KR101403386B1 - 안전성 및 제조 공정성이 향상된 전지셀 절연 캡 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극단자가 위치하는 전지셀의 단부에 장착하기 위한 절연 캡으로서,
상기 전지셀의 전극단자가 노출된 상태로 전지셀의 단부를 감싸는 본체; 및 상기 본체로부터 전지셀의 측면으로 하향 연장된 하나 이상의 하향 연장부; 포함하고 있으며, 상기 본체의 상면에는 상기 전극단자들을 전기적으로 연결하는 접속부재가 장착 고정될 수 있도록, 접속부재의 외면 형상에 대응하는 접속부재 수납부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡을 제공한다.

Description

안전성 및 제조 공정성이 향상된 전지셀 절연 캡 및 이를 포함하는 전지모듈 {Battery Insulating Cap of Improved Safety and Productivity and Battery Module Employed with the Same}

본 발명은 안전성 및 제조 공정성이 향상된 전지셀 절연 캡 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극단자가 위치하는 전지셀의 단부에 장착하기 위한 절연 캡으로서, 상기 전지셀의 전극단자가 노출된 상태로 전지셀의 단부를 감싸는 본체; 및 상기 본체로부터 전지셀의 측면으로 하향 연장된 하나 이상의 하향 연장부; 포함하고 있으며, 상기 본체의 상면에는 상기 전극단자들을 전기적으로 연결하는 접속부재가 장착 고정될 수 있도록, 접속부재의 외면 형상에 대응하는 접속부재 수납부가 형성되어 있는 전지셀 절연 캡에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로도 주목받고 있다.

따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 노트북 컴퓨터, 자전거, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등과 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다. 또한, 노트북 컴퓨터, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 외부로부터 많은 충격, 진동 등을 받는 디바이스들은 전지모듈을 구성하는 소자들간의 전기적 연결상태와 물리적 결합상태가 안정적이어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 리튬 폴리머 전지인 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다.

그 중에서도 원통형 전지는 높은 용량과 우수한 안전성을 기반으로 전지모듈에 많이 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 원통형 전지셀의 부분 분해도를 사진으로 나타내고 있고, 도 2는 도 1의 2개의 전지셀들을 접속부재로 연결한 구조를 나타내고 있으며, 도 3은 도 2의 전지셀에 절연 테이프를 부착한 구조를 사진으로 나타내고 있다.

이들 도면을 참조하면, 원통형 전지(10)의 상단부는 중앙에 돌출된 양극단자(11)를 형성하고, 그 외주면(12)은 음극 극성을 띄고 있다. 또한, 양극단자(11)의 외주면인 음극(12) 상에 절연부재(13: 구체적인 표현은 생략함)을 안착시킨 뒤, 튜브(14)로 압착시킨 구조를 이루고 있다.

한편, 원통형 전지셀들(10)을 전기적으로 연결하기 위해서 도 2와 같이, 양극단자(11)와 음극(12) 부위에는 접속부재(20)가 결합된다.

그러나, 전지셀에 진동 및 외부 충격이 인가되거나, 전극단자와 전극단자 접속부재의 결합 부위가 분리되거나, 및/또는 접속부재들 또는 전지셀들이 정위치로부터 이탈되는 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 단전 또는 쇼트가 초래될 수 있다.

이러한 현상을 방지하기 위하여, 도 3과 같이, 전지셀(10)에 별도의 절연 테이프들(15)을 부착하기도 한다.

그러나, 상기와 같이 전극단자 부위를 제외한 전지셀의 나머지 부위와 접속부재 간의 절연을 위해서 다수의 절연 테이프를 부착해야 하므로, 조립공정이 매우 번잡해질 뿐만 아니라, 절연 테이프의 부착 위치의 오류로 인한 쇼트의 위험성은 여전히 존재하는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

본 발명의 목적은 접속부재의 안착이 용이하고 절연성이 향상되어 전지셀들 간의 쇼트를 방지할 수 있는 전지셀 절연 캡을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 전지셀 절연 캡을 포함하여 안전성 및 생산성이 향상된 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 절연 캡은, 전극단자가 위치하는 전지셀의 단부에 장착하기 위한 절연 캡으로서,

상기 전지셀의 전극단자가 노출된 상태로 전지셀의 단부를 감싸는 본체; 및 상기 본체로부터 전지셀의 측면으로 하향 연장된 하나 이상의 하향 연장부; 포함하고 있으며,

상기 본체의 상면에는 상기 전극단자들을 전기적으로 연결하는 접속부재가 장착 고정될 수 있도록, 접속부재의 외면 형상에 대응하는 접속부재 수납부가 형성되어 있다.

하나의 바람직한 예에서, 전지셀 절연 캡의 본체에는 전지셀의 전극단자가 외부로 노출될 수 있는 개구가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 개구는 전극 단자의 형상에 대응할 수 있도록, 바람직하게는 평면 형상에서 원형일 수 있다.

일반적으로, 종래의 원통형 전지의 상단에 접속부재를 용접하게 되면, 전지셀에 외부 충격이 인가되거나, 전극단자와 전극단자 접속부재의 결합 부위가 분리되는 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 단전 또는 쇼트가 초래될 수 있다.

반면에, 본 발명에 따른 전지셀 절연 캡은, 바람직하게는, 상기 본체의 두께보다 얇은 접속부재 수납부의 두께를 포함하고 있어서, 상기 접속부재 수납부 상에 접속부재가 안정적으로 고정될 수 있으며, 외부로부터 충격이 전지셀에 가해지거나 또는 다양한 원인에 의해 전지셀들에 변형이 유발되더라도, 전극단자 접속부재들과 전지셀들(접속을 위한 전극단자 부위를 제외한 전지셀들의 부위) 간에 절연 구조를 형성하여 단전, 쇼트 등의 발생을 방지할 수 있고, 전지모듈 전체의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 본체의 두께는 0.3 mm 내지 20 mm이고, 접속부재 수납부에서 두께는 상기 본체의 두께보다 얇은 범위에서 0.1 mm 내지 10 mm일 수 있다. 상기 두께가 너무 얇은 경우에는 앞서 설명한 바와 같은 절연 구조의 역할을 수행하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 두꺼운 경우에는 전극단자와 접속부재의 결합이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 상기 본체의 두께가 0.2 mm 내지 10 mm이고, 접속부재 수납부의 두께는 0.2 mm 내지 0.4 mm일 수 있다.

한편, 상기 접속부재는 각각의 전극단자를 전기적으로 연결하는 용도로 사용되지만, 전압검출단자가 추가로 요구될 수 있으므로, 이 경우, 상기 접속부재는 전압 검출을 위해 일측으로 연장되어 있고 접속부재가 전지셀에 장착된 상태에서 절연 캡의 하향 연장부 상으로 절곡되는 전압 검출부를 포함할 수 있다.

상기 구조에서, 접속부재 수납부는 상기 전압 검출부의 절곡을 위해 일측으로 연장된 접속부재의 형상에 대응하여 본체의 상면 일측이 방사형 구조를 형성하는 구조일 수 있음은 물론이다.

또 다른 바람직한 예에서, 상기 절연 캡은 측면 방향으로 접하면서 배열된 둘 이상의 전지셀들에 장착되는 크기로 형성되어 있을 수 있다.

이 경우, 상기 전지셀들 사이의 해당 부위에는 상기 본체로부터 하향 연장된 스페이서를 추가로 포함하는 구조일 수 있으며, 이 경우, 그 크기 및 개수는 사용되는 단지셀의 크기 및 개수에 의해 결정된다.

구체적으로, 상기 스페이서는 인접한 전지셀들의 외면들 사이에 삽입되는 형상으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 스페이서는 원통형의 구조적 특성으로 인해 전지셀들이 좌우 방향으로 이동되는 것을 억제하여 전지셀을 안정적으로 고정시켜 준다.

한편, 상기 스페이서의 중심축을 기준으로 최외곽 전지셀의 외면에 대칭 형태로 하향 연장부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

즉, 상기 하향 연장부에 의해 전지셀의 측면을 절연시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀과 밀착된 상태로 전지셀의 길이 방향으로의 이동을 억제하여 전지셀을 고정시킬 수 있다.

상기 구조에서, 상기 하향 연장부와 스페이서는 전지셀의 상하 길이를 기준으로 5 내지 50%의 길이로 형성되어 있을 수 있다. 상기 길이가 너무 짧은 경우에는 전지셀들을 안정적으로 고정시키기 어렵고, 반대로 너무 긴 경우에는 절연 캡이 전지셀의 상하부에 각각 장착될 때 서로 중첩되는 문제가 발생할 수 있으므로, 바람직하지 않다. 더욱 바람직한 범위는 5 내지 35%의 길이일 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 하향 연장부의 두께는 0.1 mm 내지 10 mm일 수 있는 바, 상기 두께가 너무 얇은 경우에는 절연 구조의 역할을 수행하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 두꺼운 경우에는 부피가 증가하여 콤팩트한 전지팩을 형성할 수 없으므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.4 mm일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기에 따른 전지셀 절연 캡, 및 상기 절연 캡이 장착되어 있는 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하는 접속부재를 포함하는 것으로 이루어진 단위모듈을 제공한다.

상기 구조에서, 상기 접속부재는 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 도전성 플레이트로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한, 둘 이상의 상기 단위모듈들과, 상기 단위모듈들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 접속부재를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈을 제공한다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈은 적어도 2행 및/또는 2열 이상의 구조로 배열된 구조일 수 있다. 즉, 상기 전지모듈이 사용되는 디바이스의 사양에 따라, 연결되는 전지의 개수를 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공할 수 있으며, 특히 상기 디바이스는 바람직하게는 노트북 컴퓨터일 수 있다.

또한 상기 디바이스는 장시간의 수명과 우수한 내구성이 요구되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 절연 캡은 구조적으로 안정한 전지모듈을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 접속부재의 안착이 용이하고 절연성이 향상되어 전지셀들 간의 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 원통형 전지셀의 부분 분해도를 나타내는 사진이다;
도 2는 도 1의 전지셀들을 접속부재로 연결한 구조의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지셀에 절연 테이프를 부착한 구조의 사진이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 사시도이다;
도 5는 도 4의 분해도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 캡의 사시도이다;
도 7는 도 6의 저면 사시도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 5는 도 4의 분해도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 단위모듈(200)은 절연 캡(100), 절연 캡(100)이 장착되는 두 개의 전지셀들(10), 및 전지셀들(10)을 전기적으로 연결하는 접속부재(20)를 포함한다.

절연 캡(100)은 측면 방향으로 접하면서 배열된 두 개의 전지셀들(10)에 장착되는 크기로 형성되어 있다.

접속부재(20)는 도전성 플레이트로서, 전압 검출을 위해 일측으로 연장되어 있고 접속부재(20)가 전지셀(10)에 장착된 상태에서 절연 캡(100)의 하향 연장부(120) 상으로 절곡되는 전압 검출부(25)를 포함한다.

도 6에는 도 4의 절연 캡의 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 저면 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 4 및 도 5와 함께 참조하면, 절연 캡(100)는 전지셀(10)의 양극단자(11)가 노출된 상태로 전지셀(10)의 단부를 감싸는 본체(110); 본체(110)로부터 전지셀(10)의 측면으로 하향 연장된 두 개의 하향 연장부(120); 및 본체(110)로부터 하향 연장된 스페이서(130)을 포함한다.

본체(110)에는 전지셀(10)의 양극단자(11)가 노출될 수 있도록 평면 형상에서 원형의 개구(112)가 형성되어 있다. 본체(110)의 상면에는 양극단자들(11)을 전기적으로 연결하는 접속부재(20)가 장착 고정될 수 있도록, 접속부재(20)의 외면 형상에 대응하는 접속부재 수납부(114)가 형성되어 있다. 특히, 접속부재 수납부(114)는 일측으로 연장된 접속부재(20)의 형상에 대응하여 본체(110)의 상면 일측이 방사형 구조(a)를 형성하고 있다.

본체(110)의 두께(W)는 약 0.5 mm이고, 접속부재 수납부(114)의 두께(w)는 0.3 mm의 두께를 가진다. 따라서, 접속부재 수납부(114) 상에 접속부재(20)가 안정적으로 고정될 수 있으며, 접속부재(20)와 전지셀들(10) 간에 절연 구조를 형성하여 단전, 쇼트 등의 발생을 방지하고, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

스페이서(130)는 전지셀들(10)의 외면 사이에 삽입되는 구조로 형성되어 있어서, 전지셀들이 좌우 방향으로 이동되는 것을 억제하여 전지셀을 안정적으로 고정시켜 준다.

하향 연장부(120)는 스페이서(130)의 중심축을 기준으로 전지셀(10)의 외면에 대칭 형태로 형성되어 있으며, 약 0.3 mm의 두께(T)를 가진다.

또한, 하향 연장부(120)와 스페이서(130)는 전지셀(10)의 상하 길이(L)를 기준으로 약 15%의 길이로 형성되어 있어서, 전지셀의 측면을 절연시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀과 밀착된 상태로 전지셀을 고정시켜준다.

도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈이 모식적으로 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 전지모듈(300)은 3개의 단위모듈들(200)과, 단위모듈들(200)을 전기적으로 연결하는 3개의 접속부재(20)를 포함하여 2행 및 3열의 구조로 이루어져 있으며, 보호회로 모듈(310)에 연결되어 있다.

따라서, 구조적으로 안정한 전지모듈(300)이 제작될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

1. 전극단자가 위치하는 전지셀의 단부에 장착하기 위한 절연 캡으로서,
   상기 전지셀의 전극단자가 노출된 상태로 전지셀의 단부를 감싸는 본체; 및 상기 본체로부터 전지셀의 측면으로 하향 연장된 하나 이상의 하향 연장부;를 포함하고 있으며,
   상기 본체의 상면에는 상기 전극단자들을 전기적으로 연결하는 접속부재가 장착 고정될 수 있도록, 접속부재의 외면 형상에 대응하는 접속부재 수납부가 형성되어 있고,
   상기 본체의 두께는 0.3 mm 내지 20 mm이고, 접속부재 수납부에서 두께는 0.1 mm 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체에는 전지셀의 전극단자가 노출될 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 개구는 평면 형상에서 원형인 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는, 전압 검출을 위해 일측으로 연장되어 있고 접속부재가 전지셀에 장착된 상태에서 절연 캡의 하향 연장부 상으로 절곡되는 전압 검출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 캡은 측면 방향으로 접하면서 배열된 둘 이상의 전지셀들에 장착되는 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전지셀들의 사이에서는 상기 본체로부터 하향 연장된 스페이서를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 스페이서는 인접한 전지셀들의 외면들 사이에 삽입되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 스페이서의 중심축을 기준으로 최외곽 전지셀의 외면에 대칭 형태로 하향 연장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 하향 연장부와 스페이서는 전지셀의 상하 길이를 기준으로 5 내지 50%의 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 하향 연장부의 두께는 0.1 mm 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 전지셀 절연 캡.
12. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 절연 캡, 상기 절연 캡이 장착되는 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하는 접속부재를 포함하는 것으로 이루어진 단위모듈.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 접속부재는 도전성 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
14. 둘 이상의 제 12 항에 따른 단위모듈들과, 상기 단위모듈들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 접속부재를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지모듈은 적어도 (i) 2행 또는, (ii) 2열 또는, (iii) 2행 및 2열 이상의 구조로 배열된 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
16. 제 15 항에 따른 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 디바이스.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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