KR100627343B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 전지의 체결구조를 개선하여 전지모듈로부터 단위 전지의 이탈을 방지할 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽 사이에 상기 단위 전지가 삽입되는 박스형태의 케이스, 상기 케이스의 길이방향을 따라 양측단에 돌출 형성된 체결부재, 상기 체결부재 사이에 연결설치되어 양 지지판을 지지하는 연결로드를 포함하고, 상기 케이스와 내부의 격벽은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지가 지면에 대해 경사지게 놓여지고, 상기 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루며, 상기 단위 전지와 상기 케이스 사이에 전지 고정부가 설치되는 이차 전지 모듈을 제공한다.

케이스, 돌기, 홈, 절결부

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성 단면도이다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 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.

이와 같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 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 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

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.

이에 종래기술에 따른 전지 모듈의 경우 단위 전지의 냉각효율을 높이기 위해 전지 모듈 내에서 단위 전지를 한 쪽 방향으로 경사지게 일정 간격으로 배열하고, 온도 제어용 공기를 상기 단위 전지 사이로 유통시키는 구조가 개시되어 있다.

그러나 상기와 같이 단위 전지를 경사지게 배열하는 경우 단위 전지의 열 방출 효율은 높일 수 있으나 단위 전지를 수직으로 배치한 구조에 비하여 단위 전지의 체결구조가 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 그 목적은 경사지게 배열된 단위 전지를 용이하게 체결할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

본 발명은 단위 전지의 체결구조를 개선하여 전지모듈로부터 단위 전지의 이탈을 방지할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다수개의 단위 전지와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽 사이에 상기 단위 전지가 삽입되는 박스형태의 케이스, 상기 케이스의 길이방향 양 지지판에 외측으로 돌출 형성된 체결부재 사이에 연결설치되어 양 지지판을 지지하는 연 결로드를 포함하는 전지 모듈에 있어서,

상기 케이스와 내부의 격벽은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지가 지면에 대해 경사지게 놓여지며, 상기 케이스의 지지판에 형성되는 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루고, 상기 케이스와 상기 단위 전지 사이에는 케이스로부터 단위 전지의 이탈을 방지하기 위한 전지고정부가 설치된 구조로 되어 있다.

상기 전지고정부는 상기 단위 전지의 일측면에는 돌기가 돌출형성되고 상기 케이스의 내주면에는 상기 돌기와 대응되는 위치에 돌기가 안착되는 홈이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 단위 전지를 케이스의 격벽 사이로 진입시키게 되면 단위 전지의 측면에 형성된 돌기가 케이스의 내주면에 형성된 홈에 끼워지면서 단위전지가 케이스에 고정된다.

상기 고정돌기는 삽입이 용이하게 이루어지도록 적어도 삽입방향의 앞쪽면은 경사면으로 형성함이 바람직하다.

여기서 상기 케이스의 일측 지지판에는 서로 대향되는 양측단에 체결부재가 돌출 형성되며, 상기 체결부재는 앤드플레이트의 경사각도만큼 수직방향으로 절곡되어 지면에 대해 수직상태를 이루는 구조로 되어 있다.

상기 체결부재의 형성위치는 상기 지지판의 중앙부에 형성되거나 또는 중앙을 중심으로 소정의 간격을 두고 양쪽에 형성될 수 있으며 그 형성위치나 형성 개수에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 체결부재는 전면에 상기 연결로드가 관통되는 홀이 형성된다.

그리고 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결된다.

여기서 상기 단위 전지에 형성되는 돌기의 형성 위치나 그 개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 본 발명은 상기 전지고정부가 상기 케이스의 측면에 상기 돌기와 대응되는 위치에 삼면이 절결형성되고 일면은 케이스와 연결되어 탄력적으로 휘어지는 탄성부를 포함할 수 있다.

이에 따라 상기 돌기가 상기 탄성부에 위치하게 되면 탄성부가 돌기에 의해 밀려나면서 그 틈새로 상기 돌기가 안착되며 상기 탄성부는 탄력적으로 돌기를 지지할 수 있게 된다.

상기 탄성부는 상기한 구조 이외에 대략 H 자형태로 절결되어 중앙부가 외측으로 벌어지는 구조일 수 있으며, 그 절결 형태에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

한편, 본 발명에 따른 상기 케이스의 지지판은 그 두께가 상기 체결부재의 두께보다 작도록하여 전지 모듈의 무게를 최소화할 수 있도록 함이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 지지판의 두께는 단위 전지들을 가압 밀착시킴에 있어서 허용 응력을 만족시킬 수 있는 최소한의 두께로 형성한다.

또한, 상기 앤드플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조로 가공됨이 바람직하다.

또한, 상기 케이스의 내부에 구비되는 격벽은 내부에 냉각매체가 유통되도록 채널이 형성되어 단위 전지의 열을 냉각매체를 통해 신속하게 방열시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

여기서 상기 이차 전지 모듈은 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 있다

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 사시도와 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 대용량의 전지 모듈로서, 일정 간격 이격되게 연속 배치되는 다수의 단위 전지(11)를 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(11)로 각형의 단위 전지가 사용되는 경우에 대해 설명한다.

상기 각각의 단위 전지(11)는 세퍼레이터를 사이에 두고 이의 양측에 양극판과 음극판이 배치되는 전극 조립체를 구비하여, 기설정된 양의 전력을 충,방전시키는 통상적인 구조의 이차전지로 구성되며, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 상기한 구조의 다수개의 단위 전지(11)와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽(25)이 일체로 형성되어 상기 격벽(25) 사이에 상기 단위 전지(11)가 삽입되는 박스형태의 케이스(20)를 포함한다.

여기서 상기 케이스(20)는 단위 전지(11)가 배열되는 방향으로 양쪽 끝에 위치하는 한쌍의 지지판(21)과, 상기 지지판(21)을 양쪽에서 각각 서로 연결시키며 내부에 구비되는 격벽(25)이 일체로 연결되는 한쌍의 측판(22)으로 이루어지며 상기 지지판(21)과 상기 격벽(25)은 지면에 대해 일정각도 경사지게 기울어진 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 케이스(20)의 격벽(25) 사이에 삽입설치되는 단위 전지(11) 또한 상기 지지판(21)과 같은 경사로 기울어져 적층될 수 있는 것이다.

또한, 상기 케이스(20)는 상기 지지판(21)의 고정을 위해 지지판(21)의 상단과 하단에 각각 체결부재(23)가 돌출 형성되고, 상기 체결부재(23)에 형성된 홀(24)을 통해 연결로드(30)가 관통되어 너트(31)를 매개로 조여지는 구조로 되어 있다.

이를 위해 상기 연결로드(30)는 볼트 형태로 이루어지고 선단에는 나사산이 가공되어 너트(31)와 체결되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 격벽(25)은 내부로 냉각매체가 유통되도록 채널(26)이 간격을 두고 관통형성된다.

한편, 상기 단위 전지(11)와 케이스의 결합구조를 살펴보면, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 단위 전지(11)의 양 측단에는 외측으로 돌기(40)가 돌출형성되고, 상기 케이스(20)의 측판(22) 내주면에는 상기 돌기(40)와 대응되는 위치에 상기 돌기(40)가 안착되는 홈(41)이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 단위 전지(11)를 케이스의 격벽(25) 사이로 진입시키게 되면 단위 전지(11)에 형성된 돌기(40)가 케이스(20)의 측판(22)의 내주면에 형성된 홈(41)에 끼워지면서 단위전지(11)가 케이스(20) 외측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서 본 전지 모듈의 또다른 실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이 단위 전지(11)의 측면에 홈(42)을 형성하고, 상기 케이스(20)의 측판(22) 내측면에 상기 단위 전지(11)의 홈(42)과 대응되는 위치에 돌기(43)를 돌출형성하는 구조도 가능하다.

이 경우도 마찬가지로 단위 전지(11)가 상기 케이스(20) 내부로 끼워지게 되면 케이스(20) 내주면에 형성된 돌기(42)가 상기 단위 전지(11)에 형성된 홈(43)에 끼워지면서 상호 체결되어 단위 전지(11)가 케이스(20)로부터 용이하게 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 위에서는 단위전지와 케이스의 내측면 사이에 돌기와 홈을 형성하는 구조를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 단위 전지(11)와 케이스(20)의 격벽(250 사이에도 돌기와 홈을 대응 형성하여 단위 전지(11)를 케이스(20)에 고정시킬 수 있다 할 것이다.

즉, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 단위 전지의 격벽쪽 측면에 돌기 또는 홈을 형성하고, 상기 케이스의 격벽에는 상기 돌기 또는 홈과 대응되는 위치에 홈 또는 돌기를 형성하여 상호 결합시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 전지고정구조를 단위 전지(11)와 격벽(25) 사이에도 설치하면, 단위 전지(11)의 조립이 보다 확실하게 지지된다.

또 상기 전지고정구조를 단위 전지(11)와 격벽(25) 사이에만 설치하고, 상기 케이스(20)와 단위 전지(11) 사이에는 설치하지 않는 것도 가능하다.

한편, 도 5와 도 6은 본 전지 모듈의 또다른 실시예를 잘 예시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 전지 모듈(10)은 다수개의 단위 전지(11)와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽(25)이 일체로 형성되어 상기 격벽(25) 사이에 상기 단위 전지(11)가 삽입되는 박스형태의 케이스(20), 상기 케이스(20)의 길이방향 양 지지판(21)에 외측으로 돌출 형성된 체결부재(23) 사이에 연결설치되어 양 지지판(21)을 지지하는 연결로드(30)를 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 케이스(20)와 내부의 격벽925)은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지(11)가 지면에 대해 경사지게 놓여지며, 상기 케이스(20)의 지지판(21)에 형성되는 체결부재(23)는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드(30)와 직각을 이루고, 상기 단위 전지(11)의 외측면에 돌기(40)가 돌출 형성되고, 상기 케이스(20)의 측판(22)에는 상기 돌기(40)와 대응되는 위치에 H형태로 절결형성되어 탄력적으로 휘어지는 탄성부(45)가 형성된 구조로 되어 있다.

상기 H 형태의 절결부(45)는 삼면이 절결되고 일면이 케이스(20)의 측판(22)과 일체로 연결된 사각형태의 절결편(46)이 아래 위로 배치된 구조로 절결편(46) 사이가 탄력적으로 외측으로 벌어질 수 있는 구조로 되어 있다.

이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 상기 단위 전지(11)를 케이스(20)의 격벽(25) 사이에 형성된 공간으로 삽입하게 되면 단위 전지(11)에 형성된 돌기(40)가 상기 절결부(45)에 도달하게 되고, 돌출된 돌기(40)에 의하여 절결부(40)의 절결편(46)이 밀려나가면서 절결부분이 외측으로 벌어지면서 절결부를 이루는 절결편(46)이 외측으로 밀려나게 되고, 상기 돌기(40)는 절결부(45)의 중앙부에 안착된다.

이때, 상기 절결편(46)은 소정의 탄성력으로 돌기에 밀착된 상태를 유지하게 되어 단위 전지(11)의 이탈을 방지하게 된다.

한편, 본 실시예에 따르면 상기 체결부재(23)는 상기 지지판(21)의 강사각도만큼 지지판(21)에서 절곡형성되어 지면에 대해 수직방향으로 세워진 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 체결부재(23)와 이 체결부재(21)에 관통되는 연결로드(30)는 서로 직교한 상태로 만나게 되며, 단위 전지(11)와 지지판이 경사진 상태에서도 연결로드(30)와의 체결력을 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 지지판(21)과 상기 체결부재(23)의 두께를 비교하면 위에서 언급한 바와 같이 지지판(21)의 두께가 체결부재(23)의 두께보다 상대적으로 작은 구조로 되어 있다.

이에 따라 지지판(21)의 자중을 최소화하여 전지 모듈의 경량화를 실현할 수 있고 연결로드(30)와 결합되는 체결부재(23)의 강성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

상기한 본 발명의 전지 모듈은, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

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 발명에 따르면, 냉각효율에 유리한 각도로 단위 전지들을 용이하게 기울여 설치할 수 있게 되어 단위 전지 경사 설치 작업량을 줄일 수 있게 된다.

또한, 전지 모듈의 중량을 줄여 출력을 증대시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

또한, 단위 전지 체결시 발생되는 응력을 분산시킴으로써 응력 집중에 의한 모듈 파손을 방지하고 전지 모듈의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (13)

1. 다수개의 단위 전지와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽 사이에 상기 단위 전지가 삽입되는 박스형태의 케이스, 상기 케이스의 길이방향을 따라 양측단에 돌출 형성된 체결부재, 상기 체결부재 사이에 연결설치되어 양 지지판을 지지하는 연결로드를 포함하고,

   상기 케이스와 내부의 격벽은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지가 지면에 대해 경사지게 놓여지고, 상기 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루며, 상기 단위 전지와 상기 케이스 사이에 전지 고정부가 설치되고,

   상기 전지 고정부는 상기 단위 전지의 측면에 돌출 형성되는 돌기와, 상기 케이스에 상기 고정돌기와 대응되는 위치에 형성되어 상기 돌기가 안착되는 홈을 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 고정부는 상기 단위 전지의 측면에 형성되는 홈과, 상기 케이스에 상기 홈과 대응되는 위치에 형성되어 상기 홈에 삽입되는 돌기를 포함하는 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 고정부는 상기 단위 전지의 측면에 형성되는 돌기와, 상기 케이스에 상기 고정돌기와 대응되는 위치에 절결형성되어 상기 돌기에 의해 탄력적으로 밀려나는 절결부를 포함하는 이차 전지 모듈.
5. 제 1 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 돌기는 적어도 삽입방향의 앞쪽면은 경사면으로 형성된 이차 전지 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 격벽이 배열되는 방향의 양쪽 끝에 위치하며 격벽과 평행하게 배치되는 한쌍의 지지판과, 상기 지지판을 양쪽에서 각각 서로 연결시키며 상기 격벽의 양쪽 모서리가 일체로 고정되며 격벽과 수직으로 배치되는 한쌍의 측판으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 체결부재는 상기 지지판 선단에 지지판에 대해 소정 각도로 절곡 형성되고, 전면에는 상기 연결로드가 관통되는 홀이 형성된 이차 전지 모듈.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결되는 이차 전지 모듈.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 지지판은 그 두께가 상기 체결부재의 두께 이하인 이차 전지 모듈.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 지지판과 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조를 이루는 이차 전지 모듈.
11. 제 6 항에 있어서, 상기 전지 고정부는 상기 단위 전지의 격벽쪽 측면과 격벽 사이에 형성되는 이차 전지 모듈.
12. 제 6 항에 있어서, 상기 전지 고정부는 상기 단위 전지의 측판쪽 측면과 상기 측판 사이에 형성되는 이차 전지 모듈.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

Images