KR20060060815A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사지게 배열된 단위 전지를 용이하게 체결할 수 있도록, 지면에 대해 경사지게 배열된 단위 전지와, 상기 적층된 단위 전지 최외측에 접하는 한 쌍의 앤드플레이트, 상기 앤드플레이트에 돌출 형성된 체결부재 사이에 관통되어 한 쌍의 앤드플레이트를 체결 고정시키는 연결로드를 포함하고, 상기 앤드플레이트에 형성되는 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루는 이차 전지 모듈을 제공한다.

단위전지, 앤드플레이트, 케이스, 체결부재, 경사

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 개략적인 측 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성을 상세하게 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와 같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

이에 종래기술에 따른 전지 모듈의 경우 단위 전지의 냉각효율을 높이기 위 해 전지 모듈 내에서 단위 전지를 한 쪽 방향으로 경사지게 일정 간격으로 배열하고, 온도 제어용 공기를 상기 단위 전지 사이로 유통시키는 구조가 개시되어 있다.

그러나 상기와 같이 단위 전지를 경사지게 배열하는 경우 단위 전지의 열 방출 효율은 높일 수 있으나 단위 전지를 수직으로 배치한 구조에 비하여 단위 전지의 체결구조가 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 그 목적은 경사지게 배열된 단위 전지를 용이하게 체결할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 배열된 단위 전지와, 상기 단위 전지의 최 외측에 놓여지고 지면에 대해 경사져 상기 단위 전지에 접하는 한 쌍의 앤드플레이트, 상기 앤드플레이트에 돌출 형성된 체결부재 사이에 관통되어 한 쌍의 앤드플레이트를 체결 고정시키는 연결로드를 포함하고, 상기 앤드플레이트에 형성되는 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 단위 전지 사이에는 단위 전지 사이의 간격을 유지하고 냉각매체가 유통되는 전지격벽이 더욱 설치될 수 있다.

여기서 상기 앤드플레이트는 서로 대향되는 양측단에 체결부재가 돌출 형성되며, 상기 체결부재는 앤드플레이트의 경사각도만큼 수직방향으로 절곡되어 지면 에 대해 수직상태를 이루는 구조로 되어 있다.

상기 체결부재의 형성위치는 앤드플레이트의 측단 중앙부 또는 양 선단부일 수 있으며 앤드플레이트의 전면이 단위 전지에 균일하게 가압될 수 있으면 그 형성위치나 형성 개수에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 체결부재는 전면에 상기 연결로드가 관통되는 홀이 형성된다.

그리고 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결된다.

한편, 본 발명에 따른 상기 앤드플레이트는 그 두께가 상기 체결부재의 두께보다 작도록하여 전지 모듈의 무게를 최소화할 수 있도록 함이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 앤드플레이트의 두께는 단위 전지들을 가압 밀착시킴에 있어서 허용 응력을 만족시킬 수 있는 최소한의 두께로 형성한다.

또한, 상기 앤드플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조로 가공됨이 바람직하다.

한편, 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽 사이에 상기 단위 전지가 삽입되는 박스형태의 케이스, 상기 케이스의 길이방향 양 지지판에 외측으로 돌출 형성된 체결부재 사이에 연결설치되어 양 지지판을 지지하는 연결로드를 포함하고, 상기 케이스와 내부의 격벽은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지가 지면에 대해 경사지게 놓여지며, 상기 케이스의 지지판에 형성되는 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루는 구조 로 되어 있다.

여기서 상기 케이스의 일측 지지판에는 서로 대향되는 양측단에 체결부재가 돌출 형성되며, 상기 체결부재는 앤드플레이트의 경사각도만큼 수직방향으로 절곡되어 지면에 대해 수직상태를 이루는 구조로 되어 있다.

상기 체결부재의 형성위치는 상기 지지판의 중앙부에 형성되거나 또는 중앙을 중심으로 소정의 간격을 두고 양쪽에 형성될 수 있으며 그 형성위치나 형성 개수에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 체결부재는 전면에 상기 연결로드가 관통되는 홀이 형성된다.

그리고 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결된다.

한편, 본 발명에 따른 상기 케이스의 지지판은 그 두께가 상기 체결부재의 두께보다 작도록하여 전지 모듈의 무게를 최소화할 수 있도록 함이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 지지판의 두께는 단위 전지들을 가압 밀착시킴에 있어서 허용 응력을 만족시킬 수 있는 최소한의 두께로 형성한다.

또한, 상기 앤드플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조로 가공됨이 바람직하다.

또한, 상기 케이스의 내부에 구비되는 격벽은 내부에 냉각매체가 유통되도록 채널이 형성되어 단위 전지의 열을 냉각매체를 통해 신속하게 방열시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

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

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 대용량의 전지 모듈로서, 일정 간격 이격되게 연속 배치되는 다수의 단위 전지(11)를 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(11)로 각형의 단위 전지가 사용되는 경우에 대해 설명한다.

상기 각각의 단위 전지(11)는 세퍼레이터를 사이에 두고 이의 양측에 양극판과 음극판이 배치되는 전극 조립체를 구비하여, 기설정된 양의 전력을 충,방전시키는 통상적인 구조의 이차전지로 구성되며, 상기 단위 전지(11) 사이에는 단위 전지(11) 사이의 간격을 유지하고 냉각매체를 단위 전지(11) 사이로 유통시키기 위한 전지격벽(12)이 구비된다.

본 실시예에서 상기 각각의 단위 전지(11)들은 최초 직립 상태에서 한 쪽 방향 즉, 도면에서의 우측 방향으로 소정 각도 경사지게 배치된다.

따라서 본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 다수의 단위 전지(11)들이 한 쪽 방향으로 경사지게 배치되면서 상기한 전지 격벽(15)에 의하여 일정 간격 이격되게 연속 배열된다.

이렇게 배열된 단위 전지(11)들은 적층되어 있는 단위 전지(11)들 중 최 외측에 위치한 단위 전지(11)의 외측면에 밀착되는 한 쌍의 앤드플레이트(20)에 의해 밀착되고, 앤드플레이트(20)를 연결하는 연결로드(30)에 의해 고정되어 하나의 모듈을 이루게 된다.

상기 앤드플레이트(20)는 상기 단위 전지(11)의 지면에 대한 경사각도와 대응되게 기울어져 상기 단위 전지(11)의 측면에 밀착되며, 도 2에 도시된 바와 같이 상단과 하단에는 각각 한쌍의 앤드플레이트(20) 체결을 위한 체결부재(21)가 외측으로 돌출 형성되며, 상기 체결부재(21)는 상기 앤드플레이트(20)의 경사각도만큼 앤드플레이트(20)에서 절곡형성되어 도면 상 지면에 대해 수직방향으로 세워진 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 체결부재(21)와 이 체결부재(21)에 관통되는 연결로드(30)는 서로 직교한 상태로 만나게 되며, 단위 전지(11)와 앤드플레이트(20)가 경사진 상태에서도 연결로드(30)와의 체결력을 높일 수 있게 된다.

여기서 상기 체결부재(21)와 연결로드(30)의 설치구조에 대해 좀더 상세하게 살펴보면, 상기 체결부재(21)의 전면에는 연결로드(30)가 끼워지는 홀(22)이 형성되고 상기 연결로드(30)는 볼트형태로 이루어져 선단에는 나사산이 가공된 구조로 상기 체결부재(21)의 홀(22)로 관통되어 너트(31)를 매개로 체결된다.

한편, 본 실시예에 따르면 상기 앤드플레이트(20)와 상기 체결부재(21)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 앤드플레이트(20)의 두께(d)와 비교하여 상기 체결부재(21)의 두께(D)가 상대적으로 큰 구조로 되어 있다.

이는 연결로드(30)가 장착되어 응력이 발생되는 체결부재(21)의 두께(D)를 크게 함으로써 응력에 대한 강성을 확보함과 더불어 앤드플레이트(20)의 두께(d)를 최소화하여 전지 모듈(10)의 중량을 최소화하기 위함이다.

이에 따라 단위 전지(11)의 체결력을 높이고 전지 모듈(10)의 경량화를 실현할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 앤드플레이트(20)와 상기 체결부재(21) 사이의 연결부(23)는 두께방향을 따라 안쪽을 향해 원호형 단면형태로 가공된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 앤드플레이트(20)와 체결부재(21)의 두께 차이에 관계없이 앤드플레이트(20)와 체결부재(21)가 부드럽게 연결됨과 더불어 호형태의 연결부(23) 전체에 걸쳐 응력이 분산되어 응력 집중에 따른 앤드플레이트(20)와 체결부재(21) 사이의 절단을 방지할 수 있게 된다.

이와같이 구성되는 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)의 작용을 살펴보면, 다수개의 단위 전지(11) 사이와 단위 전지(11) 사이에 놓여지는 전지격벽(12)을 일렬로 적층한 상태에서 배열된 단위 전지(11) 중 최 외측의 단위 전지(11)에 각각 본 실시예에 따른 앤드플레이트(20)를 위치시킨다.

이 상태에서 상기 앤드플레이트(20)에 돌출형성된 체결부재(21)의 홀(22)을 통해 연결로드(30)를 관통하고 홀(22)을 통해 일측 앤드플레이트(20)의 체결부재 (21) 외측으로 돌출된 연결로드(30)의 선단에 너트(31)를 체결하여 조여주게 되면 다수개의 단위 전지(11)와 전지격벽을 지면에 대해 일정각도로 경사지게 조립할 수 있게된다.

즉, 상기 앤드플레이트(20)는 체결부재(21)가 앤드플레이트(20)에 대해 일정각도로 기울어져 설치되어 있어서 상기 체결부재(21)에 대해 상기 연결로드(30)가 직각으로 관통되어 상호 직교한 상태로 체결고정되면 상기 앤드플레이트(20)는 자연스럽게 경사진 상태를 유지하게 되고 상기 두 개의 앤드플레이트(20) 사이에 설치되는 단위 전지(11)와 전지격벽(12) 또한 앤드플레이트(20)의 경사각도로 기울어진 상태로 조립되는 것이다.

이와같이 간단하게 연결로드(30)를 통해 앤드플레이트(20)를 조립하는 것으로 단위 전지(11)를 경사진 상태로 적층 조립할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기와 같이 조립되는 체결부재(21)는 연결로드(30)에 의해 안쪽으로 조여짐에 따라 앤드플레이트(20)와 체결부재(21) 사이의 연결부(23)에는 응력이 발생되는 데, 이러한 응력은 원호형태의 형성된 연결부(23) 전체에 걸쳐 분산됨으로써 어느 한 곳에서 응력이 집중되지 않게 된다.

한편, 도 4는 본 전지 모듈의 또다른 실시예를 예시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 전지 모듈은 다수개의 단위 전지(11)와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽(25) 사이에 상기 단위 전지(11)가 삽입되는 박스형태의 케이스(20)를 포함한다.

여기서 상기 케이스(20)는 단위 전지(11)가 배열되는 방향으로 양쪽 끝에 위 치하는 한쌍의 지지판(21)과, 상기 지지판(21)을 양쪽에서 각각 서로 연결시키며 내부에 구비되는 격벽(25)이 일체로 연결되는 한쌍의 측판(22)으로 이루어지며 상기 지지판(21)과 상기 격벽(25)은 지면에 대해 일정각도 경사지게 기울어진 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 케이스(20)의 격벽(25) 사이에 삽입설치되는 단위 전지(11) 또한 상기 지지판(21)과 같은 경사로 기울어져 적층될 수 있는 것이다.

또한, 상기 케이스(20)는 상기 지지판(21)의 고정을 위해 지지판(21)의 상단과 하단에 각각 체결부재(23)가 돌출 형성되고, 상기 체결부재(23)에 형성된 홀(도시되지 않음)을 통해 연결로드(30)가 관통되어 너트(31)를 매개로 조여지는 구조로 되어 있다.

이를 위해 상기 연결로드(30)는 볼트 형태로 이루어지고 선단에는 나사산이 가공되어 너트(31)와 체결되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 격벽(25)은 내부로 냉각매체가 유통되도록 채널(26)이 간격을 두고 관통형성된다.

여기서 본 실시예에 따르면 상기 체결부재(23)는 상기 지지판(21)의 강사각도만큼 지지판(21)에서 절곡형성되어 지면에 대해 수직방향으로 세워진 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 체결부재(23)와 이 체결부재(21)에 관통되는 연결로드(30)는 서로 직교한 상태로 만나게 되며, 단위 전지(11)와 지지판이 경사진 상태에서도 연결로드(30)와의 체결력을 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 지지판(21)과 상기 체결부재(23)의 두께를 비교하면 위에서 언급한 바와 같이 지지판(21)의 두께가 체결부재(23)의 두께보다 상대적으로 작은 구조로 되어 있다.

이에 따라 지지판(21)의 자중을 최소화하여 전지 모듈의 경량화를 실현할 수 있고 연결로드(30)와 결합되는 체결부재(23)의 강성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 3에 도시된 상기 앤드플레이트(20)와 상기 체결부재(21) 사이의 연결부(23) 구조와 마찬가지로, 상기 지지판(21)과 상기 체결부재(23) 사이의 연결부(24)도 두께방향을 따라 안쪽을 향해 원호형 단면형태로 가공된 구조로 되어 있어서, 연결로드(30)에 의해 체결부재(23)에 걸리는 응력이 상기 연결부(24)에서 고르게 분산되어 응력집중에 의해 연결부(24) 파손을 방지할 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 전지 모듈은, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

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 발명에 따르면, 냉각효율에 유리한 각도로 단위 전지들을 용이 하게 기울여 설치할 수 있게 되어 단위 전지 경사 설치 작업량을 줄일 수 있게 된다.

또한, 전지 모듈의 중량을 줄여 출력을 증대시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

또한, 단위 전지 체결시 발생되는 응력을 분산시킴으로써 응력 집중에 의한 모듈 파손을 방지하고 전지 모듈의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 지면에 대해 경사지게 배열된 단위 전지와, 상기 적층된 단위 전지 최외측에 접하는 한 쌍의 앤드플레이트, 상기 앤드플레이트에 돌출 형성된 체결부재 사이에 관통되어 한 쌍의 앤드플레이트를 체결 고정시키는 연결로드를 포함하고,

   상기 앤드플레이트에 형성되는 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루는 이차 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지 사이에 전지격벽이 설치되는 이차 전지 모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 앤드플레이트는 서로 대향되는 양측단에 체결부재가 돌출 형성되며, 상기 체결부재는 앤드플레이트에 대해 소정 각도로 절곡되고 전면에는 상기 연결로드가 끼워지는 홀이 형성된 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결되는 이차 전지 모듈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 앤드플레이트는 그 두께가 상기 체결부재의 두께 이하인 이차 전지 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 앤드플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조를 이루는 이차 전지 모듈.
7. 다수개의 단위 전지와, 적어도 일면이 개구되고, 내부에는 간격을 두고 격벽이 일체로 형성되어 상기 격벽 사이에 상기 단위 전지가 삽입되는 박스형태의 케이스, 상기 케이스의 길이방향을 따라 양측단에 돌출 형성된 체결부재, 상기 체결부재 사이에 연결설치되어 양 지지판을 지지하는 연결로드를 포함하고,

   상기 케이스와 내부의 격벽은 지면에 대해 한쪽 방향으로 경사지게 기울어져 상기 단위 전지가 지면에 대해 경사지게 놓여지고, 상기 체결부재는 지면에 대해 수직으로 세워져 상기 연결로드와 직각을 이루는 이차 전지 모듈.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 케이스는 격벽이 배열되는 방향의 양쪽 끝에 위치하며 격벽과 평행하게 배치되는 한쌍의 지지판과, 상기 지지판을 양쪽에서 각각 서로 연결시키며 상기 격벽의 양쪽 모서리가 일체로 고정되며 격벽과 수직으로 배치되는 한쌍의 측판으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 체결부재는 상기 지지판 선단에 지지판에 대해 소정 각도로 절곡 형성되고, 전면에는 상기 연결로드가 관통되는 홀이 형성된 이차 전지 모듈.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 연결로드는 볼트 형태로 이루어지며 선단에 형성된 나사산에 너트를 매개로 체결되는 이차 전지 모듈.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 지지판은 그 두께가 상기 체결부재의 두께 이하인 이차 전지 모듈.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 지지판과 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호형태의 단면구조를 이루는 이차 전지 모듈.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 격벽은 내부에 냉각매체가 유통되도록 채널이 형성된 이차 전지 모듈.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

Images