KR20080056443A

KR20080056443A - 모듈 전지

Info

Publication number: KR20080056443A
Application number: KR1020060129351A
Authority: KR
Inventors: 김태용; 한대원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-06-23
Also published as: KR101380083B1

Abstract

본 발명은 원통형 단위 전지를 프레임에 수납하여 구성하는 모듈 전지에 관한 것이며, 특히, 프레임으로의 수납 작업을 용이하고 정확하게 하는 구조를 가지는 모듈 전지에 관한 것이다.

본 발명의 모듈 전지는, 일단에 양극이 위치하고 타단에 음극이 위치하는 복수개의 원통형 전지; 및 상기 복수개의 원통형 전지를 수납하기 위한 프레임으로 이루어지는 모듈 전지에 있어서, 상기 원통형 전지의 일단 및 타단에는 상기 프레임과 결합하기 위한 원형 접시형 결합체가 존재하는데, 상기 일단 및 타단 중 어느 하나의 원형 접시형 결합체에만 회전 방지부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 모듈 전지는, 제조시 작업자의 결합 작업을 용이하게 하면서도, 프레임과 원통형 직렬 전지간의 견고한 결합을 보장할 수 있는 효과 및 작업자가 양극 종단과 음극 종단을 혼동하여 결합하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

모듈 전지, 종단 캡, 직렬 전지, 회전 방지, 혼동 방지

Description

모듈 전지{Module Cell}

도 1은 복수개의 원통형 단위 전지를 직렬 연결하여 구성한 모듈 전지를 도시한 사시도.

도 2는 종래 기술에 의한 원통형 직렬 전지의 종단 캡 부분을 도시한 사시도.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 프레임의 각 실시예들을 도시한 사시도.

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 원통형 전지의 종단 캡의 각 실시예들을 도시한 사시도.

도 5a 및 도 5b는 도 3a의 프레임과 도 4a의 종단 캡이 결합된 상태를 도시한 측면도 및 사시도.

도 5c 및 도 5d는 상기 도 3b의 프레임과 도 4b의 종단 캡이 결합된 상태를 도시한 측면도 및 사시도.

도 5e 및 도 5f는 상기 도 3c의 프레임과 도 5c의 종단 캡이 결합된 상태를 도시한 측면도 및 사시도.

도 6a는 원통형 직렬 전지 중 2개의 원통형 단위 전지의 직렬 연결 부분을 도시한 단면도.

도 6b는 원통형 직렬 전지 중 양극 종단 캡 연결 부분을 도시한 단면도.

도 6c는 원통형 직렬 전지 중 음극 종단 캡 직렬 연결 부분을 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200, 200', 200" : 프레임

232, 232', 232" : 종단벽

220, 220', 220" : 수납 공간

236 : 볼록 돌기

236' : 오목 홈

236" : 끼움 홈

320, 320', 320" : 종단 캡

322, 322', 322" : 원형 접시형 결합체

324 : 오목 홈

324' : 볼록 돌기

324" : 끼움 돌기

328, 328', 328" : 공심

326, 326', 326" : 배선부

일반적으로 니켈-수소화물 축전지, 니켈-카드뮴 축전지 등의 알칼리 축전지나, 리튬-이온 전지, 니튬-폴리머 전지 등 리튬계 축전지는 양극 및 음극 사이에 격리판을 개재시켜 이들을 나선형으로 권취한 후, 양극 또는 음극의 단부에 집전체를 접속하여 전극체를 형성하고, 이 전극체를 금속제 외장 프레임에 수납하여 집전체로부터 연신하는 리드부를 밀봉체에 용접한 후, 밀봉체를 외장 프레임의 개구부에 절연 가스켓을 개재시켜 장착함으로써 밀폐하여 구성되어 있다. 이러한 알칼리 축전지가 전동 공구나 전기 자동차 등의 용도에 사용되는 경우 고출력이 요구되므로, 복수의 개별 전지를 직렬 및/또는 병렬 방식으로 접속하여 모듈 전지로 하여 사용되는 것이 일반적이다. 예컨대, 대형 전동 공구나 전기 자동차 등의 고출력 용도에 사용되는 축전지는 원통형 단위 전지 복수개를 직렬로 수집한 모듈 전지가 사용된다.

도 1은 원통형 단위 전지(40)를 소정 개수 직렬 연결하여 형성한 원통형 직렬 연결 전지(30)를 프레임(20)에 병렬 배치하여 구성한 평면 프레임 모듈 전지(10)를 도시한다. 도면에서는 원통형 직렬 연결 전지들의 아래에서 수납하는 하부 프레임만을 도시하였지만, 이와 대칭된 구조의 상부 프레임도 존재할 수 있음은 물론이다. 상기 평면 프레임 모듈 전지(10)가 하나로 사용되거나, 다수개 적층 되어 모듈 전지가 완성된다.

도시한 원통형 직렬 전지(30)는 2개의 직렬 단위 전지 사이에, 2개의 단위 전지간 상호 연결을 유지하는 기계적 강도를 제공하며 전기적으로 연결시키는 직렬 인터페이스를 개재시킨다.

'단위 전지 - 직렬 인터페이스 - 단위 전지 - 직렬 인터페이스 - 단위 전지' 순으로 다수개의 단위 전지들이 직렬 연결되어 긴 원통형 막대 형상을 가지는 원통형 직렬 전지(30)가 구성되는데, 상기 원통형 직렬 전지(30)의 양단에 위치하는 단위 전지에는 원통형 직렬 전지를 마감하고 상기 프레임에 연결하기 위해 종단 캡이 배치된다.

종단 캡은 상기 프레임과 결속되는 부분의 형상에 따라, 모듈 전지를 제조 작업의 능률성을 결정하는데, 현재까지 도 2a 및 2b에 도시한 등과 같은 다양한 형상의 종단 캡들이 제안되어 실시되고 있다.

도 2a의 경우 종단 캡에서 프레임과 결합되는 부분인 결합체를 원형 접시모양으로 형성하였다. 이에 따라 작업자가 프레임과 원통형 직렬 전지의 결합 작업을 수행하는 것이 수월해지는 장점이 있으나, 프레임과 결합된 원통형 직렬 전지가 회전하므로 안정성이 떨어지고 후속작업이 곤란을 초래할 위험성이 있는 단점이 있다. 또한, 작업자가 원통형 직렬 전지의 양극 종단과 음극 종단을 혼동하여 잘못 결합될 수 있는 위험도 존재하였다.

도 2b의 경우 종단 캡에서 프레임과 결합되는 부분인 결합체를 사각형 접시모양으로 형성하였다. 이에 따라 프레임과 결합된 원통형 직렬 전지의 견고한 결합 이 보장되어 안정성이 높은 장점이 있으나, 작업자가 프레임과 원통형 직렬 전지의 결합 작업을 수행하는 것을 다소 번거롭게 하는 단점이 있다. 또한, 작업자가 원통형 직렬 전지의 양극 종단과 음극 종단을 혼동하여 잘못 결합될 수 있는 위험도 존재하였다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 작업자의 결합 작업을 용이하게 하면서도, 견고한 결합을 보장할 수 있는 원통형 전지의 종단 캡을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 작업자가 양극 종단과 음극 종단을 혼동하여 결합하는 것을 방지할 수 있는 원통형 전지의 종단 캡을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모듈 전지는, 일단에 양극이 위치하고 타단에 음극이 위치하는 복수개의 원통형 전지; 및 상기 복수개의 원통형 전지를 수납하기 위한 프레임으로 이루어지는 모듈 전지에 있어서, 상기 원통형 전지의 일단 및 타단에는 상기 프레임과 결합하기 위한 원형 접시형 결합체가 존재하는데, 상기 일단 및 타단 중 어느 하나의 원형 접시형 결합체에만 회전 방지부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

예컨대, 하기 실시예에서는 원통형 직렬 전지의 양극측에만 회전 방지부가 구현된 경우로 구체화하여 설명하지만, 동일한 원리로 원통형 직렬 전지의 음극측에만 회전 방지부를 구현한 경우도 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

(실시예)

본 실시예의 모듈 전지는 도 1과 같이 다수개의 원통형 단위 전지들이 직렬 연결되어 구성된 원통형 직렬 전지들이, 프레임에 서로 양극 - 음극 방향이 교번되도록 끼워져서, 모듈전지를 형성한다.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 프레임의 각 실시예들을 도시하고 있다.

도시한 바와 같이 상기 실시예들의 프레임(200, 200', 200")의 측면 및 원통형 전지의 양극 종단 또는 음극 종단이 위치하는 종단벽(232, 232', 232", 252)에 의해 원통형 전지들이 수납되는 수납공간(220, 220', 220", 240)이 형성된다. 상기 종단벽 중 양극측에 해당하는 단벽(232, 232', 232")에는 회전 방지부가 형성될 수 있는데, 회전 방지부로 도 2a에서는 볼록 돌기(236)가 형성되고, 도 2b에서는 오목 홈(236')이 형성되었다. 한편, 도 2c에서는 단벽(232")의 원주에 회전 방지부가 형성되지 않고, 상기 원주 바깥쪽에 끼움 홈(236")이 형성되었다.

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 원통형 전지의 종단 캡의 각 실시예들을 도 시하고 있다.

원통형 직렬 전지의 양극측에는 양극 종단 캡이 접속되고, 음극측에는 음극 종단 캡이 접속된다. 양극 단자 캡 및 음극 종단 캡의 중앙은 볼록하게 길이 방향으로 확장되어 원형 접시형 결합부를 형성된다.

도시한 바와 같이 상기 원통형 전지의 양극 종단 및 음극 종단에 부착되는 종단 캡(320, 320', 320", 340)에는 상기 프레임(200, 200', 200")의 종단벽(232, 232', 232", 252, 252', 252")과 결합하기 위한 원형 접시형 결합체(322, 322', 322", 340)가 존재하는데, 이중 양극측에 해당하는 원형 접시형 결합체(322, 322', 322")에만 회전 방지부가 형성되었다. 상기 회전 방지부로 도 4a에서는 오목 홈(324)이 형성되어 상기 도 3a의 볼록 돌기(236)와 결합될 수 있고, 도 4b에서는 볼록 돌기(324')가 형성되었고, 도 4c에서는 도 3c의 끼움 홈(236")에 결합될 수 있는 끼움 돌기(324")가 형성되었다.

또한, 각 종단 캡(320, 320', 320", 340)의 중심부에는 비워진 공심(328, 328', 328")이 형성되며 상기 공심(328, 328', 328") 주위로 종단 캡에 연결되는 단위 전지의 양극 또는 음극이 전도적으로 연결되는 배선부(326, 326', 326")가 형성된다. 상기 배선부(326, 326', 326") 안쪽에는 나사산을 형성하여, 여기에 수나사를 끼우는 형태로 배선을 수행토록 구현할 수 있다.

도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 상기 종단 캡 및 프레임의 각 실시예들의 결합 상태를 도시하고 있다. 도 5a 및 5b는 상기 도 3a의 프레임(200)과 도 4a의 종단 캡(320, 340)이 결합된 상태를 도시하며, 도 5c 및 5d는 상기 도 3b의 프레임(200')과 도 4b의 종단 캡(320', 340)이 결합된 상태를 도시하며, 도 5e 및 5f는 상기 도 3c의 프레임(200")과 도 5c의 종단 캡(320", 340)이 결합된 상태를 도시한다.

비록, 결합 구조의 표시를 위해 도면에서는 원통형 전지의 하부를 받치고 있는 하단 프레임 만을 도시하고 있지만, 상기 하부 프레임과 대칭적인 구조의 상부 프레임이 상기 원통형 전지의 상부를 덮는 형태로 구현함이 일반적이다.

도 6a 내지 6c는 다수개의 원통형 단위 전지를 직렬 연결한 본 실시예의 원통형 직렬 전지의 구조를 설명하기 위한 것이다.

도 6a는 2개의 원통형 단위 전지의 직렬 연결 구조를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이 2개의 원통형 단위 전지 사이에는 스페이서(350-2)가 개재되어 기계적으로 지지되며 아래 단위 전지(360-2)의 양극과 위 단위 전지(360-1)의 음극이 전도적으로 연결된다. 상기 스페이서(350-2)와 각 단위 전지(360-1, 360-1)는 용접을 통해 고정될 수 있다. 상기 스페이서(350-2)는 기계적 강도 및 전도적 연결 수단을 제공할 뿐만 아니라 단위 전지에서 생성되는 폐가스를 방출하는 기능도 수행할 수 있는 등 다소 복잡한 구조를 가질 수 있으나 본 발명의 주된 개선 사항이 아니므로 보다 상세한 설명은 생략하겠다.

도 6b는 원통형 직렬 전지의 양극 종단에 위치하는 양극 종단 캡의 연결 구조를 도시하고 있다. 단위 전지(360-1)의 양극에 바로 결합될 수 있는 형태로 구현 도 가능하지만, 도면에서는 단위 전지(360-1)의 양극에 스페이서(360-1)가 놓인 상태에서 스페이서(350-1)에 양극 종단 캡을 결합하였다.

도 6c는 원통형 직렬 전지의 음극 종단에 위치하는 음극 종단 캡의 연결 구조를 도시하고 있다. 양극 종단 캡의 경우와 같이 추가적인 스페이서를 개재한 상태에서 양극 종단 캡을 결합한 형태도 가능하지만, 도면에서는 단위 전지(360-N)의 양극에 바로 결합될 수 있는 형태로 구현하였다.

이하, 본 실시예에 따른 모듈 전지에 대한 결합 작업 과정을 설명하겠다.

도면에서는 회전 방지부를 양극 종단 캡에만 구비하였으며, 하나의 프레임에 채워지는 모든 단위 전지들이 직렬 연결을 이루도록, 각 원통형 직렬 전지들은 전류 방향을 서로 교번하도록 상기 프레임에 결합한다.

따라서, 결합작업을 수행하는 작업자는 상기 프레임에 원통형 직렬 전지를 결합할때, 한번은 양극이 위로 향하게 결합하였으면 다음 원통형 직렬 전지는 음극이 위로 향하게 결합하는 방식으로 작업을 수행하여야 한다.

본 실시예에서는 상기 프레임의 전지 결합부가 반원형 홈으로 형성되어 있고, 상기 반원형 홈에 상기 원통형 직렬 전지의 단부 캡에 형성된 원형 접시형 결합부가 놓여진다. 그런데, 상기 프레임의 반원형 홈 중에서 양극에 해당되는 것에만 돌기가 존재하므로, 원통형 직렬 전지의 음극 종단의 원형 접시형 결합부를 상기 돌기가 존재하는 양극에 해당하는 반원형 홈에 위치시키는 경우 상기 돌기의 방해에 의해 결합되지 않는다. 이에 따라 사용자의 실수로 인한 역결합이 방지된다.

이상을 통해 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.

상기 구성에 따라 구현한 본 발명의 모듈 전지는, 제조시 작업자의 결합 작업을 용이하게 하면서도, 프레임과 원통형 직렬 전지간의 견고한 결합을 보장할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 작업자가 양극 종단과 음극 종단을 혼동하여 결합하는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims

일단에 양극이 위치하고 타단에 음극이 위치하는 복수개의 원통형 전지; 및

상기 복수개의 원통형 전지를 수납하기 위한 프레임으로 이루어지는 모듈 전지에 있어서,

상기 원통형 전지의 일단 및 타단에는 상기 프레임과 결합하기 위한 원형 접시형 결합체가 존재하는데, 상기 일단 및 타단 중 어느 하나의 원형 접시형 결합체에만 회전 방지부가 형성된 것을 특징으로 하는 모듈 전지.
제1항에 있어서, 상기 원통형 전지는,

직렬 연결된 복수개의 원통형 단위 전지; 및

원통의 전지의 양단을 이루는 종단 캡

을 포함하며,

상기 원형 접시형 결합체는, 상기 종단 캡에 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈 전지.
제2항에 있어서,

상기 원통형 단위 전지들 사이에는, 2개의 단위 전지간 상호 연결을 유지하는 기계적 강도를 제공하며 전기적으로 연결시키는 스페이서가 위치한 것을 특징으로 하는 모듈 전지.
제1항에 있어서, 상기 회전 방지부는,

상기 원형 접시형 결합체 외부 일부에 형성된 볼록 돌기; 및

상기 프레임 상에 상기 볼록 돌기와 결합되도록 형성되는 오목 홈인 것을 특징으로 하는 모듈 전지.
제1항에 있어서, 상기 회전 방지부는,

상기 원형 접시형 결합체 외부 일부에 형성된 오목 홈; 및

상기 프레임 상에 상기 오목 홈과 결합되도록 형성되는 볼록 돌기인 것을 특징으로 하는 모듈 전지.
제1항에 있어서, 상기 회전 방지부는,

상기 원형 접시형 결합체 외부에 형성된 끼움 돌기; 및

상기 프레임 상에 상기 삽입 돌기가 삽입되는 끼움 홈인 것을 특징으로 하는 모듈 전지