KR101222371B1 - 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 집전 단자와 단자 플레이트를 리벳팅 방식으로 결합할 수 있고, 또한 단자 플레이트 내에 접촉 스프링이 관통되도록 결합함으로써, 단자의 내구성과 기계적 및 전기적 신뢰성이 향상됨과 동시에 접촉 스프링의 탄성에 의하여 접촉 영역, 즉 전류 통로를 영구적으로 형성하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 케이스 내측의 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자; 상기 케이스의 외측에 위치되고, 상기 집전 단자에 결합된 단자 플레이트; 및 상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 위치되어, 일정 영역이 상기 단자 플레이트에 관통되도록 결합된 접촉 스프링을 포함한다.

Description

이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법{Terminal of rechargeable battery, method of assembling the terminal of rechargeable battery, rechargeable battery module and method of assembling the same}
본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자와 단자 플레이트를 리벳팅 방식으로 결합할 수 있고, 또한 단자 플레이트 내에 접촉 스프링이 관통되도록 결합함으로써, 단자의 내구성과 기계적 및 전기적 신뢰성이 향상됨과 동시에 접촉 스프링의 탄성에 의하여 접촉 영역, 즉 전류 통로를 영구적으로 형성하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자를 통한 전류가 상대적으로 단면적이 큰 접촉 스프링을 통하여 버스 바에 전달됨으로써, 전류 통로가 넓어지고 따라서 단자의 전기 저항을 감소시키는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자를 통한 전류가 탄성력을 가지는 접촉 스프링을 통하여 버스 바에 전달됨으로써, 영구 또는 순간적으로 발생되는 단락의 문제점을 배제시키는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이차 전지의 단자는 케이스 내측의 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자; 상기 케이스의 외측에 위치되고, 상기 집전 단자에 결합된 단자 플레이트; 및 상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 위치되어, 일정 영역이 상기 단자 플레이트에 관통되도록 결합된 접촉 스프링을 포함한다.
상기 집전 단자는 상기 접촉 스프링 및 상기 단자 플레이트를 관통하여 리벳팅될 수 있다. 또한, 상기 집전 단자는 상기 단자 플레이트와 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 단자 플레이트는 상기 집전 단자가 관통되도록 단자 관통홀이 형성되고, 상기 단자 관통홀의 양측에 이격되어 상기 접촉 스프링이 관통되도록 스프링 관통홀이 형성되며, 그 하부 면에 상기 접촉 스프링이 결합되도록 체결홈이 형성된 단자 몸체; 및 상기 단자몸체의 테두리 부위에 상부방향으로 연장되도록 형성된 측벽부를 포함할 수 있다.
상기 접촉 스프링은 상기 단자 플레이트의 체결홈에 수평으로 결합되는 수평지지부; 상기 수평지지부로부터 연장되어 상부방향으로 수직으로 절곡되어 상기 스프링 관통홀에 관통결합되는 수직절곡부; 상기 수직절곡부로부터 연장되어 상기 스프링 관통홀의 상부방향으로 경사지도록 절곡되는 경사절곡부; 및 상기 경사절곡부로부터 연장되어 상기 단자플레이트 내에서 타원형의 형상을 이루도록 구비된 환형부를 포함할 수 있다.
상기 접촉 스프링은 상기 집전 단자가 관통되는 단자 관통홀이 형성되어 있다. 또한, 상기 접촉 스프링은 상기 단자 관통홀을 중심으로 하여 양측에 대칭되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 접촉 스프링은 인청동, 베릴륨동, 황동 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 접촉 스프링의 환형부의 상면은 상기 단자 플레이트의 상면보다 낮게 형성될 수 있다. 또한, 상기 접촉 스프링과 상기 케이스 사이에는 절연 부재가 개재된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이차 전지의 단자 조립 방법은 케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자에 단자 플레이트를 결합하고, 상기 집전 단자를 리벳팅하는 단계; 및 상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 일정 영역이 상기 단자 플레이트에 관통되는 접촉 스프링을 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 이차 전지의 단자 조립 방법은 케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자에 일체형을 이루도록 결합된 단자 플레이트를 준비하는 단계; 및 상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 일정 영역이 상기 단자플레이트에 관통되는 접촉스프링을 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차 전지 모듈은 상기 이차 전지의 단자가 서로 평행하게 다수 위치하여 서로 전기적으로 연결되는 이차전지 모듈에 있어서, 상기 이차전지의 집전 단자와 이와 인접되는 이차전지의 집전 단자를 연결하는 버스 바가 구비되고, 상기 버스 바는 상기 단자 플레이트 내에 위치되는 접촉 스프링의 사이에 삽입되어 있다.
상기 버스 바는 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에 체결홀이 형성되고, 상기 체결홀에 대응되는 위치의 상기 케이스의 외측에 체결홈이 형성되며, 상기 체결홀과 상기 체결홈을 통하여 체결되어 상기 버스 바를 상기 케이스에 고정시킬 수 있는 볼트부를 포함한다.
상기 버스 바는 상기 단자 플레이트에 관통 결합된 부위의 접촉스프링에 억지끼움 결합될 수 있다. 또한, 상기 버스 바는 상기 집전단자가 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 집전 단자는 상기 관통홀을 관통하여 리벳팅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차 전지 모듈의 조립 방법은 상기 이차전지의 단자가 서로 평행하게 다수 위치하여 서로 전기적으로 연결되는 이차전지 모듈의 조립 방법에 있어서, 상기 이차전지의 집전 단자와 이와 인접되는 이차전지의 집전 단자를 버스 바를 통하여 연결하는 단계를 포함하고, 상기 버스 바는 상기 단자 플레이트 내에 위치되는 접촉 스프링의 사이에 삽입되어 있다.
상기 버스 바는 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에 적어도 하나의 체결홀이 형성되고, 상기 체결홀에 대응되는 위치의 상기 케이스의 외측에 체결홈이 형성되며, 상기 체결홀을 관통하여 상기 체결홈에 볼트부가 체결된다.
상기 버스 바는 상기 단자 플레이트에 관통 결합된 부위의 접촉스프링에 억지끼움 결합될 수 있다. 또한, 상기 버스 바는 상기 집전 단자가 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 집전 단자는 상기 관통홀을 관통하여 상기 버스 바에 리벳팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자와 단자 플레이트를 리벳팅 방식으로 결합할 수 있고, 또한 단자 플레이트 내에 접촉 스프링이 관통되도록 결합함으로써, 단자의 내구성과 기계적 및 전기적 신뢰성이 향상됨과 동시에 접촉 스프링의 탄성에 의하여 접촉 영역, 즉 전류 통로를 영구적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자를 통한 전류가 상대적으로 단면적이 큰 접촉 스프링을 통하여 버스 바에 전달됨으로써, 전류 통로가 넓어지고 따라서 단자의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법은 집전 단자를 통한 전류가 탄성력을 가지는 접촉 스프링을 통하여 버스 바에 전달됨으로써, 영구 또는 순간적으로 발생되는 단락의 문제점을 배제시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절취한 이차 전지의 단자를 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자의 조립 방법을 도시한 순차 설명도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 단자와 버스 바의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절취한 이차 전지의 단자를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1 단자(120), 제2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1 전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제2 전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제1 전극 무지부(111a)는 제1 전극판(111)과, 제1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제2 전극 무지부(112a)는 제2 전극판(112)과, 제2 전극판(112)의 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1 전극판(111) 및 제2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF, LiBF와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔 상태일 수 있다.
상기 제1 단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 상기 제1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 단자(120)는 제1 집전판(121), 제1 집전 단자(122), 제1 단자 플레이트(123) 및 제1 접촉 스프링(124)을 포함한다.
상기 제1 집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1 집전판(121)은 상기 제1 전극 무지부(111a)에 용접된다. 상기 제1 집전판(121)은 대략 '?' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121d)이 형성된다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제1 집전 단자(122)가 끼워져 결합된다. 이러한 제1 집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 본 발명에서는 제1 집전판(121)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 집전 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1 집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 집전 단자(122)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1 집전 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성되어 있다. 상기 제1 집전 단자(122)중 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1 집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 용접된다. 또한, 상기 제1 집전 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 제1 단자 플레이트(123)에 고정된다. 즉, 상기 제1 집전 단자(122)의 상단은 후술하는 접촉 스프링(124) 및 제1 단자 플레이트(123)를 관통하여 결합된 후 리벳팅된다. 여기서, 상기 제1 집전 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1 집전 단자(122)는 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 제1 집전 단자(122)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 단자 플레이트(123)는 단자 관통홀(123a), 스프링 관통홀(123b) 및 체결홈(123c)을 포함하는 단자 몸체(B)와, 상기 단자 몸체(B)의 테두리 부위에 상부방향으로 연장되도록 형성된 측벽부(123d)를 포함한다. 이러한 제1 단자 플레이트(123)는 그 단면이 대략 U자 형상을 가진다. 상기 단자 관통홀(123a)은 바닥면의 중앙 부위에 상기 제1 집전 단자(123)가 관통 결합되도록 형성되어 있다. 또한, 상기 스프링 관통홀(123b)은 상기 단자 관통홀(123a)의 양측에 이격되어 후술하는 제1 접촉 스프링(124)이 관통 결합되도록 형성되어 있다. 또한, 상기 체결홈(123c)은 상기 제1 단자 플레이트(123)의 하부 면(123e)에 상기 제1 접촉 스프링(123b)이 수평으로 결합 및 고정되도록 형성되어 있다. 한편, 상기 제1 단자 플레이트(123)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 제1 단자 플레이트(123)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 단자 플레이트(123)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연되어 있다.
한편, 상기 제1 집전 단자(122)와 상기 제1 단자 플레이트(123)는 상호간 결합 및 고정되어 있다. 즉, 상기 제1 집전 단자(122)가 상기 제1 단자 플레이트(123)의 단자 관통홀(123a)을 관통한 후, 상기 제1 집전 단자(122)의 상단이 리벳팅되어 있다. 따라서, 상기 제1 집전 단자(122)와 상기 제1 단자 플레이트(123)는 기계적 및 전기적으로 강하게 결합된다. 또한, 상기 제1 집전 단자(122)와 상기 제1 단자 플레이트(123)는 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 접촉 스프링(124)은 수평지지부(124d), 수직절곡부(124c), 경사절곡부(124b) 및 환형부(124a)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수평지지부(124d)는 상기 제1 단자 플레이트(123)의 체결홈(123c)에 수평으로 결합 및 고정된다. 또한, 상기 수직절곡부(124c)는 상기 수평지지부(124d)로부터 연장되어 수직으로 절곡되어 상기 스프링 관통홀(123b)에 관통 결합된다. 또한, 상기 경사절곡부(124b) 및 상기 환형부(124a)는 상기 수직절곡부(124c)로부터 연장되어 상기 제1 단자 플레이트(124) 내에서 대략 타원형의 형상을 이루고 있다. 여기서, 상기 환형부(124a)의 상면은 상기 제1 단자 플레이트(123)의 상면보다 낮게 형성되어 후술하는 버스 바가 제1 접촉 스프링(124) 사이로 용이하게 삽입되게 할 수 있다. 또한, 상기 제1 접촉 스프링(124)은 상기 제1 집전 단자(122)가 관통되는 단자 관통홀(123a)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 접촉 스프링(124)은 상기 단자 관통홀(123a)을 중심으로 하여 대략 양측에 대칭되는 형태로 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 접촉 스프링(124)의 상기 수평지지부(124d)가 서로 연결되어 상기 수평지지부(124d)에 상기 단자 관통홀(123a)이 형성되어 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 수평지지부(124d)가 연결되는 것을 한정하는 것은 아니고, 서로 분리될 수 있다. 따라서, 상기 접촉 스프링(124)은 버스 바(미도시)와의 전기적 접촉시 영구적인 접촉영역을 형성할 수 있다. 한편, 상기 제1 접촉 스프링(124)은 인청동, 베릴륨동, 황동 중 어느 하나와 같은 탄성이 높은 동합금 물질로 이루어진다. 그러나, 본 발명에서는 상기 제1 접촉 스프링(124)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 단자(130)는 제2 집전판(131), 제2 집전 단자(132), 제2 단자 플레이트(133) 및 제2 접촉 스프링(134)을 포함한다. 여기서, 상기 제2 단자(130)의 형태는 상기 제1 단자(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 그 형태의 설명은 생략한다. 다만, 상기 제2 집전판(131) 및 제2 집전 단자(132)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)는 주로 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 본 발명에서는 그 재질로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)는 상기 제2 단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
상기 제2 단자 플레이트(133)는 상기 제1 단자 플레이트(123)와 같이 단자 관통홀(133a), 스프링 관통홀(133b) 및 체결홈(133c)을 포함한다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)는 상기 체결홈(123c)에 결합되어 상기 스프링 관통홀(133b)을 관통하는 제2 접촉 스프링(134)이 결합되어 있다. 이와 같이, 상기 제2 단자 플레이트(133)와 상기 제2 접촉 스프링(134)의 구조 및 재질은 상기 제1 단자 플레이트(123)와 상기 제1 접촉 스프링(124)의 구조 및 재질과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예는 집전 단자(122, 132)를 단자 플레이트(123, 133)에 리벳팅 방식으로 결합하고, 또한 단자 플레이트(123, 133) 내에 접촉 스프링(124, 134)이 관통되도록 결합함으로써, 단자의 내구성과 기계적 및 전기적 신뢰성이 향상됨과 동시에 접촉 스프링의 탄성에 의하여 접촉 영역, 즉 전류 통로를 영구적으로 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 집전 단자(122,132)를 통한 전류가 상대적으로 단면적이 큰 접촉 스프링(124, 134)을 통하여 버스 바에 전달됨으로써, 전류 통로가 넓어지고 따라서 단자(120, 130)의 전기 저항이 감소된다.
더불어, 본 발명의 일 실시예는 단자 플레이트(123, 133)에 접촉 스프링(124, 134)을 간소한 공정으로 조립함으로써, 버스 바를 체결하는 공간의 최소화가 가능하고, 그 체결공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1 단자(120), 제2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다. 물론, 상기 시일 가스켓(152), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)는 상기 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)의 구성 요소로 볼 수도 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자 (132) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(155)는 제1 단자 플레이트(123) 및 제2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1 단자 플레이트(123) 및 제2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(156)는 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(156)는 제1 집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2 집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(156)는 제1 집전 단자(122)와 제2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 제1 집전 단자(122)와 제2 집전 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자의 조립 방법을 도시한 순차 설명도이다. 이하에서는 제1 단자 및 제2 단자의 구조가 동일하므로, 제1 단자를 기준으로 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저 제1 집전 단자(122)가 캡 플레이트(151)에 결합된다. 물론, 이때 상기 제1 집전 단자(122)는 시일 가스켓(152)에 의해 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)의 표면에는 돌기(151b)가 형성되어 있으며, 상기 돌기(151)는 하기할 상부 절연부재(155)의 요홈(미도시)에 결합된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 집전 단자(122)에 상부 절연부재(155)가 결합된다. 다르게 설명하면, 상기 상부 절연부재(155)에 관통홀(155d)이 형성되어 있는데, 상기 관통홀(155d)에 상기 제1 집전 단자(122)가 관통되어 결합된다.
물론, 상기 상부 절연부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)에 안착되고, 또한 상기 돌기(151b)에도 결합된다. 따라서, 상기 상부 절연부재(155)는 상기 제1 집전 단자(122)를 중심으로 회전하지 않는다. 더불어, 상기 제1 집전 단자(122)는 여전히 상기 상부 절연부재(155)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장된 형태를 한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 단자 플레이트(123)가 상기 제1 집전 단자(122)에 결합된다. 다르게 설명하면, 상기 제1 단자 플레이트(123)중 단자 몸체(123f)의 대략 중앙에 단자 관통홀(123a)이 형성되어 있는데, 상기 단자 관통홀(123a)에 상기 제1 집전 단자(122)가 관통되어 결합된다. 이때, 상기 제1 단자 플레이트(123)는 그 하부면의 체결홈(123c, 도 3 참조)에 결합됨과 동시에 상기 단자 관통홀(123a)의 양측에 이격되어 형성된 스프링 관통홀(123b)을 관통하는 접촉 스프링(124)이 결합되어 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 접촉 스프링(124)의 탄성력을 이용하여 버스 바와의 접촉영역을 넓게 형성하여, 상기 집전 단자(122)를 통한 전류의 통로를 영구적으로 형성할 수 있게 된다.
물론 이때, 상기 제1 단자 플레이트(123)는 상기 상부 절연부재(155)에 밀착된다. 따라서, 상기 제1 단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(151)는 전기적으로 절연된다.
더불어, 상기 제1 집전 단자(122)의 상단은 리벳팅 툴에 의해 리벳팅된다. 따라서, 상기 제1 집전 단자(122)의 상단은 상기 제1 단자 플레이트(123)에 전기적으로뿐만 아니라 기계적으로도 강하게 고정된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도전성 버스 바(300)는 이차전지의 집전 단자와 이와 인접되는 이차전지의 집전 단자를 연결하기 위하여 상기 단자 플레이트(123)의 측벽부(123d)의 상면, 상기 단자 플레이트(123) 내에 위치된 접촉 스프링(124)의 상면 및 내측면, 상기 단자 플레이트(123)의 단자 몸체(B)의 상면에 삽입되어 결합되어 있다. 이러한 다수의 이차 전지(100)는 상기 도전성 버스 바(300)에 의해 직렬 또는/및 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기 도전성 버스 바(300)는 다수의 이차전지 사이의 일부 영역에 형성된 체결홀(313, 도 8 참조)에 볼트부(314, 도 8 참조)를 통하여 체결 고정되어 있다.
따라서, 상기 도전성 버스 바(300)는 상기 이차전지의 단자와 이와 인접하는 이차전지의 단자 내부의 접촉 스프링(124)의 사이에 삽입되어 결합됨으로써, 집전 단자(122), 단자 플레이트(123) 및 도전성 버스 바(300)를 통하여 상대적으로 큰 전류 통로를 형성할 수 있고, 나아가 단자의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 이와 같이 하여, 상기 도전성 버스 바(300)가 접촉 스프링(124)에 삽입됨과 동시에 볼트부(314, 도 8 참조)를 통하여 결합됨으로써, 상기 도전성 버스 바(300)와 각 이차전지의 단자 사이의 체결이 이루어진다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도전성 버스 바(300)는 일정 영역(310b, 312b)이 상기 단자 플레이트(123)에 관통 결합된 부위의 접촉 스프링(124c, 124d)에 억지끼움 결합되어 있다. 이러한 도전성 버스 바(300)를 통하여 볼트부와 같은 별도의 고정수단을 사용하지 않고, 상기 도전성 버스 바(300)가 상기 접촉 스프링(124)에 강하게 체결될 수 있게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도전성 버스 바(300)는 단자 플레이트(123)의 바닥면(311, 도 6참조)과 접촉되는 일부 영역 상에 집전 단자(122)가 관통되는 관통홀(320)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 집전 단자(122)는 상기 관통홀(320)을 통하여 리벳팅되어 있다. 이러한 도전성 버스 바(310)를 통히여 볼트부와 같은 별도의 고정수단을 사용하지 않고, 상기 도전성 버스 바(310)가 상기 접촉 스프링(124)에 강하게 체결될 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 단자와 버스 바의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도전성 버스 바(300)는 접촉 스프링(124)과 결합된다. 즉, 상기 도전성 버스 바(300)는 단자 플레이트(123) 내부에 단자 관통홀(122a, 도 3참조)의 양측에 위치되는 접촉 스프링(124) 사이에 삽입되어 이와 결합된다. 따라서, 집전 단자(122)와 상기 도전성 버스 바(300) 사이에 상대적으로 단면적이 큰 접촉 스프링(124)이 개재됨으로써, 전류 통로가 증가하며 또한 접촉 전기 저항이 감소한다.
여기서, 상기 도전성 버스 바(300)는 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에 적어도 하나의 체결홀(313)이 형성되어 있다. 이때, 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에는 절연체(미도시)가 배치되어 있고, 상기 절연체의 외측 중 상기 체결홀(313)에 대응되는 위치에 체결홈(미도시)이 형성되어 있다. 이러한 체결홈에 볼트부(314)가 체결되어 도전성 버스 바(300)가 고정되게 된다.
한편, 상기 도전성 버스 바(300)는 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 도 8에서 화살표는 방전 전류의 경로를 도시한 것이다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제1 단자 121: 제1 집전판
122: 제1 집전 단자 123: 제1 단자 플레이트
124: 제1 접촉스프링 130: 제2 단자
131: 제2 집전판 132: 제2 집전 단자
133: 제2 단자 플레이트 134: 제2 접촉스프링
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 시일 가스켓
153: 마개 154: 안전벤트
155: 상부 절연부재 156: 하부 절연부재

Claims (20)

  1. 케이스 내측의 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자;
    상기 케이스의 외측에 위치되고, 상기 집전 단자에 결합된 단자 플레이트; 및
    상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 위치되어, 일정 영역이 상기 단자 플레이트에 관통되도록 결합된 접촉 스프링을 포함하여 이루어지고,
    상기 접촉 스프링은
    상기 단자플레이트의 체결홈에 수평으로 결합되는 수평지지부;
    상기 수평지지부로부터 연장되어 상부방향으로 수직으로 절곡되어 상기 스프링 관통홀에 관통결합되는 수직절곡부;
    상기 수직절곡부로부터 연장되어 상기 스프링 관통홀의 상부방향으로 경사지도록 절곡되는 경사절곡부; 및
    상기 경사절곡부로부터 연장되어 상기 단자플레이트 내에서 타원형의 형상을 이루도록 구비된 환형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집전 단자는 상기 접촉 스프링 및 상기 단자 플레이트를 관통하여 리벳팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집전 단자는 상기 단자 플레이트와 일체형으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는
    상기 집전 단자가 관통되도록 형성된 단자 관통홀이 형성되고, 상기 단자 관통홀의 양측에 이격되어 상기 접촉 스프링이 관통되도록 스프링 관통홀이 형성되며, 그 하부 면에 상기 접촉 스프링이 결합되도록 체결홈이 형성된 단자 몸체; 및
    상기 단자몸체의 테두리 부위에 상부방향으로 연장되도록 형성된 측벽부를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 스프링은 상기 집전 단자가 관통되는 단자 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접촉 스프링은 상기 단자 관통홀을 중심으로 하여 양측에 대칭되도록 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉 스프링은 인청동, 베릴륨동, 황동 중 어느 하나로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접촉 스프링의 환형부의 상면은 상기 단자 플레이트의 상면보다 낮게 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 스프링과 상기 케이스 사이에는 절연 부재가 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자.
  11. 제1항에 기재된 이차전지의 단자를 조립하는 방법에 있어서,
    케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자에 단자 플레이트를 결합하고, 상기 집전 단자를 리벳팅하는 단계; 및
    상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 일정 영역이 상기 단자 플레이트에 관통되는 접촉 스프링을 결합하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자 조립 방법.
  12. 제1항에 기재된 이차전지의 단자를 조립하는 방법에 있어서,
    케이스의 외측으로 돌출된 집전 단자에 일체형을 이루도록 결합된 단자 플레이트를 준비하는 단계; 및
    상기 케이스의 외측과 상기 단자 플레이트 사이에 일정 영역이 상기 단자플레이트에 관통되는 접촉스프링을 결합하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 단자 조립 방법.
  13. 제1항에 기재된 이차전지의 단자가 서로 평행하게 다수 위치하여 서로 전기적으로 연결되는 이차전지 모듈에 있어서,
    상기 이차전지의 집전 단자와 이와 인접되는 이차전지의 집전 단자를 연결하는 버스 바가 구비되고,
    상기 버스 바는 상기 단자 플레이트 내에 위치되는 접촉 스프링의 사이에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에 체결홀이 형성되고,
    상기 체결홀에 대응되는 위치의 상기 케이스의 외측에 체결홈이 형성되며,
    상기 체결홀과 상기 체결홈을 통하여 체결되어 상기 버스 바를 상기 체결홈에 고정시킬 수 있는 볼트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 단자 플레이트에 관통 결합된 부위의 접촉스프링에 억지끼움 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 집전 단자가 관통되는 관통홀이 형성되고,
    상기 집전 단자는 상기 관통홀을 관통하여 리벳팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  17. 제1항에 기재된 이차전지의 단자가 서로 평행하게 다수 위치하여 서로 전기적으로 연결되는 이차전지 모듈의 조립 방법에 있어서,
    상기 이차전지의 집전 단자와 이와 인접되는 이차전지의 집전 단자를 버스 바를 통하여 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 단자 플레이트 내에 위치되는 접촉 스프링의 사이에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 조립 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 이차전지의 단자 또는 이와 인접하는 이차전지의 단자 사이의 영역에 적어도 하나의 체결홀이 형성되고,
    상기 체결홀에 대응되는 위치의 상기 케이스의 외측에 체결홈이 형성되며,
    상기 체결홀을 관통하여 상기 체결홈에 볼트부가 체결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 조립 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 단자 플레이트에 관통 결합된 부위의 접촉스프링에 억지끼움 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 조립 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 집전 단자가 관통되는 관통홀이 형성되고,
    상기 집전 단자는 상기 관통홀을 관통하여 상기 버스 바에 리벳팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 조립 방법.
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