KR100669468B1

KR100669468B1 - 이차 전지 모듈과 이차 전지 모듈의 격벽

Info

Publication number: KR100669468B1
Application number: KR1020050115613A
Authority: KR
Inventors: 김태용; 임홍섭
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-01-16
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: US8951659B2; US20150155607A1; US20070122695A1

Abstract

본 발명은 전지격벽를 단위 전지 사이에 정확히 위치시킬 수 있도록 하여 조립성을 높일 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 표면에 돌기가 돌출형성되어 서로 접하는 두 개의 판재와, 상기 각 판재에 적어도 하나 이상 관통형성되는 접합홀과, 이 접합홀에 끼워져 양 판재를 결합시키는 고정핀을 포함하여 상기 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

전지격벽, 판재, 접합홀, 고정핀, 억지끼움, 홈

Description

이차 전지 모듈과 이차 전지 모듈의 격벽{SECONDARY BATTERY MODULE AND WALL OF SECONDARY BATTERY MODULE}

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 측 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 격벽의 일부를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 격벽 조립 상태를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 격벽 조립 상태를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 구성도이다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 측 단면도이다.

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽의 구조를 개선하여 제조가 용이하고 제조 불량을 최소화할 수 있도록 된 이차 전지 모듈과 그 격벽에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

저용량의 이차 전지는 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 이차 전지의 대표적인 형상으로는 원통형이나 각형을 들 수 있다. 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지는 복수개를 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 이루어진다.

상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상 기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

상기한 단위 전지는 다수개가 일렬로 배열되고, 이웃하는 단위 전지의 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 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.

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 통상 다수개의 단위 전지가 내장되는 전지 모듈, 특히 각형의 이차전지로 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지와 단위 전지 사이에 전지격벽이 설치되어 단위 전지간의 냉각매체 유통을 위한 간격을 확보하고 구조적으로 단위 전지의 변형을 방지하게 된다.

최근들어 상기 전지격벽은 냉각매체의 원활한 유통과 강도확보를 위해 판재에 다수개의 돌기가 형성된 구조로 이루어진다.

그러나 상기한 구조의 전지격벽은 두 개의 판재를 접합하여 하나의 전지격벽을 형성하는 과정에서 접합 불량이 발생하는 문제점이 있다.

이는 두 개의 판재의 위치를 맞추기 어렵기 때문으로 각 판재에 형성된 돌기간의 위치가 어긋남에 따라 판재간의 용접불량이 발생하게 되는 것이다.

따라서 전지격벽의 구조 불량에 따라 냉각매체의 유통이 제대로 이루어지지 못해 전지 모듈의 방열 특성이 떨어지고 전지격벽의 강도 약화로 전지의 수명이 저하되는 문제점이 발생된다.

또한, 종래의 구조는 전지격벽과 단위 전지 사이의 위치를 정확히 맞추기 어려워 조립 불량이 발생할 소지가 높았다.

이에 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전지격벽의 용접 불량을 방지할 수 있도록 된 이차 전지 모듈과 이차 전지 모듈의 전지격벽을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 전지격벽를 단위 전지 사이에 정확히 위치시킬 수 있도록 하여 조립성을 높일 수 있도록 된 이차 전지 모듈과 이차 전지 모듈의 전지격벽을 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽을 포함하고, 상기 전지격벽은 표면에 돌기가 돌출형성되어 서로 접하는 두 개의 판재와, 상기 각 판재에 적어도 하나 이상 관통형성되는 접합홀과, 이 접합홀에 끼워져 양 판재를 결합시키는 고정핀을 포함할 수 있다.

여기서 상기 고정핀은 상기 각 판재의 접합홀에 억지 끼움식으로 결합됨이 바람직하다.

또한, 상기 고정핀은 상기 전지격벽의 두께와 대응되는 길이로 형성될 수 있다.

이에 따라 상기 고정핀을 상기 각 판재의 접합홀에 끼우는 것으로 양 판재를 고정시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 전지격벽을 이루는 두 개의 판재는 서로 돌기가 마주보는 상태로 놓여져 각 돌기가 접한 상태로 용접 부착됨이 바람직하다.

또한, 상기 접합홀은 전지격벽을 이루는 각 판재의 모서리에 형성됨이 바람직하다.

여기서 상기 판재에 형성되는 돌기는 속이 차 있는 구조 또는 속이 빈 구조일 수 있다.

또한, 상기 접합홀과 이에 대응되는 고정핀은 그 형태가 원형으로 이루어질 수 있으며, 원형 이외에 타원형이나 사각형과 같은 다각형태로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 전지격벽을 이루는 판재가 각형의 단위 전지와 대응되는 사각형태로 이루어지고 전면에는 돌기가 일정간격을 배열되어 돌출 형성되고 모서리 부분에 상기 접합홀이 관통형성되어 두 개의 판재가 상기 접합홀에 끼워지는 고정핀에 의해 결합되는 구조로 되어 있다.

물론, 본 발명은 상기 접합홀의 형성위치에 있어서 판재의 모서리에 한정되지 않으며 판재의 어느 부분에서도 형성가능하다.

또한, 본 발명은 상기 접합홀에 끼워지는 고정핀이 전지격벽의 두께보다 큰 구조로 되어 전지격벽 외측으로 돌출된 구조일 수 있다.

상기와 같이 고정핀이 전지격벽 외측으로 돌출되는 구조인 경우 상기 전지격벽이 접하는 단위 전지의 케이스 외측면에 상기 고정핀의 선단이 끼워지는 홈이 형성될 수 있다.

이에 따라 상기 고정핀의 돌출된 선단을 상기 단위 전지의 케이스에 형성된 홈에 맞춰 삽입시키는 것으로 전지격벽과 단위 전지의 위치를 정확히 맞출 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기한 구조에 있어서 상기 각 돌기는 전지격벽에 대해 동일한 방향으로 돌출 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 돌기는 반구형태로 이루어지거나, 그 단면형태가 원형이나 다각형의 통형태, 또는 측단면이 사다리꼴로 이루어진 사다리꼴형태, 또는 원뿔이나 삼각뿔 또는 사각뿔 등의 다각뿔형태로 이루어질 수 있다.

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.

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 양극과 음극이 배치되는 전극 조립체를 각형의 케이스 내에 구비하여, 기설정된 양의 전력을 충,방전시키는 통상적인 구조의 이차전지로 구성되며, 상기 단위 전지(11) 사이에는 단위 전지(11) 사이의 간격을 유지하고 냉각매체를 단위 전지(11) 사이로 유통시키기 위한 전지격벽(20)이 구비된다.

따라서 본 실시예에서 다수의 단위 전지(11)들은 단위 전지 사이에 배치되는 전지격벽(20)에 의하여 일정 간격 이격되게 연속 배열되어 전지 집합체를 이루게 된다.

상기한 전지 집합체는 도 1에 도시된 바와 같이 전지 집합체를 이루는 단위 전지(11)들 중 전지 집합체의 최 외측에 위치한 단위 전지(11)의 외측면에 밀착되는 한 쌍의 앤드플레이트(30)에 의해 밀착되고, 각 앤드플레이트(30)를 연결하는 연결로드(35)와 이 연결로드(35) 선단에 체결되는 너트(36)에 의해 고정되어 하나의 전지 모듈(10)을 이루게 된다.

상기 앤드플레이트(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 단위 전지(11)의 전 면과 대응되는 크기로 이루어져 상기 단위 전지 전면에 밀착되는 평판부재(32)와, 이 평판부재(32)의 상단과 하단에 각각 일체로 형성되고 외측으로 돌출되는 체결부재(31)를 포함한다.

이에 따라 상기 체결부재(31)에 형성된 홀(도시되지 않음)을 통해 연결로드(35)를 끼우고 연결로드(35)의 선단에 형성된 나사산에 너트(36)를 체결하게 되면 전지 집합체의 양 측에 놓여진 앤드플레이트(30)가 도 2에 도시된 바와 같이 단위 전지(11)와 전지격벽(20)을 조여 단위 전지들을 고정시킬 수 있게 되는 것이다.

상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서 본 실시예에 따른 전지격벽(20)은 단위 전지(11)의 측면과 대응되는 크기를 갖는 두 개의 판재(21)가 서로 접하여 이루어진다.

그리고 상기 각 판재(21)는 표면에 다수개의 돌기(22)가 일정 간격으로 돌출형성되어 있어서, 두 개의 판재(21)를 접합하였을 때 각 판재(21)에 형성된 돌기(22)가 서로 접함으로써 두 판재(21) 사이에 공간을 형성하게 되고 상기 돌기(22) 사이의 공간을 통해 냉각매체인 공기가 유통되는 구조로 되어 있다.

여기서 상기 판재에 대해 도 3를 참조하여 좀더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예에 따르면 전지격벽(20)을 이루는 상기 두 개의 판재(21)는 동일한 구조와 형태를 이루므로 이하 설명에서는 하나의 판재(21)를 기준으로 설명하도록 한다.

상기 판재(21)는 표면에 다수개의 돌기(22)가 일정간격을 두고 한 방향으로 돌출형성되며, 각 모서리에는 원형의 접합홀(23)이 관통형성되어 고정핀(24)이 끼워지는 구조로 되어 있다.

그리고 상기 접합홀(23)에 끼워지는 고정핀(24)은 상기 접합홀(23)과 동일한 원형 단면구조로 이루어지며 그 직경은 상기 접합홀(23)의 직경보다 약간 크게 형성되어 상기 접합홀(23)에 억지 끼움식으로 끼워지는 구조로 되어 있다.

따라서 도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 판재(21)는 접합홀(23)에 고정핀(24)이 억지끼워지면서 서로 결합 고정될 수 있게 된다.

또한, 상기 고정핀(24)의 길이는 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 판재(21)를 접합시켜 전지격벽(20)를 구성하였을 때 전지격벽(20)의 두께와 대응되는 구조로 이루어져, 접합홀(23)에 고정핀(24)이 끼워진 상태에서 전지격벽(20)이 단위 전지에 밀착될 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 두 판재(21)의 결합력을 높일 수 있도록 상기 판재(21)의 접합홀(23)에 고정핀(24)이 끼워져 두 개의 판재(21)가 접한 상태에서 두 판재(21)의 접면을 초음파 용접함으로서 두 개의 판재(21)를 보다 강력하게 접합시킬 수 있게 된다.

여기서 본 실시예에 따르면 상기 돌기(22)는 도 4에 도시된 바와 같이 내부가 빈 구조로 이루어진다.

이러한 구조 이외에 본 전지 모듈의 또다른 실시예에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 돌기(22)는 내부가 판재(21)와 동일한 재질로 채워진 구조로 되어 있다.

상기한 구조로 되어 두 개의 판재(21)를 고정핀(24)으로 결합시키는 것만으로 두 판재(21)의 정렬상태가 맞춰져 용이하게 결합시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 도시되지는 않았으나 상기 돌기(22)는 위에서 설명한 형태 이외에 반구형태나 상단이 원형이나 사각형으로 된 원통이나 사각통 형태일 수 있으며 원뿔이나 삼각뿔 또는 사각뿔 등의 다각뿔형태로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 접합홀(23)과 고정핀(24) 또한 도시되지는 않았으나 그 형태에 있어서 한정되지 않으며, 예컨대 원형이외에 타원형이나 사각형 등의 다각형태로 이루어질 수 있다.

상기한 구조로 되어 두 개의 판재(21)를 결합시킴에 있어서 고정핀(24)을 접합홀(23)에 끼우는 것만으로 두 판재의 정렬상태가 맞춰져 용이하게 결합시킬 수 있게 된다.

한편, 도 6과 도 7은 본 전지 모듈의 또다른 실시예를 도시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 전지 모듈(10)은 다수의 단위 전지(11)와 상기 단위 전지(11) 사이에 설치되어 단위 전지 사이의 간격을 유지하고 냉각매체를 단위 전지 사이로 유통시키기 위한 전지격벽(20)이 연속 배열되어 전지 집합체를 이루는 구조로 되어 있다.

상기 전지격벽(20)은 두 개의 판재(21)로 이루어지며 상기 두 개의 판재(21)는 표면에 다수개의 돌기(22)가 일정간격을 두고 한 방향으로 돌출형성되며, 각 모서리에는 접합홀(23)이 관통형성되어 상기 접합홀에 끼워지는 고정핀(24)을 매개로 접합된 구조로 되어 있다.

그리고 상기 고정핀(24)은 상기 접합홀(23)보다 약간 큰 직경으로 이루어져 접합홀(23)에 억지 끼움식으로 끼워지며, 그 길이는 두 개의 판재(21)에 의해 형성되는 전지격벽(20)의 두께보다 크게 형성되어 전지격벽(20)의 외측으로 돌출되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 전지격벽(20)과 접하는 단위 전지(11)의 케이스(12) 전면에는 상기 고정핀(24)과 대응되는 위치에 전지격벽(20) 외측으로 소정 길이 돌출되는 고정핀(24)의 돌출된 선단이 끼워지는 홈(25)이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 각 판재(21)의 접합홀(23)에 고정핀(24)을 끼워 두 판재(21)를 결합시키게 되면 두 판재(21)가 고정핀(24)에 의해 접합되어 전지격벽(20)을 이루게 되고, 상기 고정핀(24)은 전지격벽(20)의 두께보다 그 길이가 길게 형성되어 있어서 일측 판재(21)의 외측으로 돌출된 상태가 된다.

따라서 상기 전지격벽(20) 외측으로 돌출된 고정핀(24)의 돌출된 선단을 상기 단위 전지(11)를 이루는 케이스(12)의 외측면에 형성된 홈(25)에 맞춰 삽입시킴으로서 간단히 단위 전지(11)와 전지격벽(20)의 위치를 정확히 맞출 수 있게 된다.

여기서 상기 전지격벽(20) 외측으로 돌출된 고정핀(24)의 선단은 단위 전지 케이스(12)의 홈으로 삽입됨으로서 고정핀(24)이 돌출되더라도 전지격벽(20)은 단위 전지(11)에 밀착될 수 있게 된다.

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 실시예에 따르면, 전지격벽을 용이하게 제작할 수 있으며, 전지격벽을 이루는 두 판재의 조립성을 높이고 접합불량을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 전지격벽과 단위 전지 상호간의 위치를 용이하게 맞출 수 있게 되어 모듈의 조립성을 높일 수 있게 된다.

이에 따라 단위 전지의 변형을 방지할 수 있고 열교환효율을 높일 수 있게 된다.

Claims

복수개의 단위 전지와,

표면에 돌기가 돌출형성되어 서로 접하는 두 개의 판재와, 상기 각 판재에 적어도 하나 이상 관통형성되는 접합홀과, 이 접합홀에 끼워져 양 판재를 결합시키는 고정핀을 포함하여 상기 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽

을 포함하는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 접합홀에 억지 끼움식으로 결합되는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 판재는 서로 돌기가 마주보는 상태로 놓여져 각 돌기가 접한 구조의 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 두 개의 판재는 용접으로 부착되는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 접합홀과 고정핀은 원형 또는 다각형태로 이루어지는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 접합홀은 상기 판재의 모서리에 형성되는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 전지격벽의 두께와 대응되는 길이로 형성되는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 전지격벽의 두께보다 더 길게 형성되어 전지격벽 외측으로 돌출되는 이차 전지 모듈.
제8 항에 있어서,

상기 단위 전지는 상기 고정핀과 대응되는 위치의 외측면에 고정핀의 선단이 삽입되는 홈이 형성되는 이차 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
표면에 다수개의 돌기가 돌출형성되어 돌기가 상호 접하도록 마주보고 놓여 지는 한 쌍의 판재와,

상기 각 판재의 서로 대응되는 위치에 관통 형성되는 접합홀,

상기 각 판재의 접합홀에 끼워져 판재를 결합하는 고정핀

을 포함하는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 접합홀에 억지 끼움식으로 결합되는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 두 개의 판재는 용접으로 부착되는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 접합홀과 고정핀은 원형 또는 다각형태로 이루어지는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 접합홀은 상기 판재의 모서리에 형성되는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 전지격벽의 두께와 대응되는 길이로 형성되는 이차 전지 모듈의 전지격벽.
제11 항에 있어서,

상기 고정핀은 상기 전지격벽의 두께보다 더 길게 형성되어 전지격벽 외측으로 돌출되는 이차 전지 모듈의 전지격벽.