KR20110059356A - 전지 카트리지 - Google Patents

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KR20110059356A
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Abstract

본 발명은 배열 및 구성이 자유롭고 단위전지들의 보호, 절연 및 방열이 우수한 전지 카트리지에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전지 카트리지는, 전류를 생성하는 복수의 단위전지; 상기 복수의 단위전지 일면에 접촉되어 방열하는 커버; 및 상기 복수의 단위전지의 가장자리 및 상기 커버 사이에 구비되는 카트리지 인너를 포함한다.
전지, 전지 카트리지, 배터리팩

Description

전지 카트리지 {Cartridge for Battery}
본 발명은 전지 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배열 및 구성이 자유롭고 단위전지들의 보호, 절연 및 방열이 우수한 전지 카트리지에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 중대형 전지팩이 사용되고 있다.
이러한 중대형 전지팩의 구성요소인 단위전지로는 높은 밀집도로 충적됨으로 써 사공간(dead space)의 크기를 줄일 수 있는 각형 전지 또는 파우치형 전지가 사용되고 있다. 이러한 단위전지들의 기계적 체결과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위전지들을 장착할 수 있는 전지 카트리지가 사용되고 있다. 즉, 단위전지들을 장착하고 있는 다수의 전지 카트리지들을 적층하여 전지팩을 구성하고 있다.
이러한 전지 카트리지는 내부 단위전지들의 보호와 절연 및 방열이 요구되고, 전지 카트리지의 적층이나 구성의 자유성이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배열 및 구성이 자유로운 전지 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 단위전지들의 보호, 절연 및 방열이 우수한 전지 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전지 카트리지는, 전류를 생성하는 복수의 단위전지; 상기 복수의 단위전지 일면에 접촉되어 방열하는 커버; 및 상기 복수의 단위전지의 가장자리 및 상기 커버 사이에 구비되는 카트리지 인너를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 전지 카트리지에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　전지 카트리지의 배열이 자유로워 다양한 결속이 가능한 장점이 있다.
둘째,　전지 카트리지를 수평 및 수직으로 자유롭게 배치할 수 있는 장점도 있다.
셋째,　단위전지에 대한 효율적인 공냉식 냉각이 가능한 장점도 있다.
넷째, 단위전지의 실링 및 절연이 보장되는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 전지 카트리지를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지에 대한 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지는 복수의 단위전지(110), 상측 카트리지 인너(131-1), 하측 카트리지 인너(131-2), 카트리지 센터(121), 상측 커 버(141-1) 및 하측 커버(141-2)를 포함한다.
복수의 단위전지(110)은 단위전지들의 뭉치이다. 단위전지는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로서 전류를 생성한다. 복수의 단위전지(110)은 카트리지 센터(121)에 구비된다. 복수의 단위전지(110)의 상면은 상측 카트리지 인너(131-1)가 가장자리에 밀착되며 상측 커버(141-1)가 가운데 부분에 밀착된다. 복수의 단위전지(110)의 하면은 하측 카트리지 인너(131-2)가 가장자리에 밀착되며 하측 커버(141-2)가 가운데 부분에 밀착된다.
상측 커버(141-1)는 복수의 단위전지(110)의 상면과 접촉되어 복수의 단위전지(110)의 열을 방출한다. 상측 커버(141-1)는 방열성이 우수한 알루미늄 재질인 것이 바람직하다. 상측 커버(141-1)와 복수의 단위전지(110) 사이에는 상측 카트리지 인너(131-1)가 구비된다.
상측 카트리지 인너(131-1)는 복수의 단위전지(110)의 상면 가장자리와 접촉된다. 상측 카트리지 인너(131-1)는 복수의 단위전지(110)의 상면 가장자리가 상측 커버(141-1)와 직접 닿지 않도록 하여 절연을 한다. 상측 카트리지 인너(131-1)는 복수의 단위전지(110)의 상면 가장자리와 상측 커버(141-1) 사이를 지지하여 복수의 단위전지(110)의 상면 가장자리를 보호한다.
하측 커버(141-2) 및 하측 카트리지 인너(131-2)에 대한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략한다.
상측 커버(141-1) 및 하측 커버(141-2)에는 볼록부(141a)와 오목부(141b)가 형성된다. 볼록부(141a)와 오목부(141b)는 전지 카트리지들을 적층할 때 서로 결합 되어 위치를 잡는다. 볼록부(141a)와 오목부(141b)는 상측 커버(141-1) 상면 네 귀퉁이에 대칭으로 형성되어, 전지 카트리지를 같은 방향으로 적층하는 정방향 적층 뿐만 아니라, 뒤집어 적층하는 역방향 적층이 가능하도록 한다. 이에 대한 설명은 도 8 및 도 9에 후술한다.
카트리지 센터(121)는 복수의 단위전지(110)를 구비한다. 카트리지 센터(121)의 상측에는 상측 카트리지 인너(131-1)를 사이에 두고 상측 커버(141-1)가 결합된다. 카트리지 센터(121)의 하측에는 하측 카트리지 인너(131-2)를 사이에 두고 하측 커버(141-2)가 결합된다. 각각의 결합은 본딩, 볼트 결합 및 용접 등 다양한 결합이 이용될 수 있다.
카트리지 센터(121)에는 상측 카트리지 인너(131-1)와 상측 커버(141-1) 및 하측 카트리지 인너(131-2)와 하측 커버(141-2)를 지지하고 전지 카트리지들을 적층하여 결합할 때 롱볼트가 관통되는 스페이서(124)가 구비된다.
카트리지 센터(121)에 형성된 측면홀(121b)에는 카트리지 서포트(125)가 삽입된다. 카트리지 서포트(125)는 복수의 단위전지(110)의 가장자리 사이를 지지하여 보호한다.
카트리지 센터(121)의 전면에는 커버 프론트(123)가 결합되고, 후면에는 커버 리어(122)가 결합되어 복수의 단위전지(110)의 단자들을 보호한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 단위전지를 나타내는 도면이다.
복수의 단위전지는 제 1 단위전지(110-1) 내지 제 4 단위전지(110-4)를 포함 하는 4개의 단위전지로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 단위전지의 형태에 따라 다양한 개수로 변경될 수 있다.
제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)가 밀착되어 결합되고 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지가 밀착되어 결합된다. 제 2 단위전지(110-2)와 제 3 단위전지(110-3) 사이에는 갭이 형성된다. 제 2 단위전지(110-2)와 제 3 단위전지(110-3) 사이의 갭은 카트리지 센터(121)에 의하여 형성된다. 제 2 단위전지(110-2)와 제 3 단위전지(110-3) 사이에 갭이 존재하여 단위전지의 충·방전시 부풀림에 대비한다. 제 2 단위전지(110-2)와 제 3 단위전지(110-3) 사이의 갭에는 열센서가 삽입될 수 있다.
제 1 단위전지 실링부(110-1a)는 제 1 단위전지(110-1)의 가장자리를 실링하는 부분으로서 찢어지거나 깨지는 경우 누액으로 통전이 될 수 있다. 따라서, 제 1 단위전지 실링부(110-1a)의 절연과 보호를 위하여 제 1 단위전지 실링부(110-1a)는 상측 카트리지 인너(131-1)와 밀착된다.
제 1 단위전지 실링부(110-1a)와 제 2 단위전지 실링부(110-2a)와의 사이에는 카트리지 서포트(125)가 삽입되어 각각의 실링부를 지지하고 보호하며 절연한다. 특히 카트리지 서포트(125)는 전지 카트리지를 수직으로 세울 때 제 1 단위전지 실링부(110-1a)와 제 2 단위전지 실링부(110-2a)가 자중에 의한 처짐으로 인하여 상측 카트리지 인너(131-1)와 맞닿아 차량의 진동 등에 의하여 부분적으로 찢어지거나 깨지지는 등의 파손으로 인한 누액으로 통전되는 것을 방지한다.
복수의 단위전지(110)에는 양병렬전극단자(117), 음병렬전극단자(119), 음병 렬전극(113), 양병렬전극(114) 및 직렬전극(115)이 구비된다.
양병렬전극단자(117)은 제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(110)의 양극을 형성한다. 양병렬전극단자(117)은 복수의 단위전지(110) 일측에 배치된다. 음병렬전극단자(119)은 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지(110-4)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(110)의 음극을 형성한다. 음병렬전극단자(119)은 복수의 단위전지(110) 일측에 양병렬전극단자(117)과 나란히 배치된다.
음병렬전극(113)은 제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)를 병렬로 연결하고, 양병렬전극(114)은 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지(110-4)를 병렬로 연결하여, 직렬전극(115)이 음병렬전극(113)과 양병렬전극(114)을 연결한다.
제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)는 병렬로 연결되고, 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지(110-4)는 병렬로 연결되어 두 세트가 다시 직렬로 연결된다. 복수의 단위전지(110)는 2병렬-2직렬 구조로 연결된다. 다만, 필요한 전압과 용량에 따라 연결 구조를 변경할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 일부를 나타내는 도면이다.
상측 커버(141-1)의 상면에는 송풍돌기(141c)가 형성된다. 전지 카트리지가 적층되어 공냉식으로 냉각되는 경우 송풍돌기(141c) 사이로 공기가 지나가게 되어 상측 커버(141-1)는 방열된다. 송풍돌기(141c)는 공기의 흐름에 따라 상측 커버(141-1)의 상면에 가로 방향 또는 세로 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 송풍돌 기(141c)는 전지 카트리지의 적층시 단위전지들의 충·방전시 부풀림에 대비해 전지 카트리지 사이의 갭을 유지하는 역할도 한다.
하측 커버(141-2)에도 송풍돌기(141c)가 형성된다.
상측 카트리지 인너(131-1)는 제 1 단위전지 실링부(110-1a)와 밀착되는 밀착면(131-1a)이 형성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 일부를 나타내는 도면이다.
카트리지 센터(121)는 제 2 단위전지(110-2) 및 제 3 단위전지(110-3) 사이에 결합되어 갭을 형성하는 센터갭(121a)가 형성된다. 카트리지 센터(121)의 전면에는 양병렬전극단자(117)이 안착되는 양전극부(121c)와 음병렬전극단자(119)이 안착되는 음전극부(121d)가 형성된다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지가 정방향 적층된 것을 나타내는 도면이다.
복수의 전지 카트리지가 같은 방향으로 적층되어 음병렬전극단자들(119a~119d) 및 양병렬전극단자들(117a~117d)은 일렬로 배치된다. 제 1 음병렬전극단자(119a)은 대각선에 위치한 제 2 양병렬전극단자(117b)과 제 1 커넥터(118a)로 연결되고, 제 2 음병렬전극단자(119b)은 대각선에 위치한 제 3 양병렬전극단자(117c)과 제 2 커넥터(118b)로 연결된다. 제 3 음병렬전극단자(119c)은 대각선에 위치한 제 4 양병렬전극단자(117d)과 제 3 커넥터(118c)로 연결된다. 제 1 양병렬전극단자(117a)과 제 4 음병렬전극단자(119d)을 다른 열로 배치되게 하여 사용되도 록 전지 카트리지를 정방향으로 적층할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지가 역방향 적층된 것을 나타내는 도면이다.
복수의 전지 카트리지가 다른 방향으로 적층되어 양병렬전극단자들(119a~119d) 및 음병렬전극단자들(117a~117d)은 엇갈리게 배치된다. 제 1 음병렬전극단자(119a)은 같은 열에 위치한 제 2 양병렬전극단자(117b)과 제 1 커넥터(118a)로 연결되고, 제 2 음병렬전극단자(119b)은 같은 열에 위치한 제 3 양병렬전극단자(117c)과 제 2 커넥터(118b)로 연결된다. 제 3 음병렬전극단자(119c)은 같은 열에 위치한 제 4 양병렬전극단자(117d)과 제 3 커넥터(118c)로 연결된다. 제 1 양병렬전극단자(117a)과 제 4 음병렬전극단자(119d)을 같은 열로 배치하게 하여 사용되도록 전지 카트리지를 역방향으로 적층할 수 있다.
복수의 전지 카트리지를 역방향으로도 정방향으로도 적층이 가능하여 다양하게 배열하고 결속할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지에 대한 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 단위전지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지의 일부를 나타내는 도면이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지가 정방향 적층된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지가 역방향 적층된 것을 나타내는 도면이다.

Claims (8)

  1. 전류를 생성하는 복수의 단위전지;
    상기 복수의 단위전지 일면에 접촉되어 방열하는 커버; 및
    상기 복수의 단위전지의 가장자리 및 상기 커버 사이에 구비되는 카트리지 인너를 포함하는 전지 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위전지의 양극을 형성하며 상기 복수의 단위전지의 일측에 배치되는 양병렬전극단자; 및
    상기 복수의 단위전지의 음극을 형성하며 상기 복수의 단위전지의 일측에 상기 양병렬전극단자와 나란히 배치되는 음병렬전극단자를 더 포함하는 전지 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위전지를 구비하며 상기 카트리지 인너를 사이에 두고 상기 커버와 결합되는 카트리지 센터를 더 포함하는 전지 카트리지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 카트리지 센터는 상기 복수의 카트리지 사이에 갭을 형성하는 전지 카 트리지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 카트리지 센터는 측면홀이 형성되고,
    상기 측면홀에 삽입되어 상기 복수의 단위전지들의 가장자리를 보호하는 카트리지 서포트를 더 포함하는 전지 카트리지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위전지는 2개씩 병렬로 연결된 것이 직렬로 연결된 4개의 단위전지를 포함하는 전지 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 전지 카트리지를 같은 방향으로 적층하는 정방향 적층 및 뒤집어 적층하는 역방향 적층이 가능하도록 상면의 네 귀퉁이에 대칭으로 볼록부와 오목부가 형성되는 전지 카트리지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상면에 사이로 공기가 흐르는 송풍돌기가 형성되는 전지 카트리지.
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