KR101089094B1 - 고온에서도 균일한 접촉 저항을 나타내는 전기적 접속 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온에서도 균일한 접촉 저항을 나타내는 전기적 접속 구조에 관한 것으로서, 소정의 부재 상에 지지된 상태에서, 물리적 접촉에 의해 전기적 접속 상태를 이루고 있는 부재들이, 고온에서 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화할 수 있도록, 온도 상승시 상기 물리적 접촉 부위를 가압할 수 있는 열팽창부를 포함하는 것으로 구성되는 전기적 접속 구조를 제공하는 바, 이러한 전기적 접속 구조는 고온에서도 균일한 접촉 저항을 유지할 수 있다.

Description

고온에서도 균일한 접촉 저항을 나타내는 전기적 접속 구조 {Electrical Connecting Structure Having Uniform Contact Resistance at High Temperature}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기적 접속 구조를 나타낸 모식도이다;

도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전기적 접속 구조를 나타낸 모식도이다;

도 2와 4는 각각 도 1과 3의 전기적 접속 구조가 고온에서 열팽창부가 변형된 형상을 나타낸 모식도들이다.

본 발명은 고온에서도 균일한 접촉 저항을 나타내는 전기적 접속 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소정의 부재 상에 지지된 상태에서, 물리적 접촉에 의해 전기적 접속 상태를 이루고 있는 부재들이, 고온에서 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화할 수 있도록, 온도 상승시 상기 물리적 접촉 부위를 가압할 수 있는 열팽창부를 포함하는 구조로 이루어진 전기적 접속 구조를 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.

이러한 전지팩의 구성을 위하여, 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결할 필요가 있으며, 일반적으로 다수의 전지셀들을 적층 배열한 상태에서 전극단자와 버스 바 등의 접속부재 사이를 용접 또는 솔더링 공정 등을 통하여 전기적으로 연결하게 된다.

그러나, 용접, 솔더링 공정 등은 작업자의 숙련된 기술과 노하우를 필요로 하며, 복잡한 생산 공정과 높은 비용으로 생산 효율을 저해시킨다. 또한, 전지셀에 직접 용접 또는 솔더링을 행하는 과정에서 전지의 내부 단락을 일으키는 등 전지의 안정성을 위협하고 제품의 불량률을 높이는 원인이 된다.

따라서, 이러한 용접 또는 솔더링 공정을 통한 접속방식을 대체하기 위해 기 계적 체결 구조에 바탕을 둔 물리적 접촉 방식에 의한 전기적 연결구조에 대한 다양한 시도들이 행해진 바 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2005-116459호에는, 복수 개의 단전지들을 수납하는 케이스 내측면에 전극 탭을 가압하고 전기적으로 접속하는 전극 가압부를 형성하는 기술 내용이 개시되어 있으며, 한국 특허출원공개 제2003-010447호에는, 배터리 소켓의 양단에 위치하는 전극판들을 탄성이 있는 금속판을 절곡하여 구성함으로써 상기 전극판들이 수납된 배터리를 탄성적으로 가압하는 기술 내용이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2003-229107호에는, 직선상에 연결하고 있는 조립전지에 있어서 상기 전지들의 단면 사이에 도전성의 완충 부품을 설치하여 대향하는 전지 단면을 전기적으로 접속하는 기술 내용이 개시되어 있다.

상기 기술들은 전극단자들과의 접속을 위하여 물리적 접촉방식을 사용하고 있으며, 이러한 물리적 접촉 방식은 솔더링 공정을 대체할 수 있다는 장점에도 불구하고, 고온에서 접촉 부위의 저항이 변화된다는 문제점을 안고 있다. 예를 들어, 전극 단자, 접속부재의 열팽창 계수의 차이, 전극단자나 접속부재를 지지하고 있는 인접 부재의 고온에서의 변형 등으로 인해, 전극단자와 접속부재 간의 접촉 상태가 변화하면서 저항이 증가하게 된다. 또한, 플라스틱 등의 지지부재는 고온에서 가소성을 나타내면서 또는 경직성이 악화되면서 접촉 부위가 느슨해지고 그로 인해 접촉 저항이 증가하는 경향이 있다.

따라서, 전지의 안정성을 위협하고 복잡한 작업공정을 요구하는 용접 및 솔더링을 통한 접속방식을 대체할 수 있으며, 동시에 고온에서도 균일한 접촉 저항을 안정적으로 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

즉, 본 발명의 목적은, 용접 또는 솔더링 공정을 행하지 않고서 전극단자와의 전기적 접속 상태를 안정적으로 확보할 수 있는 접속 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 물리적 접촉에 의한 전기적 접속 상태를 이루고 있는 부재들이 고온에서 균일한 접촉 저항을 유지할 수 있는 전기적 접속 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적은 상기 접속 구조를 이용하여 제조되는 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기적 접속 구조는, 소정의 부재('지지부재') 상에 지지된 상태에서, 물리적 접촉에 의해 전기적 접속 상태를 이루고 있는 부재('접속부재')들이, 고온에서 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화할 수 있도록, 온도 상승시 상기 물리적 접촉 부위를 가압할 수 있는 열팽창부를 포함하고 있는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 전지셀 전극단자들의 전기적 접속을 위해 별도의 용접 또는 솔더링 공정을 필요로 하지 않으며, 물리적 접촉 방식을 채용함에 따라 발생하게 되는 고온에서 접촉 저항이 증가하는 현상을 방지할 수 있는 안정적인 전기적 접속 구조를 제공할 수 있다.

상기 열팽창부는, 예를 들어. 독립 부재로서 지지부재와 접속부재 사이에 위치하는 구조일 수 있다. 상기 열팽창부는 지지부재와 접속부재 사이에 위치하여, 전지의 정상적인 작동 조건에서는, 양 부재 사이의 전기적 접속을 견고하게 하는 역할을 하게 되며, 비정상적인 작동조건에서 전지가 고온에 도달하게 되면 체적 변화를 통해 지지부재와 접속부재의 접촉 부위를 가압함으로써 접촉 저항을 낮추게 된다.

하나의 바람직한 예로, 상기 열팽창부는 지지부재에 결합된 상태에서 접속부재에 접해 있는 구조일 수 있다. 고온 상태가 되면 지지부재에 결합된 열팽창부는 체적 변화를 통해 접속부재를 가압하게 되고, 가압된 접속부재는 접촉 면적이 증가함에 따라 접촉 저항이 감소시켜, 온도 변화에 관계없이 균일한 접촉 저항을 유지하게 된다.

경우에 따라서는, 상기 열팽창부는 접속부재의 일부로서 지지부재에 접해 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 열팽창부는 높은 열팽창률을 가지고 있으며 접속부재의 연장 부분은 선형 또는 절곡된 구조로 형성되어 있을 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 열팽창부는 바이메탈이며, 높은 열팽창률의 금속 소재일 수 있다. 열팽창률이 각기 다른 금속 소재를 적층한 구조의 바이메탈을 적용하게 되면, 온도가 상승함에 따라 열팽창부는 일측 방향으로 휘어지면서 차지하는 체 적이 증가하게 된다. 예를 들어, 선형의 열팽창부를 형성할 경우에는, 온도가 상승함에 따라 바이메탈 부분은 접속부재에 대면하는 방향으로 휘어지면서 접속부재의 접촉 부위를 가압하게 된다. 또한, 절곡된 형태의 열팽창부를 형성할 경우에는, 온도가 상승함에 따라 절곡된 부위의 체적이 증가하게 되고, 역시 접속부재의 접촉 부위를 가압하면서 접촉 저항을 감소시켜 준다.

상기 높은 열팽창률의 금속 소재를 사용한 열팽창부는 다양한 형태로 변형이 가능하며, 예를 들어, 상기 열팽창부는 바이메탈이며, 높은 열팽창률의 금속이 접속부재에 대면하는 구조로 이루어져 있거나, 높은 열팽창률의 금속이 지지부재에 대면하는 구조일 수 있다.

상기 접속부재 중의 하나는 이차전지 셀의 전극단자이며, 나머지 하나는 다수의 전지셀을 전기적으로 연결하기 위한 부재로서, 바람직하게는 버스 바, 와이어 또는 금속 플레이트일 수 있다. 상기 접속부재들은 지지부재들 사이에 위치하고 있으며, 고온에서 접속부재들 간의 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화하기 위해 상기 열팽창부가 개재되어 있는 구조이다.

본 발명은 또한 상기 전기적 접속 구조를 포함하고 있는 전지모듈을 제공한다.

상기 접속부재들이 고온에서 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화하기 위하여 열팽창부를 포함하고 있는 구조의 전지모듈이면 특별히 제한은 없으나, 바람직하게는 상기 전지모듈은 다수의 판상형 전지셀들을 직렬 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공하는 중대형 모듈일 수 있다.

상기 전지모듈은 반복적인 충방전 과정을 통해 전력이 공급되는 전원 장치들에 대하여 다양하게 사용될 수 있으며, 특히 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이 또는 전기자전거의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

전지모듈의 구조 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.

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

도 1 및 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기적 접속 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기적 접속 구조는 열팽창부(100), 한 쌍의 접속부재(200, 300), 및 지지부재(400)를 포함하고 있다. 열팽창부(100)는 높은 열팽창률의 금속 소재와 낮은 열팽창률의 금속 소재가 접착되어 있는 구조의 바이메탈이며, 접속부재(200, 300)와 지지부재(400) 사이에 개재되어 있다. 예를 들어, 접속부재(200, 300) 중의 하나는 이차전지 셀의 전극단자(300)이고, 나머지 하나는 다수의 전지셀들의 전극단자(300)들을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바(200)이다. 전지의 정상적인 작동 온도 범위에서, 열팽창부(100)는 열팽창률이 낮은 금속 소재가 지지부재(400)에 접하도록, 접속부재(200, 300)와 지지부재(400) 사이에 평행하게 개재되어 있다.

다음으로, 도 2를 참조하면, 전지가 비정상적인 고온 상태에 도달하게 되면, 열팽창부(100)는 접속부재(200, 300)에 대면하는 방향으로 휘게 된다. 따라서, 바이메탈로 이루어진 열팽창부(100)는 고온 상태에서 변형을 일으키면서 접속부재들(200, 300)을 가압하게 되고, 이를 통해 상기 전지셀의 전극단자(300)와 버스 바(200)의 접촉 면적이 증가되면서 양 부재들(200, 300) 사이의 접촉 저항은 감소하게 된다. 또한, 지지부재(400)가 고온 상태에서 가소성을 가진 소재인 경우, 지지부재(400)의 변형으로 인해 느슨해질 수 있는 접속부재들(200, 300) 간의 접촉상태를 우수한 밀착 상태로 유지시켜 준다.

도 3 및 4에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전기적 접속 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 3과 4를 함께 참조하면, 열팽창부(220)는 버스 바(210)의 일부로서 연장되어 절곡된 상태로 지지부재(400)에 대면하고 있다. 이러한 열팽창부(220)는 열팽창률이 높은 금속 소재가 내측을 이루도록 절곡된 형상의 바이메탈로 이루어져 있어서, 비정상적인 고온 상태에 이르게 되면, 절곡 부위의 부피가 증가하면서 접속부재들(210, 300)를 가압하게 된다. 따라서, 가압된 접속부재들(210, 300)의 접촉 저항은 감소되며, 온도의 상승에도 불구하고 균일한 접촉 저항을 유지하게 된다.

이상 본 발명의 일부 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따르면, 전지셀 전극단자들의 전기적 접속을 위해 솔더링 공정을 필요로 하지 않으므로 용접과정에서 발생할 수 있는 전지의 단락 가능성을 방지하고 불량률을 크게 감소시킬 수 있으며, 전지의 온도가 상승함에 따라 접촉 부위의 저항이 변화되는 것을 방지하여 고온에서도 균일한 접촉 저항을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 소정의 부재('지지부재')들 사이에 물리적 접촉에 의해 전기적 접속 상태를 이루고 있는 부재('접속부재')들 및 고온에서 상기 접속부재들사이의 접촉 저항이 변화되는 것을 최소화할 수 있도록, 온도 상승시 상기 물리적 접촉 부위를 가압할 수 있도록 체적이 변화하는 열팽창부가 개재된 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열팽창부는 독립 부재로서 지지부재와 접속부재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열팽창부는 지지부재에 결합된 상태에서 접속부재에 접해 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 열팽창부는 접속부재의 일부로서 지지부재에접해 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 열팽창부는 바이메탈이며, 높은 열팽창률의 금속이 접속부재에 대면하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 열팽창부는 바이메탈이며, 높은 열팽창률의 금속이 내측으로 절곡된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재 중의 하나는 이차전지 셀의 전극단자이고, 나머지 하나는 버스 바, 와이어 또는 금속 플레이트인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 구조.
8. 제 1 항에 따른 전기적 접속 구조를 포함하고 있는 전지모듈.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 전지모듈은 다수의 판상형 전지셀들을 직렬또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량의 전지를 제공하는 중대형 모듈인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지모듈은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이 또는 전기 자전거의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.

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