KR20070071065A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지 모듈은 전극 단자와 연결 부재 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지, 및 이웃하는 상기 단위 전지들에 설치된 상기 전극 단자들을 전기적으로 연결하며 표면에 주석 도금층이 형성된 연결 부재를 포함한다.

이차 전지 모듈, 연결 부재, 너트, 실링 부재

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 부재를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지에 설치된 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. 이러한 이차 전지는 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 복수 개의 전지 셀을 연결한 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 전기 자동차 등 대전력을 필요로 하는 기기 에 적용될 수 있도록 복수 개의 전지가 직렬로 연결되어 대용량의 이차 전지를 구성한다.

또한, 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.

각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스와, 상기 케이스와 결합되어 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 양극 단자와 음극 단자를 포함하는 전극 단자, 및 상기 캡 플레이트와 전극 단자 사이에 설치되어 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 단위 전지는 직렬로 연결될 수 있도록 양극 단자 및 음극 단자가 이웃하는 단위 전지의 양극 단자 및 음극 단자와 엇갈리도록 교차 배열된다. 그리고 일측 단위 전지의 양극 단자와 이웃하는 단위 전지의 음극 단자에 연결 부재가 끼워지고 상기 연결 부재 위에 다시 너트가 체결되어 연결 부재가 전극 단자 에 고정된다.

이러한 구조로 전극 단자와 연결 부재는 너트를 매개로 전기적으로 연결되는데, 너트와 연결 부재가 불균일하게 접촉함으로써, 너트와 연결 부재 사이에 접촉 저항이 발생하는 문제가 있다. 또한, 이러한 접촉 저항으로 인하여 연결 부재와 너트가 접촉되는 부분에서 열이 발생함으로써 전지 모듈의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

또한, 각 연결 부재마다 접촉 저항이 불균일하게 발생하여 연결 부재에 작용하는 접촉 저항의 편차가 발생하여 전지 모듈의 적정한 출력 특성을 얻기가 어려운 문제가 발생한다.

더욱이, 전극 단자에 너트가 설치된 후 오랜 시간이 경과할 경우, 전극 단자와 너트 사이의 면이 부식되어 접촉 저항 및 저항 편차는 더욱 증가하게 된다.

특히, HEV(하이브리드 전기 자동차)용 이차 전지 모듈의 경우, 수십개의 전지들이 전기적으로 연결되어 이들 사이에 발생하는 접촉 저항으로 전지 모듈의 출력이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 균일한 출력 특성을 얻지 못하는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 단자의 연결구조를 개선하여 전극 단자 와 연결 부재 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전지 모듈은 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지, 및 이웃하는 상기 단위 전지들에 설치된 상기 전극 단자들을 전기적으로 연결하며 표면에 주석 도금층이 형성된 연결 부재를 포함한다.

상기 주석 도금층은 주석과 미량의 불순물을 포함할 수 있다.

상기 전극 단자에는 상기 연결 부재를 고정하는 너트가 체결될 수 있다.

상기 너트는 황동으로 이루어질 수 있다.

상기 연결 부재는 이웃하는 단위 전지의 전극 단자가 삽입되는 관통 공이 형성된 판재로 이루어질 수 있다.

상기 연결 부재는 구리로 이루어질 수 있다.

상기 주석 도금층은 2㎛ 내지 5㎛의 두께로 이루어질 수 있다.

또한, 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 에너지원으로 사용될 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 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 설 치된 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)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 외주면에 너트(25, 26)가 체결될 수 있도록 외주면이 나사가공된 구조로 이루어진다.

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.

상기 연결 부재(30)는 이웃하는 단위 전지(10)에 설치된 양극 단자(21)와 음 극 단자(22)를 삽입하여 이들을 전기적으로 연결하여 이웃하는 단위 전지들(10)을 직렬로 연결하게 된다.

그리고 상기 연결 부재(30)의 상부에는 상기 연결 부재(30)가 고정될 수 있도록 너트(26)가 설치된다. 따라서 상기 연결 부재는 상부와 하부에 설치된 너트를 통해서 전극 단자와 전기적으로 연결된다.

여기서 상기 너트들(25, 26)은 황동으로 이루어진다. 황동의 경우 철이나 알루미늄보다 전연성이 풍부하여, 황동으로 이루어진 너트(25, 26)는 전극 단자(21, 22)에 체결될 때, 연결 부재(30)와 넓은 면적으로 접촉할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 부재를 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 연결 부재(30)는 양쪽 가장자리에 양극 단자(21, 도 1에도 도시) 또는 음극 단자(22, 도 2에 도시)가 삽입되는 관통 공(35)이 형성된 판재로 이루어진다.

본 실시예에 따른 상기 연결 부재(30)는 전기 저항이 낮은 구리로 이루어진다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 연결 부재(30)는 황동, 알루미늄 등 전기 전도성이 우수한 다양한 소재로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 연결 부재(30)의 표면에는 주석 도금층(32)이 형성된다. 상기 주석 도금층(32)은 전기 도금 등 통상 사용되는 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 특별히 주석 도금층(32)을 형성하는 방법에 대해서는 한정하지 않는다.

상기 주석 도금층(32)은 2㎛ 내지 5㎛의 두께로 이루어진다. 주석 도금층(32)의 두께가 2㎛보다 작게 형성되면, 주석 도금층(32)의 두께가 얇아서 연결 부 재(32)가 부식되는 것을 효율적으로 방지할 수 없을 뿐만 아니라, 너트(25, 26, 도 1에 도시)와 접촉하는 부분에서 접촉저항이 적정한 수준으로 감소되지 못하는 문제가 있다. 또한, 상기 주석 도금층(32)이 5㎛보다 크게 형성되면 주석 도금층(32)의 두께가 지나치게 두꺼워 제조 원가가 상승하고 휘스커(whisker)가 발생하는 문제가 있다.

실제로 황동으로 이루어진 너트(25, 26)를 통해서 균일한 체결압 10kgf·cm을 적용하여 단순히 구리로 이루어진 연결 부재와 구리에 니켈 도금층이 형성된 연결 부재, 그리고 구리에 주석 도금층이 형성된 연결 부재를 전극 단자에 설치하여 너트와 연결 부재 사이의 접촉 저항을 측정한 결과, 구리로 이루어진 연결 부재는 평균 접촉 저항이 0.110Ω이고 편차가 0.020으로 나타났고, 니켈 도금 연결 부재는 평균 접촉 저항이 0.171Ω이고 편차가 0.023으로 나타났으며, 주석 도금 연결 부재는 평균 접촉 저항이 0.100Ω이고 편차는 0으로 나타났다.

이는 전연성이 우수한 주석이 연결 부재(30)의 표면에 도금되어 연결 부재(30)와 너트(25, 26)가 접촉하는 면적이 증가함으로써 너트(25, 26)와 연결 부재(30) 사이의 접촉저항이 감소하였기 때문이다.

또한, 주석 도금층이 형성된 연결 부재(30)의 경우, 주석 도금층이 연결판이 부식되는 것을 막아서 부식으로 인하여 연결 부재(30)와 너트(25, 26) 사이에 접촉 저항이 증가하는 것을 방지할 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 발명이 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.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 연결 부재에 주석 도금층이 형성되어 너트와 연결부재 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 각 연결 부재 사이의 접촉 저항의 편차를 감소시킬 수 있다.

또한, 연결 부재의 표면에 주석 도금층이 형성되어 연결 부재의 표면이 부식되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 외측으로 돌출된 전극 단자를 포함하는 복수 개의 단위 전지; 및

   이웃하는 상기 단위 전지들에 설치된 상기 전극 단자들을 전기적으로 연결하며, 표면에 주석 도금층이 형성된 연결 부재;

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 주석 도금층은 2㎛ 내지 5㎛의 두께로 이루어지는 이차 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 주석 도금층은 주석과 미량의 불순물을 포함하는 이차 전지 모듈.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 연결 부재는 구리로 이루어지는 이차 전지 모듈.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 연결 부재는 양측 가장자리에 상기 전극 단자가 끼워지는 관통 공이 형성된 판재로 이루어지는 이차 전지 모듈.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 전극 단자에는 상기 연결 부재를 고정하는 너트가 체결되는 이차 전지 모듈.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 너트는 황동으로 이루어지는 이차 전지 모듈.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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