KR100599617B1 - 이차전지 및 이차전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 단자 상단부의 구조를 개선하여 단자의 회동(回動)을 방지함으로써 이차전지의 구조적 안전성과 신뢰성을 높일 수 있도록, 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군 및 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 단자에 치구와 맞물리는 파지부가 형성된 이차전지를 제공하다.

단자, 체결력, 단자 파지부, 치구

Description

이차전지 및 이차전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 종래기술에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 모듈의 연결 구조를 설명하기 위한 측단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예와 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 단자 파지부를 도시한 사시도이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 단자 파지부를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 전지의 단자의 구조를 개선하여 조립성을 향상시킨 이차전지 및 이차전지 모듈에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감은 전극군(또는 젤리롤)을 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차전지를 구성하게 된다.

이와 같이 하나의 이차전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)는 통상 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 고출력 이차전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지 모듈이라 칭한다)를 이루게 되며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트 외측으로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자, 상기 캡 플레이트와 상기 양,음극 단자 사이에 구비되어 내밀성을 보장 하는 가스켓을 포함한다.

그리고 각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈(100)을 구성하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 각 단위전지(111)의 캡 조립체(113) 상부로 돌출된 양극단자(114) 및 음극단자(115)가 이웃하는 단위전지(111)의 양극단자(114) 및 음극단자(115)와 엇갈리도록 각 단위전지(111)를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자(115)와 양극단자(114)간에 너트(118,122)를 매개로 연결구(120)를 연결설치하는 구조로 되어 있다.

즉, 각 단자(114,115)는 수나사로 이루어지고, 각 단자에 일차적으로 너트(118)가 체결되어 단자(114,115)를 캡 조립체(113) 상에 고정시키게 되며, 상기 너트(118) 위에 일측 단위전지(111)의 양극단자(114)와 다음 단위전지(111)의 음극단자(115)를 전기적으로 연결하는 연결구(120)가 끼워지고 상기 연결구(120) 위에 다시 너트(122)가 체결되어 연결구(120)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

그러나 상기한 종래의 구조는 캡조립체(113) 상에 상기 단자(114,115)를 조립하는 과정에서 단자(114,115)의 파지가 제대로 이루어지지 않아, 상기 단자(114,115)가 상기 가스켓(119) 또는 상기 연결구(116) 및 캡 플레이트에 대하여 회동할 수 있으며, 이에 따라 너트(118)를 단자(114,115)에 체결할 때 단자가 너트와 같이 회동되어 상기 단자(114,115) 또는 가스켓(119)이 변형 또는 파손되고, 심한 경우 단자가 단락될 수 있는 문제점이 있다.

특히 전지 모듈(100) 외부로부터 충격이나 진동이 가해지게 되면 단위 전지(111)의 유동과 더불어 단자(114,115)가 회동하게 되어 상기 단자(114,115) 또는 상기 가스켓(119)의 변형을 초래할 우려가 있으며, 상기 가스켓(119)의 변형으로 인하여 단자(114,115)가 단락되는 심각한 현상을 초래할 수 있다.

또한, 상기 단위 전지(111)에 연결구(120)를 설치하기 위해 단자(114,115)에 너트(122)를 결합시키는 과정에서도 너트(122)와 함께 단자(114,115)가 회동될 우려가 있다.

더욱이, 상기 이차전지가 전동 청소기 또는 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차전지로서 적용되는 경우, 수십 개의 단위 전지가 구비되어 상호 연결됨에 따라 각 전지에서 단자의 체결 불량이 발생할 확률이 높으며 이에 따라 원하는 출력 특성을 얻지 못하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단자의 조립 시 단자를 용이하게 고정할 수 있도록 함으로써, 단자의 회동을 방지하여 구조적 안전성과 전지의 신뢰성을 높일 수 있도록 된 이차전지의 단자 체결력 향상 구조를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단자에 일정한 모양의 홈 또는 돌기 형태의 파지부를 형성하여, 상기 단자에 대한 너트 체결 시 상기 단자 파지부를 치구로 고정하는 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 단자는 파지부를 통해 치구로 용이하게 고정될 수 있게 되어 조립과정에서 너트 및 캡 조립체에 대한 회동이 제한되어 유동을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 단자는 상기 탭 조립체 외측으로 돌출된 단자의 상부에 별도의 치구로 단자를 파지할 수 있도록 단자 파지부가 형성된 구조로 되어 있으며, 상기 단자 파지부는 일자형태, 십자형태, 사각기둥 등 다양한 형태의 단면구조를 가질 수 있고, 또한 단자 상단면에 대해 홈 또는 돌출형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트 외측으로 돌출되는 양극단자와 음극단자를 포함한다.

그리고 이차전지 모듈은 상기 단위전지들이 직렬로 연결된 구조로 이웃하는 단위전지 간에 양극단자와 음극단자가 서로 엇갈리도록 교차 배열될 수 있다.

여기서 상기 이차전지 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, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)의 구조를 살펴보면, 상기 단위전지(11)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사 이에 두고 위치하는 전극 조립체(19)와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(12), 상기 케이스(12)와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체(13), 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되는 양,음극단자(14,15)를 포함한다.

또한 상기 캡 조립체(13)와 양,음극 단자(14,15) 사이에는 케이스(12) 내부의 내밀성을 보장하는 가스켓(17)이 더욱 설치될 수 있다.

상기 케이스(12)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극 조립체(19)가 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체의 각형 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

이하 본 실시예에서는 각형 이차전지에 대해서 설명하겠으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 전지 등 다양한 구조에 적용될 수 있음은 물론이다.

그리고 본 실시예에서 상기 각 단위전지(11)는 캡 조립체(13) 위로 두 개의 단자(양극단자(14)와 음극단자(15))가 간격을 유지한 상태로 돌출된 구조로 되어 있다.

상기한 구조의 각 단위전지(11)는 대용량의 전지모듈(10)을 구성하기 위하여, 단자(14,15)가 상부를 향하는 상태로 일정 간격을 두고 배치되며 일측 단위전지(11)의 캡 조립체(13) 상부로 돌출된 양극단자(14) 및 음극단자(15)가 이웃하는 단위전지(11)의 양극단자(14) 및 음극단자(15)와 엇갈리도록 교차 배열된다.

이에 따라 단위전지(11)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극단자와 음극단자가 반복되면서 일정간격으로 늘어서는 단자열이 형성된다.(즉, 상기 단자열은 극 성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 이해될 수 있다.)

상기한 구조의 전지 모듈에 있어서, 본 이차전지는 각 단위전지(11)를 직렬로 연결시키기 위하여 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 연결구(20)가 장착된다.

여기서 도 3에서 도시된 바와 같이 각 단위전지(11)의 단자(14,15)는 수나사 형태로 캡 조립체(13) 상에 가스켓(17)을 매개로 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되며, 너트(18)가 상기 단자(14,15)에 체결되어 조여짐으로써 캡 조립체(13) 상에 조립 고정된다.

그리고 상기 너트(18) 위에 일측 단위전지(11)의 양극단자(14)와 다음 단위전지(11)의 음극단자(15)를 전기적으로 연결하는 연결구(21)가 끼워지며 상기 연결구(21) 위에 다시 너트(22)가 체결되어 연결구(21)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

한편, 상기 단자(14,15)는 상기 캡 조립체(13) 외측으로 돌출된 단자의 상부에 별도의 치구로 단자를 파지할 수 있도록 단자 파지부(16)가 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 본 실시예에 따르면 상기 단자 파지부(16)는 일자형태로 단자(14,15)에 대해 외측으로 돌출된 구조로 되어 있다.

상기 돌출된 일자형태의 단자 파지부(16)는 단자(14)의 중심에 위치하며, 그 길이는 단자(14)의 지름의 길이보다 작거나 같은 영역 이내이면 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 단자 파지부(16)는 그 형태를 달리 구성할 수 있다.

즉, 상기 단자 파지부(16)는 도 3a에서와 같은 일자형태의 단면구조로 이루어질 수 있으며, 도 3b에 도시된 바와 같이 십자형태의 단면구조로 이루어질 수 있다.

또한, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 단자 파지부(16)는 단자(14,15) 중심에 사각형태의 단면구조로 이루어질 수 있다.

또한 상기 단자 파지부(16)는 단자(14,15) 상단에 홈의 형태로 형성될 수 있으며 상기 홈 형태의 파지부(16) 또한 4a에 도시된 바와 같이 일자형태의 단면구조로 이루어질 수 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이 십자형태의 단면구조 또는 도 4c에 도시된 바와 같이 단자 중심에 사각형태의 단면구조로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 파지부(16)의 형태에 대해서는 위에 언급된 구조 이외에 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 파지부(16)를 용이하게 파지할 수 있는 구조면 모두 본 발명의 진정한 정신에 속한다 할 것이다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

단자(14,15)는 각 단위전지(11)의 캡 조립체(13)에 가스켓(17)을 매개로 돌출 설치되고, 캡 조립체(13) 외측으로 돌출된 상기 단자(14,15)에 너트(18)를 체결하여 조여줌으로써 단자(14,15)를 캡 조립체(13) 상에 고정시키게 된다.

이때, 상기 단자(14,15)는 상단에 형성된 파지부(16)가 별도의 치구(도시되지 않음)에 의해 파지되어 회동이 제어되어 있는 상태로, 상기 너트(18)를 단자 (14,15)에 결합하는 과정에서 단자가 너트와 같이 회동되는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서 상기 치구는 상기 단자(14,15)에 형성된 파지부(16)의 형태와 대응되는 형태로 이루어지며, 예컨대, 상기 파지부(16)가 십자형태로 돌출되어 있는 구조인 경우, 상기 치구는 상기 파지부(16)가 끼워지는 십자형태의 홈이 형성되어 상기 파지부(16)가 끼워지는 것으로 용이하게 단자를 고정시킬 수 있게 된다.

한편, 전지모듈(10) 구성을 위해 상기 단위전지(11)간에 연결구(20)를 설치하는 경우에도 각 단위전지(11)의 단자(14,15)에 형성된 파지부(16)를 치구로 용이하게 파지함으로써 너트(22) 체결 시 단자가 회동되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 이차전지는 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.

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 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 치구를 이용하여 단자를 용이하게 파지할 수 있도록 단자 상단에 파지부를 형성함으로써 너트 체결 시 단자의 회동을 방지할 수 있고, 이에 따라 단자 또는 가스켓 등의 파손을 방지할 수 있어서 이차전지의 구조적 안전성과 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (13)

1. 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군; 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 단자에 치구와 맞물리는 파지부가 형성된 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파지부는 일자형태의 단면구조로 된 이차전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 파지부는 십자형태의 단면구조로 된 이차전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 파지부는 단자 중앙에 사각형태의 단면구조로 된 이차전지.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파지부는 상기 단자에 대해 돌출 형성된 이차전지.
6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파지부는 상기 단자에 홈 형태로 형성된 이차전지.
7. 상기 1 항에 있어서 상기 이차전지는 모터 구동용인 이차전지.
8. 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 이차전지 모듈에 있어서,

   상기 단위 전지의 단자에 치구와 맞물리는 파지부가 형성된 이차전지 모듈.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 파지부는 일자형태의 단면구조로 된 이차전지 모듈.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 파지부는 십자형태의 단면구조로 된 이차전지 모듈.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 파지부는 단자 중앙에 사각형태의 단면구조로 된 이차전지 모듈.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파지부는 상기 단자에 대해 돌출 형성된 이차전지 모듈.
13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파지부는 상기 단자에 홈 형태로 형성된 이차전지 모듈.

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