KR101044305B1 - 전지셀 상호연결 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 전지셀들을 상호 연결하는데 유연성 있게 적용될 수 있는 전지셀 연결 시스템을 제공한다. 상기 전지셀 상호연결 시스템은 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 가지고 있는 도전성 상호연결체로서, 제 1 종결단은 제 2 종결단로부터 오프셋(offset) 되어있는 상태로 중간부에 의해 제 2 종결단으로부터 이격되어 있고, 각각 한 쌍의 이격된 나사 로드들(threaded rods)이 제 1 종결단과 제 2 종결단 상에 위치되어 있으며, 절연 슬리브(insulating sleeve)가 중간체 상에서 도전성 상호연결체의 외면에 형성되어 있는 구성의 도전성 상호연결체를 포함한다.

상기 시스템은 또한, 한 쌍의 V-자형 단자 클램프로서, 각각의 이격된 구멍을 통해 각각의 이격된 로드 상에 위치되도록 구성되어 있는 단자 클램프; 및 각각의 나사 로드 상에 위치하도록 구성된 다수의 나사 너트로서, 단자 클램프가 다수 전지셀 전극들을 클램핑 하도록 구성되어 있는 나사 너트를 포함한다.

Description

전지셀 상호연결 시스템 {Battery Cell Interconnect System}

본 발명은 전반적으로 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀들을 상호연결하기 위한 상호연결 시스템에 관한 것이다.

자동차는 일반적으로 다양한 오염물질을 포함하는 가스들을 생성하여 배출하는 가솔린 및 디젤과 같은 화석연료를 사용한다. 자동차의 동력원으로 충전 및 방전이 가능한 축전지 또는 이차전지를 사용하는 기술은, 상기 언급한 바와 같은 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 상당한 관심을 끌고 있다. 따라서, 오직 전지를 사용하여 작동되는 전기자동차(EV) 및 전지와 종래의 내연기관을 함께 사용하는 하이브리드 전기자동차(HEV)가 개발되고 있고, 몇몇은 현재 상용화되어 있다. 다양한 니켈-메탈 수소화물(NiMH) 이차전지들은 EV 및 HEV의 동력원으로 적용되어 폭 넓게 사용되고 있다. 그러나, 최근에는 리튬 이온, 특히 리튬 폴리머를 사용하는 이차전지들이 제안되고 있다.

고출력 대용량이 동력원으로 사용되는 이러한 이차전지들에 필요하다. 따라 서, 이차전지들은 일반적으로, 다수의 작은 전지셀들(단위셀들)이 서로 직렬 또는 병렬로 상호 연결됨으로써, 전지모듈 형태로 구성된다. 다수의 전지모듈들은 상호연결 되어 소망하는 출력과 용량 특성을 가진 전지팩으로 만들어진다.

예를 들어, 다양한 엔진의 자동차들, 항공기, 선박, 기차 등과 같이, 전지팩과 동력 전달 관계에 있는 디바이스가 움직이는 상태에 있는 경우에 적용하는 경우를 포함하여, 다양한 응용 분야에 상기 기술한 바와 같은 다양한 적용 타입의 전지팩들을 사용하기 위해서는, 일반적으로, 개별 전지모듈에서 다수의 전지셀들, 또는 전지모듈들 사이 또는, 이들 모두의 전기적 상호연결에 이용될 수 있는 전지셀의 상호연결체에 대한 내구성을 확립하고, 전지팩으로 형성되는 모듈들 사이의 전기적 상호연결체를 제공하는 것이 바람직하다.

내구성 있는 전지셀 상호연결체는, 다양한 형태의 부식 및 기타 열화 과정 등을 초래할 수 있는 고열과 대기 오염물 뿐만 아니라, 자동차 또는 항공기 및 선박의 정지 및 움직임과 관련된 다양한 힘 및 어떠한 순간 등을 포함할 수 있는 제조 과정 및 작동 환경에서, 적절한 전기적 상호연결과 전기적 접촉을 제공하여야 한다. 개별 전지셀들을 상호연결하기 위한 몇몇 상호연결체들이 제안되고 있는 반면에, 새로운 전지셀의 구조 및 재료들이 개발됨에 따라, 전지셀의 크기, 형상, 전지 공간배치, 내부셀 및 외부셀 전극의 공간배치 등 전지셀들의 속성 뿐만 아니라, 크기, 형상, 공간배치, 전극 재료, 재료 특성 등과 같은 전지셀 전극들의 속성이 계속적으로 빠르게 변화되고 있다. 따라서, 상기 설명한 타입들의 전지 모듈 및 전지팩들에 사용될 수 있는 전지셀 상호연결체를 개발하는 것이 바람직하다.

본 발명은 다수의 전지셀들을 상호 연결하데 유연성 있게 적용될 수 있는 전지셀 연결 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 전지셀 상호연결 시스템은 크기가 가변적일 수 있고, 크기, 형상, 전지 공간배치, 내부셀 및 외부셀 전극의 공간배치 등의 전지셀들의 속성뿐만 아니라, 크기, 형상, 공간배치, 전극 재료, 재료 특성 등의 전극들의 속성을 변경할 수도 있는, 전지셀 구조 및 재료가 계속적이고 빠르게 변경되는 문제를 해결하도록 구성될 수 있다. 상기 상호연결 시스템은 셀의 수가 변경될 수 있는 다수의 전지셀들의 상호연결에 사용될 수 있다.

전지셀 상호연결 시스템의 하나의 예시적인 실시예는, 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 가지고 있는 도전성 상호연결체로서, 제 1 종결단은 제 2 종결단로부터 오프셋(offset) 되어있는 상태로 중간부에 의해 제 2 종결단으로부터 이격되어 있고, 각각 한 쌍의 이격된 나사 로드들(threaded rods)이 제 1 종결단과 제 2 종결단 상에 위치되어 있으며, 절연층이 중간부 상에서 도전성 상호연결체의 외면에 형성되어 있는 구성의 도전성 상호연결체를 포함한다. 시스템은 또한, 한 쌍의 V-자형 단자 클램프로서, 상기 단자 클램프 각각은 접촉면을 가지는 한 쌍의 교차 다리들(legs)과, 다리들의 교차부에 배치된 한 쌍의 이격된 구멍들을 가지고 있고, 각각의 이격된 구멍을 통해 각각의 이격된 로드 상에 위치되도록 구성되어 있는 단자 클램프를 포함한다. 시스템은 또한, 각각의 나사 로드 상에 위치하도록 구성된 다수의 나사 너트로서, 도전성 상호연결체의 외면에 대해 접촉면의 체결부를 압착함으로써 단자 클램프가 다수 전지셀 전극들을 클램핑하도록 구성되어 있는 나서 너트를 포함한다.

상기 상호연결 시스템은 S-자형의 도전성 상호연결체를 제공할 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 도전성 상호연결체를 제공할 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 V-자형의 단자 클램프를 더 제공할 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 각각의 V-자형 단자 클램프가 이격된 구멍들을 포함하고 있는 교차 다리들의 꼭대기 부위에 평평한 부위를 가지고 있는 것으로 구성될 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 실질적으로 원통형인 도전성 상호연결체를 제공할 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 상기 제 1 종결단 및 제 2 종결단이 각각 평평하게 형성되어 각 쌍의 나사 로드가 평평한 면 상에 배열되고, 도전성 상호연결체를 통해 연장되는 것으로 구성될 수 있다.

상기 상호연결 시스템은 또한, 상기 오프셋이 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 오프셋 편차(offset distance) 만큼 이격시키고, 상기 도전성 연결체가 오프셋 편 차 보다 큰 길이를 갖고 있는 것으로 구성될 수 있다. 상기 상호연결 시스템은 또한, 상기 오프셋 편차에 대한 길이의 비율이 2보다 큰 것으로 구성될 수 있다.

전지셀 상호연결 시스템의 또 다른 예시적인 실시예는, 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 가지고 있는 도전성 상호연결체로서, 제 1 종결단은 제 2 종결단으로부터 오프셋(offset) 되어있는 상태로 중간부에 의해 제 2 종결단으로부터 이격되어 있으며, 한 쌍의 이격된 제 1 나사 로드들이 제 1 종결단 상에 위치되어 있고, 한 쌍의 이격된 제 2 나사 로드들이 제 2 종결단 상에 위치되어 있으며, 절연층이 중간부 상에서 도전성 상호연결체의 외면에 형성되어 있는 구성의 도전성 상호연결체를 포함한다. 시스템은 또한, 제 1 V-자형 단자 클램프와 제 2 V-자형 단자 클램프로서, 상기 단자 클램프 각각은 접촉면을 가지는 한 쌍의 교차하는 다리들(legs)과, 다리들의 교차부에 배치된 한 쌍의 이격된 구멍들을 가지고 있으며, 제 1 V-자형 단자 클램프는 그것의 이격된 구멍 쌍을 통해 제 1 종결단에서 한 쌍의 이격된 제 1 로드들 상에 위치하고, 제 2 V-자형 단자 클램프는 그것의 이격된 구멍 쌍을 통해 제 1 종결단에서 한 쌍의 이격된 제 1 로드들 상에 위치하는 구성의 단자 클램프들을 포함한다. 시스템은 또한, 나사 로드 하나에 각각 위치하는 다수의 나사 너트들을 포함한다. 시스템은 또한, 각각 제 1 도전성 전극, 제 2 도전성 전극, 및 그들 사이를 띄우는 전극을 가지고 있는 다수의 전지셀들로서, 전지셀들은 제 1 전극들이 실질적으로 서로 축 방향으로 배열되어 있고 제 2 전극들이 실질적으로 서로 축 방향으로 배열된 상태로 접촉되어 있으며, 다수 전지셀들의 첫번째 절반은 제 1 전극들이 제 1 단자 클램프와 제 1 단자 단부의 접촉면 사이에서 클램프되어 제 1 전기적 접촉을 형성하고 있고, 다수 전지셀들의 두번째 절반은 제 2 전극들이 제 2 단자 클램프와 제 2 단자 단부의 접촉면 사이에서 클램프되어 제 2 전기적 접촉을 형성하는 구성의 전지셀들을 포함한다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징들은 바람직한 예에 대한 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 명확해질 것이다. 상세한 설명에 수반되는 도면들은 아래에서 설명하는 바와 같다.

본 발명은 다수의 전지셀들을 상호 연결하는데 유연성 있게 적용될 수 있는 전지셀 연결 시스템을 제공한다.

본 발명의 전지셀 상호연결 시스템은 크기가 가변적일 수 있고, 크기, 형상, 전지 공간배치, 내부셀 및 외부셀 전극의 공간배치 등의 전지셀들의 속성뿐만 아니라, 크기, 형상, 공간배치, 전극 재료, 재료 특성 등의 전극들의 속성을 변경할 수도 있는, 전지셀 구조 및 재료가 계속적이고 빠르게 변경되는 문제를 해결하도록 구성될 수 있다. 상기 상호연결 시스템은, 상대적으로 적은 수의 전지셀들에서부터, 전지모듈을 형성하는데 충분한 수(예를 들어, 6-20), 및 전지팩을 형성하는데 충분한 수를 포함하여 다수의 전지모듈들을 내포하는 수에 이르기까지, 셀의 수가 변경될 수 있는 다수의 전지셀들의 상호연결에 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 다수의 전지셀들(100)을 전기적으로 상호연결하기 위한 전지셀 상호연결 시스템(10)의 실시예가 도시되어 있을 뿐 아니라, 이들 구성요소들의 결합이 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 전지셀 상호연결 시스템(10)에 의해 상호 연결된 전지셀(100)의 수는 전지모듈(110)을 구성하기에 충분할 수 있다. 도 6을 참조하면, 전지셀 상호연결 시스템(10)은 다수의 전지팩 모듈들(110)을 상호 연결하여 전지팩(120)으로 형성하는데 사용될 수도 있다.

전지셀 상호연결 시스템(10)은 도전성 상호연결체(12)를 포함한다. 도전성 상호연결체(12)는 전지셀로 전력을 전송하고 전지셀로부터 전력 연결 상태에 있는 디바이스로 전력을 전송하는데 충분한 도전성을 가지고 있는 어떠한 적절한 도전성 소재로도 만들어질 수도 있다. 도전성 상호연결체(12)는 예를 들어, 순수 알루미늄 또는 다양한 알루미늄 합금 또는 순수 구리 또는 다양한 구리 합금 또는 이들의 조합과 같은 높은 도전성을 가진 재료로 제조될 수 있다. 도전성의 증가, 또는 저항의 감소는, 전지셀을 포함하여, 시스템의 관련 요소들 뿐만 아니라, 도전성 상호연결체(12)의 저항가열을 감소시킨다. 도전성 상호연결체(12)는 실질적으로 원통형 또는 실질적으로 장방형 형상과 같은 어떠한 적절한 형상 또는 횡단면 프로파일(cross-sectional profile)을 가진 것일 수 있다. 하나의 실시예에서, 도전성 상호연결체(12)는 대략 7.94 mm의 지름을 갖는 6061 T6 알루미늄 합금의 원통형 로드로 만들어졌다. 순수 구리 및 구리 합금 뿐만 아니라 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금들은 여기서 설명한 것과 같은 형상을 가진 다양한 로드 및 막대 형태에 용이하게 이용될 수 있다.

도전성 상호연결체(12)는 제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)을 가지고 있다. 이러한 단부들은 셀 전극들에 대한 전기적 연결 또는 종결부를 만드는데 이용 된다. 제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)은 어떠한 적절한 길이를 가질 수도 있고, 이러한 길이는 각 단들이 다를 수도 있다. 이들의 길이는 셀 전극의 폭을 수용할 수 있는 범위에서 일반적으로 선택된다. 제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)은 오프셋(offset) 편차(d)에 의해 그들 각각의 길이방향 축들(18, 20)에 대하여 서로 오프셋 되어 있다. 하나의 실시예에서, 오프셋 편차(d)는 약 30.75 mm이다. 그러나, 오프셋 편차(d)는 어떠한 적절한 편차가 될 수도 있고, 셀들의 두께 및 내부셀 전극의 공간(서로 다른 셀들에서 유사 극의 전극들 사이의 공간), 셀 전극들의 길이 및 기타 요소들과의 관계에서 변화될 수 있다. 도전성 상호연결체(12)는 또한, 각각의 단부들 사이에서 도 1 및 3에서 볼 수 있는 바와 같은 전체 길이(l)을 가질 수 있다. 그러나, 전체 길이(l)은 어떠한 적절한 길이가 될 수도 있고, 내부셀 전극의 공간(소정 셀에서, 반대 극의 전극들의 공간) 및 기타 요소들의 관계에서 변화될 수 있다. 길이(l) 및 오프셋 편차(d)의 조합은 2 보다 큰 비율(l/d)을 제공하였다.

제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)은 이들 사이에서 연장되어 있는 중간부(22)에 의해 서로 이격되어 있다. 중간부(22)에서 도전성 상호연결체(12)의 외면(24)은 전기적 절연층(26)에 의해 덮여있다. 절연층(26)은 중간부(22) 상에 미끄러지게 고정되는 절연 슬리브(sleeve)(26)를 포함할 수도 있고, 또는 절연층 증착(deposition) 수단에 의해 중간부(22)를 증착할 수도 있다. 절연층(26)은, 중간부(22)에 대해 외면(24) 상에 미끄러지게 고정된 후 튜브가 수축될 수 있게 가열하여 중간부 상에 견고하게 맞춰진 절연층을 형성하도록 수축성 랩 튜브(shrink-wrap tube)로 부가되는 경우를 포함하여, 다양한 전기 절연성의 엔지니어링 플라스틱과 같은, 어떠한 적절한 전기 절연성 재료도 포함할 수 있다. 절연층(26)은 도전성 상호연결체(12) 및 도전성 상호연결체(12)에 직접적으로 연결되지 않는 인접한 셀들의 셀전극 사이에서 우연한 아킹(arcing), 방전 또는 접촉을 방지하는데 사용된다. 절연층(26)은 어떠한 적절한 방법으로도 중간부(22)의 외면(24)에 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 한 쌍의 이격된 나사로드들(26, 28)이 제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)에 각각 위치되어 있다. 나사로드(26)은 제 1 종결단(14)에 위치하고 있고, 나사로드(28)은 제 1 종결단(16)에 위치하고 있다. 로드들(26, 28)은 일반적으로, 각각의 길이방향 축들(18, 20)에 대해 직각방향으로 연장되어 있고, 길이방향 축들(18, 20)에 교차하여 정렬될 수 있는 각각의 길이방향 축들(19, 21)을 가지고 있다. 나사로드들은, 제 1 종결단(14) 및 제 2 종결단(16)에서 도전성 상호연결체(12)를 통해 연장되는 있는 한 쌍의 적절히 위치한 한 나사 구멍들 안으로 끼워지는 방법으로 형성될 수 있다. 그러나, 나사로드들은 다른 어떠한 적절한 부착수단 또는 방법에 의해서도 형성될 수 있다. 나사로드들은 셀 전극들이 수용될 수 있도록 하기에 충분한 거리로 이격되어 있다. 일반적으로 일정한 로드 한 쌍에서 각각 하나 사이의 공간은 전지셀 전극들의 폭보다 크거나 같다. 로드의 연장 길이 및 직경, 나사 피치(pitch)와 그것의 재료 및 재료 특성들은, 도전성 상호연결체(12)의 직경을 고려하여 선택되고, 여기에 설명되어 있는 다른 구성요소들의 부착 및 이들의 크기 등과 관련한 토크(torque) 요건들에 대하여 선택 될 것이다. 하나의 예에서 상기 나사 로드는 머리 부분이 스테인리스 스틸의 기계 나사(machine screws)로 이루어질 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 전지셀 연결 시스템(10)은 또한, 제 1 V-자형 도전성 단자 클램프(40) 및 제 2 V-자형 도전성 단자 클램프(40)를 포함하고 있다. 상기 동일한 참조번호들은, 부품 규격화 및 비용 고려의 목적에서 동일하게 하는 것이 일반적으로 바람직하므로, 각각에 사용된다. 그러나, 이것이 꼭 요구되는 것은 아니고, 제 1 V-자형 도전성 단자 클램프(40) 및 제2 V-자형 도전성 단자 클램프(40)는 다른 크기를 가지는 것, 또는 다른 재료로 제조되는 것, 또는 다른 외부 마감 또는 표시(markings)를 가지는 것들에 의해 서로 다른 것으로 될 수도 있다. 각각의 V-자형 도전성 단자 클램프(40)는 한 쌍의 교차하는 다리들(42, 44)을 가지고 있다. 각각의 다리들(42, 44)은 각각 대향하는 내면에 각각 전기적 접촉면(46, 48)을 갖는다. 각각의 클램프(40)는 또한, 그것들의 교차에 의해 형성된 모서리를 따라 다리들의 교차부에 위치하는 각각 이격된 한 쌍의 구멍(50)을 가지고 있다. 더욱 상세하게는, 구멍들(50)은 도 4에서 보는 바와 같이, 다리들(42, 44)을 통해 연장되는 중심 면들(53, 55)이 양분하여 갈라지는 면(51)을 따라 중심부에 형성될 수 있다. 각각의 V자형 단자 클램프는 이격된 구멍들을 포함하는 교차 다리들의 꼭대기 부위에 평평한 부위(57)를 가지고 있다. 평평한 부위(57)는 상기 클램프의 전체 길이로 연장되어 있고, 나사 너트들(52)과 같은 클램프에 클램핑 압력을 가하는 데 사용되는 패스너(fasteners)의 기반(base)을 위한 지지 및 배열 표면을 제공한다. 제 1 단자 클램프(40)는 설치될 때, 제1 종결단(14)에서 그것의 한 쌍의 이격된 구멍(50)을 통해 한 쌍의 이격된 제 1 로드들(28)상에 위치되는 것으로 구성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 단자 클램프(40)는 설치될 때, 제2 종결단(16)에서 그것의 한 쌍의 이격된 구멍(50)을 통해 한 쌍의 이격된 제2로드들(30) 상에 위치되는 것으로 구성되어 있다.

제1 V-자형의 도전성 단자 클램프(40) 및 제2 V-자형의 도전성 단자 클램프(40)는, 셀로 전력을 송부하고 셀로부터 전력 전달 상태에 있는 디바이스로 전력을 송부하는데 충분한 어떠한 적절한 도전성 소재로 만들어질 수도 있다. 클램프 (40)는 예를 들어, 순수 알루미늄 또는 다양한 알루미늄 합금 또는 순수 구리 또는 다양한 구리 합금 또는 이들의 조합과 같은 높은 도전성을 가진 재료로 제조될 수도 있다. 도전성의 증가 또는 저항의 감소는, 전지셀들(40)을 포함하여 시스템의 관련 있는 구성요소들 뿐만 아니라, 클램프(40)의 저항가열을 감소시킨다. 클램프(40)는 어떠한 적절한 크기라도 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 클램프들(40)은 평평한 면이 없이 6061 T6 알루미늄 합금으로 형성된 여기에 설명된 V-자형을 가진 막대 가지(bar stock)로 제조되었다. 평평한 면(57)은 도 2에서 볼 수 있는 것과 같은 형상으로 기계에 의해 형성되었다. 다리들(42, 44)의 두께는 약 3.175 mm, 다리들의 폭은 약 12.7 mm이고, 클램프(40)의 전체 길이는 약 20.32 mm이었다. 순수 구리 및 구리 합금들 뿐만 아니라 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금은 여기에 설명한 것과 같은 형상을 갖는 다양한 로드 및 막대 형태로 용이하게 만들어질 수 있다. 도전성 상호연결체(12) 및 클램프(40)의 제조는, 특히, 접촉면들(46, 48) 및 종결단들(14, 16)로부터 잠재적인 비도전성 물질을 제거하기 위한 철저한 세척과정과 탈지과정을 거쳐야 한다.

도 3 내지 도 6에 따르면, 여기서 설명되어 있는 전지셀(100)은 어떠한 적절한 재충방 전지셀일 수도 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 전지셀들은 리튬 폴리머(LiPo) 전지셀이었지만, 전지셀 상호접속 시스템(10)은 다른 종류의 전지셀들(100)에도 사용될 수 있다. 각각의 전지셀들(100)은 약 186.50 mm의 길이, 약 103.25 mm의 폭 및 약 7.20 mm의 두께를 가졌다. 전지셀들(100) 각각은 접촉된 상태로 배치되고, 바람직하게는 전지모듈(110)을 구성할 수도 있는, 도 3 및 도 5에서 볼 수 있는 6 개의 셀들과 같이, 연결된 셀들의 네트워크를 유지시키도록 일련의 상호연결 부재들을 통해 서로 기계적으로 연결 및 고정되어 있는 것이 바람직하다. 전지셀들(100)은 하나는 음극이고, 하나는 양극인 각각 두 개의 셀 전극들을 갖고 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 셀 전극들은 약 0.20 mm의 두께와 약 20 mm의 폭을 갖고 있는 금속 테이프를 포함하고 있었다. 상기 양극을 가진 전극들은 산화피막 처리(anodized) 알루미늄을 포함하고 있었다. 음극을 가진 전극들은 니켈 도금된 구리를 포함하고 있었다. 도시된 배열에서, 전지셀들(100)은 하나의 극(예를 들어, 양극 또는 +)의 제 1 전극들(64) 모두가 축상으로 정렬되어 있고, 반대 극(예를 들어, 음극 또는 -)의 제 2 전극들(62) 모두 또한 축상으로 정렬되어 있는 것으로 배치되어 있다. 도 3및 도 5에서 보는 바와 같이, 전지셀 상호연결 시스템(10)은 다음과 같이 다수의 전지셀들의 다양한 전극들을 상호 연결하는데 사용되고 있다. 다수의 전지셀들(100)의 첫 번째 절반(예를 들어, 3)은, 나사로드들(28)에 위치하는 너트(52)를 단단히 결합하여 제 1 전기적 접촉을 형성하도록, 제 1 단자 클램프(40)와 제 1 단자 단부(14)의 접촉면들(46, 48) 사이에 위치하고 클램핑되어 있는 제 1 전극들(64)을 가지고 있다. 너트들(52)은, 클램프(40)의 크기, 도전성 상호연결체(12), 셀 전극 크기 및 재료 등에 따라 변할 수 있는 전기적 접촉을 낮은 저항의 전기적 접촉으로 만들기에 충분한 토크(torque)로 단단히 조여져야 한다. 하나의 예시적인 예에서, 인가된 토크는 1.2 N-m이었다. 하나의 예에서, 전지셀 접속 시스템(10)은 약 150 마이크로 옴(micro-ohms) 또는 그 이하의 접촉 저항을 제공하였다. 다수의 전지셀들(100)의 두 번째 절반(예를 들어, 3)은, 제 2 전기적 접촉을 형성하도록 제 2 단자 클램프(40)와 제2단자 단부(16)의 접촉면들(46, 48) 사이에 위치하고 클램핑되어 있는 제 2 전극들(62)을 가지고 있다. 이러한 방식으로, 전지셀들의 첫 번째 절반은 두 번째 절반과 직렬로 연결된다. 예를 들기 위한 목적에서, 이러한 셀들의 기계적 및 전기적 상호연결 그룹은, 소정의 구조에서 모듈(110)에 대한 다수의 전지셀들(100)이 설명되어 있는 숫자들과 다를 수 있음에도 불구하고, 전지모듈(110)로 호칭될 수 있다. 도 3 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 배열은, 각각의 부착되지 않은 셀 전극들(64, 62)을, 전지셀 상호연결 시스템(10)의 다른 적용예, 즉, 도 6의 또 다른 실시예에 도시된 것과 같이 인접한 모듈들(110)의 상호연결에 이용될 수 있게 해 준다. 따라서, 전지셀 상호연결 시스템(10)의 또 다른 적용예는 전지팩(120)을 형성하기 위해 다수의 전지모듈들(110)을 상호 연결하는데 유사하게 사용될 수 있다.

상기 전지셀 연결 시스템(10)은, 소수 또는 다수의 전지셀들, 서로 다른 크기의 전지셀들, 다른 전류 수반 캐패시터 등의 상호연결을 수용하기 위해 크기가 변경될 수도 있다. 여기에 설명된 바와 같은 전지셀 연결 시스템(10)은, 이차전지를 전기자동차(EV) 및 하이브리드 전기자동차(HEV) 분야에서 동력원으로 사용하는데 요구되는 것과 같이, 고출력, 대용량의 전지모듈 및 전지팩을 형성하기 위해 리튬 폴리머(LiPo) 전지셀들의 상호연결에 사용될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같은 발명은 관련된 법적 기준들에 따라 설명되었다. 따라서, 상세한 설명은 본 발명의 특징을 제한하는 것이 아니라 예시적인 것이다. 개시된 실시예의 응용 및 변형은 본 발명의 범주 내에서 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 법적인 보호범위는 오직 다음의 청구항의 해석에 의해 결정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상호연결체의 사시도이다;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 V-자형의 단자 클램프의 사시도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 상호연결 시스템의 상부 평면도이다;

도 4는 도 3의 전지셀 상호연결 시스템의 부분 단면도이다;

도 5는 도3의 전지셀 상호연결 시스템의 부분 사시도이다;

도 6은 본 발명의 전지셀 상호연결 시스템의 또 다른 실시예의 상부 평면도이다.

Claims (20)

1. 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 가지고 있는 도전성 상호연결체로서, 제 1 종결단은 제 2 종결단으로부터 오프셋(offset) 되어있는 상태로 중간부에 의해 제 2 종결단으로부터 이격되어 있고, 각각 한 쌍의 이격된 나사 로드들(threaded rods)이 제 1 종결단과 제 2 종결단 상에 각각의 길이방향 축들에 대해 직각방향으로 연장된 구조로 위치되어 있으며, 절연층이 중간부 상에서 도전성 상호연결체의 외면에 형성되어 있는 구성의 도전성 상호연결체;

   한 쌍의 V-자형 단자 클램프로서, 상기 단자 클램프 각각은 접촉면을 가지는 한 쌍의 교차하는 다리들(legs)과, 다리들의 교차부에 배치된 한 쌍의 이격된 구멍들을 가지고 있고, 각각의 이격된 구멍을 통해 각각의 이격된 나사 로드 상에 위치되도록 구성되어 있는 단자 클램프; 및

   각각의 나사 로드 상에 위치하도록 구성된 다수의 나사 너트로서, 도전성 상호연결체의 외면에 대해 접촉면의 체결부를 압착함으로써 단자 클램프가 다수 전지셀 전극들을 클램핑하도록 구성되어 있는 나사 너트;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 상호연결 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 S-자형인 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 알루미늄 또는 구리로 구성되 어 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 V-자형 단자 클램프는 알루미늄 또는 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 V-자형 단자 클램프는 이격된 구멍들을 포함하고 있는 교차 다리들의 꼭대기 부위에 평평한 부위를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 원통형인 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 종결단 및 제 2 종결단은 각각 평평한 면을 가지고 있고, 각 쌍의 나사 로드가 평평한 면 상에 배열되고, 도전성 상호연결체를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 오프셋은 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 오프셋 편차(offset distance) 만큼 이격시키는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 도전성 연결체는 오프셋 편차 보다 큰 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서, 상기 오프셋 편차에 대한 길이의 비율은 2보다 큰 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
12. 제 1 종결단 및 제 2 종결단을 가지고 있는 도전성 상호연결체로서, 제 1 종결단은 제 2 종결단으로부터 오프셋(offset) 되어있는 상태로 중간부에 의해 제 2 종결단으로부터 이격되어 있으며, 한 쌍의 이격된 제 1 나사 로드들이 제 1 종결단 상에 길이방향 축에 대해 직각방향으로 연장된 구조로 위치되어 있고, 한 쌍의 이격된 제 2 나사 로드들이 제 2 종결단 상에 길이방향 축에 대해 직각방향으로 연장된 구조로 위치되어 있으며, 절연층이 중간부 상에서 도전성 상호연결체의 외면에 형성되어 있는 구성의 도전성 상호연결체;

    제 1 V-자형 단자 클램프와 제 2 V-자형 단자 클램프로서, 상기 단자 클램프 각각은 접촉면을 가지는 한 쌍의 교차하는 다리들(legs)과, 다리들의 교차부에 배치된 한 쌍의 이격된 구멍들을 가지고 있으며, 제 1 V-자형 단자 클램프는 그것의 이격된 구멍 쌍을 통해 제 1 종결단에서 한 쌍의 이격된 제 1 로드들 상에 위치하고, 제 2 V-자형 단자 클램프는 그것의 이격된 구멍 쌍을 통해 제 1 종결단에서 한 쌍의 이격된 제 1 로드들 상에 위치하는 구성의 단자 클램프들;

    나사 로드 하나에 각각 위치하는 다수의 나사 너트들; 및

    각각 제 1 도전성 전극, 제 2 도전성 전극, 및 그들 사이를 띄우는 전극을 가지고 있는 다수의 전지셀들로서, 전지셀들은 제 1 전극들이 실질적으로 서로 축 방향으로 배열되어 있고 제 2 전극들이 서로 축 방향으로 배열된 상태로 접촉되어 있으며, 다수 전지셀들의 첫번째 절반은 제 1 전극들이 제 1 단자 클램프와 제 1 단자 단부의 접촉면 사이에서 클램프되어 제 1 전기적 접촉을 형성하고 있고, 다수 전지셀들의 두번째 절반은 제 2 전극들이 제 2 단자 클램프와 제 2 단자 단부의 접촉면 사이에서 클램프되어 제 2 전기적 접촉을 형성하는 구성의 전지셀들;

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 상호연결 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 S-자형인 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 알루미늄 또는 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 V-자형 단자 클램프는 알루미늄 또는 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
16. 제 12 항에 있어서, 상기 각각의 V-자형 단자 클램프는 이격된 구멍들을 포함하고 있는 교차 다리들의 꼭대기 부위에 평평한 부위를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
17. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 상호연결체는 실질적으로 원통형인 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
18. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 종결단 및 제 2 종결단은 각각 평평한 면을 가지고 있고, 각 쌍의 나사 로드가 평평한 면 상에 배열되고, 도전성 상호연결체를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
19. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 도전성 전극들 및 상기 제 2 도전성 전극들은 유연성 있는 금속 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 도전성 전극들 및 상기 제 2 도전성 전극들은 알루미늄 또는 구리 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상호연결 시스템.

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