KR20060082302A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 전지 모듈의 체결 구조가 진동에 강하며 체결구조를 단순화할 수 있도록, 다수개의 단위 전지, 상기 단위 전지의 외측을 휘감아 설치되어 상기 단위 전지를 묶는 적어도 하나 이상의 밴드를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

이차 전지 모듈, 밴드, 체결부재, 볼트, 너트

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 평면도이다.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 측면도이다.

도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예와 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 조임부를 도시한 분해 사시도이다.

본 발명은 이차 전지의 전지 모듈에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 단위 전지의 체결구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지 복수 개를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지가 요구된다.

이와 같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지 모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 상기 극판과 전기적으로 연결되는 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.

또한 상기 캡 조립체에는 스웰링현상이 발생하여 전지내부의 압력이 증가할 경우, 일정한 압력에서 파단되는 안전변이 구비될 수 있다.

그리고 각각의 단위 전지는 통상 하우징 내에서 일정 간격으로 배열 장착되고 각 단위 전지의 단자를 연결하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기 전지 모듈은 다수의 단위 전지를 전기적으로 연결하며, 전지 모듈의 안정성을 위해서 다수의 단위 전지를 하나의 전지 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다.

종래에는 다수의 단위 전지를 일렬로 배열시키고, 상기 단위 전지들의 최외측에 두개의 엔드 플레이트를 설치하며, 상기 엔드 플레이트가 일렬로 배열된 단위전지를 내측으로 밀착시킬 수 있도록 상기 두개의 엔드 플레이트에 결합하여 고정되는 4개의 막대 형태의 체결구(tie bar)를 너트로 상기 엔드 플레이트에 고정함으로써 다수의 단위 전지를 전지 모듈로 체결하는 구조가 널리 알려져 있었다.

그러나 상기 종래의 체결구조는 상기 막대 형태의 체결구를 체결함에 있어 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 상기 구조는 체결구의 길이가 길어서 외부의 진동 으로 인하여 체결구가 회동하는 폭이 크기 때문에 체결력이 약해지거나 너트가 풀리게 됨으로써 전지 모듈의 기능이 상실되거나 저항이 증가하여 전지 모듈의 성능 저하를 가져올 수 있다는 문제점이 있다.

또한 전지모듈의 최외측에 엔드 플레이트를 배치하고 전지모듈의 측면에 판형부재를 밀착 배치하여 상기 엔드 플레이트와 판형부재를 나사로 고정시키는 구조도 알려져 있다.

그러나 상기 구조는 상기 엔드 플레이트에 판형부재가 나사로 고정됨으로 인하여 그 체결구조의 길이 변화가 불가능하므로 상기 엔드 플레이트가 단위 전지를 내측으로 가압하는 힘을 변화시킬 수 없다.

따라서 초기에는 제대로 압박할 수 없어 체결력이 약하고, 스웰링 현상이 발생하여 전지의 부피가 증가할 경우, 엔드 플레이트에 작용하는 힘과 단위전지를 압박하는 힘이 증가하여 엔드 플레이트가 파손될 염려가 있으며, 단위 전지가 내측으로 가압되어 안전변이 조기에 파단될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진동에 강하며 볼트-너트 체결구조를 단순화할 수 있는 체결구조가 개선된 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 적어도 하나 이상의 밴드가 다수개의 단위 전지들의 둘레를 감싸며 체결되는 구조로 되어 있다.

이를 위하여 본 발명의 이차 전지 모듈은 다수개의 단위 전지, 상기 단위 전지들을 묶는 밴드를 포함한다.

그리고 상기 밴드는 적어도 하나 이상이 구비되며 바람직하게는 2개가 한 쌍을 이루어 상기 전지 모듈의 상하로 배치되어 단위 전지들을 묶을 수 있도록 한다.

상기 밴드는 단일구조로 단위전지들의 둘레를 감싸면서 양끝단이 상기 단위전지들의 일측면에서 소정거리 이격될 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 밴드의 양단을 체결 고정하는 조임부를 포함한다.

상기 조임부는 밴드가 상기 단위전지들을 고정시키는 기능을 하며, 상기 조임부의 구조에 대해서는 한정하지 않지만, 바람직하게는 볼트와 너트를 포함할 수 있다.

또한 상기 조임부는 밴드의 양 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되고 중앙에 홀이 형성된 체결부재와, 상기 체결부재의 홀에 끼워져 체결부재를 조이기 위한 볼트와 너트를 포함할 수 있다.

이하 설명에서 상기 끝단부라 함은 끝단과 끝단에서 소정거리 이격된 부분까지 포함하는 부분으로 정의한다.

상기 체결부재는 밴드의 끝단부에서 외측으로 절곡되어 일체로 형성되는데, 그 중앙에는 볼트가 삽입될 수 있는 홀이 구비되며 두 개의 체결부재가 이격되어 마주보는 구조로 상기 다수의 단위전지의 둘레에 배치된다.

여기서 상기 마주보는 체결부재들의 홀에는 볼트가 삽입되며, 볼트에 너트가 조여짐으로써 상기 밴드가 단위전지들을 고정할 수 있다.

또한 상기 밴드는 2개가 전지 모듈의 양측에서 단위전지들을 감싸는 구조로 설치될 수 있다.

즉, 일측 밴드는 상기 전지 모듈의 일측에서 최외측 단위전지의 일면을 감싸면서 상기 전지 모듈의 양측면으로 뻗어 있는 구조로 형성되며, 타측 밴드는 이와 대응되는 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 밴드의 끝단부에는 중앙에 홀이 구비된 체결부재가 외측으로 절곡 형성되고 타측을 감싸는 밴드의 체결부재와 상기 전지 모듈의 측면에서 마주보는 구조로 이격되어 배치된다.

또한 상기 마주보는 체결부재의 일측 홀에서 타측 홀까지 볼트가 삽입되고 볼트에 너트가 조여짐으로써 조임부를 형성함으로써, 두개의 밴드가 결합되어 상기 단위전지들을 고정하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이고 도 2는 본 발명에 따른 전지 모듈을 도시한 평면도이다.

상기 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전지 모듈은 다수개의 단위 전지(10)가 배열되고, 상기 다수개의 단위 전지들의 둘레를 단일 구조의 밴드(28)로 감싸 고정하는 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 단위전지(10) 사이에는 전지 모듈(30)의 냉각 효율을 향상시키기 위해 단위 전지(10)를 일정 거리만큼 이격시키는 격벽(40)이 삽입될 수 있다.

상기 밴드(28)는 양쪽 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되고 중앙에 홀이 구비 된 체결부재(28a,28b)들을 포함하며, 그 형상은 띠 형태로 이루어져 다수의 단위 전지(10)들의 둘레를 감싸고, 상기 전지 모듈(30)의 어느 일 측면에서 상기 밴드(28)의 양끝단부에 형성된 체결부재(28a,28b)가 이격되어 서로 마주보는 구조로 배치된다.

여기서 상기 밴드(28)는 상기 체결부재(28a,28b)들과 볼트(25) 및 너트(26)를 포함하는 조임부(29)에 의하여 일체로 결합된다.

또한 상기 체결부재(28a,28b)들은 밴드(28)의 양쪽 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되며, 중앙에는 볼트(25)가 삽입될 수 있는 홀이 구비된다.

다만 상기 체결부재(28a,28b)들은 도 5c에 도시한 바와 같이 측면부재(21c)의 끝단에서 소정거리 이격되어 돌출된 형태로 형성될 수 있다.

이때, 볼트(25)가 일측 체결부재(28a)의 홀에 끼워져 타측 체결부재(28b)의 홀까지 삽입되며, 상기 볼트(25)에 너트(26)를 결합시켜서 조이게 된다.

또한 상기 홀의 내측면에는 나사산이 형성되어 볼트(25)와 나사결합함으로써 체결력이 더욱 향상될 수 있다.

상기 볼트(25) 및 너트(26)가 상기 체결부재(28a,28b)를 내측으로 이동시켜서 상기 체결부재의 이격된 거리가 감소하므로, 상기 밴드(28)가 상기 단위 전지(10)들을 내측으로 가압하여 상기 다수개의 단위 전지들을 고정하게 된다.

상기 밴드(28)는 상기 단위 전지(10)들의 둘레에 다수개가 설치될 수 있으며, 바람직하게는 두 개의 밴드(28)가 전지 모듈(30)의 높이방향으로 소정 거리만큼 이격되어 각각 설치될 수 있다.

이에 따라 더욱 강하게 단위전지(10)들을 고정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면도이다.

상기 도면을 참조하면, 상기 밴드는 두개로 분리되어 전지 모듈의 양측에서 감싸며 연결된다.

즉, 상기 전지 모듈(30)의 길이방향으로 좌측에 위치한 부분(도 3 및 도 4에서 전지모듈의 중앙을 기준으로 좌측부분)의 둘레에 좌측 밴드(21)가 감싸면서 배치되고, 상기 전지 모듈(30)의 나머지 우측에 위치한 부분의 둘레에 우측 밴드(22)가 감싸면서 배치된다.

본 실시예에서의 밴드(21,22)의 구조는 좌측 밴드(21) 및 우측 밴드(22)에 동일하게 적용될 수 있으며, 그 원리는 동일하므로 이하의 실시예의 설명에 있어서는 좌측 밴드(21)에 대한 설명으로 우측밴드(22)에 대한 설명을 대체토록 한다.

여기서 상기 좌측 밴드(21)는, 전지 모듈(30)의 폭방향 길이와 대응하는 길이로 형성되어 최외측에 위치한 단위전지(10)에 밀착 배치되는 중앙부재(21b)와, 상기 중앙부재(21b)의 양쪽 끝단부에서 절곡 형성되어 상기 전지 모듈(30)의 측면에 밀착되는 두 개의 측면부재(21c) 및, 상기 측면부재(21c)의 끝단부에서 외측으로 절곡 형성된 체결부재(21a)를 포함한다.

또한 상기 측면부재(21c)는 중앙부재(21b)의 끝단부에서의 소정의 길이만큼 형성될 수 있으며 바람직하게는 전지모듈의 중앙부까지 형성될 수 있다.

다만 상기 좌측 밴드(21)의 측면부재(21a)의 끝단부는 우측 밴드(22)의 측면 부재(22c)의 끝단부와 상기 전지모듈(30)의 일측면에서 소정거리 이격되어 배치될 수 있도록 그 길이가 형성된다.

즉, 상기 우측 밴드의 측면부재(22c)의 길이가 짧다면 상기 좌측 밴드(21)의 측면부재(21c)의 길이는 상대적으로 길게 형성되어 각 측면부재(21c,22c)가 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.

또한 상기 우측 밴드(22)의 측면부재(22c)의 길이가 길다면 상기 좌측 밴드(21)의 측면부재(21c)의 길이는 상대적으로 짧게 형성되어 각 측면부재(21c,22c)가 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.

따라서 상기 좌측 밴드(21)가 다수개의 단위 전지(10)들의 좌측에 밀착하여 배열되고, 동일 선상에서 상기 우측 밴드(22)가 그 우측에 밀착하여 배열됨으로써 상기 각 밴드(21,22)의 체결부재(21a,22a)는 상기 전지모듈(30)의 측면에서 소정 거리만큼 이격되어 마주보는 구조로 배치된다.

상기 밴드(21)는 판형 부재로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 단면이 사각형인 판형부재로 형성될 수 있다.

여기서 상기 좌측 밴드(21) 및 우측 밴드(22)는 상기 체결부재(21a,22a), 볼트(25) 및 너트(26)를 포함를 포함하는 조임부(20)에 의하여 일체로 결합된다.

또한 상기 각 체결부재들(21a,22a)은 측면부재(21c)의 양쪽 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되며 그 중앙부에는 홀(23)이 형성된다.

다만 도 5c에 도시한 바와 같이 상기 체결부재들(21a,22a)은 측면부재(21c)의 끝단에서 소정거리 이격되어 돌출된 형태로 형성될 수 있다.

이때, 볼트(25)가 일측 체결부재(21a)의 홀(23)에 끼워져 타측 체결부재(22a)의 홀(24)까지 삽입되며, 상기 볼트(25)에 너트(26)를 결합시켜서 조이게 된다.

또한 상기 홀(23,24)의 내측면에는 나사산이 형성되어 볼트(25)와 나사결합함으로써 상기 밴드들(21,22)을 더욱 강하게 결합시킬 수 있다.

또한, 상기 볼트(25)에 상기 너트(26)가 조여져 상기 체결부재들(21a,22a)을 내측으로 이동시킴으로써 상기 체결부재들(21a,22a)의 이격된 거리가 감소하고, 이에 따라 상기 밴드들(21,22)이 상기 단위 전지(10)들을 내측으로 압박하여 상기 다수개의 단위 전지(10)들을 고정하게 된다.

상기 밴드들(21,22)은 상기 다수개의 단위 전지(10)들의 둘레에 하나 이상 설치될 수 있으며, 바람직하게는 짝을 이루는 두 개의 밴드(21,22)들이 전지모듈(30)의 높이방향으로 소정거리 이격되어 상부와 하부에 각각 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서 도 5a 내지 도 5c를 살펴보면, 상기 체결부재(21a)가 측면부재(21c,22c)에서 절곡 형성되는 부분(27)은 도 5a에서와 같이 직각으로 절곡된 에지(edge)형태로 구성될 수 있으며, 도 5b와 같이 라운드처리 되어 강도를 보강할 수 있는 구조로도 형성될 수 있고, 또한 도 5c에서와 같이 밴드(21,22)의 끝부에서 소정의 거리만큼 이격되고 체결부(21a,22a)와 밴드(21,22)가 만나는 부분의 양쪽에서 라운드처리 되어 강도를 보강할 수 있는 구조로도 형성될 수 있다.

도 5a 내지 5c에 도시된 실시예들은 밴드(21,22)를 구성하는 재질 및 두께 등을 고려하여 각각 적용될 수 있으며, 판형부재 자체의 강도가 약할수록 도 5b 또는 도 5c에 도시된 구조를 채용하면 전단응력을 분산시킬 수 있어서 상기 밴드(21,22)가 절곡부(27)에서 변형되거나 파단되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

상기 밴드(21)의 소재는 단위 전지들을 고정하여 안정성을 확보할 수 있을 정도의 강성을 가진 소재라면 어느 것이든지 사용될 수 있고 탄성 소재, 또는 금속 소재일 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스강(stainless steel)일 수 있다.

상기 밴드(21)의 폭은 상기 밴드(21)가 단위전지(10)들을 내측으로 가압할 때 작용하는 힘을 견디도록 충분한 폭으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 상기 다수개의 단위전지(10)들의 둘레에 상기 두 개의 밴드(21,22)가 각각 배치되며, 볼트(25)가 상기 밴드(21,22)의 끝단부에 형성된 체결 부재(21a,22a)의 일측 홀(23)에서 맞은편 밴드의 체결 부재의 홀까지 삽입된다.

이때 상기 볼트(25)에는 너트(26)가 결합되고 상기 너트(26)를 볼트(25)에 조여서 머리방향으로 이동시키면, 상기 마주보며 이격된 두 개의 밴드(21,22) 사이의 간격이 감소하게 되는데, 이때 상기 밴드(21,22)들이 상기 단위 전지(10)들을 내측으로 가압하여 전지모듈(30)을 안정적으로 고정시킨다.

또한, 상기 단위 전지(10) 내부에서 가스가 발생하여 단위 전지(10)의 부피가 팽창함으로써 상기 밴드(21,22)를 압박할 경우, 상기 너트(26)를 풀어서 외측으로 이동시키면 상기 밴드(21,22) 사이의 간격을 증가하므로 상기 밴드(21,22)에 작용하는 힘을 감소되어 밴드(21,22)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이때 밴드(21,22) 사이의 간격이 증가함으로써 밴드(21,22)에 작용하는 힘이 감소할 뿐 아니라, 단위전지(10)를 압박하는 힘도 감소하게 되는데, 이에 따라 단위전지(10)를 내측으로 압박하여 내부압력이 상승함으로써 안전변이 조기에 파단되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 2차 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.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 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, 밴드와 볼트 및 너트로 다수의 단위전지를 체결함으로써 체결거리 및 체결시간이 감소되고, 체결거리가 감소됨으로 인해서 체결구의 회동폭이 좁아져 외부 진동에 의하여 체결력이 약해지거나 볼트, 너트가 풀어질 염려가 줄어든다.

또한 스웰링 현상이 발생하여 단위 전지가 팽창할 경우, 체결부재 사이의 간격을 증가시켜 밴드 및 단위전지에 작용하는 가압력을 감소시킴으로써, 밴드가 파손되는 것을 방지할 수 있고 단위전지의 안전변이 파단되는 시기를 지연시킬 수 있다.

Claims (14)

1. 다수개의 단위 전지, 상기 단위 전지의 외측을 휘감아 설치되어 상기 단위 전지를 묶는 적어도 하나 이상의 밴드를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 밴드를 조이기 위한 조임부를 포함하는 이차 전지 모듈.
3. 제2항에 있어서, 상기 조임부는 상기 밴드의 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되며 중앙에 홀이 구비된 체결부재, 일측 체결부재의 홀에서 타측 체결부재의 홀까지 삽입되는 볼트, 상기 볼트에 체결되는 너트를 포함하는 이차 전지 모듈.
4. 제1항에 있어서, 상기 밴드는 전지모듈의 상부와 하부에 각각 설치되는 이차 전지 모듈.
5. 제3항에 있어서, 상기 홀은 내측면에 나사산이 형성된 이차 전지 모듈.
6. 제3항에 있어서, 상기 체결부재는 밴드와 만나는 절곡부에서 에지를 이루는 이차 전지 모듈.
7. 제3항에 있어서, 상기 체결부재는 밴드와 만나는 절곡부에서 라운드처리 된 이차 전지 모듈.
8. 제3항에 있어서, 상기 체결부재는 상기 밴드의 끝단에서 소정거리 이격되어 위치하며 밴드와 만나는 절곡부의 양쪽에서 라운드 처리 된 이차 전지 모듈.
9. 제1항에 있어서, 상기 전지 모듈이 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
10. 제1항에 있어서, 상기 밴드는 단일 구조로 되어 상기 단위 전지들의 둘레를 감싸고, 상기 밴드의 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되며 중앙에 홀이 구비된 체결부재를 포함하는 이차 전지 모듈.
11. 제1항에 있어서, 상기 밴드는 두개로 분리되어 전지 모듈의 양측에서 감싸고, 상기 밴드들의 끝단부에서 외측으로 절곡 형성되며 중앙에 홀이 구비된 체결부재를 포함하는 이차 전지 모듈.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 밴드는 끝단부에서 형성된 체결부재가 마주보도록 배치되고 두개의 체결부재의 홀에 하나의 볼트가 연속적으로 삽입되며, 상기 볼트에 너트가 조여짐으로써 일체로 결합되는 이차 전지 모듈.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 홀은 내측면에 나사산이 형성된 이차 전지 모듈.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 밴드는 전지모듈의 상부와 하부에 각각 설치되는 이차 전지 모듈.

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