KR20110100911A - 전지 카트리지 - Google Patents

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KR20110100911A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지는, 전류를 생성하는 복수의 단위전지와, 단위전지에 구비되는 전극부와, 일측면이 전극부의 일측면에 접촉되어 단위전지로부터 생성되는 전류를 전극부로부터 전달받는 단자부와, 단위전지가 수용되고 전극부의 타측면을 지지하는 전극지지부가 형성된 카트리지 센터 및, 단자부의 타측면을 지지하여 전극지지부와 함께 단자부와 전극부가 접촉되도록 하는 카트리지 인너 리브가 돌출되어 형성된 카트리지 인너를 포함하여 구성된다.

Description

전지 카트리지 {Cartridge for Battery}
본 발명은 전지 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동 또는 조립시 발생되는 뒤틀림에 의한 단자부의 파손을 방지할 수 있는 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 충적됨으로써 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. 또한, 전지 카트리지 내부 구성에 있어서, 기계적 진동이나 조립시의 내부구조가 손상되는 문제에 대한 보완이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 진동 또는 조립시 발생되는 뒤틀림에 의한 단자부의 파손을 방지할 수 있는 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 단위전지에 구비되는 전극부; 일측면이 상기 전극부의 일측면에 접촉되어 상기 단위전지로부터 생성되는 전류를 상기 전극부로부터 전달받는 단자부; 상기 단위전지가 수용되고 상기 전극부의 타측면을 지지하는 전극지지부가 형성된 카트리지 센터; 및 상기 단자부의 타측면을 지지하여 상기 전극지지부와 함께 상기 단자부와 상기 전극부가 접촉되도록 하는 카트리지 인너 리브가 돌출되어 형성된 카트리지 인너; 를 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, 카트리지 인너 리브가 단자부를 지지하여, 스크류체결에 의해 단자부의 뒤틀림과 이로 인한 단자부와 전극부의 접촉이 이격되는 것을 방지한다.
둘째, 카트리지 인너 리브가 단자부를 지지하여, 기계적 진동에 의해 단자부와 전극부의 접촉이 이격되는 것을 방지한다.
셋째, 대응면이 경사면과 접촉되어 카트리지 인너 리브가 전극부를 지지하는 것에 대하여, 추가적인 지지를 가능하게 한다.
넷째, 전극지지부가 전극부를 지지하여, 카트리지 인너 리브와 함께 전극부와 단자부를 각각 양측 바깥에서 물리도록 가압하여, 전극부와 단자부가 접촉된 상태를 유지하도록 한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 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 도 1에 개시된 본 발명의 일 실시에에 따른 전지 카트리지의 결합도 이다.
도 7은 도 6에 표시된 A-A'단면의 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타난 단면을 상하 대칭시킨 평면도이다.
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 커버(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 발열성이 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 결합되어 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 포함하는 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 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 파손되는 것을 방지한다.
복수의 단위전지(110)에는 양전극(117), 음전극(119), 양병렬전극(113), 음병렬전극(114) 및 직렬전극(115)이 구비된다.
양전극(117)은 제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(110)의 양극을 형성한다. 양전극(117)은 복수의 단위전지(110) 일측에 배치된다. 음전극(119)은 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지(110-4)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(110)의 음극을 형성한다. 음전극(119)은 복수의 단위전지(110) 일측에 양전극(117)과 나란히 배치된다.
양병렬전극(113)은 제 1 단위전지(110-1)와 제 2 단위전지(110-2)를 병렬로 연결하고, 음병렬전극(114)은 제 3 단위전지(110-3)와 제 4 단위전지(110-4)를 병렬로 연결하여, 직렬전극(115)이 양병렬전극(113)과 음병렬전극(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 도 1에 개시된 본 발명의 일 실시에에 따른 전지 카트리지의 결합도 이고, 도 7은 도 6에 표시된 A-A'단면의 사시도이며, 도 8은 도 7에 나타난 단면을 상하 대칭시킨 평면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지는, 전류를 생성하는 복수의 단위전지(110)와, 단위전지(110)에 구비되는 전극부(111)와, 일측면이 전극부(111)의 일측면에 접촉되어 단위전지(110)로부터 생성되는 전류를 전극부(111)로부터 전달받는 단자부(150)와, 단위전지(110)가 수용되고 전극부(111)의 타측면을 지지하는 전극지지부(121-1)가 형성된 카트리지 센터(121) 및, 단자부(150)의 타측면을 지지하여 전극지지부(121-1)와 함께 단자부(150)와 전극부(111)가 접촉되도록 하는 카트리지 인너 리브(131-3)가 돌출되어 형성된 카트리지 인너(131-1 또는 131-2)를 포함하여 구성된다.
카트리지 인너(131-1 또는 131-2)는 상술한 상측 카트리지 인너(131-1) 또는 하측 카트리지 인너(131-2) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.
전극부(111)는 단위전지(110)의 일측에 구비된다. 전극부(111)는 각각의 단위전지(110)에서 생성되는 전류를 전달하기 위해 각각의 단위전지(110)마다 구비될 수 있으며, 또한 두개 이상의 단위전지(110)를 한 묶음으로 하여 하나의 전극부(111)가 구비될 수 있다. 이하에서 전극부(111)는 두개의 단위전지(110)를 한 묶음으로 하여 하나의 전극부(111)가 구비되는 것으로 설명하나, 전극부(111)의 개수 또는 단위전지(110)의 개수가 한정되는 것은 아니다.
전극부(111)는 상술한 양병렬전극(113) 또는 음병렬전극(114) 중 어느 하나에 해당하며, 전극부(111)의 형상에 대하여는 후술한다.
단자부(150)의 일측면은 전극부(111)의 일측면에 접촉된다. 단자부(150)는 전극부(111)에 접촉되어 단위전지(110)로부터 생성되는 전류를 전달받는다. 단자부(150)는 상술한 양전극(117), 음전극(119), 또는 직렬전극(115) 중 어느 하나일 수 있으며, 이하에서 단자부(150)는 음전극(119)으로 설명하나, 이에 단자부(150)가 한정되는 것은 아니다.
카트리지 센터(121)는 복수의 단위전지(110)가 수용된다. 카트리지 센터(121)는 전극부(111)의 타측면을 지지하는 전극지지부(121-1)가 일측에 형성된다. 전극지지부(121-1)는 하나 또는 그 이상의 리브로 형성될 수 있다. 이하에서는 복수개의 리브로 형성되는 것으로 설명하나, 이에 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니다. 복수개의 리브로 형성된 전극지지부(121-1)는 전극부(111)의 타측면을 지지해 준다. 전극지지부(121-1)는 카트리지 센터(121)와 일체로 형성될 수 있다.
카트리지 인너 리브(131-3)는 카트리지 인너(131-1 또는 131-2)에 돌출되어 형성된다. 카트지리 인너 리브는 카트리지 인너(131-1 또는 131-2)와 일체로 형성될 수 있다. 카트리지 인너 리브(131-3)는 단자부(150)의 타측면을 지지해 준다. 카트리지 인너 리브(131-3)는 전극지지부(121-1)와 함께 단자부(150)와 전극부(111)가 접촉되도록 한다.
이들의 결합관계를 살펴보면, 전극부(111)의 일측면과 단자부(150)의 일측면이 접촉되며, 전극부(111)의 타측면은 전극지지부(121-1)에 의해 지지되고, 단자부(150)의 타측면은 카트리지 인너 리브(131-3)에 의해 지지된다.
즉, 전극지지부(121-1)와 카트리지 인너 리브(131-3)가 이들 사이에 구비되는 전극부(111)와 단자부(150)를 각각 양측 바깥에서 물리도록 가압하여, 전극부(111)와 단자부(150)가 접촉된 상태를 유지하도록 한다.
전극부(111)와 단자부(150)가 접촉된 상태를 유지하도혹 하는 이유에 대해 상술하면, 단자부(150)는 일측에 체결구멍(미도시)이 형성될 수 있으며, 단자부(150)가 다른 외부기기와 체결될 때, 체결구멍에 의해 스크류체결등이 이루어진다. 이 경우 스크류체결에 의해 단자부(150)가 뒤틀릴 수 있으며, 뒤틀림에 의하여 단자부(150)와 전극부(111)의 접촉이 이격되어 끊어질 수 있다. 단자부(150)와 전극부(111)의 접촉이 이격되면, 단위전지(110)에서 생성된 전류가 전달되지 않게 되므로, 전극부(111)와 단자부(150)가 이격되지 않도록 가압하는 구조가 필요하다. 이 경우 전극지지부(121-1)와 카트리지 인너 리브(131-3)의 구조에 의해 전극부(111)와 단자부(150)가 이격되지 않도록 한다.
카트리지 인너 리브(131-3)는 단자부(150)를 지지하여, 진동에 의해 단자부(150)와 전극부(111)의 접촉이 이격되는 것을 방지한다. 전지 카트리지가 장착되는 기계 및 기타의 장치는 기계적인 미세진동이 발생하게 되며, 이러한 진동에 의해 전극부(111)와 단자부(150)의 접촉이 이격될 수 있다. 이 때, 전극지지부(121-1)와 카트리지 인너 리브(131-3)에 의해 전극부(111)와 단자부(150)를 양측에서 가압하여 지지하므로, 미세 진동에 의해 단자부(150)와 전극부(111)의 접촉이 이격되는 것을 방지한다.
전극부(111)는 다단 절곡되어 경사면(111-1)이 형성될 수 있다. 복수의 단위전지(110)를 하나의 전극부(111)로 형성하기 위하여 각 단위전지(110)의 전극을 하나의 전극부(111)로 취합할 수 있으며, 이때의 전극부(111)의 측면의 형상은 곡선 및 다단 절곡된 직선등 어느 것이나 가능하다. 이하에서는 다단 절곡된 직선으로 형성되는 것으로 설명하나, 이에 전극부(111)의 측면의 형상이 한정되는 것은 아니다.
전극부(111)는 복수의 단위전지(110) 중, 두개의 단위전지(110)를 하나로 취합하는 형상으로 다단 절곡되어 경사면(111-1)이 형성되며, 카트리지 인너 리브(131-3)는 전극부(111)의 경사면(111-1)에 대응하여 형성된 대응면(131-4)이 형성된다.
대응면(131-4)은 카트리지 인너 리브(131-3)의 일측면에 형성되며, 전극부(111)의 경사면(111-1)과 접촉되어 경사면(111-1)을 지지하도록 한다. 대응면(131-4)은 경사면(111-1)의 전부와 접촉되는 것이 바람직하다. 대응면(131-4)이 경사면(111-1)과 접촉되어 카트리지 인너 리브(131-3)가 전극부(111)를 지지하는 것에 대하여, 추가적인 지지가 가능하고, 이에 의해 상술한 진동 및 스크류 체결에 의한 전극부(111)와 단자부(150)의 접촉이 이격되는 것을 방지한다.
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.
110 : 단위전지 131-1 : 상측 카트리지 인너
131-2 : 하측 카트리지 인너 121 : 카트리지 센터
141-1 : 상측 커버 141-2 : 하측 커버
141a : 볼록부 141b : 오목부
123 : 커버 프론트 124 : 스페이서
125 : 카트리지 서포트 121b : 측면홀
122 : 커버리어 113 : 음병렬전극
115 : 직렬전극 117 : 양병렬전극단자
114 : 양병렬전극 119 : 음병렬전극단자
121-1 : 전극지지부 150 : 단자부
131-3 : 카트리지 인너 리브 131-4 : 대응면
111 : 전극부 111-1 : 경사면

Claims (5)

  1. 전류를 생성하는 복수의 단위전지;
    상기 단위전지에 구비되는 전극부;
    일측면이 상기 전극부의 일측면에 접촉되어 상기 단위전지로부터 생성되는 전류를 상기 전극부로부터 전달받는 단자부;
    상기 단위전지가 수용되고 상기 전극부의 타측면을 지지하는 전극지지부가 형성된 카트리지 센터; 및
    상기 단자부의 타측면을 지지하여 상기 전극지지부와 함께 상기 단자부와 상기 전극부가 접촉되도록 하는 카트리지 인너 리브가 돌출되어 형성된 카트리지 인너;
    를 포함하는 전지 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극지지부는 복수개의 리브로 형성된 전지 카트리지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지 인너 리브는 상기 단자부를 지지하여, 진동에 의해 상기 단자부와 상기 전극부의 접촉이 이격되는 것을 방지하는 전지 카트리지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극부의 일측면과 상기 단자부의 일측면이 접촉되며,
    상기 전극부의 타측면은 상기 전극지지부에 의해 지지되고,
    상기 단자부의 타측면은 상기 카트리지 인너 리브에 의해 지지되는 전지 카트리지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는 다단 절곡되어 경사면이 형성되며,
    상기 카트리지 인너 리브는 상기 경사면에 대응하여 형성된 대응면이 형성된 전지 카트리지.
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