KR101256064B1 - 돌기가 형성된 너트를 갖는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈은 전극 단자와 연결 부재 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위전지와, 이웃하는 단위전지에 설치된 전극 단자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 및 전극 단자에 체결되어 연결 부재를 지지하며, 연결 부재와 접하는 면에 형성되어 연결 부재에 접촉된 돌기가 구비된 너트를 포함한다.
전지 모듈, 연결 부재, 너트, 돌기

Description

돌기가 형성된 너트를 갖는 전지 모듈{BATTERY MODULE HAVING NUT WITH PROTRUSION}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제1 너트를 도시한 사시도이다.
도 4본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제2 너트를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제2 너트가 갖는 돌기의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 전지 모듈의 제2 너트가 갖는 돌기의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 너트를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 전지 모듈의 너트를 도시한 사시도이다.
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이웃하는 이차 전지들의 전극 단자를 전기적으로 연결하는 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.
그리고 이러한 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직렬로 연결되어 대용량의 전지 모듈을 구성하게 된다.
상기 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 '단위 전지'라 칭한다)로 이루어진다.
상기 각각의 단위전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 캡 조립체를 관통하여 외측으로 돌출되는 전극단자를 포함한다.
그리고 각각의 단위전지는 직렬로 연결될 수 있도록 양극 단자 및 음극 단자 가 이웃하는 단위전지의 양극 단자 및 음극 단자와 엇갈리도록 교차 배열된다. 그리고 일측 단위전지의 양극 단자와 이웃하는 단위전지의 음극 단자에 연결 부재가 끼워지고 상기 연결 부재 위로 배치되는 너트가 양극 단자와 음극 단자에 체결되어 상기 연결 부재를 통해서 단위전지들이 직렬로 연결된다.
이를 위해 연결 부재에는 양극 단자와 음극 단자가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성되고 양극 단자와 음극 단자의 외주면은 너트 체결을 위해 나사가공된다.
그러나 이러한 구조는 너트와 연결 부재가 접하는 면에서 큰 접촉 저항이 발생하는 문제점이 있다.
이 문제점은 너트와 연결부재의 접촉 면적이 작은 것에서 기인한다. 즉, 연결 부재와 너트가 외관상으로 매끄러운 표면을 갖도록 가공된다 하더라도 실질적으로 가공 상의 한계로 인해 상기 표면은 울퉁불퉁한 부분이 생기도록 형성되기 때문에, 너트가 양극단자와 음극단자에 체결된 상태에서 너트와 연결부재의 접촉 부분을 미시적으로 보게 되면 이들은 서로 점접촉된 상태를 유지하면서 접촉 면적을 작게 한다.
따라서 기존의 전지 모듈은, 상기한 문제점으로 인해 단위전지의 체결 부위에 대한 접촉 저항의 증가로 출력 저하는 물론, 더 나아가 상기 체결 부위에서 일어나는 저항열로 인해 오작동을 유발시킬 확률이 높다.
이 뿐만 아니라, 전지 모듈이 모터를 사용하는 기기에 장착되어 장시간 사용하게 되다 보면, 상기 기기에서 일어나는 진동으로 인해 너트의 조임 상태가 느슨해지게 되는데, 이러한 경우 상기한 문제점은 더욱 심화된다.
특히, 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)의 모터 구동용으로 사용되는 전지 모듈의 경우, 차량의 주행으로 전지 모듈에 지속적으로 진동이 가해져 상기한 문제점을 피할 수 없게 된다.
더욱이 전지 모듈은 전술한 바와 같이 수십 개의 단위 전지들을 통상 직렬 상태로 연결하여 구성됨에 따라 상기와 같이 단위 전지들의 각 연결 부위에서 접촉 저항이 증가하게 되면 출력 상태를 현저하게 저하시키게 되고, 이에 의해 적용된 기기의 구동을 안정적으로 이룰 수 없게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 단자에 설치되는 너트의 구조를 개선하여 접촉저항을 감소시킬 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 외부 진동에 의하여 너트가 풀어지는 것을 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전지 모듈은 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지와 이웃하는 단위 전지가 갖는 전극 단자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 및 전극 단자에 체결되어 연결 부재를 지지하며, 연결 부재와 접하는 면에 형성되어 연결 부재에 접촉된 돌기를 포함하는 너트를 포함할 수 있다.
돌기는 너트의 중앙에 형성된 홀의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
돌기는 원형의 고리 형상으로 이루어질 수 있다.
돌기는 나선형으로 이루어질 수 있다.
돌기는 원형의 링 형상으로 이루어질 수 있다.
돌기는 너트의 안쪽에서 시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이어진 구조로 이루어질 수 있다.
돌기는 너트의 안쪽에서 반 시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이루어진 구조로 이루어질 수 있다.
돌기는 너트에 의하여 가압되어 연결 부재의 표면을 파고들어 이 연결 부재에 접촉될 수 있다.
돌기의 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 및 사다리꼴 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
너트는 연결 부재의 하방에 배치되는 제1 너트와 연결 부재의 상방에 배치되는 제2 너트를 포함하고, 제1 너트와 제2 너트는 연결 부재와 접하는 면에 돌기를 구비할 수 있다.
전지 모듈은 모터 구동용일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다고, 도 2는 도 1에 도시한 전지 모듈의 주요 구성을 설명하기 위해 도시한 부분 단 면도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 외부로 돌출된 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를(이하, 편의상 양극 단자와 음극 단자를 모두 합하여 전극 단자로서 설명할 수 있다.) 갖는 복수개의 단위 전지들(10)과, 상기 단위 전지들(10) 사이에 설치되어 열전달 매체의 유통로를 형성하는 격벽(11)과, 이웃하는 단위 전지(10)의 전극 단자들(21, 22)을 전기적으로 연결하는 연결 부재(30) 및 상기 연결 부재(30)를 전극 단자(21, 22)에 고정시키는 너트(25, 26)를 포함한다.
본 실시예에 따른 단위 전지(10)는 각형으로 이루어지고, 전극군(도시하지 않음)을 수납하는 케이스(15)와 상기 케이스(15)를 밀폐하는 캡 플레이트(17)를 포함한다. 본 실시예에서는 각형 전지를 예로 하여 단위 전지를 설명하나, 본 발명의 단위 전지는 이에 한정되는 것은 아니며, 원통형 또는 그 이외의 형상으로 형성될 수도 있다.
그리고 전극 단자(21, 22)는 상기 캡 플레이트(17)의 외측으로 돌출되도록 이 캡 플레이트(17)에 설치되고, 너트(25, 26)에 의해 캡 플레이트(17) 상에 고정될 수 있도록 너트(25, 26)의 체결을 위한 나사산을 외주면에 형성하고 있다. 이 때, 이 전극 단자(21, 22)는 원통 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트(17)와 전극 단자(21, 22) 사이에는 캡 플레이트(17)와 전극 단자(21, 22)를 절연시키는 개스킷(23)이 설치된다.
전극 단자(21, 22)와 개스킷(23)의 설치를 위해 캡 플레이트(17)에는 일정 크기를 갖는 구멍(17a)이 형성되며, 개스킷(23)은 이 구멍(17a)에 삽입된 상태로 설치되면서 그 상부 부위를 캡 플레이트(17)의 외면 쪽으로 배치시키고 하부 부위는 캡 플레이트(17)의 내면 쪽으로 배치시킨다.
너트(25, 26) 중 하부에 배치되는 제1 너트(25)가 전극 단자(21, 22) 상에 설치될 때, 개스킷(23)과 이 제1 너트(25) 사이에는 와셔(24)가 개재될 수 있다.
본 실시예에서 전지 모듈(100)을 이루는 각각의 단위 전지(10)는 직렬로 연결될 수 있도록 이웃하는 단위 전지(10)의 양극 단자(21)와 음극 단자(22)가 서로 엇갈리도록 배치되어, 일측 단위 전지(10)의 양극 단자(21)와 이에 이웃하는 단위 전지(10)의 음극 단자(22) 사이에 연결 부재(30)가 설치된다.
이 연결 부재(30)는 제1 너트(25)가 전극 단자(21, 22) 상에 설치되고 나서 이 전극 단자(21, 22) 사이에 연결되는데, 이 때, 이 연결 부재(30)의 고정을 위하여 이 연결 부재(30)의 상부에는 제2 너트(26)가 전극 단자(21, 22) 상에 설치된다.
여기서 연결 부재(30)에 밀착되는 제1 너트(25) 및 제2 너트(26)의 밀착면에는 각기 적어도 하나 이상의 돌기(27, 28)가 형성된다.
즉, 연결 부재(30)의 아래에 설치된 제1 너트(25)는 윗면(도 2 기준)에 돌기(27)를 형성하고, 연결 부재(30)의 위에 설치된 제2 너트(26)는 아랫면(도 2 기준)에 돌기(28)를 형성하고 있다.
도 3은 제1 너트(25)를 도시한 사시도로서, 이 제1 너트(25)는 통상의 너트와 같이 중앙에 나사 1가공된 홀(29)이 형성되고, 외형은 육각 기둥 형상으로 이루 어진다. 이 제1 너트(25)의 일면(상기 연결 부재에 접하는 면)에는 전술한 돌기(27)가 형성되는 바, 이 돌기(27)는 원뿔형으로 형성되면서 임의의 패턴(본 실시예에서는 방사상으로)을 지니고 상기한 일면에 돌출져 형성된다.
물론, 이 돌기(27)의 형상이나 배치 구조는 전술한 것에 한정되지 않고 다양하게 변경 가능하다.
도 4는 제2 너트(26)를 도시한 사시도로서, 이 제2 너트(26)는 전술한 제1 너트(25)와 기본적인 구성을 같이 하고, 그 일면(상기 연결 부재에 접하는 면)에 전술한 돌기(28)를 형성하고 있다.
여기서 이 돌기(28)는 이 제2 너트(26)의 홀(31)의 둘레를 따라 배치된 상태로 형성된다. 구체적으로 이 돌기(28)는 원형의 고리 형상으로 이루어지고, 그 단면 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 사각형으로 형성된다. 물론, 이 돌기의 단면 형상은 사각형뿐만 아니라, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이 다양하게 이루어질 수 있다.
도 6에 도시한 돌기(51)는 그 단면 형상이 삼각형으로, 도 7에 도시한 돌기(52)는 그 단면 형상이 반원형으로, 도 8에 도시한 돌기(53)는 그 단면 형상이 사다리꼴로 형성하고 있다.
제1 실시예에서는 고리 형태를 지닌 3개의 돌기(28)가 너트(26)의 표면에 동심원으로 형성된 것으로 도시하고 있지만, 본 발명에 있어 돌기(28)의 수는 이것으로 한정되지 않고 다양하게 이루어질 수 있다.
이 돌기(27, 28)를 갖는 제1 너트(25)와 제2 너트(26)를 이용하여 전극 단 자(21, 22)상에 연결 부재(30)를 고정시키게 되면, 연결 부재(30)가 제1 너트(25) 위에 올려진 상태에서(이 때, 이 제1 너트의 돌기는 이 제1 너트(25)의 상면에 배치되고 있어 위를 향하고 있음) 제2 너트(26)를 전극 단자(21, 22)에 나사 결합시킬 때에 이 제2 너트(26)가 연결 부재(30)에 밀착된 이후, 이 제2 너트(26)의 돌기(28)는 이 제2 너트(26)의 회전력에 의해 연결 부재(30)의 표면을 파고들면서 제2 너트(26)에 대한 연결 부재(30)의 접합면에 밀착하게 된다.
더욱이, 이 때, 제1 너트(25)의 돌기(27)는 제2 너트(26)의 회전력에 의해 가압되는 연결 부재(30)에 눌리면서 이 역시 제1 너트(25)가 접하는 연결 부재(30)의 표면을 파고들어 이에 밀착되게 된다.
이처럼 제1, 2 너트(25)(26)의 각 돌기들(27)(28)은, 연결 부재(30)에 압착되면서 이에 면접촉되는 결과를 가질 수 있게 되며, 이에 의해 연결 부재(30)는 제1,2 너트(25)(26)와의 접촉 면적을 늘일 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 상기와 같은 연결 부재(30)와 제1, 2 너트(25)(26)와의 결합 구조는 양자 간의 결합력 향상으로 외부 진동에 대한 내성 특성 향상에도 이점을 지닐 수 있다.
한편, 본 실시예에서 제2 너트(26)는 그 돌기(28) 및 제1 너트(25)의 돌기(27)가 연결 부재(30)와 면접촉하여 밀착될 수 있도록 그에 상응하는 힘으로 조여지게 된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 너트를 도시한 사시도로서, 이 너트는 전술한 제1 실시예에서 제2 너트에 대응하는 너트이다.
이 도 9를 참조하면, 이 제2 실시예에 따른 너트(35)는 그 표면에 형성된 돌기(37)를 나선 형태로 이루고 있다. 이 돌기(37)는 그 단면이 사각형을 비롯한 다양한 형상으로 이루어지도록 너트(35)의 표면으로부터 돌출 형성되며, 너트(35)의 안쪽에서 시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이어지도록 형성되고 있다. 도 10에서는 너트(45)의 안쪽에서 반시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이어져 형성된 돌기(47)를 예시하고 있다.
이처럼 나선형으로 형성된 돌기(37, 47)를 갖는 너트(35, 45)는, 연결 부재를 전극 단자 상에 고정시킬 때에, 이 나선형으로 형성된 돌기(37, 47)가 자연스럽게 이 너트(35, 45)의 회전 상태에 연동하면서 연결 부재에 밀착하게 되므로, 너트(35, 45)와 연결부재(30)의 접촉 상태를 안정적인 면접촉으로 유도할 수 있다.
본 발명의 전지 모듈은 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 전기 자동차(Electric Vehicle; EV), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.
상기에서는 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.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 너트에 형성된 돌기가 연결 부 재에 밀착되어 너트와 연결 부재가 강화된 면접촉 상태를 가질 수 있게 하므로 전지 모듈의 구성 시, 연결 부재와 너트 사이의 접촉저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 너트에 형성된 돌기가 너트와 연결 부재 사이에서 완충 역할을 하여 외부에서 전달되는 진동에 의하여 너트가 전극 단자에서 풀려 유발될 수 있는 문제점을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지;
    이웃하는 단위 전지가 갖는 상기 전극 단자를 전기적으로 연결하는 연결 부재; 및
    상기 전극 단자에 체결되어 상기 연결 부재를 지지하며, 상기 연결 부재와 접하는 면에 형성되어 상기 연결 부재에 접촉된 돌기를 포함하는 너트;
    를 포함하며,
    상기 돌기는 원형의 고리 형상으로 이루어지는 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 너트의 중앙에 형성된 홀의 둘레를 따라 형성되는 전지 모듈.
  3. 삭제
  4. 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지;
    이웃하는 단위 전지가 갖는 상기 전극 단자를 전기적으로 연결하는 연결 부재; 및
    상기 전극 단자에 체결되어 상기 연결 부재를 지지하며, 상기 연결 부재와 접하는 면에 형성되어 상기 연결 부재에 접촉된 돌기를 포함하는 너트;
    를 포함하며,
    상기 돌기는 나선형으로 이루어지는 전지 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 너트의 안쪽에서 시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이어진 구조로 이루어지는 전지 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 너트의 안쪽에서 반시계방향으로 회전하면서 바깥쪽으로 이어진 구조로 이루어지는 전지 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 너트에 의하여 가압되어 상기 연결 부재의 표면을 파고들어 이 연결 부재에 접촉된 전지 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기의 단면은 사각형, 삼각형, 반원형 및 사다리꼴 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 전지 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 너트는
    상기 연결 부재의 하방에 배치되는 제1 너트; 및
    상기 연결 부재의 상방에 배치되는 제2 너트
    를 포함하고, 상기 제1 너트와 상기 제2 너트는 상기 연결 부재와 접하는 면 에 상기한 돌기를 형성하는 전지 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 모터 구동용인 전지 모듈.
KR1020060063838A 2006-07-07 2006-07-07 돌기가 형성된 너트를 갖는 전지 모듈 KR101256064B1 (ko)

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JPH06275252A (ja) * 1993-03-23 1994-09-30 Japan Storage Battery Co Ltd 群電池および電池の接続機構
JPH09223493A (ja) * 1996-02-15 1997-08-26 Toyota Autom Loom Works Ltd 電池間接続装置及びその接続方法
JP2005268029A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Nissan Motor Co Ltd 導電部材および組電池

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