JP2024514217A - 連結部材が装着された円筒型電池セル及びこれを含む電池モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、正極シート及び負極シートの間に分離膜が介在されて巻き取られた構造の電極組立体と、前記電極組立体を収納するための電池ケースと、前記電池ケースの上端に搭載されるキャップアセンブリーとを含み、前記キャップアセンブリーの上部には、円筒型電池セルの直列連結のための連結部材が装着されており、前記電池ケースの底には、内側に凹んでいる溝部が形成されている円筒型電池セル関するものであり、簡単な方法で複数の円筒型電池セルを電気的に連結することができる。

Description

本出願は２０２１年１１月３０日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６８７７９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。

本発明は連結部材が装着された円筒型電池セル及びこれを含む電池モジュールに関するものである。具体的には、円筒型電池セルを容易に直列連結することができるように連結部材が装着された円筒型電池セル及びこれを含む電池モジュールに関するものである。

化石燃料を使う既存のガソリン車両及びディーゼル車両が主要大気汚染源として指摘されるのに伴い、これに対する方案として、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車に対する関心が高くなっており、そのエネルギー源として二次電池に対する研究開発が活発に行われている。

また、携帯可能な電子機器の高機能化につれて高容量の二次電池に対する需要が増加している。

しかし、二次電池の高容量化及び高電圧化のためには電池パックのような構造が必要であるが、電池パックを構成するためには、電池パックケース、電気接続部材などの追加の部材が必要であり、重さも増加するという問題がある。

また、円筒型二次電池の場合には、標準化したサイズのものが使われているが、デバイスで電池セルが占める空間の設計自由度が低い問題がある。

これに関連して、特許文献１は、複数の円筒型電池セルの間の接続及び分離を容易に遂行することができる端子構造を有する電池及び電池の接続方法を開示している。

特許文献１は、電池ケースに雌ネジ部が形成された第１端子と、雄ネジ部が膨らむように形成された第２端子とを備えており、第１端子の第１導体及び第２端子の第２導体のそれぞれが正極及び負極として機能する。

しかし、特許文献１は、円筒型電池セルを直列連結するために固定用部材のネジの頭部をレンチなどの工具で回転させる方法を使うが、電池セルの電気的連結のための別途の工具が必要な形態である。

特許文献２は、複数の蓄電体を電気的に連結するための蓄電体接続構造に関するものであり、接続体は、蓄電体ケースの外径と同じ外径を有し、負極に外挿入されて嵌合される負極嵌合部と、正極突出部に外挿されて嵌合される孔形の正極嵌合部とを備え、前記負極嵌合部は蓄電体の負極に溶接され、前記正極嵌合部は蓄電体の正極突出部に溶接される。

特許文献２は、蓄電体とは独立した別途の接続体を使って蓄電体の間の電気的連結を果たしているが、電気的連結のために溶接過程を必要とする。

特許文献３は、電池を直列連結するための電池コネクタに関するものであり、前記電池コネクタは固定用突起が形成された上部固定手段及び固定用係合具を含む下部固定手段を含み、第１電池及び第２電池は前記電池コネクタの固定用突起及び固定用係合具に締結されて連結される。

しかし、特許文献３のような連結方法は、電池セルが安定的に固定されることができず、連結状態が解除されることがある構造である。

したがって、別途の追加部材または追加工程を付け加えなくても複数の電池セルを電気的に連結することができ、電気的連結状態を安定的に維持することができる技術が必要な実情である。

特開２０１０－０８０４１１号公報 特開２００９－１８８０９５号公報 韓国公開特許第１０－２０１９－００７５３４３号公報

本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、複数の円筒型電池セルを容易かつ簡単な方法で直列連結して電気的連結状態を安定的に維持することができる連結部材が装着された円筒型電池セル及びこれを含む電池モジュールを提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明による円筒型電池セルは、正極シート及び負極シートの間に分離膜が介在されて巻き取られた構造の電極組立体と、前記電極組立体を収納するための電池ケースと、前記電池ケースの上端に搭載されるキャップアセンブリーとを含み、前記キャップアセンブリーの上部には、円筒型電池セルの直列連結のための連結部材が装着されており、前記電池ケースの底には、内側に凹んでいる溝部が形成されている構成とすることができる。

前記溝部の側壁には溝部ネジ山が形成されることができる。

前記連結部材は、他の電池セルと結合する結合部、及び前記結合部の中心部に位置する押圧接触部を含むことができる。

前記結合部は、他の電池セルと結合される結合面に結合部ネジ山が形成されることができる。

前記円筒型電池セルは第１電池セル及び第２電池セルを含み、前記第１電池セル及び前記第２電池セルは、前記第１電池セルの結合部を前記第２電池セルの溝部に挿入しながら前記第１電池セルと前記第２電池セルとを互いに反対方向に回すことによって締め付けられるネジ締結方法で結合されることができる。

前記押圧接触部は、前記結合部の上面から突出しており、押圧されると前記結合部の内部に挿入されるボタン部、及び前記ボタン部の下部に位置し、前記ボタン部の挿入によって圧縮され、押圧が解除されると復元する弾性部材を含むことができる。

前記ボタン部は、電気伝導性素材からなる電気伝導部を含み、前記電気伝導部は、前記ボタン部が圧縮されたとき、トップキャップと接触することができる。

前記連結部材は、前記キャップアセンブリーの上面に位置固定されるように結合されることができる。

前記電極組立体の正極タブは前記キャップアセンブリーの下部に付着され、前記電極組立体の負極タブは前記溝部の内側面に付着されることができる。

前記溝部の深さは前記結合部の高さと同じかまたは高さよりも小さいサイズを有することができる。

本発明は、前記円筒型電池セルを２個以上含む電池モジュールであって、前記円筒型電池セルは、電池ケースの長手方向に沿って複数の円筒型電池セルが連結されて直列ライン構造体を形成し、複数の直列ライン構造体は、電池ケースの側面が互いに隣り合うように配置され、前記複数の直列ライン構造体は、バスバーを介して互いに直列連結または並列連結で結合される電池セル積層体を構成することができる。

また、本発明は、前記課題の解決手段を多様に組み合わせた形態としても提供することが可能である。

以上で説明したように、本発明による連結部材が装着された円筒型電池セルは、溶接のような別途の過程なしに複数の円筒型電池セルが電気的に連結されることができる。

また、電池ケースの底に凹んでいる溝部が形成され、前記溝部に他の電池セルの結合部が挿入されて結合されるので、連結部材の高さが直列連結された円筒型電池セルの全長の増加に影響を与えない。

また、円筒型電池セルを噛み合わせて互いに反対方向に回すことで相互間の距離が小さくなれば、ボタン部が押されて電気的に連結されることができるので、別途の追加部材なしに電気的連結及び分離が可能である。

本発明による円筒型電池セルの垂直断面図である。 互いに直列連結される２個の円筒型電池セルの連結部分を示す垂直断面図である。 第１実施例による連結部材の垂直断面図である。 第２実施例による連結部材の垂直断面図である。 本発明による円筒型電池セルが連結された直列ライン構造体がバスバーで連結された状態を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。

また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。

また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、またはＡ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。

本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。

図１は本発明による円筒型電池セルの垂直断面図である。

図１を参照すると、本発明による円筒型電池セル１００は、正極シート及び負極シートの間に分離膜が介在されて巻き取られた構造の電極組立体１１０、電極組立体１１０を収納するための電池ケース１２０、及び電池ケース１２０の上端に搭載されるキャップアセンブリー１３０を含み、キャップアセンブリー１３０の上部には円筒型電池セル１００の直列連結のための連結部材２００が装着されており、電池ケース１２０の底には内側に凹んでいる溝部１４０が形成されている。

このように、本発明は、円筒型電池セル１００の上部に連結部材２００が装着されており、電池ケース１２０の底に溝部１４０が形成されているので、互いに異なる２個の円筒型電池セルとして第１電池セル及び第２電池セルの直列連結のために、第１電池セルの上端にある連結部材に第２電池セルの溝部を結合する方法を使うことができる。

連結部材２００はキャップアセンブリー１３０に結合された状態であるので、連結部材２００とキャップアセンブリー１３０とは一体型になった構成とすることができる。よって、本発明のように連結部材が装着された円筒型電池セルの直列連結のために追加的な別途の部材が不必要である。

電極組立体１１０の正極タブ１１１はキャップアセンブリー１３０の下部に付着され、電極組立体１１０の負極タブ１１２は溝部１４０の内側面に付着される。

このように、正極タブ１１１と連結されたキャップアセンブリー１３０は連結部材２００と結合されるので、連結部材２００は正極端子として機能し、負極タブ１１２は溝部１４０の内側面に結合されるので、溝部１４０は負極端子として機能するようになる。

したがって、互いに異なる円筒型電池セルは連結部材２００を介して互いに連結されて直列連結をなすことができる。

図２は互いに直列連結される２個の円筒型電池セルの連結部分を示す垂直断面図である。

図２を参照すると、溝部１４０の側壁には溝部ネジ山１４１が形成されている。

連結部材２００は、他の電池セルと結合する結合部２１０、及び結合部２１０の中心部に位置する押圧接触部２２０を含む。

また、結合部２１０は、他の電池セルと結合される結合面に結合部ネジ山２１１が形成されている。

具体的には、第１電池セル１００ａが後端にあり、第２電池セル１００ｂが前端にある場合、第１電池セル１００ａの結合部２１０を第２電池セル１００ｂの溝部１４０に挿入しながら、第１電池セル１００ａと第２電池セル１００ｂとを互いに反対方向に回すネジ締結方法で結合する。このように、第１電池セル１００ａと第２電池セル１００ｂとを互いに反対方向に回すと、第１電池セル１００ａの結合部２１０と第２電池セル１００ｂの溝部１４０とが近くなり、第１電池セル１００ａの結合部２１０の結合部ネジ山２１１が第２電池セル１００ｂの溝部１４０の溝部ネジ山１４１と完全に密着しながら結合される。

このように、第１電池セル１００ａと第２電池セル１００ｂとを互いに反対方向に回すとき、連結部材２００が第２電池セル１００ｂと同じ方向に回ることを防止するために、連結部材２００はキャップアセンブリー１３０の上面に位置固定されるように結合されることができる。

例えば、連結部材２００の下部はキャップアセンブリー１３０の上面及び外周辺を取り囲む形態に構成されることができ、連結部材２００とキャップアセンブリー１３０とが互いに密着する部分に接着物質を付加するかまたは溶接部を形成することで、連結部材２００を固定することができる。

押圧接触部２２０は、結合部２１０の上面から突出しており、押圧されると結合部２１０の内部に挿入されるボタン部２２１、ボタン部２２１の下部に位置し、ボタン部２２１の押圧によって圧縮され、ボタン部２２１の押圧が解除されると復元する弾性部材２２２を含む。

具体的には、第２電池セル１００ｂが第１電池セル１００ａと結合しながらボタン部２２１を押圧すると、弾性部材２２２が圧縮されるのに伴い、ボタン部２２１が下方に移動しながらトップキャップと電気的に連結されることができる。

ボタン部２２１の外周辺には支持部２２３が設けられるので、第２電池セル１００ｂは支持部２２３の上面まで下方に移動することができ、ボタン部２２１の上面が支持部２２３の上面と同じ面になるまでボタン部２２１が圧縮される。

一方、溝部１４０の溝部ネジ山１４１と結合部２１０の結合部ネジ山２１１とが溝部１４０の内部で結合され、溝部１４０がボタン部２２１を押圧する構成である点を考慮すると、溝部の深さＤ１は結合部２１０の高さＤ２と同じかまたは高さＤ２よりも小さいサイズを有することができる。

ただ、溝部と結合部とが結合されたとき、第１電池セルと第２電池セルとの間の距離を最小化するために、溝部の深さＤ１は結合部の高さＤ２と同じに形成されることができる。

弾性部材２２２としては、例えば、スプリング、ゴム、ラテックスなどを使うことができる。

図３は第１実施例による連結部材の垂直断面図である。

図３を参照すると、上側の図は連結部材が圧縮される前の状態を示し、下側の図は連結部材が圧縮された状態を示している。

連結部材の上部にある電池セルの溝部に連結部材が結合される場合、連結部材と上部の電池セルとの距離が小さくなるのに伴ってボタン部２２１に押圧力が印加されると、弾性部材２２２が収縮するとともにボタン部２２１が下方に移動するようになり、よってボタン部２２１の外周辺がトップキャップ１３１と接触するようになる。

このように、トップキャップ１３１とボタン部２２１とが接触することにより、ボタン部２２１が正極端子として機能し、上部の電池セルの負極端子として機能する溝部と結合することで、直列連結をなすことができる。

図４は第２実施例による連結部材の垂直断面図である。

図４を参照すると、上側の図は連結部材が圧縮される前の状態を示し、下側の図は連結部材が圧縮された状態を示している。

第２実施例による連結部材は、ボタン部２２１の中心に電気伝導性素材からなる電気伝導部２２４が配置されている。

連結部材の上部にある電池セルの溝部に連結部材が結合される場合、連結部材と上部の電池セルとの距離が小さくなることによってボタン部２２１に押圧力が印加されると、弾性部材２２２が収縮するとともにボタン部２２１が下方に移動することにより、電気伝導部２２４がトップキャップ１３１と接触するようになる。

このように、電気伝導部２２４とボタン部２２１とが接触することによってボタン部２２１が正極端子として機能し、上部の電池セルの負極端子と結合することで、直列連結をなすことができる。

本発明による連結部材として、リーノピン、ポゴピンのように押圧されるとき、電気的に連結される連結コネクタを使うことができる。

図５は本発明による円筒型電池セルが連結された直列ライン構造体がバスバーで連結された状態を示す斜視図である。

図５を参照すると、連結部材を介して４個の電池セルが電池ケースの長手方向に直列連結されて直列ライン構造体４００を形成しており、２個の直列ライン構造体４００は電池ケースの側面が互いに隣り合うように配置された状態でバスバー３００を介して互いに並列で連結されている。

図５に示すものとは違い、複数の直列ライン構造体が直列で連結されることもできるというのは言うまでもない。

このように、本発明による円筒型電池セルは、簡単な方法で複数の電池セルを電気的に連結することができる。

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。

１００ 円筒型電池セル
１００ａ 第１電池セル
１００ｂ 第２電池セル
１１０ 電極組立体
１１１ 正極タブ
１１２ 負極タブ
１２０ 電池ケース
１３０ キャップアセンブリー
１３１ トップキャップ
１４０ 溝部
１４１ 溝部ネジ山
２００ 連結部材
２１０ 結合部
２１１ 結合部ネジ山
２２０ 押圧接触部
２２１ ボタン部
２２２ 弾性部材
２２３ 支持部
２２４ 電気伝導部
３００ バスバー
４００ 直列ライン構造体
Ｄ１ 溝部の深さ
Ｄ２ 結合部の高さ

Claims (11)

1. 円筒型電池セルであって、
   正極シート及び負極シートの間に分離膜が介在されて巻き取られた構造の電極組立体と、
   前記電極組立体を収納するための電池ケースと、
   前記電池ケースの上端に搭載されるキャップアセンブリーと、
   を含み、
   前記キャップアセンブリーの上部には、前記円筒型電池セルの直列連結のための連結部材が装着されており、
   前記電池ケースの底には、内側に凹んでいる溝部が形成されている、円筒型電池セル。
2. 前記溝部の側壁には溝部ネジ山が形成されている、請求項１に記載の円筒型電池セル。
3. 前記連結部材は、他の電池セルと結合する結合部、及び前記結合部の中心部に位置する押圧接触部を含む、請求項１に記載の円筒型電池セル。
4. 前記結合部は、他の電池セルと結合される結合面に結合部ネジ山が形成されている、請求項３に記載の円筒型電池セル。
5. 前記円筒型電池セルは第１電池セル及び第２電池セルを含み、
   前記第１電池セル及び前記第２電池セルは、前記第１電池セルの結合部を前記第２電池セルの溝部に挿入しながら前記第１電池セルと前記第２電池セルとを互いに反対方向に回すことによって締め付けられるネジ締結方法で結合される、請求項４に記載の円筒型電池セル。
6. 前記押圧接触部は、前記結合部の上面から突出しており、押圧されると前記結合部の内部に挿入されるボタン部、及び前記ボタン部の下部に位置し、前記ボタン部の挿入によって圧縮され、押圧が解除されると復元する弾性部材を含む、請求項３に記載の円筒型電池セル。
7. 前記ボタン部は、電気伝導性素材からなる電気伝導部を含み、
   前記電気伝導部は、前記ボタン部が圧縮されたとき、トップキャップと接触する、請求項６に記載の円筒型電池セル。
8. 前記連結部材は、前記キャップアセンブリーの上面に位置固定されるように結合されている、請求項１に記載の円筒型電池セル。
9. 前記電極組立体の正極タブは前記キャップアセンブリーの下部に付着され、前記電極組立体の負極タブは前記溝部の内側面に付着される、請求項１に記載の円筒型電池セル。
10. 前記溝部の深さは前記結合部の高さと同じかまたは前記高さよりも小さいサイズを有する、請求項３に記載の円筒型電池セル。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の円筒型電池セルを２個以上含む電池モジュールであって、
    前記円筒型電池セルは、電池ケースの長手方向に沿って複数の前記円筒型電池セルが連結されて直列ライン構造体を形成し、
    複数の前記直列ライン構造体は、前記電池ケースの側面が互いに隣り合うように配置され、
    前記複数の直列ライン構造体は、バスバーを介して互いに直列連結または並列連結で結合される電池セル積層体を構成する、電池モジュール。

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