KR100930474B1 - 전지모듈 제조용 조립식 스페이서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 전지의 외면에 대응하는 반원통형 내부 구조의 전지 수납부가 프레임의 양측 대향면에 각각 형성되어 있고 그것의 양 측부에 상호 결합 및 분리가 가능한 조립식 체결부가 각각 형성되어 있는 구조의 스페이서를 제공하는 바, 이러한 스페이서는 내부 단락을 방지한 상태로 원통형 단위전지를 안정적으로 장착할 수 있고, 구조적으로 안정한 전지모듈을 제조할 수 있으며, 충전시 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 전지모듈의 제조에 요구되는 단위전지의 수에 따라 필요한 수만큼 탄력적으로 조립할 수 있는 효과가 있다.

Description

전지모듈 제조용 조립식 스페이서 {Assemblable Spacer for Preparation of Battery Module}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서의 사시도이다;

도 2는 도 1의 조립식 스페이서를 반대 방향에서 나타낸 사시도이다;

도 3 및 도 4에는 도 1의 조립식 스페이서의 수직 단면도와 투시도이다;

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서의 평면도이다;

도 6은 도 1의 스페이서를 다수 개 조립한 상태에서 원통형 전지들을 장착한 상태의 사시도이다.

본 발명은 단위전지로서 원통형 전지를 사용하는 전지모듈 제조용 조립식 스페이서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원통형 전지의 외면에 대응하는 반원통형 내부 구조의 전지 수납부가 프레임의 양측 대향면에 각각 형성되어 있고 그것의 양 측부에 상호 결합 및 분리가 가능한 조립식 체결부가 각각 형성되어 있는 구조의 스페이서 및 그러한 스페이서로 이루어진 전지모듈을 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.

소형 모바일 기기들이 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들을 사용함에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈을 사용한다.

전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 전기적 연결을 이룬 전지 구조물로, 상기 단위전지들의 순차적인 전기적 연결을 위하여 배열 구조를 유지하는 것이 매우 중요하다.

특히, 전지모듈의 단위전지로 사용되는 원통형 이차전지는 외형의 특성상 그 배열 구조를 유지하는데 많은 어려움이 있어 별도의 고정장치의 사용이 요구된다. 예를 들어, 상기 원통형 단위전지들을 배열하고 테이프로 고정하거나 플라스틱 코팅하여 배열 구조를 유지하는 방법이 많이 사용되고 있으며, 상기 단위전지들간의 결합력을 더욱 높이기 위하여 상기 단위전지들 사이에 양면 테이프를 부착하기도 한다.

그러나, 상기 테이프 및 플라스틱 코팅은 강성이 크지 않아 파손의 위험성이 매우 높으며, 결과적으로 단위전지들의 배열 구조를 유지하는데 적합하지 않다. 또한, 상기 테이프 또는 양면 테이프를 이용하여 전지모듈을 구성할 경우, 상기 테이프는 뜯고 붙이는 공정이 까다롭기 때문에 작업 시간을 지연시키는 원인이 된다.

일반적으로, 전지모듈은 연결되는 단위전지의 개수를 조절함으로써 다양한 출력 용량을 구현할 수 있다. 그러나, 원통형 단위전지는 배열 구조를 유지하는 고정장치가 필수적이기 때문에, 상기 원통형 단위전지로 전지모듈을 구성함에 있어서, 조립되는 단위전지의 개수에 따라 다양한 규격의 고정장치가 제조되어야 한다는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 일본 특허등록 제3,679,705호, 일본 특허출원공개 제1995-85896호, 일본 특허출원공개 제2004-31284호, 한국 특허등록 제497,252호, 한국 특허출원공개 제2005-384호 등에는 2 개의 원통형 전지를 장착할 수 있는 부재가 개시되어 있다. 그러나, 이들 선행기술에서의 장착 부재는, 구조적인 측면에서, 원통형 전지의 안정적인 장착을 보장하지 못하고, 전지모듈의 제조시 필요에 따라 다수의 부재들을 연결하기 위해서는 별도의 부재가 요구되는 등 실용성 면에서 많은 문제점들을 가지고 있다.

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

즉, 본 발명의 첫번째 목적은 내부 단락을 방지한 상태로 원통형 단위전지들 을 안정적으로 장착할 수 있고, 구조적으로 안정한 전지모듈을 제조할 수 있으며, 충전시 발생되는 열을 효과적으로 제거할 수 있는 스페이서를 제공하는 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 전지모듈의 제조에 요구되는 단위전지의 수에 따라 필요한 수만큼 탄력적으로 조립할 수 있는 스페이서를 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 상기 스페이서를 포함하는 것으로 구성되어 있어서 안정하고 콤팩트한 구조를 가지는 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서는, 단위전지로서 원통형 전지를 사용하는 전지모듈 제조용 스페이서로서, 원통형 전지의 외면에 대응하는 반원통형 내부 구조의 전지 수납부가 프레임의 양측 대향면에 각각 형성되어 있고, 상기 전지 수납부의 양 측부에는 상호 결합 및 분리가 가능한 조립식 체결부가 각각 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 상기 조립식 스페이서는 프레임 부재 양측 대향면(상부면 및 하부면)에 전지 수납부가 각각 형성되어 있기 때문에, 하나의 스페이서 당 기본적으로 두 개의 단위전지를 장착할 수 있다. 경우에 따라서는, 일면 당 둘 또는 그 이상의 단위전지들을 수용할 수 있는 다수의 전지 수납부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일면에 두 개의 전지 수납부가 형성되어 있는 경우에, 하나의 조립식 스페이서에는 총 4 개의 단위전지들이 장착될 수 있다. 프레임의 상부면과 하부면에 각각 형성되어 있는 전지 수납부들은 프레임에 의해 이격되어 있으므로 단락의 위 험성이 매우 적다.

또한, 상기 전지 수납부의 양 측부에는 상호 결합 및 분리가 가능한 조립식 체결부가 각각 형성되어 있으므로, 이러한 조립식 체결부재의 상호 결합 및 분리에 의해 측면 방향으로 인접한 스페이서와 결합 및 분리가 가능하여, 필요한 단위전지들의 수 만큼 탄력적으로 조립할 수 있다.

상기 조립식 체결부의 구조는 다양할 수 있는 바, 예를 들어, 전지 수납부의 한쪽 측부에 형성된 착탈식 후크와, 상기 후크에 대응하는 구조로서 상기 전지 수납부의 대향 측부에 형성된 착탈식 홈으로 구성되어 있는 구조를 들 수 있다. 또 다른 예로서, 전지 수납부의 한쪽 측부에 형성된 슬라이딩 체결식 돌출부와, 상기 돌출부에 대응하는 구조로서 상기 전지 수납부의 대향 측부에 형성된 슬라이딩 체결식 만입부로 구성되어 있는 구조를 들 수 있다.

따라서, 상기와 같은 조립식 체결부를 가지고 있는 다수의 스페이서들은 서로 대응하는 조립식 체결부들을 결합함으로써 용이하게 조립될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스페이서의 오른쪽 측부에 후크 또는 돌출부가 형성되어 있고 왼쪽 측부에는 홈 또는 만입부가 형성되어 있을 경우, 상기 제 1 스페이서와 결합되는 제 2 스페이서 또한 오른쪽 측부에 후크 또는 돌출부가 형성되어 있고 왼쪽 측부에는 홈 또는 만입부가 형성되어 있어서, 상기 제 1 스페이서의 왼쪽 측부의 홈 또는 만입부와 상기 제 2 스페이서의 오른쪽 측부의 후크 또는 돌출부를 체결함으로써, 상기 두 스페이서들을 결합할 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 제 2 스페이서에 제 3 스페이서도 결합할 수 있다.

상기와 같이 측부에 조립식 체결부가 형성되어 있는 스페이서들을 사용하여 전지모듈을 구성할 때, 최외각 부재로 사용되는 스페이서는 전지모듈의 외면을 이루는 그것의 측부에 조립식 체결부가 형성되어 있지 않거나 암구조의 체결부가 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 전지모듈의 외면을 이루는 최외각 스페이서의 측부가 돌출되는 것을 방지하여, 전지모듈의 조립시 구조적 효율성을 높이고 전지모듈의 조립작업 등에서 방해가 되지 않도록 구성할 수 있다.

상기 암구조의 체결부는 앞서의 예에서 착탈식 후크에 대응하는 착탈식 홈이거나 슬라이딩 체결식 돌출부에 대응하는 슬라이딩 체결식 만입부일 수 있다. 예를 들어, 제 1 스페이서와 제 3 스페이서가 각각 좌측와 우측의 최외각 부재일 경우, 상기 제 1 스페이서는 제 2 스페이서와 결합되는 우측 측부에 후크 또는 돌출부가 형성되도록 구성하고, 상기 제 3 스페이서는 상기 제 2 스페이서와 결합되는 좌측 측면에만 후크 또는 돌출부가 형성되도록 구성한다.

이러한 구조에서, 스페이스의 양 측부에서 조립식 체결부가 양 단부 가까이에 각각 1 쌍씩 형성되어 있고 조립식 체결부가 없는 양측부의 중간 부위는 오목한 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 오목한 중간 부위는 스페이서들을 측면 방향으로 상호 결합시켰을 때 빈 공간을 형성하므로, 단위전지의 온도 측정을 위한 써미스터 등을 장착할 수 있는 공간으로 사용될 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지 수납부에는 단위전지가 안정적으로 고정될 수 있고 외부 단락을 방지할 수 있도록, 상기 단위전지의 양 단부의 일부를 감쌀 수 있는 덮개가 각각 형성되어 있다.

상기 덮개는, 바람직하게는, 원통형 단위전지의 전극단자들이 노출된 상태에서 그것의 외주면을 일부 감쌀 수 있는 U 자형 구조일 수 있다. 이러한 U 자형 구조의 덮개는, 단위전지의 전기적 연결에는 영향을 주지 않고, 단위전지가 상하 방향으로 이동하는 것을 억제하여 안정적으로 고정될 수 있게 한다.

경우에 따라서는, 상기 전지 수납부의 중앙부에는 상부면과 하부면에 각각 장착되는 단위전지들이 서로 연통될 수 있는 천공구가 형성되어 있다. 상기 천공구는 충전시 발생하는 열을 제거하기 위한 냉매의 유로로 사용되며, 그것의 모양, 크기 및 개수는 특별히 제한되지 않고 다양할 수 있다.

바람직하게는, 프레임의 상부면과 하부면에 형성되어 있는 전지 수납부들은 반원통 구조의 접점 부위를 제외하고 이격되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상부면의 전지 수납부(A)와 하부면의 전지 수납부(B)는 각각의 원형 외주면이 만나는 접점 부위 이외에는 서로 떨어져 있어서, 스페이서의 양측부에서 가로 방향으로 긴 그루브(groove)가 형성되게 된다. 이러한 그루브는 다수의 스페이서들을 조립하여 전지모듈을 제조하였을 때, 냉매의 유로로 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 단위 부재로서 상기 스페이서를 다수 개 조립하여 형성된 구조물에 원통형 전지들을 장착하는 것으로 구성되는 중대형 전지모듈에 관한 것이다.

상기 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 전지들의 조합이 요구되는 중대형 전지 시스템에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 노트북 컴퓨터와 같은 중형 디바이스에서부터 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 대형 디바이스의 전지 시스템 에 사용될 수 있다.

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

도 1 및 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서를 서로 다른 방향에서 나타낸 사시도들이 도시되어 있다. 또한, 도 3 및 도 4에는 상기 조립식 스페이서의 수직 단면도와 투시도가 각각 도시되어 있다.

우선 도 1을 참조하면, 조립식 스페이서(100)에는 반원통형 전지 수납부들(110, 112)이 프레임의 양측 대향면, 즉, 상부면과 하부면에 각각 형성되어 있다. 전지 수납부들(110, 112)의 반원통형 내부 공간은 단위전지(도시하지 않음)의 외면에 일치하므로 안정적인 장착이 가능할 수 있다. 여기서, "반원통형"은 원통형 단위전지의 원형 외주면의 대략 1/2를 감쌀 수 있는 형상을 의미하는 것으로 수치적으로 정확한 1/2의 반원통형으로 한정되는 것은 아니다.

단위전지(도시하지 않음)는 상부 전지 수납부(110)와 하부 전지 수납부(112)에 각각 장착되므로, 하나의 스페이서(100)에는 두 개의 단위전지들이 장착될 수 있다.

전지 수납부들(110, 112)의 상단과 하단에는 판상의 U 자형 덮개들(160, 161, 162, 163)이 각각 형성되어 있다. 덮개들(160, 161, 162, 163)은 원통형 단위전지의 전극단자를 노출시키면서 양 단부의 원형 외주면을 일부 감쌀 수 있는 구조이다.

전지 수납부들(110, 112)의 왼쪽 측부에는 스페이서(100)의 상호 조립을 위한 체결식 후크들(120, 121, 122, 123)이 각각 형성되어 있다. 이러한 후크들(120, 121, 122, 123)에 대응하는 홈들(130, 131, 132, 132)은, 도 2에서 보는 바와 같이, 전지 수납부들(110, 112)의 오른쪽 측부에 형성되어 있다.

체결식 후크(120, 121, 122, 123)와 그에 대응하는 홈(130, 131, 132, 132)은 프레임의 양 단부 가까이에 쌍을 이루면서 형성되어 있고, 중간 부위는 오목한 만입부(140, 142)의 형태로 이루어져 있다. 따라서, 다수의 스페이서들(100)을 측면방향으로 연결하였을 때, 상기 만입부(140, 142)는 빈 공간을 형성하며, 이러한 공간에 단위전지의 온도 측정을 위한 써미스터 등을 장착할 수 있다.

상부와 하부의 전지 수납부들(110, 112)은 단위전지의 원형 외주면에 대응하는 형태로 이루어져 있으므로, 단면상에서 두 개의 반원들이 만나는 중심부의 접점 부위를 제외하고 양 측부는 조립식 체결부들인 후크(120, 121, 122, 123)와 홈(130, 131, 132, 132)이 상호 이격되어 그루브(150, 151, 152, 153)를 형성하고 있다. 그루브(150, 151, 152, 153)는 공기와 같은 냉매의 유로로 사용될 수 있다.

앞서 설명한 후크와 홈의 체결 구조 및 그루브의 형상은 도 3에서 더욱 자세히 살펴볼 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 스페이서(100)의 일 측부에 형성된 한 쌍의 후크(120, 122)와 대향 측부에 형성되어 있는 홈(130, 132)은 정확히 맞물릴 수 있도록 대응되는 구조를 형성되어 있다. 후크(120, 122)는 경사진 단부들이 안쪽으로 약간 휘어지면서 홈(130, 132)을 따라 용이하게 삽입될 수 있고, 후크(120, 122)의 단부에 대응하는 홈(130, 132) 내면의 단부에 도달하였을 때, 본래의 형상으로 회복되면서 결합이 일어나게 된다.

후크(130, 132) 및 홈(130, 132)은 서로 이격되어 있어서, 그 사이에 각각 그루브(150, 152)가 형성된다. 즉, 상부 전지 수납부(110)과 하부 전지 수납부(112)는 각각 단위전지의 원형 외주면에 대응하는 대략 반원형 외주면으로 이루어져 있고, 이들이 서로 대면하여 교차하는 중심부(170)는 서로 일체로 연결되어 있지만 양 측부는 이격된다. 이러한 그루브(150, 152)는 냉매의 유로로 사용될 수 있어서, 상부 전지 수납부(110)와 하부 전지 수납부(112)에 장착되는 단위전지들의 발열을 효과적으로 해소할 수 있다.

스페이서(100)의 전반적인 구조는 도 4의 투시도를 통해서도 확인할 수 있다.

도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서의 평면도가 일부 투시도로서 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 스페이서(100a)는 그것에 장착되는 단위전지들(도시하지 않음)이 연통될 수 있는 관통구(180)가 천공되어 있다는 점에 특징이 있다. 즉, 상부 전지 수납부(110)의 중앙에는 하부 전지 수납부(도시하지 않음)과 통하는 관통구(180)가 형성되어 있다. 이러한 관통구(180)는 전지들이 서로 접촉되지 않은 상태에서 공기 등의 냉매가 통과할 수 있는 유로로 작용한다.

도 6에는 도 1의 스페이서를 다수 개 조립한 상태에서 원통형 단위전지들을 장착하여 제조된 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 전지모듈(300)은 도 1의 스페이서(110) 3 개를 측면 방향 으로 결합시킨 후 상하부 전지 수납부(도시하지 않음)에 원통형 전지들(200, 201, 203 …)을 탑재하여 총 6 개의 단위전지들을 장착하게 된다. 예를 들어, 제 1 스페이서(101)의 상부와 하부에 각각 장착한 전지들(200, 201)은 전극단자들이 동일한 방향으로 향하도록 일치시켜 배향하고, 제 2 스페이서(102)의 상부와 하부에 장착되는 전지들(202, 203) 역시 전극단자들이 동일한 방향으로 향하도록 일치시키데 제 1 스페이서(101)의 전지들(200, 201)에 대해서는 반대 방향으로 배향하며; 제 3 스페이서(103)의 전지들(204, 205)은 제 1 스페이서(101)의 전지들(200, 201)과 동일한 방향으로 배향한다. 이러한 전지 배열 구조는 각 스페이서(101, 102, 103)의 상하부에 각각 장착되는 전지들은 병렬 연결을 이루고 측면방향으로 인접한 전지들에 대해서는 직렬 연결을 이루고자 할 때 바람직하다.

또한, 각 스페이서들(101, 102, 103)이 측면방향으로 연결된 상태에서, 도 1 및 2에서와 같은 그루브에 의해, 전지모듈(300)에는 스페이서들(101, 102, 103) 상호 간에 수평 관통로(190)가 만들어진다. 이러한 수평 관통로(190)는 냉매의 유로로 사용될 수 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 제조용 조립식 스페이서는 내부 단락을 방지한 상태로 원통형 단위전지를 안정적으로 장착할 수 있고, 구조적으로 안정한 전지모듈을 제조할 수 있으며, 충전시 발생되는 열을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 전지모듈의 제조에 요구되는 단위전지의 수에 따라 필요한 수만큼 탄력적으로 조립할 수 있다.

Claims (12)

1. 단위전지로서 원통형 전지를 사용하는 전지모듈 제조용 스페이서로서, 원통형 전지의 외면에 대응하는 반원통형 내부 구조의 전지 수납부가 프레임의 양측 대향면에 각각 형성되어 있고, 상기 전지 수납부의 양 측부에는 상호 결합 및 분리가 가능한 조립식 체결부가 각각 형성되어 있고 상기 전지 수납부의 양 단부에는 단위전지가 안정적으로 고정될 수 있도록 덮개가 돌출되어 있는 구조의 스페이서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조립식 체결부는 한쪽 측부에 형성된 착탈식 후크와, 상기 후크에 대응하는 구조로서 대향 측부에 형성된 착탈식 홈으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조립식 체결부는 한쪽 측부에 형성된 슬라이딩 체결식 돌출부와, 상기 돌출부에 대응하는 구조로서 대향 측부에 형성된 슬라이딩 체결식 만입부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
4. 제 1 항에 있어서, 전지모듈의 구성시 최외각 부재로서 사용되는 스페이서에 있어서, 전지모듈의 외면을 형성하는 측부에는 조립식 체결부가 형성되어 있지 않거나 암구조의 조립식 체결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 조립식 체결부는 착탈식 후크 또는 슬라이딩 체결식 돌출부이거나, 상기 후크에 대응하는 착탈식 홈 또는 상기 슬라이딩 체결식 돌출부에 대응하는 슬라이딩 체결식 만입부인 것을 특징으로 하는 스페이서.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개는 원통형 단위전지의 전극 단자들이 노출된 상태에서 양 단부의 외주면을 일부 감쌀 수 있도록 판상의 U 자형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페이서.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 수납부의 중앙부에는 양측 대향면의 단위전지들이 서로 연통될 수 있도록 천공구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
9. 제 1 항에 있어서, 상부면의 전지 수납부(A)와 하부면의 전지 수납부(B)는 각각의 원형 외주면이 만나는 접점 부위 이외에는 서로 떨어져 있어서, 스페이서의 양 측부에 가로 방향으로 그루브(groove)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
10. 제 1 항에 있어서, 스페이스의 양 측부에서 조립식 체결부가 양 단부 가까이 에 각각 1 쌍씩 형성되어 있고 조립식 체결부가 없는 양측부의 중간 부위는 오목한 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스페이서.
11. 단위 부재로서 제 1 항에 따른 스페이서를 다수 개 조립하여 형성된 구조물에 원통형 전지들을 장착하는 것으로 구성되는 중대형 전지모듈.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서의 양측 대향면의 두 전지 수납부는 양 측부에서 서로 이격되어 있고, 이러한 이격 부위에 써미스터를 장착하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.

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