KR100709262B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 전지들의 지지구조를 개선하여 엔드 플레이트의 변형을 방지할 수 있도록, 적층 배열된 복수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들의 최외측에 각각 설치되어 상기 단위 전지들을 고정하는 엔드 플레이트, 및 적어도 일측 엔드 플레이트에 접하여 상기 엔드 플레이트를 지지하는 탄성부재를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

이차 전지 모듈, 엔드 플레이트, 탄성부재

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 개략적인 단면도이다.

본 발명은 복수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 이차 전지 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 엔드 플레이트의 지지구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있으며, 이차 전지의 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 대전력을 필요로 하는 기기, 예컨대 전기 자동차 등에는 복수개의 고출력 이차 전지를 직렬로 연결한 대용량의 이차 전지가 사용된다.

이와 같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지 모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)로 이루어진다.

그리고 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 및 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.

그리고 각각의 단위 전지는 통상 하우징 내에 일정 간격을 두고 배열되고 각 단위 전지의 단자를 연결하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기 전지 모듈은 안정성을 위해서 복수의 단위 전지를 하나의 전지 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다.

즉, 복수 개의 단위 전지를 적층 배열되고, 상기 단위 전지들의 최외측에 두 개의 엔드 플레이트가 배치되며, 상기 엔드 플레이트들이 복수 개의 막대 형태의 연결로드로 지지되어 각 단위 전지들이 전지모듈로 체결된다. 일반적으로 상기 연결로드는 일측에 플렌지부가 형성되고 타측에 나사가공부가 형성된다. 그리고 나 사가공부에 너트가 체결되어 플렌지부와 너트가 각각 엔드 플레이트를 지지하는 구조로 설치된다.

전지 모듈을 장시간 사용할 경우, 단위 전지 내부가 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있으며, 이 경우 단위 전지의 부피가 팽창하여 상기 엔드 플레이트를 가압하게 된다. 또한, 이러한 가압력은 상기 단위 전지가 충전과 방전을 되풀이함에 따라 증가하며, 증가된 가압력에 의하여 엔드 플레이트가 변형되는 문제가 발생한다.

그리고 엔드 플레이트에 굽힘 변형이 발생하면, 상기 연결 로드 또는 연결 로드를 엔드 플레이트에 고정하는 너트가 엔드 플레이트와 불균일하게 접촉하여 응력이 집중됨으로써, 응력이 집중하는 부분에서 부품이 변형되거나 심각한 경우에는 파손되는 문제가 발생한다.

또한, 엔드 플레이트에 항복점 이상의 응력이 작용하여 엔드 플레이트가 소성변형으로 휘어지게 되면, 영구적으로 응력이 집중하는 부분이 생기고 이러한 부분이 변형되거나 파손될 위험은 더욱 커지게 된다.

그리고 이러한 문제를 해결하기 위해 연결 로드 또는 엔드 플레이트를 두껍게 제작하면 이차전지 모듈의 전체적인 무게가 증가하여 전지모듈이 장착되는 기기의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

특히, HEV(하이브리드 전기 자동차), 전기 자전거, 전기 스쿠터 등에 사용되는 모터 구동용 이차 전지의 경우 상기 기기들의 성능을 향상시키기 위해서 전지의 자체 하중을 줄이는 것은 무엇보다 중요하다고 할 수 있는데, 엔드 플레이트의 두 께를 증가시키는 것은 전지 모듈의 무게 증가로, 무게 대비 출력이 저하되어 모터 구동용으로 적용하기 힘든 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔드 플레이트를 지지하는 구조를 개선하여 엔드 플레이트의 변형을 방지할 수 있는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 적층 배열된 복수개의 단위 전지와 단위 전지들의 최외측에 각각 설치되어 상기 단위 전지들을 지지하는 엔드 플레이트, 및 적어도 일측 엔드 플레이트에 접하여 상기 엔드 플레이트를 지지하는 탄성부재를 포함한다.

단위 전지들은 하우징 내에 배치되고, 탄성부재는 일측단이 엔드 플레이트에 접하고 타측단이 하우징의 내벽에 접하여 지지되도록 설치될 수 있다.

이러한 탄성부재는 압축 스프링으로 이루어질 수 있다

엔드 플레이트에는 복수개의 관통 홀이 형성되고, 상기 관통 홀에는 엔드 플레이트들을 연결하는 연결부재가 삽입될 수 있다.

그리고 연결부재의 일측 단부에는 플랜지부가 형성되며, 엔드플레이트 중 일측 엔드 플레이트는 상기 플랜지부에 고정되고 타측 엔드 플레이트는 탄성부재에 의하여 지지될 수 있다.

한편, 탄성부재와 접하는 엔드 플레이트의 외측에는 고정판이 설치되고, 상 기 탄성부재는 고정판과 엔드 플레이트 사이에 설치되어 상기 엔드 플레이트를 지지하는 구조로 설치될 수도 있다.

또한, 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 에너지원으로 사용될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

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

상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 단위 전지(11)가 내장되는 하우징(20)과 상기 하우징에 내장되는 복수 개의 단위 전지(11)와 상기 단위 전지(11)들의 사이에 배치되어 열전달 매체의 유동통로를 제공하는 복수의 전지 격벽(12)을 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(11)로 각형의 단위 전지(11)가 사용되는 경우에 대해 설명한다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 등 다양한 형상의 이차 전지에 본 발명이 적용될 수 있다.

각각의 단위 전지(11)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군을 케이스 내에 구비하여, 설정된 양의 전기를 충전과 방전하는 통상적인 구조의 이차전지로 이루어진다.

상기 단위 전지(11) 사이에는 단위 전지(11) 간의 간격을 유지하고 열전달 매체를 단위 전지(11) 사이로 유통시키기 위한 전지 격벽(12)이 설치된다.

단위 전지(11)가 내장되는 하우징(20)에는 열전달 매체가 유입되는 유입구 (21)와 열전달 매체가 배출되는 배출구(22)가 형성되며, 중앙 통로로 유입되는 열전달 매체는 전지 격벽(12)에 형성된 통로를 지나 양측 가장자리에 형성된 통로를 거쳐 배출구(22)로 배출된다.

그리고 적층 배열된 단위 전지(11)들의 외측에는 상기 단위 전지(11)들을 내측으로 가압하는 한 쌍의 엔드 플레이트(35, 36)가 설치된다. 엔드 플레이트(35, 36)에는 복수개의 관통홀(미도시)이 형성되고 관통홀에는 엔드 플레이트들(35, 36)을 지지하는 연결부재(30)가 삽입된다. 연결부재(30)는 막대부(32)와 막대부(32)의 일측 단부에 형성되는 플랜지부(31)를 포함한다.

그리고 일측 엔드 플레이트(35)는 연결부재(30)에 형성된 플렌지부(31)에 고정되고 타측 엔드 플레이트(36)는 탄성부재(37)에 지지된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탄성부재(37)는 압축 스프링으로 이루어지며, 탄성부재(37)의 일단이 하우징(20)의 내벽에 접하고 타단이 엔드 플레이트(36)의 외측면에 접하여 엔드 플레이트(36)를 단위 전지들(11)를 향하여 가압한다.

그리고 엔드 플레이트들(35, 36)에는 각각 네 개의 연결부재(30)가 설치되며, 상기 연결부재(30)의 일측 단부는 하우징(20)의 내벽에 지지되고, 플랜지(31)가 형성된 타측 단부는 엔드 플레이트(35)에 고정된다.

따라서 충전과 방전을 되출이 함에 따라 스웰링 현상이 발생하여 단위 전지(11)가 부풀어오르면, 탄성부재(37)의 가압력보다 더 큰 힘이 엔드 플레이트(35, 36)에 작용하여 탄성부재(37)에 의해 지지된 엔드 플레이트(36)는 연결부재(30)에 의해 안내되어 하우징(20)의 내벽을 향하여 밀려나게 된다.

본 실시예에서는 엔드 플레이트에 두 개의 탄성부재가 설치되어 엔드 플레이트를 지지하며, 탄성부재는 엔드 플레이트를 안정적으로 지지할 수 있는 구조라면 적어도 하나 이상 설치되면 족하다. 이와 같이 단위 전지의 부풀어오르더라도 엔드 플레이트가 외측으로 밀려나므로 단위 전지의 부피가 증가함에 따라 탄성부재가 수축하여 엔드 플레이트에 작용하는 힘은 일정한 수준을 유지하게 되어 엔드 플레이트가 변형되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전지 모듈은 탄성부재(47)가 설치된 엔드 플레이트(46)의 외측에 탄성부재(47)를 지지하는 고정판(48)을 포함한다.

상기 고정판(48)은 연결부재(30)에 체결되는 너트(49)에 의하여 고정되는데, 연결부재(30)의 일측 단부에는 플랜지부(31)가 형성되어 상기 플랜지부(31, 도 4에 도시)가 엔드 플레이트(45)를 지지하며, 타측 단부에는 나사가공부(30a)가 형성되고 상기 나사가공부(30a)에 너트(49)가 체결되어 너트(49)가 고정판(48)을 지지한다.

그리고 일측 탄성부재(45)는 플랜지부(31)에 의하여 고정되지만, 타측 엔드 플레이트(46)는 일단이 고정부재(48)에 접하고 타단이 엔드 플레이트(46)에 접는 탄성부재(47)에 의하여 단위 전지(11) 쪽으로 가압된다.

그리고 본 실시예에 따른 탄성부재(47)는 압축 스프링으로 이루어지며, 최초 설치될 때, 압축된 상태로 설치되어 엔드 플레이트(46)를 가압한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단위전지들(11)은 하우징(20)의 내부에 설치되는데, 하우징(20)은 냉각 매체가 유입되는 유입구(21)와 냉각 매체가 배출되는 배출구(22)가 형성되며, 하우징(20)의 중앙에 형성된 유입구(21)를 중심으로 양쪽에 단위전지들(11)이 배치되다. 상기 단위전지들은 엔드 플레이트(45, 46)와 고정판(48), 및 상기 엔드 플레이트를 가압하는 탄성부재(47)에 의해 지지된 상태로 하우징(20) 내부에 설치된다.

이와 같이 단위전지들(11)이 고정판(46)에 지지된 탄성부재(47)에 의해 가압된 상태로 고정되어 하우징(20)의 내부에 설치되므로, 상기 단위전지들(11)에 초기 체결압을 부여하는 것이 용이하다.

그리고 단위 전지가 부풀어올라, 엔드 플레이트(46)에 작용하는 힘이 탄성부재(47)의 가압력보다 크게되면 탄성부재(47)가 수축하면서 엔드 플레이트(46)가 고정판(48) 쪽으로 밀려나게된다. 엔드 플레이트(46)가 고정판(48) 쪽으로 밀려나므로, 엔드 플레이트(45, 46)에 작용하는 가압력은 일정한 수준으로 감소될 수 있다.

상기한 본 발명의 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.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 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 발명에 따르면, 엔드 플레이트가 탄성부재에 의하여 지지되어 엔드 플레이트가 유동 가능하게 설치되므로 엔드 플레이트에 작용하는 힘을 감소시킴으로써 엔드 플레이트의 변형을 용이하게 방지할 수 있다.

그리고 엔드 플레이트가 유동할 때, 연결부재의 안내되어 유동하므로 엔드 플레이트가 이탈되지 않고 안정적으로 유동될 수 있다.

Claims (7)

1. 복수개의 단위 전지;

   상기 단위 전지들의 최외측에 설치되어 상기 단위 전지들을 고정하는 엔드 플레이트; 및

   일측 단부가 상기 엔드 플레이트의 면 중, 상기 단위 전지를 향하는 방향과 반대 방향을 향하는 면에 접하도록 설치되며, 타측 단부는 상기 엔드 플레이트에서 이격되어 고정된 고정판에 접하도록 설치된 탄성부재;

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 단위 전지들은 하우징 내에 배치되고, 상기 고정판은 상기 하우징의 내벽인 이차 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 압축 스프링으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 엔드 플레이트에는 관통 홀이 형성되고, 상기 관통 홀에는 상기 엔드 플레이트들을 연결하는 연결부재가 삽입되는 이차 전지 모듈.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 연결부재의 일측 단부에는 플랜지부가 형성되며, 상기 엔드플레이트 중 일측 엔드 플레이트는 상기 플랜지부에 고정되고 타측 엔드 플레이트는 상기 탄성부재에 의하여 지지되는 이차 전지 모듈.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 고정판은 상기 연결부재에 끼워져 고정된 이차 전지 모듈.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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