KR102351027B1 - 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

개시되는 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템은, 원통형이며 길이 방향 양 끝단에 전극이 형성된 배터리 셀; 절연 재질이며, 길이 방향으로 나란하게 배치된 복수의 상기 배터리 셀의 상단 및 하단에 배치되어 고정되고, 상기 전극이 상측 및 하측으로 노출되는 한 쌍의 홀더; 및 상기 한 쌍의 홀더의 상측 및 하측에 배치되고, 노출된 상기 전극에 용접되어 나란하게 배치된 상기 복수의 배터리 셀을 병렬 연결하는 한 쌍의 셀 용접 플레이트;를 포함하여 상기 배터리 셀의 길이 방향으로 중첩되는 적어도 하나 이상의 단위 모듈; 중첩되는 상기 단위 모듈 사이에 배치되어 서로 마주 보는 상기 한 쌍의 셀 용접 플레이트 사이를 전기적으로 연결시키는 연결 플레이트; 및 중첩되는 상기 단위 모듈 및 상기 연결 플레이트를 탈착 가능하도록 체결하는 체결 부재;를 포함한다.

Description

원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템{Electric Energy Storage System Using Cylindrical Battery Cell}
본 발명(Disclosure)은, 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 단위 모듈간의 접촉 저항을 낮춤으로써 불필요한 전력 손실 발생을 방지할 수 있는 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근 전기 자동차를 비롯하여 전기 에너지를 이용하는 다양한 장치에, 모듈화된 이차전지를 다양한 용량으로 조립한 전력 저장 시스템(Energy Storage System)이 사용되고 있다.
이차전지는 충방전이 가능하고, 필요에 따라 급속 충전이 가능한 장점이 있다. 또한 이차전지중 리튬 이처전지는 기존의 납축 전지나 니켈류의 다른 이차전지에 비하여, 단위 무게당 에너지 밀도가 높아 다양한 제품화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전력 저장 시스템의 일반적인 형태 중에는, 전극판과 분리막을 원통형으로 감아 원통형 케이스에 수납한 원통형 배터리 셀을 이용한다.
다수의 원통형 배터리 셀을 직병렬로 연결하여, 사용되는 장치에서 원하는 전압 또는 전류 용량을 충족시킨다.
이에 따라, 특정한 개수의 원통형 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 전력 단위 모듈을 다시 직병렬로 연결함으로써, 사용되는 장치의 규격에 맞는 전력 저장 시스템을 형성한다.
복수의 배터리 셀을 모듈화하고 이를 다시 직,병렬로 연결한 전력 저장 시스템은, 고장 수리 및 교체등의 유지 보수 작업이 쉽다.
뿐만 아니라, 동일한 원통형 배터리 셀을 이용하여, 다양한 용량의 전력 저장 시스템을 형성할 수 있다.
이와 같이 원통형 배터리 셀을 다수개 연결하여 형성된 전력 저장 시스템은, 다수의 전기적 접점(node)을 가지고, 이 접점들의 전기적 특성 안정성과 균일성이 전체 전력 저장 시스템의 충방전 효율 및 각 배터리 셀의 수명에 영향을 미친다.
즉, 다수의 접점들은 각각의 접촉 특성에 따라서 전기적 저항성이 서로 다를 수 있다.
전기적 저항성의 값(value)가 커지면, 전력 저장 시스템의 내부 저항이 커질 수 있다. 또한, 이 접점들의 전기적 저항성에 편차(variation)이 발생하면, 각 단위 모듈이나 원통형 배터리 셀 각각의 충, 방전 효율이 달라지는 문제점이 있다.
따라서, 원통형 배터리 셀을 소정의 수량으로 이루어진 단위 모듈을 이용한 전력 저장 시스템에서는, 단위 모듈 또는 이를 구성하는 원통형 배터리 셀 각각을 연결하는 전기적 접점의 특성을 일정하면서도 안정적으로 유지할 필요가 있다.
1. 한국등록특허공보 제10-1359710호
본 발명(Disclosure)은, 전기적 접점(node)에서의 접촉 저항과 이에 따른 전력 손실을 최소화 할 수 있는 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템은, 원통형이며 길이 방향 양 끝단에 전극이 형성된 배터리 셀; 절연 재질이며, 길이 방향으로 나란하게 배치된 복수의 상기 배터리 셀의 상단 및 하단에 배치되어 고정되고, 상기 전극이 상측 및 하측으로 노출되는 한 쌍의 홀더; 및 상기 한 쌍의 홀더의 상측 및 하측에 배치되고, 노출된 상기 전극에 용접되어 나란하게 배치된 상기 복수의 배터리 셀을 병렬 연결하는 한 쌍의 셀 용접 플레이트;를 포함하여 상기 배터리 셀의 길이 방향으로 중첩되는 적어도 하나 이상의 단위 모듈; 중첩되는 상기 단위 모듈 사이에 배치되어 서로 마주 보는 상기 한 쌍의 셀 용접 플레이트 사이를 전기적으로 연결시키는 연결 플레이트; 및 중첩되는 상기 단위 모듈 및 상기 연결 플레이트를 탈착 가능하도록 체결하는 체결 부재;를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에서, 상기 한 쌍의 홀더 및 상기 한 쌍의 셀 용접 플레이트는 동일한 형상일 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에서, 상기 홀더는 상기 배터리 셀의 상단 또는 하단이 삽입되는 삽입홀을 가지고, 상기 셀 용접 플레이트는 판형상이고, 상기 홀더의 상측 또는 하측에서 상기 홀더의 상기 삽입홀을 향하여 함몰 형성된 용접부를 가질 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에서, 상기 홀더와 상기 셀 용접 플레이트 및 상기 연결 플레이트는, 상기 단위 모듈이 적층될 때 적층 방향으로 관통형성되는 체결부를 가지고, 상기 체결 부재는, 상기 체결부를 관통하여 배치되는 체결 볼트 및 상기 체결 볼트의 끝단과 나사 결합하는 체결 너트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템에서, 상기 홀더는, 탄성을 가지는 재질을 재료로할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 배터리 셀이 병렬 연결되는 단위 모듈 사이에, 연결 플레이트를 추가하여 조립함으로써, 단위 모듈간의 접촉 저항을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템의 일 실시 형태를 보인 도면.
도 2는 도 1에서 단위 모듈을 설명하는 도면.
이하, 본 발명에 따른 원통형 배터리 셀을 이용한 전력 저장 시스템을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템의 일 실시 형태를 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템은, 복수의 원통형 배터리 셀이 병렬 연결된 단위 모듈(100)과 연결 플레이트(200) 및 체결 부재(310, 320)를 포함한다.
단위 모듈(100)은 배터리 셀(10), 홀더(110) 및, 셀 용접 플레이트(120)를 포함한다.
배터리 셀(10)은, 원통형 형상이며, 길이 방향 양 끝단에 전극이 형성된 이차전지이다.
홀더(110)는 절연 재질이며, 길이 방향으로 나란하게 배치된 복수의 배터리 셀의 상단 및 하단에 배치되어 고정된다. 또한, 배터리 셀(10)의 전극이 상측 및 하측 방향으로 노출되도록 형성된다.
셀 용접 플레이트(120)는, 한 쌍의 홀더(110)의 상측 및 하측에 배치된다. 노출된 배터리 셀(10)의 전극에 용접되어 나란하게 배치된 복수의 배터리 셀(10)을 전기적으로 병렬 연결한다.
연결 플레이트(200)는, 판 형상으로서 중첩되는 단위 모듈(100) 사이에 배치되어 서로 마주 보는 한 쌍의 셀 용접 플레이트(120) 사이를 전기적으로 직렬 연결한다.
체결 부재(310, 320)는, 중첩되는 단위 모듈(100) 및 연결 플레이트(200)를 탈착 가능하도록 체결한다.
이에 따라 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템은, 원통형 배터리 셀을 다수개 직,병렬 연결함으로써, 특정한 용량의 전력 저장 시스템을 구성할 수 있다.
또한 배터리 셀(10)의 길이 방향으로 중첩되는 하나 이상의 단위 모듈(100)은, 가로 방향으로 배치될 수도 있다.
또한, 마주하는 단위 모듈(100) 사이에 연결 플레이트(200)를 배치함으로써, 마주하는 셀 용접 플레이트(120) 사이에 안정적인 전기적 접점(node)을 형성할 수 있다.
마주하는 셀 용접 플레이트(120) 사이에 접촉점도 전기적 접촉점으로써, 그 접촉 상태에 따라 저항 성분이 존재한다. 이에 따라 서로 중첩되는 한 쌍의 단위 모듈 사이에 기생 성분으로서 직렬 저항 성분이 발생한다.
또한 판 형상인 셀 용접 플레이트(120)의 편평도가 동일하지 않을 수 있다. 따라서 셀 용접 플레이트(120) 상호 간의 접촉면적은 셀 용접 플레이트(120)의 전체 면적보다 작다.
반면에 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템에서는, 연결 플레이트(200)를 이용하여 셀 용접 플레이트(120)를 전기적으로 연결함으로써, 접촉면적을 최대화할 수 있다.
이에 따라 서로 중첩되어 연결되는 단위 모듈 사이의 직렬 저항 성분을 최소화하고, 감소된 직렬 저항만큼 전력 손실을 최소화 할 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 전력 저장 장치에서, 한 쌍의 홀더(110) 및 한 쌍의 셀 용접 플레이트(120)는 동일한 형상이다.
따라서, 홀더(110) 및 셀 용접 플레이트(120)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한 단위 모듈(100) 조립공정에서 조립 난이도를 낮출수 있기 때문에, 조립 시간 및 불량 발생을 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 전력 저장 장치에서, 홀더(110)는 배터리 셀(10)의 상단 또는 하단이 삽입되는 삽입홀(111)을 가지고, 셀 용접 플레이트(120)는 판 형상이고, 홀더(110)의 상측 또는 하측에서 홀더(110)의 삽입홀(111)을 향하여 함몰 형성된 용접부(121)를 가진다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 전력 저장 장치에서, 홀더(110)와 셀 용접 플레이트(120) 및 연결 플레이트(200)는, 단위 모듈(100)이 중첩되는 중첩 방향으로 관통형성되는 체결부(330)를 가지고, 체결 부재(310, 320)는, 체결부(330)를 관통하여 배치되는 체결 볼트(310) 및 체결 볼트(310)의 끝단과 나사 결합하는 체결 너트(320)를 포함한다.
체결 볼트(310) 및 체결 너트는, 단위 모듈(100) 및 연결 플레이트(200) 단위 모듈(100)의 중첩 방향으로 가압한다.
이에 따라 복수의 단위 모듈(100)의 체결을 견고하게 한다.
또한, 연결 플레이트(200)와 셀 용접 플레이트(120) 사이의 접촉 면적을 확장할 수 있으며, 접촉 강도를 향상시킴으로써 접촉 저항을 낮출 수 있다.
또한 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템에서, 홀더(110)는 탄성을 가지는 재질을 재료로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 체결 볼트(310) 및 체결 너트는, 단위 모듈(100) 및 연결 플레이트(200) 단위 모듈(100)의 중첩 방향으로 가압한다.
홀더(110)를 탄성 재질을 이용하면, 연결 플레이트(200)와 셀 용접 플레이트(120) 사이의 접촉 면적을 최대로 확장할 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템의 다른 일 실시형태에서, 연결 플레이트(200)의 두께는, 중첩되는 단위 모듈(100)이 서로 이격될 수 있는 최소 두께인 것이 바람직하다.
이에 따라 체결 볼트(310) 및 체결 너트에 의한 압력이, 연결 플레이트(200) 양면에 전체에 셀 용접 플레이트(120)가 가압될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템의 또 다른 일 실시형태에서, 연결 플레이트(200)는 양면에 접촉 돌출부(미도시)를 더 형성할 수 있다.
접촉 돌출부의 돌출된 면적은 연결 플레이트(200)의 전체 면적보다 작다.
또한, 체결 볼트(310) 및 체결 너트(320)에 의한 압력은 접촉 돌출부와 셀 용접 플레이트(120)사이에 인가된다.
연결 플레이트(200)의 전체 면적보다 작은 면역인 접촉 돌출부의 돌출면과 셀 용접 플레이트(120)가 가압되고 탄성 재질인 홀더(110)에 의해 지지된다.
이에 따라서 체결 볼트(310) 및 체결 너트(320)의 체결 압력을 낮출 수 있다.
홀더(110)와 홀더(110) 사이에 배치되는 원통형 배터리 셀은 체결 볼트(310) 및 체결 너트(320)에 의한 압력을 받는다.
상술한 접촉 저항을 낮추기 위해서 체결 볼트 및 체결 너트를 강하게 조여 결합되는 단위 모듈을 결합하는 압력을 높이는 것이 바람직하다.
그러나 원통형 배터리 셀에 인가되는 압력도 높아지기 때문에, 체결 볼트 및 체결 너트를 과도하게 조이는 것이 바람직하지 않을 수 있다.
연결 플레이트(200)에 형성된 접촉 돌출부는 단위 모듈을 체결하는 체결 압력을 낮출 수 있으므로, 원통형 배터리 셀의 파손이나 변형 발생을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 원통형이며 길이 방향 양 끝단에 전극이 형성된 배터리 셀; 절연 재질이며, 길이 방향으로 나란하게 배치된 복수의 상기 배터리 셀의 상단 및 하단에 배치되어 고정되고, 상기 전극이 상측 및 하측으로 노출되는 한 쌍의 홀더; 및 상기 한 쌍의 홀더의 상측 및 하측에 배치되고, 노출된 상기 전극에 용접되어 나란하게 배치된 상기 복수의 배터리 셀을 병렬 연결하는 한 쌍의 셀 용접 플레이트;를 포함하여 상기 배터리 셀의 길이 방향으로 중첩되는 적어도 하나 이상의 단위 모듈;
    판 형상으로서, 중첩되는 상기 단위 모듈 사이에 배치되어 서로 마주 보는 상기 한 쌍의 셀 용접 플레이트 사이를 전기적으로 연결시키는 연결 플레이트; 및
    중첩되는 상기 단위 모듈 및 상기 연결 플레이트를 탈착 가능하도록 체결하는 체결 부재;를 포함하고,
    상기 한 쌍의 홀더 및 상기 한 쌍의 셀 용접 플레이트는 동일한 형상이고,
    상기 홀더와 상기 셀 용접 플레이트 및 상기 연결 플레이트는 상기 단위 모듈이 적층될 때 적층 방향으로 관통형성되는 체결부를 가지고,
    상기 체결 부재는 상기 체결부를 관통하여 배치되는 체결 볼트 및 상기 체결 볼트의 끝단과 나사 결합하는 체결 너트를 포함하는 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더는 상기 배터리 셀의 상단 또는 하단이 삽입되는 삽입홀을 가지고,
    상기 셀 용접 플레이트는 판 형상이고, 상기 홀더의 상측 또는 하측에서 상기 홀더의 상기 삽입홀을 향하여 함몰 형성된 용접부를 가지는, 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더는,
    탄성을 가지는 재질을 재료로 하는 원통형 배터리 모듈을 이용한 전력 저장 시스템.
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