KR20070048893A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔드 플레이트의 변형을 방지할 수 있도록, 적층 배열된 복수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들의 최외측에 각각 설치되어 상기 단위 전지들을 고정하는 엔드 플레이트, 및 상기 엔드 플레이트들을 연결하는 연결부재를 포함하고, 적어도 하나의 엔드 플레이트는 상기 연결부재에 대하여 미끄럼 가능하도록 결합되는 이차 전지 모듈을 제공한다.

이차 전지 모듈, 엔드 플레이트, 미끄럼, 연결부재, 관통 홈

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

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

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지들을 지지하는 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

본 발명은 복수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 이차 전지 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 단위 전지들을 지지하는 구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

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

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있으며, 이차 전지의 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 대전력을 필요로 하는 기기, 예컨대 전기 자동차 등에는 복수개의 고출력 이차 전지를 직렬로 연결한 대용량의 이차 전지가 사용된다.

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 단위 전지라 칭한다)로 이루어진다.

그리고 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 및 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.

그리고 각각의 단위 전지는 통상 하우징 내에 일정 간격을 두고 배열되고 각 단위 전지의 단자를 연결하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기 전지 모듈은 안정성을 위해서 복수의 단위 전지를 하나의 전지 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다.

즉, 복수 개의 단위 전지가 적층 배열되고, 상기 단위 전지들의 최외측에 두 개의 엔드 플레이트가 배치되며, 상기 엔드 플레이트들이 복수 개의 막대 형태의 연결로드로 지지되어 각 단위 전지들이 전지모듈로 체결된다.

일반적으로 상기 연결로드는 일측에 플렌지부가 형성되고 타측에 나사가공부가 형성된다. 그리고 엔드 플레이트에는 상기 연결로드가 삽입되는 관통구가 형성된다. 따라서 상기 연결 로드가 엔드 플레이트의 관통구에 삽입된 상태에서 연결 로드의 나사가공부에 너트가 체결되어 플렌지부와 너트가 각각 엔드 플레이트를 지 지하게 된다.

한편, 전지 모듈을 장시간 사용할 경우, 단위 전지 내부가 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있으며, 이 경우 단위 전지가 팽창하여 상기 엔드 플레이트를 가압하게 된다. 또한, 이러한 가압력은 상기 단위 전지가 충전과 방전을 되풀이함에 따라 증가하며, 증가된 가압력에 의하여 엔드 플레이트가 변형되는 문제가 발생한다.

그리고 엔드 플레이트에 굽힘 변형이 발생하면, 상기 연결 로드 또는 연결 로드를 엔드 플레이트에 고정하는 너트가 엔드 플레이트와 불균일하게 접촉하고, 불균일하게 접촉하는 부분에서 응력이 집중된다. 이렇게 응력이 집중되면 응력이 집중되는 부분에서 부품이 변형되거나 심각한 경우에는 파손되는 문제점이 발생한다.

또한, 엔드 플레이트에 항복점 이상의 응력이 작용하여 엔드 플레이트가 소성변형으로 휘어지게 되면, 영구적으로 응력이 집중하는 부분이 생기고 이러한 부분이 변형되거나 파손될 위험은 더욱 커지게 된다.

그리고 이러한 문제를 해결하기 위해 연결 로드 또는 엔드 플레이트를 두껍게 제작하면 이차전지 모듈의 전체적인 무게가 증가하여 전지모듈이 장착되는 기기의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

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, 엔드 플레이트의 두 께를 증가시키는 것은 전지 모듈의 무게 증가로, 무게 대비 출력이 저하되어 모터 구동용으로 적용하기 힘든 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔드 플레이트를 지지하는 구조를 개선하여 엔드 플레이트의 변형을 방지할 수 있는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 적층 배열된 복수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들의 최외측에 각각 설치되어 상기 단위 전지들을 고정하는 엔드 플레이트, 및 상기 엔드 플레이트들을 연결하는 연결부재를 포함하고, 적어도 하나의 엔드 플레이트는 상기 연결부재에 대하여 미끄럼 가능하도록 결합된다.

상기 연결부재에는 상기 연결부재의 길이방향으로 긴 관통홈이 형성되고, 상기 관통홈에는 상기 관통홈에 끼워져 엔드 플레이트를 지지하는 지지부재가 설치될 수 있다.

상기 엔드 플레이트의 옆면에는 나사 가공된 홈에 형성되고, 상기 지지부재는 상기 홈에 결합되는 볼트로 이루어질 수 있다. 여기서 지지부재는 엔드 플레이트에 형성된 나사홈에 체결될 때, 연결부재를 엔드 플레이트에 강하게 압박하도록 조여진다.

이러한 구조로 상기 지지부재는 엔드 플레이트의 옆면에 결합되며, 상기 지 지부재는 상기 연결부재에 밀착되어 마찰력에 의하여 상기 연결부재에 고정될 수 있다.

상기 관통 홈의 내측면에는 상기 지지부재를 지지하는 돌기가 형성될 수 있으며, 이러한 돌기는 복수개로 형성되어 지지부재가 단계적으로 미끄러지도록 지지부재를 지지할 수 있다.

상기 연결 부재는 일측 단부에 플랜지부가 형성되고, 일단 단부의 맞은편에는 가장자리에 관통 홈이 형성될 수 있다. 따라서 일측 엔드 플레이트는 플랜지부가 고정하고 타측 엔드 플레이트는 관통 홈에 설치되는 지지부재에 의하여 고정될 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 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 적층 배열되는 복수 개의 단위 전지(11)와 상기 단위 전지(11)들의 사이에 배치되어 열전달 매체의 유동 통로를 제공하는 전지 격벽(12)을 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(11)로 각형의 단위 전지(11)가 사용되는 경우에 대해 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 원통형 등 다양한 형상의 단위전지에 본 발명이 적용될 수 있다.

각각의 단위 전지(11)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군을 케이스 내에 구비하여, 설정된 양의 전기를 충전과 방전하는 통상적인 구조의 이차전지로 이루어진다.

상기 단위 전지(11) 사이에는 단위 전지(11) 간의 간격을 유지하고 열전달 매체를 단위 전지(11) 사이로 유통시키기 위한 전지 격벽(12)이 설치된다.

그리고 적층 배열된 단위 전지(11)들의 최외측에는 상기 단위 전지(11)들을 내측으로 가압하는 한 쌍의 엔드 플레이트(21, 23)가 설치된다. 엔드 플레이트들(21, 23)은 연결부재(30)에 의하여 지지되는데, 상기 연결부재(30)는 납작한 사각형의 막대 형상으로 이루어진 막대부(31)와 상기 막대부(31)의 일측 단부에 형성된 플랜지부(32)와 상기 플랜지부(32)의 맞대편 가장자리에 형성된 관통 홈(35)을 포함한다.

상기 플랜지부(32)는 엔드 플레이트에 접하여 엔드 플레이트를 지지할 수 있도록 상기 막대부(31)보다 큰 단면적을 갖는 구조로 이루어진다.

그리고 상기 관통 홈(35)은 엔드 플레이트(23)를 지지하는 지지부재(37)가 설치되는데, 상기 지지부재(37)는 관통 홈(35)을 통과하여 엔드 플레이트(23)에 고정된다. 그리고 관통 홈(35)은 상기 지지부재(37)가 미끄러져 유동될 수 있도록 연결부재(30)의 길이 방향으로 길게 형성된 홈(35)으로 이루어진다.

도 2에 도시한 바와 같이 일측 엔드 플레이트(21)에는 상기 막대부(31)가 삽입되는 관통구(21a)가 형성되고 타측 엔드 플레이트(23)는 연결부재(30)에 형성된 관통 홈(35)을 통과한 지지부재(37)가 체결될 수 있도록 나사 홈(23a)이 형성된다.

그리고 관통구(21a)가 형성된 일측 엔드 플레이트(21)는 양측 가장자리가 단위 전지(11)보다 더 넓게 형성되어 단위 전지(11)의 외측으로 돌출된 구조로 이루어지고, 돌출된 부분에 관통구(21a)가 형성된다.

상기 관통구(21a)에는 연결부재(30)가 삽입되는데, 연결부재(30)의 플랜지부(32)가 일측 엔드 플레이트(21)의 외측면에 접하도록 깊숙이 삽입된다. 그리고 상기 연결부재(30)는 플랜지부(32)의 맞은편 단부가 타측 엔드 플레이트(23)를 지나도록 길게 형성되며, 연결 부재(30)에 형성된 관통 홈(35)이 타측 엔드 플레이트에 형성된 나사 홈(23a)과 구멍이 겹쳐지도록 설치된다.

이러한 상태에서 상기 관통 홈(35)에는 지지부재(37)가 설치되는데, 본 실시예에 따른 지지부재(37)는 연결 부재(30)에 형성된 관통 홈(35)을 통과하여 엔드 플레이트(23)에 형성된 나사 홈(23a)에 체결된다.

본 실시예에 따른 상기 지지부재(37)는 볼트로 이루어지며, 나사 홈(23a)이 형성된 엔드 플레이트(23)를 단위 전지(11)를 향하여 가압한 상태에서 상기 지지부재(37)를 나사 홈(23a)에 결합시키게 되는데, 이때, 지지부재(37)의 머리부분이 연결부재(30)에 밀착되도록 지지부재(37)를 강하게 조여서 상기 엔드 플레이트(23)가 연결부재(30)에 고정되도록 한다.

따라서 본 실시예에 따른 이차 전지 모듈(100)에서는 일측 엔드 플레이트(21)가 연결부재(30)의 플랜지(32)에 의해 고정되고, 타측 엔드 플레이트(23)는 지지부재(37)에 의하여 연결부재(30)에 고정된다.

이때, 지지부재(37)의 머리 부분이 연결부재(30)에 강하게 밀착되어 연결부 재(30)와 지지부재(37) 사이에 작용하는 마찰력에 의하여 지지부재(37)가 연결부재(30)에 고정될 수 있다.

그리고 상기 관통 홈(35)은 연결부재(30)의 길이방향으로 길게 형성되어 지지부재(37)가 관통 홈(35)을 따라 유동할 수 있는 구조로 이루어진다.

따라서 단위 전지(11)가 충전과 방전을 되풀이하는 과정에서 단위 전지(11) 내부에서 스웰링 현상이 발생하여 단위 전지(11)가 부풀어올라 엔드 플레이트(21, 23)를 압박할 경우, 엔드 플레이트(21, 23)를 밀어내는 힘이 일측 엔드 프레이트(23)와 지지부재(37) 사이의 마찰력보다 크게 되면 일측 엔드 플레이트(23)가 외측으로 밀려나게 된다.

그리고 엔드 플레이트(23)가 외측으로 밀려나면 엔드 플레이트(23)에 작용하는 가압력은 감소하게 되는데, 엔드 플레이트(23)에 작용하는 가압력이 감소하여 마착력과 동일하게 되면 엔드 플레이트(23)는 다시 지지부재(37)에 의하여 고정될 수 있다.

이러한 구조로 엔드 플레이트(21, 23)에 과도한 힘이 작용하면 엔드 플레이트(23)가 미끄러지면서 밀려나서 엔드 플레이트(21, 23)에 작용하는 힘을 감소시킬 수 있으므로, 엔드 플레이트(21, 23)의 변형 및 파손을 용이하게 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(200)은 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 설치된 전지 격벽(12)을 포함하며, 단위 전지들(11)의 최외측에는 단위 전지들(11)을 지지하는 엔드 플레이트(41, 42)가 설치된 다.

그리고 상기 엔드 플레이트들(41, 42)은 연결부재(40)에 의하여 고정되며, 상기 연결부재(40)는 납작한 사각형 막대로 이루어진 막대부(41)와 막대부(41)의 일측 단부에서 기억(ㄱ)자 형태로 꺽여져 형성된 절곡부(42), 그리고 절곡부(42)의 맞은편 가장자리에 길쭉하게 형성된 관통 홈(45)을 포함한다.

상기 절곡부(42)는 일측 엔드 플레이트(41)에 걸려지며, 이 상태에서 절곡부(42)를 관통하여 엔드 플레이트(41)까지 나사가 설치되어 엔드 플레이트(41)와 절곡부(42)가 고정된다.

그리고 연결부재(40)에 형성된 관통 홈(45)은 타측 엔드 플레이트(43)에 형성된 나사 홈(미도시)과 구멍이 겹쳐지도록 설치된 상태에서 나사로 이루어진 지지부재(47)가 설치된다. 한편, 상기 관통 홈(45)에는 돌기(45a)가 형성되어 관통 홈(45)에 설치된 지지부재(47)를 지지한다.

따라서 상기 지지부재(47)는 엔드 플레이트(43)와 나사 결합되어 엔드 플레이트(43)에 고정되며, 지지부재(47)가 관통 홈(45)을 관통하여 엔드 플레이트(43)와 나사결합하고 지지부재(47)는 연결부재(40)와 밀착되도록 엔드 플레이트(43)에 강하게 조여져 연결부재(40)와 지지부재(47) 사이에 강한 마찰력이 작용하게 된다.

이러한 구조로 지지부재(47)는 연결부재(40)에 마찰력과, 관통 홈(45)에 형성된 돌기들(45a)에 의하여 고정된다. 그리고 상기 돌기들(45a)은 지지부재(47)가 단계적으로 미끄러질 수 있도록 복수개가 관통 홈(45)의 길이방향으로 일정 간격으로 배열 형성된다.

한편, 단위 전지(11) 내에서 스웰링 현상이 발생하여 단위전지(11)가 부풀어오르면 단위 전지들(11)이 엔드 플레이트(41, 43)를 가압하게 되는데, 이때 일측 엔드 플레이트(43)에 고정된 지지부재(47)도 외측으로 가압된다.

지지부재(47)에 작용하는 가압력이 연결부재(40)와 지지부재(47) 사이에 작용하는 마찰력보다 크고, 지지부재(47)와 돌기(45a)가 탄성변형을 일으켜 지지부재(47)가 돌기(45a) 사이로 빠져나갈 정도로 큰 가압력이 작용한다면, 지지부재(47)가 돌기(45a)를 지나 외측으로 밀려나게 되고 이때, 지지부재(47)에 고정된 엔드 플레이트(43)도 함께 외측으로 밀려나게 된다.

엔드 플레이트(43)가 돌기(45a) 사이의 거리만큼 외측으로 밀리면 단위 전지(11) 사이의 간격이 다소 넓어져 엔드 플레이트(43)에 작용하는 가압력은 감소하고 엔드 플레이트(43)는 지지부재(47)와 연결부재(40) 사이에 작용하는 마찰력과 관통 홈(45)에 형성된 돌기(45a)에 의하여 지지되어 다시 고정된다.

이러한 작용을 반복하여 엔드 플레이트(41, 43)에 일정 수준 이상의 가압력이 작용하면 일측 엔드 플레이트(43)가 외측으로 밀려나서 엔드 플레이트(41, 43)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 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 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 발명에 따르면, 엔드 플레이트가 연결부재에 대하여 미끄러질 수 있는 구조로 설치되어 엔드 플레이트에 작용하는 힘을 감소시킴으로써 엔드 플레이트의 변형을 용이하게 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 적층 배열된 복수개의 단위 전지;

   상기 단위 전지들의 최외측에 각각 설치되어 상기 단위 전지들을 고정하는 엔드 플레이트; 및

   상기 엔드 플레이트들을 연결하는 연결부재;

   를 포함하고,

   적어도 하나의 엔드 플레이트는 상기 연결부재에 대하여 미끄럼 가능하도록 결합되는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 연결부재에는 상기 연결부재의 길이방향으로 긴 관통홈이 형성되고, 상기 관통홈에는 상기 관통홈에 끼워져 엔드 플레이트를 지지하는 지지부재가 설치되는 이차 전지 모듈.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 지지부재는 상기 연결부재에 밀착되어 마찰력에 의하여 상기 연결부재에 고정되는 이차 전지 모듈.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 지지부재는 상기 엔드 플레이트의 옆면에 결합되는 이차 전지 모듈.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 엔드 플레이트의 옆면에는 나사 가공된 홈에 형성되고, 상기 지지부재는 상기 홈에 결합되는 볼트로 이루어지는 이차 전지 모듈.
6. 제2 항에 있어서,

   상기 관통 홈의 내측면에는 상기 지지부재를 지지하는 돌기가 형성되는 이차 전지 모듈.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 연결 부재는 일측 단부에 플랜지부가 형성되고, 상기 플랜지부의 맞은편 가장자리에는 관통홈이 형성되는 이차 전지 모듈.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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