KR20070025737A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지 모듈은 전극 단자 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위전지와 상기 단위전지들을 전기적으로 연결하는 연결 부재와 상기 전극 단자에 체결되어 상기 연결 부재를 지지하는 너트, 및 상기 너트와 상기 연결 부재 사이에 개재되며, 적어도 하나 이상의 면에 돌기가 형성되는 와셔를 포함한다.

이차 전지 모듈, 연결 부재, 와셔, 돌기

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 단위 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 와셔를 도시한 절개 사시도이다.

도 4본 발명의 제 2실시예에 따른 단위 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 와셔를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이웃하는 단위 전지들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하는 구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.

또한, 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 단위 전지라 칭한다)로 이루어진다.

상기 각각의 단위전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하며 전극 단자가 삽입되는 관통 홀이 형성된 캡 플레이트, 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 관통 홀에 삽입되어 케이스의 외측으로 돌출되는 양극 단자와 음극 단자를 포함하는 전극 단자, 및 상기 관통 홀에 끼워져 캡 플레이트와 전극 단자를 절연시키는 개스킷을 포함한다.

여기서 상기 케이스는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 그리고 각형의 전지는 일측이 개구된 육면체 형태의 케이스와 상기 개구부를 막는 캡 플레이트와 캡 플레이트에 설치되는 전극 단자로 이루어진다. 또한, 양극 단자와 음극 단자는 수나사로 이루어지고, 각 전극 단자에 너트가 체결되어 상기 전극 단자는 캡 조립체 상에 고정된다.

그리고 각각의 단위전지는 직렬로 연결될 수 있도록 양극 단자 및 음극 단자가 이웃하는 단위전지의 양극 단자 및 음극 단자와 엇갈리도록 교차 배열된다. 그 리고 일측 단위전지의 양극 단자와 이웃하는 단위전지의 음극 단자에 연결 부재가 끼워지고 상기 연결 부재 위에 다시 너트가 체결되어 연결구는 전극 단자에 안정적으로 고정된다.

또한, 상기 연결 부재와 너트 사이에는 너트의 체결력을 향상시키기 위한 와셔가 설치된다.

이처럼 이웃하는 단위전지의 전극 단자는 너트와 와셔, 그리고 연결구를 통해서 이웃하는 단위 전지와 전기적으로 연결된다. 그러나 이러한 구조는 와셔와 연결구가 접하는 면에서 양부재가 불균일하게 접촉함으로써, 접촉 저항이 발생하는 문제점이 있다. 비록 외관상으로는 매끄럽게 가공된 표면이라 할지라도 미시적으로 보면 표면에 울퉁불퉁한 부분이 존재하고, 이러한 부분 때문에 양측 부재는 점접촉 하게된다. 이와 같이 와셔와 연결 부재가 점접촉을 하게되면, 접촉하는 면적이 작아서 접촉저항이 증가하게되며, 이러한 저항으로 인하여 이차 전지 모듈의 출력이 저하되는 문제점이 있다.

특히, 전지 모듈이 기기에 장착되어 오랜 시간 사용될 경우에는 외부의 진동으로 너트가 느슨해져 접촉면에서의 접촉저항은 더욱 증가하게된다.

또한, 상기 너트와 와셔가 접촉하는 면에서도 상기한 바와 같이 접촉 저항이 발생하는 문제점이 있다.

특히, HEV(하이브리드 전기 자동차)용 이차 전지 모듈의 경우, 자동차의 주행으로 전지 모듈에 지속적인 진동이 가해져 너트가 풀어짐으로써, 단위 전지 사이의 접촉 저항은 증가하게 된다. 또한, HEV용 이차 전지 모듈은 수십 개의 단위전 지가 직렬로 연결되므로, 이들 단위전지들을 연결하는 부분에 접촉저항이 발생할 경우, 전지 모듈의 출력이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 단자에 설치되는 와셔의 구조를 개선하여 접촉저항을 감소시킬 수 있는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전지 모듈은 적어도 일측 표면에 돌기가 형성된 와셔를 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 전지 모듈은 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들을 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 전극 단자에 결합되는 연결구와, 상기 전극 단자에 체결되어 상기 연결구를 지지하는 너트, 및 상기 너트와 상기 연결구 사이에 개재되며 적어도 하나 이상의 면에 돌기가 형성되는 와셔를 포함할 수 있다.

여기서 상기 돌기는 상기 연결구와 접하는 상기 와셔의 일 면에 형성될 수 있으며, 상기 와셔의 양면에 형성될 수도 있다.

상기 돌기는 쐐기 형태로 끝단이 뾰족하게 형성될 수 있으며, 또한, 상기 돌기는 상기 와셔의 원주방향을 따라 연속적으로 이어져 형성될 수 있다.

또한, 상기 돌기는 뿔 형태로 형성될 수 있다.

그리고 상기 연결구는 판 형태로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 돌기는 상기 너트에 의하여 가압되어 상기 연결 부재에 밀착될 수 있으며, 너트에 의하여 더 가압되어 연결 부재의 표면을 파고드는 구조로 설치될 수 있다.

또한, 상기 돌기는 와셔의 양면에 형성되고 상기 너트에 의하여 가압되어 연결 부재 및 너트의 표면에 밀착될 수 있으며, 너트에 의하여 더욱 가압되어 연결 부재 및 너트의 표면을 파고드는 구조로 설치될 수 있다.

또한, 상기 이차 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 에너지원으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

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

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)은 외부로 돌출된 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함하는 전극 단자(21, 22)가 설치된 복수개의 단위 전지(10)와, 상기 단위 전지들(10) 사이에 설치되어 열전달 매체의 유통로를 형성하는 전지 격벽(11), 이웃하는 단위 전지(10)의 전극 단자(21, 22)들을 전기적으로 연결하는 연결 부재(30), 상기 연결 부재(30)를 고정하는 너트(25, 26), 및 상기 연결 부재(30)와 너트(25, 26) 사이에 개재되는 와셔(32, 33)를 포함한다.

본 실시예에 따른 단위 전지(10)는 각형으로 이루어지고, 전극군을 수납하는 케이스(15)와 상기 케이스(15)를 밀폐하는 캡 플레이트(17)를 포함한다. 다만, 본 실시예에서는 각형 전지를 예로서 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 단위 전지(10)는 원통형 또는 그 이외의 형상으로 형성될 수도 있다.

그리고 상기 캡 플레이트(17)에는 외측으로 돌출되는 전극 단자(21, 22)가 설치되고, 상기 전극 단자(21, 22)는 너트(25, 26)가 체결될 수 있도록 외주면에 나사산이 형성된다.

또한, 상기 캡 플레이트(17)와 전극 단자(21, 22) 사이에는 캡 플레이트(17)와 전극 단자(21, 22)를 절연시키는 개스킷(23)이 설치된다. 그리고 상기 개스킷(23)의 상부에는 전극 단자(21, 22)를 지지할 수 있도록 와셔(31)를 매개로 너트(25)가 설치된다.

전지 모듈을 이루는 각각의 단위 전지(10)는 직렬로 연결될 수 있도록 이웃하는 단위 전지(10)의 양극 단자(21)와 음극 단자(22)가 서로 엇갈리도록 배치되어, 일측 단위 전지(10)의 양극 단자(21)와 이에 이웃하는 단위 전지(10)의 음극 단자(22) 사이에 연결 부재(30)가 설치된다.

그리고 상기 연결 부재(30)의 상부에는 상기 연결 부재(30)가 고정될 수 있도록 너트(26)가 설치된다. 또한, 상기 너트(25, 26)와 연결 부재(30) 사이에는 상기 너트(25, 26)의 체결력을 향상시키기 위하여 원판 형태로 이루어진 와셔(32, 33)가 설치된다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 부분 단면 도이다.

상기 기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(10)는 케이스(15)와 상기 케이스(15)를 밀폐하는 캡 플레이트(17), 그리고 외측으로 돌출되는 전극 단자(21)를 포함한다. 또한, 상기 전극 단자(21)와 캡 플레이트(17) 사이에는 개스킷(23)이 설치되고 상기 개스킷(23)의 위에는 와셔(31)가 설치된다.

그리고 상기 전극 단자(21)에는 이웃하는 단위전지(10)들을 전기적으로 연결하는 연결 부재(30)가 설치되고, 상기 연결 부재(30)의 상면과 하면에는 와셔(32, 33)를 매개로 너트(25, 26)가 설치된다.

또한, 상기 와셔(32, 33)가 연결단자(30)와 접하는 면에는 적어도 하나 이상의 돌기(32a, 33a)가 형성된다. 본 실시예에 따른 상기 돌기(32a, 33a)는 너트(25, 26)가 조여질 때, 너트(25, 26)에 의해 가압되어 연결 부재(30)의 표면을 파고들 수 있도록 쇄기 형상으로 형성된다. 다만, 상기 돌기(32a, 33a)의 형상은 본 실시예의 일 예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 와셔(32)는 전극 단자(21)가 끼워질 수 있도록 중앙에 형성된 관통구(32b)를 포함한다. 그리고 상기 돌기(32a)는 와셔(32)의 원주 방향을 따라 연속적으로 형성되어 둥근 띠 형태를 이룬다.

따라서, 와셔(32, 33)가 너트(25, 26)에 의해 가압되어 연결 부재(30)에 밀착될 때, 상기 와셔(32, 33)의 돌기(32a, 33a)가 연결 부재(30)의 표면을 파고들어, 상기 와셔(32, 33)와 연결 부재(30)가 면접촉을 하게된다. 따라서 면접촉을 하는 부분을 통해서 전류가 자유롭게 흐를 수 있으며, 접촉 저항은 최소화된다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 단위 전지(10)의 일부를 나타낸는 단면도이다. 상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 단위 전지는 제 1실시예의 단위 전지와 동일하게 케이스(44)와 케이스(44)를 밀폐하는 캡 플레이트(47), 상기 캡 플레이트(47)의 외측으로 돌출된 전극 단자(21)를 포함한다.

그리고 상기 전극 단자(21)에는 이웃하는 단위전지의 전극 단자(21)들을 전기적으로 연결하는 연결 부재(40)가 설치된다. 그리고 상기 연결 부재(40)의 상부와 하부에는 상기 연결 부재(40)를 지지하기 위한 너트(45, 46)가 설치된다. 그리고 상기 연결 부재(40)와 너트(45, 46) 사이에는 너트(45, 46)의 체결력을 향상시키기 위한 와셔(42, 43)가 설치된다.

여기서 상기 와셔(42, 43)는 중앙에 관통 구가 형성된 원판 형태로 이루어지고, 원판의 양면에는 돌기(42a, 43a)가 형성된다.

따라서 상기 와셔(42, 43)가 상기 너트(45, 46)에 의하여 가압되면, 상기 돌기(42a, 43a)가 연결 부재(40) 및 너트(45, 46)의 표면에 밀착된다. 그리고 상기 와셔(42, 43)가 너트(45, 46)에 의하여 더욱 가압되면, 상기 돌기(42a, 43a)가 너트(45, 46) 및 연결 부재(40)의 표면을 파고들게 된다.

따라서 돌기(42a, 43a)가 형성된 부분에서는 상기 와셔(42, 43)가 너트(45, 46) 및 연결 부재(40)와 면접촉을 하게되고, 이들 부재가 접하는 면에서 발생하는 접촉 저항을 최소화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 와셔를 도시한 사시도이다.

본 실시예에 따른 와셔(50a)는 본 발명의 도 1에서 도시한 연결 부재(30)와 너트(25, 26) 사이에 설치되는 부재이며, 본 실시예에 따른 이차 전지 모듈은 상기 와셔(50a)를 제외한 모든 구조는 제1 실시예의 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어진다.

그리고 상기 와셔(50)의 중앙에는 전극 단자(21)가 끼워지는 관통구(50b)가 형성되고, 상기 와셔(50)의 표면에는 뿔 형태의 미세한 돌기(50)가 형성된다.

도 5에서는 상기 돌기(50a)가 원뿔 형태인 것으로 도시하고 있지만, 이는 본 실시예의 일 예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 돌기(50a)는 원뿔, 사각뿔, 삼각뿔 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 돌기(50a)는 연결 부재(30)와 접하는 와셔(50)의 일면에만 형성될 수 있으며, 연결 부재(30)와 접하는 면과 너트(25, 26)와 접하는 면 모두에 형성될 수도 있다.

이와 같이 상기 와셔(50)에 미세한 돌기(50a)가 형성됨으로써, 상기 와셔(50)가 너트(25, 26)에 의하여 가압될 때, 상기 돌기(50a)들이 이웃하는 부재에 밀착되고, 밀착된 부분은 이웃하는 부재와 면접촉을 하게 된다. 또한, 상기 와셔(50)가 너트(25, 26)에 의하여 더욱 가압되면, 상기 돌기(50a)가 열결 부재(30) 또는 너트(25, 26)의 표면을 파고들어 이들 부재들은 더욱 안정적으로 면접촉을 할 수 있다.

본 발명의 이차 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.

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 연결 부재와 너트 사이에 설치되는 와셔에 돌기가 형성되고, 이 돌기가 연결 부재 또는 너트의 면에 밀착되어 상기 부재들의 표면을 파고들어 이들 부재들이 안정적으로 면접촉을 할 수 있다.

Claims (9)

1. 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위전지;

   상기 단위전지들을 전기적으로 연결하는 연결 부재;

   상기 전극 단자에 체결되어 상기 연결 부재를 지지하는 너트; 및

   상기 너트와 상기 연결 부재 사이에 개재되며, 적어도 하나 이상의 면에 돌기가 형성되는 와셔;

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 연결 부재와 접하는 면에 형성되는 이차 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 와셔의 양면에 형성되는 이차 전지 모듈.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 끝단이 뾰족하게 형성되는 이차 전지.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 와셔의 원주방향을 따라 연속적으로 이어져 형성되는 이차 전지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 뿔 형상으로 형성되는 이차 전지.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 너트에 의하여 가압되어 상기 연결 부재의 표면을 파고드는 이차 전지 모듈.
8. 제3 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 너트에 의하여 가압되어 상기 연결 부재 및 너트의 표면을 파고드는 이차 전지 모듈.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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