KR102415843B1 - 에너지 저장장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통형 에너지 저장장치에 관한 것으로, 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징; 부스 바(Bus-bar)와 용접되기 위한 제1 단부와 부스바 연결을 위하여 높이를 보상하는 제2 단부를 포함하는 단자 머리를 갖는 하나 이상의 전극단자; 및 상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선들을 포함한다.
Description
본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부스 바(Bus-bar) 용접용 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 대표적인 에너지 저장장치로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 있다. 이러한 캐패시터 중 울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터는 에너지 저장 메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사 캐패시터(pseudo-capacitor)로 구분할 수 있다.
유사 캐패시터는 전극표면 혹은 표면근처의 전극 내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, 전기이중층 캐패시터는 전극과 전해질 계면의 전기이중층에 전하가 흡착되는 성질을 이용한다.
전기이중층 캐패시터는 활성탄소와 같이 표면적이 넓은 물질을 전극의 활 물질로 하여 전극물질의 표면과 전해질의 접촉면에 전기이중층을 형성하게 된다. 즉, 전극과 전해질 용액의 경계면에서 서로 다른 극성을 갖는 전하층이 정전 효과에 의해 생성되는데, 이렇게 형성된 전하 분포를 전기이중층이라고 하며, 이와 같은 현상으로 마치 축전지에서와 같은 축전 용량을 갖게 된다.
전기이중층 캐패시터는 전극과 전해액 간의 계면에서 발생되는 전기이중층에 전하를 흡/탈착하는 원리를 이용하므로 빠른 충/방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 사용될 수 있다. 또한, 전기이중층 캐패시터는 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하다.
이러한 전기이중층 캐패시터의 전극은 넓은 비표면적을 통한 고 에너지와, 낮은 비 저항을 통한 고출력화, 그리고 계면에서의 전기화학 반응의 억제를 통한 전기화학적 안정성을 가지는 것이 매우 중요하다. 따라서, 현재 넓은 비표면적을 가지는 활성탄소 분말 혹은 활성탄소 섬유가 전극의 주 재료로 가장 널리 이용되고 있으며, 여기에 도전체를 혼합하거나 혹은 금속 가루의 분사 코팅 방식을 이용하여 낮은 비저항을 구현하고 있다.
종래의 전기이중층 캐패시터는 소형화를 위해 전극소자를 권취하여 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다. 이러한 권취형 에너지 저장장치의 전기적 특성을 향상시키기 위해 에너지 저장장치의 내부 저항을 최소화하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 에너지 저장장치(10)는 상부 하우징(11) 상에 장착된 PCB 삽입 방식의 전극단자(13, 14)를 구비한다. 이러한 전극단자(13, 14)는 크게 PCB 삽입 단자(21), 단자 핀(22) 및 와셔(미도시, washers) 등으로 구성될 수 있다.
그런데, 종래의 전극단자(13, 14)는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 장착되는 터미널(terminal) 구조로 인해 내부 저항이 상당히 증가하여 고출력 애플리케이션 용도를 적합하지 않는 측면이 있다. 또한, PCB 삽입 단자(21)의 실링 결함(sealing defect)으로 인해 하부 하우징(12) 내에 충진된 전해액이 외부로 누출되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 셀의 고 출력 및 신뢰성 향상을 위해 상부 하우징 상에 장착되는 전극단자의 구조를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 부스 바(Bus-bar) 용접을 위한 다단 구조의 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 접촉 저항 및 내부 저항 감소를 위한 일체형 구조의 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 실링 효과 증대를 위한 일체형 구조의 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징; 부스 바(Bus-bar)와 용접되기 위한 제1 단부와 부스바 연결을 위하여 높이를 보상하는 제2 단부를 포함하는 단자 머리를 갖는 하나 이상의 전극단자; 및 상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선들을 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전극단자는 상기 상부 하우징을 관통하는 단자 몸체(terminal body)와, 상기 단자 몸체의 이탈을 방지하는 와셔(washers)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 전극단자의 단자 몸체는 상부 하우징의 상에 배치되는 단자 머리와, 상기 단자 머리에서 연장되어 상기 상부 하우징을 관통하는 단자 핀으로 구성될 수 있으며, 상기 단자 머리와 상기 단자 핀은 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 단자 핀은 단자 머리의 하단으로부터 일직선 상으로 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 상기 단자 머리는, 상부 하우징에 밀착되어 에너지 저장장치의 내부 전해액이 외부로 누출되지 않도록 실링(sealing)하는 제3 단부를 포함할 수 있다. 상기 단자 머리의 제1 단부는 상부 하우징의 상면에 밀착하여 배치될 수 있고, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부의 상면에 일체로 형성될 수 있으며, 상기 제3 단부는 상기 제2 단부의 상면에 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 단부는 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 단자머리의 제2 단부는 상기 제1 단부 및 제3 단부의 높이보다 더 높은 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 단부는 상단에서 하단으로 갈수록 그 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 단부는 서로 다른 직경을 구비할 수 있다. 상기 단자 머리의 제3 단부는 부스 바의 높이와 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 상기 전극단자가 양극단자와 음극단자로 이루어진 경우, 상기 양극단자의 제3 단부 단면적과 상기 음극단자의 제3 단부 단면적이 서로 다르게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 다단 구조의 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 서로 인접한 에너지 저장장치들의 전극단자와 부스 바 간의 용접을 가능하게 하고, 상기 용접으로 인한 접촉 저항을 감소할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 일체형 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 에너지 저장장치의 내부 전해액이 셀 외부로 유출되지 않도록 막는 실링 효과를 증가할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 일체형 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 에너지 저장장치의 전극단자 구성을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 셀 내부 저항을 감소할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치의 외형을 나타내는 사시도;
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외형을 나타내는 사시도;
도 2b는 도 2a의 에너지 저장장치에 포함되는 전극소자의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면;
도 4 및 도 5는 도 3의 전극단자의 일부를 변형한 실시 예들을 나타내는 도면;
도 6은 서로 인접하는 에너지 저장장치들의 전극단자를 연결하는 부스 바를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외형을 나타내는 사시도;
도 2b는 도 2a의 에너지 저장장치에 포함되는 전극소자의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면;
도 4 및 도 5는 도 3의 전극단자의 일부를 변형한 실시 예들을 나타내는 도면;
도 6은 서로 인접하는 에너지 저장장치들의 전극단자를 연결하는 부스 바를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 부스 바 용접을 위한 다단 구조의 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 접촉 저항 및 내부 저항 감소를 위한 일체형 구조의 전극단자를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 에너지 저장장치에 포함되는 전극소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(100)는 원통형의 전극소자(110), 상기 전극소자(110)를 수용하는 하우징(120), 상기 하우징(120) 내에 수용되어 전극소자(110)를 함침하는 전해액(미도시), 상기 하우징(120) 외부로 돌출된 전극단자(130), 상기 전극소자(110)와 전극단자(130)를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선(140)을 포함할 수 있다.
전극소자(110)는 양극판(10), 분리막(separator, 30) 및 음극판(20)을 포함할 수 있다. 양극판(10), 분리막(30) 및 음극판(20)을 순차적으로 적층한 다음 원통형으로 권취하여 전극소자(110)를 형성하게 된다.
양극판(10)은 금속성의 집전체(12)와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층(14)을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 양극 리드선들(142)이 연결된다. 상기 양극 리드선들(142)이 연결되는 집전체 부분에는 활물질층(14)이 제거되는 것이 바람직하다. 이하, 본 실시 예에서는 3개의 양극 리드선(142)이 양극판(10)에 연결되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않는다.
음극판(20)은 금속성의 집전체(22)와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층(24)을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 음극 리드선(144)이 연결된다. 상기 음극 리드선(144)이 연결되는 집전체 부분에는 활물질층(24)이 제거되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 본 실시 예에서는 3개의 음극 리드선(144)이 음극판(20)에 연결되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않는다.
집전체(12, 22)는 통상 금속 포일(Foil)의 형태로 구성되며, 활물질층(14, 24)으로부터 방출되거나 상기 활물질층(14, 24)으로 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다. 활물질층(14, 24)은 활성탄소로서 집전체(12, 22)의 양면에 넓게 코팅되는 형태로 구성되며, 양극 및 음극의 전기 에너지를 저장하는 역할을 수행한다.
양극판(10)과 음극판(20) 사이에는 전하의 전도를 제한하기 위한 분리막(30)이 배치되고, 상기 하우징(120) 내에는 전해액이 충진된다. 여기서, 다공성의 활성물질층(14, 24)은 넓은 표면적을 구비하며, 상기 양극판(10)과 음극판(20)에 동일하게 활물질로 적용되어 그 각 표면이 전해액과 접촉하게 된다.
양극판(10) 및 음극판(20)에 소정의 전압이 가해지면, 전해액에 포함된 양이온 및 음이온이 각각 양극판(10) 및 음극판(20)으로 이동하여 다공성 활물질층(14, 24)의 세부 기공으로 침투하게 된다.
하우징(120)은 상부 하우징(122)과 하부 하우징(124)으로 구성된다. 하부 하우징(124)은 전극소자(110) 및 전해액을 수용하는 역할을 수행하고, 상부 하우징(122)은 하부 하우징(124)의 개방된 상면을 밀폐(또는 커버)하는 역할을 수행한다.
상부 하우징(122)은 합성 고무 재질 및 합성 수지 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 하우징(122)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 층과 베크라이트(bakelite) 층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
하부 하우징(124)은 금속 재질 또는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 하우징(122, 124)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.
상부 하우징(122)에는 하나 이상의 양극 리드선(142)이 연결되는 양극단자(132)와 하나 이상의 음극 리드선(144)이 연결되는 음극단자(134)를 포함하는 전극단자(130)가 결합된다. 상부 하우징(122), 전극단자(130) 및 복수의 리드선들(140)은 압입 공정을 통해 결합될 수 있다.
전극단자(130)는 기계적 강도를 확보할 수 있도록 알루미늄(Al), 스틸(steel) 또는 스테인레스강(Stainless steel) 중 적어도 하나의 재질로 구성될 수 있다. 더 나아가, 상기 전극단자(130)의 표면에 니켈(Ni) 또는 주석(Tin) 등을 코팅하여 납땜 등에 의한 접합성을 확보할 수 있다.
전극단자(130)는 상부 하우징(122)을 관통하는 단자 몸체부와, 상기 단자 몸체부의 이탈을 방지하는 와셔(washers)로 이루어진다. 단자 몸체부는 에너지 저장장치(100)의 내부 저항을 감소하기 위해 일체형 구조로 형성될 수 있다. 또한, 단자 몸체부의 상단은 부스 바와 용접하기 위해 다단 구조로 형성될 수 있다.
복수의 리드선들(140)은 용접 공정 또는 압입 공정 등을 통해 양극판(10) 및 음극판(20)과 연결될 수 있다. 양극 리드선들(142)은 양극판(10) 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있고, 음극 리드선들(144)은 음극판(20) 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있다. 이는 리드선들(140)이 전극판(10, 20)에 불규칙적으로 연결될 경우에 전극판(10, 20)에 인가되는 전기흐름이 전극에 균일하게 퍼지지 못해 저항 수치가 높아지게 되고, 이로 인해 에너지 저장장치의 신뢰성에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극단자(300)는 하나 이상의 양극 리드선(미도시)과 연결되는 제1 전극단자(즉, 양극단자, 310)와 하나 이상의 음극 리드선(미도시)과 연결되는 제2 전극단자(즉, 음극단자, 320)를 포함할 수 있다.
제1 및 제 2 전극단자(310, 320)는 일정 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제 2 전극단자(310, 320)는 서로 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극단자(310, 320)는 상부 하우징(122)을 관통하는 단자 몸체(terminal body, 312, 322)와, 상기 단자 몸체(312, 322)의 이탈을 방지하는 와셔(washers, 314, 324)를 포함할 수 있다.
단자 몸체(312, 322)는 상부 하우징(122)의 상면을 기준으로 그 위에 배치되는 단자 머리(312a, 322a)와, 그 아래에 배치되는 단자 핀(312b, 322b)으로 구성된다. 여기서, 상기 단자 머리(312a, 322a)와 단자 핀(312b, 322b)은 일체로 형성될 수 있다.
단자 핀(312b, 322b)은 단자 머리(312a, 322a)의 하단으로부터 일직선으로 일정 거리만큼 연장될 수 있다. 상기 단자 핀(312b, 322b)은 단자 머리(312a, 322a)의 하면으로부터 종단 영역의 인접 영역까지 일정한 두께를 갖도록 형성될 수 있고, 상기 종단 영역에서는 그 두께가 점점 감소하도록 형성될 수 있다.
단자 머리(312a, 322a)는 제1 단부(1), 제2 단부(2) 및 제3 단부(3)로 이루어진 일체형 다단 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 단부(1~3)는 원통형으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 따라서, 상기 제1 내지 제3 단부(1~3)는 사면체 형, 육면체 형, 팔면체 형 등과 같은 다면체 형상으로 형성될 수도 있다.
단자 머리(312a, 322a)의 제1 단부(1), 제2 단부(2) 및 제3 단부(3) 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 일 실시 예로, 상기 제2 단부(2)는 제1 단부(1) 및 제3 단부(3)의 높이보다 더 높은 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
제3 단부(3)는 단자 머리(312a, 322a) 중 가장 큰 직경(r3)(또는 단면적)을 갖는 구성으로서, 상부 하우징(122)의 상면과 밀착되게 설치되어 내부 전해액이 외부로 누출되지 않도록 실링하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제3 단부(3)의 면적이 넓을수록 그로 인한 실링 효과는 증가하게 된다.
또한, 압입 공정 시, 지그(jig)가 제3 단부(3) 상에 배치되는 경우, 상기 제3 단부(3)는 상기 지그와 함께 전극단자(310, 320)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 단부(2)는 제1 단부(1)보다 크고 제3 단부(3)보다 작은 직경(r2)(또는 단면적)을 갖는 구성으로서, 상기 제3 단부(3) 상에 형성되어 부스 바(Bus-bar) 연결을 위한 높이를 보상하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2 단부(2)는, 에너지 저장 모듈 공정 시, 부스 바를 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 압입 공정 시, 지그가 제3 단부(3)를 지지하는 공간을 좀 더 확보하기 위해, 상기 제2 단부(2)는 상단에서 하단으로 갈수록 그 직경(또는 단면적)이 작아지도록 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 단부(2)의 직경(또는 단c적)이 제3 단부(3)의 직경(또는 단면적)과 동일하게 형성됨으로써, 3단 구조의 전극소자가 아닌 2단 구조의 전극소자를 형성할 수 있다.
제1 단부(1)는 단자 머리(312a, 322a) 중 가장 작은 직경(r1)(또는 단면적)을 갖는 구성으로서, 상기 제2 단부(2) 상에 배치될 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 제1 단부(1)의 직경(r1)은 제2 단부(2) 직경(r2)의 1/2 이하를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(100)의 양극과 음극을 구별하기 위해, 제1 전극단자(310)의 제1 단부 직경(또는 단면적)과 제2 전극단자(320)의 제1 단부 직경(또는 단면적)을 서로 다르게 형성할 수 있다.
제1 단부(1)는 부스 바의 홀에 삽입되어 상기 부스 바와 용접하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제1 단부(1)의 직경(또는 단면적)은 부스 바의 홀(hole) 직경(또는 단면적)과 동일하거나 혹은 그 보다 약간 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 단부(1)의 높이는 부스 바의 높이(즉, 두께)와 동일하게 형성될 수 있다.
가령, 도 6에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 모듈 공정 시, 제1 에너지 저장장치(100)의 전극단자(130)와 제2 에너지 저장장치(200)의 전극단자(230) 위에 부스 바(600)가 설치될 수 있다. 여기서, 부스 바(600)는 제1 에너지 저장장치(100)의 전극단자(130)와 제2 에너지 저장장치(200)의 전극단자(230)를 전기적으로 연결한다.
상기 부스 바(400)는 전극단자들(130, 230)의 제2 단부(2) 상에 수평으로 배치되고, 부스 바(400)의 홀(410)은 전극단자들(130, 230)의 제1 단부(1)를 수용하게 된다. 부스 바(400)와 전극단자들(130, 230)의 제1 단부(1)가 만나는 경계 지점을 따라 레이저 용접을 수행하여, 상기 부스 바(400)와 전극단자들(130, 230)을 결합하게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장장치는 다단 구조의 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 서로 인접한 에너지 저장장치들의 전극단자와 부스 바 간의 용접을 가능하게 하고, 상기 용접으로 인한 접촉 저항을 감소할 수 있다. 또한, 상기 에너지 저장장치는 일체형 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 내부 전해액이 셀 외부로 유출되지 않도록 막는 실링 효과를 증가할 수 있다. 또한, 상기 에너지 저장장치는 일체형 전극단자를 상부 하우징에 장착함으로써, 상기 전극단자의 구성을 간소화할 뿐만 아니라 셀 내부 저항을 감소할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전극단자(700)는 하나 이상의 양극 리드선(미도시)과 연결되는 제1 전극단자(710)와 하나 이상의 음극 리드선(미도시)과 연결되는 제2 전극단자(720)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극단자(710, 720)는 상부 하우징(122)을 관통하는 단자 몸체(712, 722)와, 상기 단자 몸체(712, 722)의 이탈을 방지하는 와셔(714, 724)를 포함할 수 있다.
단자 몸체(712, 722)는 상부 하우징(722)의 상면을 기준으로 그 위에 배치되는 단자 머리(712a, 722a)와, 그 아래에 배치되는 단자 핀(712b, 722b)으로 구성된다. 여기서, 상기 단자 머리(712a, 722a)와 단자 핀(712b, 722b)은 일체로 형성될 수 있다.
단자 머리(712a, 722a)는 제1 단부(1), 제2 단부(2) 및 제3 단부(3)로 이루어진 일체형 다단 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 단부(1~3)는 원통형으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
단자 머리(712a, 722a)의 제2 및 제3 단부(2, 3)는 상술한 도 3에 도시된 단자 머리(312a, 322a)의 제2 및 제3 단부(2, 3)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 단자 머리(712a, 722a)의 제1 단부(1)는 단자 머리(712a, 722a) 중 가장 작은 직경(r1)(또는 단면적)을 갖는 구성으로서, 상기 제2 단부(2) 상에 배치될 수 있다. 특히, 본 실시 예에서, 상기 제1 단부(1)의 직경(r1)은 제2 단부(2) 직경(r2)의 1/2보다 크게 형성될 수 있다.
이러한 제1 단부(1)는 부스 바의 홀에 삽입되어 상기 부스 바와 용접하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제1 단부(1)의 직경(r1)은 부스 바의 홀(hole) 직경과 동일하거나 혹은 그 보다 약간 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 단부(1)의 높이(h1)는 부스 바의 높이(즉, 두께)와 동일하게 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전극단자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전극단자(800)는 하나 이상의 양극 리드선(미도시)과 연결되는 제1 전극단자(810)와 하나 이상의 음극 리드선(미도시)과 연결되는 제2 전극단자(820)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극단자(810, 820)는 상부 하우징(122)을 관통하는 단자 몸체(812, 822)와, 상기 단자 몸체(712, 722)의 이탈을 방지하는 와셔(814, 824)를 포함할 수 있다.
단자 몸체(812, 822)는 상부 하우징(822)의 상면을 기준으로 그 위에 배치되는 단자 머리(812a, 822a)와, 그 아래에 배치되는 단자 핀(812b, 822b)으로 구성된다. 여기서, 상기 단자 머리(812a, 822a)와 단자 핀(812b, 822b)은 일체로 형성될 수 있다.
단자 머리(812a, 822a)는 제1 단부(1), 제2 단부(2) 및 제3 단부(3)로 이루어진 일체형 다단 구조로 형성될 수 있다. 단자 머리(812a, 822a)의 제1 단부(1), 제2 단부(2) 및 제3 단부(3) 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 단자 머리(812a, 822a)의 제2 및 제3 단부(2, 3)는 상술한 도 3에 도시된 단자 머리(312a, 322a)의 제2 및 제3 단부(2, 3)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 단자 머리(812a, 822a)의 제1 단부(1)는 단자 머리(812a, 822a) 중 가장 작은 직경(r1)(또는 단면적)을 갖는 구성으로서, 상기 제2 단부(2) 상에 배치될 수 있다. 특히, 본 실시 예에서, 상기 제1 단부(1)의 직경(r1)은 제2 단부(2) 직경(r2)의 1/2보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 단부(1)는 원통 형상이 아닌 도넛 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 제1 단부(1)는 부스 바의 홀에 삽입되어 상기 부스 바와 용접하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제1 단부(1)의 직경(r1)은 부스 바의 홀(hole) 직경과 동일하거나 혹은 그 보다 약간 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 단부(1)의 높이(h1)는 부스 바의 높이(즉, 두께)와 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전극단자들이 3단 구조로 형성되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 4단 이상의 구조로 형성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 에너지 저장소자 110: 전극소자
120: 하우징 130/300: 전극단자
310: 제1 전극단자 320: 제2 전극단자
312/322: 단자 몸체 312a/322a: 단자 머리
312b/322b: 단자 핀 314: 와셔
120: 하우징 130/300: 전극단자
310: 제1 전극단자 320: 제2 전극단자
312/322: 단자 몸체 312a/322a: 단자 머리
312b/322b: 단자 핀 314: 와셔
Claims (13)
- 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자;
상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징;
부스 바(Bus-bar)와 용접하기 위해 상기 부스 바의 홀에 삽입되도록 형성되는 제1 단부와 부스 바 연결을 위하여 높이를 보상하는 제2 단부를 포함하는 단자 머리를 갖는 하나 이상의 전극단자; 및
상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선들을 포함하되,
상기 제1 단부는 상기 제2 단부의 상면에 일체로 형성되며, 상기 제2 단부의 직경보다 작은 직경을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 단부는 서로 다른 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극단자는 상기 상부 하우징을 관통하는 단자 몸체(terminal body)와, 상기 단자 몸체의 이탈을 방지하는 와셔(washers)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제3항에 있어서,
상기 단자 몸체는 상기 상부 하우징의 상에 배치되는 단자 머리와, 상기 단자 머리에서 연장되어 상기 상부 하우징을 관통하는 단자 핀으로 구성되며,
상기 단자 머리와 상기 단자 핀은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제4항에 있어서,
상기 단자 핀은 상기 단자 머리의 하단으로부터 일직선 상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 단자 머리는, 상기 상부 하우징에 밀착되어 에너지 저장장치의 내부 전해액이 외부로 누출되지 않도록 실링(sealing)하는 제3 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서,
상기 제2 단부는 상기 제3 단부의 상면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 단부는 상기 부스 바의 높이와 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서,
상기 제2 단부는 상기 제1 단부 및 제3 단부의 높이보다 더 큰 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서,
상기 제2 단부는 상단에서 하단으로 갈수록 그 단면적이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서, 상기 전극단자가 양극단자와 음극단자로 이루어진 경우,
상기 양극단자의 제1 단부 단면적과 상기 음극단자의 제1 단부 단면적이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 단부는 서로 다른 직경을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단부는, 상기 상부 하우징에 밀착되어 내부 전해액이 외부로 누출되지 않도록 실링하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
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