KR20120002590A - 평판형 셀들, 이격 요소들, 및 접촉 장치들을 구비한 전기 에너지 메모리 장치 - Google Patents

평판형 셀들, 이격 요소들, 및 접촉 장치들을 구비한 전기 에너지 메모리 장치 Download PDF

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Abstract

전기 에너지 저장 장치는 대향된 평면형 집전체 도체들(18)이 달린, 전기 에너지의 저장 및 방출을 위한 다수의 평판형 저장 셀들(2), 저장 셀들 사이에 미리 정해진 간격을 유지하기 위한 다수의 이격 요소들(4), 및 셀들을 스택으로 클램핑하기 위한 클램핑 수단(10, 12)을 구비한다. 이격 요소들은 압력 면들(22)을 구비하고, 셀들의 집전체 도체들은 클램핑 수단에 의해 2개의 이격 요소들의 압력 면들 사이에 논-포지티브 연결 방식으로 각각 클램핑된다. 이격 요소의 대향된 압력 면들의 영역에는 대향된 압력 면들 사이의 전기 연결을 이루기 위한 접촉 장치(26) 또는 절연 구조물이 마련된다. 이격 요소들은 절연 구조물이 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형 및 접촉 장치가 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형이 서로 맞춰 조정되도록 설계된다

Description

평판형 셀들, 이격 요소들, 및 접촉 장치들을 구비한 전기 에너지 메모리 장치{ELECTRIC ENERGY MEMORY APPARATUS WITH FLAT-TYPE CELLS, SPACING ELEMENTS AND CONTACT DEVICES}
본 발명은 평판형 셀들 및 이격 요소들을 구비한 전기 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
클램핑 장치에 의해 블록으로 통합된 다수의 전기 에너지 저장 셀들로 전기 에너지 저장 장치를 제작하는 것이 공지되어 있다. 그러한 전기 에너지 저장 셀들은 예컨대 평탄하고 직사각형으로 구성된 전기 에너지용 저장 셀들(배터리 셀들, 축전지 셀들, 응축기들, …)로서의 소위 파우치 또는 커피백 셀들이고, 그러한 셀들의 전기 화학적 활성부는 포일 형태의 패키지에 의해 둘러싸이는데, 시트 형태의 전기 접속 단자들, 소위 집전체 도체들이 그 패키지를 통해 안내된다. 셀들의 전기적 직렬 접속 또는 병렬 접속은 인접 셀들의 해당 집전체 도체들 사이의 전기적 연결을 이루는 전도성 접점 요소들에 의해 이뤄진다. 이때, 셀들을 스택으로 배열하거나 프레임에 헐겁게 배열하거나 클램프 등으로 압축하여 배열하고, 상부에 노출된 전극 단자들 또는 집전체 도체들을 적절한 수단에 의해 연결하는 방식이 널리 보급되어 있다.
본 발명의 과제는 다수의 평판형 저장 셀들이 공간 절감을 절감하면서 조립 친화적으로 안정된 블록으로 배열되어 확실하게 고정되고 신뢰성 있게 접속되는 전기 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는 저장 셀들의 전기 화학적 활성부에 걸리는 기계적 하중을 회피시키는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 기타의 부품들의 기계적 하중을 잘 분배하고 그 변형을 균일하게 유지하여 그 손상을 방지하는 것이다.
그러한 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 부가의 구성들은 종속 청구항들의 주제들을 이룬다.
본 발명에 따르면, 전기 에너지 저장 장치는 대향된 평면형 집전체 도체들이 달린, 전기 에너지의 저장 및 방출을 위한 다수의 평판형 저장 셀들, 저장 셀들 사이에 미리 정해진 간격을 유지하기 위한 다수의 이격 요소들, 및 셀들을 스택으로 클램핑하기 위한 클램핑 수단을 구비하되, 이격 요소들은 압력 면들을 구비하고, 셀들의 집전체 도체들은 클램핑 수단에 의해 2개의 이격 요소들의 압력 면들 사이에 논-포지티브 연결(non-positive connection) 방식으로 각각 클램핑되며, 이격 요소의 대향된 압력 면들의 영역에는 대향된 압력 면들 사이의 전기 연결을 이루기 위한 접촉 장치 또는 절연 구조물이 마련되고, 이격 요소들은 절연 구조물이 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형 및 접촉 장치가 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형이 서로 맞춰 조정되도록 설계된다.
셀들의 집전체 도체들이 클램핑 수단에 의해 2개의 이격 요소들의 압력 면들 사이에 논-포지티브 연결 방식으로 각각 클램핑되기 때문에, 인접 셀들 사이에 미리 정해진 간격이 유지되는데, 그러한 간격은 셀들의 전기 화학적 활성부에 클램핑력이 가해지지 않도록 설정될 수 있다. 그것은 셀들의 기능 안전성, 지속성, 및 온도 평형에 있어 이점을 갖는다. 또한, 압력 면들의 영역에 대향된 압력 면들 사이의 전기 연결을 이루기 위한 접촉 장치가 마련될 수 있기 때문에, 인접 셀들의 집전체 도체들이 부가의 커넥터 없이 전기적으로 연결될 수 있게 된다. 접촉 장치들은 이격 요소들과 함께 예비 조립되거나 이격 요소 그 자체를 형성한다. 그것은 조립을 용이하게 한다. 또한, 접촉 장치들은 클램핑 요소에 의해 이격 요소들의 일부로서 함께 클램핑되어 고정적으로 유지되기 때문에, 전기 에너지 저장 장치의 작동 중에 접촉 요소들이 분실될 수 없거나, 그러한 분실을 방지하기 위한 추가의 안전 조치들이 필요하지 않게 된다. 끝으로, 대안적으로, 즉 압력 면들 사이에 접촉 장치가 마련되지 않는 곳에서는 절연 구조물이 마련되기 때문에, 인접 저장 셀들의 집전체 도체들 사이에 접촉 장치 또는 절연 구조물을 선택적으로 사용함으로써, 전기 에너지 저장 장치 내에서 저장 셀들의 임의의 접속이 구현될 수 있다. 또한, 끝으로, 지지 구조물이 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형과 접촉 장치가 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형이 서로 맞춰 조정되기 때문에, 압력 면들을 경유하여 집전체 도체들에 가해지는 힘들이 균일하게 흡수 및 분배되어 클램핑 수단에 의한 클램핑 시에 이격 요소들의 편면적인 항복 및 스택의 전체 구조의 왜곡이 회피될 수 있다.
클램핑 수단은 집전체 도체들에 있는 구멍들을 관통하여 연장되는 다수의, 바람직하게는 4개 또는 6개의 타이 앵커(tie anchor)들을 구비하는 것이 바람직하다. 그러한 배열에 의해, 클램핑력이 작용할 곳에, 즉 집전체 도체들에 클램핑력이 집중되게 된다.
접촉 장치들은 이격 요소들에 수납된 하나 이상의 접점 요소들로서 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 절연 구조물의 영역에는 이격 요소에 수납된 하나 이상의 지지 요소들이 배치되는 것이 매우 바람직하다. 그럼으로써, 접촉 및 지지의 특별한 목적들을 위한 재료 사용이 줄어들고, 통상의 무거운 접촉용 재료가 절감됨으로 인해 총 중량도 감소하게 된다. 접점 요소들은 전기 전도 재료로 제조되고. 지지 요소들은 전기 절연 재료, 바람직하게는 유리 또는 세라믹 재료로 제조된다.
지지 요소들의 단부 면은 접점 요소들의 단부 면과 적어도 동일하거나, 특히 그보다 더 큰 것이 매우 바람직하다. 즉, 압축력이 확실하게 흡수되어 이격 요소들의 손상이 회피될 수 있다.
접점 요소들과 지지 요소들이 슬리브 형태로 형성되어 이격 요소들에 있는 해당 리세스들에 수납되되, 타이 앵커들이 슬리브 형태의 접점 요소들 및 지지 요소들을 통과하여 연장되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 접점 요소들 및/또는 지지 요소들이 구둣골 형태로 형성되어 이격 요소들에 있는 해당 리세스들에 수납되고, 타이 앵커들이 연장되는 관통 구멍들을 구비한다. 또 다른 대안에서는, 이격 요소들이 완전히 지지 요소 또는 접점 요소로서 형성된다. 그 모든 경우들에 있어서, 동심상의 구성 요소들에 의해 접촉 및 클램핑이 구현되는 장소가 매우 절감되는 배열이 얻어진다. 추가로, 클램핑 수단의 클램핑력이 접점 요소들에 집중되어 매우 확실한 전기 접촉이 달성된다.
각각의 이격 요소는 2개의 평행한 프레임 측면들이 대향된 단부 측 압력 면들을 갖는 압력 브리지를 각각 구비하도록 대략 사변형의 프레임으로서 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 셀이 스태킹(stacking) 방향으로 2개의 프레임들 사이에 배치되고, 스태킹 방향을 가로지르는 이격 요소들의 간격이 압력 브리지를 연결하는 프레임 측면들에 의해 고정적으로 미리 주어진다. 따라서 셀들과 이격 요소들(즉, 프레임들)로 이뤄진 스택이 조립 그 자체 시에 이미 안정화되어 있게 된다.
각각의 프레임에서 하나의 압력 브리지가 접촉 장치를 구비하고, 다른 하나의 압력 브리지가 절연 구조물을 구비하는 것이 매우 바람직하다. 즉, 프레임들과 저장 셀들의 상호 배열에 의해 직렬 접속이 잘못 구현되는 일이 있을 수 없게 된다.
스택은 바람직하게는 프레임 형태의 2개의 전도성 압력 단부편들을 구비하되, 그 전도성 압력 단부편들이 스태킹 방향으로 첫 번째 또는 마지막 이격 요소 상에 놓이고, 클램핑 수단에 의해 스택과 클램핑되며, 첫 번째 또는 마지막 이격 요소에 있는 접촉 장치에 의해 첫 번째 또는 마지막 셀의 집전체 도체와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 그와 같이 하여, 단부편들이 전기 에너지 저장 장치의 접속 단자들로서의 역할을 하여 그 접속 단자들에서 전체 전압이 탭핑(tapping)될 수 있게 된다.
본 발명은 매우 바람직하게는 Li 이온 축전지들에 적용될 수 있다.
첨부 도면들을 참조하여 작성되어 있는 이후의 상세한 설명으로부터 본 발명의 전술된 및 또 다른 특징들, 과제들, 및 이점들을 명확히 알아볼 수 있을 것이다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 조립 상태에 있는 본 발명의 제1 실시예의 셀 블록의 사시도이고;
도 2는 부분적으로 조립 상태에 있는 도 1의 셀 블록의 분해 사시도이며;
도 3은 도 1의 셀 블록의 수평 단면 평면도이고;
도 4는 도 3의 세부 "Ⅳ"의 확대도이며;
도 5는 접점 슬리브들이 통합된 도 1의 셀 블록의 프레임을 나타낸 도면이고;
도 6은 도 5의 프레임을 접점 슬리브들과 함께 나타낸 분해 사시도이며;
도 7은 도 5의 프레임을 2개의 인접 파우치 셀들과 함께 나타낸 도면이고;
도 8은 도 3의 단면 처리와 상응하는 본 발명의 제2 실시예의 셀 블록의 단면 평면도이며;
도 9는 도 8의 세부 "Ⅸ"의 확대도이고;
도 10은 도 5의 도시와 상응하는 접점 슬리브들 및 지지 슬리브들이 통합된 도 8의 셀 블록의 프레임을 나타낸 도면이며;
도 11은 도 10의 프레임을 접점 슬리브들 및 지지 슬리브들과 함께 나타낸 분해 사시도이고;
도 12는 도 4의 도시와 상응하는 본 발명의 제3 실시예의 셀 블록에서의 접촉 영역을 나타낸 도면이다.
첨부 도면들의 도시들은 개략적인 것으로, 본 발명을 이해하는데 가장 중요한 특징들을 나타내는데 국한되어 있다는 사실을 언급하고자 한다. 첨부 도면들에 재현된 치수들 및 크기 비율들은 단지 도시의 명료화만을 책임지고 있지 결코 한정적인 것으로 이해되어서는 안 된다는 점도 언급하고자 한다.
이제, 도 1 내지 도 7에 의거하여 본 발명의 제1 실시예를 설명하기로 한다. 여기서, 도 1은 조립 상태에 있는 본 발명의 제1 실시예의 셀 블록(1)의 사시도이고, 도 2는 부분적으로 조립 상태에 있는 셀 블록(1)의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 평면 "Ⅲ"에서의 셀 블록(1)의 수평 단면 평면도이고, 도 4는 접점 슬리브들이 통합된 셀 블록(1)의 프레임을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 프레임을 접점 슬리브들과 함께 나타낸 분해 사시도이고, 도 6은 도 3의 세부 "Ⅵ"의 확대도이며, 도 7은 도 4의 프레임을 2개의 인접 파우치 셀들과 함께 나타낸 도면이다.
도 1의 전체 사시도에 따르면, 셀 블록(1)은 다수의 저장 셀들(2)(갈바니 전지들, 축전지들 등, 도 1에서는 일부만을 볼 수 있음), 다수의 중간 프레임들(4), 2개의 단부 프레임들(6), 2개의 압력 시트들(8), 및 양측에 너트들(12)이 끼워진 4개의 타이 앵커들(10)을 구비한다. 2개의 단부 프레임들(4) 중의 하나, 중간 프레임들(6), 및 2개의 단부 프레임들(4) 중의 제2 단부 프레임은 단부 측에 배치된 압력 시트들(8)을 매개로 타이 앵커들(10)과 너트들(12)에 의해 결합되어 하나의 스택을 형성한다. 저장 셀들(2)은 좀더 상세히 후술할 바와 같이 스태킹된 프레임들(4, 6)에 의해 형성되는 구조물 내에 위치한다.
도 2에는, 도 1의 셀 블록(1)이 분해 사시도로 도시되어 있다. 즉, 너트들(12)을 제거하고, 관찰자를 향한 쪽에서 압력 시트(8), 단부 프레임(4), 저장 셀(2), 및 중간 프레임(6)을 타이 앵커들(10)로부터 빼낸 상태에 있다.
도 2의 도시에 따르면, 저장 셀들(2)은 소위 평판형 셀들 또는 파우치 셀들로서 제작되고, 대향된 평면형 집전체 도체들을 구비한다. 좀더 정확히 말하면, 각각의 저장 셀(2)은 활성부(14), 실드 시임(sealed seam)(에지 영역)(16), 및 2개의 집전체 도체들(18)을 구비한다. 활성부(14)에서는, 전기 에너지의 저장 및 방출을 위한 전기 화학 반응이 일어난다. 기본적으로, 임의의 타입의 전기 화학 반응이 저장 셀들의 구조에 사용될 수 있다. 그러나 본 설명은 특히 기계적 안정성과 열 평형의 요건 및 경제적 중요성으로 인해 본 발명이 매우 양호하게 적용될 수 있는 Li 이온 축전지에 관한 것이다. 활성부(14)는 2개의 포일들에 의해 샌드위치 형태로 둘러싸이는데, 포일들의 돌출한 에지들이 가스 및 액체 밀봉되게 용접되어 소위 실드 시임(16)을 형성한다. 저장 셀들(2)의 대향된 협폭 측면들로부터 플러스 또는 마이너스 집전체 도체(셀 전극 단자)(18)가 돌출한다. 집전체 도체들(18)에는 2개의 구멍들(20)(이하 전극 단자 구멍이라 지칭함)이 각각 마련된다.
저장 셀들(2)은 전극 단자 구멍들(20)에 의해 타이 앵커들(10) 상에 꿰어지고, 특히 각각의 저장 셀(2)이 2개의 중간 프레임들(4) 사이에 또는 하나의 중간 프레임(4)과 하나의 단부 프레임(6) 사이에 배치되도록 꿰어진다. 프레임들(4, 6)은 저장 셀들(2)의 활성부(14)가 프레임들(4, 6)의 중공 공간에 배치되는 한편, 압력 면들(22)이 집전체 도체들(18)의 플랫 측면들을 맞대어 눌러 타이 앵커들(10)과 너트들(12)의 조임 후에 그 플랫 측면들을 고정적으로 유지하도록 구성된다. 프레임들(4, 6)의 측면들은 압력 브리지들로서도 지칭된다.
또한, 프레임들(4, 6)은 그 압력 면들(22)에 배치된 구멍들(24) 및 접점 슬리브들(26, 27)을 구비한다. 좀더 정확히 말하면, 중간 프레임들(4)에는 접점 슬리브들(26)이 배치되고, 단부 프레임들(6)에는 접점 슬리브들(27)이 배치되는데, 그들 접점 슬리브들(26, 27)은 중간 프레임들(4)이 단부 프레임들(6)보다 두껍기 때문에 단지 그 길이에 있어서만 상이하다(하기 참조). 이때, 구멍들(24)은 프레임(4, 6)의 하나의 옆쪽 측면에 배치되는 한편, 접점 슬리브들(26, 27)은 프레임(4, 6)의 다른 하나의 옆쪽 측면에서 더 큰 구멍들 내에 배치된다. 그러한 구멍들(24) 및 접점 슬리브들(26, 27)은 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18)에 있는 전극 단자 구멍들(20)과 동렬로 정렬된다. 따라서 프레임들(4, 6)도 그 구멍들(24) 및 접점 슬리브들(26, 27)에 의해 타이 앵커들(10)의 위에 걸쳐 꿰어진다. 이때, 중간 프레임(4)의 경우에는 접점 슬리브들(26)이 양측에 배치된 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18) 사이의 전기 접속을 이루는 한편, 단부 프레임(6)의 경우에는 접점 슬리브들(27)이 저장 셀(2)의 집전체 도체(18)와 하나의 압력 시트(8) 사이의 전기 접촉을 이룬다. 프레임들(4, 6)은 접점 슬리브들이 배치되지 않는 다른 옆쪽 측면에서 2개의 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18) 사이의 또는 집전체 도체(18)와 압력 시트(8) 사이의 전기 절연을 이룬다.
프레임들(4, 6)은 연속된 프레임들(4, 6)에서 구멍들(24) 및 접점 슬리브들(26, 27)이 교대되도록 셀 블록(1)에 배치된다. 환언하면, 셀 블록(1)의 각각의 옆쪽 측면에서 접점 슬리브(26 또는 27)를 갖는 압력 브리지 다음에 항상 구멍(24)을 갖는 압력 브리지가 이어지고, 구멍(24)을 갖는 압력 브리지 다음에 항상 접점 슬리브(26 또는 27)를 갖는 압력 브리지가 이어진다. 또한, 저장 셀들(2)은 그 방향을 바꿔가면서 셀 블록(1)에 배치된다. 즉, 옆쪽 측면에서 플러스 극성의 집전체 도체(18) 다음에 항상 마이너스 극성의 집전체 도체(18)가 이어지고, 마이너스 극성의 집전체 도체(18) 다음에 항상 플러스 극성의 집전체 도체(18)가 이어지도록 배치된다. 전술한 바와 같이, 중간 프레임(4)에 의해 서로 이격되는 2개의 저장 셀들의 집전체 도체들(18)은 하나의 옆쪽 측면에서는 접점 슬리브들(26)을 통해 서로 연결되는 한편, 다른 하나의 옆쪽 측면에서는 중간 프레임(4)의 전기 절연 재료에 의해 서로 분리된다. 그와 같이 하여, 셀 블록(1)의 모든 저장 셀들(1)이 "플러스에서 마이너스로" 서로 연결된다. 즉, 셀 블록(1)에서 저장 셀들(2)의 직렬 접속이 구현된다. 또한, 셀 블록(1)에서 다른 저장 셀(2)과 연결되지 않는 첫 번째 및 마지막 저장 셀(2)은 각각의 압력 시트(8)와 연결되고, 그에 따라 압력 시트들(8)이 플러스 및 마이너스 극성을 형성하여 그에 전체 셀 블록(1)의 전극 전압이 인가되게 된다.
전술한 바와 같이, 프레임들(4, 6)은 순수한 또는 섬유 강화된 플라스틱과 같은 저렴한 전기 절연 재료로 제조된다. 그 반면에, 접점 슬리브들(26, 27)은 구리, 황동, 청동, 또는 다른 구리 합금이나, 전도성을 개선하는 코팅, 예컨대 은이나 금을 갖거나 갖지 않는 다른 금속 또는 다른 금속 합금과 같은 전기 도체로 제조된다.
접점 슬리브들(26, 27)은 집전체 도체들(18)의 배면에서 프레임들(4, 6)의 재료에 맞대어 지지된다. 프레임들(4, 6)의 재료가 접점 슬리브들(26, 27)의 재료보다 잘 굽어지는 경우, 양 옆쪽 측면들에서의 프레임들(4, 6)의 동일하지 않은 압축 변형을 피하기 위해, 접점 슬리브들이 없는 측(절연 측)에서의 프레임들(4, 6)의 굽힘성이 접점 슬리브들(26, 27)을 갖는 측(접촉 측)에서의 프레임 재료와 슬리브 재료의 총 굽힘성과 일치하게끔 하는 적절한 조치들을 강구하여야 한다. 프레임들(4, 6)의 양 옆쪽 측면들에서의 전체 압축 변형들 또는 강도들을 서로 맞춰 조정하는데 적절한 조치들은 다음과 같다.
Figure pct00001
섬유 강화 플라스틱의 경우에 절연 측에서 섬유 비율을 증대시킨다;
Figure pct00002
절연 측과 접촉 측에서 상이한 재료 또는 원료 조성을 사용한다;
Figure pct00003
절연 측에 보강 인서트를 넣는다;
Figure pct00004
절연 측에서 브리지 폭, 적어도 지지 기능을 하는 브리지 폭을 더 크게 한다.
그러한 조치들은 원하는 결과를 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합되어 수행될 수 있다.
도 1의 평면 Ⅲ에서의 셀 블록(1)의 수평 길이 방향 단면을 도시하고 있는 도 3에서는, 중간 프레임들(4)에 있는 접점 슬리브들(26)과 단부 프레임들(6)에 있는 접점 슬리브들(27)이 방향을 바꿔 가면서 배열되어 있는 것을 쉽게 알아볼 수 있다. 중간 프레임들(4)과 단부 프레임들(6)의 구조도 또한 알아볼 수 있다. 프레임들(4, 6)은 압력 면들(본 도면에는 상세히 도시되어 있지 않음)이 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18)의 대향된 플랫 측면들 상을 맞대어 누르도록 형성된다. 프레임들(4, 6)은 저장 셀들(2)의 활성부들(14) 사이에 공기 틈새(30)가 형성되도록 하는 두께도 갖는다. 그러한 공기 틈새(30)는 한편으로 기계적 압축 하중들을 활성부들(14)로부터 격리시켜 그에 기인할 수 있는 전기 화학적 기능의 장애를 방지한다. 다른 한편으로, 공기 틈새(30)를 통해 저장 셀들(2)을 냉각하는 것이 가능하게 된다
도 3에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 단부 프레임들(6)은 중간 프레임들(4)보다 작은 두께를 갖는다. 그것은 단부 프레임들(6)의 한쪽에만 저장 셀(2)이 배치된다는 것을 감안한 것이다. 그에 상응하여, 단부 프레임들(6)에 배치된 접점 슬리브들(27)도 역시 중간 프레임들(4)에 배치된 접점 슬리브들(26)보다 짧게 된다.
도 4는 도 3의 세부 Ⅳ로서 2개의 저장 셀들(2) 사이의 접촉 영역을 도시하고 있다. 저장 셀들(2)의 활성부들(14) 사이의 공기 틈새(30)도 또한 확연히 알아볼 수 있다. 중간 프레임들(4)의 압력 면들(22)에 있는 프리컷(free cut)들(32, 33)에 의해, 압력 면들(22)이 집전체 도체들에만 압력을 가하고 실드 시임(16)을 갖는 저장 세들(2)의 그 밖의 에지 영역에는 압력을 가하지 않게 되는 것이 보장된다. 절연 측의 프리컷들(32)은 접촉 측의 것들보다 깊다. 단부 프레임들(6)은 중간 프레임들(4)과는 달리 하나의 플랫 측면에서만 프리컷들(32, 33)을 구비한다.
타이 앵커(10)는 절연 재료로 이뤄진 연속된 슬리브(34)를 구비하고, 추가로 타이 앵커(10)와 그것이 통과하는 부품들 사이에 간격(36)이 마련된다. 그럼으로써, 타이 앵커(10)가 전도성 있는 또는 전위를 갖는 부품들, 즉 집전체 도체들(18), 압력 시트들(8), 및 접점 슬리브들(26, 27)에 대해 전기적으로 절연되어 단락이 효과적으로 방지되게 된다. 본 도면에 상세히 도시되어 있지는 않지만, 프레임들(4, 6), 압력 시트들(8), 및 저장 셀들(2)은 타이 앵커(10)와 전도성 이R는 또는 전위를 갖는 부품들(18, 26, 27, 8) 사이에 항상 간격(36)이 준수되도록 반경 방향으로 센터링되어 유지된다. 적절한 센터링 수단은 예컨대 압입 핀들 또는 스태킹되는 부품들을 기하학적으로 상응하게 맞춰 성형하는 것이다. 역시 첨부 도면들에 상세히 도시되어 있지는 않지만, 너트들(12)을 압력 시트들(8)에 대해 적절히 절연하도록 하는 조치도 제공되는데, 그것은 예컨대 그 원통형 부분이 각각의 압력 시트(8) 내로 돌출하는 절연 와셔 또는 칼라 부싱(collar busing)에 의해 이뤄질 수 있다.
저장 셀들(2)의 구조와 관련하여, 플러스 측과 마이너스 측의 집전체 도체들(18)이 상이한 두께를 갖는다는 것을 도 4에서 알아볼 수 있다. 또한, 도 4에서 저장 셀들(2)의 활성부(14)를 덮어싸는 포일들(38)도 찾아볼 수 있다.
도 5에는, 압력 면들(22), 절연 측의 구멍들(24)과 프리컷들(32), 및 접촉 측의 접점 슬리브들(26)과 프리컷들(33)을 구비하는 낱개의 중간 프레임(4)이 사시도로 도시되어 있다.
도 6은 도 5에 상응하지만, 접점 슬리브들(26)이 빼내어져 개별적으로 도시되어 있다는 점에서 상이한 도면이다. 그럼으로써, 접촉 측의 압력 면들(22)에 있는 구멍들(40)을 볼 수 있는데, 그 구멍들(40)은 접점 슬리브들(26)의 수납을 위해 마련된 것들이다.
도 7은 도면 좌측에 마이너스 극을 갖고 도면 우측에 플러스 극을 갖는 저장 셀(2i), 접촉 슬리브들(26)을 갖는 중간 프레임(4), 및 도면 좌측에 플러스 극을 갖고 도면 우측에 마이너스 극을 갖는 저장 셀(2i+1)의 연속물을 다시 한번 알아보기 쉽게 도시하고 있다. 저장 셀(2i)의 플러스 극은 접점 슬리브들(26)을 통해 저장 셀(2i+1)의 마이너스 극과 연결된다.
이제, 도 8 내지 도 11에 의거하여 본 발명의 제2 실시예를 설명하기로 한다. 여기서, 도 8은 도 3에 상응하는 도 1의 본 실시 형태의 셀 블록(1')의 수평 단면 평면도이고, 도 9는 도 8의 세부 "Ⅸ"의 확대도이며, 도 10은 접점 슬리브들 및 지지 슬리브들이 통합된 도 1의 셀 블록의 프레임을 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 프레임을 접점 슬리브들 및 지지 슬리브들과 함께 나타낸 분해 사시도이다.
본 실시예의 셀 블록(1')은 제1 실시예의 셀 블록(1)과 거의 일치하고, 이후에 설명되는 차이점들과 모순되지 않는 한 제1 실시예에 관한 전술한 설명은 본 실시예에도 적용될 수 있다. 차이점들은 대체로 제1 실시예의 중간 프레임들(4) 및 단부 프레임들(6)과는 약간 다른 중간 프레임들(4') 및 단부 프레임들(6')에 관한 것이다.
제1 실시예의 셀 블록(1)과는 달리, 본 실시예의 중간 프레임들(4')은 접촉 측에 배치되는 접점 슬리브들(26)에 추가하여 절연 측에 배치되는 지지 슬리브들(42)을 구비한다. 그에 상응하게, 본 실시예의 단부 프레임들(6')은 접점 슬리브들(27)에 추가하여 절연 측에 배치되는 부가의 지지 슬리브들(43)을 구비한다. 지지 슬리브들(42, 43)은 접촉 슬리브들(26, 27)에 상응하는 굽힘성 또는 강도를 갖는 재료로 제작된다. 따라서 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18)과 접하는 접점 슬리브들이 집전체 도체들(18)이 배면에 접한 지지 슬리브들에 효과적으로 지지될 수 있게 된다. 따라서 프레임들(4, 6)의 편면적 압축 변형은 물론 접점 슬리브들(26, 27)의 함몰 및 그로 인해 생기는 집전체 도체들(18)의 변형도 회피되게 된다.
접점 슬리브(26)를 통한 2개의 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18)의 전기적 연결의 구성이 카운터 베어링(counter bearing)으로서의 지지 슬리브들(42)과 함께 도 9에 도 8의 세부 Ⅸ로서 확대 도시되어 있다. 본 도면에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 지지 슬리브들(42)은 지지 작용을 매우 효과적으로 펼치기 위해 접점 슬리브들(26)보다 큰 바깥지름을 갖는다. 지지 슬리브들(42)은 예컨대 유리 재료 또는 세라믹 재료와 같은 경질 전기 절연 재료나 경우에 따라 섬유 강화된 경질 플라스틱으로 제조된다. 전술한 구성은 단부 프레임들(6')에 배치된 지지 슬리브들(43)에도 상응하게 적용된다.
도 10에는 압력 면들(22), 절연 측의 지지 슬리브들(42), 및 접촉 측의 접점 슬리브들(26)을 구비하는 낱개 중간 프레임(4')이 사시도로 도시되어 있다.
도 11은 접점 슬리브들(26)과 지지 슬리브들(42)이 빼내어져 개별적으로 도시되어 있다는 점에서만 상이한 도 10에 상응하는 도면이다. 그럼으로써, 접촉 측의 압력 면(22)에 있는 구멍들(40)과 절연 측의 압력 면(22)에 있는 구멍들(44)을 볼 수 있는데, 그 구멍들(40, 44)은 접점 슬리브들(26) 또는 지지 슬리브들(42)을 수납하기 위해 마련된 것들이다.
도 12는 제3 실시예의 셀 블록에 있는 2개의 인접 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18) 사이의 접촉 영역을 도시하고 있다. 본 도면의 섹션은 도 4의 섹션에 상응하는 것이다.
본 실시예의 셀 블록은 제1 실시예의 셀 블록(1)과 거의 일치하고, 이후에 설명되는 차이점들과 모순되지 않는 한 제1 실시예에 관한 전술한 설명은 본 실시예에도 적용될 수 있다. 차이점들은 대체로 제1 실시예의 중간 프레임들(4) 및 단부 프레임들(6)과는 약간 다른 중간 프레임들(4") 및 단부 프레임들(본 도면에는 상세히 도시되어 있지 않음)에 관한 것이다.
도 12의 도시에 따르면, 2개의 인접 저장 셀들(2)의 집전체 도체들(18) 사이의 접촉을 이루는 접점 스프링(46)이 중간 프레임(4")의 접촉 측에 마련된다. 그러한 접점 스프링(46)은 우수한 도체 재료(상기 참조)로 제조되고, U형 프로파일을 갖는다. 접점 스프링(46)은 외부로부터 중간 프레임(4")의 압력 면(22, 본 도면에서는 상세히 지시되어 있지 않음) 상에 꽂아진다. 중간 프레임(4")은 절연 측에서보다 접촉 측에서 작은 두께를 갖고, 접점 스프링(46)의 U형 프로파일의 내부 폭이 그 지점에서의 중간 프레임(4")의 두께에 해당한다. 접점 스프링(46)의 U형 프로파일의 외부 폭은 절연 측에서의 중간 프레임(4")의 두께에 해당한다. 접점 스프링(46)은 그 벌어진 다리부들에 구멍들을 구비하는데, 그 구멍들은 중간 프레임(4")의 압력 면들(22)에 있는 구멍들(40)과 동렬로 정렬되고 그들과 동일한 지름을 갖는다. 제1 실시예의 중간 프레임들(4)과는 달리, 본 실시예의 중간 프레임(4")은 절연 측에서는 물론 접촉 측에서도 동일한 지름의 구멍들(40)을 갖는데, 그것은 접촉 측에 점점 슬리브들이 마련되지 않기 때문이다.
상기 설명은 본 실시예에서 상세히 도시되지 않은 단부 프레임들에도 적용된다. 단부 프레임들에서는, 단부 프레임들의 작은 두께에 상응하게 작은 폭을 갖는 접점 스프링들을 사용할 수 있다.
접점 스프링들(46)은 타이 앵커들을 통해 인가되는 압력에 눈이 뜨일 정도로 저항하지 않고, 그에 따라 접촉 측과 절연 측에서 비대칭적인 압축 변형이 생기지 않게 된다. 접점 스프링들(46)은 접촉 측에서 프레임의 압력 브리지의 전체 높이에 걸쳐 연장되므로, 압력 면들이 움푹 파이는 손상들도 예상될 수 없게 된다.
상세한 도시를 생략한 제3 실시예의 변형에서는, 접촉 측에서의 중간 프레임(4")의 폭이 적어도 접점 스프링(46)의 두께만큼 감소하고, 접점 스프링의 벌어진 다리부들은 그에 상응하게 더 작은 높이를 갖는다. 따라서 셀 블록의 측면에 있는 도전 부품 또는 전위를 갖는 부품이 튀어나오지 않게 된다.
또 다른 변형에서는, 접점 스프링들(46)이 옆으로 노출된 면들에 절연 코팅을 구비하거나 거기에 절연 커버가 마련된다.
본 발명을 구체적인 실시예들을 참조하여 그 필수적인 특징들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그러한 실시예들에 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 주어지는 범위 및 영역에서 변형될 수 있는 것임을 이해하여야 할 것이다.
일 변형에서는, 전술한 단부 프레임들 및 중간 프레임들 대신에 전술한 프레임들의 절연 측과 접촉 측에 각각 해당하는 랫치(latch) 형태의 이격 요소(이격 랫치 또는 조립 랫치)들이 사용된다. 그러한 이격 랫치들은 전술한 바와 같은 구멍들과 슬리브들을 구비하고, 프레임들과 같이 셀 블록의 옆쪽 측면에서 저장 셀들의 집전체 도체들과 교대로 타이 앵커들 상에 꿰어진다. 타이 앵커들은 압력 시트들에 의해 그 반경 방향 위치가 결정되기 때문에, 압력 시트들을 통한 클램핑 후에 견고하고 안정된 블록을 형성하는데, 그 블록은 적은 재료 투입에 의거하여 프레임들을 구비한 셀 블록보다 가볍게 된다. 압력 시트들은 경우에 따라 전술한 실시예들에서보다 더 두껍거나 보강물들을 구비한다. 이격 랫치들은 슬리브들 또는 접점 스프링들 대신에 선택적으로 도체 재료 또는 전기 절연 재료로 완전히 이뤄질 수 있는데, 절연 이격 랫치들의 재료로서는 도체 재료와 균등한 압력 굽힘성을 갖는 재료가 선택된다.
또 다른 변형에서는, 전술한 바와 같은 이격 랫치들이 프레임들(4, 6)의 해당 리세스들에 유지된다.
또 다른 변형에서는, 각 측에 3개 또는 4개의 타이 앵커들이 사용된다.
마지막 변형에서는, 타이 앵커들 대신에 텐션 스트립이 셀 블록을 클램핑하는데 사용된다.
1, 1': 셀 블록 2: 저장 셀
4, 4', 4": 중간 프레임 6, 6': 단부 프레임
8: 압력 시트 10: 타이 앵커
12: 너트 14: 2의 활성부
16: 2의 실드 시임 18: 2의 집전체 도체(+ 및 -)
20: 18에 있는 전극 단자 구멍 22: 4, 4', 6, 6'의 압력 면
24: 22의 구멍 26, 27: 접점 슬리브
28: 8의 구멍 30: 공기 틈새
32, 33: 22에 있는 프리컷 34: 10의 코팅 또는 슬리브
36: 간격 38: 2의 외장 포일
40: 22의 구멍 42, 43: 지지 슬리브
44: 22의 구멍 46: 접점 스프링
상기 부호의 설명은 상세한 설명의 통합된 구성 요소라는 점을 명시적으로 언급하고자 한다.

Claims (13)

  1. 대향된 평면형 집전체 도체들이 달린, 전기 에너지의 저장 및 방출을 위한 다수의 평판형 저장 셀들,
    저장 셀들 사이에 미리 정해진 간격을 유지하기 위한 다수의 이격 요소들, 및
    셀들을 스택으로 클램핑하기 위한 클램핑 수단을 구비하되,
    이격 요소들은 압력 면들을 구비하고, 셀들의 집전체 도체들은 클램핑 수단에 의해 2개의 이격 요소들의 압력 면들 사이에 논-포지티브 연결(non-positive connection) 방식으로 각각 클램핑되며, 이격 요소의 대향된 압력 면들의 영역에는 대향된 압력 면들 사이의 전기 연결을 이루기 위한 접촉 장치 또는 절연 구조물이 마련되고, 이격 요소들은 절연 구조물이 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형 및 접촉 장치가 마련된 압력 면들 사이의 압축 변형이 서로 맞춰 조정되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 클램핑 수단은 집전체 도체들에 있는 구멍들을 관통하여 연장되는 다수의, 바람직하게는 4개 또는 6개의 타이 앵커들을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 타이 앵커들은 전기 절연 재료로 피복되거나 연속적 절연 슬리브로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 장치들은 이격 요소들에 수납되는 하나 이상의 접점 요소들로서 형성되되, 접점 요소들은 도체 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 이격 요소에 수납되는 하나 이상의 지지 요소들이 절연 구조물의 영역에 배치되되, 지지 요소들은 전기 절연 재료, 바람직하게는 유리 재료 또는 세라믹 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 지지 요소들의 단부 면은 접점 요소들의 단부 면과 적어도 동일한 크기이거나, 특히 그보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 접점 요소들 및/또는 지지 요소들은 슬리브 형태로 형성되어 이격 요소들에 있는 해당 리세스들에 수납되되, 타이 앵커들이 슬리브 형태의 접점 요소들 및 지지 요소들을 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 접점 요소들 및/또는 지지 요소들은 구둣골 형태로 형성되어 이격 요소들에 있는 해당 리세스들에 수납되고, 타이 앵커들이 연장되는 관통 구멍들을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 이격 요소들이 완전히 지지 요소 또는 접점 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 이격 요소는 2개의 평행한 프레임 측면들이 대향된 단부 측 압력 면들을 갖는 압력 브리지를 각각 구비하도록 대략 사변형의 프레임으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 각각의 프레임에서 하나의 압력 브리지는 접촉 장치를 구비하고, 다른 하나의 압력 브리지는 절연 구조물을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  12. 제 4 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스택은 바람직하게는 프레임 형태의 2개의 전도성 압력 단부편들을 구비하되, 그 전도성 압력 단부편들은 스태킹 방향으로 첫 번째 또는 마지막 이격 요소 상에 놓이고, 클램핑 수단에 의해 스택과 클램핑되며, 첫 번째 또는 마지막 이격 요소에 있는 접촉 장치를 통해 첫 번째 또는 마지막 셀의 집전체 도체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 저장 셀들은 특히 Li 이온들의 관여 하에 전기 화학 반응이 일어나는 축전지들인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
KR1020117024344A 2009-03-16 2010-03-15 평판형 셀들, 이격 요소들, 및 접촉 장치들을 구비한 전기 에너지 메모리 장치 KR20120002590A (ko)

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