KR100983170B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 연결단자와 체결구의 체결축이 서로 교차하는 방향으로 체결되고, 연결단자가 상기 버스바와 평행하게 접촉되므로, 연결단자와 버스바 사이에 체결력을 높일 수 있으므로 접촉저항을 줄이는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 단자를 구비하는 복수개의 단위 전지와, 각 단위 전지의 단자에 결합되어, 각 단자와 전기적으로 각각 연결된 복수개의 연결단자와, 각 단위 전지에 전기적으로 연결된 연결단자들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바 및 연결단자의 축 방향에 대해서 교차하는 방향으로 연결단자와 버스바를 관통하여 연결단자와 버스바를 고정하는 체결구를 포함하며, 연결단자는 버스바와 평행이 되도록 연결단자의 축을 중심으로 위치를 회전시켜 조절하여 각 단위 전지의 단자와 결합되는 이차 전지 모듈을 개시한다.
단위전지, 연결 단자, 체결축, 체결력, 접촉 저항

Description

이차 전지 모듈{RECHARGEABLE BATTERY MODULE}
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 그리고 전지 셀을 수십 개 연결한 대용량 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 상기 이차 전지의 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 등을 들 수 있다. 상기 이차 전지는 복수 개를 직렬로 연결시켜 대용량의 이차 전지 모듈을 구성하게 된다.
이와 같이 이차 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지인 단위 전지로 이루어진다. 상기 각 단위전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양, 음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양, 음극 단자를 포함한다.
그리고 각각의 단위전지는 인접한 단위전지의 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 통해서 연결하여 대용량의 전지 모듈을 구성하게 된다.
즉, 각 단자(음극단자와 양극단자)는 수나사 형태로 이루어져 있어서 일측 단위전지의 양극단자와 인접한 단위전지의 음극단자에 도전체인 버스바를 끼우고 상기 단자에 체결을 위한 체결 너트를 체결하여 버스바를 고정함으로서 각 단위 전지를 직렬로 연결하게 된다.
그러나 상기한 종래의 이차 전지 모듈은 실질적으로 단자와 버스바 사이의 접촉 면적이 작아 접촉저항이 커지고 이에 따라 집전 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래의 이차 전지 모듈은 단자와 버스바 사이의 접촉저항을 줄이기 위해서는 체결 너트에 체결압을 충분히 가해주어야 한다. 그러나 체결 너트가 상기 단자의 축과 동일한 축으로 회전을 하므로, 충분한 체결압 적용 시 단자까지 회전하면서 단자 체결불량이 발생하였다. 그러므로 이차 전지 모듈은 체결 너트와 단자 사이에 체결압 설정에 한계가 있게 되고, 체결 너트 체결 시 체결압을 충분히 가할 수 없게 되어 접촉 저항이 더 커지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연결 단자와 체결구의 체결축이 서로 교차 하므로, 각 단위전지의 단자와 상기 연결단자의 체결 상태를 유지하고, 체결구에 충분한 체결압을 가해서 연결단자와 버스바를 체결할 수 있으므로, 연결단자와 버스바간의 접촉 저항을 줄일 수 있는 이차 전지 모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단위전지의 양극 단자와 음극 단자의 돌출 높이를 서로 다르게 형성하여, 각 단위전지를 배열하고 각 단위전지를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈을 구성할 때에, 각 단위전지의 단자 구별이 용이한 이차 전지 모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단위전지의 각 단자에 연결단자를 결합할 때, 연결단자의 접면과 버스바의 연결면이 평행하게 접촉하도록 방향을 조절하여, 연결단자의 접면과 버스바의 연결면 사이의 접촉저항을 줄일 수 있고 집전효율을 높일 수 있는 이차 전지 모듈을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지 모듈은 단자를 구비하는 복수개의 단위 전지와, 상기 각 단위 전지의 단자에 결합되어, 각 단자와 전기적으로 각각 연결된 복수개의 연결단자와, 상기 각 단위 전지에 전기적으로 연결 된 연결단자들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바 및 상기 연결단자의 축 방향에 대해서 교차하는 방향으로 상기 연결단자와 상기 버스바를 관통하여 상기 연결단자와 상기 버스바를 고정하는 체결구를 포함하며, 상기 연결단자는 상기 버스바와 평행이 되도록 상기 연결단자의 축을 중심으로 위치를 회전시켜 조절하여 상기 각 단위 전지의 단자와 결합될 수 있다.
상기 연결단자는 상기 버스바와 결합되는 접부 및 상기 접부와 일체형으로 형성 되며, 상기 각 단위 전지의 단자에 결합되는 결합부로 이루어질 수 있다.
상기 연결단자의 상기 접부는 평평한 접면을 갖도록 형성되며, 상기 접면이 상기 버스바와 결합될 수 있다.
상기 버스바는 평평한 연결면을 갖도록 형성되며, 상기 연결면이 상기 연결단자의 상기 접면과 밀착되어 결합될 수 있다.
상기 연결단자의 상기 접면은 원형, 다수의 변으로 이루어진 다각형, 다수의 호로 이루어진 다각형 또는 변과 호로 이루어진 다각형 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 연결단자는 상기 접면이 상기 버스바와 평행하도록 상기 연결단자의 축을 중심으로 회전시켜 조절하여, 상기 결합부가 상기 단위전지의 각 단자에 용접될 수 있다.
상기 복수개의 각 단위 전지의 단자는 나사선이 형성된 볼트일 수 있다.
상기 연결단자는 결합부의 내측에 나사선이 형성되어, 상기 연결단자의 축의 방향으로 회전하여 상기 연결단자의 높이 및 상기 접부가 상기 버스바와 평행하도 록 조절 하여 볼트인 상기 단자에 결합될 수 있다.
상기 연결단자의 접부에는 체결구를 통해서 상기 버스바와 체결하기 위한 단자 체결홀이 형성될 수 있다.
상기 버스바에는 상기 연결단자의 단자 체결홀과 대응되는 위치에 상기 연결단자와 체결을 위한 버스바 체결홀이 형성될 수 있다.
상기 버스바에 형성된 버스바 체결홀은 인접한 단위전지의 단자의 간격에 맞춰 2개 형성될 수 있다.
상기 체결구는 상기 연결단자의 접부에 형성된 상기 단자 체결홀과 상기 버스바에 형성된 상기 버스바 체결홀을 관통하는 체결 볼트 및 상기 체결 볼트에 결합되어 상기 연결단자와 상기 버스바를 고정하는 체결 너트를 포함할 수 있다.
상기 각 단위 전지가 구비하는 단자는 양극 단자와 음극단자일 수 있다.
각 단위 전지의 상기 양극 단자와 상기 음극 단자는 단자의 돌출 높이가 서로 상이할 수 있다.
상기 버스바는 상기 각 단위 전지가 직렬로 연결될 수 있도록, 상기 각 단위 전지의 양극 단자가 인접한 단위 전지의 음극 단자와 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 단위 전지는 각형일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이차 전지 모듈은 연결 단자와 체결구의 체결축이 서로 교차 하므로, 각 단위전지의 단자와 상기 연결단자의 체결 상태를 유지하고, 체결구에 충분한 체결압을 가해서 연결단자와 버스바를 체결할 수 있으므로, 연결단자와 버스바간의 접촉 저항을 줄일 수 있게 된다.
또한 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 모듈은 단위전지의 양극 단자와 음극 단자의 돌출 높이를 서로 다르게 형성하여, 각 단위전지를 배열하고 각 단위전지를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈을 구성할 때에, 각 단위전지의 단자 구별이 용이하다.
또한 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 모듈은 단위전지의 각 단자에 연결단자를 결합할 때, 연결단자의 접면과 버스바의 연결면이 평행하게 접촉하도록 방향을 조절하여, 연결단자의 접면과 버스바의 연결면 사이의 접촉저항을 줄일 수 있고 집전효율을 높일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 1b를 참조하면 그의 부분 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 1c를 참조하면 그의 단자, 연결단자 및 버스바가 결합된 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 1a 내지 도 1c에서 도시된 바와 같이 이차 전지 모듈(100)은 단위전 지(110), 연결단자(120), 버스바(130) 및 체결 볼트(141)와 체결 너트(142)로 이루어진 체결구(140)를 포함한다.
상기 단위전지(110)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(111)와, 상기 전극 조립체(111)가 내장되는 공간을 구비하는 케이스(112)와, 상기 케이스(112)와 결합되어, 상기 케이스(112)를 밀폐하는 캡 조립체(113) 및 상기 양극판과 음극판과 각각 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(113)의 외측으로 돌출되는 양극 단자(114)와 음극단자(115)를 포함한다.
그리고 상기 케이스(112)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 케이스(112)는 전극 조립체(111)가 내부의 공간에 내장될 수 있는 육면체 또는 그 이외의 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 육면체로 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체(113)는 상기 케이스(112)의 내부에 전극 조립체(111)를 내장한 후에, 상기 케이스(112)에 조립된다. 이때, 상기 캡 조립체(113)는 상기 캡 조립체(113)의 외측으로 양극 단자(114)와 음극 단자(115)가 노출되도록 홀이 형성될 수 있다.
그리고 상기 양극 단자(114)와 음극 단자(115)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트 형태로 이루어지며, 양극 단자(114)와 음극 단자(115)의 돌출 높이는 동일할 수 있다. 그리고 볼트 형태의 양극 단자(114)와 음극 단자(115)는 캡 조립체(113)의 가스켓(116)을 매개로 하여 캡 조립체(113)의 상부로 노출되어, 너트(117)가 체결되어 고정될 수 있다. 이때, 상기 가스켓(116)은 절연물질로 상기 양극 단 자(114)와 음극 단자(115)를 상기 캡 조립체(113)와 전기적으로 분리할 수 있다. 그리고 상기 단위전지(110)의 두 개의 단자(양극 단자(114)와 음극 단자(115))는 일정간격을 유지하는 상태로 상기 캡 조립체(113)의 상부로 돌출 된다.
상기 구조와 동일한 각 단위전지(110)는 길이방향으로 상기 단자(114, 115)가 상부를 향하는 상태로 일정간격으로 이격되어 배열된다. 상기 단위전지(110)의 길이 방향은 단위전지(110)의 단자(114,115)가 형성된 면을 상면으로 볼 경우, 단위전지(110)의 측면에서 넓이가 더 넓은 면이 배치되는 방향으로 볼 수 있다. 그러므로 각 단위전지(110)는 넓은 면의 측면이 서로 마주 보도록 서로 이격되어 배열된다. 이때 각 단위전지(110)는 캡 조랩체(113)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극 단자(114)와 음극 단자(115)가 서로 반복하여 배열된다. 즉, 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)는 인접한 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)와 서로 엇갈리도록 교차 배열되어 단자 열이 형성된다. 여기서 단자 열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 볼 수 있다.
그리고 상기 각 단위전지(110)는 양극 단자(114)가 일측에 인접한 단위 전지(110)의 음극 단자(115)와 전기적으로 연결되고, 음극 단자(115)가 타 측에 인접한 단위전지(110)의 양극 단자(114)와 전기적으로 연결된다. 즉, 다수의 단위전지(110)는 양극 단자(114)와 음극 단자(115)가 서로 엇갈리도록 인접한 단위전지(110)와 연결되므로, 서로 직렬 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈(100)을 구성할 수 있다.
상기 각 단위전지(110)의 양극 단자(114)와 음극 단자(115)는 각각 연결단자(120)와 전기적 및 기계적으로 연결된다. 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)의 상면(114a, 115a)에 상기 연결단자(120)가 용접되어 기계적으로 연결될 수 있다. 그리고 각 연결단자(120)는 버스바(130)를 통해서 상기 단위전지(110)의 양극 단자(114)와 인접한 단위전지(110)의 음극 단자(115)를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 연결단자(120)는 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합되어, 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)와 각각 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 연결단자(120)는 상기 단위전지(110)의 길이 방향에 대해서 수직하고, 상기 단자(114, 115)의 축 방향과 동일한 축 방향을 갖도록 각 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)에 각각 결합된다. 그리고 상기 연결단자(120)는 상기 버스바(130)와 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 교차하도록 상기 체결구(140)를 통해서 서로 결합된다.
상기 연결단자(120)는 상기 버스바(130)와 결합되는 접부(121)와, 상기 접부(121)와 일체형으로 형성되어 상기 단위전지(110)의 단자(114,115)에 결합되는 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 연결단자(120)는 상기 단자(114,115)의 축 방향으로 상기 결합부(122)와 상기 접부(121)가 순차적으로 배열된 일체형으로 형성된다.
상기 접부(121)는 사각 평판 구조로 평평한 접면(121S)을 갖으며, 상기 접면(121S)을 통해서 상기 버스바(130)와 결합된다. 이때, 상기 접면(121S)은 클수록 상기 연결단자(120)와 상기 버스바(130) 사이의 접촉 면적이 증가하므로, 상기 연 결단자(120)와 상기 버스바(130) 사이의 집전효율을 높일 수 있고 접촉 저항을 줄일 수 있다. 상기 접부(121)의 접면(121S) 이외의 영역의 형상은 평면이 아닌 형상으로도 이루어질 수 있으며, 상기 접면(121S) 이외의 접부(121)의 형상을 특별히 한정하지 않는다. 상기 접면(121S)은 대략 사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 접부(121) 및 상기 접면(121S)의 형상은 도 2a 내지 도 2f에서 자세히 설명하고자 한다.
상기 접부(121)의 중앙에는 상기 접면(121S)과 상기 접면(121S)의 반대면을 관통하는 홀인 단자 체결홀(121H)이 형성된다. 즉, 상기 접부(121)의 단자 체결홀(121H)은 상기 연결단자(120)의 축의 방향과 교차하는 직각 방향이 되도록 형성된다. 상기 접부(121)는 상기 단자 체결홀(121H)로 상기 체결구(140)가 관통하면서, 상기 버스바(130)와 결합 및 고정된다. 그러므로 상기 접부(121)는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 교차하도록 상기 버스바(130)와 결합된다.
그리고 상기 접부(121)는 접면(121S)이 상기 버스바(130)와 접촉한 상태에서 상기 단자 체결홀(121H)에 체결구(140)가 결합되어 상기 버스바(130)와 전기적으로 결합될 수 있다. 이때, 상기 단자 체결홀(121H)에는 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)와 결합되어 고정되기 위한 나사산이 형성될 수 있다.
상기 결합부(122)는 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합된다. 이때, 상기 결합부(122)는 내측에 나사선(122N)이 형성된 캡 너트 형태이다. 즉, 상기 결합부(122)는 상기 나사선(122N)이 외주면에 나사산이 형성된 볼트 형태의 상 기 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)에 결합되어 각각 연결된다. 그러므로 상기 연결단자(120)는 너트 형태인 상기 결합부(122)가 상기 볼트 형태의 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합할 때, 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 회전 하는 횟수를 조절하여 높이를 조절할 수 있다.
그리고 상기 접부(121)의 상기 접면(121S)은 캡 너트 형태인 상기 결합부(122)를 통해서 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 회전 가능하므로, 상기 버스바(130)와 평행하도록 조절하여 결합할 수 있다. 그러므로 각 단위전지(110)의 연결 단자(120)는 각 접면(121S)이 동일 평면을 이루도록 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합되어, 상기 버스바(130)의 연결면(130a)과 용이하게 접촉할 수 있다.
상기 결합부(122)는 상기 단자(114, 115)를 감쌀 수 있는 다양한 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 결합부(122)의 형상을 원기둥으로 한정하는 것은 아니다.
상기 각 단위전지(110)는 양극 단자(114)와 결합된 상기 연결단자(120)가 일측에 인접한 단위 전지(110)의 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(120)와 전기적으로 연결된다. 그리고 각 단위전지(110)는 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(120)가 타 측에 인접한 단위전지(110)의 양극 단자(114)와 결합된 상기 연결단자(120)와 전기적으로 연결된다. 즉, 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(120)는 버스바(130)를 통해서 인접한 단위전지(110)들과 직렬 연결된다.
상기 버스바(130)는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(120)에 형성된 접부(121)의 접면(121S)에 밀착되면서 상기 연결단자(120)와 전기적으로 연결된다. 상기 버스바(130)는 직사각형 형태의 평판 구조 또는 대략 바 형태의 평판 구조로 이루어질 수 있다.
상기 버스바(130)는 양 끝단부에 상기 연결단자(120)의 단자 체결홀(121H)과 대응되는 위치에, 상기 단자 체결홀(121H)과 대응되는 크기의 버스바 체결홀(135)이 형성된다. 즉, 상기 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)은 상기 연결단자(120)의 단자 체결홀(121H)과 동일하게 상기 연결단자(120)의 축의 방향과 교차하는 직각 방향이 되도록 형성된다.
그리고 상기 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)은 상기 버스바 체결홀(135)과 상기 단자 체결홀(121H)을 관통하는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(120)와 결합된다. 그러므로 상기 버스바(130)는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 교차하도록 상기 연결단자(120)와 결합된다. 이때, 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)는 상기 버스바 체결홀(135)과 상기 단자 체결홀(121H)을 관통하고, 상기 체결 너트(142)를 이용하여 고정된다. 그러므로 상기 버스바(130)는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(120)의 접면(121S)에 밀착되면서 상기 연결단자(120)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 버스바(130)는 크기가 클수록 상기 접면(121S)과의 접촉 면적이 증대되어 집전 효율을 높일 수 있다.
상기 체결구(140)는 상기 연결단자(120)의 단자 체결홀(121H)과 상기 버스 바(130)의 버스바 체결홀(135)을 관통하여 고정한다. 상기 체결구(140)는 상기 연결단자(120)의 축 방향과 교차하는 수직방향으로 형성된 상기 단자 체결홀(121H)과 버스바 체결홀(135)을 관통하여 고정하므로, 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 교차하도록 고정 된다.
상기 체결구(140)는 상기 연결단자(120)의 접부(121)에 형성된 상기 단자 체결홀(121H)과 상기 버스바(130)에 형성된 상기 버스바 체결홀(135)을 관통하는 체결 볼트(141)와 상기 체결 볼트(141)에 결합되어, 상기 연결단자(120)와 버스바(130)를 고정하는 체결 너트(142)로 이루어진다.
상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)는 상기 연결단자(120)의 축 방향에 직각이 되므로, 상기 체결 볼트(141)를 상기 연결단자(120)의 단자 체결홀(121H)과 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)에 체결할 때에 체결 볼트(141)의 회전력으로 인해서, 상기 연결단자(120)와 전기적으로 연결된 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.
그러므로 상기 이차 전지 모듈(100)은 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)와 상기 연결단자(120)의 체결 상태를 유지하면서, 상기 체결구(140)에 충분한 체결압을 가해서 상기 연결단자(120)와 상기 버스바(130)를 체결할 수 있다. 따라서 상기 이차 전지 모듈(100)은 상기 연결단자(120)와 상기 버스바(130) 사이를 충분한 체결압으로 체결할 수 있으므로, 상기 연결단자(120)의 접면(121S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(100)은 상기 연결단자(120)의 결합부(122)가 캡 나사 형태로 형성되어, 볼트 형상인 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 각각 결합되므로, 연결단자(120)의 높낮이를 조절할 수 있으며, 상기 연결단자(120)의 접면(121S)이 상기 버스바(130)와 평행할 수 있도록 조절할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(100)은 상기 연결단자(120)의 접면(121S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S)이 용이하게 접촉하여 접촉 저항을 줄이고 집전효율을 증가 시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 2f를 참조하면 도 1a 내지 도 1c에 도시된 이차 전지 모듈의 연결 단자의 예를 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 2f에 도시된 상기 연결단자(120a, 120b, 120c, 120d, 120e 및 120f)의 단면도는 상기 접부(121a 내지 121f)의 접면과 평행하도록 상기 연결단자(120a 내지 120f)의 축의 방향으로 단면한 도이다. 그리고 상기 연결단자(120a 내지 120f)는 접부(121a, 121b, 121c, 121d, 121e 및 121f)와 상기 접부(121a 내지 121f)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 그리고 상기 접부(121a 내지 121f)에는 체결구(140)가 결합되기 위해 상기 접부(121a 내지 121f)의 중앙에 단자 체결홀(121H)이 형성된다. 상기 결합부(122)와 상기 접부(121a 내지 121f)에 형성된 단자 체결홀(121H)은 도 1a 내지 도 1c의 이차 전지 모듈(100)에서 설명하였으므로, 여기서는 상기 접부(121a 내지 121f)의 형상에 대해서 자세히 설명하고자 한다. 그리고
도 2a에 도시된 바와 같이 상기 연결단자(120a)는 사각형의 단면을 갖는 접 부(121a)와 상기 접부(121a)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 결합부(122)는 사각형의 접부(121c)의 변중에서 하나의 변에 형성된 것을 도시하였으나, 모서리 부분에 형성될 수 있으며, 상기 결합부(122)의 형성 위치를 변으로 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 접부(121a)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 접면 역시 사각형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121a)는 사각형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120a)의 접부(121a)는 정사각형으로 도시하였으나, 다수의 변과 다수의 모서리를 갖는 좌우 대칭되는 다각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이 연결단자(120b)는 원형의 접부(121b)와 상기 접부(121b)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 여기서, 상기 접부(121b)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 접면 역시 원형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121b)는 원형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120b)의 접부(121b)는 원형으로 도시하였으나, 모서리를 갖지 않는 둘레가 호로 이루어진 타원형, 호로 이루어진 오목 다각형 및 볼록 다각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이 연결단자(120c)는 반원형의 접부(121c)와 상기 접부(121c)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 결합부(122)는 반원형의 접부(121c)에서 변에 형성된 것을 도시하였으나, 호로 이루어진 부분에 형성될 수 있으며, 상기 결합부(122)의 형성 위치를 변으로 한정하는 것은 아니다. 그리고 상기 접부(121c)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 상기 접면 역시 반원형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121c)는 반원형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120c)의 접부(121c)는 반원형으로 도시하였으나, 하나의 선과 하나의 호로 이루어진 반 타원형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이 연결단자(120d)는 모서리가 둥근 삼각형의 접부(121d)와 상기 접부(121d)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 결합부(122)는 모서리가 둥근 삼각형의 접부(121d)에서 변에 형성된 것을 도시하였으나, 호로 이루어진 둥근 모서리 부분에 형성될 수 있으며, 상기 결합부(122)의 형성 위치를 변으로 한정하는 것은 아니다. 그리고 상기 접부(121d)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 상기 접면 역시 모서리가 둥근 삼각형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121d)는 모서리가 둥근 삼각형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120d)의 접부(121d)는 모서리가 둥근 삼각형으로 도시하였으나, 다수의 변과 다수의 둥근 모서리로 이루어진 모서리가 둥근 다각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이 연결단자(120e)는 마주보는 두 개의 변과 상기 두 개의 변 사이를 각각 연결하는 두 개의 호를 갖는 원형 사각형의 접부(121e)와 상 기 접부(121e)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 결합부(122)는 원형 사각형의 접부(121e)에서 변에 형성된 것을 도시하였으나, 호에 형성될 수 있으며, 상기 결합부(122)의 형성 위치를 변으로 한정하는 것은 아니다. 그리고 상기 접부(121e)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 상기 접면 역시 원형 사각형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121e)는 원형 사각형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120e)의 접부(121e)는 마주보는 두 개의 변과 상기 두 개의 변 사이를 각각 연결하는 두 개의 호를 갖는 원형 사각형으로 도시하였으나, 다수의 변과 다수의 호로 이루어진 원형 다각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이 연결단자(120f)는 좌우 대칭되지 않는 비대칭 사각형의 접부(121f)와 상기 접부(121f)와 일체형으로 형성된 결합부(122)를 포함한다. 이때, 상기 결합부(122)는 비대칭 사각형의 접부(121f)에서 변에 형성된 것을 도시하였으나, 모서리에 형성될 수 있으며, 상기 결합부(122)의 형성 위치를 변으로 한정하는 것은 아니다. 그리고 상기 접부(121f)의 단면은 접면을 도시한 것으로, 상기 접면 역시 비대칭 사각형으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 접부(121f)는 비대칭 사각형상의 접면이 클수록 상기 버스바(130)와의 집전효율을 높일 수 있다. 상기 연결단자(120f)의 접부(121f)는 결합부(122)를 축으로 좌우가 대칭되지 않는 비대칭 사각형으로 도시하였으나, 다수의 변과 다수의 모서리로 이루어진 좌우 비대칭의 다각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 단자 체결 홀(121H)은 상기 접부(121f)에서 무게중심의 위치에 형성될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 3b를 참조하면 그의 부분 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 3c를 참조하면 그의 단자, 연결단자 및 버스바가 결합된 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3c에서 도시된 바와 같이 이차 전지 모듈(200)은 단위전지(110), 연결단자(220), 버스바(130) 및 체결구(140)를 포함한다. 상기 이차 전지 모듈(200)의 단위전지(110), 버스바(130) 및 체결구(140)는 상기 도 1a 내지 도 1c에 도시된 이차 전지 모듈(100)과 동일하다. 그러므로 이차 전지 모듈(200)에서 이차 전지 모듈(100)과 상이한 연결단자(220)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 연결단자(220)는 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합되어, 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)와 각각 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 연결단자(220)는 상기 단위전지(110)의 길이 방향에 대해서 수직하고, 상기 단자(114, 115)의 축 방향과 동일한 축 방향을 갖도록 각 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)에 각각 결합된다. 그리고 상기 연결단자(220)는 상기 버스바(130)와 상기 연결단자(220)의 축 방향에 대해서 교차하도록 상기 체결구(140)를 통해서 서로 결합된다.
상기 연결단자(220)는 상기 버스바(130)와 결합되는 접부(221)와, 상기 접부(221)와 일체형으로 형성되어 상기 단위전지(110)의 단자(114,115)에 결합되는 결합부(222)를 포함한다. 이때, 상기 연결단자(220)는 상기 단자(114,115)의 축 방향으로 상기 결합부(222)와 상기 접부(221)가 순차적으로 배열된 일체형으로 형성된다.
상기 접부(221)는 사각 평판 구조로 평평한 접면(221S)을 갖으며, 상기 접면(221S)을 통해서 상기 버스바(130)와 결합된다. 바람직하게는 상기 접부(221)의 접면(221S)은 상기 결합부(222)를 연결단자(220)의 축의 방향으로 자른 단면 보다 더 크게 형성될 수 있는데, 상기 접면(221S)이 클수록 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130) 사이의 접촉 면적이 증가하므로, 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130) 사이의 집전효율을 높이고, 접촉 저항은 줄일 수 있기 때문이다. 상기 접면(221S)은 원형, 선으로 이루어진 다각형, 호로 이루어진 다각형 또는 선과 호로 이루어진 다각형 중 적어도 하나의 평면으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 접부(221)의 접면(221S) 이외의 영역의 형상은 평면이 아닌 형상으로도 이루어질 수 있으며, 상기 접면(221S) 이외의 접부(221)의 형상을 특별히 한정하지 않는다. 상기 접면(221S)은 대략 사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 접부(221) 및 상기 접면(221S)의 형상은 도 2a 내지 도 2f에서 설명된 원형, 선으로 이루어진 다각형, 호로 이루어진 다각형 또는 선과 호로 이루어진 다각형으로 이루어질 수 있다.
상기 접부(221)의 중앙에는 상기 접면(221S)과 상기 접면(221S)의 반대면을 관통하는 홀인 단자 체결홀(221H)이 형성된다. 즉, 상기 접부(221)의 단자 체결홀(221H)은 상기 연결단자(220)의 축의 방향과 교차하는 직각 방향이 되도록 형성된다. 상기 접부(221)는 상기 단자 체결홀(221H)로 상기 체결구(140)가 관통하면 서, 상기 버스바(130)와 결합 및 고정된다. 그러므로 상기 접부(221)는 상기 체결구(140)를 통해서 상기 연결단자(220)의 축 방향에 대해서 교차하도록 상기 버스바(130)와 결합된다.
그리고 상기 접부(221)는 접면(221S)이 상기 버스바(130)와 접촉한 상태에서 상기 단자 체결홀(221H)에 체결구(140)가 결합되어 상기 버스바(130)와 전기적으로 결합될 수 있다. 이때, 상기 단자 체결홀(221H)에는 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)와 결합되어 고정되기 위한 나사산이 형성될 수 있다.
상기 결합부(222)는 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합된다. 이때, 상기 결합부(222)는 결합면(222S)이 상기 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)의 상면(114a, 115a)에 용접(A)되어 각각 연결된다. 이때, 상기 연결단자(220)는 지그(Jig)를 이용하여, 상기 접면(221S)과 상기 버스바(130)가 평행하도록 상기 접면(221S)의 방향을 조절하여 상기 단위전지(110)의 각 단자(114, 115)에 용접할 수 있다. 그러므로 각 단위전지(110)의 연결 단자(220)는 각 접면(221S)이 동일 평면을 이루도록 각 단위전지(110)의 단자(114, 115)에 결합되어, 상기 버스바(130)의 연결면(130a)과 용이하게 접촉할 수 있다.
상기 결합부(222)는 상기 단자(114, 115)의 상면(114a, 115a)과 원주가 같은 원기둥 형상으로 형성될 수 있으나, 상기 단자(114, 115)에 용접되기 위한 다양한 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 결합부(222)의 형상을 한정하는 것은 아니다.
상기 각 단위전지(110)는 양극 단자(114)와 결합된 상기 연결단자(220)가 일 측에 인접한 단위 전지(110)의 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(220)와 전기적으로 연결된다. 그리고 각 단위전지(110)는 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(220)가 타 측에 인접한 단위전지(110)의 양극 단자(114)와 결합된 상기 연결단자(220)와 전기적으로 연결된다. 즉, 각 단위전지(110)의 양극 단자(114) 및 음극 단자(115)와 결합된 상기 연결단자(220)는 버스바(130)를 통해서 인접한 단위전지(110)들과 직렬 연결된다.
그리고 상기 연결단자(220)는 상기 연결단자(220)의 축 방향에 직각이 되는 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)를 상기 연결단자(220)의 단자 체결홀(221H)과 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)에 체결할 때에 체결 볼트(141)의 회전력으로 인해서, 상기 연결단자(220)와 결합된 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.
그러므로 상기 이차 전지 모듈(200)은 상기 단위전지(110)의 단자(114, 115)와 상기 연결단자(220)의 체결 상태를 유지하면서, 상기 체결구(140)에 충분한 체결압을 가해서 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130)를 체결할 수 있다. 따라서 상기 이차 전지 모듈(200)은 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130) 사이를 충분한 체결압으로 체결할 수 있으므로, 상기 연결단자(220)의 접면(221S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(200)은 지그를 통해서 상기 연결단자(220)의 접면(221S)이 상기 버스바(130)와 평행할 수 있도록 조절하여 상기 단위전지(110)의 각 단자(114, 115)에 용접할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(200)은 상기 연결단자(220)의 접면(221S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S)이 용이하게 접촉하여 접촉 저항을 줄이고 집전효율을 증가 시킬 수 있다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 4b를 참조하면 그의 부분 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 4c를 참조하면 그의 단자, 연결단자 및 버스바가 결합된 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c에서 도시된 바와 같이 이차 전지 모듈(300)은 단위전지(310), 연결단자(120), 버스바(130) 및 체결구(140)를 포함한다. 상기 이차 전지 모듈(300)의 연결단자(120), 버스바(130) 및 체결구(140)는 상기 도 1a 내지 도 1c에 도시된 이차 전지 모듈(100)과 동일하다. 그러므로 이차 전지 모듈(300)에서 이차 전지 모듈(100)과 상이한 단위전지(310)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 단위전지(310)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(311)와, 상기 전극 조립체(311)가 내장되는 공간을 구비하는 케이스(312)와, 상기 케이스(312)와 결합되어, 상기 케이스(312)를 밀폐하는 캡 조립체(313) 및 상기 양극판과 음극판과 각각 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(313)의 외측으로 돌출되는 양극 단자(314)와 음극단자(315)를 포함한다.
그리고 상기 케이스(312)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 케이스(312)는 전극 조립체(311)가 내부의 공간에 내장될 수 있는 육면체 또는 그 이외의 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 육면체로 형성될 수 있다.
그리고 상기 양극 단자(314)와 음극 단자(315)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트 형태로 이루어진다. 그리고 상기 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)는 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h)보다 더 긴 것을 도시하였으나, 상기 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)는 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h) 보다 더 짧을 수 있다. 즉, 상기 양극 단자(314)와 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이는 서로 상이할 수 있다. 상기 단위전지(310)는 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)가 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h)와 상이하게 형성되어, 단위전지(310)의 외형으로 부터 음극 단자(315)와 양극 단자(314)를 쉽게 구별할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(300)은 각 단위전지(310)를 배열하고 각 단위전지(310)를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈(300)을 구성할 때에, 상기 각 단위전지(310)의 배열이 용이할 수 있다.
그리고 볼트 형태의 양극 단자(314)와 음극 단자(315)는 캡 조립체(313)의 가스켓(316)을 매개로 하여 캡 조립체(313)의 상부로 노출되어, 너트(317)가 체결되어 고정될 수 있다. 그리고 상기 단위전지(310)의 두 개의 단자(양극 단자(314)와 음극 단자(315))는 일정간격을 유지하는 상태로 상기 캡 조립체(313)의 상부로 돌출 된다.
상기 구조와 동일한 각 단위전지(310)는 길이방향으로 상기 단자(314, 115)가 상부를 향하는 상태로 일정간격으로 이격되어 배열된다. 상기 단위전지(310)의 길이 방향은 단위전지(310)의 단자(314,115)가 형성된 면을 상면으로 볼 경우, 단 위전지(310)의 측면에서 넓이가 더 넓은 면이 배치되는 방향으로 볼 수 있다. 그러므로 각 단위전지(310)는 넓은 면의 측면이 서로 마주 보도록 서로 이격되어 배열된다. 이때 각 단위전지(310)는 각 단위전지(310)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극 단자(314)와 음극 단자(315)가 서로 반복하여 배열된다. 즉, 각 단위전지(310)의 양극 단자(314) 및 음극 단자(315)는 인접한 단위전지(310)의 양극 단자(314) 및 음극 단자(315)와 서로 엇갈리도록 교차 배열되어 단자 열이 형성된다. 여기서 단자 열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 볼 수 있다.
그리고 상기 각 단위전지(310)는 양극 단자(314)가 일측에 인접한 단위 전지(310)의 음극 단자(315)와 전기적으로 연결되고, 음극 단자(315)가 타 측에 인접한 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 전기적으로 연결된다. 즉, 다수의 단위전지(310)는 양극 단자(314)와 음극 단자(315)가 서로 엇갈리도록 인접한 단위전지(310)와 연결되므로, 서로 직렬 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈(100)을 구성할 수 있다.
상기 각 단위 전지(310)는 단자(314, 315)가 캡 형태의 연결 단자(120)와 체결되어 전기적 및 기계적으로 연결될 수 있다. 그리고 각 연결단자(120)는 버스바(130)를 통해서 상기 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 인접한 단위전지(310)의 음극 단자(315)를 전기적으로 연결할 수 있다. 그러므로 상기 연결단자(120)는 너트 형태인 상기 결합부(122)가 상기 볼트 형태의 각 단위전지(310)의 단자(314, 315)에 결합할 때, 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 회전 하는 횟수를 조절 하여 높이를 조절할 수 있다. 그리고 상기 접부(121)의 상기 접면(121S)은 캡 너트 형태인 상기 결합부(122)를 통해서 상기 연결단자(120)의 축 방향에 대해서 회전 가능하므로, 상기 버스바(130)와 평행하도록 조절하여 결합할 수 있다.
그리고 상기 단위전지(310)의 각 단자(315, 316)에 전기적으로 연결된 연결단자(120)는 상기 연결단자(120)의 축 방향에 직각이 되는 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)를 상기 연결단자(120)의 단자 체결홀(121H)과 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)에 체결할 때에 체결 볼트(141)의 회전력으로 인해서, 상기 연결단자(120)와 결합된 상기 단위전지(310)의 단자(314, 315)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.
상기 이차 전지 모듈(300)은 상기 단위전지(310)의 단자(314, 115)와 상기 연결단자(120)의 체결 상태를 유지하면서, 상기 체결구(140)에 충분한 체결압을 가해서 상기 연결단자(120)와 상기 버스바(130)를 체결할 수 있다. 따라서 상기 이차 전지 모듈(300)은 상기 연결단자(120)와 상기 버스바(130) 사이를 충분한 체결압으로 체결할 수 있으므로, 상기 연결단자(120)의 접면(121S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(300)은 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 음극 단자(315)의 돌출 높이를 서로 다르게 형성하여, 각 단위전지(310)를 배열하고 각 단위전지(310)를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈(300)을 구성할 때에, 상기 각 단위전지(310)의 배열이 용이할 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(300)은 상기 연결단자(120)의 결합부(122)가 캡 나사 형태로 형성되어, 볼트 형상인 상기 단위전지(310)의 단자(314, 315)에 각각 결합되므로, 연결단자(120)의 높낮이를 조절할 수 있으며, 상기 연결단자(120)의 접면(121S)이 상기 버스바(130)와 평행할 수 있도록 조절할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(300)은 상기 연결단자(120)의 접면(121S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S)이 용이하게 접촉하여 접촉 저항을 줄이고 집전효율을 증가 시킬 수 있다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 5b를 참조하면 그의 부분 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 5c를 참조하면 그의 단자, 연결단자 및 버스바가 결합된 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5c에서 도시된 바와 같이 이차 전지 모듈(400)은 단위전지(310), 연결단자(220), 버스바(130) 및 체결구(140)를 포함한다. 상기 이차 전지 모듈(400)의 연결단자(220), 버스바(130) 및 체결구(140)는 상기 도 3a 내지 도 3c에 도시된 이차 전지 모듈(200)과 동일하다. 그러므로 이차 전지 모듈(400)에서 이차 전지 모듈(200)과 상이한 단위전지(310)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 단위전지(310)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(311)와, 상기 전극 조립체(311)가 내장되는 공간을 구비하는 케이스(312)와, 상기 케이스(312)와 결합되어, 상기 케이스(312)를 밀폐하는 캡 조립체(313) 및 상기 양극판과 음극판과 각각 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립 체(313)의 외측으로 돌출되는 양극 단자(314)와 음극단자(315)를 포함한다.
그리고 상기 케이스(312)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 케이스(312)는 전극 조립체(311)가 내부의 공간에 내장될 수 있는 육면체 또는 그 이외의 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 육면체로 형성될 수 있다.
그리고 상기 양극 단자(314)와 음극 단자(315)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트 형태로 이루어진다. 그리고 상기 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)는 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h)보다 더 긴 것을 도시하였으나, 상기 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)는 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h) 보다 더 짧을 수 있다. 즉, 상기 양극 단자(314)와 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이는 서로 상이할 수 있다. 상기 단위전지(310)는 양극 단자(314)의 돌출 높이(314h)가 상기 음극 단자(315)의 돌출 높이(315h)와 상이하게 형성되어, 단위전지(310)의 외형으로 부터 음극 단자(315)와 양극 단자(314)를 쉽게 구별할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(400)은 각 단위전지(310)를 배열하고 각 단위전지(310)를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈(400)을 구성할 때에, 상기 각 단위전지(310)의 배열이 용이할 수 있다.
그리고 볼트 형태의 양극 단자(314)와 음극 단자(315)는 캡 조립체(313)의 가스켓(316)을 매개로 하여 캡 조립체(313)의 상부로 노출되어, 너트(317)가 체결되어 고정될 수 있다. 그리고 상기 단위전지(310)의 두 개의 단자(양극 단자(314)와 음극 단자(315))는 일정간격을 유지하는 상태로 상기 캡 조립체(313)의 상부로 돌출 된다.
상기 구조와 동일한 각 단위전지(310)는 길이방향으로 상기 단자(314, 115)가 상부를 향하는 상태로 일정간격으로 이격되어 배열된다. 상기 단위전지(310)의 길이 방향은 단위전지(310)의 단자(314,115)가 형성된 면을 상면으로 볼 경우, 단위전지(310)의 측면에서 넓이가 더 넓은 면이 배치되는 방향으로 볼 수 있다. 그러므로 각 단위전지(310)는 넓은 면의 측면이 서로 마주 보도록 서로 이격되어 배열된다. 이때 각 단위전지(310)는 각 단위전지(310)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극 단자(314)와 음극 단자(315)가 서로 반복하여 배열된다. 즉, 각 단위전지(310)의 양극 단자(314) 및 음극 단자(315)는 인접한 단위전지(310)의 양극 단자(314) 및 음극 단자(315)와 서로 엇갈리도록 교차 배열되어 단자 열이 형성된다. 여기서 단자 열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 볼 수 있다.
그리고 상기 각 단위전지(310)는 양극 단자(314)가 일측에 인접한 단위 전지(310)의 음극 단자(315)와 전기적으로 연결되고, 음극 단자(315)가 타 측에 인접한 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 전기적으로 연결된다. 즉, 다수의 단위전지(310)는 양극 단자(314)와 음극 단자(315)가 서로 엇갈리도록 인접한 단위전지(310)와 연결되므로, 서로 직렬 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈(100)을 구성할 수 있다.
상기 각 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 음극 단자(315)는 각각 연결단자(220)와 전기적 및 기계적으로 연결된다. 각 단위전지(310)는 단자(314, 115)의 상면이 각각 상기 연결단자(220)와 용접되어 전기적 및 기계적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 연결단자(220)는 지그(Jig)등을 이용하여, 상기 접면(221S)과 상기 버스바(130)가 평행하도록 상기 접면(221S)의 방향을 조절하여 상기 단위전지(310)의 각 단자(314, 315)에 용접할 수 있다. 그러므로 상기 연결단자(220)의 접면(221S)은 상기 버스바(130)의 연결면(130S)이 용이하게 접촉하여 접촉저항을 줄이고 집전효율을 높일 수 있다.
그리고 상기 단위전지(310)의 각 단자(315, 316)에 전기적으로 연결된 연결단자(220)는 상기 연결단자(220)의 축 방향에 직각이 되는 상기 체결구(140)의 체결 볼트(141)를 상기 연결단자(220)의 단자 체결홀(221H)과 버스바(130)의 버스바 체결홀(135)에 체결할 때에 체결 볼트(141)의 회전력으로 인해서, 상기 연결단자(220)와 결합된 상기 단위전지(310)의 단자(314, 315)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.
상기 이차 전지 모듈(400)은 상기 단위전지(310)의 단자(314, 115)와 상기 연결단자(220)의 체결 상태를 유지하면서, 상기 체결구(140)에 충분한 체결압을 가해서 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130)를 체결할 수 있다. 따라서 상기 이차 전지 모듈(400)은 상기 연결단자(220)와 상기 버스바(130) 사이를 충분한 체결압으로 체결할 수 있으므로, 상기 연결단자(220)의 접면(221S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(400)은 단위전지(310)의 양극 단자(314)와 음극 단자(315)의 돌출 높이를 서로 다르게 형성하여, 각 단위전지(310)를 배열하고 각 단위전지(310)를 직렬로 연결하여 이차 전지 모듈(400)을 구성할 때에, 상기 각 단위전지(310)의 배열이 용이할 수 있다.
그리고 상기 이차 전지 모듈(400)은 지그를 통해서 상기 연결단자(220)의 접면(221S)이 상기 버스바(130)와 평행할 수 있도록 조절하여 상기 단위전지(310)의 각 단자(314, 315)에 용접할 수 있다. 그러므로 상기 이차 전지 모듈(400)은 상기 연결단자(220)의 접면(221S)과 상기 버스바(130)의 연결면(130S)이 용이하게 접촉하여 접촉 저항을 줄이고 집전효율을 증가 시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도, 부분 분해 사시도 및 부분 확대 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 이차 전지 모듈의 연결단자의 예를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도, 부분 분해 사시도 및 부분 확대 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도, 부분 분해 사시도 및 부분 확대 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도, 부분 분해 사시도 및 부분 확대 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100, 200, 300, 400; 이차 전지 모듈
110, 310; 단위전지 120, 220; 연결단자
130; 버스바 140; 체결구

Claims (16)

  1. 단자를 구비하는 복수개의 단위 전지;
    상기 각 단위 전지의 단자에 결합되어, 각 단자와 전기적으로 각각 연결된 복수개의 연결단자;
    상기 각 단위 전지에 전기적으로 연결된 연결단자들 사이를 전기적으로 연결하는 버스바; 및
    상기 연결단자의 축 방향에 대해서 교차하는 방향으로 상기 연결단자와 상기 버스바를 관통하여 상기 연결단자와 상기 버스바를 고정하는 체결구를 포함하며,
    상기 연결단자는 상기 버스바와 평행이 되도록 상기 연결단자의 축을 중심으로 위치를 회전시켜 조절하여 상기 각 단위 전지의 단자와 결합되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결단자는
    상기 버스바와 결합되는 접부; 및
    상기 접부와 일체형으로 형성 되며, 상기 각 단위 전지의 단자에 결합되는 결합부로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결단자의 상기 접부는 평평한 접면을 갖도록 형성되며, 상기 접면이 상기 버스바와 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 버스바는 평평한 연결면을 갖도록 형성되며, 상기 연결면이 상기 연결단자의 상기 접면과 밀착되어 결합되는 되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결단자의 상기 접면은 원형, 다수의 변으로 이루어진 다각형, 다수의 호로 이루어진 다각형 또는 변과 호로 이루어진 다각형 중 적어도 하나의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결단자는 상기 접면이 상기 버스바와 평행하도록 상기 연결단자의 축을 중심으로 회전시켜 조절하여, 상기 결합부가 상기 단위전지의 각 단자에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 각 단위 전지의 단자는 나사선이 형성된 볼트인 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연결단자는 결합부의 내측에 나사선이 형성되어, 상기 연결단자의 축의 방향으로 회전하여 상기 연결단자의 높이 및 상기 접부가 상기 버스바와 평행하도록 조절 하여 볼트인 상기 단자에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결단자의 접부에는 체결구를 통해서 상기 버스바와 체결하기 위한 단자 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 버스바에는 상기 연결단자의 단자 체결홀과 대응되는 위치에 상기 연결단자와 체결을 위한 버스바 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 버스바에 형성된 버스바 체결홀은 인접한 단위전지의 단자의 간격에 맞춰 2개 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 체결구는
    상기 연결단자의 접부에 형성된 상기 단자 체결홀과 상기 버스바에 형성된 상기 버스바 체결홀을 관통하는 체결 볼트; 및
    상기 체결 볼트에 결합되어 상기 연결단자와 상기 버스바를 고정하는 체결 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 단위 전지가 구비하는 단자는 양극 단자와 음극단자인 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    각 단위 전지의 상기 양극 단자와 상기 음극 단자는 단자의 돌출 높이가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 각 단위 전지가 직렬로 연결될 수 있도록, 상기 각 단위 전지의 양극 단자가 인접한 단위 전지의 음극 단자와 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 전지는 각형인 이차 전지 모듈.
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