KR100776767B1

KR100776767B1 - 내진동성을 향상시킨 2차전지의 케이스

Info

Publication number: KR100776767B1
Application number: KR1020060044321A
Authority: KR
Inventors: 김찬석; 정강국; 김인중
Original assignee: 현대에너셀 주식회사
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-16

Abstract

본 발명은, 복수의 셀들을 수용하는 케이스본체와, 상기 케이스본체를 밀폐하는 상부커버를 가지며, 상기 케이스본체와 상기 상부커버 중 적어도 어느 하나에 방열공이 형성되어 있는 2차전지의 케이스에 관한 것으로서, 상기 케이스본체 내부에 수용되어 복수의 셀수용공간을 구획 형성하며, 양측 판면에 상기 셀에 탄성적으로 접하는 영역과 상기 셀과 이격된 공기유동공간을 형성하는 탄성방열패턴이 형성된 적어도 하나의 셀공간구획판재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 셀의 고정력을 향상시킬 수 있고, 외부진동과 내부온도의 상승으로부터 셀을 보호할 수 있으며, 2차전지의 성능과 수명을 향상시킴과 동시에, 폭발을 방지할 수 있는 2차전지의 케이스가 제공된다.

2차전지, 셀, 케이스, 탄성, 방열, 내진동성

Description

내진동성을 향상시킨 2차전지의 케이스{Aseismatic structure Case of rechargeable battery}

도 1은 종래 2차전지의 일예를 나타낸 간략한 사시도,

도 2는 도 1의 2차전지 분해사시도,

도 3은 도 1의 2차전지의 간략한 단면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차전지의 케이스 분해사시도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차전지의 케이스 분해사시도,

도 6은 도 5의 케이스본체와 셀공간구획판재의 분해사시도,

도 7은 도 4 및 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 2차전지의 간략한 단면도,

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 2차전지 케이스의 셀공간구획판재 작용상태 부분 평면도,

도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 2차전지의 케이스에 적용되는 다양한 셀공간구획판재의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 2차전지의 케이스 3 : 셀

10 : 케이스본체 13 : 방열배출공

15 : 구획판재결합홈 30 : 셀공간구획판재

31 : 탄성방열패턴 T : 공기유동공간

본 발명은, 2차전지의 케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내진동성 향상 구조 및 방열 구조를 개선한 2차전지의 케이스에 관한 것이다.

자동차용 배터리를 포함한 각종 산업용 배터리 및 농업용 배터리 등의 2차전지(101) 구조는 도 1 내지 도 3에 일예로 도시된 바와 같이, 상향 개구된 복수의 셀수용공간(111)을 형성하는 케이스(110)와, 케이스(110)의 상향 개구를 밀폐하는 상부커버(120)와, 케이스(110) 내부에 형성된 셀수용공간(111)들에 각각 수용되는 복수의 셀(Cell)(130)과, 셀(130)의 전극(131)과 전기적으로 연결(연결상태 미도시)되며 케이스(110) 외부로 노출되는 전극단자(140)를 가지고 있다.

한편, 케이스(110) 내부에 형성되는 셀수용공간(111)들은 케이스(110) 내부를 복수의 공간으로 구획하는 격벽(113)에 의해 형성되는데, 이 격벽(113)은 케이스(110) 내벽면과 일체로 성형된다. 그리고, 케이스(110)와 상부커버(120)에는 2차전지(101)의 충전 및 방전 중에 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 방열배출공(121)들이 형성되어 있다.

그런데, 이러한 종래 2차전지에 있어서는, 셀들이 케이스의 셀수용공간에 수용되기 위해서는 도 3에 간략한 단면도로 도시된 바와 같이, 셀과 격벽사이에 셀이 원활하게 수용될 수 있는 치수공차 만큼의 수용간극(t)이 고려되어야하기 때문에, 셀들의 완벽한 고정이 불가능하다. 이에 의해, 2차전지에 외부로부터 진동 등이 가해지면 셀수용부에 수용된 셀 역시 격벽과의 수용간극(t) 사이에서 진동을 일으키는 문제점이 발생한다.

또한, 셀 수용간극(t)을 고려하더라도 셀수용부에 셀이 수용된 상태에서는 셀이 격벽에 거의 밀착되기 때문에, 셀과 격벽사이에 충분한 열유동공간이 확보되지 못한다. 이에 의해, 셀에서 방출되는 고온의 열이 케이스 및 상부커버의 방열배출공으로 원활하게 배출되지 못하므로 2차전지 내부에서 과도한 온도상승이 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 2차전지의 과도한 온도상승은 2차전지의 성능과 수명을 저해할 뿐만 아니라, 폭발의 위험성이 존재한다는 심각한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 셀의 고정력을 향상시킬 수 있고, 셀을 진동과 온도상승으로부터 보호할 수 있으며, 2차전지의 성능과 수명을 향상시킴과 동시에, 폭발을 방지할 수 있는 2차전지의 케이스를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 복수의 셀들을 수용하는 케이스본체와, 상기 케이스본체를 밀폐하는 상부커버를 가지며, 상기 케이스본체와 상기 상부커버 중 적어도 어느 하나에 방열배출공이 형성되어 있는 2차전지의 케이스에 있어서, 상기 케이스본체 내부에 수용되어 복수의 셀수용공간을 구획 형성하며, 양측 판면에 상기 셀에 탄성적으로 접하는 영역과 상기 셀과 이격된 공기유동공간을 형성하는 탄성방열패턴이 형성된 적어도 하나의 셀공간구획판재를 포함하는 것을 특징으로 하 는 2차전지의 케이스에 의해 달성된다.

여기서, 상기 셀공간구획판재는 복수개가 상기 케이스본체 내부에 길이방향을 따라 상기 셀수용공간을 두고 상호 평행하게 이격배치되는 것이 바람직하다.

또는, 상기 셀공간구획판재는 복수개가 상기 케이스본체의 내부에 길이방향과 폭방향으로 상호 교차 결합되는 것이 효과적이다.

그리고, 상기 탄성방열패턴은 단면투영시 물결무늬형상의 웨이브 단면, 삼각단면, 다각단면, 엠보싱 단면 중 어느 하나의 단면 구조로 형성되는 것이 보다 바람직하다.

이때, 상기 셀공간구획판재의 판면에는 인접하는 상기 셀수용공간을 연통시키는 방열공이 형성되어 있는 것이 보다 효과적이다.

그리고, 상기 셀공간구획판재의 양측 단부에 대응하는 상기 케이스본체 내벽면에는 구획판재결합홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이스본체의 내측 적어도 상기 셀수용공간에 대응하는 영역의 저부면은 단면투영시 상기 셀의 하부면 접하는 영역과 상기 셀의 하부면과 이격된 공기유동공간을 형성하는 물결무늬형상의 웨이브 단면, 다각 요철 단면, 엠보싱 단면 중 어느 하나의 단면 구조로 형성되는 것이 효과적이다.

한편, 상기 셀공간구획판재는 금속판재 또는 합성수지 판재 중 어느 하나로 마련되는 것이 보다 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예 따른 2차전지의 케이스 분해사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차전지의 케이스(1)는 복수의 셀(3)들을 수용하기 위한 내부공간(11)을 형성하는 케이스본체(10)와, 케이스본체(10)를 밀폐하는 상부커버(도 7의 20)와, 케이스본체(10)의 내부공간(11)을 복수의 셀수용공간(40)으로 구획하는 셀공간구획판재(30)를 포함한다.

케이스본체(10)의 내측에는 상향 개구된 단일의 내부공간(11)이 형성되어 있으며, 케이스본체(10)의 하부벽을 포함한 둘레벽에는 내부공간(11)과 외부를 연통하는 방열배출공(13, 둘레벽의 방열배출공은 미도시)이 소정의 간격을 두고 형성될 수 있다. 그리고, 케이스본체(10)의 상호 대향하는 내벽면에는 셀공간구획판재(30)의 간격에 대응하도록 길이방향을 따라 복수의 구획판재결합홈(15)이 형성되어 있다. 이 구획판재결합홈(15)은 셀공간구획판재(30)를 케이스본체(10) 내부에 위치 고정 가능하게 결합할 수 있는 구조를 제공한다.

또한, 케이스본체(10)의 내측 적어도 셀수용공간(40)에 대응하는 영역의 저부면(19)은 단면투영시 도 7에 도시된 바와 같이, 셀(3)의 하부면 접하는 영역과 상기 셀(3)의 하부면과 이격된 공기유동공간을 형성하는 물결무늬형상의 웨이브 단면, 다각 요철 단면, 엠보싱 단면 중 어느 하나의 단면 구조로 형성된다. 이는 셀(3)의 하부면과 케이스본체(10)의 저부면 사이에 공기유동공간(t)을 형성함으로써, 셀에서 발생되는 열이 방열배출공(13)을 통해 외부로 원활하게 배출되도록 함과 동시에, 셀(3)의 상하 진동을 환충시키기 위함이다.

그리고, 상부커버(도 7의 20)의 외측에는 셀(3)들의 전극(3a)과 전기적으로 연결(연결상태 미도시)되는 한 쌍의 전극단자(도 1의 140 참고)가 외부로 노출되도록 마련되어 있으며, 상부커버(20)의 판면에는 역시 케이스본체(10)의 내부공간(11)과 외부를 연통시키는 방열배출공(13)이 형성되어 있다. 이 상부커버(20)는 셀공간구획판재(30) 및 셀(3) 등을 케이스본체(10) 내에 수용시킨 상태에서 케이스본체(10)의 내부공간(11)을 밀폐하도록 케이스본체(10) 상부에 결합된다.

한편, 셀공간구획판재(30)는 셀(3)에 대향하는 양측판면에 탄성방열패턴(31)이 형성되어 있는 구조를 갖도록 방열성능이 우수한 알루미늄(Al), 스테인레스(SUS), 스틸강 등의 금속판재 또는 강화플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 나일론6, 나일론66, 아크릴로-부타디엔-스티렌 수지(ABS수지) 등의 합성수지판재에 의해 마련될 수 있다.

이 셀공간구획판재(30)는 양측 단부(33)가 케이스본체(10) 내벽면에 형성된 구획판재결합홈(15)에 삽입결합됨으로써, 그 결합위치가 고정되면서 케이스본체(10)의 내부공간(11)을 복수의 셀수용공간(40)으로 구획한다.

그리고, 탄성방열패턴(31)은 도 4 내지 도 8b에 도시된 바와 같이 셀공간구획판재(30)를 상단에서 투시하였을 때, 탄성구조를 구현할 수 있는 물결무늬형상의 웨이브구조로 형성될 수 있다.

탄성방열패턴(31)은 양측의 돌출영역이 셀공간구획판재(30) 양측에 위치하는 셀(3)의 외벽면에 탄성적으로 접하게 됨으로써, 외부 충격에 의한 셀(3)의 진동을 탄성적으로 흡수함과 동시에 셀(3)들의 탄성적으로 가압하여 설치 고정력을 극대화한다. 한편, 돌출영역의 반대영역 즉, 함몰영역이 셀공간구획판재(30) 양측에 위치하는 셀(3)의 외벽면과 이격공간을 형성함으로써, 셀(3)에서 방출되는 열기가 케이스본체(10)와 상부커버(20)에 형성된 방열배출공(13)을 향해 이동할 수 있도록 공기유동공간(T)을 형성한다.

여기서, 탄성방열패턴(31)은 셀(3)의 진동 흡수 및 고정력 증가와 동시에, 공기유동공간(T)을 확보하는 범위에서 전술한 웨이브구조 외에도 도 9 내지 도 11과 같이, 다각단면구조 및 삼각단면구조와 엠보싱구조 등 다양한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 탄성방열패턴(31)의 형성방향은 참고 도면들에 도시된 바와 같이, 케이스본체(10)의 상하방향을 향하는 종방향으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 도시하지 않았지만, 케이스본체(10)의 구조 및 방열배출공(13)의 구조에 따라서 횡방향 사선방향 등 다양한 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 셀공간구획판재(30)의 판면에는 인접하는 셀수용공간(40)을 연통시키는 다수의 방열공(37)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이는 인접하는 셀수용공간(40)들 간의 공기유동을 원활하게 하여 셀(3)에서 발생되는 열이 공기유동공간(T)을 거쳐 방열배출공(13)으로 보다 신속하게 배출되도록 하기 위함이다.

또한, 이러한 셀공간구획판재(30)는 2차전지의 셀 배열구조에 따라서 케이스본체(10)의 내부공간(11)을 다양한 구조로 구획할 수 있다. 예를 들어 2차전지의 셀 배열구조가 도 4와 같이, 1열 배열구조일 경우에는 복수의 셀공간구획판재(30)가 각각 케이스본체(10) 내벽면에 길이방향을 따라 셀수용간격을 두고 상호 평행하 게 이격 설치되어 1열의 셀수용공간(40)들을 형성한다.

또는, 2차전지의 셀 배열구조가 도 5와 같이, 2열 배열구조일 경우에는 케이스본체(10)의 내부공간(11)에 길이방향과 폭방향으로 복수의 셀공간구획판재(30)가 상호 교차 결합되어 2열의 셀수용공간(40)을 형성할 수 있다.

이러한 구성에 의해서, 본 발명에 따른 2차전지의 케이스(1)는 도 4 및 도 5와 같이, 셀공간구획판재(30)에 의해 구획된 케이스본체(10) 내부의 셀수용공간(40)들에 각각의 셀(3)들이 수용되는데, 이때, 각각의 셀(3)들은 도 8a 와 같이, 셀공간구획판재(30)의 탄성 가압력에 의해서 셀수용공간(40) 내에서 유동없이 견고하게 위치 고정된다.

그리고, 2차전지에 외부로부터 진동 등이 가해지더라도 도 8b와 같이, 셀공간구획판재(30)에서 탄성적으로 진동을 흡수함으로써, 셀(3)의 진동을 억제한다.

또한, 셀공간구획판재(30)의 탄성방열패턴(31) 구조에 의해 셀(3)의 외벽면에 대해 이격된 공기유동공간(T)이 형성됨으로써, 각 셀(3)에서 방출되는 열기가 도 7과 같이, 셀공간구획판재(30)에 의해 형성되는 방열공(37) 및 공기유동공간(T)을 통해 케이스본체(10)와 상부커버(20)에 형성된 방열배출공(13)으로 원활하게 이동되어 외부로 방출된다. 이에 의해, 2차전지 내부에서 각 셀(3)들의 온도상승을 억제하여 2차전지의 성능이 향상되고 수명이 연장될 뿐만 아니라, 폭발을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 셀의 고정력을 향상시킬 수 있고, 셀을 진동과 온도상승으로부터 보호할 수 있으며, 2차전지의 성능과 수명을 향상시킴과 동시에, 폭발을 방지할 수 있는 2차전지의 케이스가 제공된다.

Claims

복수의 셀들을 수용하는 케이스본체와, 상기 케이스본체를 밀폐하는 상부커버를 가지며, 상기 케이스본체와 상기 상부커버 중 적어도 어느 하나에 방열배출공이 형성되어 있는 2차전지의 케이스에 있어서,

상기 케이스본체 내부에 수용되어 복수의 셀수용공간을 구획 형성하며, 양측 판면에 상기 셀에 탄성적으로 접하는 영역과 상기 셀과 이격된 공기유동공간을 형성하는 탄성방열패턴이 형성된 적어도 하나의 셀공간구획판재를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제1항에 있어서,

상기 셀공간구획판재는 복수개가 상기 케이스본체 내부에 길이방향을 따라 상기 셀수용공간을 두고 상호 평행하게 이격배치되는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제1항에 있어서,

상기 셀공간구획판재는 복수개가 상기 케이스본체의 내부에 길이방향과 폭방향으로 상호 교차 결합되는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탄성방열패턴은 단면투영시 물결무늬형상의 웨이브 단면, 삼각단면, 다각단면, 엠보싱 단면 중 어느 하나의 단면 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제4항에 있어서,

상기 셀공간구획판재의 판면에는 인접하는 상기 셀수용공간을 연통시키는 방열공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제5항에 있어서,

상기 셀공간구획판재의 양측 단부에 대응하는 상기 케이스본체 내벽면에는 구획판재결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제6항에 있어서,

상기 케이스본체의 내측 적어도 상기 셀수용공간에 대응하는 영역의 저부면은 단면투영시 상기 셀의 하부면 접하는 영역과 상기 셀의 하부면과 이격된 공기유동공간을 형성하는 물결무늬형상의 웨이브 단면, 다각 요철 단면, 엠보싱 단면 중 어느 하나의 단면 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.
제6항에 있어서,

상기 셀공간구획판재는 금속판재 또는 합성수지 판재 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 2차전지의 케이스.