KR20060118112A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 모듈을 이루는 다수개의 단위 전지를 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있도록, 다수개의 단위 전지, 상기 단위 전지가 탈부착되고 내부에 상기 단위 전지를 전기적으로 연결시키는 회로가 형성된 캡구조물을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.
단위전지, 캡구조물, 단자홈, 연결선

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 모듈에 있어서 단위 전지의 체결구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈에 있어서 단위 전지의 체결 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 모듈을 이루는 다수개의 단위 전지를 용이하게 연결 및 분리시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
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 자 동차 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.
이와같이 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 캡구조물 조립체, 상기 캡구조물 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.
그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지가 배열됨에 따라 각 단위 전지의 단자간에 연결구조가 복잡해지고 연결 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
종래의 단자간 연결구조를 살펴보면, 별도의 연결구를 구비하여 이웃하는 단위 전지의 단자간에 연결구를 끼우고 너트 등을 체결하여 고정하거나 연결구를 단자에 용접으로 고정시키게 된다.
그러나, 상기한 종래의 단자간 연결구조는 수 개에서 많게는 수십 개의 단위 전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라, 연결구를 연결시키기 위해 다수개의 너트를 체결해야 하므로 작업이 힘들고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 일부 개별 전지에 이상이 발생한 경우 이를 교체하기 위해서는 또 많은 수의 너트를 풀어 주어야 하고 다시 체결해야 하므로 유지 관리 역시 많은 인력과 시간이 소요된다.
또한, 상기 연결구가 용접에 의해 단위 전지의 단자간에 연결설치되는 경우에는 전지 모듈 내에서 일부 단위 전지에 불량이 발생되었을 때 단위 전지를 교체하기 더욱 어렵게 되어 모듈의 성능저하와 심한 경우 모듈을 사용하지 못하는 문제점이 발생된다.
특히, EV(전기 자동차) 또는 HEV(하이브리드 전기 자동차)용과 같이 대용량이 요구되는 이차 전지 모듈의 경우 단위 전지의 개수 또한 많아지게 되어 상기한 문제점은 더욱 커지게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 제반 필요성을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 모듈을 이루는 다수개의 단위 전지를 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 전지 모듈을 이루는 다수개의 단위 전지간 설치와 교체가 용이하도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 또다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수개의 단위 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성되는 전지 모듈에 있어서, 상기 단위 전지가 탈부착되고 내부에 상기 단위 전지를 전기적으로 연결시키는 회로가 형성된 캡구조물을 포함한다.
이에 따라 캡구조물에 단위 전지를 장착하는 것으로 단위 전지들을 전기적으로 연결시킬 수 있게 된다.
여기서 상기 캡구조물은 일렬로 배열된 단위 전지 또는 2열이나 그 이상의 열로 배열된 단위 전지를 체결시킬 수 있는 구조로 이루어짐이 바람직하다.
상기 단위 전지는 각형의 이차 전지이거나 원통형의 이차 전지일 수 있다.
상기 캡구조물은 단위 전지의 일측단에 설치되어 단위 전지의 단자를 체결 고정시키는 구조임이 바람직하다.
상기 캡구조물은 단위 전지를 체결고정시키기 위한 전지착탈부와, 전지착탈부에 체결된 단위 전지를 전기적으로 연결시키기 위한 회로연결부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 전지착탈부는 상기 단위 전지의 단자가 끼워져 고정될 수 있도록 단자홈이 간격을 두고 형성될 수 있다.
또한, 상기 회로연결부는 상기 전지착탈부의 일면에 회로 패턴에 따라 배열되고 이웃하는 단자홈 내측으로 연장되어 단자를 전기적으로 연결되는 연결선을 포함한다.
바람직하게 상기 회로연결부는 상기 전지착탈부의 일면에 상기 전지착탈부에 배치되는 연결선을 덮어 보호하기 위한 보호부재를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 보호부재는 예컨대 전지착탈부 전면에 도포되어 연결선을 덮는 수지몰드층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 회로연결부는 각 단위 전지를 직렬로 연결시키는 회로구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 회로연결부는 각 단위 전지를 병렬로 연결시키는 회로구성으로 이루어질 수 있다.
여기서 상기 전지 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 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(12)를 구비하여 전력을 생산하는 다수개의 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지가 탈착가능하게 장착되고 장착된 각 단위전지의 단자를 전기적으로 연결시키기 위한 회로가 설치된 캡구조물(20)을 포함한다.
이에 따라 전지 모듈(10)을 이루는 각 단위전지(11)를 전기적으로 연결시키는 별도의 작업과정을 거치지 않고 상기 캡구조물(20)에 단위 전지를 장착하는 것으로 다수개의 단위전지를 직렬 또는 병렬로 연결시킬 수 있게 된다.
본 실시예에서 상기 단위 전지(11)는 각형으로 동일 면의 양쪽에 양극단자(13)와 음극단자(14)가 돌출형성된 구조로 이루어진다.
여기서 상기 캡구조물(20)에 대해 좀더 상세하게 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 캡구조물(20)은 단위 전지의 일측으로 돌출 설치된 단자가 끼워지도록 단자홈(22)이 간격을 두고 형성된 전지착탈부(21)와, 상기 전지착탈부(21)의 일면에 부착설치되고 상기 전지착탈부(21)의 단자홈(22)으로 연장되어 단자홈(22)에 끼워지는 단위 전지(11)의 각 단자(13,14)와 접하는 연결선(26)을 포함하는 회로연결부(25)를 포함한다.
도 1과 도 2는 전지모듈을 이루는 단위 전지가 일렬로 배열된 경우에 있어서의 전지착탈부(21)와 회로연결부(25)를 도시하고 있는 데, 도시된 바와 같이 상기 전지착탈부(21)는 각형의 단위 전지(11)가 이루는 전지열의 크기에 대응되는 폭과 길이로 이루어져 상기 단위 전지(11)의 일면을 덮을 수 있게 되며, 단위 전지(11)와의 접면에는 상기 단위 전지(11)에서 돌출 설치된 양극단자(13)와 음극단자(14)와 대응되는 위치에 상기 각 단자가 끼워져 고정될 수 있도록 단자홈(22)이 형성된다.
따라서 상기 각 단위 전지(11)는 전지착탈부(21)의 길이방향을 따라 형성된 단자홈(22)에 단자(13,14)를 매개로 장착될 수 있으며, 필요한 경우 단자홈(22)으로부터 단자를 인출함으로써 배열된 단위 전지(11) 중 원하는 단위 전지(11)를 전지착탈부(21)에서 제거할 수 있게 된다.
상기 단자홈(22)과 상기 단위 전지(11)의 단자간 결합구조에 대해서는 탈착 가능한 구조라면 특별히 한정되지 않으며 예컨대, 단자홈(22)의 내경을 상기 단자의 외경보다 작게 하여 상기 단자홈에 상기 단위 전지(11)의 단자를 억지끼움식으로 체결시킬 수 있다.
그리고 상기 회로연결부(25)의 연결선(26)은 단자(13,14)와 단자(13,14)를 전기적으로 연결시키는 도전성 매체로 미리 상기 전지착탈부(21)의 상기 단자홈(22) 형성면의 반대쪽면에 원하는 회로 패턴대로 배치된다.
상기 연결선(26)은 일측 단위 전지(11)의 일측 단자와 이웃하는 단위 전지(11)의 단자를 전기적으로 연결할 수 있도록 일측 선단은 상기 단자홈(22)의 내측으로 연장되고 타측 선단은 이웃하는 단위 전지(11)가 설치되는 단자홈(22) 내측으로 연장되어 각 단자홈(22) 내에서 단자홈에 끼워지는 단위 전지(11)의 단자(13,14)와 전기적으로 접하는 구조로 되어 있다.
상기한 구조의 연결선(26)은 전지착탈부(21)의 전면에 설치되어 미리 단자홈(220과 다른 단자홈(22) 사이를 연결하고 있어서 상기 전지착탈부(21)의 단자홈(22)에 단위 전지(11)의 단자(13,14)를 끼우게 되면 별도로 단위 전지(11)를 연결시키지 않아도 상기 연결선(26)에 의해 각 단위 전지(11)가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는 것이다.
즉, 상기 각형의 단위 전지(11) 상부로 돌출된 양극단자(13)와 음극단자(14)를 상기 전지착탈부(21)의 단자홈(22)에 끼우게 되면 다수개의 단위 전지(11)가 전지착탈부(21)에 고정되면서 일정간격으로 배열되고, 각 단위 전지(11)의 단자는 단자홈(22)으로 연장된 연결선(26)과 전기적으로 접하게 된다.
따라서 전지 모듈(10)을 이루는 일측 단위 전지(11)의 양극단자(13)는 이웃하는 단위 전지(11)의 음극단자(140와 연결선(26)에 의해 전기적으로 연결되면서 전지 모듈(10) 전체의 단위 전지(11)가 직렬로 연결되는 것이다.
그리고 이와같이 각 단위 전지(11)가 장착되어 전지 모듈이 사용되는 중에 일 단위 전지(11)에 이상이 발생된 경우에는 해당되는 단위 전지(11)만을 전지착탈부(21)의 단자홈(22)으로부터 탈거시킴으로써 단위 전지(11)와 단위 전지(11)를 전기적으로 연결하는 연결선의 분리에 관계없이 단위 전지(11)를 용이하게 교체할 수 있게 된다.
여기서 상기 회로연결부(25)는 상기 전지착탈부(21) 전면에 설치된 상기 연결선을 수지몰드층으로 덮어 형성할 수 있다.
한편, 도 3과 도 4는 본 발명의 또다른 실시예로 원통형태의 단위 전지를 포함하는 전지모듈을 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 원통형태를 이루는 다수개의 단위 전지(11)와 상기 단위 전지(11)가 탈착가능하게 장착되고 장착된 각 단위 전지(11)의 단자와 케이스(13,15)를 전기적으로 연결시키기 위한 회로가 설치된 캡구조물(20)을 포함한다.
본 실시예에 따른 상기 단위 전지(11)는 원통형태로 일측 선단으로 양극단자(13)가 돌출 설치되고 외부 케이스(15)가 음극단자를 이루는 구조로 되어 있다.
상기한 구조의 단위 전지(11)를 고정하고 전기적으로 연결시키기 위한 상기 캡구조물(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 단자(13)를 포함하는 케이스(15) 일부가 끼워지도록 원형의 체결홈(23)이 간격을 두고 형성된 전지착탈부(21)와, 상기 전지착탈부(21)의 일면에 부착설치되고 상기 체결홈(23)으로 연장되어 상기 체결홈(23)에 끼워지는 단자(13)와 케이스(15)에 접하는 연결선(26,27)을 포함하는 회로연결부(25)를 포함한다.
여기서 상기 체결홈(23)은 상기 원통형태의 단위 전지(11) 외경과 대응되는 크기로 이루어지고 내측 중앙에는 상기 단위 전지(11) 중앙에서 돌출형성된 양극단자(13)와 대응되는 위치에 단자가 끼워질 수 있도록 단자홈(24)이 더욱 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 상기 회로연결부(25)는 상기 전지착탈부(21) 전면에 설치되어 상기 연결선(26,27)을 덮는 수지몰드층을 더욱 포함할 수 있다.
상기 수지몰드층은 상기 전지 체결부위에 설치되는 각 연결선(26,27)을 덮어 연결선이 외부로 노출되어 파손되거나 상호 단락되는 것을 방지하게 된다.
상기한 구조로 되어 상기 각 단위 전지(11)는 전지착탈부(21)의 길이방향을 따라 형성된 체결홈(23)에 몸체인 케이스(15)를 끼움으로써 장착될 수 있으며, 양극단자(13)는 단자홈(24)으로 삽입된다. 그리고 필요한 경우 체결홈(23)으로부터 케이스(15)를 인출함으로써 배열된 단위 전지(11) 중 원하는 단위 전지(11)를 전지착탈부(21)에서 제거할 수 있게 된다.
상기 체결홈(23)과 상기 단자홈(24)은 그 내경을 상기 단위 전지(11)의 케이스(15) 외경이나 양극단자(13)의 외경보다 작게 하여 상기 체결홈(23)과 단자홈(24)에 상기 단위 전지(11)의 케이스(15) 및 양극단자(13)를 억지끼움식으로 체결 시킬 수 있도록 한다.
그리고 상기 회로연결부(25)의 연결선(26,27)은 이웃하는 단위 전지를 전기적으로 연결시키는 도전성 매체로 미리 상기 전지착탈부(21)의 상기 체결홈(23) 형성면의 반대쪽면에 원하는 회로 패턴대로 배치된다.
상기 연결선(26,27)은 이웃하는 단위 전지(11)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있도록 예컨대, 직렬로 연결하는 경우에는 연결선(26,27)의 일측 선단은 상기 체결홈(23)의 내측으로 연장되고 타측 선단은 이웃하는 단위 전지(11)가 설치되는 단자홈(24) 내측으로 연장되어 각 체결홈(23)과 단자홈(24) 내에서 체결홈(23)과 단자홈(24)에 끼워지는 단위 전지(11)의 음극단자인 케이스(15) 및 양극단자(13)와 전기적으로 접하는 구조로 되어 있다.
이에 따라 상기 원통형 단위 전지(11)를 상기 전지착탈부(21)에 장착하게 되면 단위 전지(11)의 케이스(15)는 체결홈(23)에 끼워져 케이스(15)의 외측면이 체결홈(23)로 연장된 연결선(27)과 전기적으로 접하게 된다. 그리고 상기 단위 전지(11)의 상부로 돌출된 양극단자(13)는 상기 체결홈(23) 중앙에 형성된 단자홈(24)에 끼워지게 되어 상기 단자홈(24)으로 연장된 연결선(26)과 전기적으로 접하게 된다.
또한, 상기 전지 모듈(10)이 병렬연결구조인 경우에는 상기 연결선(26.27)은 이웃하는 체결홈(23) 간에 양단이 연장설치되거나, 이웃하는 단자홈(24) 간에 양단이 연장설치됨으로써, 각 체결홈(23)으로 끼워지는 단위 전지(11)의 음극단자인 케이스(15) 간을 연결시키거나 각 단자홈(24)으로 끼워지는 단위 전지(11)의 양극단 자(13) 간을 연결시키게 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 실시예에 따르면, 전지 모듈을 이루는 각 단위 전지의 착탈이 용이하여 단위 전지의 교체에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있다.
또한, 별도의 단위 전지 연결작업 없이 단위 전지들을 전기적으로 연결시킬 수 있고, 이에 따라 단위 전지 연결작업을 간편하고 빠르게 수행할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 다수개의 단위 전지;
    상기 단위 전지가 탈부착되고 내부에 상기 단위 전지를 전기적으로 연결시키는 회로가 형성된 캡구조물
    을 포함하는 이차 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 단위 전지를 체결고정시키기 위한 전지착탈부와, 전지착탈부에 체결된 단위 전지를 전기적으로 연결시키기 위한 회로연결부를 포함하는 이차 전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지착탈부는 상기 단위 전지의 단자가 끼워져 고정될 수 있도록 단자홈이 간격을 두고 형성된 이차 전지 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 회로연결부는 상기 전지착탈부의 일면에 배열되고 양단이 이웃하는 단자홈 내측으로 연장되어 단자를 전기적으로 연결되는 연결선을 포함하는 이차 전지 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 회로연결부는 상기 전지착탈부에 설치되어 상기 연결선을 덮는 보호부재를 더욱 포함하는 이차 전지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보호부재는 수지몰드층으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 일렬 또는 2열 이상으로 배열된 단위 전지를 체결시킬 수 있는 구조인 이차 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 각형인 이차 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 상기 단위 전지의 일측단으로 돌출되는 단자를 체결 고정시키는 구조인 이차 전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 각 단위 전지를 직렬로 연결시키는 이차 전지 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 각 단위 전지를 병렬로 연결시키는 이차 전지 모듈.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 단자홈은 상기 단위 전지의 단자와 억지 끼움식으로 결합되는 이차 전지 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 캡구조물은 단자를 포함하는 케이스 일부가 끼워지는 체결홈이 간격을 두고 형성된 전지착탈부와, 상기 전지착탈부의 일면에 부착설치되고 상기 체결홈으로 연장되어 상기 체결홈에 끼워지는 단자와 케이스에 접하는 연결선을 포함하는 회로연결부를 포함하는 이차 전지 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 체결홈은 내측에 상기 단위 전지에서 돌출형성된 단자와 대응되는 위치에 단자가 끼워질 수 있도록 단자홈이 형성된 이차 전지 모듈.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 단위 전지는 원통형인 이차 전지 모듈.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 회로연결부는 상기 전지착탈부에 설치되어 상기 연결선을 덮는 보호부재를 더욱 포함하는 이차 전지 모듈.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 보호부재는 수지몰드층으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
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