KR100560483B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 단위전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 하나의 구조물을 통해 캡과 도전체 사이의 절연과 더불어 단위전지와 단위전지 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록, 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 직렬연결하는 도전체를 포함하는 전지모듈에 있어서, 상기 단위전지의 단자에 끼워져 단위전지와 도전체 사이를 절연하는 스페이서를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

단위전지, 전지모듈, 스페이서, 홀, 삽입홈

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 일부 구성을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 일부 구성을 도시한 평면도,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도,

도 5는 종래기술에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.

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

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 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 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 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 도전체(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 도전체(116)가 끼워지며 상기 도전체(116) 위에 다시 너트(118)가 체결되어 도전체(116)를 고정시키는 구조로 되어 있다.
이러한 구조의 전지 모듈(100)은 단위전지들(111)이 도전체(116)에 의해서만 지지되어 도전체(111)가 단자(114, 115)를 축으로 회전할 경우, 단위전지(111) 사이의 간격이 감소하는 문제가 발생한다. 특히, 단위전지(111) 사이에는 단위전지(111)의 냉각을 위한 열전달 매체가 유통되는데, 단위전지(111) 사이의 간격이 좁혀 지면 단위전지들(111)을 지나는 열전달 매체의 양이 감소하여 단위전지들(111)을 안정적으로 냉각시킬 수 없는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 종래에는 단위전지(111) 사이에 별도의 부재인 격벽(미도시)을 각각 설치하여 단위전지(111) 사이의 간격을 유지시키는 등의 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 각각의 단위전지(111) 사이에 별도의 부재를 설치하여야하므로 부품수가 증가하여 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 예컨대, 각 단위전지에서 발생되는 열은 전지모듈의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 상기 전지모듈이 적용된 기기의 오작동을 발생시키게 된다. 이에 따라 다수개의 단위전지가 연결된 전지모듈에 있어서는 열방출의 효율을 높이기 위해서 각 단위전지간의 간격을 일정하게 유지할 필요가 있다.

또한, 한 개 이상의 단위전지를 연결함에 있어 금속재질의 캡 조립체와 도전체 사이를 절연시킬 필요가 있다. 두 부재 사이에 절연이 제대로 이루어지지 않는 경우 캡 조립체와 도전체가 전기적으로 연결되면서 전지의 성능을 저하시키며 고장을 일으키게 된다.
그리고 도전체와 캡 조립체 사이의 절연을 위하여 종래에는 절연부재인 개스킷(미도시) 등을 설치하여 너트와 캡 조립체가 전기적으로 연결되는 것을 방지하였다. 그러나 이러한 구조의 경우 각 전지에 별도의 절연부재를 설치해야 하므로 공정수가 늘어나고 부품수가 증가하여 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

그러나 상기한 종래의 구조는 단위전지간의 간격유지가 제대로 이루어지지 못하고, 또한 단위전지간의 간격유지와 더불어 캡 조립체와 도전체 사이의 절연이 각각 별개의 구조로 따로따로 이루어져 장치가 복잡해지고 조립이 어려운 문제점이 있다. 특히, HEV(Hybrid Electric Vehicle)용의 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 단위전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 하나의 구조물을 통해 캡 조립체와 단위전지를 연결하기 위해 사용되는 도전체 사이의 절연과 더불어 단위전지와 단위전지 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 된 이 차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는,

다수개의 단위전지와 단위전지의 단자간에 전기적으로 연결되는 도전체를 포함하는 전지모듈에 있어서, 상기 단위전지의 단자에 끼워져 단위전지와 도전체 사이를 절연시키기 위한 스페이서를 포함한다.

여기서 상기 이차 전지는 HEV 용 이차 전지일 수 있다.

또한, 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.

상기 스페이서는 자체적으로 절연 재질로 이루어지거나 표면에 절연 물질이 피복되어 전기적으로 부도체 성질을 갖는다.

따라서 상기 스페이서는 캡 조립체와 도전체 사이에 간단히 끼워져 금속재질의 캡 조립체와 도전체가 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 스페이서가 일정간격을 두고 배열된 각 단위전지 사이로 연장되어 각 단위전지의 간격을 유지시키는 구조로 되어 있다.

바람직하게는 상기 스페이서는 전지모듈과 대응되는 길이로 연장된 바형태로 전면에는 각 단위전지의 단자가 끼워지는 홀이 일정간격을 두고 형성된다.

또한, 상기 스페이서는 하부에 상기 각 단위전지의 케이스가 삽입되는 삽입 홈이 더욱 형성될 수 있다.

이에 따라 스페이서를 설치하면 각 단위전지의 캡 조립체 위에 놓여져 단자에 설치되는 도전체와 캡 조립체 사이를 절연시킴과 더불어 하단에 형성된 삽입홈에 각 단위전지의 케이스가 끼워져 케이스간의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 전지모듈은 각 단위전지의 배열에 따라 단자들이 일렬로 늘어서는 단자열이 만들어지는 데 상기 스페이서는 각 단자열에 각각 설치되거나, 상기 단자열에 설치되는 각 스페이서가 일체로 연결되어 한 몸체를 이룰 수 있다.

그리고 상기 스페이서의 고정구조를 살펴보면, 상기 스페이서는 홀을 통해 돌출되는 양,음극단자에 끼워져 스페이서 위에 놓여지는 도전체와, 상기 양,음극단자에 체결되는 너트를 매개로 고정된다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 일부 구성을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 일부 구성을 도시한 평면도이다.

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,음극판의 집전체와 전기적으로 연 결되고 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 육면체 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에서 상기 각 단위전지(11)는 캡 조립체(13) 위로 두 개의 단자(양극단자와 음극단자)가 간격을 유지한 상태로 돌출되어 있고, 각 단자(14,15)는 외주면에 나사산이 형성된 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 전지모듈(10)은 각 단위전지(11)를 직렬로 연결시키기 위하여 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 도전체(16)가 장착되며, 상기 도전체(16)는 양단에 홀(17)이 형성된 판구조로 상기 홀(17)을 통해 각 단자(14,15)에 끼워지고, 홀(17)을 통해 도전체(16) 위로 돌출된 단자에 너트(18)가 체결되어 도전체(16)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

따라서 일측 단위전지(11)의 양극단자(14)는 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자(15)와 도전체(16)를 매개로 연결되고 상기 다음 단위전지(11)의 다른쪽 단자열에 위치한 양극단자는 그 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자와 도전체(16)를 매개로 연결되어 전체 단위전지(11)가 직렬로 연결되는 것이다.

여기서 본 이차 전지는 상기한 구조의 전지모듈(10)에 있어서, 상기 단위전지(11)의 캡 조립체(13)와 단자(14,15)에 설치되는 도전체(16) 사이에 스페이서(20)가 더욱 설치된 구조로 되어 있으며, 상기 스페이서(20)는 배열된 상기 단위전지(11)의 일측 단자열을 따라 길게 연장되는 바형태로 이루어지고 전면에는 길이방향을 따라 상기 각 단위전지(11)의 단자가 끼워지는 홀(21)이 일정간격을 두고 형성되며 하부에는 상기 각 단위전지(11)의 케이스(12)가 삽입되는 삽입홈(22)이 형성된 구조로 되어 있다.

상기 삽입홈(22)은 그 폭이 단위전지(11)의 케이스(12) 폭과 대략 동일한 구조로 하여 삽입홈(22) 내에 끼워진 케이스(12)가 삽입홈(22) 내에서 유동되지 않도록 함이 바람직하다.

본 실시예에서 상기 스페이서(20)는 각 단위전지(11)의 단자가 이루는 두 개의 단자열에 맞춰 두 개가 구비되어 각 단자열에 장착된다.

이에 따라 전지모듈(10)을 조립하는 과정에서 도전체(16)를 체결하기 전에 스페이서(20)에 형성된 각 홀(21)을 각 단위전지(11)의 단자에 맞추고 스페이서(20)를 단자에 끼워주게 되면 캡 조립체(13) 위에 스페이서(20)가 놓이게 되고, 절연 재질로 부도체인 스페이서(20)가 단위전지(11)의 캡 조립체(13)와 도전체(16) 사이에 위치하므로 금속재질의 캡 조립체(13)와 도전체(16)가 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 단위전지(11)에 스페이서(20) 체결시 상기 스페이서(20)의 하단에 형성된 삽입홈(22)에 각 단위전지(11)의 케이스(12)가 끼워지게 되며, 따라서 스페이서(20)에 형성된 삽입홈(22)의 간격에 맞춰 각 단위전지(11)의 간격이 일정하게 유지된다.

여기서 상기 삽입홈(22)은 스페이서(20)에 형성되는 각 홀(21)과 대응되는 위치에 형성되므로 단지 스페이서(20)의 홀(21)을 각 단위전지(11)의 단자에 맞춰 끼우는 것으로 단자가 설치된 단위전지(11)의 케이스(12)를 삽입홈(22)에 맞춰 끼울 수 있게 된다.

상기와 같이 단위전지(11)에 스페이서(20)가 체결되면 스페이서(20)의 홀(21)을 통해 위로 돌출된 각 단자의 극성에 맞춰 도전체(16)를 설치한다.

도전체(16)의 양단에 형성된 홀(17)이 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자와 음극단자에 끼워지면 도전체(16)는 스페이서(20) 위에 놓여진 상태가 되고, 이 상태에서 도전체(16)의 홀(17)을 통해 돌출된 양 단자에 너트(18)를 체결하여 조여줌으로써 단위전지(11)를 직렬로 연결시킴과 더불어 스페이서(20)를 고정시킬 수 있게 된다.

이와같이 간단히 스페이서(20)를 각 단자에 맞춰 끼우는 것으로 도전체(16)와 단위전지(11)의 캡 조립체(13) 간의 절연과 전지모듈(10)을 이루는 단위전지(11)간의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있게 되는 것이다.
이때, 각 단위전지(11) 사이에는 냉각을 위한 열전달 매체가 유통되는데, 본 실시예에 따르면 단위전지(11) 사이의 간격이 일정하게 유지되므로, 각 단위전지(11) 사이로 균일한 양의 열전달 매체가 유통되어 단위전지(11)의 냉각효율이 향상된다.

한편, 도 4는 본 이차 전지의 또다른 실시예로, 스페이서(30)가 전체 단위전지(11)를 덮는 구조를 예시하고 있다.

즉, 본 실시예에 따르면 상기 이차 전지는 단위전지(11)의 캡 조립체(13)와 단자에 설치되는 도전체(16) 사이에 설치되는 스페이서(30)가 단위전지(11)의 배열에 의해 나타나는 두 개의 단자열 전체를 덮는 판 구조로 이루어지고 그 전면에는 각 단자열을 이루는 단자(14,15)가 끼워지는 홀(21)이 일정 간격을 두고 형성되며 하부에는 상기 각 단위전지(11)의 케이스(12)가 삽입되는 삽입홈(22)이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 스페이서는 배열되어 있는 단위전지(11) 전체를 덮게 되어, 하나의 스페이서(30)를 통해 전지모듈(10) 전체의 캡 조립체(13)와 도전체(16) 사이를 절연시킬 수 있고 더불어 삽입홈(22)으로 단위전지(11)의 케이스(12)가 삽입되어 단위전지(11)간의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 판 상의 스페이서(30)의 고정은 다른 실시예와 마찬가지로 홀(21)을 통해 스페이서(30) 위쪽으로 돌출되는 단자에 도전체(16)를 끼우고 너트(18)로 조여줌으로써 체결 고정된다.

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, 전지를 전기적으로 연결시키는 도전체와 전지의 캡 조립체 사이를 간단히 절연시킴과 더불어 각 전지 사이의 간격을 항상 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

그리고 이에 따라 전지의 열방출 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 하나의 부품을 통해 절연기능과 간격유지기능을 한번에 얻을 수 있게 되어 설치가 용이하고 작업량을 줄일 수 있으며, 부품 감소를 통한 원가 절감의 효과를 얻게 된다.

Claims (10)

1. 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 도전체를 포함하는 전지모듈에 있어서,

   상기 단위전지의 케이스가 끼워지는 홈이 형성되며, 상기 단위전지가 갖는 단자를 끼움하면서 상기 단위전지와 상기 도전체 사이에 설치되는 절연성 스페이서를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)의 주행 모터 구동용인 이차 전지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다수개의 단위전지는 임의의 간격을 사이에 두고 배치되며, 각 스페이서는 각 단위전지의 단자가 형성된 부위 뿐만 아니라 각 단위전지 사이로 연장 형성되는 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 스페이서는 전지모듈과 대응되는 길이로 연장되고 전면에는 각 단위전지의 단자가 끼워지는 홀이 일정간격을 두고 형성된 이차 전지.
5. 삭제
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스페이서는 각 단위전지의 배열에 따라 일렬로 늘어서는 단자열에 각각 설치되는 이차 전지.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 단자열에 설치되는 각 스페이서가 일체로 연결되어 한 몸체를 이루는 이차 전지.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 스페이서는 홀을 통해 돌출되는 양,음극단자에 끼워져 스페이서 위에 놓여지는 도전체와, 상기 양,음극단자에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 이차 전지.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 스페이서는 외측면에 절연 물질이 피복된 이차 전지.
10. 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 포함하고, 단자의 극성이 엇갈리도록 교차 배열되는 다수개의 단위전지와;

    전면에 상기 각 단위전지의 단자가 관통되는 홀이 일정간격을 두고 형성되고, 하부에는 상기 각 단위전지의 케이스가 삽입되는 삽입홈이 형성되어 상기 각 단위전지 위에 놓여지는 절연체인 스페이서;

    상기 스페이서의 홀을 통해 돌출되는 이웃하는 양,음극단자에 끼워져 스페이서 위에 놓여지는 도전체와, 상기 양,음극단자에 체결되어 상기 도전체를 고정하는 너트

    를 포함하는 이차 전지.

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