KR20080032534A - 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지의 상부 및 하부에 체결부재가 결합되는 공정이 단순하고 용이한 전지 모듈에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 전극군과, 상기 전극군을 수용하는 케이스와, 상기 케이스 상부 및 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 연결캡과, 상기 상부 및 하부 연결캡 각각에 클린치 결합되는 체결부재들을 포함하는 이차 전지들과,
상기 이차 전지들 중 서로 이웃하는 이차 전지들의 각 체결부재에 연결되어, 상기 이웃하는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함한다.
전지 모듈, 상부 및 하부 연결캡, 체결부재, 클린치 너트, 클린치 볼트
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 단면 사시도이다.
도 2A는 도 1에 도시된 클린치 너트의 사시도이다.
도 2B는 도 1의 클린치 너트가 상부 연결캡에 결합된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 클린치 볼트의 사시도이다.
도 3B는 도 3A의 클런치 볼트가 상부 연결캡에 결합된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 참조 부호의 설명>
100,300,400 : 전지 모듈 105,305,405 : 이차 전지
110 : 전극군 112 : 음극
113 : 세퍼레이터 114 : 양극
120 : 케이스 123 : 비딩부
125 : 크림핑부 132 : 음극탭
134 : 양극탭 138, 136 : 상부 및 하부 절연 플레이트
140 : 캡 조립체 141 : 양성온도소자
142 : 안전벤트 144 : 가스켓
145 : 상부 연결캡 165 : 하부 연결캡
150,350,450 : 클린치 너트 160,360,460 : 클린치 볼트
151,161: 제1 돌출부 152,162 : 제2 돌출부
153,163: 제3 돌출부 154,164 : 수용부
158,168 : 머리부 167 : 몸통부
175 : 연결부재 175a,175b : 관통공
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 공정이 단순화된 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 전지 모듈은 수개에서 많게는 수십개의 이차 전지가 연결되어 형성된다. 상기 이차 전지(rechargeable batteries)는 화학에너지와 전기에너지간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다. 최근 휴대용 무선전자 제품들의 개발이 증가되고 있으며, 아울러 이들 제품들의 소형화 및 경량화를 위해, 에너지 밀도가 높은 이차 전지의 필요성도 증대되고 있다.
널리 사용되는 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 그리고 리 튬 이차 전지 등이 있는데, 특히 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지의 작동 전압보다 3배나 높고, 더욱이 단위 중량당 에너지 밀도도 높아 휴대용 전자 기기의 전원용으로 급속하게 신장되는 추세이다. 이러한 리튬 이차 전지는 다시 리튬이온이차전지, 리튬이온폴리머전지 및 리튬폴리머전지로 분류될 수 있다. 이중 리튬폴리머전지는 리튬이온이차전지와 유사하나 리튬이온이차전지의 전해액을 고분자물질로 대체한 것으로, 보다 안전하고 모양을 자유자재로 만들 수 있다는 특징이 있다.
전형적인 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군(electrode assembly)과, 상기 전극군이 수용되는 공간을 가지는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하여 구성된다. 상기 양극 및 음극은 각각 집전체에 활물질이 코팅된 코팅부와, 코팅되지 않은 무지부로 이루어진다. 상기 무지부는 양극 및 음극에서 발생된 전류를 집전하기 위한 것으로서, 여기에 도전성 탭(tap)이 각기 부착된다. 이 도전성 탭은 양극 및 음극에 발생된 전류를 각기 양극 및 음극 단자로 유도한다. 이러한 이차 전지는 전극군과 케이스 등의 형태에 따라 여러 가지 형상으로 제조될 수 있으며, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형 등이 있다.
상술한 구조를 가지는 이차 전지가 복수개 연결된 전지 모듈은 휴대용 전화기(cellular phone), 개인용 컴퓨터(personal computer) 및 캠코더(camcorder)와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기를 비롯하여 하이브리드 전기 자동차(hybrid electric vehicles) 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
원통형 이차 전지들이 전지 모듈을 형성할 때, 상기 이차 전지들은 어느 한 이차 전지의 양극 단자가 이웃하는 이차 전지의 음극 단자와 같은 방향을 향하도록 하여 나란히 배열된다. 이후, 상기 양극 단자와 상기 음극 단자는 연결부재에 의해 서로 연결된다. 통상 상기 연결부재는 상기 양극 단자와 상기 음극 단자에 고정된 각 너트와 별도로 구비된 고정 볼트에 의해 상기 양극 및 음극 단자에 고정된다. 이때 상기 너트는 상기 양극 및 음극단자에 용접에 의해 고정된다.
그런데 상기 너트들이 용접에 의해 각 이차 전지에 고정되는 경우, 상기 너트 및 이차 전지가 용접 시 발생하는 열에 의해 재질이 나빠질 수 있다는 문제가 발생한다. 아울러 용접 부위에 용접 자국이 남아 외관이 깨끗하지 못하다는 문제도 발생한다.
또한, 상기 너트의 머리부가 양극단자 및 음극단자, 즉 이차 전지 상부의 캡 조립체와 하부 케이스에 용접되는 경우, 용접되는 부위에 용접 작업을 위한 충분한 공간을 확보하기가 어려우며, 따라서 이러한 작업에는 상당한 시간이 소요된다는 문제가 있다. 이는 전지 모듈의 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이차 전지의 상부 및 하부에 너트가 결합되는 공정이 단순하고, 상기 공정에 소요되는 시간이 단축될 수 있도록 구성된 전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 전지 모듈은 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군과, 상기 전극군을 수용하는 케이스와, 상기 케이스 상부 및 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 연결캡과, 상기 상부 및 하부 연결캡 각각에 클린치 결합되는 체결부재들을 포함하는 이차 전지들과,
상기 이차 전지들 중 서로 이웃하는 이차 전지들의 각 체결부재에 연결되어, 상기 이웃하는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함한다.
상기 체결부재는 클린치 너트 또는 클린치 볼트일 수 있다.
상기 클린치 너트는 머리부와, 상기 머리부의 일면에 결합된 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부의 일면에 결합된 제2 돌출부와, 상기 제2 돌출부의 일면에 결합된 제3 돌출부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 돌출부는 상기 제1 및 제3 돌출부의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 상기 제1 및 제3 돌출부 사이에 수용부를 형성한다.
상기 클린치 볼트는 머리부와, 상기 머리부의 일면에 결합된 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부의 일면에 결합된 제2 돌출부와, 상기 제2 돌출부의 일면에 결합된 제3 돌출부와, 상기 제3 돌출부의 일면에 결합된 몸통부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 돌출부는 상기 제1 및 제3 돌출부의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 상기 제1 및 제3 돌출부 사이에 수용부를 형성한다.
상기 클린치 너트 또는 상기 클린치 볼트는 상기 상부 또는 하부 연결캡에 압입에 의해 결합되며, 상기 수용부에는 상기 상부 또는 하부 연결캡을 구성하는 재료가 흘러들어가 채워질 수 있다.
상기 상부 및 하부 연결캡의 강도가 상기 클린치 너트 및 상기 클린치 볼트의 강도보다 작게 형성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 연결캡은 연강(mild steel)에 의해 제작될 수 있다.
상기 전지 모듈에서 상기 체결부재는 클린치 너트 및 클린치 볼트를 포함할 수 있으며, 상기 상부 연결캡에 클린치 너트가 압입되어 고정되고, 상기 하부 연결캡에 클린치 볼트가 압입되어 고정될 수 있다. 반대로, 상기 상부 연결캡에 클린치 볼트가 압입되어 고정되고, 상기 하부 연결캡에 클린치 너트가 압입되어 고정될 수도 있다.
상기 이웃하는 이차 전지들 중 어느 한 이차 전지의 상부 연결캡과 이웃하는 이차 전지의 하부 연결캡이 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 전지 모듈은 복수의 원통형 리튬 이차 전지로 형성될 수 있고, 상기 이차 전지들은 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군과, 상기 전극군을 수용하는 케이스와, 상기 케이스 상부 및 하부에 설치되는 상부 및 하부 연결캡과, 상기 상부 및 하부 연결캡에 클린치 결합되는 체결부재를 포함한다. 상기 체결부재는 클린치 너트 또는 클린치 볼트일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하"당업자"라 함)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
한편 본 명세서 및 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 부호를 가진다. 그리고 일반적으로 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 단면 사시도이다. 상기 전지 모듈(100)은 복수개의 리튬 이온 이차 전지로 형성되나, 본 발명이 상기 리튬 이온 이차 전지로 형성된 전지 모듈(100)에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 전지 모듈(100)은 크게 전극군(110)과, 케이스(120)와, 캡 조립체(140)와, 하부 연결캡(165)과, 센터핀(도시되지 않음)을 포함하는 이차 전지들(105)과, 상기 이차 전지들(105)을 연결하는 연결부재(175)를 포함한다.
전극군(110)은 집전판에 음극 활물질이 부착된 음극(112)과, 집전판에 양극 활물질이 부착된 양극(114)과, 상기 음극(112) 및 양극(114)의 사이에 배치되어 이들의 단락(short-circuit)을 방지하는 세퍼레이트(113)를 포함한다.
더욱 상세히 살펴보면, 상기 음극(112)은 구리판 등과 같은 집전체 상에 음극 활물질용 분말과 음극 바인더 및 결합제 등을 혼합한 슬러리 형태의 활물질층을 코팅하여 제조된다. 여기서, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연성 카본, 비흑연성 카본, 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어질 수 있다. 그리고 상기 음극(112)에는 음극탭(132)이 결합되고, 이 음극탭(132)은 케이스(120) 내부 바닥면에 접촉한다. 이로 인해 케이스(120)는 음극 단자의 역할을 수행하게 된다.
상기 양극(114)은 알루미늄판 등과 같은 집전체에 양극 활물질용 분말과 양극 바인더 및 양극 도전성 첨가제 등을 혼합한 슬러리 형태의 활물질 층을 균일하게 코팅하여 제조된다. 여기서 상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, 또는 LiMn2O4와 같은 리튬 금속 산화물들이 사용될 수 있다. 그리고 상기 양극(114)에는 양극탭(134)이 결합되고, 이 양극탭(134)은 양극(114)으로부터 인출되어 캡 조립체(140)의 안전벤트(142)에 접촉한다.
상기 세퍼레이터(113)는 음극(112)과 양극(114)을 분리시키고, 리튬 이온의 이동통로를 제공한다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.
이러한 전극군(110)은 음극(112), 세퍼레이터(113) 및 양극(114)을 순차적으로 적층하고 이것의 일단에 중심막대(도시되지 않음)를 결합한 후 대략 원통 형태로 감음으로써 완성된다. 완성된 전극군(110)은 후술할 케이스(120)에 삽입되고, 상기 중심막대는 전극군(110)으로부터 분리된다. 이 중심막대의 분리로 인해 발생된 중공부에는 센터핀(도시되지 않음)이 삽입될 수 있다. 이 센터핀은 이차 전지(105)의 충, 방전 중 발생할 수 있는 전극군(110)의 변형을 예방하기 위한 것으로, 통상 중공의 원기둥 형상으로 제작된다. 이러한 센터핀은 철, 구리 , 니켈, 니 켈합금 등 다양한 금속에 의해 형성될 수 있으며, 나아가 폴리머에 의해 형성될 수도 있다.
한편, 상술한 전극군(110)의 상, 하측에는 상부 및 하부 절연 플레이트(138, 136)가 각각 설치되어, 상기 전극군(110)과 케이스(120)간에 불필요한 전기적 쇼트를 방지한다.
케이스(120)는 대략 원통 형태로 내부에 전극군(110)이 수용되는 공간을 구비하고 있다. 상기 케이스(120)의 상부는 개방되어 있으며, 이를 통해 전극군(110)이 상기 케이스(120) 내로 삽입될 수 있다. 그리고 상기 케이스(120)는, 그 내부에 위치하는 전극군(110)과 캡 조립체(140)를 고정하기 위하여, 비딩부(123)와 크림핑부(125)를 포함한다. 상기 캡 조립체(140)는 케이스(120)를 밀폐시키는 역할을 맡고 있다. 이 캡 조립체(140)에 대해서는 아래에서 상세히 살펴보도록 한다. 밀폐된 케이스(120) 내측으로는 전해액(도시되지 않음)이 주입되며, 이는 충전 및 방전 시 음극(112) 및 양극(114)에서 전기화학적 반응에 의해 생성된 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다.
캡 조립체(140)는 상부 연결캡(145)과, 암부재(female member)와, 전극캡(143)과, 양성온도소자(positive temperature coefficient element, 141)와, 안전벤트(142)와, 가스켓(144)을 포함하며, 개방된 케이스(120)의 상부에 설치되어 상기 케이스(120)를 밀폐시킨다.
가스켓(144)은 전극캡(143), 양성온도소자(141) 및 안전벤트(142)의 측면을 감싸며, 이들을 케이스(120)로부터 절연하는 역할을 맡고 있다.
안전벤트(142)의 하부면에는 양극(114)으로부터 인출된 양극탭(134)이 용접 등에 의해 고정된다. 상기 안전벤트(142)는 이차 전지(105) 내부의 압력이 기설정된 값 이상으로 커지게 되면 상부쪽으로 반전되어, 양극(114)과의 전기적 연결이 차단된다. 본 실시예는 안전벤트(142)와 양극탭(134)이 직접 연결된 구조이나, 상기 안전벤트(142) 하부에 절연부재(미도시) 및 캡 플레이트(미도시)가 순차적으로 더 적층되고, 이 캡 플레이트에 상기 양극탭(134)이 결합되는 구조로 형성될 수 있음은 당업자에게 자명한 일이다.
양성온도소자(141)는 상기 안전벤트(142)의 상부에 연결된다. 이 양성온도소자(141)는 일정 온도를 넘으면 전기저항이 거의 무한대까지 커지는 장치로서, 이차 전지(105)가 정해진 값 이상의 온도가 되었을 때, 충전 및 방전 전류의 흐름을 정지시킬 수 있다. 다만, 이차 전지(105)의 온도가 정해진 값 이하로 내려가면 상기 양성온도소자(141)의 전기저항은 다시 작아지므로, 이차 전지(105)는 제 기능을 회복할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 상술한 안전벤트(142) 및 양성온도소자(141) 이외에도 과충전, 과방전, 과열 및 이상전류 등을 방지하기 위해 별도의 안전 수단을 더욱 구비할 수 있을 것이다.
전극캡(143)은 상기 양성온도소자(141)의 상부에 연결되어, 전류를 외부로 인가하는 역할을 맡고 있다.
상부 연결캡(145)은 전극캡(143) 위에 저항용접 또는 레이저 용접 등에 의해 고정된다. 그리고 하부 연결캡(165)은 케이스(120) 하부면에 저항용접 또는 레이저 용접 등에 의해 고정된다. 본 실시예에서 상부 및 하부 연결캡(145, 165)은 형상 및 재질 등이 동일하게 형성된다.
체결부재는 상부 및 하부 연결캡(145, 165)의 내측에 설치된다. 본 실시예에서 상기 체결부재는 클린치 너트(150)이나, 상기 체결부재가 클린치 너트(150)에 한정되는 것은 아니다. 상부 및 하부 연결캡(145, 165) 및 클린치 너트(150)에 대해서는 도 2A 및 도 2B를 참조하여 더욱 상세히 살펴본다.
도 2A는 도 1에 도시된 클린치 너트(150)의 사시도인데, 이를 참조하면, 클린치 너트(150)는 머리부(158), 상기 머리부(158)의 일면에 결합된 제1 돌출부(151), 상기 제1 돌출부(151)에서 상기 머리부(158)가 결합되는 면의 반대쪽 면에 결합되는 제2 돌출부(152), 및 상기 제2 돌출부(152)에서 상기 제1 돌출부(151)가 결합되는 면의 반대쪽 면에 결합되는 제3 돌출부(153)를 포함한다.
여기서 제2 돌출부(152)는 상기 제1 및 제3 돌출부(151, 153)의 직경보다 작은 직경으로 형성되기 때문에, 상기 제1 및 제3 돌출부(151, 153) 사이에는 수용부(154)가 형성된다.
도 2B는 도 1의 클린치 너트(150)가 상부 연결캡(145)에 결합된 상태를 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 상술한 구성을 가지는 클린치 너트(150)는 상부 연결캡(145)에 클린치 결합 즉 압입에 의하여 결합된다. 이때 클린치 너트(150)의 머리부(158)는 상부 연결캡(145)의 내측에 위치한다. 이들의 결합방법을 살펴보면, 우선 클린치 너트(150)가 상부 연결캡(145)의 내측에 위치하고, 다음으로 상기 클린치 너트(150)가 상부 연결캡(145)에 형성된 구멍으로 압입되면, 상부 연결 캡(145)을 구성하는 재료 중 압축력을 받는 일부분이 변형되어 클린치 너트(150)의 수용부(154)로 흘러들어가 채워진다. 이로써 상부 연결캡(145)과 클린치 너트(150)는 견고하게 결합될 수 있다. 이러한 클린치 결합 방법은 널리 알려진 기술이므로 결합 방법에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 실시예에서 상기 클린치 너트(150)는 하부 연결캡(165)에 동일한 구성을 가지고 동일한 방법으로 결합된다.
상기한 클린치 결합 공정은 종래 용접에 의한 결합 공정보다 훨씬 단순하고, 결합 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
이러한 클린치 결합을 위해, 상부 및 하부 연결캡(145, 165)의 강도는 클린치 너트(150)의 강도보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 가령, 상부 및 하부 연결캡(145, 165)은 연강(mild steel)에 의해 제작될 수 있다.
그리고 상기 클린치 너트(150)는 본 발명의 일실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 전지 모듈에는 널리 알려진 다양한 클린치 너트가 적용될 수 있을 것이다.
이하 도 1을 참조하여 전지 모듈(100)을 구성하기 위해 복수개의 이차 전지(105)가 연결되는 방법에 대하여 살펴본다. 복수개의 이차 전지(105)는 연결부재(175)에 의하여 전기적으로 연결된다.
이웃하는 이차 전지들(105) 중 어느 한 이차 전지(105)의 상부 연결캡(145)과 이웃하는 이차 전지(105)의 하부 연결캡(165)은 동일한 방향을 향하도록 배치된다. 즉 어느 한 이차 전지(105)의 상부 연결캡(145) 상부면과 이웃하는 이차 전지(105)의 하부 연결캡(165) 상부면이 동일 평면상에 위치하고, 상기 상부 연결 캡(145)과 하부 연결캡(165)에 연결부재(175)가 배치된다.
연결부재(175)는 복수개의 이차 전지(105)를 연결하는 도전체로서, 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 본 실시예에서는 사각평판 형상을 가진다. 그리고 상기 연결부재(175)는 소정 간격 이격되어 형성된 제1 및 제2 관통공(175a,175b)을 구비한다. 제1 관통공(175a)은 상부 연결캡(145)에 결합된 클린치 너트(150)의 구멍과 연통되도록 위치하고, 제2 관통공(175b)은 하부 연결캡(165)에 결합된 클린치 너트(150)의 구멍과 연통되도록 위치한다.
상술한 연결부재(175)는, 제1 및 제2 관통공(175a,175b)에 삽입되어 클린치 너트(150)와 체결되는 고정 볼트(189)에 의하여, 상부 및 하부 연결캡(145, 165)에 고정된다.
도 3A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 클린치 볼트(160)의 사시도이고, 도 3B는 도 3A의 클런치 볼트(160)가 상부 연결캡(145)에 결합된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예는 상부 연결캡(145)에 클린치 너트(150, 제1 실시예 참조) 대신 클린치 볼트(160)가 압입되어 결합되는데 특징이 있으며, 클린치 볼트(160)를 제외한 구성요소들은 상술한 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다.
클린치 볼트(160)는 머리부(168), 상기 머리부(168)의 일면에 결합된 제1 돌출부(161), 상기 제1 돌출부(161)에서 상기 머리부(168)가 결합되는 면의 반대쪽 면에 결합되는 제2 돌출부(162), 상기 제2 돌출부(162)에서 상기 제1 돌출부(161)가 결합되는 면의 반대쪽 면에 결합되는 제3 돌출부(163), 및 상기 제3 돌출 부(163)에서 상기 제2 돌출부(162)가 결합되는 면의 반대쪽 면에 결합되는 몸통부(167)를 포함한다. 여기서 제2 돌출부(162)는 상기 제1 및 제3 돌출부(161, 163)의 직경보다 작은 직경으로 형성되기 때문에, 상기 제1 및 제3 돌출부(161, 163) 사이에 수용부(164)가 형성된다. 그리고 몸통부(167)의 표면에는 고정 너트와 결합하기 위한 나사홈이 형성된다.
상술한 구성을 가지는 클린치 볼트(160)는 상부 연결캡(145)에 클린치 결합 즉 압입에 의하여 결합된다. 이때 클린치 볼트(160)의 머리부(168)는 상부 연결캡(145)의 내측에 위치한다. 이들의 결합방법을 살펴보면, 우선 클린치 볼트(160)가 상부 연결캡(145)의 내측에 위치하고, 다음으로 상기 클린치 볼트(160)가 상부 연결캡(145)에 형성된 구멍으로 압입되면, 상부 연결캡(145)을 구성하는 재료 중 압축력을 받는 일부분이 변형되어 클린치 볼트(160)의 수용부(164)로 흘러들어가 채워진다. 이로써 상부 연결캡(145)과 클린치 볼트(160)는 견고하게 결합될 수 있다.
본 실시예에서 상기 클린치 볼트(160)는 하부 연결캡(165)에 동일한 구성을 가지고 동일한 방법으로 결합된다.
상기한 클린치 결합 공정은 종래 용접에 의한 결합 공정보다 훨씬 단순하고, 결합 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
이러한 클린치 결합을 위해, 상부 및 하부 연결캡(145, 165)의 강도는 클린치 볼트(160)의 강도보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 가령, 상부 및 하부 연결캡(145, 165)은 연강(mild steel)에 의해 제작될 수 있다.
그리고 상기 클린치 볼트(160)는 본 발명의 일실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 전지 모듈에는 널리 알려진 다양한 클린치 너트가 적용될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈(300)의 분해 사시도이다. 도 4를 참조하면 이차 전지(305)의 상부 및 하부 연결캡(145, 165)에 서로 다른 체결부재가 설치된다. 본 실시예에서 상기 체결부재들은 클린치 너트(350) 및 클린치 볼트(360)이나, 상기 체결부재들이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 이차 전지(305)의 상부 연결캡(145)에는 클린치 너트(350)가 압입에 의해 결합되고, 하부 연결캡(165)에는 클린치 볼트(360)가 압입에 의해 결합된다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈(400)의 분해 사시도이다. 도 5를 참조하면, 이차 전지(405)의 상부 연결캡(145)에는 클린치 볼트(460)가 압입에 의해 결합되고, 하부 연결캡(165)에는 클린치 너트(450)가 압입에 의해 결합된다.
상기 제3 및 제4 실시예의 체결부재, 즉 클린치 너트(350, 450) 및 클린치 볼트(360, 460)는 상술한 제1 및 제2 실시예에서의 클린치 너트(150) 및 클린치 볼트(160)와 동일한 구성을 가진다. 제3 및 제4 실시예는 상부 및 하부 연결캡(145, 165) 각각에 서로 다른 체결부재가 압입되어 결합되는데 특징이 있으며, 이러한 특징을 제외하고는 상술한 제1 및 제2 실시예와 동일하다.
이러한 제3 및 제4 실시예에 의하면 체결부재의 결합 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 뿐 만 아니라, 전지 모듈(300, 400)의 양극 및 음극이 간편하고 용이하게 구별될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 여러 가지 형태의 실시예로 구현할 수 있는데, 상기 실시예들은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것이지 본 발명을 상기 실시예로 한정하려고 하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 체결부재가 상부 및 하부 연결캡에 클린치 결합 즉 압입에 의해 결합되므로, 상기 결합 공정이 종래 용접에 의한 결합 공정보다 훨씬 단순하고 용이하다. 더욱이 클린치 결합으로 인해 결합 공정 시간이 단축되며, 이는 곧 전지 모듈의 제작 시간을 단축시키는 효과가 있다.
결국, 본 발명은 전지 모듈의 생산성을 향상시키고, 전지 모듈의 제작 원가를 절감시키는 효과가 있다.
또한, 체결부재가 상부 및 하부 연결캡에 압력에 의해 결합되므로, 용접열 등에 의해 상기 체결부재와 상부 및 하부 연결캡의 재질이 악화되는 것을 막을 수 있고, 상기 체결부재와 상부 및 하부 연결캡에 용접 자국이 남지 않아 외관이 깨끗하다는 장점이 있다.
또한, 클린치 결합은 종래 용접에 의한 결합보다 결합력이 강하므로, 전지 모듈의 체결부재와 상부 및 하부 연결캡의 결합부가 외부힘에 대하여 높은 저항을 가질 수 있도록 한다.
Claims (18)
- 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군;상기 전극군을 수용하는 케이스;상기 케이스 상부 및 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 연결캡; 및상기 상부 및 하부 연결캡 각각에 클린치 결합되는 체결부재들을 포함하는 이차 전지들과,상기 이차 전지들 중 서로 이웃하는 이차 전지들의 각 체결부재에 연결되어, 상기 이웃하는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하는 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 체결부재는 클린치 너트인 전지 모듈.
- 제 2 항에 있어서,상기 클린치 너트는머리부와, 상기 머리부의 일면에 결합된 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부의 일면에 결합된 제2 돌출부와, 상기 제2 돌출부의 일면에 결합된 제3 돌출부를 포함하며, 상기 제2 돌출부는 상기 제1 및 제3 돌출부의 직경보다 작은 직경으로 형성 되어 상기 제1 및 제3 돌출부 사이에 수용부를 형성하는 전지 모듈.
- 제 3 항에 있어서,상기 클린치 너트가 상기 상부 또는 하부 연결캡에 압입에 의해 결합되며, 상기 수용부에는 상기 상부 또는 하부 연결캡을 구성하는 재료가 흘러들어가 채워진 전지 모듈.
- 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 상부 및 하부 연결캡의 강도가 상기 클린치 너트의 강도보다 작은 전지 모듈.
- 제 5 항에 있어서,상기 상부 및 하부 연결캡은 연강(mild steel)에 의해 제작되는 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 체결부재는 클린치 볼트인 전지 모듈.
- 제 7 항에 있어서,상기 클린치 볼트는 머리부와, 상기 머리부의 일면에 결합된 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부의 일면에 결합된 제2 돌출부와, 상기 제2 돌출부의 일면에 결합된 제3 돌출부와, 상기 제3 돌출부의 일면에 결합된 몸통부를 포함하며,상기 제2 돌출부는 상기 제1 및 제3 돌출부의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 상기 제1 및 제3 돌출부 사이에 수용부를 형성하는 전지 모듈.
- 제 8 항에 있어서,상기 클린치 볼트가 상기 상부 또는 하부 연결캡에 압입에 의해 결합되며, 상기 수용부에는 상기 상부 또는 하부 연결캡을 구성하는 재료가 흘러들어가 채워진 전지 모듈.
- 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 상부 및 하부 연결캡의 강도가 상기 클린치 볼트의 강도보다 작은 전지 모듈.
- 제 10 항에 있어서,상기 상부 및 하부 연결캡은 연강(mild steel)에 의해 제작되는 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 체결부재는 클린치 너트와 클린치 볼트를 포함하며,상기 상부 연결캡에는 클린치 너트가 압입되어 고정되고, 상기 하부 연결캡에는 클린치 볼트가 압입되어 고정되는 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 체결부재는 클린치 너트와 클린치 볼트를 포함하며,상기 상부 연결캡에는 클린치 볼트가 압입되어 고정되고, 상기 하부 연결캡에는 클린치 너트가 압입되어 고정되는 전지 모듈.
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,상기 이웃하는 이차 전지들 중 어느 한 이차 전지의 상부 연결캡과, 이 이차 전지에 이웃하는 이차 전지의 하부 연결캡이 동일한 방향을 향하도록 배치하는 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 이차 전지가 원통형 리튬 이차 전지인 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 이차 전지들은 직렬로 연결되는 전지 모듈.
- 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군;상기 전극군을 수용하는 케이스;상기 케이스 상부 및 하부에 설치되는 상부 및 하부 연결캡; 및상기 상부 및 하부 연결캡에 클린치 결합되는 체결부재를 포함하는 이차 전지.
- 제 17 항에 있어서,상기 체결부재는 클린치 너트 또는 클린치 볼트인 이차 전지.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |