KR20080032287A - 이차전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지 모듈에 관한 것으로, 특히 (a) 일정 높이로 적층되는 전지셀의 인접한 전지셀끼리 짝을 이루어 해당 전극단자를 통해 하나의 직렬회로를 형성하도록 적어도 일부분이 단차지게 형성되며 중앙 단부의 전면이 각 셀의 전압을 외부에서 센싱할 수 있도록 절곡된 리드부재와; (b) 상기 리드부재를 삽입 고정하고 셀 단자 위치를 고정시킬 수 있도록 소정 형상의 홈이 형성된 전극단자 고정블록과; (c) 상기 적층된 전지셀 중 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되되, 외부 전면으로 노출 형성된 전극 단자와 접속되는 두 모듈단자와; (d) 상기 모듈단자를 감싸도록 상기 적층된 전지셀의 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되는 모듈단자 고정블록과; (e) 상기 각 전극단자 고정블록 및 모듈단자 고정블록 양측과 중앙을 동일축으로 관통하여 절연 가능하게 일체로 고정하는 세개의 고정볼트와; (f) 상기 전지셀의 전극단자 상하부에 금속 재질의 방열판을 포함하여 구성된는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 인접한 전지셀 전극단자와 전극단자를 연결하는 리드부재에 관통구를 형성하지 않고 직렬연결이 가능한 구조이기 때문에 모듈 제작이 쉽고, 전극 단자와의 접촉면적을 증가시켜 전극단자간의 연결에서 발생하는 접촉저항을 최소화하면서 무게 및 부피를 최소화할 수 있어 에너지 밀도가 향상된다. 또한 전극단자에 방열판을 추가적으로 배치함으로써 전극단자에서 발생한 열을 외부로 빨리 배출시켜 열이 전지셀 몸체로 전달되는 것을 사전에 차단할 수 있어 외부의 별도 냉각장치가 필요 없다.

리튬이차전지, 이차전지모듈

Description

이차전지 모듈 {Secondary Battery Module}

도 1은 본 발명의 적층 셀 모식도이다.

도 2는 본 발명의 리드부재, 전극단자 고정블록, 모듈단자 고정블록, 전극단자, 방열판이 연결되는 과정의 모식도이다.

도 3은 본 발명의 리드부재가 삽입 고정되는 전극단자 고정블록의 모식도이다.

도 4는 본 발명의 방식으로 조립된 모듈의 모식도이다.

[도면 주요 부호에 대한 설명]

1.전지셀 2.전극(-)단자 3.전극(+)단자 4.전극단자 고정블록 4a.고정핀

5.리드부재 5a.전지전압센싱부 6.모듈단자 고정블록 7.방열판 8.관통구

9.고정와셔 10.고정볼트 11.고정너트 12.모듈(-)단자 13.모듈(+)단자

본 발명은 이차전지 모듈에 관한 것으로, 인접한 전지셀 전극단자와 전극단자를 연결하는 리드부재에 관통구를 형성하지 않고 직렬연결이 가능한 구조이기 때 문에 모듈 제작이 쉽고, 전극단자와의 접촉면적을 증가시켜 전극단자간의 연결에서 발생하는 접촉저항을 최소화하면서 무게 및 부피를 줄일 수 있도록 한 이차전지 모듈에 대한 것이다.

최근 이차전지는 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소형화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자기기에 폭넓게 사용되고 있다. 또한 기존의 가솔린이나 디젤 차량 등의 대기오염 등의 환경문제를 해결하기 위해 제안되고 있는 전기자동차 및 하이브리드 자동차의 전원으로의 사용도 점점 증가하는 추세에 있다.

특히 이러한 전기자동차 전원으로 사용하는 경우에는 전압 및 용량이 크기 때문에 휴대용 전자기기와는 달리 여러 개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 전지모듈이 사용되고 있는데, 대부분 원통형이나 각형으로 이루어진 이차전지를 적용하고 있다. 이러한 원통형 및 각형의 이차전지는 외장케이스가 금속재질로 되어 있어 외부 충격에 의한 손상에 대해서는 안전하고 직병렬 연결이 용이하지만, 중량이 크고 모듈 구성 시 컴팩트한 구조로 제작하기 힘들다. 반면 본 발명에 적용되는 파우치형의 경우에는 알루미늄 파우치가 외장케이스이기 때문에 외부 충격에 약하고 양, 음극 단자가 같은 방향으로 돌출되어 있어 직병렬 연결하는 것이 어려운 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위한 이차전지 모듈의 종래 구성 방법으로는 여러 개의 전지를 직렬로 연결하기 위해 (+), (-)의 단자 위치가 정방향(A type)과 반대 방향(B type)인 두 가지 형태로 제작한 전지를 적층하여 모듈을 구성하는 방법이 있다. 이 경우에는 두 가지 다른 형태의 전지를 취급함으로 인해 조립공정에서 모 듈 구성하는데 있어 혼돈을 초래하는 문제가 발생하기도 한다.

또 대한민국 특허출원 제 2003-0091736호에서는 판상형의 전극단자에 관통구를 천공하고 다수의 단위전지들을 적층한 후 대각선으로 배치되는 리드부재에도 천공한 후, 직렬 연결하여 모듈을 구성하는 방법을 적용하였다. 이러한 방법 또한 전극단자와 리드부재에 관통구를 모두 천공해야 한다는 공정상 불편함이 있으며, 천공을 함으로써 전극단자와의 접촉면적이 감소해 저항이 상승하는 문제와 고정시키기 위해 관통구를 통과하는 금속성 고정물체와 전극단자간의 절연에 주의해야 하는 단점이 있다.

본 발명자 등은 상기의 문제점들을 개선 내지 해결하기 위하여 전극단자 고정블록에 리드부재를 삽입 고정시키고 전극단자 부분이 정확하게 안착될 수 있도록 가이드를 형성해 전극단자와 리드부재에 관통구를 형성하지 않고도 모듈을 구성할 수 있게 하였다.

따라서, 본 발명은 전극단자 고정블록에 리드부재를 삽입 고정시키고 전극단자 부분이 정확하게 안착될 수 있도록 가이드를 형성해 전극단자와 리드부재에 관통구를 형성하지 않고 모듈을 구성함으로써 조립공정이 간소화되고, 관통구가 없어 리드부재와 전극단자간의 접촉면적 증가로 인해 저항이 감소되어 출력특성이 향상된 이차전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 당성하기 위하여 본 발명은, 일정 높이로 적층되는 전지셀의 인접한 전지셀끼리 짝을 이루어 해당 전극단자를 통해 하나의 직렬회로를 형성하도록 적어도 일부분이 단차지게 형성되며 중앙 단부의 전면이 각 셀의 전압을 외부에서 센싱할 수 있도록 절곡된 리드부재와; 상기 리드부재를 삽입 고정하고 셀 단자 위치를 고정시킬 수 있도록 소정 형상의 홈이 형성된 전극단자 고정블록과; 상기 적층된 전지셀 중 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되되, 외부 전면으로 노출 형성된 전극 단자와 접속되는 두 모듈단자와; 상기 모듈단자를 감싸도록 상기 적층된 전지셀의 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되는 모듈단자 고정블록과; 상기 각 전극단자 고정블록 및 모듈단자 고정블록의 양측과 중앙을 동일축으로 관통하여 절연 가능하게 일체로 고정하는 세개의 고정볼트와; 상기 전지셀의 전극단자 상하부에 금속 재질의 방열판을 포함하는 이차전지 모듈을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 이차전지 모듈 조립 단계를 보여주는 조립도 도 2와 같이 일정 높이로 적층되는 전지셀의 인접한 전지셀(1)끼리 짝을 이루어 해당 전극단자(2)(3)를 통해 하나의 직렬회로를 형성하도록 적어도 일부분이 단차지게 형성되며 중앙 단부의 전면이 각 셀의 전압을 외부에서 센싱할 수 있도록 절곡된 리드부재(5)와; 상기 리드부재(5)를 삽입 고정하고 셀 단자 위치를 고정시킬 수 있도록 소정 형상의 홈이 형성된 전극단자 고정블록(4)과; 상기 적층된 전지셀 중 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되되, 외부 전면으로 노출 형성된 전극단자(2)(3)와 접속되는 두 모듈단자(12)(13)와; 상기 모듈단자(12)(13)를 감싸도록 상기 적층된 전지셀(1)의 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되는 모듈단자 고정블록(6)과; 상기 각 전극단자 고정블록(4) 및 모듈단자 고정블록(6)의 양측과 중앙을 동일축으로 관통하여 절연 가능하게 일체로 고정하는 세개의 고정볼트(10)와; 상기 전지셀의 전극단자(2)(3) 상하부에 금속 재질의 방열판(7)으로 이루어져 있다.

상기 전지셀(1)은 각형의 이차전지가 바람직하며, 외장케이스가 금속 재질이 아닌 알루미늄 파우치로 된 이차전지로 양, 음극 단자가 같은 방향으로 돌출되어 있느 구조의 이차전지가 더욱 바람직하다.

상기 전극단자 고정블록(4)은 리드부재(5)가 삽입 고정될 수 있도록 홈이 형성되어 있으며, 전극단자가 고정블록에 쉽게 고정 및 위치를 잡을 수 있도록 전극단자 크기에 맞게 가이드가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또 여러 개의 전극단자 고정블록이 쉽게 적층되면서 고정될 수 있도록 양 측단부에 고정돌기가 형성되어 있고, 전극단자에서 발생한 열이 방열판에서 흡수되어 쉽게 외부로 방출될 수 있도록 여러 개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 형성된 홀들은 부품 자체의 무게를 줄여 주는 역할도 하고 있다. 여러 개의 전극단자 고정블록 전체를 고정볼트(10)가 고정할 수 있도록 양측단부와 중앙부에 관통구(8)가 형성되어 있고, 전극단자를 고정볼트가 관통하지 않기 때문에 전극단자와 고정볼트가 접촉하지 않아 별도의 절연이 필요 없다.

상기 모듈단자 고정블록(6)은 가장 바깥측의 전지셀 전극단자(2)(3)와 모듈 단자(12)(13)를 고정볼트(10)와 고정너트(11)로 고정할 수 있도록 양측단부와 중앙부에 관통구가 형성되어 있다.

또한 상기 전극단자 고정블록(4)과 모듈단자 고정블록(6)은 폴리카보네이트, 아크릴로나이트릴부타디엔스티렌, 폴리카보네이트-나이트릴부타디엔스티렌 수지로 이루어질 수 있으며, 이 중 어느 하나의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 리드부재(5)는 일정 높이로 적층된 전지셀(1)의 인접한 전지셀끼리 짝을 이루어 해당 전극단자(2)(3)을 통해 하나의 직렬회로를 형성하도록 적어도 일부분이 단차지게 형성되며 중앙 단부의 전면이 각 셀의 전압을 외부에서 센싱할 수 있도록 절곡되어 있으며, 단차를 이루고 있는 형상은 전극단자 고정블록에 삽입 고정될 수 있도록 고정블록의 형상에 맞추는 것이 바람직하다. 또 리드부재에 관통구가 형성되어 있지 않아 전극단자와의 접촉면적이 늘어나 전극단자(2)(3)와의 접촉저항이 감소하게 되고, 전극단자와 리드부재가 직접 접촉하고 있어 전지셀(1)의 개별 전압을 더욱 정확하게 센싱할 수 있다. 정확하게 센싱된 전지셀이 개별 전압은 회로에 전달되어 모듈을 구성하고 있는 각 개별 전지셀들의 성능을 균일하게 유지하는 역할을 한다.

또한 상기 리드부재(5)의 재질은 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금으로 적어도 이 중 하나의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 방열판(7)은 적층되는 전지셀의 전극단자 상하부에 위치하는 것이 바람직하다. 전극단자에서 발생한 열을 방열판이 일차적으로 흡수해 전극단자에서 전지셀 몸체로 전달되는 것을 방지한다.

또한 상기 방열판(7)의 재질은 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금으로 적어도 이 중 하나의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이차전지 모듈 조립 과정을 아래에 상세히 설명한다.

직렬회로를 구성할 전지셀(1)의 개수를 정하여 준비한 다음 모듈단자 고정블록(6) 상부 요홈부에 방열판(7)을 삽입 고정시킨다. 그 위에 전지셀을 방열판(7)과 전극단자(2)(3)가 접촉하도록 고정블록(6)의 전극단자 가이드 부분에 맞춰 정렬시킨다. 이 때 제일 아래쪽 전지셀의 전극(+)단자(3)와 모듈(+)단자(13)가 접촉하도록 전극단자와 방열판(7) 사이에 모듈(+)단자(13)가 위치하도록 끼워 넣는다.

그 후 하나의 전극단자 고정블록(4)을 고정블록에 있는 고정핀(4a)을 이용해 아래쪽의 것과 위쪽의 것을 고정시킨다. 이 때 위쪽의 전극단자 고정블록(4)에는 리드부재(5)를 미리 삽입 고정시킨 후 아래쪽 모듈단자 고정블록에 고정시켜야 하며, 전극단자 위에 위치하는 방열판(7)은 리드부재(5) 위에 위치하도록 위쪽 전극단자 고정블록(4)의 하부 요홈부에 삽입 고정한 후 고정블록을 고정시켜야 한다. 더욱 자세하게 설명하면 모듈단자 고정블록(6) 위에 방열판(7), 방열판 위에 전극단자(2)(3), 전극단자 위에 모듈단자, 모듈단자 위에 리드부재(5), 리드부재 위에 방열판(7), 방열판 위에 전극단자 고정블록(4), 고정블록(4) 위에 방열판, 방열판 위에 전극단자, 전극단자 위에 리드부재(5), 리드부재 위에 방열판, 방열판 위에 전극단자 고정블록(4)의 순으로 반복해서 적층하게 된다.

이 때 고정블록(4)(6)에 형성되어 있는 고정핀(4a)은 고정된 전지셀(1)의 전극단자와 방열판(7), 리드부재(5)가 나란히 정렬되어 흔들리 않도록 고정시키는 역 할을 한다.

위의 순서대로 전지셀을 원하는 직렬 수에 맞게 적층한 후 제일 위쪽에는 모듈단자 고정블록(6)을 정렬시켜 아래쪽에 위치할 전극단자 고정블록의 고정핀(4a)을 이용해 고정시킨다. 이 때 제일 위쪽 전지셀의 전극(-)단자와 모듈(-)단자(12)가 접촉하도록 전극단자와 방열판(7) 사이에 모듈(-)단자(12)가 위치하도록 끼워 넣는다.

그 후 모듈단자 고정블록(6)과 전극단자 고정블록(4)의 측단부와 중앙부에 형성되어 있는 관통구(8)에 고정볼트(10)와 고정와셔(9)를 위쪽에서부터 넣고 아래쪽에서 고정너트(11)로 체결하면 본 발명에 따른 이차전지 모듈이 완성된다.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 인접한 전지셀 전극단자와 전극단자를 연결하는 리드부재에 관통구를 형성하지 않고 직렬연결이 가능한 구조이기 때문에 모듈 제작이 쉽고, 전극단자와의 접촉면적을 증가시켜 전극단자간의 연결에서 발생하는 접촉저항을 최소화하면서 무게 및 부피를 줄일 수 있어 에너지 밀도가 향상된다. 또한 전극단자에 방열판을 추가적으로 배치함으로써 단자에서 발생한 열을 외부로 빨리 배출시켜 열이 전지셀 몸체로 전달되는 것을 사전에 차단할 수 있어 외부의 별도 냉각장치가 필요 없다는 이점을 제공한다.

Claims (6)

1. (a) 일정 높이로 적층되는 전지셀의 인접한 전지셀끼리 짝을 이루어 해당 전극단자를 통해 하나의 직렬회로를 형성하도록 적어도 일부분이 단차지게 형성되며 중앙 단부의 전면이 각 셀의 전압을 외부에서 센싱할 수 있도록 절곡된 리드부재와;

   (b) 상기 리드부재를 삽입 고정하고 셀 단자 위치를 고정시킬 수 있도록 소정 형상의 홈이 형성된 전극단자 고정블록과;

   (c) 상기 적층된 전지셀 중 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되되, 외부 전면으로 노출 형성된 전극단자와 접속되는 두 모듈단자와;

   (d) 상기 모듈단자를 감싸도록 상기 적층된 전지셀의 가장 바깥측 전지셀의 상하 부분에 각각 배치되는 모듈단자 고정블록과;

   (e) 상기 각 전극단자 고정블록 및 모듈단자 고정블록의 양측과 중앙을 동일축으로 관통하여 절연 가능하게 일체로 고정하는 세개의 고정볼트와;

   (f) 상기 전지셀의 전극단자 상하부에 금속재질의 방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 전지셀은 전극단자가 동일한 방향으로 돌출되어 있는 파우치형 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 리드부재는 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금으로 적어도 이 중 하나 의 재질로 이루어져 있는 이차전지 모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전극단자 고정블록과 모듈단자 고정블록은 폴리카보네이트, 아크릴로나이트릴부타이엔스티렌, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴부타디엔스티렌 수지로 이 중 어느 하나의 재질로 이루어져 있는 이차전지 모듈.
5. 제 4항에 있어서, 전극단자 고정블록과 모듈단자 고정블록은 방열판에서 흡수한 열이 외부로의 방출이 용이하도록 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
6. 제 1항에 있어서 상기 방열판은 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금으로 적어도 이 중 하나의 재질로 이루어져 있는 이차전지 모듈.

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