KR20060037597A - 이차 전지 및 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 전지의 단자 연결 구조를 개선하여 단자와의 접촉면적을 극대화시킴으로써 전기 전도율을 높이고 집전효율을 향상시킬 수 있도록, 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 이차 전지모듈에 있어서, 외측으로 연결구가 놓여지는 플랜지가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성된 체결부재가 상기 단위 전지의 단자에 체결되어 단자를 고정하고, 상기 연결구는 상기 체결부재에 끼워져 상기 체결부재에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 이차 전지 모듈을 제공한다.

단자, 체결부재, 플랜지, 연결구, 너트

Description

이차 전지 및 이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 종래기술에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈 조립 상태를 도시한 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 대용량 전지에 있어서 단위 전지간 연결구조를 개선하여 집진효율을 증대시킨 이차 전지 및 이 이차 전지를 이용한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와같이 하나의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)는 통상 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 고출력 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)을 이루게 되며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀페하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 외측으로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈(100)을 구성하기 위하여 각 단위전지(111)의 캡 조립체(113) 상부로 돌출된 양극단자(114) 및 음극단자(115)가 이웃하는 단위전지(111)의 양극단자(114) 및 음극단자(115)와 엇갈리도록 각 단위전지(111)를 교차 배열하고, 나사가공된 양극단자(114)와 음극단자(115)간에 너트(117,118)를 매개로 연결구(116)를 연결설치하는 구조로 되어 있다.

즉, 각 단자(114,115)는 수나사 형태로 이루어지고, 각 단자에 일차적으로 너트(117)가 체결되며, 상기 너트(117) 위에 일측 단위전지(111)의 양극단자(114)와 다음 단위전지(111)의 음극단자(115)를 전기적으로 연결하는 연결구(116)가 끼워지며 상기 연결구(116) 위에 다시 너트(118)가 체결되어 연결구(116)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

그러나 상기한 종래의 전지 모듈 구조는 단자로부터 연결구 사이에 연결저항이 커 집전 효율이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 단자로 이동된 전자는 단자에 설치된 너트를 통해 연결구로 이동하게 되는 데, 전자의 이동로가 단자와 너트의 접촉면적에 국한됨에 따라 접촉면적이 적어 저항이 증가하고 전기 전도율이 떨어지게 되는 것이다.

특히, HEV(하이브리드 전기 자동차)용이나 EV(전기 자동차)를 포함하여 모터를 사용하는 대용량 이차 전지의 경우 고출력을 요구하는 데, 상기와 같이 저항의 증가로 인한 전기 전도율의 저하로 출력저하가 발생하여 원하는 모터 구동 특성을 얻기 힘들게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위 전지를 연결하여 대용량의 전지모듈을 구성함에 있어서, 단위 전지의 단자 연결 구조를 개선하여 단자와의 접촉면적을 극대화시킴으로써 전기 전도율을 높이고 집전효율을 향상시킬 수 있도록 된 이차 전지 및 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐시키고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자가 설치되는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 외측에서 상기 단자에 체결되어 단자를 고정하는 체결부재를 포함하고, 상기 체결부재는 중앙에 상기 단자와의 체결을 위한 암나사홀이 가공되고 외측에는 플랜지가 돌출형성되며, 외주면에는 너트가 체결되도록 나사산이 형성된 구조로 되어 있다.

또한, 상기한 구조의 이차 전지를 단위 전지로 하여 구성되는 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위전지와 단위전지의 단자간에 전기적으로 연결되는 연결구를 포함하는 전지모듈에 있어서, 외측으로 상기 연결구가 놓여지도록 플랜지가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되고 중앙에 상기 단자와의 체결을 위한 암나사홀이 가공된 체결부재가 상기 단위 전지의 단자에 체결되고, 상기 연결구는 상기 체결부재에 끼워져 체결부재의 외주면에 형성된 나사산에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 구조로 되어 있다.

이에 따라 단자와 연결구를 전기적으로 연결하는 체결부재가 단자의 전면에 접하게 되어 단자와의 접촉면적을 늘리고 전기 전도율을 높일 수 있게 되는 것이다.

상기 체결부재는 내주면에 수나사 형태의 단자에 체결되도록 암나사 홀이 가공되며 외주면에는 너트가 체결될 수 있도록 수나사가 가공되고, 하부 외측에는 외주면을 따라 연결구와 접하는 플랜지가 형성된 구조로 되어 있다.

상기 연결구는 전기를 통하는 재질로 이루어진 플레이트 구조물로, 일측 단위전지의 양극단자 또는 음극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자 또는 양극단자에 장착된 상기 체결부재에 끼워질 수 있도록 이웃하는 단위전지의 체결부재간 간격에 맞춰 홀이 양단에 각각 형성된 구조로 되어 있다.

그리고 상기 전지모듈은 상기 단위전지들이 직렬로 연결된 구조로 이웃하는 단위전지 간에 양극단자와 음극단자가 서로 엇갈리도록 교차 배열될 수 있다.

여기서 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)의 구조를 살펴보면 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(18)와, 상기 전극 조립체(18)가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(12), 상기 케이스(12)와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체(13), 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되는 양,음극단자(14,15), 상기 양,음극단자를 캡 조립체에 고정시키기 위한 체결부재(30)를 포함한다.

여기서 상기 체결부재(30)는 중앙을 관통하여 암나사홀(31)이 가공되어 수나사 형태의 단자(14,15)에 체결되는 구조로 되어 있으며, 외주면에는 너트(40)가 체결될 수 있도록 수나사가 가공되고, 하부 외측에는 외주면을 따라 플랜지(32)가 돌출 형성되어 이웃하는 단위전지(11)의 단자(14,15)간 연결을 위한 연결구(20)가 놓여질 수 있도록 되어 있다.

상기 케이스(12)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극 조립체가 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체의 각형 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에서 상기 각 단위전지(11)는 캡 조립체(13) 위로 두 개의 단자(양극단자(14)와 음극단자(15))가 간격을 유지한 상태로 돌출된 구조로 되어 있으며 이하 설명에서는 상기한 단자 구조를 갖는 단위 전지를 예로서 설명하도록 한다.

상기한 구조의 각 단위전지(11)는 대용량의 전지모듈(10)을 구성하기 위하여, 단자(14,15)가 상부를 향하는 상태로 놓여지고 일측 단위전지(11)의 캡 조립체(13) 상부로 돌출된 양극단자(14) 및 음극단자(15)가 이웃하는 단위전지(11)의 양극단자(14) 및 음극단자(15)와 엇갈리도록 교차 배열된다.

이에 따라 단위전지(11)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극단자와 음극단자가 반복되면서 일정간격으로 늘어서는 단자열이 형성된다. 여기서 상기 단자열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 이해될 수 있다.

여기서 상기 각 단위 전지(11)의 단자(14,15)는 수나사 형태로 캡 조립체(13) 상에 가스켓(16)을 매개로 캡 조립체(13) 외측으로 돌출되며, 상기 체결부재(30)가 상기 단자(14,15)에 체결되어 조여짐으로서 캡 조립체(13) 상에 조립 고정된다.

미설명된 도면 부호 (19)는 체결부재(30)와 가스켓(16) 사이에 설치되는 와셔이다.

한편, 상기한 구조의 단위 전지를 다수개 직렬 또는 병렬로 연결시켜 하나의 고출력 전지 모듈을 제조하기 위해서는 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 연결구(20)가 장착된다.

이와같이 캡 조립체(13) 상에 조립된 각 단위 전지(11)의 단자(14,15)간에 연결구(20)가 조립되는 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 연결구(20)는 상기 단위 전지의 단자(14,15)에 이미 체결되어 있는 체결부재를 이용하여 설치된다. 즉, 상기 연결구는, 외측으로 상기 연결구(20)가 놓여지도록 플랜지(32)가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성된 체결부재(30)와 이 체결부재(30)의 나사산에 체결되는 너트(40)를 매개로 고정되는 구조로 되어 있다.

여기서 상기 체결부재(30)는 중앙에 형성된 암나사홀(31)을 통해 상기 수나사 형태의 단자(14,15)에 나사결합됨으로써 단자(14,15)의 전면이 체결부재(30)에 접할 수 있게 된다.

또한, 상기 체결부재(30)의 외측에는 연결구(20)가 장착될 수 있도록 하단부에 외주면을 따라 연결구(20)가 놓여지는 플랜지(32)가 돌출 형성되고, 외주면에는 너트 체결용 수나사가 가공된 구조로 되어 있다.

따라서 상기 연결구(20)가 상기 체결부재(30)에 끼워져 플랜지(32) 위에 놓여진 상태에서 상기 체결부재(30)에 형성된 수나사에 너트(40)를 고정시킴으로써 연결구(20)를 체결부재(30)에 고정 설치할 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 연결구(20)는 전기를 통하는 재질로 이루어진 조립체 구조물로, 일측 단위전지의 양극단자 또는 음극단자와 이웃하는 단위전지의 음극단자 또는 양 극단자에 장착된 상기 체결부재(30)에 끼워질 수 있도록 이웃하는 단위전지의 체결부재(30)간 간격에 맞춰 홀(21)이 양단에 각각 형성된 구조로 되어 있다.

상기 홀(21)의 크기는 상기 체결부재(30)의 외경에 대응되도록 한다.

이에 따라 단자(14,15)와 연결구(20)를 전기적으로 연결하는 체결부재(30)가 단자(14,15)의 전면에 접하게 되어 단자와의 접촉면적을 늘리고 전기 전도율을 높일 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 전지 모듈의 연결구(20) 장착과정과 그 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

각 단위 전지(11)의 단자(14,15)는 각 단위전지(11)의 캡 조립체(13)에 가스켓(16)을 매개로 돌출 설치되어 있고, 체결부재(30)가 캡 조립체(13) 외측으로 돌출된 단자(14,15)에 와셔(19)를 매개로 체결되어 단자(14,15)를 캡 조립체(13)에 고정하고 있게 된다.

즉, 수나사가 형성된 단자(14,15)에 암나사홀(31)이 형성된 체결부재(30)를 나사결합으로 조여줌으로써 체결부재(30)가 단자(14,15)에 장착되어 단자를 고정시키게 된다.

이와같이 단자가 고정된 상태에서 각 단위 전지를 연결구(20)로 연결시켜 고출력의 전지 모듈(10)을 완성하기 위해서는 배열되어 있는 각 단위전지(11)의 단자(14,15)에 연결구(20)를 조립하게 된다.

즉, 도 2는 연결구(20)가 단위전지(11)에 설치되는 상태를 잘 예시하고 있는 데, 상기한 도면에 의하면, 각 단위전지(11)가 일정간격을 두고 배열되어 있고, 배 열된 각 단위전지(11)는 단위전지에 설치된 양극단자(14)와 음극단자(15)가 서로 엇갈리도록 배치된다.

이 상태에서 일측 단위전지(11)의 양극단자(14)와 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자(15)에 연결구(20)가 끼워져 전기적으로 연결되고 상기 다음 단위전지(11)의 다른쪽 단자열에 위치한 양극단자(14)는 그 다음에 놓여져 있는 단위전지(11)의 음극단자(15)와 연결구(20)를 매개로 연결되어 전체 단위전지(11)가 직렬로 연결된다.

단자간 연결구(20)의 조립은 다음과 같다.

먼저 상기 연결구(20)에 형성된 홀(21)을 통해 이웃하는 단위 전지(11)의 단자(14,15)에 체결된 체결부재(30)에 연결구(20)를 끼워주게 되면 연결구(20)가 체결부재(30)의 외측에 형성된 플랜지(32) 위에 놓여지게 된다.

그리고 외주면에 수나사가 가공된 상기 체결부재(30)에 너트(40)를 체결하여 조여줌으로써 연결구(20)를 고정시킨다.

따라서 상기 연결구(20)는 체결부재(30)의 플랜지(32)와 너트(40)에 의해 고정될 수 있는 것이다.

이와 같이 연결구(20)가 상기 체결부재(30)를 매개로 단자(14,15)와 연결됨에 따라 단자와 연결구(20) 사이의 저항을 줄여 집전 효율을 높일 수 있게 된다.

즉, 상기 체결부재(30)는 내측으로 형성된 암나사홀(31)을 통해 단자(14,15) 전면과 접하는 구조로 단자 전체 면으로부터 집전이 이루어지게 된다.

이렇게 체결부재(30)로 인가된 전류는 최종적으로 체결부재(30)를 통해 그리 고 체결부재(30)에 체결되는 너트와 체결부재(30)에 일체로 형성된 플랜지(32)를 통해 연결구(20)로 인가됨으로써, 집전효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

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.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 연결구와 단자간의 접촉면적을 늘리고 연결저항을 감소함으로써 집전효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 집전효율의 향상을 통해 출력을 증강시킬 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 다수개의 단위전지와 각 단위전지를 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 이차 전지모듈에 있어서,

   외측으로 연결구가 놓여지는 플랜지가 형성되며 외주면에는 나사산이 형성된 체결부재가 상기 단위 전지의 단자에 체결되어 단자를 고정하고, 상기 연결구는 상기 체결부재에 끼워져 상기 체결부재에 체결되는 너트를 매개로 고정되는 이차 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 체결부재는 선단 중앙에 암나사 홀이 가공되어 수나사 형태의 단자에 나사결합으로 체결되는 이차 전지 모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단자는 가스켓을 매개로 캡 조립체 상에 돌출 설치되고 상기 체결부재를 매개로 상기 단위 전지의 캡 조립체 상에 고정되는 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연결구는 이웃하는 두 단위 전지의 단자에 체결되는 상기 체결부재에 끼워질 수 있도록 양단에 홀이 형성되어 상기 플랜지 위에 놓여지는 이차 전지 모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 연결구의 홀은 체결부재의 직경과 대응되는 크기로 형성된 이차 전지 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
7. 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스;

   이 케이스에 결합되어 이를 밀폐시키고 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 단자가 설치되는 캡 조립체; 및

   상기 캡 조립체 외측에서 상기 단자에 체결되어 단자를 고정하는 체결부재를 포함하고,

   상기 체결부재는 중앙에 상기 단자와의 체결을 위한 암나사홀이 가공되고 외측에는 플랜지가 돌출형성되며, 외주면에는 너트가 체결되도록 나사산이 형성된 이차 전지.

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