KR100814853B1

KR100814853B1 - 전지 모듈

Info

Publication number: KR100814853B1
Application number: KR1020060120546A
Authority: KR
Inventors: 김태용
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: EP1928044B1; EP1928044A1; CN100544068C; JP5055090B2; JP2008140773A; CN101192653A; US20080131767A1; US8895181B2; DE602007002866D1

Abstract

본 발명은 이차 전지에 가해지는 외부힘을 완충시켜 상기 이차 전지를 보호하고 아울러 안전성을 확보할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 전극군을 수용하며 그 상부가 개방된 케이스와, 상기 케이스 상부에 배치되고 상기 케이스를 밀폐시키는 캡 조립체와, 상기 캡 조립체 상에 설치되는 제1 연결캡을 포함하며, 상기 제1 연결캡은 상기 캡 조립체에 고정되고 최외곽부에 적어도 하나의 절제부가 형성된 캡 베이스와, 상기 캡 베이스에서 상기 캡 조립체의 반대쪽 방향으로 돌출 형성되고 측면에 적어도 하나의 배기구를 가지는 덮개부를 포함한다.

전지 모듈, 이차 전지, 연결캡, 배기구, 절제부

Description

전지 모듈{Battery module}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 이차 전지의 단면 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 제1 연결캡과 고정구인 볼트의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 고정구로 너트가 적용된 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 제1 연결캡과 고정구의 분해 사시도이다.

도 5는 도 1에 도시된 이차 전지의 케이스 하부면에 제2 연결캡이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 복수개의 이차 전지가 연결된 전지 모듈의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조 부호의 설명>

100 : 전지 모듈 105 : 이차 전지

110 : 전극군 112 : 음극

113 : 세퍼레이터 114 : 양극

120 : 케이스 123 : 비딩부

125 : 크림핑부 132 : 음극탭

134 : 양극탭 140 : 캡 조립체

141 : 양성온도소자 142 : 안전벤트

143 : 전극캡 144 : 가스켓

160,260 : 제1 연결캡 162,262 : 제1 캡 베이스

163,263 : 제1 절제부 164,264 : 음각부

166,266 : 제1 덮개부 167.267 : 제1 배기부

170 : 볼트 270 : 너트

175 : 연결부재 360 : 제2 연결캡

본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지에 가해지는 외부힘을 완충시킬 수 있도록 개선된 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 전지 모듈은 수개에서 많게는 수십개의 이차 전지가 연결되어 형성된다. 상기 각 이차 전지(rechargeable batteries)는 화학에너지와 전기에너지간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다. 최근 휴대용 무선전자 제품들의 개발이 증가되고 있으며, 아울러 이들 제품들의 소형화 및 경량화를 위해, 에너지 밀도가 높은 이차 전지의 필요성도 증대되고 있다.

널리 사용되는 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 그리고 리튬 이차 전지 등이 있는데, 특히 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지의 작동 전압보다 3배나 높고, 더욱이 단위 중 량당 에너지 밀도도 높아 휴대용 전자 기기의 전원용으로 급속하게 신장되는 추세이다. 이러한 리튬 이차 전지는 다시 리튬이온이차전지, 리튬이온폴리머전지 및 리튬폴리머전지로 분류될 수 있다.

전형적인 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군(electrode assembly)과, 상기 전극군이 수용되는 공간을 가지는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 이러한 이차 전지는 전극군과 케이스 등의 형태에 따라 여러 가지 형상으로 제조될 수 있으며, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형 등이 있다.

상술한 구조를 가지는 이차 전지가 복수개 연결된 전지 모듈은 휴대용 전화기(cellular phone), 개인용 컴퓨터(personal computer) 및 캠코더(camcorder)와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기를 비롯하여 하이브리드 전기 자동차(hybrid electric vehicles) 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 전지 모듈에는 다양한 원인에 의해 발생한 외부힘이 가해질 수 있는데, 이와 같은 외부힘은 전지 모듈을 구성하는 각 이차 전지에 악영향을 미친다. 가령, 상기 외부힘에 의해 이차 전지의 케이스 등이 파손될 수 있고, 또한 상기 이차 전지 내부에 위치한 전극군이 파손되어 단락(short circuit)이 발생되기도 한다.

이에 본 발명은 전지 모듈을 구성하는 각 이차 전지에 가해지는 외부힘을 완충시켜 상기 이차 전지를 보호하고 아울러 안전성을 확보할 수 있는 전지 모듈을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 전극군을 수용하며 그 상부가 개방된 케이스와, 상기 케이스 상부에 배치되고 상기 케이스를 밀폐시키는 캡 조립체와, 상기 캡 조립체 상에 설치되는 제1 연결캡을 포함하며, 상기 제1 연결캡은 상기 캡 조립체에 고정되고 최외곽부에 적어도 하나의 절제부가 형성된 캡 베이스와, 상기 캡 베이스에서 상기 캡 조립체의 반대쪽 방향으로 돌출 형성되고 측면에 적어도 하나의 배기구를 가지는 덮개부를 포함한다.

상기 제1 연결캡은 상기 덮개부에 서로 이웃하는 적어도 한 쌍의 배기구를 포함하고, 상기 캡 베이스의 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에 형성될 수 있다. 상기 캡 베이스의 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에서 어느 한쪽으로 치우쳐 형성될 수 있다. 상기 배기구가 복수개 구비되고, 상기 절제부는 상기 배기구와 동일한 개수로 형성되고, 상기 각 절제부는 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에서 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성될 수 있다. 상기 제1 연결캡에서 상기 배기구와 상기 절제부 사이의 최단 거리는 0.6mm ~ 3.5mm 범위에 속하도록 형성될 수 있다.

상기 캡 베이스는 상하 관통된 환상(環狀)으로 이루어지며, 상기 덮개부는 상기 캡 베이스의 안쪽 가장자리로부터 돌출 형성될 수 있다.

상기 덮개부에는 4개의 배기구가 형성되고, 상기 캡 베이스에는 4개의 절제부가 각각 상기 4개의 배기구들 중 서로 이웃하는 배기구들 사이에서 전부 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성될 수 있다.

상기 캡 베이스는 상기 캡 조립체 상에 레이저 용접 또는 저항 용접에 의하여 고정될 수 있다.

상기 전지 모듈은 상기 덮개부의 내측 공간에 배치되는 고정구를 더욱 포함할 수 있다. 상기 고정구는 볼트 또는 너트일 수 있다. 상기 고정구는 상기 덮개부의 내측 상부면에 용접에 의해 고정될 수 있다.

상기 전지 모듈은 상기 케이스 하부면에 설치되는 제2 연결캡을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 연결캡은 상기 케이스 하부면에 고정되고 최외곽부에 적어도 하나의 제2 절제부를 가지는 제2 캡 베이스와, 상기 제2 캡 베이스에서 상기 케이스 하부면의 반대쪽 방향으로 돌출 형성되고 측면에 적어도 하나의 제2 배기구를 가지는 제2 덮개부를 포함할 수 있다.

상기 제2 연결캡은 상기 제2 덮개부에 서로 이웃하는 적어도 한 쌍의 제2 배기구를 포함하고, 상기 제2 캡 베이스의 제2 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에 형성될 수 있다. 상기 제2 캡 베이스의 제2 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에서 어느 한쪽으로 치우쳐 형성될 수 있다. 상기 제2 배기구가 복수개 구비되고, 상기 제2 절제부는 상기 제2 배기구와 동일한 개수로 형성되고, 상기 각 제2 절제부는 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에서 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성될 수 있다. 상기 제2 연결캡에서 상기 제2 배기구와 상기 제2 절제부 사이의 최단 거리는 0.6mm ~ 3.5mm 범위에 속하도록 형성될 수 있다.

상기 전지 모듈은 상기 제2 덮개부의 내측 공간에 배치되는 고정구를 더욱 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 "당업자"라고 함)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 이차 전지(105)의 단면 사시도이다. 본 실시예에 적용되는 이차 전지(105)는 리튬 이온 이차 전지이며, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 리튬 이온 이차 전지로 형성된 전지 모듈에 한정되는 것은 아니다. 또한 이차 전지(105)는 원통형 이차 전지뿐만 아니라 각형 또는 파우치형 이차 전지로도 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 전지 모듈은 크게 전극군(110), 케이스(120) 및 캡 조립체(140) 등을 포함하는 이차 전지(105)와, 이차 전지(105)와 이에 인접한 이차 전지(미도시)를 연결하기 위한 제1 연결캡(160)을 포함한다.

이차 전지(105)의 전극군(110)은 집전판에 음극 활물질이 부착된 음극(112)과, 집전판에 양극 활물질이 부착된 양극(114)과, 음극(112) 및 양극(114)의 사이에 배치되어 이들의 단락(short-circuit)을 방지하는 세퍼레이트(113)를 포함한다.

더욱 상세히 살펴보면, 음극(112)은 구리판 등과 같은 집전체 상에 음극 활물질용 분말과 음극 바인더 및 결합제 등을 혼합한 슬러리 형태의 활물질층을 코팅하여 제조된다. 여기서, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연성 카본, 비흑연성 카본, 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어질 수 있다. 그리고 음극(112)에는 음극탭(132)이 결합되고, 이 음극탭(132)은 케이스(120) 내부 바닥면에 접촉한다. 이로 인해 케이스(120)는 음극 단자의 역할을 수행하게 된다. 물론 음극탭(132)을 대신하여 음극 집전판(미도시)이 음극(112)과 연결되도록 구성될 수 있음은 당업자에게 자명한 일이다.

양극(114)은 알루미늄판 등과 같은 집전체에 양극 활물질용 분말과 양극 바인더 및 양극 도전성 첨가제 등을 혼합한 슬러리 형태의 활물질 층을 균일하게 코팅하여 제조된다. 여기서 상기 양극 활물질로는 LiCoO₂, LiMnO₂, LiNiO₂, LiCrO₂, 또는 LiMn₂O₄와 같은 리튬 금속 산화물들이 사용될 수 있다. 그리고 양극(114)에는 양극탭(134)이 결합되고, 이 양극탭(134)은 양극(114)으로부터 인출되어 캡 조립체(140)의 안전벤트(142)에 접촉한다. 물론 양극(114)에도 양극탭(134)을 대신하여 양극 집전판(미도시)이 연결되도록 구성될 수 있다. 이 경우 양극 집전판의 리드탭(미도시)이 캡 조립체(140)에 연결된다.

세퍼레이터(113)는 음극(112)과 양극(114)을 분리시키고, 리튬 이온의 이동통로를 제공한다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴 리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.

이러한 전극군(110)은 음극(112), 세퍼레이터(113) 및 양극(114)을 순차적으로 적층하고 이것의 일단에 중심막대(도시되지 않음)를 결합한 후 대략 원통 형태로 감음으로써 완성된다. 완성된 전극군(110)은 케이스(120)에 삽입되고, 상기 중심막대는 전극군(110)으로부터 분리된다. 이 중심막대의 분리로 인해 발생된 중공부에는 센터핀(도시되지 않음)이 삽입될 수 있다. 이 센터핀은 이차 전지(105)의 충, 방전 중 발생할 수 있는 전극군(110)의 변형을 예방하기 위한 것으로, 통상 중공의 원기둥 형상으로 제작된다. 이러한 센터핀은 철, 구리, 니켈, 니켈합금 등 다양한 금속에 의해 형성될 수 있으며, 나아가 폴리머에 의해 형성될 수도 있다.

한편, 상술한 전극군(110)의 상, 하측에는 상부 및 하부 절연 플레이트(138, 136)가 각각 설치되어, 전극군(110)과 케이스(120)간에 불필요한 전기적 쇼트를 방지한다.

케이스(120)는 대략 원통 형태로 내부에 전극군(110)이 수용되는 공간을 구비하고 있다. 케이스(120)의 상부는 개방되어 있으며, 이를 통해 전극군(110)이 케이스(120) 내로 삽입될 수 있다. 그리고 케이스(120)의 개방된 상부에는 캡 조립체(140)가 결합되어 이 케이스(120)를 밀폐시키게 되는데, 케이스(120)와 캡 조립체(140)의 결합 과정에서 케이스(120)에는 비딩부(123)와 크림핑부(125)가 형성된다. 케이스(120)의 내부로는 전해액(도시되지 않음)이 주입되며, 이는 충전 및 방 전 시 음극(112) 및 양극(114)에서 전기화학적 반응에 의해 생성된 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다.

캡 조립체(140)는 전극캡(143)과, 양성온도소자(positive temperature coefficient element, 141)와, 안전벤트(142)와, 가스켓(144) 등을 포함하며, 개방된 케이스(120)의 상부에 설치되어 케이스(120)를 밀폐시킨다.

가스켓(144)은 전극캡(143), 양성온도소자(141) 및 안전벤트(142)의 둘레를 감싸도록 케이스(120)와 상기 구성물들 사이에 배치되어, 이들을 케이스(120)와 절연하는 역할을 맡고 있다.

안전벤트(142)의 하부면에는 양극(114)으로부터 인출된 양극탭(134)이 용접 등에 의해 고정된다. 안전벤트(142)는 이차 전지(105) 내부의 압력이 기설정된 값 이상으로 커지게 되면 상부쪽으로 반전되어, 양극(114)과의 전기적 연결이 차단된다. 본 실시예는 안전벤트(142)와 양극탭(134)이 직접 연결된 구조이나, 안전벤트(142) 하부에 절연부재(미도시) 및 캡 플레이트(미도시)가 순차적으로 더 적층되고, 이 캡 플레이트에 양극탭(134)이 결합되는 구조로 형성될 수 있음은 당업자에게 자명한 일이다.

양성온도소자(141)는 안전벤트(142)의 상부에 연결된다. 이러한 양성온도소자(141)는 일정 온도를 넘으면 전기저항이 거의 무한대까지 커지는 장치로서, 이차 전지(105)가 정해진 값 이상의 온도가 되었을 때, 충전 및 방전 전류의 흐름을 정지시킬 수 있다. 다만, 이차 전지(105)의 온도가 정해진 값 이하로 내려가면 양성온도소자(141)의 전기저항은 다시 작아지므로, 이차 전지(105)는 제 기능을 회복할 수 있다.

본 실시예에 따른 전지 모듈은 상술한 안전벤트(142) 및 양성온도소자(141) 이외에도 과충전, 과방전, 과열 및 이상전류 등을 방지하기 위해 별도의 안전 수단을 더욱 구비할 수 있다.

전극캡(143)은 양성온도소자(141)의 상부에 연결되어, 전류를 외부로 인가하는 양극 단자로서의 역할을 맡고 있다. 그리고 전극캡(143)의 측면에는 안전벤트(142)의 파단 시 이차 전지(105) 내부의 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 하는 디개싱홀(degassing hole, 143a)이 형성될 수 있다.

제1 연결캡(160)은 제1 절제부(163)가 형성된 제1 캡 베이스(162)와, 제1 배기구(167)가 형성된 제1 덮개부(166)를 포함하고 있으며, 용접에 의해 전극캡(143)에 고정된다. 그리고 제1 덮개부(166)에는 고정구인 볼트(170)가 설치된다.

제1 연결캡(160) 및 고정구는 아래에서 언급되는 제2 연결캡(360, 도 5 참조) 및 연결부재(175, 도 6 참조)와 함께 복수개의 이차 전지를 연결하기 위해 사용된다. 이러한 제1 연결캡(160) 및 고정구에 대해서는 도 2를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.

도 2는 도 1에 도시된 제1 연결캡(160)과 고정구인 볼트(170)의 분해 사시도이다. 도 2에서 보듯이, 제1 연결캡(160)의 제1 캡 베이스(162)는 상하 관통된 환상으로 이루어지며, 그 최외곽부에 대략 반원 형상의 절제부들(163)이 형성된다. 그리고 제1 캡 베이스(162)는 전극캡(143, 도 1 참조) 상에 저항 용접 또는 레이저 용접에 의하여 결합된다. 제1 캡 베이스(162)에는 용접용 단자가 삽입될 수 있는 제1 음각부(164)가 형성될 수 있다.

제1 연결캡(160)의 제1 덮개부(166)는 제1 캡 베이스(162)의 안쪽 가장자리로부터 돌출 형성된다. 이때 제1 덮개부(166)는 제1 캡 베이스(162)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재로 제작된 제1 덮개부(166)가 제1 캡 베이스(162)에 연결될 수도 있다. 그리고 제1 덮개부(166)의 측면부에는 4개의 배기구들(167)이 형성된다. 제1 배기구(167)는 상술한 전극캡(143, 도 1 참조)에 형성된 디개싱홀(143a)과 마찬가지로 안전벤트(142)의 파단 시 이차 전지(105) 내부의 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 한다.

본 실시예에서 제1 절제부(163)는 4개가 형성되고, 각 제1 절제부(163)는 4개의 제1 배기구들(167) 중 이웃하는 제1 배기구들(167) 사이에 형성된다. 좀 더 구체적으로 살펴보면 각 제1 절제부(163)는 4개의 제1 배기구들(167) 중 서로 이웃하는 제1 배기구들(167) 사이에서 전부 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성된다. 즉, 4개의 제1 배기구(167)와 4개의 제1 절제부(163)가 각각 하나씩 짝을 이루어 형성된다. 이때 짝을 이루는 한 쌍의 제1 배기구(167)와 제1 절제부(163) 사이의 최단 거리(d1)는 이차 전지(105)의 용량 및 크기에 따라 적절하게 형성될 수 있으며, 대략 0.6mm ~ 3.5mm 범위가 되도록 형성된다.

따라서 복수개의 이차 전지로 구성된 전지 모듈에 외부힘이 가해질 때, 이웃하는 한 쌍의 제1 배기구들(167) 사이에 어느 한쪽으로 치우쳐진 제1 절제부(163)와 이 제1 절제부(163)와 가장 가까운 배기구(167) 사이의 거리(d1)는 작으므로, 이 부분에 응력이 집중될 수 있고 이로 인해 제1 절제부(163)와 이 제1 절제 부(163)와 가장 가까이 있는 배기구(167) 사이에서 우선적으로 파손이 발생될 수 있다. 즉, 외부힘이 가해질 때 짝을 이루는 제1 배기구(167)와 제1 절제부(163) 사이가 우선적으로 파손되고, 이러한 완충작용으로 인해 이차 전지(105)로 전달되는 외부힘을 최소화할 수 있게 된다.

한편, 제1 덮개부(166)의 내측에는 고정구가 배치된다. 본 실시예에서 상기 고정구로는 볼트(170)가 사용된다. 볼트(170)의 머리부(170a)는 제1 덮개부(166)의 내측 상부면에 용접 또는 압입 등의 방법으로 고정된다. 그리고 머리부(170a)에 일체로 연결된 몸통부(170b)는 제1 덮개부(166)의 상부면에 형성된 개구부(168)를 관통한다.

복수개의 이차 전지(105)가 전지 모듈(100, 도 6 참조)을 형성할 때, 이웃하는 이차 전지들(105)의 각 볼트(170)에는 연결부재(175, 도 6 참조)가 결합되고, 이 연결부재(175)는 볼트(170)와 체결되는 고정 너트(190, 도 6 참조)에 의해 상기 이웃하는 이차 전지들(105)에 고정된다. 이로써 상기 이웃하는 이차 전지들(105)은 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 덮개부(166)의 내측에는 고정구로 너트(270)가 고정될 수도 있다. 너트(270)는 제1 덮개부(166)의 내측 상부면에 용접 또는 압입 등의 방법으로 고정된다. 이때 제1 덮개부(166)의 개구부(168) 중심은 너트(270)의 홈(270a) 중심과 동일한 수직선상에 위치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 제1 연결캡(260)과 고정구(170)의 분해 사시도이다. 이를 참조하면, 제1 연결캡(260)의 제1 캡 베 이스(262)는 상하 관통된 환상으로 이루어지며, 그 최외곽부에 대략 반원 형상의 제1 절제부들(263)이 형성된다. 그리고 제1 캡 베이스(262)는 전극캡(143, 도 1 참조) 상에 저항 용접 또는 레이저 용접에 의하여 결합된다. 제1 캡 베이스(262)에는 용접용 단자가 삽입될 수 있는 제1 음각부(264)가 형성될 수 있다.

제1 연결캡(260)의 제1 덮개부(266)는 제1 캡 베이스(262)의 안쪽 가장자리로부터 돌출 형성된다. 이때 제1 덮개부(266)는 제1 캡 베이스(262)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재로 제작된 제1 덮개부(266)가 제1 캡 베이스(262)에 연결될 수도 있다. 그리고 제1 덮개부(266)의 측면부에는 4개의 제1 배기구들(267)이 형성된다. 제1 배기구(267)는 상술한 전극캡(143, 도 1 참조)에 형성된 디개싱홀(143a)과 마찬가지로 안전벤트(142)의 파단 시 이차 전지(105) 내부의 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 한다.

본 실시예에서 제1 캡 베이스(262)의 제1 절제부(263)는 4개가 형성되고, 각 제1 절제부(263)는 한 쌍의 제1 배기구들(267) 사이에 형성된다. 각 절제부(263)의 중심부는 이웃하는 배기구들(267) 사이 공간의 중심부와 동일선상에 위치할 수 있다. 그리고 절제부(263)와 이에 이웃하는 배기구들(267) 각각과의 최단 거리(d2)는 동일한 값을 가지며, 이는 이차 전지(105)의 용량 및 크기에 따라 적절하게 형성될 수 있다. 예컨대 최단 거리(d2)는 대략 0.6mm ~ 3.5mm 범위가 되도록 형성될 수 있다.

따라서 복수개의 이차 전지로 구성된 전지 모듈에 외부힘이 가해질 때, 제1 배기구(267)과 제1 절제부(263) 사이의 거리(d2)는 작으므로, 이 부분에 응력이 집 중될 수 있고 이로 인해 제1 절제부(263)와 제1 배기구(267) 사이에서 우선적으로 파손이 발생될 수 있다. 즉, 외부힘이 가해질 때 제1 배기구(267)와 제1 절제부(263) 사이가 우선적으로 파손되고, 이러한 완충작용으로 인해 이차 전지(105)로 전달되는 외부힘을 최소화할 수 있게 된다.

도 5는 도 1에 도시된 이차 전지(105)의 케이스(120) 하부면에 제2 연결캡(360)이 결합된 상태를 나타낸 도면이다. 제2 절제부(363)를 구비한 제2 캡 베이스(362)와, 제2 배기구(367)를 구비한 제2 덮개부(366)를 포함하는 제2 연결캡(360)은 상기한 제1 연결캡(160)의 구성과 동일 또는 유사하게 형성된다. 다만, 제2 연결캡(360)의 캡 베이스(362)가 이차 전지(105)의 케이스(120) 하부면에 고정된다는 점에서 약간의 차이가 있을 뿐이다. 그리고 제2 연결캡(360)의 제2 덮개부(366) 내측에는 고정구인 볼트(170)가 고정된다. 물론, 제2 덮개부(366) 내측에 너트(270, 도 3 참조)가 고정될 수도 있다. 이러한 제2 연결캡(360)은 상술한 제1 연결캡(160)과, 고정구와, 후술하는 연결부재(175, 도 6 참조)와 함께 복수개의 이차 전지를 연결하기 위해 사용된다.

도 6은 복수개의 이차 전지(105)가 연결된 전지 모듈(100)의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 이웃하는 두개의 이차 전지들(105)은 서로 엇갈리게 배열된다. 즉 어느 한 이차 전지(105)의 제1 연결캡(160)과, 이 이차 전지(105)에 이웃하는 이차 전지(105)의 제2 연결캡(360)이 동일한 방향을 향하도록 하여 반경 방향으로 나란히 배열된다. 이후 제1 연결캡(160)과 제2 연결캡(360) 상에 연결부재(175)가 배치된다.

연결부재(175)는 이차 전지들(105)을 연결하는 도전체로서, 다양한 형상으로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 사각평판 형상을 가진다. 그리고 연결부재(175)의 양쪽 가장자리에는 제1 및 제2 관통공(175a)이 형성된다.

제1 및 제2 관통공(175a)에는 제1 및 제2 연결캡(160,360)에 설치된 볼트(170)가 삽입된다. 이후 연결부재(175)는 볼트(170)와 체결되는 고정 너트(190)에 의하여 제1 및 제2 연결캡(160,360)에 고정된다.

이와 같은 구성을 가지는 전지 모듈(100)은 제1 및 제2 연결캡(160,360)의 각 배기구와 절제부 사이에 응력을 집중시킬 수 있으므로, 외부힘에 의해 이차 전지들(105)이 파손되거나, 단락이 발생되는 것을 예방할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 여러 가지 형태의 실시예로 구현될 수 있는데, 상기 실시예들은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것이지 본 발명을 상기 실시예로 한정하려고 하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 제1 및 제2 연결캡에 응력이 집중될 수 있는 구조로 형성되기 때문에, 전지 모듈을 구성하는 각 이차 전지에 가해지는 외부힘을 완충시킬 수 있다. 따라서 전지 모듈에 가해지는 외부힘에 의해 이차 전지가 파손되는 것을 막을 수 있으며, 아울러 전극군의 파손을 방지하여 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 이차 전지의 파손 및 단락 발생으로 인한 이차 전지의 폭발은 물론 더 나아가 이차 전지가 적용된 기기의 화재를 예방하여 안전성을 확보할 수 있다.

Claims

전극군을 수용하며, 그 상부가 개방된 케이스;

상기 케이스 상부에 배치되고, 상기 케이스를 밀폐시키는 캡 조립체; 및

상기 캡 조립체 상에 설치되는 제1 연결캡

을 포함하며,

상기 제1 연결캡은

상기 캡 조립체에 고정되고, 최외곽부에 적어도 하나의 절제부가 형성된 캡 베이스와,

상기 캡 베이스에서 상기 캡 조립체의 반대쪽 방향으로 돌출 형성되고, 측면에 적어도 하나의 배기구를 가지는 덮개부를 포함하는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 연결캡은 상기 덮개부에 서로 이웃하는 적어도 한 쌍의 배기구를 포함하고,

상기 캡 베이스의 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에 형성되는 전지 모듈.
제 2 항에 있어서,

상기 캡 베이스의 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에서 어 느 한쪽으로 치우쳐 형성되는 전지 모듈.
제 2 항에 있어서,

상기 배기구가 복수개 구비되고,

상기 절제부는 상기 배기구와 동일한 개수로 형성되고, 상기 각 절제부는 서로 이웃하는 한 쌍의 배기구 사이에서 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성되는 전지 모듈.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 연결캡에서 상기 배기구와 상기 절제부 사이의 최단 거리는 0.6mm ~ 3.5mm 범위에 속하는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 캡 베이스는 상하 관통된 환상(環狀)으로 이루어지며, 상기 덮개부는 상기 캡 베이스의 안쪽 가장자리로부터 돌출 형성되는 전지 모듈.
제 6 항에 있어서,

상기 덮개부에는 4개의 배기구가 형성되고, 상기 캡 베이스에는 4개의 절제부가 형성되고, 상기 각 절제부는 상기 4개의 배기구들 중 서로 이웃하는 배기구들 사이에서 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성되는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 캡 베이스는 상기 캡 조립체 상에 레이저 용접 또는 저항 용접에 의하여 고정되는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 덮개부의 내측 공간에 배치되는 고정구를 더욱 포함하는 전지 모듈.
제 9 항에 있어서,

상기 고정구는 볼트 또는 너트인 전지 모듈.
제 9 항에 있어서,

상기 고정구는 상기 덮개부의 내측 상부면에 용접에 의해 고정되는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 케이스 하부면에 설치되는 제2 연결캡을 더 포함하며,

상기 제2 연결캡은

상기 케이스 하부면에 고정되고, 최외곽부에 적어도 하나의 제2 절제부를 가지는 제2 캡 베이스와,

상기 제2 캡 베이스에서 상기 케이스 하부면의 반대쪽 방향으로 돌출 형성되고, 측면에 적어도 하나의 제2 배기구를 가지는 제2 덮개부를 포함하는 전지 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 제2 연결캡은 상기 제2 덮개부에 서로 이웃하는 적어도 한 쌍의 제2 배기구를 포함하고,

상기 제2 캡 베이스의 제2 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에 형성되는 전지 모듈.
제 13 항에 있어서,

상기 제2 캡 베이스의 제2 절제부는 상기 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에서 어느 한쪽으로 치우쳐 형성되는 전지 모듈.
제 13 항에 있어서,

상기 제2 배기구가 복수개 구비되고,

상기 제2 절제부는 상기 제2 배기구와 동일한 개수로 형성되고, 상기 각 제2 절제부는 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 배기구 사이에서 같은 쪽 방향으로 치우쳐 형성되는 전지 모듈.
제 13 항에 있어서,

상기 제2 연결캡에서 상기 제2 배기구와 상기 제2 절제부 사이의 최단 거리는 0.6mm ~ 3.5mm 범위에 속하는 전지 모듈.
제 16 항에 있어서,

상기 제2 덮개부의 내측 공간에 배치되는 고정구를 더욱 포함하는 전지 모듈.