KR100876456B1 - 분리형 커넥팅 부재 및 그것을 이용한 이차전지 모듈의제조방법 - Google Patents

분리형 커넥팅 부재 및 그것을 이용한 이차전지 모듈의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이차전지 모듈을 구성하는 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 연결하는데 사용되는 커넥팅 부재로서, 단위전지(a)의 전극단자에 연결되는 제 1 단자 연결체 및 단위전지(b)의 전극단자에 연결되는 제 2 단자 연결체로 구성되어 있으며, 각 전극단자들에 연결된 상태에서 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체는 서로 분리되어 있고, 별도의 도전성 부재를 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체에 결합시킬 때 단위전지(a)와 단위전지(b)의 전기적 연결이 이루어지는 커넥팅 부재, 및 그것을 사용하여 이차전지 모듈을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 커넥팅 부재를 구성하는 단자 연결체들이 단위전지의 전극단자들에 연결된 상태에서 서로 분리되어 있으므로, 이차전지 모듈의 조립과정에서 단락에 의한 작업자의 감전 위험성과 단위전지의 손상 가능성을 크게 낮출 수 있고, 조립된 이차전지 모듈이 최적의 상태에서 작동할 수 있도록 모듈의 조립과정에서 전위 레벨링 공정을 효율적으로 행할 수 있으며, 과전류, 과열 등의 비정상적인 작동상태를 유발하는 단위전지의 작동을 차단하고 그것을 확인하여 용이하게 교체할 수 있도록 단위전지 별로 안전소자가 용이하게 장착될 수 있는 장점을 가진다.

Description

분리형 커넥팅 부재 및 그것을 이용한 이차전지 모듈의 제조방법 {Separable Connecting Member and Process for Preparation of Secondary Battery Module Using the Same}
도 1은 본 발명의 분리형 커넥팅 부재가 적용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 이차전지 모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈에서 하부 케이스와 그 위에 단위전지들이 적층되는 과정의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 커넥팅 부재가 체결될 수 있는 하나의 실시예에 따른 조립형 절연성 부재의 결합전의 형상에 대한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커넥팅 부재의 모식도이다;
도 5는 도 3의 조립형 절연성 부재와 도 4의 커넥팅 부재를 사용하여 전극단자들을 연결하는 과정의 모식도이다;
도 6은 절연성 부재에 커넥팅 부재를 체결한 상태에서 퓨즈를 연결하는 과정의 모식도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100: 전지모듈 200: 단위전지
300: 절연성 부재 400: 커넥팅 부재
500: 패스너 600: 양면 접착 테이프
700: 퓨즈
본 발명은 다수의 단위전지들로 구성된 고출력 대용량의 이차전지 모듈 또는 팩에서의 단위전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하는데 사용되는 커넥팅 부재, 및 그것을 사용하여 이차전지 모듈을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단위전지의 전극단자들을 전기적으로 연결하기 위한 커넥팅 부재가 둘 또는 그 이상의 개별적 구성단위들로 분리되어 있고, 이차전지 모듈의 조립과정에서 각 구성단위들을 해당 전극단자에 연결한 후, 별도의 도전성 부재로 구성단위들을 전기적으로 연결하여 모듈을 완성할 수 있는 분리형 커넥팅 부재를 제공한다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양 화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다도 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이차전지는 그것이 적용되는 분야 또는 제품들에서 요구되는 출력과 용량에 따라 다른 구성을 가지고 있다. 예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 소형 경량의 전지 셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈(또는 중대형 전지팩)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.
일반적으로 중대형 이차전지 모듈은 일정한 크기의 케이스(하우징) 내부에 다수의 단위전지들을 수납하고 이를 전기적으로 연결함으로써 제조된다. 그러한 단위전지로는 높은 집적도로 적층될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지가 주로 사용되고 있으며, 그 중 중량이 적고 저렴한 파우치형 전지가 많이 사용되고 있다.
이차전지 모듈은 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결하여 제조되며, 특히 고출력을 제공하기 위해 전체 또는 일부의 단위전지들을 직렬로 연결하는 조립 과정을 거친다. 따라서, 모듈의 제조과정에서 작업자는 고압에 노출되므로 작업 안 전성이 크게 문제시된다. 조립과정에서의 전기적 단락은 작업자의 안전사고 뿐만 아니라 단위전지들의 성능 저하를 유발하므로, 이러한 단락의 문제를 해결하기 위해서는 세심한 조립 공정이 요구되며, 이는 전지모듈의 생산성을 크게 저하시킨다.
한편, 고출력의 제공을 위해 직렬방식으로 연결된 단위전지들은 사용중의 충전 및 방전과정에서 각각 동일한 작동 조건을 갖는 것이 필요하다. 즉, 일부 단위전지들의 작동 조건 저하는 모듈 전체의 작동에 나쁜 영향을 끼친다. 모듈을 구성하는 모든 단위전지들이 동일한 작동 조건을 갖도록 제조하는 것은 매우 어려운 일이며, 단위전지들의 작동 조건은 단위전지 자체의 제조과정 또는 모듈의 조립과정에서 변화될 수 있다. 단위전지 자체의 제조과정에서 동일화가 용이하지 않다면 최소한 모듈의 조립과정에서 단위전지의 평준화 과정을 거치는 것이 필요하다. 그러한 평준화 방법의 하나는, 모듈을 구성하는 단위전지들을 병렬방식으로 연결하여, 모듈의 최종적인 전기적 연결에 앞서 단위전지들의 작동을 위한 전위를 동일한 조건으로 설정하는 병렬식 전위 레벨링 단계를 거치는 방법이다. 그러나, 종래의 전지모듈 제조과정에서는 모듈의 구조적인 측면에서 이러한 전위 레벨링 단계를 거치는 것이 용이하지 않다.
또한, 이차전지 모듈은 과전류, 과열 등의 비정상적인 상태에서 모듈의 작동을 차단하여 안전성을 확보하는 것이 요구된다. 그러한 작동 차단이 비정상적인 작동을 유발한 단위전지의 확인 및 교체가 가능한 모듈 구성으로서 달성될 수 있다면, 경제적인 측면에서 매우 바람직하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 이차전지 모듈의 조립과정에서 단락에 의한 작업자의 감전 위험성과 단위전지의 손상 가능성을 크게 낮춘 단위전지 전극단자들의 커넥팅 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조립된 이차전지 모듈이 최적의 상태에서 작동할 수 있도록 모듈의 조립과정에서 병렬식 전위 레벨링 단계를 효율적으로 수행할 수 있는, 전지모듈 구성요소서의 커넥팅 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 과전류, 과열 등의 비정상적인 작동상태를 유발하는 단위전지의 작동을 차단하고 그것을 확인하여 용이하게 교체할 수 있도록 단위전지 별로 안전소자가 용이하게 장착될 수 있는, 전지모듈 구성요소로서의 커넥팅 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 상기 커넥팅 부재를 사용하여 중대형 전지모듈을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커넥팅 부재는, 이차전지 모듈을 구성하는 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 연결하는데 사용되는 커넥팅 부재로서, 단위전지(a)의 전극단자에 연결되는 제 1 단자 연결체 및 단위전지(b)의 전극단자에 연결되는 제 2 단자 연결체로 구성되어 있으며, 각 전극단자들에 연결된 상태에서 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체는 서로 분리되어 있고, 별도의 도전성 부재를 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체에 결합시킬 때 단위전지(a)와 단위전지(b)의 전기적 연결이 이루어지는 커넥팅 부재를 제공한다.
따라서, 이차전지 모듈의 제조과정에서 적층 등에 의해 단위전지들을 일정한 형태로 배열하고 상기 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 해당 단위전지에 각각 연결한 후 기타 모듈 구성요소들의 조립 및 체결과정을 완료한 후, 전지모듈 제조공정의 후반 또는 최종 단계에서 도전성 부재에 의해 단위전지들의 전기적 연결을 수행하므로, 모듈의 조립과정 중에 단위전지들의 전기적 단락의 위험성을 크게 낮출 수 있다. 또한, 상기 도전성 부재에 의한 전기적 연결 전에 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 병렬로 연결하여 전위 레벨링을 용이하게 수행할 수 있다. 더 나아가, 상기 도전성 부재가 퓨즈, 바이메탈, PTC 소자 등인 경우, 분리되어 있는 단자 연결체들의 전기적 연결이 상기와 같은 안전소자에 의해 달성되므로, 단위전지별로 안전소자를 장착하는 과정과 비정상적인 작동상태를 유발한 단위전지의 확인 및 교체를 매우 용이하게 수행할 수 있다.
상기 커넥팅 부재를 구성하는 단자 연결체들은, 해당 단위전지의 전극단자에 연결될 수 있고 그러한 연결상태에서 서로 분리되어 있는 구조라면, 특별히 제한되지 않는다.
하나의 바람직한 예에서, 인접한 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 절연시키기 위하여, 인접 단위전지들의 전극단자들 사이에 개재되며 상기 전극단자들 과 체결되는 절연성 부재를 별도로 포함하며, 상기 커넥팅 부재의 단자 연결체들은 상기 절연성 부재에 체결된 상태로 해당 단위전지의 전극단자들에 전기적으로 연결되는 구조일 수 있다. 상기 절연성 부재는 모듈의 구성을 위한 단위전지들의 중첩 과정에서 단위전지 전극단자의 전기적 절연을 확보함으로써 단락의 가능성을 크게 낮추고 커넥팅 부재를 전극단자에 연결하는 것을 용이하게 해 준다.
상기 절연성 부재는 인접한 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 절연시키는 역할을 하므로 전기절연성 소재로 되어 있다. 그러한 전기절연성 소재의 바람직한 예로는 각종 플라스틱 수지를 들 수 있으며, 상기와 같은 역할을 하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
절연성 부재가 단위전지의 전극단자들과 체결되는 방식은 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예로서, 상기 단위전지의 전극단자에는 관통구가 형성되어 있고, 상기 절연성 부재의 대응 부위에는 체결 돌출부가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 전극단자의 관통구에 절연성 부재의 체결 돌출부를 삽입하여 상호간의 결합을 이룰 수 있다. 바람직하게는, 상기 체결 돌출부에도 관통구가 형성되어 있어서, 돌출부의 관통구에 삽입되는 체결부재에 의해, 절연성 부재를 개재한 상태로 적층되어 있는 단위전지 전극단자들을 더욱 견고하게 결합시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 절연성 부재는 적층된 단위전지들의 전극단자들 사이의 이격 공간과 일치하는 직사각형의 블록일 수 있다. 단위전지들이 적층된 상태에서 전극단자들 사이의 이격 공간은 직사각형의 형태를 나타내므로, 그러한 이격 공간과 일치하는 직사각형 블록은 더욱 안정적이다.
상기 블록은 더욱 바람직하게는 단위전지의 양극단자가 체결되는 부위와 음극단자가 체결되는 부위가 상호 결합 및 분리가 가능하도록 구성된 한 쌍의 조립 단위체로 이루어져 있다. 이와 같이 조립형 절연성 부재는 전극단자에 대한 체결과 커넥팅 부재의 결합을 순차적으로 행할 수 있는 잇점을 가진다.
단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 역할을 하는 커넥팅 부재는 도전성 소재로 이루어져 있으며, 그러한 도전성 소재는 바람직하게는 금속이 사용될 수 있으며, 상기와 같은 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
커넥팅 부재가 절연성 부재에 체결되어 해당 전극단자에 전기적으로 연결되는 경우, 그러한 체결 방식은 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 커넥팅 부재는 단위전지(a)의 전극단자에 연결되는 제 1 단자 연결체와 단위전지(a)에 인접한 단위전지(b)의 전극단자에 연결되는 제 2 단자 연결체가 상기 절연성 부재를 감싸는 형태로 결합되는 구조이거나, 또는 상기 절연성 부재에 결합용 홈이 형성되어 있고 그러한 홈에 삽입되는 형태로 결합되는 구조일 수 있다.
예를 들어, 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체가 해당 전극단자에 접속되도록 절연성 부재에 결합시키고, 절연성 부재와의 상기 결합 후, 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체의 전기적 연결을 위한 도전성 부재를 상기 단자 연결체들에 결합시킨 구조일 수 있다. 상기 도전성 부재는 바람직하게는 퓨즈, 바이메탈, PTC 등과 같은 안전소자일 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 커넥팅 부재를 사용하여 이차전지 모듈을 제조하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지 모듈의 제조방법은,
(A) 충방전이 가능한 단위전지들을 모듈 케이스에 장착하는 단계;
(B) 상기 단위전지들의 전극단자들에 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 연결하는 단계;
(C) 전지모듈의 기타 구성요소들을 조립 및 결합하는 단계; 및
(D) 상기 단자 연결체들에 도전성 부재를 체결하여 전극단자들의 전기적 연결을 수행하는 단계;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 단계(A)에서 모듈 케이스의 구조는 매우 다양할 수 있으며, 이후 설명하는 바와 같이, 상하 분리형의 모듈 케이스에 단위전지들을 적층하는 구조일 수 있다. 전극단자들의 배향 방향은 다양할 수 있으며, 바람직하게는 전극단자들의 배향이 동일하도록 단위전지들을 적층할 수 있다.
상기 단계(B)에서 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 전극단자에 연결할 때에는, 앞서 설명한 바와 같은 절연성 부재의 장착과 그러한 절연성 부재에 단자 연결체들을 체결하는 방식일 수 있다.
상기 단계(C)에서 전지모듈의 기타 구성요소들을 조립 및 결합하는 단계는, 전지모듈의 구성요소들 중 커넥팅 부재를 제외한 나머지 전부 또는 일부 구성요소들을 사용하여 전지모듈을 제조하는 과정을 의미한다. 예를 들어, 모듈의 작동을 제어하는 회로부를 장착하는 단계 등을 들 수 있다. 따라서, 일부 구성요소들의 조립 및 체결과정은 단계(D) 이후에 수행될 수 있음은 물론이다.
바람직하게는, 상기 단계(B)와 단계(C) 사이 또는 단계(C)와 단계(D) 사이에 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 병렬로 연결하는 전위 레벨링 단계가 더 포함될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 병렬방식의 연결에 의한 전위 레벨링은 각 단위전지들의 초기 작동 상태를 평준화시킴으로써, 전지모듈의 작동과정에서 일부 단위전지의 초기 작동조건의 편차에 따른 전지모듈 전체의 작동기능 저하를 억제하여 준다. 이러한 병렬식 전위 레벨링은 다양한 수단에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 양극단자 연결체들에 동시에 접속될 수 있는 부분과 음극단자 연결체들에 동시에 접속될 수 있는 부분으로 이루어진 별도의 부재를 사용하여 수행될 수 있다.
상기 단계(D)에서 도전성 부재는 앞서 설명한 바와 같은 안전소자일 수 있으며, 상기 단계(D)에서 비로서 단위전지들의 전기적 연결이 이루어진다. 따라서, 단위전지들의 전기적 연결이 모듈 제조과정의 후반 단계 또는 최종 단계에서 이루어지므로, 모듈 조립과정에서의 단락 가능성을 크게 줄일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 커넥팅 부재를 포함하는 것으로 구성된 이차전지 모듈을 제공한다. 그러한 이차전지 모듈의 대표적인 예는 도 1을 참조할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상술하지만, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 커넥팅 부재가 적용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도와 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 상부 케이스(110), 하부 케이스(120), 다 수의 단위전지들(200), 제 1 회로부(130), 제 2 회로부(140) 및 제 3 회로부(150)를 포함하고 있다. 단위전지들(200)은 서로 분리되어 있는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 사이에 적층되어 있으며, 제 1 회로부(130)는 전지모듈(100)의 정면에 위치하고, 제 2 회로부(140)는 저면에 위치하며, 제 3 회로부(150)는 배면에 위치한다.
상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 분리되어 있으므로, 적층될 수 있는 단위전지(200)의 수는 그것에 의해 한정되지 않으며, 그러한 단위전지(200)의 적층 수에 따라 제 1 회로부(130)와 제 3 회로부(150)만을 변경하면, 소망하는 전기 용량과 출력의 전지모듈(100)을 용이하게 디자인할 수 있다. 또한, 단위전지들(200)이 노출되어 있으므로, 충방전시 단위전지들(200)의 방열을 효율적으로 달성할 수 있다. 경우에 따라서는, 상부 케이스(110)가 생략될 수도 있다.
제 1 회로부(130)는 단위전지(200)의 전극단자 방향으로 모듈(100)의 측면에 부착되어 있고, 단위전지들(200)을 병렬 또는 직렬로 연결하기 위한 본 발명에 따른 커넥팅 부재와 각 단위전지(200)로부터 전압 및/또는 전류 신호를 검출하기 위한 센싱 보드 어셈블리를 포함하고 있다.
제 2 회로부(140)는 제 1 회로부(130)와 전기적으로 연결되어 있고, 모듈(100)을 전반적으로 제어하는 메인 보드 어셈블리를 포함하고 있으며, 하부 기판(120)의 하단 수납부에 장착되어 있다. 전지의 온도는 메인 보드 어셈블리에서 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
제 3 회로부(150)는 제 2 회로부(140)에 전기적으로 연결되어 있고, 충방전 시의 과전류를 방지하면서 외부 입출력단자와 연결되며, 제 1 회로부(130)의 맞은편인 모듈(100)의 대향 측면에 부착되어 있다.
경우에 따라서는, 제 1 회로부(130), 제 2 회로부(140) 및 제 3 회로부(150)의 일부 또는 전체가 병합된 구조일 수 있으며, 또한 이들 회로부들(130, 140, 150)의 일부 또는 전체는 동일한 부위, 즉, 모듈의 일면 또는 두면에 함께 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이들은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 2에는 도 1의 전지모듈에서 하부 케이스의 상면 사시도와 단위전지가 함께 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 하부 케이스(120)는 단위전지(200)의 외형에 거의 상응하는 장방형의 구조물로서 단위전지(200)가 수납되는 상단 수납부(121)를 포함하고 있다. 경우에 따라서는, 하부 케이스(120)는 단순한 플레이트 구조일 수도 있다. 하부 케이스(120)는 높은 강도와 전기 절연성의 부재로서, 바람직하게는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(polycarbonate), PBT(Polybutylene Terephthalate) 등의 플라스틱 수지로 되어 있다.
하부 케이스(120) 상에 적층되는 파우치형 이차전지(200)는 전지 본체(210)의 상단에 양극단자(220)와 음극단자(230)가 각각 돌출되어 있다. 이들 전극단자들(220, 230)에는 관통구(240)이 천공되어 있어서, 다수의 단위전지들(200, 201)이 적층된 상태에서 별도의 체결부재, 예를 들어, 패스너(fastener: 500)가 관통구(240)에 삽입되고 하부 케이스(120) 상의 고정홈(122)을 통해 그것의 하단면에서 너트(도시하지 않음) 등을 사용해 고정할 수 있다.
단위전지들(200, 201) 사이에는 전기적 절연을 위해 전극단자(220, 230) 상에 절연성 부재(300)가 실장되며, 절연성 부재(300)에는 전극단자들(220, 230)의 관통구(240)가 체결될 수 있는 돌출부(310)가 형성되어 있다. 돌출부(310)에는 관통구(320)가 형성되어 있어서, 돌출부(310)의 관통구(320)를 통과하는 패스너(500)가 전극단자들(220, 230)로부터 전기적 절연 상태가 유지될 수 있도록 하여 준다.
또한, 단위전지(200)의 본체(210)에는 양면 접착 테이프(600)가 각각 2 개씩 부착되어 있어서 적층되는 단위전지(210)과의 안정적인 결합을 더욱 보장한다. 더욱이, 적층된 단위전지들(200, 201)은 양면 접착 테이프(600)의 두께 만큼 이격되므로, 그러한 이격 홈은 충방전시 단위전지들(200, 201)의 부피 변화를 완충하며 충방전시 단위전지들(200, 210)의 발열을 효과적으로 발산시키는 역할을 한다.
도 3에는 본 발명의 커넥팅 부재가 장착될 수 있는 하나의 실시예에 따른 조립형 절연성 부재의 결합전 상태도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 절연성 부재(300)는 암체결부(331)가 측면에 형성되어 있는 제 1 조립 단위체(330)와, 암체결부(331)에 대응하는 수체결부(341)가 측면에 형성되어 있는 제 2 조립 단위체(340)로 구성되어 있어서, 상호 결합 및 분리가 가능하다. 제 1 조립 단위체(330)와 제 2 조립 단위체(340)를 상호 결합시킨 상태의 절연성 부재(330)는 전체적으로 직사각형의 블록 형상을 나타낸다.
각 조립 단위체(330, 340)의 상단 측부에는 상부에 적층될 또다른 절연성 부재(도시하지 않음)와 결합될 수 있는 체결돌기(350)가 형성되어 있고 그에 대응하 는 위치의 하단면에는 체결홈(352)이 형성되어 있다. 또한, 각 조립체(330, 340)의 상단 중앙에는, 도 2에서 설명한 바와 같이, 단위전지의 전극단자의 관통구(도시하지 않음)가 체결될 수 있는 돌출부(310)가 형성되어 있다.
제 1 조립 단위체(330)와 제 2 조립 단위체(340)가 결합된 상태의 절연성 부재(300)에 커넥팅 부재(도시하지 않음)가 결합될 수 있도록 제 2 조립 단위체(340)의 측면에는 만입부(343)가 형성되어 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커넥팅 부재가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 분리형 커넥팅 부재(400)는 단위전극 전극단자들 중 하나의 전극단자(예를 들어, 양극단자)에 접속하는 제 1 단자 연결체(410)와 나머지 전극단자(예를 들어, 음극단자)에 접속하는 제 2 단자 연결체(420)로 이루어져 있다. 이들 단자 연결체들(410, 420)은 도전성 판상 소재로 되어 있다. 각각의 단자 연결체(410, 420)에는 절연성 부재의 돌출부(도 3의 310)에 체결될 수 있는 결합홈들(412, 422)이 형성되어 있다. 제 1 단자 연결체(410)에 형성되어 있는 결합홈(412)이 절연성 부재 돌출부의 위쪽 방향으로만 결합될 수 있도록 폐쇄형으로 되어 있음에 반하여, 제 2 단자 연결체(420)에 형성되어 있는 결합홈(422)은 절연성 부재 돌출부의 측면 방향으로도 결합이 가능할 수 있도록 개방형으로 되어 있다. 이에 대해서는 조립과정을 보여주는 도 5을 참조하여 추후 설명한다.
제 1 단자 연결체(410)에는 조립된 상태에서 센싱 보드 어셈블리에 연결될 수 있도록 측면으로 돌출된 연장 접속부(415)가 또한 형성되어 있다.
각각의 단자 연결체(410, 420)에는 절연성 부재의 만입부(도 3의 343)에 삽 입되어 결합될 수 있는 결합부(430, 440)가 형성되어 있다. 결합부(430, 440)는 전체적으로 판상의 소재로 되어 있는 본체의 측면을 일정한 높이를 부여한 상태에서 안쪽으로 접어 형성된 제 1 절곡부(431)와, 이를 다시 수직으로 접어 형성된 제 2 절곡부(432)를 포함하고 있다. 따라서, 절연성 부재의 만입부에 탄력적으로 결합될 수 있다.
도 5에는 도 3의 조립형 절연성 부재와 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 4의 분리형 커넥팅 부재를 사용하여 단위전지의 전극단자들을 연결하기 위한 일부 조립 공정도가 도시되어 있다. 즉, 도 5는 절연성 부재(300)와 커넥팅 부재(400)를 사용하여 단위전지들(200, 201)을 직렬방식으로 연결하는 과정을 보여주고 있다.
도 5를 참조하면, 커넥팅 부재의 제 1 단자 연결체(410)와 제 2 단자 연결체(420)는 각각의 결합부(430, 440)가 절연성 부재 중 제 2 조립 단위체(340)의 만입부(343)에 삽입되도록 결합된다. 제 1 단자 연결체(410)는 결합부(430)가 위쪽을 향하도록 정립된 상태로 만입부(343)에 삽입되고 판상 본체(414)가 제 1 조립 단위체(330)와 제 2 조립 단위체(340)의 하단면을 감싸도록 결합된다. 이러한 제 1 단자 연결체(410)의 결합 과정에서 결합부(430)의 측면 절곡부(431)는 만입부(343)의 하단에 길게 형성되어 있는 하부 유도홈(345)을 따라 도입된다. 제 1 단자 연결체(410)는 그것의 결합부(430)가 절연성 부재(300)의 만입부(343)에 삽입된 상태에서, 돌출부가 형성되어 있지 않은 또다른 절연성 부재(도시하지 않음)의 하단면에 장착되므로 결합홈(412)은 폐쇄형으로 만들어진다.
반면에, 제 2 단자 연결체(420)는 결합부(440)가 아래쪽을 향하도록 도립된 상태에서 만입부(343)로 삽입되고 판상 본체(424)가 제 2 조립 단위체(340)의 상단면을 감싸도록 결합된다. 이러한 제 2 단자 연결체(420)의 결합 과정에서 결합부(440)의 측면 절곡부(441)는 만입부(343)의 상단에 길게 형성되어 있는 상부 유도홈(344)을 따라 도입된다. 제 2 단자 연결체(340)는 그것의 결합부(440)가 절연성 부재(300)의 만입부(343)에 측면 방향으로 삽입되면서 돌출부(312)가 형성되어 있는 절연성 부재(300)의 상단면에 장착되므로 결합홈(422)은 개방형으로 만들어진다.
두 단자 연결체들(410, 420)은 절연성 부재(300)에 결합되었을 때에도, 도면에 도시되어 있는 바와 같이(결합전의 상태 도시함), 서로 분리된 상태를 유지한다. 제 1 단자 연결체(410)는 제 1 조립 단위체(330)의 하단면에 체결되는 단위전지(201)의 양극단자(221)와 접속되고, 제 2 단자 연결체(420)는 제 2 조립 단위체(340)의 돌출부(312)에 체결되는 단위전지(200)의 음극단자(230)에 접속된다.
조립 과정을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
제 2 조립 단위체(340)에 제 2 단자 연결체(420)를 결합시킨다(S1). 그런 다음, 제 1 단자 연결체(410)를 제 2 조립 단위체(340)에 결합시킨다(S2). 상기와 같이 제 2 조립 단위체(340)에 결합된 제 2 단자 연결체(420)의 결합홈(422)을 단위전지(200)의 음극단자(230)의 관통구(240)에 일치시킨다(S3). 그리고, 제 1 조립 단위체(330)를 제 2 조립 단위체(340)와 결합시킨다(S4). 최종적으로, 양극단자(220)의 관통구(240)가 돌출부(310)에 체결되고 음극단자(230)의 관통구(240)가 돌출부(312)에 체결되도록, 단위전지(200)를 절연성 부재(300)에 실장한다(S5). 이때, 양극단자(220)는 돌출부(310)에 체결된 상태에서 그 위에서 결합될 또다른 제 1 단자 연결체(도시하지 않음)와 접촉하게 되고, 반면에, 음극단자(230)는 돌출부(312)에 체결되어 있는 제 2 단자 연결체(420)와 접촉하게 된다.
상기에서는 조립 과정의 하나의 예를 설명한 것이고, 상기의 조립 순서는 일부 변경될 수 있다. 예를 들어, 제 1 조립 단위체(310)와 제 2 조립 단위체(320)를 결합하는 과정(S4)을 우선 행할 수도 있다.
이와 같이, 전극단자들(220, 230)에 커넥팅 부재(400)의 두 단자 연결체들(410, 420)이 접속된 상태에서도 전기적 연결은 이루어지지 않으므로 작업 중에 단락의 위험성을 크게 줄일 수 있다. 또한, 단자 연결체들(410, 420)이 분리된 상태로 있으므로, 각각에 대한 병렬식 전위 레벨링을 용이하게 행할 수 있다.
도 6에는 도 5의 조립 후 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체를 퓨즈를 사용해 전기적으로 연결하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 절연성 부재(300)에 결합된 제 1 단자 연결체(410)와 제 2 단자 연결체(420)는 서로 분리되어 있어서 절연상태에 있다. 따라서, 관련 소자들의 조립이 완료된 후 이들 단자 연결체들(410, 420)을 안전소자나 별도의 도전성 부재로 연결하여야 통전된다. 도 6에서는 안전소자의 일종인 퓨즈(700)를 사용하여 전기적 연결을 이루는 과정을 보여주고 있다.
퓨즈(700)는 과전류나 과열의 발생시 단전되는 부위를 포함하고 있는 본체(710)로부터 두 개의 접속단자들(720, 730)이 돌출되어 있다.
절연성 부재(300)에 결합된 상태에서 제 1 단자 연결체(410)와 제 2 단자 연결체(420)의 결합부(430, 440)에는 탄성적인 접속홈(433, 443)이 형성된다. 따라서, 퓨즈(700)의 접속단자들(720, 730)을 결합부(430, 440)의 접속홈(434, 444)에 삽입하여 전기적 접속을 이룰 수 있다. 해당 단위전지들(도시하지 않음)에 과전류 또는 과열이 발생하여 퓨즈(700)가 단전되므로, 모듈을 분해하여 단전된 퓨즈(700)를 제거하고 새로운 퓨즈를 재차 결합시킬 수 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 전기적 연결과정 중에 안전소자가 불필요한 경우에는, 제 1 단자 연결체(410)와 제 2 단자 연결체(420)가 일체로 형성된 구조가 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 이차전지 모듈용 분리형 커넥팅 부재는, 커넥팅 부재를 구성하는 단자 연결체들이 단위전지의 전극단자들에 연결된 상태에서 서로 분리되어 있으므로, 이차전지 모듈의 조립과정에서 단락에 의한 작업자의 감전 위험성과 단위전지의 손상 가능성을 크게 낮출 수 있고, 조립된 이차전지 모듈이 최적의 상태에서 작동할 수 있도록 모듈의 조립과정에서 전위 레벨링 공정을 효율적으로 행할 수 있으며, 과전류, 과열 등의 비정상적인 작동상태를 유발 하는 단위전지의 작동을 차단하고 그것을 확인하여 용이하게 교체할 수 있도록 단위전지 별로 안전소자가 용이하게 장착될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (13)

  1. 이차전지 모듈을 구성하는 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 연결하는데 사용되는 커넥팅 부재로서, 단위전지(a)의 전극단자에 연결되는 제 1 단자 연결체 및 단위전지(b)의 전극단자에 연결되는 제 2 단자 연결체로 구성되어 있으며, 각 전극단자들에 연결된 상태에서 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체는 서로 분리되어 있고, 별도의 도전성 부재를 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체에 결합시킬 때 단위전지(a)와 단위전지(b)의 전기적 연결이 이루어지며, 인접한 단위전지들의 전극단자들을 전기적으로 절연시키기 위하여 상기 인접 단위전지들의 전극단자들 사이에 개재되고 상기 전극단자들과 체결되는 절연성 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체는 상기 절연성 부재를 감싸는 형태로 결합되거나, 또는 상기 절연성 부재에 결합용 홈이 형성되어 있고 그러한 홈에 삽입되는 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위전지의 전극단자에는 관통구가 형성되어 있고, 상기 절연성 부재의 대응 부위에는 체결 돌출부가 형성되어 있어서, 전극단자의 관통구에 절연성 부재의 체결 돌출부를 삽입하여 상호 결합하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 부재는 단위전지의 양극단자가 체결되는 부위와 음극단자가 체결되는 부위가 상호 결합 및 분리 가능한 두 개의 조립 단위체로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 절연성 부재는 암체결부가 측면에 형성되어 있는 제 1 조립 단위체와 상기 암체결부에 대응하는 수체결부가 측면에 형성되어 있는 제 2 조립 단위체로 구성되어 있으며, 각 조립 단위체의 상단 측부에는 상부에 적층될 또 다른 절연성 부재와 결합될 수 있는 체결돌기가 형성되어 있고 그에 대응하는 위치의 하단면에는 체결홈이 형성되어 있으며, 제 1 조립 단위체와 제 2 조립 단위체가 결합된 상태의 절연성 부재에 커넥팅 부재가 결합될 수 있도록 제 2 조립 단위체의 측면에는 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서, 커넥팅 부재의 제 1 단자 연결체와 제 2 단자 연결체에는 상기 절연성 부재의 만입부에 삽입되어 결합될 수 있는 결합부가 각각 형성되어 있 고, 상기 결합부는 전체적으로 판상의 소재로 되어 있는 본체의 측면을 일정한 높이를 부여한 상태에서 안쪽으로 접어 형성된 제 1 절곡부와 이를 다시 수직으로 접어 형성된 제 2 절곡부를 포함하고 있어서, 상기 절연성 부재의 만입부에 탄력적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단자 연결체에는 그것의 측면에 연장 접속부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 부재는 퓨즈, 바이메탈 또는 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 커넥팅 부재.
  10. (A) 충방전이 가능한 단위전지들을 모듈 케이스에 장착하는 단계;
    (B) 상기 단위전지들의 전극단자들에 제 1 항에 따른 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 연결하는 단계;
    (C) 전지모듈의 작동을 제어하는 회로부를 조립 및 결합하는 단계; 및
    (D) 상기 단자 연결체들에 도전성 부재를 체결하여 전극단자들의 전기적 연결을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것으로 구성되어 있는 이차전지 모듈의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계(B)와 단계(C) 사이 또는 단계(C)와 단계(D) 사이에 상기 커넥팅 부재의 단자 연결체들을 병렬로 연결하는 전위 레벨링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 병렬식 전위 레벨링은, 양극단자 연결체들에 동시에 접속될 수 있는 부분과 음극단자 연결체들에 동시에 접속될 수 있는 부분으로 이루어진 소정의 부재를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제 1 항에 따른 커넥팅 부재를 포함하고 있는 이차전지 모듈.
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