KR20060099028A - Secondary battery module and end plate used in the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지 모듈의 체결 구조를 개선하여 전지 모듈의 무게를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 체결구조의 강성을 강화할 수 있도록, 다수개의 단위전지와 상기 단위전지가 적층된 전지 집합체의 외측에 배치되고 응력집중부위에 강도 보강부를 갖는 앤드 플레이트 및 상기 앤드 플레이트 사이에 설치되어 앤드 플레이트를 체결하는 연결 로드와 너트를 포함하는 이차전지 모듈을 제공한다.The present invention is not only to reduce the weight of the battery module by improving the fastening structure of the battery module, but also to enhance the rigidity of the fastening structure, the plurality of unit cells and the unit cell is disposed outside the battery assembly is stacked Provided is a secondary battery module including an end plate having a strength reinforcement at a stress concentration part and a connection rod and a nut installed between the end plate and fastening the end plate.
전지 모듈, 앤드 플레이트, 연결 로드 Battery module, end plate, connecting rod
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery module according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 앤드 플레이트를 도시한 평면도이다. 2 is a plan view illustrating an end plate according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 이차 전지 모듈의 앤드 플레이트(end plate)에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery module, and more particularly, to an end plate of a secondary battery module.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동을 위해서는 상기한 고출력 이차 전지 복수개를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성할 필요가 있다.Recently, a high output secondary battery using a high energy density nonaqueous electrolyte has been developed, and a plurality of high output secondary batteries connected in series to drive a motor requiring a large power, for example, an electric vehicle, have a large capacity secondary battery. You need to configure
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.As described above, one large capacity secondary battery (hereinafter, referred to as a battery module for convenience of description throughout) is made of a plurality of secondary batteries (hereinafter, referred to as unit cells for convenience of description throughout the specification) connected in series. Each unit cell includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are positioned with a separator interposed therebetween, a case including a space part in which the electrode assembly is embedded, and a terminal coupled to the case to seal the terminal plate and electrically connected to the electrode plate. And a cap assembly provided.
그리고 각각의 단위 전지는 통상 하우징 내에서 일정 간격으로 배열 장착되고 각 단위 전지의 단자를 연결하여 전지 모듈을 구성하게 된다.Each unit cell is usually arranged in a housing at regular intervals and connects terminals of each unit cell to form a battery module.
여기서 상기 전지 모듈은 다수의 단위 전지를 전기적으로 연결하며, 전지 모듈의 안정성을 위해서 다수의 단위 전지를 하나의 전지 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다.Here, the battery module electrically connects a plurality of unit cells, and has a structure in which a plurality of unit cells are fastened to one battery module for stability of the battery module.
즉, 다수의 단위 전지를 일렬로 배열시키고, 상기 단위 전지들의 최외측에 두개의 앤드 플레이트를 배치하며, 상기 앤드 플레이트가 일렬로 배열된 단위전지를 내측으로 밀착시킬 수 있도록 상기 두개의 앤드 플레이트에 결합하여 고정되는 4개의 막대 형태의 연결 로드(restraint bar)를 너트로 상기 앤드 플레이트에 고정함으로써 다수의 단위 전지를 안정적으로 고정한다.That is, a plurality of unit cells are arranged in a row, two end plates are arranged on the outermost sides of the unit cells, and the two end plates are arranged on the two end plates so that the end cells are arranged in close contact with each other. A plurality of unit bars are stably fixed by fixing a four rod-shaped connecting bar fixed to the end plate by a nut.
이러한 구조에서 상기 연결 로드가 앤드 플레이트의 홀에 삽입되어 상기 단위 전지들을 내측으로 밀착하도록 너트가 체결되는 경우, 상기 앤드 플레이트의 홀의 주변은 너트에 의하여 큰 응력을 받게 된다.In this structure, when the connecting rod is inserted into the hole of the end plate and the nut is fastened to closely contact the unit cells inward, the periphery of the hole of the end plate is subjected to a large stress by the nut.
이때 강성을 확보하기 위해서 앤드 플레이트 전체를 강도가 큰 재질을 사용하면 제조비용이 상당히 증가하므로 종래에는 앤드 플레이트의 두께를 증가시킴으로써 상기 앤드 플레이트의 강성을 확보하고 변형 및 파손을 방지하려고 하였다.In this case, if the entire end plate is used to secure the rigidity, the manufacturing cost increases considerably, and thus, conventionally, the end plate is increased in order to secure the rigidity of the end plate and prevent deformation and damage.
그러나 앤드 플레이트의 두께가 증가되면 상기 전지 모듈의 전체적인 무게가 증가하여 전지모듈이 장착되는 기기의 성능을 저하시키는 원인이 된다.However, if the thickness of the end plate is increased, the overall weight of the battery module is increased, which causes the performance of the device on which the battery module is mounted.
특히, HEV(하이브리드 전기 자동차), 전기 자전거, 전기 스쿠터 등에 사용되는 모터 구동용 이차 전지의 경우 상기 기기들의 성능을 향상시키기 위해서 전지의 자체 하중을 줄이는 것은 무엇보다 중요하다고 할 수 있는데, 상기와 같은 종래의 구조는 전지 모듈의 무지 증가로 무게 대비 출력이 저하되어 모터 구동용으로 적용하기 힘든 문제점이 있다.Particularly, in the case of a secondary battery for driving a motor used in a hybrid electric vehicle (HEV), an electric bicycle, an electric scooter, and the like, it is important to reduce the self load of the battery in order to improve the performance of the devices. The conventional structure has a problem that it is difficult to apply for driving the motor because the output is reduced relative to the weight due to the increase of the battery module.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 앤드 플레이트에 있어서 응력이 집중되는 부분의 강도를 향상시킴으로써 전지 모듈의 자중(自重)을 감소시키고 응력에 의하여 앤드 플레이트가 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 체결구조가 개선된 전지 모듈 및 이에 사용되는 앤드 플레이트를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to improve the strength of the stress concentration portion in the end plate to reduce the self-weight of the battery module and the end by the stress An object of the present invention is to provide a battery module having an improved fastening structure and an end plate used therein, to prevent the plate from being deformed or broken.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 앤드 플레이트에서 응력이 집중되는 부분에 강성이 큰 재질을 사용한다.In order to achieve the above object, the present invention uses a material having a high rigidity in a portion where stress is concentrated in the end plate.
이를 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지, 상기 단위 전지가 적층된 전지 집합체의 열의 최외측에 각각 배치되는 앤드 플레이트, 상기 각각의 앤드 플레이트에 삽입되는 연결 로드, 상기 연결 로드를 앤드 플레이트에 체결시키는 너트를 포함한다.To this end, the battery module of the present invention includes a plurality of unit cells, an end plate disposed at an outermost side of a row of battery assemblies in which the unit cells are stacked, a connection rod inserted into each end plate, and the connection rod to the end plate. And a nut for fastening.
여기서 앤드 플레이트는 단위 전지를 가압하는 평판부와 평판부의 마주보는 두 선단에 각각 하나 이상 형성되는 돌출 고리부, 그리고 상기 돌출 고리부의 중앙에 형성되어 연결 로드를 삽입시키는 홀부 및 상기 홀부의 주변에 위치하며 너트에 의한 힘이 직접 작용하는 홀 주변부를 포함한다.In this case, the end plate is located at the periphery of the flat plate portion which presses the unit cell and at least two opposite ends of the flat plate portion, and the hole portion formed at the center of the protruding ring portion to insert the connecting rod and the hole portion. And the periphery of the hole where the force from the nut is acting directly.
여기서 돌출 고리부에는 연결 로드가 너트와 결합하여 평판부가 단위전지 열을 압박하도록 조여지게 되는데 상기 너트에 의하여 홀 주변부에 직접 큰 응력 작용하고, 또한 상기 홀 주변부에 작용하는 힘은 상기 돌출 고리부에 전달되어, 상기 돌출 고리부도 전지열의 내측으로 응력을 받게 된다.In this case, the connecting rod is coupled to the nut to tighten the flat plate to press the unit cell heat. The nut directly acts on the periphery of the hole, and the force acting on the periphery of the hole is applied to the protruding ring part. When delivered, the protruding ring portion is also stressed into the cell row.
따라서 상대적으로 응력을 많이 받게 되는 돌출 고리부에는 평판부 보다 인장강도가 강한 재료를 사용하고, 특히 너트에 의하여 직접 힘을 받는 홀 주변부 또한 평판부 보다 인장강도가 강한 재료를 사용하며, 바람직하게는 돌출 고리부보다 인장강도가 강한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.Therefore, a material having a higher tensile strength than the flat plate part is used for the protruding ring portion that is relatively stressed, and particularly, a material having a higher tensile strength than the flat plate part is used. It can be formed using a material having a stronger tensile strength than the protruding ring portion.
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 있다Here, the secondary battery module is used as an energy source for driving a motor of the device in a device that operates by using a motor such as a hybrid electric vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), a wireless cleaner, an electric bicycle, an electric scooter, and the like. Can
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
상기 도면을 참조하여 설명하면 다수의 단위 전지(11)를 적층 배열하여 전지 집합체를 이루고, 상기 전지 집합체의 양 측단에는 각각 앤드 플레이트(20)가 배열 설치되어 전지 집합체를 가압 고정하는 구조로 되어 있다.Referring to the drawings, a plurality of
그리고 상기 전지 집합체는 단위전지(11) 사이에 전지 격벽(12)이 설치되어 단위 전지(11) 사이의 간격을 유지하고 냉각용 공기를 유통시키는 구조로 되어 있다.The battery assembly has a structure in which
또한, 상기 각 앤드 플레이트(20)들을 연결하는 연결 로드(25)가 앤드 플레이트(20)에 삽입되고 상기 연결 로드의 끝단에는 너트(24)가 결합되어 상기 앤드 플레이트(20)를 죔으로써 상기 단위 전지(11)들을 가압하는 구조로 되어 있다.In addition, a connecting
또한, 도2를 참조하면 상기 앤드 플레이트(20)는 단위전지(11)에 접하여 밀착시키는 평판부(21), 상기 평판부(21)의 마주보는 두 면에 형성되며 중앙에 홀(26)을 포함하는 돌출 고리부(22), 상기 돌출고리부의 중앙에 형성되어 상기 연결 로드를 삽입하는 홀(26) 및 홀 주변부(23)로 이루어져 있다.In addition, referring to FIG. 2, the
본 실시예에 따른 상기 앤드 플레이트(20) 전체의 두께는 종래의 앤드 플레이트(20) 보다 작지만 상기 돌출 고리부(22)는 상기 평판부(21)보다 강도가 큰 재질로 형성되며, 상기 홀의 주변부(23) 또한 상기 평판부(21) 보다 강도가 큰 재질로 형성되고, 바람직하게는 상기 돌출 고리부(22) 보다 강도가 큰 재질로 형성된다.The entire thickness of the
이때 이종 재질간의 결합 방법에 대해서는 한정하지 않으며 예컨대, 컴포지트 스틸(composite steel) 또는 클래드 강(clad steel)과 같이 종래에 널리 알려진 다양한 방법으로 결합될 수 있다.At this time, the coupling method between the different materials is not limited. For example, the coupling method may be combined by various methods well known in the art, such as composite steel or clad steel.
따라서 상기 실시예에 따르면 기존의 철판으로 형성된 앤드 플레이트(20)보다 더 강도가 큰 재질을 응력이 집중되는 곳에 사용함으로써 앤드 플레이트(20)의 두께를 감소시켜도 상기 너트(24)와 연결 로드(25)에 의하여 작용하는 응력을 견딜 수 있게 된다.Therefore, according to the embodiment, even if the thickness of the
본 발명의 바람직한 실시예로서는 앤드 플레이이트(20)의 평판부(21)의 재질을 저가의 인장강도가 100MPa인 강철판으로 할 경우 바람직하게는 상기 돌출 고리부(22)의 재질은 인장강도가 150MPa인 일본공업표준규격(JIS) 알루미늄 합금 3003종을 사용하여 형성하고, 상기 홀 주변부(23)는 인장강도가 300Mpa인 한국산업규격(KS) 스테인리스 스틸 304종을 사용하여 형성할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, when the material of the
상기 실시예에서와 같이 응력이 집중되는 곳에 인장강도 및 전단강도가 강한 재질을 사용하여 형성할 경우 앤드 플레이트(20)의 두께는 1/3 내지 1/2 정도로 감소시킬 수 있다.As in the above embodiment, when the stress concentration is concentrated where the tensile strength and the shear strength are formed using a strong material, the thickness of the
상기 돌출 고리부(22)는 단위 전지(11)를 단자가 위쪽을 향하도록 세워 놓았을 때 단위 전지(11)의 상하 방향으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 단위 전지(11)의 좌우측면에도 형성될 수 있다.The
또한 상기 돌출 고리부(22)가 형성되는 개수에 대해서는 한정하지 않으며 돌출고리부(22)의 크기 및 형태에 따라 다수의 돌출 고리부(22)가 형성될 수 있다.In addition, the number of protruding
상기 실시예에 의하면 앤드 플레이트(20)에 연결 로드(25)가 삽입되고 상기 연결 로드(25)의 양쪽 끝단에 너트(24)가 체결되어 상기 너트(24)가 상기 앤드 플레이트(25)를 단위 전지(11)들의 내측으로 가압할 때, 양쪽 연결 로드(25)에 체결된 너트(24)가 상기 홀 주변부(23)를 직접 가압하는데, 이때 상기 홀 주변부(23)는 상기 가압 응력을 충분히 견딜 수 있을 정도의 강도를 가진 재질로 형성되어 있으므로 상기 가압 응력에 의하여 쉽게 변형되거나 파단되지 않게 된다.According to the above embodiment, the connecting
또한 상기 홀 주변부(23)에 작용하는 응력은 상기 돌출 고리부(22)에 전달되므로 상기 홀 주변부(22)와 접하는 부분에서 전지 내측 방향으로 응력이 작용하게 된다.In addition, since the stress acting on the
이때 상기 돌출 고리부(22)는 일반적인 철강재질보다 강도가 더 큰 재질로 구성되어져 있으므로 상기 힘을 견딜 수 있으며, 응력을 상기 평판부(21)에 전달하여 평판부(21)가 단위전지들을 내측으로 충분히 가압할 수 있도록 한다.In this case, since the protruding
따라서 이차전지 모듈(10)은 더욱 안정되게 결합할 수 있으며, 상기 앤드 플레이트(20)는 작용하는 응력에 의한 변형 및 파손을 방지할 수 있다.Accordingly, the
또한 상기 앤드 플레이트(20)의 무게가 감소하여 전지 모듈(10)이 장착되는 기기의 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the weight of the
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.The secondary battery of the present invention is a device that operates by using a motor such as a HEV (hybrid electric vehicle), an EV (electric vehicle), a wireless cleaner, an electric bicycle, an electric scooter, and the like to drive a motor of the device. It can be used as an energy source.
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.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 앤드 플레이트의 두께를 줄일 수 있어서 전지 모듈의 무게를 감소시킬 수 있고, 또한 응력이 집중하는 부분에 강성 이 큰 재질을 사용하였으므로 응력의 집중으로 인한 변형 및 파손을 용이하게 방지할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, since the thickness of the end plate can be reduced, the weight of the battery module can be reduced, and since a material with high rigidity is used at the portion where stress is concentrated, deformation and Breakage can be easily prevented.
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