KR20060061487A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부의 진동에도 체결구가 쉽게 풀어지지 않도록, 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군 및 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 상단으로 돌출되며 상부에 하나 이상의 홈이 형성된 스플라인부가 구비되고 상기 스플라인부에 연이어 체결부가 구비된 단자를 포함하는 다수개의 단위 전지와, 상기 단자의 체결부에 결합하며 내주면에 상기 스플라인부의 홈에 대응되는 형상으로 돌출부가 형성된 제 1너트와 제 2너트 및, 상기 제 1너트와 제 2너트 사이에서 상기 단자와 결합하여 상기 단위전지들을 전기적으로 연결하는 연결구를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

이차 전지, 전지 모듈, 연결구, 너트

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 모듈 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 일부를 도시한 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 단자의 연결 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예와 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 너트를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 단자의 연결 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다.

본 발명은 이차전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위전지를 체결하는 구조를 개선하여 조립성을 향상시킨 이차전지 모듈에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결한 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양극판과 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감은 전극군(또는 젤리롤)을 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.

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

이와 같이 하나의 이차전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)는 통상 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 고출력 이차전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지 모듈이라 칭한다)를 이루게 되며, 상기 각 각의 단위 전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트 외측으로 돌출되고 상기 전극군에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자, 상기 캡 플레이트와 상기 양,음극 단자 사이에 구비되어 내밀성을 보장하는 가스켓을 포함한다.

그리고 각각의 단위전지를 직렬로 연결하여 전지모듈을 구성하기 위해서 각 단위전지의 캡 조립체 외측으로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 연결구를 연결설치하는 구조로 되어 있다.

즉, 각 단자는 수나사로 이루어지고, 각 단자에 일차적으로 너트가 체결되어 단자를 캡 조립체 상에 고정시키게 되며, 상기 너트 위에 일측 단위전지의 양극단자와 다음 단위전지의 음극단자를 전기적으로 연결하는 연결구가 끼워지고 상기 연결구 위에 다시 너트가 체결되어 연결구를 고정시키는 구조로 된다.

그런데 상기한 종래의 구조는 단자에 설치되는 너트가 외부 진동에 의해 체결력이 약해지거나 풀릴 염려가 있다.

또한 전지 모듈을 형성함에 있어서 종래에는 단위전지들을 고정시키기 위해서 상기 단위 전지들의 최외측에 두개의 앤드 플레이트(end plate)를 설치하며, 상기 앤드 플레이트가 일렬로 배열된 단위전지를 내측으로 밀착시킬 수 있도록 상기 두개의 앤드 플레이트에 결합하여 고정되는 4개의 막대 형태의 연결 로드 (restraint bar)가 구비되고, 상기 연결 로드의 양쪽 끝에는 나사가공이 되어 있어서 너트를 체결하여 상기 앤드 플레이트에 고정하는 구조로 되어 있었다.

그러나 상기한 종래의 구조는 각 단위전지들이 전지 모듈을 형성할 때 앤드 플레이트에 체결되는 너트가 외부 진동으로 체결력이 약해지거나 풀릴 염려가 있다.

상기와 같이 전지모듈에 있어서 단자와 연결로드에 설치되는 너트의 체결불량이 발생할 경우 전지의 출력이 저하되거나 전지의 기능을 상실할 수 있다는 문제점이 있다.

또한 전지가 기기에 설치되어 작동하는 동안 주기적인 진동이 지속적으로 발생하므로 정기적으로 상기 너트의 체결상태를 점검하고 다시 체결해야하는 불편이 있다.

더욱이, 상기 이차전지가 전동 청소기 또는 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차전지로서 적용되는 경우, 수십 개의 단위 전지가 구비되어 상호 연결됨에 따라 각 전지에서 단자의 체결 불량이 발생할 확률이 높으며 이에 따라 원하는 출력 특성을 얻지 못하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지 연결구의 체결구조를 개선하여 체결력을 향상시킨 이차 전지 모듈을 제공함에 있다. 또한 본 발명은 전지 모듈의 지지구조를 개선한 이차 전지 모듈을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 단위 전지 및 전지 모듈은 연결구의 체결구조 또는 전지 모듈 지지구조에 있어서 단자의 외주면에 하나 이상의 홈이 형성되고 이것과 끼워맞출 수 있는 하나 이상의 돌출부가 내주면에 구비된 너트가 조립되는 구조를 적용한다.

여기서 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트 외측으로 돌출되는 양극단자와 음극단자를 포함한다.

그리고 전지 모듈은 단위전지들이 직렬 또는 병렬로 연결된 구조로 이웃하는 단위전지 간에 양극단자와 음극단자가 서로 엇갈리도록 교차 배열될 수 있다.

또한, 단위전지 단자는 상단 외주면에 하나 이상의 홈이 형성되어 요철(凹凸)형태로 스플라인부가 형성되며, 단자에 연결되는 너트의 내주면에는 상기 홈에 대응하는 돌출부가 형성되어 스플라인부에 끼워질 수 있다.

여기서 상기 스플라인부의 홈 즉, 요(凹)부는 철(凸)부 보다 그 폭이 좁게 형성될 수 있다.

또한, 단자의 상기 스플라인부는 상기 단자의 상단부터 소정 길이만큼 연속 형성되며, 스플라인부의 아래에는 스플라인부에 연이어 체결부가 구비된다.

또한, 상기 체결부에 결합하는 너트는 체결부의 외경과 동일하거나 근소하게 작은 내경을 가짐으로써 상기 체결부에 억지끼워맞춤으로 체결되어 체결부에 안정 적으로 고정될 수 있다.

여기서 상기 체결부의 길이는 두개의 너트와 연결구의 높이를 합한 높이와 대응되는 길이로 형성될 수 있다.

또한, 체결부에는 너트의 돌출부가 고정될 수 있도록 돌출부의 너비와 대응되는 길이로 이격되어, 상기 스플라인부의 철(凸)부 하단에 단자의 높이 방향으로 연속 형성된 턱부가 구비 될 수 있다.

상기 턱부는 2개가 한조를 이루면서 한조의 턱부의 외측(너트가 체결될 때 만나는 부분)은 돌출부가 쉽게 끼워질 수 있도록 완만한 경사각으로 형성되고, 2개의 턱부가 서로 마주보는 내측(너트가 풀릴 때 만나는 부분)은 외측보다 큰 경사각으로 형성되어 돌출부가 쉽게 이탈하지 않는다.

또한, 상기 턱부의 높이는 상기 단자 및 너트의 탄성 변형량을 고려하여 상기 너트가 턱부에 끼워질 수 있도록 구비될 수 있다.

그리고 상기 너트를 상기 체결부에 쉽게 결합시킬 수 있도록 그 외주면이 원통형, 외주에 돌기가 형성된 형태, 육각기둥 형태로 각각 형성될 수 있다.

그리고 상기 단자의 또 다른 체결구조로서 단자의 외주면에 오목부가 연속 형성되고, 너트의 내측면에는 오목부의 형상에 대응하는 돌기부가 형성되어, 상기 단자와 너트가 결합하는 구조로 될 수 있다.

그리고 단자의 외주면에는 상기 너트의 돌기부를 수용하여 너트를 단자의 하단으로 안내하는 오목부가 나선형태로 단자의 하부까지 연속 형성된다.

또한, 오목부에는 너트의 체결방향으로 완만한 경사각으로 형성되고, 너트의 풀림방향으로는 체결방향 보다 높은 경사각으로 형성된 걸럼턱이 구비되어 너트의 돌기부를 고정할 수 있다.

여기서 상기 걸림턱의 높이는 상기 단자의 탄성 변형량을 고려하여 상기 너트가 끼워질 수 있도록 형성된다.

그리고 단자에 연결구를 결합시키는 상기한 체결구조는 전지모듈을 지지하는 구조에서도 동일하게 적용될 수 있다.

먼저 단자 상단에 스플라인부가 형성된 구조에 대해서 설명하면, 다수개의 단위 전지들이 적층 배열되고, 상기 다수개의 단위 전지들의 최외측에 각각 앤드 플레이트가 배치되며, 상기 앤드 플레이트를 고정하는 막대형상의 4개의 연결 로드(restraint rod)가 앤드 플레이트의 양쪽에 삽입된 후, 상기 연결 로드에는 너트가 결합하여 전지 모듈을 지지하는데, 상기 연결 로드의 끝부에는 소정 길이만큼 하나 이상의 홈이 형성된 스플라인부가 형성된다. 또한 상기 체결부에 연이어 너트가 결합되는 체결부가 형성된다.

여기서 상기 체결부의 길이는 상기 너트의 높이에 대응되는 길이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 스플라인부의 홈의 형상에 대응하는 형상으로 돌출부가 내측면에 형성된 너트가 상기 연결 로드에 결합하며, 상기 체결부에 결합하는 너트는 체결부의 직경과 동일한 내경을 가짐으로써 상기 체결부에 억지 끼워맞춤으로 체결되어 체결부에 안정적으로 고정될 수 있다.

또한, 상기 체결부에는 너트의 돌출부가 고정될 수 있도록 돌출부의 너비와 대응되는 길이로 이격되어, 상기 스플라인부의 철(凸)부 내측에 연결 로드의 길이방향으로 연속 형성된 턱부가 구비 될 수 있다.

상기 턱부는 2개가 한조를 이루면서 한조의 턱부의 외측면은 돌출부가 쉽게 끼워질 수 있도록 완만한 경사각으로 형성되고 서로 마주보는 내측면은 외측면보다 높은 경사각으로 형성되어 돌출부가 쉽게 이탈하지 않는다.

그리고 상기 너트를 상기 연결 로드에 쉽게 결합시킬 수 있도록 그 외주면이 원통형, 돌기가 구비된 원통형, 육각기둥 형상으로 각각 형성될 수 있다.

그리고 상기 단자의 또 다른 체결구조로서 연결 로드의 외주면에 소정 길이만큼 오목부가 연속 형성되고, 너트의 내측면에는 오목부의 형상에 대응하는 돌기부가 형성되어, 상기 연결 로드에 너트가 결합하는 구조로 될 수 있다.

그리고 상기 오목부는 나선형태로 소정 길이만큼 연속적으로 형성되고, 상기 너트의 돌기부를 수용하여 너트를 앤드 플레이트까지 안내한다.

또한, 상기 오목부에는 너트의 체결방향으로 완만한 경사각으로 형성되고, 너트의 풀림방향으로 체결방향 보다 큰 경사각으로 형성된 걸림턱이 하나 이상 구비되어 너트의 돌기부를 고정할 수 있다.

따라서 상기 너트는 오목부의 안내를 받아 연결 로드의 안쪽으로 이송되어 걸림턱에 의하여 고정됨으로써 연결 로드를 앤드 플레이트에 결합시켜서 전지모듈을 지지할 수 있다.

또한 상기 걸림턱은 하나 이상 형성되어 상기 너트가 안쪽의 걸림턱에 고정될수록 상기 앤드 플레이트가 단위전지들을 더욱 강한 힘으로 가압하게 된다.

여기서 이차전지 모듈은 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단위전지의 일부를 도시한 분해 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)의 구조를 살펴보면, 상기 단위전지(11)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군(19)과, 상기 전극군이 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)의 외측으로 돌출되는 양,음극단자(14,15)를 포함한다.

상기 케이스(12)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(19)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체의 각형 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

이하 본 실시예에서는 각형 이차전지에 대해서 설명하겠으나 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 전지 등 다양한 구조에 적용될 수 있음은 물론이다.

그리고 본 실시예에서 상기 각 단위 전지(11)는 캡 조립체(13) 위로 두 개의 단자가 간격을 유지한 상태로 돌출된 구조로 되어 있다.

상기한 구조의 각 단위전지(11)는 대용량의 전지모듈(10)을 구성하기 위하여, 단자(14,15)가 상부를 향하는 상태로 일정 간격을 두고 배치되며 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.

또한, 상기 단위전지(11)들 사이에는 전지 모듈의 냉각을 위하여 냉매의 유동 통로가 되는 격벽(12)이 설치될 수 있다.

이에 따라 단위전지(11)의 중앙을 기준으로 양쪽에 각각 양극단자(14)와 음극단자(15)가 반복되면서 일정간격으로 늘어서는 단자열이 형성된다.(즉, 상기 단자열은 극성이 교차되는 단자들이 일렬로 늘어서 이루어지는 하나의 라인으로 이해될 수 있다.)

상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서, 각 단위전지(11)를 직렬로 연결시키기 위하여 이웃하는 단위전지(11)간의 양극단자(14)와 음극단자(15)를 전기적으로 연결시키는 연결구(20)가 장착된다.

그리고 단자(14,15)의 가장 아래쪽에 위치하는 제 1 너트(21)가 단자에 체결되고, 그 위에 일측 단위전지(11)의 양극단자(14)와 다음 단위전지(11)의 음극단자(15)를 전기적으로 연결하는 연결구(20)가 끼워지며, 상기 연결구(20) 위에 다시 단자의 가장 상단에 위치하는 제 2 너트(22)가 체결되어 연결구(20)를 고정시키는 구조로 되어 있다.

본 실시예에 있어서 상기 단자(14,15)의 구조 및 연결구(20)의 체결 방법은 양극단자(14)와 음극단자(15)가 동일하며 이하에서는 양극단자(14)에 대한 설명으 로 음극단자(15)에 대한 설명을 대체하도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 단위 전지(11)의 연결구(21) 체결구조는 상기 단자(14)의 상부 외주면에 하나 이상의 홈(17)이 구비되어 요철(凹凸)형상의 스플라인부(14a)가 형성되며, 상기 단자(14)에 체결되는 너트(21,22)의 내주면에는 상기 단자(14)에 끼워맞추어질 수 있도록 홈(17)에 대응하는 형상을 가진 돌출부(16)가 상기 홈(17)의 수와 동일한 수로 구비된다.

또한, 상기 스플라인부(14a)는 상기 단자(14)의 상단부터 일정길이 만큼 형성되어 있으며, 상기 스플라인부(14a)의 아래에는 상기 스플라인부(14a)에 연이어 상기 너트(21,22) 및 연결구(20)가 결합하는 체결부(14b)가 형성된다.

상기 체결부(14b)의 길이는 제일 아래에 체결되는 제 1너트(21), 연결구(20), 제 2너트(22)의 높이를 합한 길이와 동일하게 형성된다.

즉 상기 체결부(14b)에 제 1너트(21), 연결구(20), 제 2너트(22)를 차례대로 결합시켰을 경우 상기 제2너트(22)는 상기 스플라인부(14a)와 맞닿아 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 체결부(14b)에 결합하는 너트(21,22)는 체결부(14b)의 외경과 동일하거나 근소하게 작은 내경을 가짐으로써, 상기 체결부(14b)에 억지끼워맞춤으로 체결된다.

따라서 상기 너트(21,22)와 연결구(20)를 스플라인부(14a)에 삽입한 후, 상기 단자(14)의 하부에 위치한 체결부(14b)로 이동시켜서 소정의 방향으로 회전시키면 상기 너트(21,22)는 스플라인부(14a)와 이가 맞지 않아 위쪽으로 이탈되지 않으 며, 또한 상기 너트의 돌출부(16)가 상기 단자의 체결부에 밀착 또는 억지끼워맞춤으로 결합되어 쉽게 회전되지 않으므로 안정적으로 상기 열결구(20) 및 너트(21,22)를 단자에 고정할 수 있다.

또한, 상기 너트의 돌출부(16)가 고정될 수 있도록 상기 체결부(14b)에 상기 돌출부(16)의 너비만큼 이격되어 형성된 턱부(18)가 구비 될 수 있다.

상기 턱부(18)는 2개가 한조를 이루면서 한조의 턱부(18)의 외측(너트(21,22)가 체결될 때 만나는 부분)은 완만한 경사각으로 형성되고 내측(너트(21,22)가 풀릴 때 만나는 부분)은 외측보다 큰 경사각으로 형성되며, 상기 턱부(18)의 높이는 상기 단자(14) 및 너트(21,22)의 탄성 변형량을 고려하여 상기 너트(21,22)가 턱부(18)에 끼워질 수 있도록 형성된다.

따라서 상기 너트(21,22)가 체결부(14b)에 삽입될 경우 상기 너트(14)를 회전시키면 돌출부(16)가 먼저 상기 턱부(18)의 외측과 만나 완만한 경사를 따라 회동하면서 탄성 압축되어 턱부(18) 사이에 끼워질 수 있으며 이후에 다시 회전 시킬 경우 턱부의 안쪽에 경사가 큰 부분과 만나며 이에 지지되어 회전되지 않고 고정된다.

이때 제1너트(21) 위에는 연결구(20)가 위치하고 제2너트(22)의 돌출부 위에는 스플라인부(14a)의 철(凸)부가 위치하여 상기 너트(21,22)가 상하방향으로도 움직이지 않게 되어 안정적으로 고정된다.

또한, 상기 연결구(20)의 내측 홀은 스플라인부(14a)에 충분히 삽입될 수 있도록 큰 직경으로 형성될 수 있지만, 바람직하게는 상기 너트(21,22)의 내측면과 동일한 형상 및 크기로 돌출부(16)가 형성되어 상기 체결부(14b)에서 턱부(18)에 의해 고정되도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 너트(21,22)의 돌출부(16)가 체결부에 밀착하도록 형성함으로써 상기 턱부(18) 사이에 상기 너트의 돌출부(16)가 용이하게 끼워지도록 하기 위해서는 회전력을 쉽게 작용시킬 수 있도록 너트(14) 외측면이 형성되어야 한다.

따라서 도 4a에 도시한 바와 같이 너트(14)의 외측면은 일반적인 원통형일 수 있고, 또한 도 4b에 도시한 바와 같이 너트(14)의 외측면에 수직으로 돌기가 연속 형성되어 힘을 쉽게 작용시킬 수도 있으며, 도 4c에 도시한 바와 같이 육각기둥 형상으로 형성되어 각종 기구를 이용하여 회전력을 작용시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단자의 연결구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 5에서 도시한 단자(14)의 외주면에는 하나 이상의 오목부(23)가 연속적으로 형성되고, 너트(21,22)의 내주면에는 상기 오목부(23)의 형상에 대응되는 하나 이상의 돌기부(19)가 형성된다.

상기 돌기부(19)는 상기 너트(21,22)의 내주면에 형성되며, 다수의 돌기부(19)가 형성되는 경우 상기 너트(21,22)의 내주면에 동일한 수평위치에서 서로 동일한 거리만큼 이격되어 형성된다.

상기 돌기부(19)의 단면 형상은 한정하지 않으며 직사각형, 원, 사다리꼴 등의 형상으로 될 수 있다.

또한, 상기 단자(14)에는 상기 돌기부(19)의 형상과 동일한 단면형상을 가지 며 상기 단자(14)의 외주면에 나선형태로 단자의 하단까지 연속적으로 오목하게 형성되는 오목부(23)가 구비된다.

또한, 상기 오목부(23)는 그 깊이가 상기 돌기부(19)의 높이와 동일하게 형성된다.

이때 상기 오목부(23)는 상기 돌기부(19)를 수용하며 상기 너트(21,22)를 상기 단자(14)의 하단으로 안내하여 상기 단자(14)에 체결시킨다.

또한, 상기 각각의 오목부(23)에는 걸림턱(23a,23b)이 형성될 수 있는데, 제1너트(21)의 돌기부(19)를 고정하는 제1걸림턱(23a)와 제2너트(22)의 돌기부(19)를 고정하는 제2걸림턱(23b)이 각각 형성된다.

상기 걸림턱(23a,23b)은 너트(21,22)의 체결방향으로 완만한 경사각으로 형성되고, 너트의 풀림방향으로는 체결방향 보다 큰 경사각으로 형성된다.

또한, 상기 걸림턱(23a,23b)의 높이는 상기 단자(14)와 너트(21,22)의 탄성률을 충분히 고려하여 상기 돌기부(19)가 상기 걸림턱(23a,23b)에 삽입될 수 있도록 형성된다.

따라서 상기 돌기부(19)가 상기 오목부(23)에 안내되어 단자의 하부로 이송될 때 상기 걸림턱(23a,23b)을 만나면 걸림턱(23a,23b)의 앞쪽의 완만한 곡선을 따라 회동하면서 탄성 수축하여 상기 걸림턱(23a,23b)를 지나 아래쪽으로 삽입되지만 일단 삽입된 후에는 걸림턱(23a,23b)의 뒤쪽의 경사각이 큰 부분에 지지되어 쉽게 빠지지 않는다.

또한, 상기 제1걸림턱(23a)는 상기 제1너트(21)를 고정하여 상기 제1너트 (21)가 상기 가스켓(24)에 접하도록 형성되며, 상기 제2턱부(23b)는 상기 제2너트(22)가 연결구(20)의 상부에 접하도록 형성된다.

본 본명에 의한 체결구조는 전지모듈을 지지하는 구조에 있어서도 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 분해 사시도로서 연결 로드(32)의 끝단에는 스플라인부(32a)가 형성된다.

도 6에서 도시한 바와 같이 이차 전지 모듈(10)을 앤드 플레이트(31)와 연결 로드(restraint-bar)(32)를 이용하여 고정함에 있어서 상기한 바와 같은 체결구조를 적용할 수 있다.

다수개의 단위전지(11)들을 적층 배열하고 상기 단위전지(11)의 최외측에 앤드 플레이트(31)를 배치한 후, 상기 앤드 플레이트(31)를 연결 로드(32)로 고정시킬 때, 상기 연결 로드(32)의 각 끝단부터 소정 길이만큼 하나 이상의 홈이 형성된 스플라인부(32a)가 구비되며 스플라인부에 연이어 너트가 결합하는 체결부(32b)가 형성된다.

또한, 상기 체결부(32b)의 길이는 상기 너트(33)의 높이에 대응하도록 형성되어 상기 너트(33)가 상기 앤드 플레이트(31)를 내측으로 충분히 압박할 수 있다.

또한, 상기 너트(33)는 상기 체결부(32b)에 억지끼워맞춤으로 체결될 수 있도록 너트(33) 돌기부의 길이가 형성된다.

그리고 상기 체결부(32b)에는 2개가 한조를 이루는 턱부가 형성되며, 상기 2개의 턱부는 외측(너트가 체결될 때 만나는 부분)은 완만한 경사각으로 형성되며, 2개의 턱부가 마주보는 내측(너트가 풀릴 때 만나는 부분)은 외측보다 큰 경사각으로 형성된다.

따라서 상기 홈에 대응하는 하나 이상의 돌출부가 형성된 너트(33)가 상기 연결 로드(32)에 결합하며, 상기 너트(33)는 상기 스플라인부(32a)에 삽입된 후 안쪽으로 이송되어 체결부(32b)에서 회동시킴으로써 상기 돌출부가 상기 체결부의 턱에 의하여 고정된다.

그리고 상기 너트(33)를 상기 연결 로드(32)에 용이하게 결합시킬 수 있도록 그 외주면은 원통형, 외주면에 돌기가 형성된 형태, 육각기둥 형태 등으로 형성될 수 있다.

또한 본 실시예에서는 상기 앤드 플레이트(31) 사이에 위치하는 연결 로드(32)의 길이가 적층된 단위전지(11)들의 길이와 동일하거나 약간 작게 설정하여 상기 단위전지들을 내측으로 가압하여 용이하게 전지모듈(10)을 지지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일시예에 따른 이차전지 모듈의 일부를 도시한 분해사시도이다.

도 7에 도시한 연결 로드(32)는 외주면에 하나 이상의 오목부(36)가 연속 형성되고, 상기 오목부(36)의 형상에 대응하는 돌기부(38)가 너트(37)의 내측면에 형성된다.

그리고 상기 오목부(36)는 나선형태로 소정 길이만큼 연속적으로 형성되고, 상기 너트(37)의 돌기부(38)를 수용하여 너트(37)를 앤드 플레이트(31)까지 안내한다.

또한, 상기 오목부에는 너트(37)의 체결방향은 완만한 경사각으로 형성되고, 너트(37)의 풀림방향은 체결방향보다 높은 경사각으로 형성된 걸림턱(36a)이 하나 이상 구비된다. 따라서 상기 너트(37)는 걸림턱(36a)을 용이하게 지날 수 있지만 상기 돌기부(38)가 걸림턱(36a)에 고정됨으로써 쉽게 풀리지 않는다.

또한 도 7에서 도시한 바와 같이 상기 연결 로드(32)에는 다수의 걸림턱(36a)이 형성될 수 있어서 상기 너트(37)를 안쪽의 걸림턱(36a)에서 결합시킬수록 상기 앤드 플레이트(31)를 더욱 가압하여 상기 전지 모듈(10)의 체결력을 높일 수 있다.

본 발명의 이차전지는 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.

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.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 상기 너트가 단자 또는 연결 로드에 결합된 후 소정의 형상의 턱부 내지 걸림턱에 의하여 고정됨으로써, 외부에서 진동이 작용하여도 쉽게 풀어지지 않으므로 이차 전지 모듈의 구조적 안정성과 신뢰성을 향상시킬 뿐 아니라 이차 전지 모듈의 수명을 연장할 수 있다.

Claims (23)

1. 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군 및 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체 상단으로 돌출되며 상부에 하나 이상의 홈이 형성된 스플라인부가 구비되고 상기 스플라인부에 연이어 체결부가 구비된 단자를 포함하는 다수개의 단위 전지;

   상기 단자의 체결부에 결합하며 내주면에 상기 스플라인부의 홈에 대응되는 형상의 돌출부가 형성된 제 1너트와 제 2너트; 및

   상기 제 1너트와 제 2너트 사이에서 상기 단자와 결합하여 상기 단위전지들을 전기적으로 연결하는 연결구;

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 체결부의 높이는 상기 제 1너트와 연결구 및 제 2너트의 높이를 총합한 높이에 대응되는 이차 전지 모듈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1너트 및 제 2너트는 상기 체결부에 억지끼워맞춤으로 체결되는 이차 전지 모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 체결부에는 2개가 한조를 이루며 상기 너트의 돌출 부를 고정하는 돌기 형태의 턱부가 형성되는 이차 전지 모듈.
5. 제 4항에 있어서, 상기 한조를 이루는 2개의 턱부는 외측은 완만한 경사각으로 형성되고, 2개의 턱부가 마주보는 내측은 외측 보다 큰 경사각으로 형성되는 이차 전지 모듈.
6. 제 4항에 있어서, 상기 턱부는 스플라인부의 철(凸)부의 아래에서 상기 단자의 높이 방향으로 연속 형성되는 이차 전지 모듈.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1너트 및 제 2너트의 외주면은 원통형으로 형성된 이차 전지 모듈.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1너트 및 제 2너트의 외주면은 하나 이상의 돌기가 높이방향으로 연속 형성된 이차 전지 모듈.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제 1너트 및 제 2너트의 외주면은 육각기둥 형상으로 형성된 이차 전지 모듈.
10. 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군 및 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀 폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체의 외측으로 돌출되며 외주면에 하나 이상의 오목부가 나선을 그리며 연속적으로 형성된 단자를 포함하는 다수개의 단위 전지;

    상기 단자에 결합하며 내주면에 상기 오목부에 끼워지는 돌기부가 형성된 제 1너트와 제 2너트; 및

    상기 제 1너트와 제 2너트 사이에서 단자와 결합하여 상기 단위전지들을 전기적으로 연결하는 연결구;

    를 포함하는 이차 전지 모듈.
11. 제 10항에 있어서, 상기 각각의 오목부에는 오목부의 내측으로 돌출 형성되는 제 1걸림턱과 제 2걸림턱이 형성된 이차 전지 모듈.
12. 제 11항에 있어서, 상기 각각의 걸림턱은 너트의 체결방향으로 완한만 경사각으로 형성되고 너트의 풀림방향으로는 체결방향 보다 큰 경사각으로 형성된 이차 전지 모듈.
13. 다수개의 단위전지;

    상기 단위전지들의 최외측에 각각 위치되는 앤드 플레이트;

    상기 각 앤드 플레이트에 삽입되며 끝부에 하나 이상의 홈이 형성된 스플라인부가 소정의 길이로 구비되고 상기 스플라인부에 연이어 체결부가 형성된 연결 로드; 및

    상기 단자의 체결부에 결합하며 내주면에 상기 스플라인부의 홈에 대응되는 형상의 돌출부가 형성된 너트;

    를 포함하는 이차 전지 모듈.
14. 제 13항에 있어서, 상기 체결부의 길이는 상기 너트의 높이에 대응되는 이차 전지 모듈.
15. 제 13항에 있어서, 상기 너트는 상기 체결부에 억지끼워맞춤으로 체결되는 이차 전지 모듈
16. 제 13항에 있어서, 상기 체결부에는 2개가 한조를 이루며 상기 너트의 돌출부를 고정하는 돌기 형태의 턱부가 형성되는 이차 전지 모듈.
17. 제 16항에 있어서, 상기 한조를 이루는 2개의 턱부는 외측은 완만한 경사각으로 형성되고, 2개의 턱부가 마주보는 내측은 외측보다 큰 경사각으로 형성되는 이차 전지 모듈.
18. 제 13항에 있어서, 상기 너트는 원통형으로 형성된 이차 전지 모듈.
19. 제 13항에 있어서, 상기 너트는 외주면에 높이방향으로 돌기가 연속 형성된 이차 전지 모듈.
20. 제 13항에 있어서, 상기 너트는 육각기둥 형상으로 형성된 이차 전지 모듈.
21. 다수개의 단위전지;

    상기 단위전지들의 최외측에 각각 위치되는 앤드 플레이트;

    상기 각 앤드 플레이트에 삽입되며 외주면에 하나 이상의 오목부가 나선형을 그리며 소정의 길이만큼 연속 형성된 연결 로드; 및

    상기 연결 로드에 체결되며 내측면에 하나 이상의 돌기부가 형성된 너트;

    를 포함하는 이차 전지 모듈.
22. 제 21항에 있어서, 상기 각각의 오목부에는 상기 오목부의 내측으로 돌출된 걸림턱이 하나 이상 형성된 이차 전지 모듈.
23. 제 22항에 있어서, 상기 각각의 걸림턱은 너트의 체결방향으로 완한만 경사각으로 형성되고 너트의 풀림 방향으로는 체결방향보다 큰 경사각으로 형성된 이차 전지 모듈.

Images