KR102539169B1 - 통체형 전지의 단자 접속 구조 및 이를 이용한 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조는, 통체형 구조로 이루어지고 전극 조립체가 내장된 전지 본체와, 상기 전지 본체의 양단부 쪽에 각각 구성되어 다른 전지와 전기적으로 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고; 상기 양극 단자 및 음극 단자 중 한 쪽 단자는 다른 전지에 결합될 수 있도록 구형 구조로 돌출된 구형 단자로 이루어지고, 다른 쪽 단자는 또 다른 전지의 구형 단자가 삽입될 수 있도록 홈 구조로 형성된 홈형 단자로 이루어짐으로써, 추가 고정 수단을 이용하지 않고도 전지들을 용이하게 연결할 수 있고, 또한 전지들을 다양한 각도로 연결하여 배터리 팩을 제조할 수 있다.

Description

통체형 전지의 단자 접속 구조 및 이를 이용한 배터리 팩{Terminal connection structure of cylindrical type battery and battery pack using the same}

본 발명은 원통형 전지를 포함한 통체형 전지의 단자 접속 구조 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류된다.

이 중 원통형 전지는 주로 금속 재질의 케이스를 원통형 구조로 만들어서 사용하므로 다른 형태의 배터리 셀에 비해 안전성이 뛰어나다. 또한, 케이스 내부에 구성되는 전극 조립체를 둥글게 말아서 제조하기 때문에 부피당 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 여러 개의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 전력 저장 장치를 구성하기 쉽다는 장점이 있다.

원통형 전지의 상면과 밑면에는 양극 단자와 음극 단자가 각각 구성되어 다른 전지의 음극 단자 및 양극 단자와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는 구조를 갖는다.

이때 양극 단자는 전지에서 돌출된 구조를 갖고, 음극 단자는 대략 평면구조로 이루어짐에 따라 양극 단자와 음극 단자를 안정적으로 연결하기 위해서는 전지를 주변 구조물을 이용하여 고정한 상태에서 연결하거나, 서로 접속되는 양극 단자와 음극 단자를 리드와 같이 전기가 통하는 금속으로 용접하는 방법으로 연결하고 있다.

하지만, 이러한 원통형 전지의 접속 구조는 대용량의 전력 저장 장치로 구성할 경우에 고정 수단을 이용함에 따라 전체적인 구조가 복잡해질 수 있고, 또 용접하는 방법으로 고정할 경우에 전지의 교체 및 수리 작업도 쉽지 않은 문제점이 있다.

한편, 대한민국 공개특허 제10-2012-0110827호에는 일반 건전지에서 양극 단자와 음극 단자가 요철 구조로 이루어져 상호 접속되는 기술이 개시되어 있다. 이 공개특허 기술은 고정 수단 등을 이용하지 않고 요철 구조를 이용하여 상호 연결될 수 있는 구조를 가지나, 전지의 밑면과 다른 전지의 상면이 서로 밀착된 상태로 접속되기 때문에 외력이 작용하였을 경우에 대응 구조가 취약하여 쉽게 분리되거나 접속 부분에 문제가 발생할 수 있고, 또한 다양한 각도로 연결하기 어려운 문제도 있다.

한국 공개특허 제10-2012-0110827호 한국 공개특허 제10-2015-0040135호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양극 단자와 음극 단자를 구형 단자와 홈형 단자로 구성함으로써 추가 고정 수단을 이용하지 않고도 전지들을 용이하게 연결할 수 있고 또 전지들을 다양한 각도로 연결하여 이용할 수 있는 통체형 전지의 단자 접속 구조 및 이를 이용한 배터리 팩을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 통체형 전지는 통체형 구조로 이루어지고 전극 조립체가 내장된 전지 본체와, 상기 전지 본체의 상면과 밑면에 각각 돌출되도록 구성되어 다른 전지와 전기적으로 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고; 상기 양극 단자 및 음극 단자 중 한 쪽 단자는 다른 전지에 결합될 수 있도록 구형 구조로 돌출된 구형 단자로 이루어지고, 다른 쪽 단자는 또 다른 전지의 구형 단자가 삽입될 수 있도록 홈 구조로 형성된 홈형 단자로 이루어지며, 상기 구형 단자 또는 상기 홈형 단자는 상부 또는 하부에 배치된 다른 전지의 홈형 단자 또는 구형 단자와 직렬로 연결된 상태에서 일정 정도 각도의 변경이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 양극 단자는 구형 단자이고, 상기 음극 단자는 홈형 단자로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, 상기 양극 단자는 홈형 단자이고, 상기 음극 단자는 구형 단자로 이루어질 수도 있다.

상기 구형 단자와 상기 홈형 단자는 다른 전지의 홈형 단자와 구형 단자와 직렬로 연결된 상태에서 일정 정도 각도의 변경이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 양극 단자와 음극 단자는, 상기 전지 본체의 상면과 밑면에서 각각 돌출된 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 구형 단자는 구체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 홈형 단자는 상기 전지 본체에서 원통형 구조로 돌출되는 것이 바람직하다.

상기 홈형 단자는 적어도 일부분이 절개된 구조로 형성될 수 있다.

상기 홈형 단자는 상기 구형 단자가 끼워지는 내면이 오목한 곡면으로 형성될 수 있다.

상기 전지 본체는 상면과 밑면의 모서리 부분 중 적어도 어느 한쪽에 절연체가 구비될 수 있다.

또한, 상기 전지 본체는 상면과 밑면의 모서리 부분과 둘레면에 절연체가 구비될 수 있다.상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 상기한 통체형 전지의 단자 접속 구조를 갖는 전지들이 서로 직렬로 연결된 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조 및 이를 이용한 배터리 팩은 전지의 양극 단자와 음극 단자를 볼 조인트 형식으로 결합되는 구형 단자와 홈형 단자로 구성되기 때문에 추가 고정 수단을 이용하지 않고도 전지들을 용이하게 연결할 수 있고, 또한 전지들을 다양한 각도로 연결하여 배터리 팩을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

즉, 본 발명은 전지와 전지를 직렬로 연결할 때 구형 단자가 홈형 단자에 삽입되는 방식으로 연결되기 때문에 용접하지 않아도 되고, 이에 따라 용접에 필요한 리드와 같은 추가 부품을 사용하지 않고도 전지들을 용이하게 연결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전지들이 볼 조인트 형상으로 연결되기 때문에 다양하게 각도 조절이 가능하여, 배터리 팩을 구성할 때 전지들의 연결 형태를 다양하게 구성할 수 있고, 외력이 작용할 경우에도 전지들의 각도가 변경되면서 신축성 있는 대응이 가능하여 전지 접속 구조의 신뢰성이 높아질 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서,
도 1은 전지 전체의 사시도,
도 2는 양극 단자의 상세도,
도 3은 음극 단자의 상세도,
도 4는 전지 접속 구조를 보여주는 상세도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서,
도 5는 전지 전체의 사시도,
도 6은 양극 단자의 상세도,
도 7은 음극 단자의 상세도,
도 8은 전지 접속 구조를 보여주는 상세도이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서,
도 9는 홈형 단자를 보여주는 부분 절개 사시도,
도 10은 전지 접속 구조를 보여주는 주요부 단면도이다.
도 11 내지 도 12은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서,
도 11은 전지의 양단부에만 절연부가 구성된 실시예의 도면이고,
도 12는 전지의 외면 전체에 절연부가 구성된 실시예의 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 전지의 직렬 연결 상태가 도시된 참고 도면들이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서, 도 1은 전지 전체의 사시도, 도 2는 양극 단자의 상세도, 도 3은 음극 단자의 상세도, 도 4는 전지 접속 구조를 보여주는 상세도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조는, 원통형 구조로 이루어진 전지 본체(10)와, 이 전지 본체(10)의 양단부 쪽에 각각 구성되어 다른 전지와 전기적으로 연결되는 양극 단자(20) 및 음극 단자(30)를 포함하여 구성된다.

전지 본체(10)는, 캔 구조로 이루어진 전지 케이스(12)와, 이 전지 케이스(12) 내부에 구비된 전극 조립체(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 전극 조립체는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조일 수 있으며, 양극은 양극 리드를 통해 전지 케이스(12)의 상부에 노출된 양극 단자(20)에 연결되고, 음극은 음극 리드를 통해 전지 케이스(12)의 밑면에 구성되는 음극 단자(30)에 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다.

양극 단자(20)와 양극 리드 사이에는 필요시 전류를 차단하거나 파손을 방지하기 위한 안전 소자, 안전 벤트, 개스킷 등이 구성될 수 있다.

특히, 본 실시예에서, 상기 양극 단자(20)는 다른 전지의 음극 단자(30)가 삽입될 수 있도록 홈 구조로 형성된 홈형 단자(G)로 이루어지고, 상기 음극 단자(30)는 또 다른 전지의 양극 단자(20)인 홈형 단자(G)에 삽입될 수 있도록 구형 구조로 돌출된 구형 단자(B)로 이루어진다.

또한, 양극 단자(20)와 음극 단자(30)는 두 전지의 구형 단자(B)와 홈형 단자(G)가 상호 결합되어 전기적으로 연결된 상태에서 두 전지의 전지 본체(10) 사이가 일정 정도 이격되어 있도록 두 단자(20)(30) 모두 전지 본체(10)의 상면과 밑면으로부터 돌출된 구조로 구성되는 것이 바람직하다.

양극 단자(20)를 구성하는 홈형 단자(G)는, 도 2를 참조하면, 전지 본체(10)에서 원통형 구조로 돌출되게 형성된다.

이러한 홈형 단자(G)는 구형 단자(B)가 삽입될 때 용이하게 삽입되고, 전지의 각도가 꺾일 때 어느 정도 탄성을 갖고 대응할 수 있도록 가운데 부분이 절개된 구조(22)로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2에서는 홈형 단자(G)의 절개 각도가 180도인 것을 예시하고 있으나, 실시 조건에 따라서는 90도 또는 270도 등 적절한 절개 위치를 설정하여 구성할 수 있다.

또한, 홈형 단자(G)는 전지 본체(10) 방향으로 점차 확장되고 복수개로 분할된 다리형 연결부(24)를 통해 전지 본체(10)와 전기적으로 연결되게 구성할 수 있고, 홈형 단자(G)의 하단과 다리형 연결부(24) 사이의 연결 부분은 막힌 구조의 원판부(26)가 형성될 수 있다.

여기서, 다리형 연결부(24)는 전극 조립체의 양극과 연결되는데, 이를 위해 다리형 연결부(24)는 전지 상부의 캡 구조물(15) 또는 내부의 양극 리드와 연결되게 구성될 수 있다.

이와 같이 양극 단자(20)를 구성하는 홈형 단자(G)는 전지의 캡 상부에 원통 구조로 돌출되는 구조이면, 전지 내부의 전극 조립체 또는 다른 여러 부대 소자들과 다양한 구조로 연결하여 구성할 수 있을 것이다.

다음, 음극 단자(30)를 구성하는 구형 단자(B)는, 도 3을 참조하면, 전지 본체(10)의 밑면에서 돌출된 원형 구체로 형성될 수 있다.

구형 단자(B)는 볼 조인트와 같이 상기 홈형 단자(G)에 삽입되어 자유롭게 움직이면서 전기적 접속이 유지될 수 있는 구조이면, 정원형 구체 외에 타원형 구체, 끝단면은 평면이고 둘레면만 볼록한 곡면을 갖는 구체 등으로 다양하게 구성할 수 있다.

이러한 구형 단자(B)는 전지 케이스(12) 내의 전극 조립체의 음극과 음극 리드 등을 통해서 전기적으로 연결되게 구성된다.

상기와 같은 양극 단자(20)와 음극 단자(30)를 갖는 통체형 전지의 접속 과정을 도 4를 참조하여 설명한다.

제 1 전지(100)의 음극 단자(30)와 제 2 전지(200)의 양극 단자(20)를 상호 접속하기 위해, 제 1 전지(100)의 음극 단자(30)를 구성하는 구형 단자(B)를 제 2 전지(200)의 양극 단자(20)를 구성하는 홈형 단자(G)에 삽입하여 접속한다.

이때, 제 1 전지(100)의 음극 단자(30)는 구형으로 형성되어 제 2 전지(200)의 양극 단자(20) 내에 삽입된 상태에서 전기적 접속이 유지되고, 이와 같은 상태에서 도 13에 도시된 바와 같이 상대 전지에 대하여 일정 각도 범위에서 자유롭게 움직일 수 있게 된다.

이하 설명되는 본 발명의 다른 실시예들에서는 앞서 설명한 제 1 실시예의 구성과 동일 유사한 구성에 대해서는 도면에 동일한 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서, 도 5는 전지 전체의 사시도, 도 6은 양극 단자의 상세도, 도 7은 음극 단자의 상세도, 도 8은 전지 접속 구조를 보여주는 상세도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조는, 상기한 제 1 실시예와 반대로, 양극 단자(20)가 구형 단자(B)로 이루어지고, 음극 단자(30)가 홈형 단자(G)로 이루어진다. 물론, 양극 단자(20)와 음극 단자(30) 모두 전지 본체(10)로부터 돌출된 구조를 갖는다.

양극 단자(20)를 구성하는 구형 단자(B)는, 도 6을 참조하면, 전지 본체(10) 방향으로 점차 확장된 구조를 갖는 확장부(23) 및 다리형 연결부(24)를 통해 전지 본체(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구형 단자(B)는 전지의 캡 상부에 원통 구조로 돌출되는 구조이면, 전지 내부의 전극 조립체 또는 여러 부대 소자들과 다양한 방법으로 전기적으로 연결되게 구성할 수 있다.

음극 단자(30)를 구성하는 홈형 단자(G)는, 도 7을 참조하면, 전지 본체(10)의 밑면에서 원통형 구조로 돌출되고, 제 1 실시예의 홈형 단자(G)와 같이 절개된 구조(32)를 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 음극 단자(30)는 음극 리드 등을 통해 내부의 전극 조립체와 전기적으로 연결된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조도 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 전지(100)의 음극 단자(30)인 홈형 단자(G)에 제 2 전지(200)의 양극 단자(20)인 구형 단자(B)가 삽입되어 상호 결합됨으로써 전기적으로 안정되게 접속됨과 아울러, 도 13에서와 같이 두 전지가 일정 각도 상대 움직임이 가능하도록 연결된다.

도 9 내지 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서, 도 9는 홈형 단자를 보여주는 부분 절개 사시도, 도 10은 전지 접속 구조를 보여주는 정면도로 주요 부분은 단면으로 나타내었다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예의 구성과 기본적으로 유사하나, 양극 단자(20)를 구성하는 홈형 단자(Ga)의 내면에 오목한 곡면 구조의 그루브(28)가 형성된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제 2 전지(200)의 양극 단자(20)를 구성하는 홈형 단자(Ga)의 내측 둘레면에 그루브(28)가 형성됨에 따라 제 1 전지(100)의 구형 단자(B)가 삽입될 때, 적절한 삽입 위치를 결정하는 디텐트(detent) 기능을 제공하면서 또한 두 전지의 연결 각도가 변화될 때에도 그루브(28)을 중심으로 구형 단자(B)가 회전하게 되어 보다 안정된 접속 구조가 유지될 수 있게 된다.

도 11 내지 도 12은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조가 도시된 도면들로서, 도 11은 전지의 양단부에만 절연부가 구성된 실시예의 도면이고, 도 12는 전지의 외면 전체에 절연부가 구성된 실시예의 도면이다.

도 11에 도시된 실시예에서는 전지 본체(10)의 상면과 밑면의 모서리 부분에 절연체(41)가 설치된 구성을 보여준다. 이때 절연체(41)는 전지 본체(10)의 상면과 밑면에 모두 설치하는 것이 바람직하나, 실시 조건에 따라서는 전지 본체(10)의 상면과 밑면 중 어느 한쪽에만 구성하는 것도 가능하다.

절연체(41)가 전지 본체(10)의 상면과 밑면의 모서리 부분에 설치될 때, 모서리 부분을 중심으로 상면과 밑면, 그리고 둘레면을 일정 면적 덮어주도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 절연체(41)는 절연 물질로 이루어진 절연 부재를 전지 케이스(12)에 씌워서 구성하거나, 전지 케이스(12)를 구성하는 부분과 조립하여 연결하는 방식으로 구성할 수 있다.

이러한 절연체(41)의 구성은 도 13에서와 같이 전지를 연결할 때 제 1 전지(100)와 제 2 전지(200)의 모서리 부분이 서로 접촉하여 스크래치, 쇼트 등이 발생할 수 있으므로 이를 방지하여 전지를 보호하기 위해 구성된다.

도 12에 도시된 실시예에서는 전지 본체(10)는 상면과 밑면의 모서리 부분과 둘레면 전체에 절연체(45)가 구비된 구성을 보여준다.

이때 절연체(45)는 전지 본체(10)를 구성하는 전지 케이스의 외면에 씌워서 설치하거나, 전지 본체(10)를 구성하는 전지 케이스 자체를 절연 물질을 이용하여 구성할 수 있다.이외의 구성 부분은 앞서 설명한 본 발명의 실시예와 동일 유사하게 구성할 수 있으므로 도면에 동일한 도면 번호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 여러 실시예들에서는 원통형 전지를 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 오각, 육각 등 다른 모양의 다각 통체형 구조를 갖는 전지에도 동일 유사한 구조를 적용할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 통체형 전지의 단자 접속 구조를 갖는 전지들이 서로 직렬로 연결하여 다양한 각도로 연결되는 배터리 팩을 구성할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 전지 본체 12 : 전지 케이스
15 : 캡 구조물 20 : 양극 단자
22 : 절개된 구조 28 : 그루브
30 : 음극 단자 32 : 절개된 구조
41 : 절연체 45 : 절연체
B : 구형 단자 G, Ga : 홈형 단자

Claims (10)

1. 통체형 구조로 이루어지고 전극 조립체가 내장된 전지 본체와, 상기 전지 본체의 상면과 밑면에 각각 돌출되도록 구성되어 다른 전지와 전기적으로 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고;
   상기 양극 단자 및 음극 단자 중 한 쪽 단자는 다른 전지에 결합될 수 있도록 구형 구조로 돌출된 구형 단자로 이루어지고, 다른 쪽 단자는 또 다른 전지의 구형 단자가 삽입될 수 있도록 홈 구조로 형성된 홈형 단자로 이루어지며,
   상기 구형 단자 또는 상기 홈형 단자는 상부 또는 하부에 배치된 다른 전지의 홈형 단자 또는 구형 단자와 직렬로 연결된 상태에서 일정 정도 각도의 변경이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 구형 단자는 정원형 또는 타원형 구체로 형성된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 홈형 단자는 상기 전지 본체에서 원통형 구조로 돌출된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 홈형 단자는 적어도 일부분이 절개된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 홈형 단자는 상기 구형 단자가 끼워지는 내면이 오목한 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 전지 본체는 상면과 밑면의 모서리 부분 중 적어도 어느 한쪽에 절연체가 구비된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 전지 본체는 상면과 밑면의 모서리 부분과 둘레면에 절연체가 구비된 것을 특징으로 하는 통체형 전지.
10. 청구항 1, 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 전지들이 서로 직렬로 연결된 배터리 팩.

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