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KR20070057345A - 중대형 전지팩용 카트리지 - Google Patents

중대형 전지팩용 카트리지 Download PDF

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KR20070057345A
KR20070057345A KR1020050116658A KR20050116658A KR20070057345A KR 20070057345 A KR20070057345 A KR 20070057345A KR 1020050116658 A KR1020050116658 A KR 1020050116658A KR 20050116658 A KR20050116658 A KR 20050116658A KR 20070057345 A KR20070057345 A KR 20070057345A
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battery
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medium
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양재훈
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 단위전지들을 내장하고 있는 중대형 전지팩용 전지 카트리지로서, 전체적인 형상은 적층이 용이한 판상 구조로 이루어져 있고, 카트리지들 상호간의 전기적 연결을 위한 접속부재가 카트리지들의 적층 과정에서 상호간에 결속될 수 있는 체결식 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지를 제공한다.
본 발명에 따른 전지 카트리지는 중대형 전지팩의 제조를 위해 다수 개 적층할 때, 상호간의 결속이 가능하고 그와 동시에 전기적 접속이 이루어짐으로써 조립공정이 매우 간소할 뿐만 아니라, 조립공정 및 사용 중에 단락의 위험성을 방지할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 이러한 전지 카트리지로 제조된 중대형 전지팩은 안정적이고 콤팩트한 구조로 인해 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

Description

중대형 전지팩용 카트리지 {Cartridge for Middle or Large-Sized Battery Pack}
도 1은 종래기술에 따른 전지 카트리지의 사시도이다;
도 2는 도 1의 카트리지를 다수 개 적층하여 구성한 전지모듈의 사시도이다;
도 3 및 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 한 쌍의 접속부재에 대한 사시도이다;
도 5는 도 3 및 4의 접속부재를 카트리지에 장착하는 과정의 모식도이다;
도 6은 도 5의 과정으로 조립된 A형 전지 카트리지의 사시도이다;
도 7은 도 5에서 플러그형 접속부재를 뒤집어 프레임 부재에 장착하는 과정의 모식도이다;
도 8은 도 7의 과정으로 조립된 B형 전지 카트리지의 사시도이다;
도 9는 도 6의 A형 카트리지와 도 8의 B형 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성하는 과정의 모식도이다;
도 10은 도 9의 전지모듈의 구성시 사용된 베이스 플레이트의 모식도이다;
도 11 및 도 12는 도 9의 전지모듈의 구성시 사용된 커버 플레이트의 상면 사시도와 하면 사시도이다.
본 발명은 중대형 전지팩용 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 중대형 전지팩을 구성할 수 있도록 하나 또는 둘 이상의 단위전지를 내장하는 전지 카트리지로서 카트리지 상호간의 전기적 연결을 위한 부재가 체결식 구조로 이루어져 있어서, 카트리지들의 상호 조립이 용이하고 버스 바를 사용하지 않고도 전기적 연결을 실행할 수 있으며, 단자의 노출에 따른 단락의 위험성이 없는 전지 카트리지를 제공한다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 중대형 전지팩이 사용되고 있다.
이러한 중대형 전지팩의 구성요소인 단위전지로는 높은 밀집도로 충적됨으로 써 사공간(dead space)의 크기를 줄일 수 있는 각형 전지 또는 파우치형 전지가 사용되고 있다. 이러한 단위전지들의 기계적 체결과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위전지들을 장착할 수 있는 카트리지가 사용되고 있다. 즉, 단위전지들을 장착하고 있는 다수의 카트리지들을 적층하여 전지팩을 구성하고 있다.
전지 카트리지의 형상은 매우 다양할 수 있으며, 하나의 예로서, 단위전지의 외측면이 프레임 부재에 고정되어 있는 구조를 들 수 있다. 그러한 카트리지의 예로서, 본 출원인의 한국 특허출원 제2004-111699호의 카트리지가 도 1에 개시되어 있다.
우선, 도 1을 참조하면, 카트리지(100)는 상호 결합될 수 있는 1 쌍의 프레임 부재들(120, 122)로 이루어져 있다. 단위전지들(200, 201)은 형개된 프레임 부재(120, 122)의 셀 구획부(130) 내에 안착되며, 프레임 부재들(120, 122)을 상호 결합시켰을 때 그곳에 고정된다. 단위전지(200)의 전극 리드(도시하지 않음)는 카트리지(100) 상부의 버스 바(140)를 통해 인접한 단위전지(201)와 전기적으로 연결된다. 도 1에서는 단위전지들(200, 201)이 직렬로 연결되어 있는 구조가 예시되어 있지만, 경우에 따라서는 병렬의 연결도 가능하다. 그러한 구성을 바탕으로, 카트리지(100)의 좌우 상단에 각각 돌출되어 있는 양극단자(150)와 음극단자(160)에 전기적으로 연결된다.
이러한 카트리지들을 교번 배향식으로 적층하여 중대형 전지팩의 제조를 위한 전지모듈을 구성한 예가 도 2에 개시되어 있다.
도 2를 참조하면, 카트리지들(101, 102, 103 …)은 이들의 두께 방향으로 적층되어 전지모듈(300)을 구성한다. 단자간의 연결을 용이하게 하기 위하여, 제 2 카트리지(102)는 제 1 카트리지(101)에 대해 반대방향으로 적층되어 있다. 즉, 제 2 카트리지(102)의 양극단자(152)와 음극단자(162)가 제 1 카트리지(101)의 양극단자(151)와 음극단자(161)에 대향하여 위치하도록 배열되어 있다. 마찬가지로, 제 3 카트리지(103)의 양극단자(153)와 음극단자(163)는 제 2 카트리지(102)의 양극단자(152)와 음극단자(162)에 대향하도록 배열되어 있다. 즉, 제 3 카트리지(103)는 제 1 카트리지(101)와 동일한 방향으로 배열되어 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 카트리지(100)의 상단 프레임(110)과 하단 프레임(112)은 측부 프레임(114)보다 높이가 낮으므로, 도 2에서와 같이 적층되었을 때, 카트리지들(101, 102, 103 …) 사이의 상단과 하단에는 냉매가 유입될 수 있는 유로(170, 171, 172, 173)가 형성된다. 따라서, 화살표 방향으로 냉매가 관통하게 된다.
도 2에서 카트리지들의 교번식 배열 적층 구조의 장점은, 접속단자들(양극단자들 및 음극단자들)을 동일한 방향으로 배열하여 적층한 구조와 비교하여, 전기적 연결을 위한 접속단자들 간의 거리가 카트리지 하나의 두께 만큼 넓어져서 버스 바 등을 사용하여 연결하기 용이하다는 점이다.
그럼에도 불구하고 이러한 전지모듈은 몇가지 단점을 가지고 있다.
첫째, 전지모듈의 구성을 위해 카트리지들을 정교하게 적층하여야 하므로 조립공정이 까다롭다. 카트리지는 전체적으로 장방형 구조로 이루어져 있고, 이들을 다수 개 적층하여 하나의 전지모듈을 구성하는 과정에서 카트리지 상호간의 결속을 위한 별도의 부위 내지 부재를 포함하고 있지 않기 때문에, 적층 작업과 함께 정교한 위치 결정이 요구된다. 정확한 위치로 카트리지가 적층되지 않으면, 접속단자들의 전기적 연결이 어렵거나 접속 상태가 불량하게 된다.
둘째, 카트리지의 접속단자들을 전기적으로 연결하기 위한 작업이 용이하지 않다. 카트리지 접속단자들을 전기적으로 연결하기 위해서는 별도의 접속부재, 예를 들어, 버스 바를 사용하여 용접, 솔더링, 기계적 체결 등을 행해야 하는 바, 접속단자의 구조, 좁은 간격 등으로 인해 조립공정이 복합해진다.
셋째, 카트리지의 접속단자들이 외부로 노출되어 있어서 조립공정 또는 사용 중에 단락의 위험성이 높다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 중대형 전지팩의 제조를 위해 카트리지들을 다수 개 적층할 때, 상호간의 결속이 가능하고 그와 동시에 전기적 접속이 이루어짐으로써 조립공정이 매우 간소할 뿐만 아니라, 조립공정 및 사용 중에 단락의 위험성을 방지할 수 있는 전지 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 카트리지를 사용하여 구성된 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 상기 전지모듈을 사용하여 제조되는 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 카트리지는, 하나 또는 그 이상의 단위전지들을 내장하고 있는 중대형 전지팩용 전지 카트리지로서, 전체적인 형상은 적층이 용이한 판상 구조로 이루어져 있고, 카트리지들 상호간의 전기적 연결을 위한 접속부재가 카트리지들의 적층 과정에서 상호간에 결속될 수 있는 체결식 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지 카트리지는 전기적 연결을 위한 접속부재가 상호 체결식 구조로 이루어져 있어서, 카트리지들의 적층 과정에서 기계적 결속과 전기적 연결을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다. 기계적 결속이 적층 과정에서 달성되므로 정확한 위치로 적층 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 전기적 연결이 적층 과정에서 동시에 달성되므로 버스 바 등을 사용하여 용접, 솔더링 등을 행할 필요가 없기 때문에 조립공정이 크게 단축될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "판상 구조(plate-shaped structure)"는 전체적인 형상 측면에서 적층이 용이할 수 있도록 두께 대비 넓은 폭과 길이를 가지는 구조를 의미하므로, 카트리지의 구체적인 형상이 특별히 제한되는 것은 아니다.
따라서, 상기 카트리지의 구조는 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 카트리지는 단위전지의 외측면을 고정한 상태로 상호 체결되는 한 쌍의 장방형 프레임 부재들로 이루어져 있으며, 하나 또는 둘 이상의 판상형 단위전지들이 측면으로 배열되어 프레임 부재들 사이에 장착되고 단위전지들의 전극단자들을 연결하기 위한 버스 바가 상단 프레임에 부착되어 있는 것으로 구성되어 있다. 이러한 카트리지는 기본적인 구조에서는 본 출원인의 한국특허출원 제2004-111699호에 기재되어 있는 카트리지와 대략 동일하며, 상기 출원의 내용은 참조로서 본 발명에 합체된다.
본 발명의 접속부재는 카트리지들의 적층 과정에서 상호간에 결속될 수 있는 체결식 구조로 이루어져 있으므로, 상호 체결이 가능한 두 종류의 접속부재로 구성될 수 있다. 그러한 바람직한 예로는 소켓형 접속부재와 플러그형 접속부재를 들 수 있다. 소켓형 접속부재는 암 체결부를 형성하고 플러그형 접속부재는 수 체결부를 형성한다. 따라서, 이들 접속부재들이 두 카트리지의 대면 부위에 각각 구비되어 있을 때, 적층과 동시에 결속이 이루어지게 된다. 예를 들어, 하나의 카트리지에는 상단 일측면에 소켓형 접속부재가 구비되어 있고 하단 일측면에 플러그형 접속부재가 구비되어 있어서 둘 이상의 카트리지들을 적층할 때에는, 제 1 카트리지 하단면에 위치한 플러그형 접속부재(a)가 제 2 카트리지 상단면에 위치한 소켓형 접속부재(b)에 결속되고, 제 2 카트리지 하단면에 위치한 플러그형 접속부재(b)가 제 3 카트리지 상단면에 위치한 소켓형 접속부재(c)에 결속된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 소켓형 접속부재는 만입부가 형성되어 있는 본체의 측면에 단위전지의 전극단자에 접속될 수 있는 접속부가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 플러그형 접속부재는 상기 만입부에 체결될 수 있는 돌출부가 형성되어 있는 본체의 측면에 단위전지의 전극단자에 접속될 수 있는 접속부가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 서로 다른 카트리지에 각각 구비되어 있는 소켓형 접속부재와 플러그형 접속부재는 플러그형 접속부재의 돌출부가 소켓형 접속부재의 만입부에 삽입됨으로써 결속된다.
접속부재는 또한 단위전지의 전극단자와 통전되어 있는 상태에서 카트리지 상호간의 전기적 연결을 이루므로, 전체적으로 금속 등의 도전성 소재로 이루어져 있거나, 적어도 접속부와 만입부 및 돌출부가 각각 도전성 소재로 이루어져 있고 이들이 통전되어 있는 구조일 수 있다.
접속부재는 카트리지에 일체로서 형성되어 있거나 조립되어 장착되는 구조일 수 있다. 후자의 일 예로, 카트리지가 앞서 설명한 바와 같이 상호 체결되는 한 쌍의 장방형 프레임 부재들로 이루어져 있을 때, 접속부재는 그것의 본체가 프레임 부재 사이에 장착되어 고정되고 돌출부 또는 만입부가 외부로 노출되도록 조립될 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 전지 카트리지들이 다수 개 적층되어 있는 전지모듈을 제공한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "전지모듈"은 둘 또는 그 이상의 단위전지들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 다수 개의 전지모듈을 전기적으로 연결한 전지팩의 구성도 가능하다.
하나의 바람직한 예에서, 전지모듈은 상기 접속부재에 의해 기계적 결속과 전기적 연결이 이루어진 상태로 적층된 다수의 카트리지들에서 최상부 카트리지의 상단에 카트리지의 형상에 대응하는 커버 플레이트를 포함하고 있고, 최하부 카트리지의 하단에 카트리지의 형상에 대응하는 베이스 플레이트를 포함하고 있으며, 상기 커버 플레이트와 베이스 플레이트에는 접속부재의 돌출부 또는 만입부와 체결될 수 있는 대응 체결홈 또는 체결돌기가 형성되어 있고, 이들과 전기적으로 연결된 외부 입출력 단자가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 단위전지는 충방전이 가능한 이차전지로서, 대표적으로 니켈 금속수소 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도가 높고 방전 전압이 큰 리튬 이차전지가 특히 바람직하다. 단위전지의 형상 면에서는 각형 전지와 파우치형 전지가 바람직하며, 제조비용이 낮고 중량이 적은 파우치형 전지가 더욱 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 전지모듈을 하나 또는 둘 이상 포함하는 것으로 구성되어 있는 중대형 전지팩을 제공한다. 중대형 전지팩에는 상기와 같은 전지모듈 이외에 이들의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System) 등을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 안정적이고 콤팩트한 구조로 인해 외부로부터 많은 충격을 지속적으로 받고 전지팩의 장착 공간이 한정되어 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기자전거 등의 동력원으로서 바람직하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 발명의 내용을 상술하지만, 이는 본 발명에 대한 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 한 쌍의 접속부재에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 3의 접속부재는 소켓형 접속부재(400)로서, 육면체 형상의 본체(410)를 관통하는 만입부(420)가 중앙에 형성되어 있고 일 측면에 접속부(430)가 돌출되어 있다. 따라서, 수평 단면상으로 대칭구조로 이루어져 있다. 접속부(430)는 단위전지(도시하지 않음)의 전극단자에 연결되며, 만입부(420)의 내측면 체결부(422)와 통전되어 있다. 따라서, 접속부(430)과 내측면 체결부(422)는 적어도 도전성 소재로 이루어져 있고, 본체(410)는 플라스틱 수지 등의 절연성 소재로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 본체(410) 역시 도전성 소재로 이루어져 있을 수 있다.
도 4의 접속부재는 도 3의 소켓형 접속부재(400)에 대응하는 플러그형 접속부재(500)로서, 역시 육면체 형상의 본체(510)의 상부 또는 하부에 돌출부(520)가 형성되어 있고 일 측면에 접속부(530)가 돌출되어 있다. 접속부(530)는 단위전지(도시하지 않음)의 전극단자에 연결되며 돌출부(520)와 통전되어 있다. 따라서, 접속부(530)과 돌출부(520)는 적어도 도전성 소재로 이루어져 있고, 본체(510)는 플 라스틱 수지 등의 절연성 소재로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 본체(510) 역시 도전성 소재로 이루어져 있을 수 있다.
도 3 및 4를 함께 참조하면, 플러그형 접속부재(500)의 돌출부(520)는 소켓형 접속부재(400)의 만입부(420)에 삽입되며, 그것의 내측면 체결부(422)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 기계적 체결과 동시에 전기적 연결이 이루어진다. 내측면 체결부(422)와 돌출부(520)는 결합시의 결속력을 높일 수 있도록 다양한 구조로 만들어질 수 있다.
도 5에는 도 3과 도 4의 접속부재를 카트리지에 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 도 5의 카트리지는 프레임 부재를 밀폐된 판재 형태로 간략히 도시하였고 단위전지를 생략하였다. 이러한 프레임 부재는 도 1에서와 같이 단위전지의 발열 및 냉매의 유동에 의한 냉각이 용이할 수 있도록 개방형 구조로 제조될 수 있음은 물론이다.
도 5를 참조하면, 전지 카트리지(600)는 상호 결합되는 한 쌍의 프레임 부재(610, 620)로 이루어져 있고, 하부 프레임 부재(610)에는 소켓형 접속부재(400)와 플러그형 접속부재(500)가 각각 장착될 수 있는 장착부(630, 640)가 양쪽 상부에 형성되어 있으며, 상부 프레임 부재(620)에는 대응 위치에 소켓형 접속부재(400)의 만입부(420)와 플러그형 접속부재(500)의 돌출부(520)가 노출될 수 있는 개구(650)가 대응 위치에 형성되어 있다.
소켓형 접속부재(400)와 플러그형 접속부재(500)의 접속부들(430, 530)은 프레임 부재들(610, 620)을 조립하는 과정에서 그 사이에 장착되어 있는 단위전지들( 도시하지 않음)의 전극단자와 접속된다. 전극단자와의 접속 상태를 안정적으로 형성할 수 있도록 추가적으로 용접 등을 행할 수도 있다.
프레임 부재들(610, 620)의 측면에는 카트리지(600) 상호간의 체결력을 높이기 위하여 긴 나사와 같은 패스너(fastener)가 삽입될 수 있는 관통구가 천공되어 있는 다수의 체결용 돌기부들(660)이 형성되어 있다.
도 6에는 도 5의 과정으로 조립된 전지 카트리지의 형상이 모식적으로 도시되어 있다. 즉, 도 6의 전지 카트리지(600)는 소켓형 접속부재(400)가 좌측 상단에 장착되어 있고 돌출부가 위쪽을 향하도록 플러그형 접속부재(500)가 우측 상단에 장착되어 있다. 이를 이하에서는 "A형" 카트리지(600)로 칭한다.
도 7은 도 5에서 플러그형 접속부재(500)를 뒤집어 프레임 부재에 장착하는 과정의 모식도가 도시되어 있다. 즉, 플러그형 접속부재(500)의 돌출부(520)가 아래쪽을 향하도록 하부 프레임 부재(610)의 우측 상단 장착부(640)에 위치시킨 상태에서 상부 프레임 부재(620)를 결합시킨다.
도 8에는 도 7의 과정으로 조립한 후 뒤집어 놓은 전지 카트리지(601)가 도시되어 있으며, 이를 이하에서는 "B형" 카트리지(601)로 칭한다. 즉, B형 카트리지(601)는 소켓형 접속부재(400)가 우측 상단에 위치하고 플러그형 접속부재(500)가 좌측 상단에 위치해 있다. B형 카트리지(601)는 도 6의 A형 카트리지(600)와 비교하여 접속부재들(400, 500)의 위치만이 서로 바뀌어 있는 형태이다. 소켓형 접속부재(400)가 수평 단면상으로 상하 대칭 구조를 가지므로, 도 7에서와 같이 플러그형 접속부재(500)를 단순히 뒤집어 장착하는 것만으로 용이하게 제작할 수 있 다.
도 3 내지 8에서는 소켓형 접속부재(400)와 플러그형 접속부재(500)가 프레임 부재(610, 620)와는 별도의 부재로서 조립되는 구조로 설명되어 있지만, 경우에 따라서는, 이들이 상부 또는 하부 프레임 부재(610 또는 620)에 일체로 성형되어 있을 수도 있다.
도 9에는 도 6의 A형 카트리지와 도 8의 B형 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성하는 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지모듈(700)은 베이스 플레이트(800) 상에 다수의 카트리지들(600, 601)을 적층한 후 상부에 커버 플레이트(900)를 장착한 구조로 이루어져 있다. 베이스 플레이트(800)과 커버 플레이트(900)의 자세한 내용은 추후 도 10 내지 12에서 설명하도록 한다.
카트리지의 적층은 A형 카트리지(600, 602)와 B형 카트리지(601, 603)를 번갈아 위치시킨 상태로 적층한다. 도 9에서와 같이 베이스 플레이트(800)의 상단면에 플러그형 접속부재(500)의 돌출부(520)가 체결될 수 있는 체결홈(910)이 형성되어 있는 경우, A형 카트리지(600)가 베이스 플레이트(800) 상에 놓이고, 그 위에 B형 카트리지(601)가 놓인다. 카트리지들(600, 601, 602, 603)의 순차적인 적층시, 소켓형 접속부재(400)와 플러그형 접속부재(500)가 자동적으로 상호 체결되므로, 기계적 결속과 전기적 연결이 동시에 이루어진다. 따라서, 별도의 버스 바를 사용하지 않고도 카트리지들(600, 601, 602, 603) 상호간의 전기적 연결이 달성될 수 있다. 더욱이, 소켓형 접속부재(400)와 플러그형 접속부재(500)가 카트리지들 (600, 601, 602, 603)의 특정 부위에 장착되어 있으므로, 카트리지들(600, 601, 602, 603)의 적층은 정위치로 행해질 수 있다. 또한, 적층된 상태에서 접속부재들(400, 500)은 외부로부터 밀폐되게 되므로 단락의 위험성을 방지할 수 있다.
도 10에는 도 9의 전지모듈의 구성시 사용된 베이스 플레이트의 모식도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 베이스 플레이트(800)는 전체적으로 장방형의 구조로 이루어져 있고, 상단 일측면에 체결홈(810)이 형성되어 있으며, 그에 인접한 측면에 외부 입출력 단자(820)가 형성되어 있다. 체결홈(810)은 도 4의 소켓형 접속부재(400)의 만입부(420)와 거의 일치하는 형상으로 이루어져 있으며, 내측면 체결부(812)가 외부 입출력 단자(820)와 통전되어 있다. 베이스 플레이트(800)의 상단에 놓이는 카트리지(도시하지 않음)가 B형 카트리지인 경우에는, 체결홈(810) 대신에 체결돌기가 필요하다.
또한, 베이스 플레이트(800)의 양측 상단면에는 도 6의 체결용 돌기부(660)의 관통구에 대응하는 다수의 홈(830)이 형성되어 있다. 베이스 플레이트(800)는 바람직하게는 높은 강도를 가지는 절연성 부재로 이루어져 있다.
도 11 및 도 12에는 도 9의 전지모듈의 구성시 사용된 커버 플레이트의 상면 사시도와 하면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 커버 플레이트(900)는 대략 전지 카트리지와 동일한 크기의 장방형 구조로 이루어져 있고, 하단 일측면에 체결돌기(910)가 형성되어 있으며, 그에 인접한 측면에 외부 입출력 단자(920)가 형성되어 있다. 체결돌기 (910)는 도 5의 플러그형 접속부재(500)의 돌출부(520)와 거의 일치하는 형상으로 이루어져 있으며 외부 입출력 단자(920)와 통전되어 있다. 커버 플레이트(900)의 하단면에 접하는 카트리지(도시하지 않음)가 A형 카트리지인 경우에는, 체결돌기(910) 대신에 도 10에서와 같은 체결홈(810)이 형성되게 된다.
또한, 커버 플레이트(900)의 양측면에는 관통구를 포함하는 체결용 돌기부(930)가 형성되어 있다. 베이스 플레이트(900)는 바람직하게는 높은 강도를 가지는 절연성 부재로 이루어져 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지 카트리지는 중대형 전지팩의 제조를 위해 다수 개 적층할 때, 상호간의 결속이 가능하고 그와 동시에 전기적 접속이 이루어짐으로써 조립공정이 매우 간소할 뿐만 아니라, 조립공정 및 사용 중에 단락의 위험성을 방지할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 이러한 전지 카트리지로 제조된 중대형 전지팩은 안정적이고 콤팩트한 구조로 인해 전지자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 하나 또는 그 이상의 단위전지들을 내장하고 있는 중대형 전지팩용 전지 카트리지로서, 전체적인 형상은 적층이 용이한 판상 구조로 이루어져 있고, 카트리지들 상호간의 전기적 연결을 위한 접속부재가 카트리지들의 적층 과정에서 상호간에 결속될 수 있는 체결식 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지는 단위전지의 외측면을 고정한 상태로 상호 체결되는 한 쌍의 장방형 프레임 부재들로 이루어져 있으며, 하나 또는 둘 이상의 판상형 단위전지들이 측면으로 배열되어 프레임 부재들 사이에 장착되고 단위전지들의 전극단자들을 연결하기 위한 버스 바가 상단 프레임에 부착되어 있는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 소켓형 접속부재와 플러그형 접속부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 소켓형 접속부재는 만입부가 형성되어 있는 본체의 측면에 단위전지의 전극단자에 접속될 수 있는 접속부가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 플러그형 접속부재는 상기 만입부에 체결될 수 있는 돌출부가 형성되어 있는 본체의 측면에 단위전지의 전극단자에 접속될 수 있는 접속부가 돌 출되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는 카트리지에 일체로서 형성되어 있거나 조립되어 장착되는 구조인 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 카트리지가 상호 체결되는 한 쌍의 장방형 프레임 부재들로 이루어져 있고, 상기 접속부재는 그것의 본체가 프레임 부재 사이에 장착되어 고정되고 돌출부 또는 만입부가 외부로 노출되도록 조립되는 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단위전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위전지는 파우치형 전지인 것을 특징으로 하는 전지 카트리지.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 다수 개의 전지 카트리지들이 체결식 접속부재에 의해 기계적 결속과 전기적 연결이 이루어진 상태로 적층되어 있는 전지모듈로서, 최상부 카트리지의 상단에 카트리지의 형상에 대응하는 커버 플레이트가 장착되고, 최하부 카트리지의 하단에 카트리지의 형상에 대응하는 베이스 플레이트가 장착되며, 상기 커버 플레이트와 베이스 플레이트에는 상기 접속부재의 돌출부 또는 만입부와 체결될 수 있는 대응 체결홈 또는 체결돌기가 형성되어 있고 이들과 통전되는 외부 입출력 단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지 카트리지는 그것의 상단 일측면에 소켓형 접속부재가 형성되어 있고 하단 일측면에 플러그형 접속부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 하나 또는 둘 이상의 전지 모듈을 포함하는 것으로 구성된 중대형 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 동력원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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