KR100949333B1

KR100949333B1 - 전지 모듈

Info

Publication number: KR100949333B1
Application number: KR1020070114935A
Authority: KR
Inventors: 한대원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2010-03-26
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: US20090123820A1; KR20090048860A; US8329331B2

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 외측으로 돌출된 전극단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지와 상기 전극단자를 삽입하며 일측에 틈새가 형성된 장착부들과 상기 장착부들을 연결하며 상기 틈새를 사이에 두고 이격 배열된 이음부들을 포함하는 연결부재, 및 상기 이음부들을 가압하여 상기 이음부들 사이의 간극을 좁히는 가압부재를 포함할 수 있다.

이차 전지, 캡 플레이트, 밀봉 강화부, 탄성 변형 돌기

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}

본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위전지를 체결하는 구조를 개선하여 조립성을 향상시키고 저항을 감소시킨 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 이차 전지는 통상 양극과 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터를 개재하여 이를 와류 형상으로 감은 전극군을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 결합하여 구성된다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈을 구성한다.

또한, 하나의 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 "전지 모듈"이라 한다.)로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.

각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈을 구성하기 위해서 각 단위전지의 캡 조립체 외측으로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열한다, 그리고 나사가공된 양극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자에 너트를 매개로 이음부를 연결 설치하여 연결하는 구조가 알려져 있다.

즉, 각 전극단자는 수나사로 이루어지고, 각 전극단자에 일차적으로 너트가 체결되어 단자를 캡 조립체 상에 고정하며, 너트 위에 일측 단위전지의 양극단자와 다음 단위전지의 음극단자를 전기적으로 연결하는 이음부가 끼워지고 상기 이음부 위에 다시 너트가 체결되어 이음부를 고정하는 구조로 된다.

그런데 상기한 종래의 구조는 이음부를 설치하는데 시간이 많이 걸리고, 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 이음부가 전극단자와 직접 연결되기 보다는 이음부가 너트를 매개로 단자와 연결되므로 연결 부위에서 접촉 저항이 발생하는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극단자들을 용이하게 연결할 수 있을 뿐만 아니라, 연결부재에서 발생하는 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 외측으로 돌출된 전극단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지와 상기 전극단자를 삽입하며 일측에 틈새가 형성된 장착부들과 상기 장착부들을 연결하며 상기 틈새를 사이에 두고 이격 배열된 이음부들을 포함하는 연결부재, 및 상기 이음부들을 가압하여 상기 이음부들 사이의 간극을 좁히는 가압부재를 포함할 수 있다.

상기 이음부들에는 관통 홀이 형성될 수 있으며, 상기 가압부재는 상기 관통 홀에 끼워지는 볼트와 상기 볼트와 나사결합하는 너트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 이음부에는 상기 너트가 끼워지는 너트 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 장착부의 내주에는 복수 개의 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 돌기는 상기 장착부의 높이 방향으로 이어져 형성되며, 복수 개가 상기 장착부의 내주를 따라 이격 배열될 수 있다.

상기 연결부재는 외형을 이루는 몸체와 상기 몸체의 내부에 밀착 설치된 도전체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 몸체는 전기적인 절연체로 이루어질 수 있다.

상기 도전체는 장착부에 밀착된 장착부 도전판과 상기 이음부에 밀착된 이음 부 도전판을 포함하고, 상기 장착부 도전판에는 탄성 변형 돌기가 형성될 수 있다.

또한, 상기 탄성 변형 돌기는 연결부재의 높이 방향으로 이어져 형성될 수 있으며, 상기 탄성 변형 돌기는 복수 개가 상기 장착부 내주면을 따라 이격 배열될 수 있다.

상기 이음부의 바깥 면에는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 클립 형상의 상기 가압부재가 설치될 수 있다. 또한, 상기 가압부재는 베이스와 상기 베이스의 양단에서 절곡 형성되며 상기 홈에 끼워져 상기 이음부를 내측으로 가압하는 지지부를 포함할 수 있다.

상기 지지부에서 상기 홈과 맞닿는 면에는 돌기가 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌기는 상기 지지부의 폭 방향을 따라 이어져 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지부는 상기 베이스에서 직각으로 절곡될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈은 충전과 방전을 되풀이하는 단위 전지들과, 상기 단위 전지들을 전기적을 연결하며, 상기 단위 전지에 형성된 단자들을 삽입하는 관통 홀들과 상기 관통 홀들을 연결하는 간극이 형성된 연결부재, 및 상기 관통 홀의 내면이 상기 전극 단자의 외면에 밀착되도록 상기 연결부재의 외면을 가압하는 가압부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 장착부에 전극단자를 끼우고 가압부재를 설치하는 것 만으로 단위전지들을 전기적으로 연결할 수 있으므로 조립공정이 단순화되어 생산성이 향상된다.

또한, 가압부재가 설치되어 이음부 사이의 간극을 좁히므로 장착부의 내주면이 전극단자에 밀착될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 장착부의 내주에 복수 개의 돌기가 형성되어 돌기들이 장착부에 밀착되므로 연결부재와 전극단자 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 연결부재는 절연체로 이루어진 몸체와 몸체 내에 밀착된 도전체를 포함하여 조립 작업시의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도전체에는 탄성 변형돌기가 형성되고, 가압부재로 인하여 돌기가 탄성 변형되어 전극단자에 밀착 될 수 있는 바, 이에 따라 전극단자와 연결부재 사이의 접촉 저항을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 클립 형상의 가압부재가 연결부재에 설치되어 연결부재를 더욱 용이하게 설치할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수 개의 단위전지들(10)과 단위전지들(10)을 전기적으로 연결하는 연결부재(20)를 포함한다.

단위전지들(10)은 각형(prismatic)으로 이루어진 케이스(18)와 케이스(18)의 상단에 형성된 개구에 결합된 캡 플레이트(17)를 포함한다.

본 실시예에서는 각형으로 이루어진 단위전지(10)를 예로서 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단위전지는 원통형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

캡 플레이트(17)에는 단위전지(10)의 내부 압력이 상승할 경우 개방되는 벤트부(15)가 형성되며, 단위전지(10)의 내부에 위치하는 전극군(미도시)과 전기적으로 연결된 양극단자(12)와 음극단자(13)를 포함하는 전극단자(12, 13)가 캡 플레이트(17)의 상면으로 돌출된다.

단위 전지들(10)은 전극단자(12, 13)가 전극단자(12,13)가 상부를 향하는 상태로 일정 간격을 두고 배치되며 일측 단위전지(10)의 캡 플레이트(17) 상부로 돌출된 양극단자(12) 및 음극단자(13)가 이웃하는 단위전지(10)의 양극단자(12) 및 음극단자(13)와 엇갈리도록 교차 배열된다.

또한, 상기 단위전지들(10) 사이에는 전지 모듈(100)의 냉각을 위하여 냉매의 유동 통로가 되는 격벽(미도시)이 설치될 수 있다.

상기한 구조의 전지 모듈(100)에 있어서, 각 단위전지(10)를 직렬로 연결시키기 위하여 이웃하는 단위전지(10)간의 양극단자(12)와 음극단자(13)를 전기적으로 연결시키는 연결부재(20)가 설치된다. 연결부재(20)는 도전체로 이루어지며, 이웃하는 전극단자(12, 13)를 끼움하여 이들을 전기적으로 연결한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연결부재와 가압부재를 도시한 절개 사시도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 연결부재(20)는 전극단자(12, 13)가 끼워지는 관통 홀(21)이 형성된 장착부들(25)와 장착부들(25)을 연결하는 이음부(connecting part)(22)을 포함한다.

장착부(25)는 연결부재의 양측 가장자리에 각각 형성되며, 장착부들(25)에는 서로 마주하는 방향으로 틈새(21a)가 형성된다. 그리고 이음부(22)는 틈새의 양쪽 단부에서 장착부들(25)을 연결하도록 설치되는데, 두 개의 이음부(22)가 이격되어서 이음부들(22) 사이에는 간극(23)이 형성된다. 이러한 간극(23)은 이웃하는 장착부(25)의 틈새(21a)가 서로 연통되도록 한다. 이에 따라 간극(23)과 관통 홀(21)이 형성하는 공간의 횡단면은 대략 아령 형상으로 이루어진다.

한편, 이음부(22)에는 이음부들(22)을 내측으로 가압하는 가압부재(24, 도 3에 도시)가 설치되는데, 가압부재(24)는 볼트(26)와 너트(27)로 이루어진다.

이음부(22)에는 나사 가공된 홀(28)이 형성되고, 이 홀(28)에는 볼트(26)가 나사 결합된다. 볼트(26)의 머리가 설치되는 위치하는 이음부(22)와 마주하는 이음부(22)에는 너트 홈(28a)이 형성되는데, 이 너트 홈(28a)에는 너트(27)가 끼워진다. 너트(27)는 볼트(26)와 나사 결합되어 볼트(26)를 타측에서 지지하는 역할을 한다.

도 3을 참조하면, 볼트(26)를 조일수록 볼트(26)와 너트(27)가 이음부(22)를 내측으로 가압하여 점선으로 도시한 바와 같이 간극(23) 및 틈새(21a)가 좁아지게 된다.

틈새(21a)가 좁아지면 장착부(25)가 휘어지면서 전극단자(12, 13)의 외주면에 밀착되며, 이에 따라 장착부(25)와 전극단자들(12, 13)이 대면적으로 접촉할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 전극단자들(12, 13)을 연결부재(20)에 끼우고, 연결부재(20)에 가압부재(24)를 설치하는 것 만으로 단위전지들(10)을 안정적으로 연결할 수 있다. 따라서 연결부재(20)를 설치하는 작업이 간소화되어 생산성이 향상된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재 및 가압부재를 도시한 절개 사시도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연결부재(30)는 관통 홀(21)에 형성된 돌기(35)를 포함한다. 돌기(35)의 형성을 제외하고는 상기한 제1 실시예의 연결부재(20)와 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.

관통 홀(21)에 형성된 돌기들(35)은 관통 홀(21)의 높이 방향을 따라 이어져 형성된다. 바람직하게는 관통 홀(21)의 상단에서 하단까지 이어져 형성된다. 또한 돌기들(35)은 관통 홀(21)의 내주를 따라 소정 간격으로 이격 배열된다.

이와 같이 관통 홀(21)에 돌기(35)가 형성되면, 가압부재(24)가 이음부(22)를 가압하여 간극(23)이 축소될 때, 돌기들(35)이 전극단자(12, 13)의 외주면에 밀 착되어 전극단자(12, 13)와 장착부(25)의 접촉이 더욱 안정화된다.

가압부재(24)가 이음부(22)를 가압하면 틈새(21a)가 축소되면서 관통 홀(21)의 횡단면 형상이 변하게 되는데, 이 때, 관통 홀(21)의 형상이 불규칙하게 변화하면 장착부(25)와 전극단자(12, 13)가 제대로 접촉하지 못하는 문제가 발생한다.

그러나 본 실시예와 같이 관통 홀(21)의 내면에 복수개의 돌기(35)를 형성하면, 돌기들(35)이 전극단자(12, 13)에 밀착되어 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있다.

본 실시예에 따른 몸체(29)는 전기적인 절연체로 이루어지는 바, 이에 따라 연결부재(40)를 설치하는 과정에서 감전 등의 사고를 예방할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연결부재 및 가압부재를 도시한 사시도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연결부재(40)는 관통 홀(21)과 관통 홀(21)을 연결하는 간극(23)이 형성된 몸체(29)와 몸체(29)의 내면에 밀착된 도전체(50)를 포함한다.

본 실시예에 따른 연결부재(40)는 도전체(50)가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도전체(50)는 관통 홀(21)의 내주면에 밀착되는 장착부 도전판(53)과 이음부(22)에 밀착되는 이음부 도전판(52)을 포함한다. 장착부 도전판(53)과 이음부 도전판(52)은 이어져 형성되며, 따라서 도전체(50)는 대략 띠 형상을 이룬다.

장착부 도전판(53)에는 복수 개의 탄성 변형 돌기(53a)가 관통 홀(21)의 내주를 따라 이격 배열되는데, 탄성 변형 돌기(53a)는 관통 홀(21)의 높이 방향을 따라 이어져 리브(rib) 형상을 이룬다.

상기한 탄성 변형 돌기(53a)는 얇은 판에 형성되어 외부에서 작용하는 힘에 의하여 용이하게 탄성 변형할 수 있다. 가압부재(24)에 의하여 간극(23)이 축소되는 과정에서 탄성 변형 돌기(53a)는 변형되어 전극 단자(12, 13)에 밀착될 수 있으며, 이에 따라 연결부재(40)와 전극단자(12, 13) 사이의 접촉면적이 확대되어 접촉저항으로 인하여 전지 모듈의 출력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연결부재 및 가압부재를 도시한 사시도이다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연결부재(60)는 외주면에 형성된 홈(65)을 포함한다.

외주면에 홈(65)이 형성된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 상략한다.

홈(65)은 이음부(22)의 외면에 형성되는데, 연결부재(60)의 높이 방향 일측 단부에서 타측 단부까지 이어져 형성된다.

홈(65)에는 가압부재(70)가 설치되는데, 가압부재(70)는 연결부재(60)의 상단에 밀착되는 베이스(72)와 베이스(72)의 양단에서 절곡 형성되어 홈(65)에 끼워지는 지지부들(74)을 포함한다. 지지부들(74)과 베이스(72)는 판형상으로 이루어지며, 지지부(74)는 베이스(72)에서 대략 직각으로 절곡되어 있다.

이와 같이 가압부재(70)는 대략 클립 형상으로 이루어져 연결부재(60)를 양쪽에서 가압할 수 있다.

또한, 지지부(74)에서 서로 마주하는 면에는 복수 개의 돌기(76)가 형성되는데, 돌기들(76)은 지지부(74)의 높이 방향을 따라 소정 간격으로 이격 배열되며, 지지부(74)의 폭방향을 따라 이어져 형성되어 리브(rib) 형상을 이룬다. 이러한 돌기들(76)은 이음부(22)를 내측으로 가압하여 관통 홀(21)의 내면이 전극단자(12, 13)에 밀착되도록 하는 역할을 한다.

통상의 클립과 같이 돌기(76)가 없으면, 베이스(72)에 인접한 부분에만 큰 가압력이 미치고, 베이스(72)에서 멀리 이격된 부분에는 가압력이 거의 미치지 아니하는 문제가 있으나, 본 실시예와 같이 돌기(76)를 형성하면, 베이스(72)에서 멀리 이격된 부분에도 적정한 가압력을 부여할 수 있다.

특히 본 실시예에 따른 돌기(76)는 베이스(72)에서 먼 쪽에 형성되는 바, 베이스(72)의 반대측도 안정적으로 가압할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재와 가압부재를 도시한 절개 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재와 가압부재가 결합된 상태를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재와 가압부재를 도시한 절개 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연결부재와 가압부재를 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연결부재와 가압부재를 도시한 사시도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

100: 전지 모듈 10: 단위전지

12, 13: 전극 단자 20: 연결부재

21: 관통 홀 21a: 틈새

22: 이음부 23: 간극

28a: 너트 홈 25: 장착부

Claims

외측으로 돌출된 전극단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지;

상기 전극단자를 삽입하며 일측에 틈새가 형성된 장착부들과 상기 장착부들을 연결하며 상기 틈새를 사이에 두고 이격 배열된 이음부들을 포함하는 연결부재; 및

상기 이음부들을 가압하여 상기 이음부들 사이의 간극을 좁히는 가압부재;

를 포함하며,

상기 가압부재는 클립 형상으로 이루어진 전지 모듈.
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서,

상기 장착부의 내주에는 복수 개의 돌기가 형성된 전지 모듈.
제5 항에 있어서,

상기 돌기는 상기 장착부의 높이 방향으로 이어져 형성되며, 복수 개가 상기 장착부의 내주를 따라 이격 배열된 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 연결부재는 외형을 이루는 몸체와 상기 몸체의 내부에 밀착 설치된 도전체를 포함하는 전지 모듈.
제7 항에 있어서,

상기 몸체는 전기적인 절연체로 이루어진 전지 모듈.
제7 항에 있어서,

상기 도전체는 장착부에 밀착된 장착부 도전판과 상기 이음부에 밀착된 이음부 도전판을 포함하고, 상기 장착부 도전판에는 탄성 변형 돌기가 형성된 전지 모듈.
제9 항에 있어서,

상기 탄성 변형 돌기는 연결부재의 높이 방향으로 이어져 형성된 전지 모듈.
제9 항에 있어서,

상기 탄성 변형 돌기는 복수 개가 상기 장착부 내주면을 따라 이격 배열된 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 이음부의 바깥 면에는 홈이 형성되고, 상기 가압부재는 상기 홈에 설치된 전지 모듈.
제12 항에 있어서,

상기 가압부재는 베이스와 상기 베이스의 양단에서 절곡 형성되며 상기 홈에 끼워져 상기 이음부를 내측으로 가압하는 지지부를 포함하는 전지 모듈.
제13 항에 있어서,

상기 지지부에서 상기 홈과 맞닿는 면에는 돌기가 형성된 전지 모듈.
제14 항에 있어서,

상기 돌기는 상기 지지부의 폭 방향을 따라 이어져 형성된 전지 모듈.
제13 항에 있어서,

상기 지지부는 상기 베이스에서 직각으로 절곡된 전지 모듈.
충전과 방전을 되풀이하는 단위 전지들;

상기 단위 전지들을 전기적을 연결하며, 상기 단위 전지에 형성된 단자들을 삽입하는 관통 홀들과 상기 관통 홀들을 연결하는 간극이 형성된 연결부재; 및

상기 관통 홀의 내면이 상기 단자의 외면에 밀착되도록 상기 연결부재의 외면을 가압하는 가압부재;

를 포함하며,

상기 가압부재는 클립 형상으로 이루어진 전지 모듈.