KR100590050B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 전지에서 발생되는 변형에너지와 충격에너지를 흡수하여 단위 전지의 파손을 방지할 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 적층된 전지 집합체의 양 끝에 배치되는 앤드플레이트, 상기 앤드플레이트를 가압 체결하는 연결로드와 너트, 상기 앤드플레이트 사이에 설치되고 전면에 상기 단위 전지가 끼워지는 홈이 형성된 고정부재, 상기 고정부재에 설치되어 상기 단위 전지 변형시 그 변형량에 따라 상기 홈의 간격을 가변시키는 탄성부를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

고정부재, 슬릿, 홈, 리브

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 개략적인 측 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 일부 구성을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 일부 구성을 도시한 평면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 전지와 격벽의 조립성을 향상시키고 전지의 변형에너지를 흡수할 수 있도록 된 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

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

그리고 각각의 단위전지를 일렬로 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

그런데 각각의 단위전지는 작동 시에 내부에서 열이 발생하고, 다수의 단위 전지로 구성된 상기 전지 모듈의 경우 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 원활하게 기능을 수행할 수 있다.

이에 종래의 전지 모듈은 전지 모듈내의 열을 방출하기 위해서 하우징 내에 수개의 단위 전지를 나란히 배열하고 각 단위 전지 사이에는 냉매가 유통할 수 있 는 통로가 형성된 전지격벽을 설치하여 냉매를 유통시킴으로써 단위 전지를 냉각시키고 단위 전지 사이의 간격을 유지시키는 구조로 되어있다.

그런제 종래의 전지격벽의 경우 전지 모듈 조립시 단위 전지와 전지격벽 간에 상호 위치규제가 어려워 위치가 제대로 맞지 않고 조립 불량이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 전지 사용 중 보호회로가 정상적으로 동작하지 않거나 전지의 예기치 못한 이상 반응이 일어나는 경우에는 전지내부의 화학 반응에 따라 가스가 발생하는데, 종래의 단위 전지의 경우 가스를 수용할 수 있는 공간이 부족하여 전지 내부에서 압력이 상승하게 되므로 전지 케이스가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있다.

이와같이 스웰링 현상으로 인하여 전지 케이스가 팽창하는 등 전지에 변형이 발생되고 이러한 전지의 변형에너지는 전지 모듈에서 단위 전지들을 고정시키는 하우징이나 체결구를 압박하여 하우징이나 체결구를 파손시킬 위험이 있으며, 심각한 경우에는 단위 전지가 폭발할 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 전지 모듈의 경우 수 개에서 많게는 수십 개의 단위 전지를 연결시켜 하나으 전지모듈을 구성함에 따라 일측 단위 전지에 변형이 발생되는 경우 이 에너지는 그대로 다른 이웃하는 단위전지로 전달되어 이웃하는 단위 전지에 변형을 초래할 위험이 있다.

또한, 단위 전지의 폭발 방지를 위해 통상 단위 전지에는 밴트를 설치하여 소정의 압력조건 하에서 가스를 방출하는 구조로 되어 있으나 종래의 구조는 스웰 링 현상에 의해 단위 전지가 변형되는 것을 제대로 흡수하지 못함에 따라 가스압에 의해 밴트가 조기에 개방되고 밴트가 한번 개방되면 다시 복구할 수 없어 전지를 폐기해야 하므로 단위전지나 전지 모듈의 수명을 단축시키게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지와 전지 격벽간의 정렬을 보다 손쉽게 할 수 있도록 하여 단위 전지와 전지 격벽간 정렬 불량을 방지할 수 있는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 단위 전지에서 발생되는 변형에너지와 충격에너지를 흡수하여 단위 전지의 파손을 방지할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 적층된 전지 집합체의 양 끝에 배치되는 앤드플레이트, 상기 앤드플레이트를 가압 체결하는 연결로드와 너트, 상기 앤드플레이트 사이에 설치되어 상기 단위 전지의 위치를 규제하기 위한 고정부재와, 이 고정부재에 형성되어 상기 단위 전지 변형시 그 변형량에 따라 가변되는 탄성부를 포함한다.

상기 앤드플레이트는 전지 집합체의 측면에 접하는 평탄부와, 이 평탄부의 마주보는 선단으로 돌출형성되는 체결부를 포함하고 이 체결부에 형성된 홀을 통해 상기 연결로드가 관통되어 체결되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 고정부재는 단위 전지와 접하는 일측면에 상기 단위 전지와 대응 되?? 크기로 이루어져 상기 단위 전지가 끼워지는 홈이 형성된다.

바람직하게는 상기 고정부재는 상기 단위 전지의 단자가 상부를 향하도록 세웠을 때 상기 단위 전지의 바닥쪽에 위치하도록 한다.

여기서 상기 고정부재의 설치 위치는 단위 전지의 바닥쪽에 한정되지 않으며 단위 전지의 양 측단에도 설치될 수 있다.

이에 따라 상기 고정부재는 상기 단위 전지의 하단이 홈에 끼워져 그 위치가 규제될 수 있는 것이다.

그리고 상기 고정부는 절연재질 바람직하게는 플라스틱재질로 이루어진다.

한편, 상기 탄성부는 상기 고정부재의 홈에 길이방향으로 슬릿이 절결형성되어 상기 고정부재를 홈을 기준으로 두 개로 분리시키고 분리된 두 개의 고정부재 사이에 홈의 폭을 탄력적으로 신축시키는 신축부재가 연결설치된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 신축부재는 상기 홈의 길이방향의 양 측벽에 설치됨이 바람직하다.

상기 신축부재는 상기 홈의 측벽에 고정부재와 일체로 형성되는 얇은 두께의 리브로 이루어질 수 있다.

이에 따라 상기 홈에 끼워진 단위 전지가 변형되어 외부로 부풀게 되는 경우 상기 리브가 그 변형에너지를 흡수하여 자체적으로 늘어남에 따라 슬릿으로 분리되어 있는 홈의 폭이 늘어나 단위 전지의 변형량을 감당하게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 전지모듈은 상기 단위 전지 사이에 단위 전지 사이의 간격을 유지하고 그 사이로 냉각매체를 유통시키기 위한 전지격벽이 설치될 수 있다.

여기서 상기 고정부재의 홈과 홈 사이의 간격은 상기 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽의 두께와 대응되도록 한다.

따라서 단위 전지와 그 사이에 설치되는 전지격벽은 홈과 그 사이에 놓여져 위치가 규제되면서 단위 전지와 전지격벽의 높이가 균일하게 맞춰질 수 있게 된다.

한편, 상기 고정부재와 상기 앤드플레이트 사이의 결합을 위해 상기 고정부재는 상기 앤드플레이트의 하부에 설치되는 연결로드 위에 놓여지는 구조로 되어 있다.

바람직하게는 상기 고정부재의 하단에는 상기 앤드플레이트를 체결하는 연결로드가 안착되는 지지홈이 상기 연결로드와 대응되는 위치에 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 고정부재가 길이방향을 따라 상기 연결로드가 끼워지는 관통홀이 상기 연결로드와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

이에 따라 상기 고정부재는 앤드플레이트 사이에 용이하게 설치될 수 있는 것이다.

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 속 하는 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.

이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로써 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 대용량의 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11) 사이에 설치되어 단위 전지 사이로 공기가 유통될 수 있도록 간격을 유지하고 단위 전지(11)의 측면을 지지하는 전지격벽(13), 상기 단위 전지(11)와 전지격벽(13)이 적층되어 이루어지는 전지 집합체(14)의 양 측단에 밀착설치되는 앤드플레이트(20), 상기 앤드플레이트(20) 사이에 설치되어 앤드플레이트(20)를 조여 전지 집합체(14)를 고정하는 연결로드(24)와 연결로드(24)에 체결되는 너트(25)를 포함한다.

상기 앤드플레이트(20)는 단위 전지(11) 또는 전지격벽(13)의 전면을 덮을 수 있는 정도의 충분한 크기로 이루어지는 평탄부(21)와, 이 평탄부(21)의 상단과 하단에 각각 외측으로 돌출형성되는 체결부(22)가 일체로 형성되고, 상기 체결부(22)에는 상기 연결로드(24)가 관통되도록 홀(23)이 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 평탄부(21)의 상단이라 함은 도 1에서와 같이 단위 전지(11)의 단자(12)가 상부를 향하도록 단위 전지(11)를 세웠을 때, 상기 앤드플레이트(20)의 평탄부(21) 위쪽을 의미하며 하단이라 함은 하부쪽을 의미하는 것으로 정의한다.

본 실시예에서 상기 체결부(22)는 평탄부(21)의 양 선단에 두 개씩 설치되나 이에 한정되지 않으며 체결부(22)의 개수에 대해서는 중앙에 한 개 등과 같이 다양하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 연결로드(24)는 볼트 형태로 상기 전지 집합체(14)와 두 개의 앤드플레이트(20)의 적층 길이에 충분히 대응되는 길이로 이루어지고 선단에는 나사산이 형성되어 너트(25)가 체결되는 구조로 되어 있다.

상기한 구조의 앤드플레이트(20)는 상기 전지 집합체(14)의 양측단에 밀착된 상태에서 상기 각 체결부(22)의 홀(23)을 통해 연결로드(24)를 각각 관통시키고 일측 체결부(22)의 홀(23)을 통해 돌출된 연결로드(24)의 선단에 너트(25)를 체결함으로써 전지 집합체(14)를 조여 고정하게 된다.

상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서 본 실시예에 따르면, 상기 앤드플레이트(20)의 하부에는 상기 단위 전지(11)와 전지격벽(13)이 놓여지고 그 위치가 규제되는 고정부재(30)가 더욱 설치된 구조로 되어 있다.

상기 고정부재(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 각형의 단위 전지(11)와 그 사이에 설치되는 전지격벽(13)이 이루는 전지 집합체(14)가 놓여지도록 전지 집합체(14)의 바닥면과 대응되는 크기로 이루어지고, 상부에는 상기 단위 전지(11)가 안착되도록 단위 전지(11)와 대응되는 크기를 갖는 홈(31)이 간격을 두고 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 홈(31)의 깊이는 단위 전지(11)가 걸릴 수 있는 정도면 되며 그 수치에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

그리고 상기 홈(31) 사이는 전지격벽(13)이 위치하는 공간으로 상기 홈(31) 사이의 간격은 상기 전지격벽(13)의 두께와 대응되는 구조로 되어 있다.

이와같이 상기 전지 집합체(14)를 이루는 각 단위 전지(11)와 전지격벽(13)이 상기 고정부재(30) 위에 설치됨에 따라 각 단위 전지(11)와 전지격벽(13)의 위치가 균일하게 맞춰질 수 있는 것이다.

한편, 상기 고정부재(30)는 자체적으로 단위 전지(11)의 폭 변형량에 맞춰 상기 홈(31)의 폭을 늘리거나 좁힐 수 있도록 탄성부를 더욱 포함한다.

상기 탄성부는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 홈(31)에 길이방향으로 슬릿(32)이 절결형성되어 상기 고정부재(30)를 홈(31)의 길이방향을 따라 두 개로 분리시켜 분리된 두 고정부재(31)가 서로 가까워지거나 멀어지는 것으로 홈(31)의 폭이 조절될 수 있도록 하고, 상기 분리된 두 개의 고정부재(30) 사이에는 두 고정부재(30)를 연결하고 더불어 단위 전지(11)의 변형량에 따라 신축되는 탄성 리브(33)가 일체로 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 슬릿(32)이 형성된 상태에서 상기 홈(31)의 폭은 최초 단위 전지(11)의 크기와 대응되도록 하여 슬릿(32)이 절결형성된 상태에서 상기 홈(31)내에 단위 전지(11)가 꼭 끼워질 수 있도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 탄성 리브(33)는 상기 고정부재(30)에서 홈(31)의 길이방향 측단을 이루는 부분에 형성될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않으며 상기 분리된 두 개의 고정부재(30) 어느 부분이라도 연결형성될 수 있다.

상기한 구조로 되어 홈(31)내에서 단위 전지가 변형되어 팽창되면 홈(31)의 폭방향으로 힘이 가해져 두 고정부재(30)를 연결하고 있는 리브(33)가 자체적으로 탄력적으로 신장되면서 그 변형에너지를 흡수하게 된다.

그리고 상기 홈(31)의 폭은 단위 전지(11)의 변형량에 맞춰 늘어날 수 있게 되는 것이다.

이와같이 일측 단위 전지(11)에서 발생된 변형에너지는 탄성 리브(33)에 의해 해당 단위 전지(11)가 설치되어 있는 홈(31)의 폭이 변형되면서 그 에너지를 흡수하게 되어 상기 단위 전지(11)의 변형에너지가 다른 이웃하는 단위 전지로 전달되지 않게 된다.

한편, 도 2는 본 전지 모듈의 조립된 상태를 도시한 단면도로 상기한 도면에 의하면, 상기 고정부재(30)는 전지 집합체(14)의 하부에 위치하고 상기 두 개의 앤드플레이트(20) 사이에서 앤드플레이트의 하부를 연결하는 연결로드(24) 위에 놓여지는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 앤드플레이트(20)는 언급한 바와 같이 상부와 하부에 형성된 체결부(22)의 홀(23)을 통해 각각 연결로드(24)가 관통되어 너트(25)로 체결 조립됨으로써 전지 집합체(14)를 고정하게 되는 데, 상기 고정부재(30)는 상기 앤드플레이트(20)의 하부에 설치되는 연결로드(24) 위에 놓여져 상태로 상기 연결로드(24)가 고정부재(30)를 받쳐 지지하고 있게 된다.

이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고정부재(30)의 밑면에는 상기 연 결로드(24)의 하부에 설치되는 두 개의 연결로드(24)와 대응되는 위치에 길이방향을 따라 연결로드(24)가 놓여지는 지지홈(34)이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 고정부재(30)는 지지홈(34)이 연결로드(24)에 놓여져 연결로드(24)가 지지홈(34) 내로 안착됨으로써 보다 안정적으로 연결로드(24) 위에 놓여질 수 있고 이 상태에서 그 위에 단위 전지(11)와 전지격벽(13)이 장착될 수 있는 것이다.

한편, 도시되지는 않았으나, 상기 고정부재(30)는 상기 연결로드(24)가 관통되도록 길이방향을 따라 관통홀이 형성된 구조일 수 있다.

여기서 상기 관통홀은 앤드플레이트(20)의 체결부(22)에 설치되는 연결로드(24)의 위치와 대응되는 위치에 형성된다.

이와같이 고정부재(30)에 관통홀을 형성함으로써 상기 고정부재(30)는 관통홀을 통해 연결로드(24)에 설치될 수 있고, 이 상태에서 상기 연결로드(24)가 두 개의 앤드플레이트(20)에 장착됨으로써 고정부재(30)의 결합력을 더욱 공고히 할 수 있게 되는 것이다.

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 범 위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 전지에 가해지는 충격이나 전지의 변형에너지를 흡수함으로써 전지의 파손을 방지할 수 있고, 전지의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수개의 전지가 적층된 상태에서 일측 전지의 변형에너지가 다른 전지로 전파되는 것을 방지하여 다른 전지의 파손을 방지할 수 있게 된다.

또한, 전지 모듈 조립시 모듈 내에 설치되는 각 단위 전지와 전지격벽 간의 위치가 균일하게 맞춰져, 단위 전지 정렬 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전지 모듈 내의 각 단위 전지와 전지격벽의 정렬상태를 양호히 하여 각 단위 전지의 냉각조건을 균일하게 부여할 수 있게 된다.

또한, 전지모듈 내의 각 단위 전지와 전지격벽의 조립 불량에 따른 전지 파손 등을 방지하여 전지 모듈의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 다수개의 단위 전지와,

   상기 단위 전지가 적층된 전지 집합체의 양 끝에 배치되는 앤드플레이트,

   상기 앤드플레이트를 가압 체결하는 연결로드와 너트,

   상기 앤드플레이트 사이에 설치되고 전면에 상기 단위 전지가 끼워지는 홈이 형성된 고정부재,

   상기 고정부재에 설치되어 상기 단위 전지 변형시 그 변형량에 따라 상기 홈의 간격을 가변시키는 탄성부

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 앤드플레이트는 전지 집합체의 측면에 접하는 평탄부와, 이 평탄부의 마주보는 선단으로 돌출형성되는 체결부를 포함하고 이 체결부에 형성된 홀을 통해 상기 연결로드가 관통되어 체결되는 구조의 이차 전지 모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지와 단위 전지 사이에 전지격벽이 설치되는 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성부는 상기 고정부재의 홈에 길이방향으로 슬릿이 절결형성되어 상기 고정부재를 두 개로 분리시키고, 분리된 두 개의 고정부재 사이에 홈의 폭을 탄력적으로 신축시키는 신축부재가 연결된 구조의 이차 전지 모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 신축부재는 상기 홈의 길이방향의 양 측벽에 설치되는 이차 전지 모듈.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 신축부재는 상기 홈의 측벽에 고정부재와 일체로 형성되는 탄성 리브로 이루어지는 이차 전지 모듈.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 단위 전지의 단자가 상부를 향하도록 세웠을 때 상기 단위 전지의 바닥쪽에 위치하는 이차 전지 모듈.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 단위 전지의 측단에 설치되는 이차 전지 모듈.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 플라스틱 등의 절연 재질로 이루어지는 이차 전지 모듈.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재의 홈과 홈 사이의 간격은 상기 단위 전지 사이에 설치되는 전지격벽의 두께에 대응되는 이차 전지 모듈.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 앤드플레이트의 하부에 설치되는 연결로드 위에 놓여져 지지되는 이차 전지 모듈.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재의 하단에는 상기 연결로드가 안착되는 지지홈이 상기 연결로드와 대응되는 위치에 길이방향을 따라 형성되는 이차 전지 모듈.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 길이방향을 따라 상기 연결로드가 끼워지는 관통홀이 상기 연결로드와 대응되는 위치에 형성되는 이차 전지 모듈.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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