KR101056426B1 - 이차전지 및 그 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 간단한 구조의 전류차단장치를 구비하여 과충전에 대한 안전성을 확보하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연되고, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 캡 플레이트의 제1 면으로 돌출되는 전극단자, 및 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 전류차단장치를 포함하며, 상기 전류차단장치는, 상기 캡 플레이트의 상기 제1 면의 반대측에 형성되는 제2 면에 배치되어, 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 맴브레인, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 맴브레인의 적어도 일면에 접촉되어 상기 맴브레인을 지지하는 제1 인슐레이터, 및 상기 캡 플레이트와 상기 제1 인슐레이터를 체결하는 체결부재를 포함한다.
Figure R1020090056161
전류차단장치, 전극단자, 캡 플레이트, 과충전, 맴브레인

Description

이차전지 및 그 모듈 {RECHARGEABLE BATTERY AND MODULE OF THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 그 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류차단장치의 저항을 감소시키고, 또한 진동이나 충격에 대하여 전류차장장치의 내구성을 향상시키는 이차전지 및 그 모듈에 관한 것이다.
기존의 소형용 각형 이차전지는 과충전 시 전류를 차단하는 전류차단장치(CID: Current Interrupt Device)를 구비한다. 전류차단장치는 구조가 복잡하고 부품수가 많으므로 고전류가 사용되는 대형용 각형 이차전지에 그대로 적용되기 어렵다.
또한 전류차단장치에서 큰 저항이 형성되는 경우, 대전류에 의하여 온도가 상승하게 된다. 이로 인하여, 전류차단장치는 고출력 특성을 필요로 하는 모터 구동용 이차전지에 적용되기 어렵다.
하이브리드 전기 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)용, PHEV(Plug in Hybrid Electric Vehicle)용 또는 전기 자동차용 이차전지에 사용되는 전류차단장치들은 자동차의 진동이나 충격에 대하여 강한 내구성을 가질 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예는 간단한 구조의 전류차단장치를 구비하여 과충전에 대한 안전성을 확보하는 이차전지 및 그 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 전류차단장치의 저항을 감소시키며, 진동이나 충격에 대하여 전류차단장치의 내구성을 향상시키는 이차전지 및 그 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연되고, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 캡 플레이트의 제1 면으로 돌출되는 전극단자, 및 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 전류차단장치를 포함하며, 상기 전류차단장치는, 상기 캡 플레이트의 상기 제1 면의 반대측에 형성되는 제2 면에 배치되어, 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 맴브레인, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 맴브레인의 적어도 일면에 접촉되어 상기 맴브레인을 지지하는 제1 인슐레이터, 및 상기 캡 플레이트와 상기 제1 인슐레이터를 체결하는 체결부재를 포함한다.
상기 전류차단장치는, 상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트를 더 포함하며, 상기 맴브레인은, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 제1 미들 플레이트에 사이에 배치되는 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지에서 상기 제1 미들 플레이트 측으로 볼록하게 형성되어, 상기 제1 미들 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 용접부를 포함할 수 있다.
상기 체결부재는, 상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함할 수 있다.
상기 맴브레인은, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 연결되는 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지에서 상기 캡 플레이트 반대측으로 볼록하게 형성되는 제1 용접부를 포함하며, 상기 전류차단장치는, 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어 상기 맴브레인을 향하여 볼록하게 형성되는 제2 용접부를 포함하는 서브 플레이트를 더 포함하고, 상기 제1 용접부와 상기 제2 용접부는 서로 용접될 수 있다.
상기 전류차단장치는, 상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트를 더 포함하며, 상기 서브 플레이트는, 상기 제2 용접부와 일체로 이루어지고, 상기 제1 미들 플레이트의 상기 제1 인슐레이터 반대측 면에 연결되는 제2 플랜지를 포함하며, 상기 제2 용접부는 상기 제1 관통구를 통과하여 상기 제1 용접부에 용접될 수 있다.
상기 체결부재는, 상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터, 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는, 상기 제1 관통구에 대응하는 제2 관통구를 가질 수 있다.
상기 맴브레인은, 상기 제2 관통구 안으로 반전되어 벤트 작용하는 파단부를 가질 수 있다.
상기 전극단자는, 상기 전류차단장치의 반대측에서, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 제2 인슐레이터를 개재하여 배치되고, 상기 제1 전극에 리드탭으로 연결되는 제2 미들 플레이트에 연결되며, 상기 캡 플레이트의 형성되는 단자홀로 돌출되어, 상기 캡 플레이트의 상기 제1 면에서 변형되어 형성될 수 있다. 상기 전극단자는 중공 구조로 형성될 수 있다.
상기 체결부재는, 상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 관통하여, 상기 캡 플레이트에 체결되는 제1 볼트와 제2 볼트를 포함할 수 있다.
상기 체결부재는, 상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 관통하여, 상기 캡 플레이트에 용접되는 제1 용접부재와 제2 용접부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은, 한 방향으로 포개어져 배치되는 2개 이상의 각형 이차전지의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연결하는 버스바를 포함하며, 상기 단위셀은, 케이스에 내장되며 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극군의 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스를 덮는 캡 플레이트와 전기적으로 절연되어 상기 캡 플레이트의 제1 면으로 돌출되는 전극단자, 및 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트 사이를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 전류차단장치를 포함하며, 상기 전류차단장치는, 상기 캡 플레이트의 상기 제1 면의 반대측에 형성되는 제2 면에 배치되어, 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 맴브레인, 상 기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 맴브레인의 적어도 일면에 배치되어 상기 맴브레인을 지지하는 제1 인슐레이터, 및 상기 캡 플레이트와 상기 제1 인슐레이터를 체결하는 체결부재를 포함하고, 상기 버스바는, 일측 상기 단위셀의 상기 전극단자와, 다른측 상기 단위셀의 상기 맴브레인 인접 측 상기 캡 플레이트에 용접된다.
상기 전류차단장치는, 상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트의 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트와, 상기 제1 미들 플레이트의 상기 제1 인슐레이터 반대측 면에 연결되는 서브 플레이트를 포함하며, 상기 맴브레인은, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 연결되는 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지에서 상기 캡 플레이트 반대측으로 돌출되는 제1 용접부를 포함하며, 상기 서브 플레이트는, 상기 제1 미들 플레이트에 연결되는 제2 플랜지와, 상기 제2 플랜지에서 상기 제1 용접부를 향하여 돌출되는 제2 용접부를 포함하며, 상기 제2 용접부는, 상기 제1 관통구를 통과하여 상기 제1 용접부에 용접될 수 있다.
상기 캡 플레이트는, 상기 제1 관통구에 대응하는 제2 관통구를 가질 수 있다.
상기 맴브레인은, 상기 제2 관통구 안으로 반전되어 벤트 작용하는 파단부를 가질 수 있다.
상기 버스바는, 상기 캡 플레이트 측에서 상기 제2 관통구를 덮어서 용접될 수 있다.
상기 버스바는 상기 제2 관통구에 대응하여 형성되는 배출홀을 가질 수 있 다.
상기 체결부재는, 상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터, 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함하며, 상기 버스바는, 일측 상기 단위셀의 상기 전극단자와, 다른측 상기 단위셀의 상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 사이에 배치되는 상기 맴브레인에 대응하는 상기 캡 플레이트를 대각선 구조로 연결할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극군의 한 전극과 캡 플레이트 사이에 전류차단장치가 구비되므로 과충전에 대한 안전성이 확보된다.
전류차단장치에서, 맴브레인이 캡 플레이트에 용접되고, 또한 전극군의 전극에 연결되는 제1 미들 플레이트 또는 서브 플레이트에 용접되므로 전기적인 저항이 감소된다.
전류차단장치에서, 맴브레인이 체결부재로 체결되는 캡 플레이트와 제1 인슐레이터 사이에 배치되어 지지되므로 진동이나 충격에 대하여 내구성이 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요 소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 이차전지(100)는 전극군(10)을 내장하는 각형 케이스(20), 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡 플레이트(30), 캡 플레이트(30)에 형성되는 단자홀(31)을 통하여 외부로 돌출되는 전극단자(41), 및 캡 플레이트(30)와 전극단자(41)를 전극군(10)에 각각 연결하는 리드탭(61, 62)을 포함한다.
전극군(10)은 제1 전극(이하, "음극"이라 한다)(12)과 제2 전극(이하, "양극"이라 한다)(11)을 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 각각 배치하여, 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다.
양극(11)과 음극(12)은 각각 박판의 금속 호일 집전체로 형성되며, 활물질의 코팅여부에 따라 구획되는 코팅부(미도시)와 무지부(111, 121)를 포함한다. 즉 코팅부는 활물질이 코팅된 영역이고, 무지부(111, 121)는 활물질이 코팅되지 않은 영역이다.
무지부(111, 121)는 양극(11)과 음극(12)의 길이 방향 각 측단에 형성되며, 서로 반대측에 배치된다. 무지부(111, 121)는 각각의 리드탭(61, 62)에 연결되고, 리드탭(61, 62)은 캡 플레이트(30)와 전극단자(41)에 각각 연결된다.
제1 실시예에서, 양극(11)의 무지부(111)는 리드탭(61)을 통하여 캡 플레이트(30)에 연결되므로 캡 플레이트(30)는 양 전극단자를 형성한다. 음극(12)의 무지부(121)는 리드탭(62)을 통하여 전극단자(41)에 연결되므로 전극단자(41)는 음 전 극단자를 형성한다. 또한 캡 플레이트(30)가 음 전극단자를 형성하고, 전극단자(41)가 음 전극단자를 형성할 수 있다(미도시).
케이스(20)는 이차전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 케이스(20)는 전극군(10)의 내장 공간을 형성하며, 일례로서, 육면체의 각형으로 이루어질 수 있다. 각형 케이스(20)는 넓은 방열 면적을 형성하여 원형에 비하여 우수한 방열 성능을 가진다.
캡 플레이트(30)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구에 결합되어 개구를 밀폐하며, 밀폐된 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입구(32)를 가진다. 전해액 주입구(32)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(33)에 의하여 밀봉된다.
또한, 캡 플레이트(30)는 내압 상승으로 인한 이차전지(100)의 폭발을 방지하기 위하여, 이차전지(100)의 내압이 설정치에 이를 때 절개되어 내부 가스를 배출하는 벤트부(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 실시예의 이차전지(100)는 과충전에 대한 안전성을 확보하기 위하여, 양극(11)과 캡 플레이트(30) 사이에 구비되는 전류차단장치(200)를 포함한다. 또한 전류차단장치(200)는 음극(12)과 전극단자(41) 사이에 구비될 수 있다(미도시).
도3은 도1의 캡 플레이트에 체결되는 부재들을 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 도2 및 도3을 참조하면, 전류차단장치(200)는 맴브레인(51), 제1 인슐레이 터(52) 및 1쌍의 체결부재(53)를 포함한다.
맴브레인(51)은 제1 플랜지(511)와 제1 플랜지(511)로부터 아래로 볼록하게 형성되는 제1 용접부(512)를 포함하며, 캡 플레이트(30)의 하면에 배치된다. 제1 플랜지(511)는 캡 플레이트(30)의 하면에 면 접촉 상태로 용접된다. 예를 들면, 제1 플랜지(511)는 캡 플레이트(30)에 레이저로 용접된다. 그리고 제1 용접부(512)는 양극(11)에 전기적으로 연결되어 일반적인 작동 상태를 유지하고, 과충전시 양극(11)과 전기적인 연결을 분리하여 전류를 차단한다.
제1 인슐레이터(52)는 캡 플레이트(30)의 하면과 제1 플랜지(511)의 하면에 배치된다. 이때, 캡 플레이트(30)의 하면과 제1 플랜지(511)의 하면은 동일한 평면을 형성하므로 제1 인슐레이터(52)는 맴브레인(51)의 제1 플랜지(511)를 균일한 면압으로 지지한다.
체결부재(53)는 1쌍으로 이루어져 맴브레인(51)의 양측에서 캡 플레이트(30)와 제1 인슐레이터(52)를 체결한다. 따라서 맴브레인(51)은 체결부재(53)의 체결력을 받는 캡 플레이트(30)와 제1 인슐레이터(52)에 의하여, 캡 플레이트(30)와 강한 접합 상태를 유지한다.
또한, 전류차단장치(200)는 서브 플레이트(54)와 제1 미들 플레이트(55)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 서브 플레이트(54)는 양극(11)에 전기적으로 연결되는 제2 플랜지(541)와, 제2 플랜지(541)에서 위로 볼록하게 형성되는 제2 용접부(542)를 포함하여 형성된다.
제1 미들 플레이트(55)는 제1 인슐레이터(52)의 하면에 배치되고, 리드 탭(61)으로 양극(11)에 연결된다. 또한 제1 미들 플레이트(55)는 맴브레인(51)에 대응하는 부분에 제1 관통구(551)를 형성한다. 제1 관통구(551)는 전류차단장치(200) 작동 후, 맴브레인(51)에 내압의 작용을 가능하게 한다.
제1 미들 플레이트(55)가 구비되는 경우, 서브 플레이트(54)는 제2 플랜지(541)로 제1 미들 플레이트(55)의 하면에 용접된다. 예를 들면, 제2 플랜지(541)는 제1 미들 플레이트(55)에 초음파로 용접된다. 그리고 서브 플레이트(54)의 제2 용접부(542)는 제1 관통구(551)를 통과하여 맴브레인(51)의 제1 용접부(512)에 용접된다.
이로써, 전극군(10)에서 양극(11)은 리드탭(61)과 제1 미들 플레이트(55)를 통하여 서브 플레이트(54)에 전기적으로 연결되고, 서브 플레이트(54)와 맴브레인(51)의 전기적인 연결을 통하여 캡 플레이트(30)에 전기적으로 연결된다.
이때, 제1 인슐레이터(52)는 도2에 도시된 바와 같이, 일체로 형성되는 경우, 제1 관통구(551)에 대응하는 관통구(521)을 형성하여, 맴브레인(51)과 서브 플레이트(54)의 연결을 가능하게 한다. 또한 제1 인슐레이터(52)는 맴브레인(51)과 서브 플레이트(54)의 열결부 양측에 독립적으로 제공될 수 있다(미도시).
서브 플레이트(54)가 제2 플랜지(541)로 제1 미들 플레이트(55)에 면 접촉 상태로 용접되므로 제1 미들 플레이트(55)가 서브 플레이트(54)를 지지하는 구조를 형성하게 된다.
따라서 서브 플레이트(54)와 제1 미들 플레이트(55)의 전기적인 연결 구조가 안정되고, 또한 서브 플레이트(54)와 맴브레인(51)의 용접 구조가 안정적으로 유지 된다. 결국, 제1 미들 플레이트(55), 서브 플레이트(54) 및 맴브레인(51) 사이에 형성되는 전기 저항이 감소될 수 있다.
체결부재(53)는 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 도시된 바와 같이, 1쌍의 제1, 제2 리벳(531, 532)으로 이루어 질 수 있다. 제1, 제2 리벳(531, 532)은 맴브레인(51)의 양측에서 캡 플레이트(30), 제1 인슐레이터(52) 및 제1 미들 플레이트(55)를 서로 체결한다. 따라서 맴브레인(51)은 체결부재(53)의 체결력을 받는 캡 플레이트(30)와 제1 인슐레이터(52)에 의하여, 캡 플레이트(30)와 강한 접합 상태를 유지한다. 이때, 제1, 제2 리벳(531, 532)은 제1 미들 플레이트(55), 제1 인슐레이터(52) 및 캡 플레이트(30)를 관통하는 절연부재(533)를 개재하여 설치된다. 절연부재(533)는 제1 인슐레이터(52)와 일체로 형성될 수 있고, 도시된 바와 같이 분리 형성될 수 있다.
또한, 제1 미들 플레이트(55)와 제1 인슐레이터(52)의 강한 체결력에 의하여, 제1 미들 플레이트(55)에 용접된 서브 플레이트(54)와 맴브레인(51)은 용접 구조를 안정적으로 유지한다. 이로 인하여, 맴브레인(51)과 서브 플레이트(54)사이에서 전기 저항이 감소될 수 있다.
한편, 캡 플레이트(30)는 제1 관통구(551) 또는 맴브레인(51)에 대응하는 위치에 제2 관통구(34)를 형성한다. 제2 관통구(34)는 과충전으로 인하여, 맴브레인(51)의 제1 용접부(512)가 서브 플레이트(54)의 제2 용접부(542)로부터 분리되어, 캡 플레이트(30)의 하면 측에서 위로 상승할 때(도2의 이점쇄선), 맴브레인(51)의 상면에 공기 흐름을 형성하여, 맴브레인(51)의 상승 분리 작동이 방해 받 지 않게 한다. 실제로, 서브 플레이트(54)가 파단되면서 캡 플레이트(30)와 전기적인 연결이 차단된다.
또한, 이차전지(100)는 별도의 벤트부(미도시)를 구비할 수도 있지만, 제1 실시예의 이차전지(100)는 별도의 벤트부를 구비하지 않고, 전류차단장치(200)에 벤트부를 구성한다. 즉 맴브레인(51)에 벤트부가 구성된다.
다시 도2 및 도3을 참조하면, 맴브레인(51)은 파단부(513)를 구비한다. 서브 플레이트(54)의 파단으로 내압을 받는 맴브레인(51)은 제2 관통구(34) 안으로 반전되면서 절개되어(도2의 일점쇄선), 이차전지(100) 내의 가스를 외부로 배출하여, 내압 상승에 따른 이차전지(100)의 폭발을 방지한다.
전극단자(41)는 캡 플레이트(30)에서 전류차단장치(200)의 반대측에 형성되는 단자홀(31)을 통하여 외부로 돌출되는 구조로 형성된다. 제2 인슐레이터(63)는 단자홀(31)측 캡 플레이트(30)의 하면에 개재되고, 단자홀(31)과 전극단자(41) 사이로 연장되어 전극단자(41)와 캡 플레이트(30)를 전기적으로 절연시킨다. 제2 미들 플레이트(65)는 캡 플레이트(30)의 하면에 배치되며, 리드탭(62)으로 음극(12)에 연결된다.
전극단자(41)는 제2 미들 플레이트(65)에 일체로 돌출 형성되어, 단자홀(31)을 통하여 돌출되고, 캡 플레이트(30)의 상면 단자홀(31) 주위에서 변형되어 형성된다. 예를 들면, 전극단자(41)는 리벳 구조로 형성될 수 있다. 또한 전극단자(41)는 캡 플레이트(30) 상면에서 변형이 용이하도록 중공 구조로 형성될 수 있다.
전극군(10)의 양극(11)에 연결되어 양 전극단자를 형성하는 캡 플레이트(30) 는 평면이고, 음극(12)에 연결되어 음 전극단자를 형성하는 전극단자(41)는 돌출된다. 따라서 도6 및 도7에 도시된 바와 같은 이차전지 모듈(400)에서 안정적인 직렬 연결 구조가 형성 및 유지된다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류차단장치의 단면도이다. 도4를 참조하면, 제1 실시예의 전류차단장치(200)는 제1, 제2 리벳(531, 532)을 체결부재(53)로 사용하고, 제2 실시예에 따른 전류차단장치(500)는 제1, 제2 볼트(731, 732)를 체결부재(73)로 사용한다.
제1, 제2 볼트(731, 732)는 제1 미들 플레이트(55)와 제1 인슐레이터(152)를 관통하여 캡 플레이트(30)에 나사 결합된다. 이때, 제1 인슐레이터(152)는 제1, 제2 볼트(731, 732)와 제1 미들 플레이트(55) 사이에서 전기적인 절연 구조를 형성한다. 제1 인슐레이터(152)는 제1, 제2 볼트(731, 732)의 머리부와 제1 미들 플레이트(55) 하면 사이에 개재되는 절연부재(522)를 더 포함한다.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류차단장치의 단면도이다. 도5를 참조하면, 제1 실시예의 전류차단장치(200)는 제1, 제2 리벳(531, 532)을 체결부재(53)로 사용하고, 제3 실시예에 따른 전류차단장치(600)는 제1, 제2 용접부재(831, 832)를 체결부재(83)로 사용한다.
제1, 제2 용접부재(831, 832)는 제1 미들 플레이트(55)와 제1 인슐레이터(152)를 관통하여 캡 플레이트(30)에 용접(W)된다. 이때, 이때, 제1 인슐레이터(152)는 제1, 제2 용접부재(831, 832)와 제1 미들 플레이트(55) 사이에서 전기적인 절연 구조를 형성한다. 제1 인슐레이터(152)는 제1, 제2 체결부재(831, 832)의 머리부와 제1 미들 플레이트(55) 하면 사이에 개재되는 절연부재(522)를 더 포함한다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈에서 이차전지 단위셀들의 전극단자와 캡 플레이트를 버스바로 연결한 상태의 일부를 도시한 부분 사시도이고, 도7은 도6의 평면도이다.
도6 및 도7을 참조하면, 이차전지 모듈(400)은 도1 내지 도3에 예시된 바와 같이 구성되는 각형 이차전지(100)를 단위셀로 적용한다. 이차전지 모듈(400)은 단위셀의 이차전지(100)를 한 방향으로 2개 이상 포개어 배치하고, 단위셀의 이차전지들(100)을 버스바(70)로 직렬 연결하여 형성된다.
버스바(70)는 일측 단위셀을 형성하는 이차전지(100)의 전극단자(41)에 용접되고, 다른측 단위셀을 형성하는 이차전지(100)의 캡 플레이트(30)에 용접되어, 이웃하는 2개의 이차전지(100)의 전극단자(41)와 캡 플레이트(30)를 전기적으로 직렬 연결한다. 예를 들면, 버스바(70)는 Al, Cu와 같이 저저항 재질로 형성되며, 저항 용접, 마찰 용접 또는 레이저 용접의 적용을 가능하게 한다.
케이스(20) 내부 공간을 최대로 활용하기 위하여, 음극(12)에 연결되는 전극단자(41)는 캡 플레이트(30)의 일측단에 형성되고, 또한 양극(11)에 연결되는 전류차단장치(200)는 캡 플레이트(30)의 일측단에 형성된다. 전류차단장치(200)는 캡 플레이트(30)의 일측단에 배치되지만 제1 리벳(531)를 가지므로 전극단자(41) 보다 캡 플레이트(30)의 중심측에 배치된다.
또한, 버스바(70)의 직렬 연결시, 음극(12)의 전극단자(41)와 양극(11)의 캡 플레이트(30) 사이에 전류 패스를 최소로 형성할 필요가 있다. 이를 위하여, 버스바(70)는 전극단자(41)와 전류차단장치(200)를 서로 연결한다. 전류차단장치(200)가 제1, 제2 리벳(531, 532) 사이에 배치된다. 따라서 버스바(70)는 2개의 이차전지(100) 사이에서 대각선 구조로 배치되어, 2개의 이차전지(100)를 서로 직렬 연결한다.
버스바(70)는 캡 플레이트(30)의 제2 관통구(34)를 덮는 구조로 용접되며, 캡 플레이트(30)의 제2 관통구(34)에 대응하여 형성되는 배출홀(71)을 구비한다. 배출홀(71)은 전류차단장치(200)의 맴브레인(51)이 벤트 작용을 동시에 수행하는 경우, 맴브레인(51) 파단시 내부 가스의 배출을 가능하게 한다. 즉 배출홀(71)는 직렬 연결시 전류 패스의 최단화를 구현하면서, 맴브레인(51)의 벤트 작용을 가능하게 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도3은 도1의 캡 플레이트에 체결되는 부재들을 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류차단장치의 단면도이다.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류차단장치의 단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈에서 이차전지 단위셀들의 전극단자와 캡 플레이트를 버스바로 연결한 상태의 일부를 도시한 부분 사시도이 다.
도7은 도6의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이차전지 200, 500, 600 : 전류차단장치
10 : 전극군 11 : 양극
111, 121 : 무지부 12 : 음극
13 : 세퍼레이터 20 : 케이스
30 : 캡 플레이트 31 : 단자홀
32 : 전해액 주입구 33 : 밀봉마개
41 : 전극단자 51 : 맴브레인
511, 541 : 제1, 제2 플랜지 512, 542 : 제1, 제2 용접부
513: 파단부 52, 152 : 제1 인슐레이터
521 : 관통구 831, 832 : 제1, 제2 용접부재
53, 73, 83 : 체결부재 531, 532 : 제1, 제2 리벳
522, 533 : 절연부재 54 : 서브 플레이트
55, 65 : 제1, 제2 미들 플레이트 551, 34 : 제1, 제2 관통구
61, 62 : 리드탭 731, 732 : 제1, 제2 볼트
70 : 버스바 71 : 배출홀
63 : 제2 인슐레이터 831, 832 : 제1, 제2 용접부재

Claims (19)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극군을 내장하는 케이스;
    상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연되고, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 캡 플레이트의 제1 면으로 돌출되는 전극단자; 및
    상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 전류차단장치를 포함하며,
    상기 전류차단장치는,
    상기 캡 플레이트의 상기 제1 면의 반대측에 형성되는 제2 면에 배치되어, 상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 맴브레인,
    상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 맴브레인의 적어도 일면에 접촉되어 상기 맴브레인을 지지하는 제1 인슐레이터, 및
    상기 캡 플레이트와 상기 제1 인슐레이터를 체결하는 체결부재를 포함하는 이차전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류차단장치는,
    상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트를 더 포함하며,
    상기 맴브레인은,
    상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 제1 미들 플레이트에 사이에 배치되는 제1 플랜지와,
    상기 제1 플랜지에서 상기 제1 미들 플레이트 측으로 볼록하게 형성되어, 상기 제1 미들 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 용접부를 포함하는 이차전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함하는 이차전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 맴브레인은,
    상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 연결되는 제1 플랜지와,
    상기 제1 플랜지에서 상기 캡 플레이트 반대측으로 볼록하게 형성되는 제1 용접부를 포함하며,
    상기 전류차단장치는,
    상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어 상기 맴브레인을 향하여 볼록하게 형 성되는 제2 용접부를 포함하는 서브 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제1 용접부와 상기 제2 용접부는 서로 용접되는 이차전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전류차단장치는,
    상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트를 더 포함하며,
    상기 서브 플레이트는,
    상기 제2 용접부와 일체로 이루어지고, 상기 제1 미들 플레이트의 상기 제1 인슐레이터 반대측 면에 연결되는 제2 플랜지를 포함하며,
    상기 제2 용접부는
    상기 제1 관통구를 통과하여 상기 제1 용접부에 용접되는 이차전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터, 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함하는 이차전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는,
    상기 제1 관통구에 대응하는 제2 관통구를 가지는 이차전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 맴브레인은,
    상기 제2 관통구 안으로 반전되어 벤트 작용하는 파단부를 가지는 이차전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전극단자는,
    상기 전류차단장치의 반대측에서, 상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 제2 인슐레이터를 개재하여 배치되고, 상기 제1 전극에 리드탭으로 연결되는 제2 미들 플레이트에 연결되며,
    상기 캡 플레이트의 형성되는 단자홀로 돌출되어, 상기 캡 플레이트의 상기 제1 면에서 변형되어 형성되는 이차전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전극단자는 중공 구조로 형성되는 이차전지.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 관통하여, 상기 캡 플레이트에 체결되는 제1 볼트와 제2 볼트를 포함하는 이차전지.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 제1 인슐레이터 및 상기 제1 미들 플레이트를 관통하여, 상기 캡 플레이트에 용접되는 제1 용접부재와 제2 용접부재를 포함하는 이차전지.
  13. 한 방향으로 포개어져 배치되는 2개 이상의 각형 이차전지의 단위셀들; 및
    상기 단위셀들을 연결하는 버스바를 포함하며,
    상기 단위셀은,
    케이스에 내장되며 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극군의 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스를 덮는 캡 플레이트와 전기적으로 절연되어 상기 캡 플레이트의 제1 면으로 돌출되는 전극단자, 및
    상기 제2 전극과 상기 캡 플레이트 사이를 전기적으로 연결하며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 전류차단장치를 포함하며,
    상기 전류차단장치는,
    상기 캡 플레이트의 상기 제1 면의 반대측에 형성되는 제2 면에 배치되어, 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 설정전압 이상 충전시 전기적 연결을 차단하는 맴브레인,
    상기 캡 플레이트의 상기 제2 면과 상기 맴브레인의 적어도 일면에 배치되어 상기 맴브레인을 지지하는 제1 인슐레이터, 및
    상기 캡 플레이트와 상기 제1 인슐레이터를 체결하는 체결부재를 포함하고,
    상기 버스바는,
    일측 상기 단위셀의 상기 전극단자와, 다른측 상기 단위셀의 상기 맴브레인 인접 측 상기 캡 플레이트에 용접되는 이차전지 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전류차단장치는,
    상기 제1 인슐레이터의 상기 캡 플레이트의 반대측 면에 배치되고, 상기 제2 전극에 리드탭으로 연결되며, 상기 맴브레인에 대응하는 제1 관통구를 형성하는 제1 미들 플레이트와,
    상기 제1 미들 플레이트의 상기 제1 인슐레이터 반대측 면에 연결되는 서브 플레이트를 포함하며,
    상기 맴브레인은,
    상기 캡 플레이트의 상기 제2 면에 연결되는 제1 플랜지와,
    상기 제1 플랜지에서 상기 캡 플레이트 반대측으로 돌출되는 제1 용접부를 포함하며,
    상기 서브 플레이트는,
    상기 제1 미들 플레이트에 연결되는 제2 플랜지와,
    상기 제2 플랜지에서 상기 제1 용접부를 향하여 돌출되는 제2 용접부를 포함하며,
    상기 제2 용접부는,
    상기 제1 관통구를 통과하여 상기 제1 용접부에 용접되는 이차전지 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는,
    상기 제1 관통구에 대응하는 제2 관통구를 가지는 이차전지 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 맴브레인은,
    상기 제2 관통구 안으로 반전되어 벤트 작용하는 파단부를 가지는 이차전지 모듈.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 버스바는,
    상기 캡 플레이트 측에서 상기 제2 관통구를 덮어서 용접되는 이차전지 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 제2 관통구에 대응하여 형성되는 배출홀을 가지는 이차전지 모듈.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 캡 플레이트, 상기 제1 인슐레이터, 및 상기 제1 미들 플레이트를 체결하는 제1 리벳과 제2 리벳을 포함하며,
    상기 버스바는,
    일측 상기 단위셀의 상기 전극단자와,
    다른측 상기 단위셀의 상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 사이에 배치되는 상기 맴브레인에 대응하는 상기 캡 플레이트를 대각선 구조로 연결하는 이차전지 모듈.
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