1) 중 가장 왼쪽에 치우쳐 배치된 배터리 셀(1)의 음극 전극탭(2)은 전극노출구(32)를 통해 외부로 노출돼 외부전극(40)과 연결되고, 양극 전극탭(2)은 인접한 전극삽입공간(22)으로 삽입될 수 있다.
이어서, 우측으로 배열된 배터리 셀(1)의 양극 전극탭(2)과 음극 전극탭(2)은 각각 좌우로 마주한 전극삽입공간(22)으로 삽입되어 인접한 배터리 셀(1)간의 전기적 연결을 실현할 수 있고, 최종적으로 가장 우측에 치우쳐 배치된 배터리 셀(1)의 양극 전극탭(2)은 전극노출구(32)를 통해 외부로 노출돼 외부전극(40)과 연결될 수 있다.
하나의 전극삽입공간(22)에는 적어도 좌우로 인접한 배터리 셀(1)의 서로 다른 극성의 전극탭(2)이 동시에 삽입되어 접점을 형성함으로써 배터리 셀(1)들이 서로 직렬 연결되고, 한 쌍의 외부전극(40)은 음극과 양극 극성을 띄는 구조가 갖춰질 수 있다.
이와 같이 외부케이싱(10) 내부의 전극탭(2)이 외부케이싱(10) 내부에서도 다시 한 번 전극삽입공간(22)으로 삽입돼 절연됨으로써 산화에 의한 부식 저항성을 확보할 수 있고, 특히, 각각의 전극탭(2)이 전극삽입공간(22)에 삽입돼 긴밀하게 접촉된 상태를 유지할 수 있어, 인접한 전극탭(2)간의 이동을 억제해 보다 강한 전기적인 접점 형성과 연결 안정성을 보장할 수 있다.
하나의 내부케이싱(20)을 기준으로 내부케이싱(20) 좌우측면에 각각 상기 이격돌기(21)가 구비되는 한편, 이러한 내부케이싱(20)들이 좌우로 마주하였을 때 상기 이격돌기(21)가 서로 대면함으로써 인접한 내부케이싱(20)이 소정 거리 이격되면서 그 사이에 전극삽입공간(22)을 구성할 수 있다.
이때, 상기 이격돌기(21)는 내부케이싱(20)의 좌우측면에서 전후 방향으로 일정 간격 이격되도록 복수 개가 구비되며, 예컨대, 복수 개의 이격돌기(21) 각각은 내부케이싱(20)의 좌우측면 전단에 배치되는 전방이격돌기(21a), 내부케이싱(20)의 좌우측면 후단에 배치되는 후방이격돌기(21b) 및 전방이격돌기(21a)와 후방이격돌기(21b) 사이의 정 중앙에 배치되어 상기 전방이격돌기(21a)와 후방이격돌기(21b) 사이의 전극삽입공간(22)을 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b)으로 전후 구획하는 중심이격돌기(21c)로 예시될 수 있다.
즉, 각각의 내부케이싱(20) 좌우 측면에는 전방이격돌기(21a), 중심이격돌기(21c) 및 후방이격돌기(21b)가 전후로 이격 배치 구성될 수 있고, 이와 같은 구조의 내부케이싱(20)이 좌우로 인접 배치되면 인접한 내부케이싱(20) 사이에는 전후로 구획된 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b)이 구획 형성될 수 있게 되는 한편, 구획된 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b)에는 각각 좌우로 인접한 배터리 셀(1)에서 서로 다른 극성의 전극탭(2)이 마주보게 삽입되고, 이렇게 쌍으로 접속된 전극탭(2)이 다시 한 번 전후 이격될 수 있기 때문에, 동일 극성 전극탭(2)간의 단락을 방지할 수 있는 구조가 갖춰진다.
한편, 외부케이싱(10)과 커버(30)의 착탈 결합을 위한 구성으로, 외부케이싱(10)의 좌우 내측면에는 한 쌍의 고정포켓(11)이 형성되고, 상기 커버(30)의 좌우측 단부에는 상기 고정포켓(11) 내부로 삽입되는 한 쌍의 고정편(36)이 연장 형성될 수 있다.
고정포켓(11)은 상면이 개방된 포켓형 구조물로서 외부케이싱(10) 내측면에 일체로 형성될 수 있고, 고정편(36)은 상기 고정포켓(11) 내로 착탈 결합이 이루어지는 돌기형 구조물로 예시될 수 있다.
고정편(36)은 고정포켓(11) 내 원활한 인입을 위해 끝단이 라운드 처리가 될 수 있다.
커버(30)를 외부케이싱(10) 상부에 결합할 때 고정편(36)이 고정포켓(11) 내부로 삽입이 되면서 외부케이싱(10)의 정위치에 커버(30)를 결합 유도할 수 있는 한편, 한 쌍의 고정포켓(11) 각각에는 외부케이싱(10)에 수납된 내부케이싱(20)을 바라보는 방향으로 일정 면적의 개방구(12)가 관통 형성되고, 한 쌍의 고정편(36) 각각에는 상기 개방구(12)를 통해 인접한 내부케이싱(20) 방향으로 돌출되어 내부케이싱(20)의 측면에 접촉 지지되는 지지대(37)가 돌출 형성되는 구조를 갖춘다.
이와 같은 구조에 따라, 커버(30)의 결합 과정에서 고정편(36)을 고정포켓(11) 내 삽입하게 되면 자연스럽게 고정편(36)에서 돌출 형성된 지지대(37) 구조물이 개방구(12)를 통과해 인접한 내부케이싱(20)의 좌우측 측면을 소정의 압력으로 가압하게 되며, 이에, 좌우 방향으로 배열된 각각의 내부케이싱(20)들이 서로 밀착 지지되면서 외부케이싱(10)의 내측 정 중앙에 센터링 정렬이 이루어짐과 동시에 인접한 내부케이싱(20)의 사이 공간이 임의로 확개되지 않고 일정한 간격을 유지할 수 있게 된다.
만일, 인접한 내부케이싱(20)이 서로 벌어지게 되면 전극삽입공간(22)이 팽창하면서 전극삽입공간(22)에 서로 마주하게 삽입된 전극탭(2)의 접속이 불안정하게 되고, 심하게는 전기적 접속이 끊기게 되는 불상사가 발생하게 된다.
따라서, 커버(30)의 결합만으로도 내부케이싱(20)의 정렬과 더불어, 인접한 내부케이싱(20) 사이의 밀착력을 확보하여 전기적으로 접속된 전극탭(2) 간의 분리를 최대한 억제할 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
한편, 전후로 구획된 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b)에는 교번적으로 전극탭(2)이 삽입됨에 따라, 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b) 중 적어도 어느 한 곳에 전극탭(2)이 삽입되면 나머지 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b) 중 적어도 어느 하나에는 전극탭(2)이 삽입되지 않는 빈 공간으로 마련될 수 있다.
이때, 전극탭(2)의 두께가 전극삽입공간(22)의 좌우 폭 거리보다 상대적으로 두꺼워지게 되면 전극탭(2)이 삽입된 전극삽입공간(22)은 벌어지고, 반대로, 내부가 빈 전극삽입공간(22)은 유지되려는 성질로 인해 도 12에 도시된 바와 같이 내부케이싱(20)을 평면에서 봤을 때 내부케이싱(20) 자체가 일정 각도씩 틸팅되면서 전체적인 배열구조의 균열이 발생한다.
내부케이싱(20) 자체의 배열구조 균열이 발생하게 된다는 의미는 인접한 내부케이싱(20) 사이에 구비된 전극삽입공간(22)이 균일한 간격으로 형성되지 못함을 의미하며, 이에 따라, 전극삽입공간(22) 내 삽입된 전극탭(2)간의 전기적 접점이 불안정해지는 문제를 야기한다.
따라서, 전극탭(2)이 삽입되지 아니한 전극삽입공간(22)을 빈 공간으로 두지 않고, 전극탭(2)의 두께만큼 동일하게 채워 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b)의 균형을 맞춰 인접한 내부케이싱(20)의 틀어짐을 최소화할 수 있으며, 이를 위한 구성으로, 본 발명에 따른 케이스는 내부케이싱(20)과 커버(30) 사이에 개재되어 전극탭(2)이 삽입되지 아니한 전극삽입공간(22)으로 삽입돼 인접한 내부케이싱(20) 사이의 거리를 유지시키는 스페이서(50)를 더 포함할 수도 있다.
즉, 스페이서(50)는 좌우로 배열된 내부케이싱(20) 배열체의 직상부에 배치돼 빈 공실로 남겨진 전극삽입공간(22)을 전극탭(2)의 두께만금 채워 균형을 맞춤으로써 인접한 내부케이싱(20)의 전후간 거리를 균형있게 유지시킬 수 있다.
이때, 전극탭(2)이 삽입되는 전극삽입공간(22)과 공실로 남겨질 전극삽입공간(22)의 선택은 배터리 셀(1)의 연결 형태, 개수 등에 따라 가변적일 수 있어, 결국 빈 전극삽입공간(22)의 패턴이 다양하게 변형될 수 있다.
이러한 가변적인 전극삽입공간(22)을 수용 가능하도록 하기 위한 스페이서(50)의 일실시예로, 스페이서(50)는 크게, 메인프레임(51), 레일프레임(52) 및 이동핀(53)을 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
먼저, 메인프레임(51)은 사각 틀 형상을 이루며, 내부케이싱(20) 상부로 노출된 전극탭(2)에 간섭되지 않는 선에서 내부케이싱(20) 상부 지점에 안착 결합될 수 있다.
바람직하게, 메인프레임(51)은 좌우로 인접 배치된 복수 개의 내부케이싱(20) 배열체에서 외측을 향해 일정 거리 옵셋된 크기를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 따라 내부케이싱(20)의 직상부에 메인프레임(51)이 놓이면 메인프레임(51)의 중앙 빈 공간에 내부케이싱(20)이 포함되는 형태를 가지게 될 수 있다.
레일프레임(52)은 메인프레임(51)의 내부를 전후로 가로질러 형성되는 긴 막대형 구조물로서, 길이방향을 따라 긴 레일홈(52a)을 가진다.
레일홈(52a)에는 후술 될 이동핀(53)이 접속되어 레일프레임(52)의 길이방향을 따라 전후로 이동하면서 위치 조절이 이루어질 수 있다.
아울러, 레일프레임(52)에는 이동핀(53)의 고정 위치를 참조하기 위한 인덱스홈(52b)이 형성될 수 있으며, 이동핀(53)을 상기 인덱스홈(52b) 위치로 시키게 되면, 전극삽입공간(22)의 대응위치에 보다 수월하게 이동핀(53)을 위치 이동시킬 수 있다. 이때, 인덱스홈(52b)의 위치는 전방전극삽입공간(22a) 또는 후방전극삽입공간(22b)의 대응위치 주변에 기설정됨은 당연하다.
레일프레임(52)은 좌우로 인접한 내부케이싱(20)의 경계지점 직상부에 배치되도록 복수 개가 좌우 방향을 따라 등간격으로 이격 형성될 수 있으며, 이에 따라, 메인프레임(51)과 레일프레임(52)이 대략 창살이나 그레이팅과 같은 구조가 갖춰지게 되면서 외부케이싱(10) 내부를 상하로 구획 밀폐시키지 않고, 충분한 통기성이 부여될 수 있는 구조가 갖춰지도록 하였다.
다음으로, 이동핀(53)은 복수 개의 레일프레임(52)의 레일홈(52a) 각각에 접속되어 상기 레일프레임(52)의 길이방향을 따라 전후로 이동 가능하게 구비되며 레일프레임(52)에서 하부로 일정 길이 연장 형성돼 직하부에서 전후로 구획된 전방전극삽입공간(22a)과 후방전극삽입공간(22b) 중 적어도 어느 하나에 택일적으로 삽입되는 구조를 갖춘다.
즉, 이동핀(53)은 실질적으로, 전극탭(2)이 삽입되지 아니한 빈 전극삽입공간(22)에 삽입되어 전극탭(2)의 두께만큼 벌어진 내부케이싱(20) 사이 간격의 균형을 맞춰 인접한 내부케이싱(20)이 틀어지지 않고 평행하게 배열될 수 있게 하는 구성이다.
특히, 이동핀(53)은 전후로 위치 조절이 가능한 구조상 가변되는 전극삽입공간(22)의 패턴에 맞춰 그 고정위치를 임의로 조절할 수 있다는 것이 가장 큰 특징이다.
일실시예로, 이동핀(53)은 레일홈(52a)의 단면형상에 상보적인 형상을 가져 레일홈(52a) 내에서 전후로 슬라이딩 가능하게 접속되며 상부에 손잡이(53b)가 부착되는 가이드블록(53a) 및 상기 가이드블록(53a)에서 하부로 일정 길이 연장 형성되는 박판 구조의 고정게이지(53c)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
이때, 고정게이지(53c)는 자성체로 이루어질 수 있도록 해 필요에 따라, 전극탭(2)의 두께에 맞추어 고정게이지(53c)의 좌우 양 옆으로, 자성체의 부착게이지(53d)를 겹겹이 부착하여 전극탭(2)과의 좌우 폭 밸런스를 맞출 수 있도록 한다.
정리하면, 본 발명은 단위 셀의 교체를 손쉽게 구성하며, 단위 셀을 제외한 모든 구성의 재사용을 가능케 해 불필요한 자원낭비를 방지하고, 아울러, 패키징된 단위 셀의 전극간 접점 연결의 안정화를 도모하고, 부식에 대한 저항성을 가지는 구조를 통해 배터리의 성능저하의 방지와 긴 수명을 보장할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 외부케이싱
20: 내부케이싱
30: 커버
40: 외부전극

Claims (5)

  1. 상부가 개방 형성되는 함체 형상의 외부케이싱;
    배터리 셀을 수용하며, 좌우 방향을 따라 일렬로 인접지지된 상태로 상기 외부케이싱 내부에 수납되는 복수 개의 내부케이싱;
    상기 외부케이싱의 개방된 상부를 덮는 커버; 및
    상기 커버에 결합되며 복수 개의 배터리 셀의 전극탭 중 적어도 어느 하나의 전극탭과 전기적으로 연결되는 외부전극;을 포함하며,
    상기 복수 개의 내부케이싱 각각의 좌우 측면에는 이격돌기가 돌출 형성되어 좌우로 인접한 내부케이싱 사이에 전극삽입공간을 마련하며,
    상기 복수 개의 내부케이싱 각각에 수용된 배터리 셀의 전극탭은 인접한 전극삽입공간 방향으로 다수 회 절곡되어 전극삽입공간 내 삽입되고,
    상기 이격돌기는 내부케이싱의 좌우측면에서 전후 방향으로 일정 간격 이격되도록 복수 개가 구비되며,
    상기 복수 개의 이격돌기 각각은.
    상기 내부케이싱의 좌우측면 전단에 배치되는 전방이격돌기;
    상기 내부케이싱의 좌우측면 후단에 배치되는 후방이격돌기; 및
    상기 전방이격돌기와 후방이격돌기 사이의 정 중앙에 배치되어 상기 전방이격돌기와 후방이격돌기 사이의 전극삽입공간을 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간으로 전후 구획하는 중심이격돌기;를 포함하며,
    상기 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간에는 각각 좌우로 인접한 배터리 셀에서 서로 다른 극성의 전극탭이 마주보게 삽입되며,
    상기 커버의 상면에는 상기 외부전극이 안착되도록 전극설치홈이 함몰 형성되고 상기 전극설치홈에는 전극노출구가 관통 형성되며,
    상기 전극삽입공간으로 삽입되지 아니한 배터리 셀의 전극탭은 전극노출구를 통해 상기 전극설치홈 방향으로 배출된 다음 전극설치홈에 안착된 외부전극의 상부 또는 하부를 향해 수직으로 절곡돼 외부전극과 접촉되고,
    상기 전극설치홈에는 고정클립이 착탈 가능하게 결합되어 상하로 적층된 외부전극과 전극탭을 상부에서 압입 고정하고,
    상기 외부케이싱의 좌우 내측면에는 한 쌍의 고정포켓이 형성되고, 상기 커버의 좌우측 단부에는 상기 고정포켓 내부로 삽입되는 한 쌍의 고정편이 연장 형성되며,
    상기 한 쌍의 고정포켓 각각에는 외부케이싱에 수납된 내부케이싱을 바라보는 방향으로 일정 면적의 개방구가 관통 형성되고,
    상기 한 쌍의 고정편 각각에는 상기 개방구를 통해 인접한 내부케이싱 방향으로 돌출되어 내부케이싱의 측면에 접촉 지지되는 지지대가 돌출 형성되며,
    상기 내부케이싱과 커버 사이에 개재되어 전극탭이 삽입되지 아니한 전극삽입공간으로 삽입돼 인접한 내부케이싱 사이의 거리를 유지시키는 스페이서;를 더 포함하며,
    상기 스페이서는,
    틀 형상의 메인프레임;
    상기 메인프레임의 내부를 전후로 가로질러 형성되되, 좌우로 인접한 내부케이싱의 경계지점 직상부에 배치되는 복수 개의 레일프레임; 및
    상기 복수 개의 레일프레임 각각에 접속되어 상기 레일프레임의 길이방향을 따라 전후로 이동 가능하게 구비되며 전후로 구획된 전방전극삽입공간과 후방전극삽입공간 중 적어도 어느 하나에 택일적으로 삽입되는 복수 개의 이동핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수계아연 배터리 패키징용 케이스.
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