KR100733709B1 - 플레이트를 포함하고 있는 전극 연결부재 및 그것을포함하는 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 와이어, 및 상기 와이어 상에 전지 전극과의 전기적 연결을 위한 플레이트를 포함하고 있으며 상기 도전성 와이어와 플레이트는 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있는 전극 연결부재 및 그것을 사용하여 구성된 전지모듈을 제공하는 바, 이러한 전극 연결부재는 전지 전극과의 전기적 연결을 플레이트에 의해 달성하므로 전지의 손상을 최소화하면서 용접 등에 의한 결합이 용이하고, 플레이트 간의 전기적 연결은 굴곡성이 있는 와이어를 사용함으로써 전극 연결을 위한 조립작업이 매우 용이하며, 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

플레이트를 포함하고 있는 전극 연결부재 및 그것을 포함하는 전지모듈 {Electrode Connector Containing Plate and Battery Module Employed with the Same}

도 1a 및 1b는 종래기술에 따라 FPCB를 사용하여 전지의 전극을 연결함에 있어서 정상적인 조립과정과 비정상적인 조립과정을 단계별로 나타낸 모식도들이다;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 연결부재의 부분 모식도이다;

도 3은 본 발명에 따른 전극 연결부재에 사용될 수 있는 하나의 예시적인 플레이트의 모식도이다;

도 4는 도 2에서 선 A-A에 대한 단면도이다.

도면의 주요부호에 대한 설명

100: 전극 연결부재

200: 와이어

300: 플레이트

본 발명은 전지의 전극을 연결하기 위한 부재로서, 전극에 용접할 수 있는 플레이트가 와이어에 장착되어 있어서, 전지에 대한 손상을 최소화하면서 전극간의 전기적 연결을 위한 조립작업이 용이하고 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 전극 연결부재를 제공한다. 본 발명은 또한 이러한 연결부재를 사용하여 제조되는 전지모듈을 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지 팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능함에 반하여, 노트북, 전기자동차 등과 같은 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 중대형 전지 팩의 사용이 요구된다.

전지 팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 전기적 연결을 이룬 전지 구조물로서, 단위전지의 전극간 전기적 연결을 위해 와이어, 플레이트, FPCB 등이 사용되고 있다.

와이어는 도체로 이루어진 선상(線狀) 부재로서, 일반적으로 선상 도체의 외면에 절연성 수지가 피복되어 있으므로, 변형이 용이하고 가격이 저렴한 장점을 가 지고 있지만, 전지의 전극에 스팟 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 전기적 연결을 이루기 어렵고, 용접 과정에서 전지로 다량의 열이 전달되어 전지의 손상을 유발하는 단점을 가지고 있다.

반면에, 플레이트는 판상의 도체 부재로서 전지 전극에 대해 상기와 같은 용접을 실행하기 용이한 장점을 가지고 있지만, 조립 과정에서 약간의 오차로도 결합을 달성하기 어려운 단점을 가지고 있다.

반면에, 최근 많이 사용되고 있는 FPCB (Flexible Printed Circuit Board: 연성인쇄회로기판)은 상기 플레이트와 마찬가지로 전지 전극과의 용접이 용이하고 복잡한 구조의 전기적 연결에 적합하다는 장점을 가지고 있지만, 고가이고 정형성이 떨어지며 조립작업이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.

도 1a 및 1b에는 FPCB를 사용하여 다수의 전지들의 전극을 전기적으로 연결하여 전지모듈을 구성하는 일부 과정이 도시되어 있다. 도 1a는 전극 연결이 정상적으로 이루어지는 조립 단계를 나타내고 있고, 도 1b는 전극 연결이 비정상적으로 이루어지는 조립 단계를 나타내고 있다.

이들 도면을 참조하면, FPCB(10)는 연성 기판(12)에 전지(20)의 전극들(22)이 연결되기 위한 회로(14)가 기형성되어 있다. 따라서, 일정하게 정렬된 전지들(20)의 전극들(22) 상에 FPCB(10)의 연결 회로(14)가, 도 1a에서와 같이 올바르게 배치된 경우에는, 정상적인 전기적 연결을 이룰 수 있다. 그러나, 도 1b에서와 같이, 첫 번째 연결 과정에서 오차가 발생하면, 이후의 전기적 연결은 정상적으로 달성되기 어렵다. 따라서, 조립작업이 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에 와이어의 장점과 플레이트의 장점을 복합적으로 실현할 수 있는 연결부재를 개발하기에 이르렀다. 즉, 굴곡성이 있는 와이어 상에 전지 전극과의 용접이 용이한 플레이트가 장착된 연결부재는, 저렴한 가격으로 제조가 가능하고, 변형이 가능한 와이어의 특성으로 인해 조립작업이 매우 용이하며, 전지 전극과의 전기적 결합은 용접이 용이한 플레이트에 의해 달성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 전극 연결부재는, 도전성 와이어, 및 상기 와이어 상에 전지 전극과의 전기적 연결을 위한 플레이트를 포함하고 있으며, 상기 도전성 와이어와 플레이트는 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.

상기 도전성 와이어는 선상(線狀)의 도체로서 바람직하게는 절연성 수지로 피복되어 있어서 주변 기기에 대한 단락을 방지할 수 있다. 와이어의 소재는 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 구리, 철, 납 등과 같이 전기공학 분야에서 일반적으로 사용되는 도전성 소재가 그대로 사용될 수 있다. 그 중에서도 연성과 전기 전도성이 우수한 구리가 특히 바람직하다.

상기 플레이트는 판상(板狀)의 도체로서 전지 전극과의 전기적 연결이 이루어지는 전극 연결부재의 일부이다. 플레이트의 소재 역시 전지 전극과의 전기적 연결을 이룰 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 니켈, 알루미늄, 구리, 철, 이들의 합금 등이 사용될 수 있다. 그 중에서도 가격 및 전기 전도성을 고려했을 때 니켈 또는 그것의 합금이 특히 바람직하다.

상기 플레이트와 전지 전극의 전기적 연결은 다양한 방법으로 달성될 수 있으며, 예를 들어, 용접, 기계적 결합, 접착 등에 의한 연결을 들 수 있다. 바람직하게는, 스팟, 초음파, 레이저, 납땜 등에 의한 용접이 사용될 수 있다.

본 발명의 특징 중의 하나는 전지 전극과의 전기적 연결은 플레이트를 통해 달성되고 그러한 플레이트의 상호 연결은 와이어를 통해 달성된다는 것이다. 따라서, 전극과 플레이트의 결합이 용이하고, 또한 굴곡성 있는 와이어의 사용으로 인해 전극간의 거리에 관계없이 플레이트의 전기적 연결을 이룰 수 있다.

본 발명에 따른 전극 연결부재는 와이어와 플레이트를 별도로 제조하여 상호 결합시킨 형태일 수도 있고, 일체로서 제조된 형태일 수도 있다. 하나의 바람직한 예에서, 전극 연결부재는 하나의 와이어 상에 다수의 플레이트를 크램핑하여 결합시킨 구조일 수 있다. 경우에 따라서는 하나의 와이어를 하나의 플레이트와 결합시킨 단위부재를 다수 연결한 구조일 수도 있다.

본 발명은 또한 상기 전극 연결부재를 사용하여 구성되는 전지모듈을 제공한다.

전지모듈은 하나의 전지로는 달성하기 어려운 고출력 대용량의 전류를 제공 하기 위하여 둘 또는 그 이상의 전지들을 전기적 및 기계적으로 체결한 구조로 이루어져 있다. 이러한 전지모듈에는 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 부재가 사용되는 바, 상기 전극 연결부재는 다수의 전지들(단위전지들)을 전기적으로 연결하여 중대형 전지모듈을 제조할 때 각 단위전지간의 전극들을 상호 연결하는 경우뿐만 아니라, 단위전지의 전극을 소정의 외부기기에 연결하는 경우에도 유용하게 사용될 수 있다.

고출력 대용량을 제공하기 위해 둘 또는 그 이상의 단위전지들로 구성되는 전지모듈의 구조는 다양할 수 있으며, 당업자에게 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. 다만, 본 발명에 따른 전극 연결부재를 사용하는 전지모듈의 구조는 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 이러한 전지모듈은 노트북 컴퓨터와 같은 소형 디바이스와 전기자동차, 하이브리드 전기자동차와 같은 대형 디바이스용 전원으로서 전지팩의 제조에 바람직하게 사용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상술하지만 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 연결부재의 부분 모식도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전극 연결부재(100)는 하나의 와이어(200)에 다수의 플레 이트(300)가 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다. 와이어(200)는 도전성 심재(210)를 절연성 피복(220)으로 감싼 구조로 이루어져 있다.

플레이트(300)의 더욱 자세한 구조는 도 3에서 확인할 수 있는 바, 플레이트(300)는 판상 본체(310)의 한쪽 측단에 측부 크램핑부(320)가 형성되어 있고, 하단에 하부 크램핑부(330)가 형성되어 있다. 이들 크램핑부(320, 330)를 와이어 심재(210: 이점쇄선)에 크램핑시킴으로써 전기적 연결을 행하게 된다. 측부 크램핑부(320)는 반대쪽 측단에도 형성될 수 있다. 전지 전극(도시하지 않음)은 판상 본체(310)에 전기적으로 연결되며, 이는 바람직하게는 용접 등으로 달성될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 플레이트(300)이 결합되는 와이어(200)의 부위는 도전성 심재(210)가 노출되어 있다. 따라서, 플레이트(300)의 크램핑부(320, 330)의 결합으로 전기적인 연결이 가능해진다.

이와 관련하여, 도 4에는 도 2의 선 A-A의 단면도가 도시되어 있다. 와이어에서 플레이트가 결합되는 부분에는 절연성 피복(220: 이점쇄선)이 존재하지 않으므로, 도전성 심재(210)는 플레이트의 측부 크램핑부(320)와 직접 접하게 되어 전기적인 연결이 가능해진다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

예를 들어, 플레이트의 구조와 그것이 와이어와 전기적으로 연결되기 위한 구성은 예시적인 도 2의 내용을 바탕으로 다양한 변형을 이룰 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 연결부재는 전지 전극과의 전기적 연결을 플레이트에 의해 달성하므로 전지의 손상을 최소화하면서 용접 등에 의한 결합이 용이하고, 플레이트 간의 전기적 연결은 굴곡성이 있는 와이어를 사용함으로써 전극 연결을 위한 조립작업이 매우 용이하며, 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

Claims (7)

1. 도전성 와이어, 및 상기 와이어 상에 전지 전극과의 전기적 연결을 위한 둘 또는 그 이상의 플레이트를 포함하고 있으며, 상기 와이어는 절연성 수지로 피복되어 있고, 와이어와 플레이트는 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어진 전극 연결부재.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어의 소재는 구리이고, 상기 플레이트의 소재는 니켈인 것을 특징으로 하는 연결부재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트와 전지 전극의 전기적 연결은 스팟 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 및 납땜으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 달성되는 것을 특징으로 하는 연결부재.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 연결부재는 하나의 와이어 상에 다수의 플레이트를 크램핑하여 결합시킨 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연결부재.
6. 제 1 항에 따른 전극 연결부재를 사용하여 구성되는 전지모듈.
7. 제 6 항에 있어서, 다수의 전지들(단위전지들)의 전극들을 상호 연결하거나 단위전지의 전극을 소정의 외부기기에 연결하는데 상기 전극 연결부재가 사용되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.

Images