KR20120083286A - 갈바니 셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 반대되는 전기적 극성을 가진 집전체(302, 303, 402, 403)는, 갈바니 셀(301, 401)에 저장된 에너지를 전달하기 위한 여러 개의 포인트에서 갈바니 셀의 하우징으로부터 연장된다. 다른 포인트에서, 상기 하우징은 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내에 저장 셀을 고정시키기 위한 고정 엘리먼트(408, 409, 410, 411)의 공간-절약형 배열을 지지하는 디자인(304, 305, 306, 307)을 포함한다.

Description

갈바니 셀 {GALVANIC CELL}
본 발명은 갈바니 셀에 관한 것이다. 갈바니 셀은 다양한 기술 분야에서 요구되고 상이한 응용 분야에 사용된다. 갈바니 셀의 대부분의 적용에 있어서, 목표는 무엇보다도 공간 관련 에너지 밀도, 즉 갈바니 셀의 체적 대비 저장되는 에너지를 극대화하는 것이다. 그러한 셀은 복수 개의 셀을 포함하는 빌딩 전지용으로 적합하고, 따라서 그러한 셀은 종종 배터리 셀로도 지칭된다.
평탄하고 직사각형인 갈바니 셀은 공지되어 있는데, 그것의 전기화학적 활성부는 필름형 패키징에 의해 둘러싸여 있고, 이를 통해 시트 금속 형태의 전기 접속부(connection)("집전체(current collector)")가 가이드된다. 그러한 디자인을 가진 배터리 셀은 흔히 파우치 셀 또는 커피 백 셀이라고 지칭된다. 전압은 흔히, 형태 맞춤식(form-fit), 논-포지티브 또는 결합된 방식으로 시트-금속 접속부에 접속되는 컨택트(contact) 엘리먼트에 의해 탭핑(tapping)된다. 그것들은 한쪽 또는 양쪽에서 집전체에 연결될 수 있다. 컨택트 엘리먼트는 개별적 셀의 경우에 전류 소비자 또는 전류 소스에 직접 또는 간접적으로 연결되거나, 배터리 또는 셀 블록의 경우에 셀을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 접속하는 역할을 한다.
셀을 지지 구조 내에 고정하기 위한 몇 가지 알려져 있는 해법은 오직 집전체와 접촉하는 것이다. 다른 것들은 셀 에지를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싼다. 몇 가지 적용에 있어서, 제1 가능성은, 방사상 방향으로 셀을 지나 부분적으로 또는 전체적으로 유지 엘리먼트(retaining element)를 연장시킴으로써 추가의 설치 공간이 얻어지는 단점과 관련되어 있다. 몇 가지 적용에 있어서, 제2 가능성은, 전체 구조가 낮은 보유 내력(load-carrying capacity)을 가진다는 단점과 관련되어 있다. 또한, 집전체 통로에 대한 인장/전단 응력에 의해 셀에서의 누설이 일어날 위험성이 증가될 수 있다.
본 발명이 다루는 과제는 이러한 갈바니 셀의 장치(installation)의 공간에 관련된 에너지 효율을 극대화시키는 데 기여하는 것이다. 이 과제는 특허청구범위 제1항에 따른 갈바니 셀에 의해 달성된다.
하우징 및, 몇 개의 제1 포인트에서 하우징으로부터 돌출하는, 갈바니 셀에 저장된 에너지를 전달하기 위한 서로 반대 극성을 가진 2개 이상의 집전체를 포함하는 본 발명에 따른 갈바니 셀에 있어서, 상기 하우징은 상기 집전체가 갈바니 셀의 하우징으로부터 돌출하지 않는 다른 하나의 제2 포인트 또는 다른 제2 포인트들에 특별한 디자인 엘리먼트를 가지는 디자인을 가지며, 상기 디자인은 이러한 특별한 디자인 엘리먼트의 도움을 받아, 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내에 저장 셀을 고정하기 위한 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지한다.
본 발명의 측면에서 갈바니 셀은 임의의 형태의 전지(electric cell), 특히 전기화학 전지(electrochemical cell)를 의미하며, 후자의 경우에, 특히 1차 또는 2차 전지를 의미한다. 당업자에 의해 통상적으로 집전체 또는 시트-금속 접속부로 지칭되고, 갈바니 셀에 저장된 에너지를 전달하는 역할을 하는 2개 이상의 컨택트 엘리먼트 또는 전극은 이러한 갈바니 셀의 하우징으로부터 외부로 가이드된다. 이러한 집전체는 흔히 몇 개의 포인트에서만 하우징으로부터 돌출된다. 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 셀의 하우징은 집전체를 외부로 인출시키기 위해 사용되지 않거나 필요 없는 하우징의 포인트들이, 장치 내에 저장 셀을 고정하기 위한 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지하도록 설계되어 있다.
상기 포인트들은 하나의 고정 엘리먼트 또는 복수 개의 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지하도록 선택되는, 하우징의 에지 상의 하나 이상의 포인트일 수 있다.
많은 경우에, 이 하우징은 실질적으로 평탄하고 직사각형이다. 그러한 셀의 전기적으로 또는 전기화학적으로 활성인 부분은 흔히 필름형 패키징에 의해 둘러싸인다. 하우징의 형상과 관계없이, 이 패키징은 본 발명의 범위 내에서는 셀의 하우징의 컴포넌트이다.
이와 관련하여, 공간-절약형 배열은 장치에 저장하는 데 효과적으로 요구되는 체적에 대한 에너지 함량의 극대화에 기여하는 임의의 배열을 의미하는 것으로 이해된다. 효과적으로 요구되는 체적은, 어떠한 다른 방식으로도 특정 셀에 배치되도록 사용될 수 없는 장치의 부분적 체적이다. 그것은 갈바니 셀의 체적과, 이 갈바니 셀의 모든 "데드 스페이스(dead space)"의 체적의 합을 포함한다. 따라서, 효과적으로 요구되는 체적은 갈바니 셀 자체의 체적뿐 아니라, 설치 기술 및 설치에 사용되는 고정 수단의 형태와 배열에도 의존한다.
본 발명의 측면에서, 고정 엘리먼트는 장치에 셀을 고정하는 데 적합한 임의의 장치, 즉 필요할 경우에, 부분적으로라도 장치의 운동의 자유도를 제한하는 데 적합한 임의의 장치로 이해된다.
본 발명의 측면에서, 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내 저장 셀을 고정하기 위한 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지하는 디자인이라 함은, 이용가능한 경우에 패키징 자체를 포함하는 하우징의 임의의 디자인으로서, 장치에 저장하는 데 효과적으로 요구되는 체적에 대한 에너지 함량의 극대화에 기여하는 디자인을 의미한다.
본 발명의 유리한 개발 내용은 특허청구범위의 종속항의 대상이다. 본 발명은 바람직한 구현예와 도면을 참조하여 이하에서 보다 구체적으로 설명된다.
본 발명에 의하면, 갈바니 셀의 장치의 공간에 관련된 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 평탄한 직사각형 "파우치 셀"의 예를 이용한 전형적인 갈바니 셀을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 파우치 셀로서, 시트-금속 접속부를 외부로 가이드하여 셀을 고정시키는 데 이용할 수 있는, 특별히 강조하여 표시된 하우징 포인트를 포함하는 파우치 셀의 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 하우징 내 컷아웃을 포함하는 갈바니 셀의 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 하우징 내 컷아웃 및 이들 컷아웃을 통해 가이드되는 고정 엘리먼트를 포함하는 갈바니 셀의 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 패키징 내에 압흔(impression)을 포함하는 갈바니 셀의 도면으로서, 이 압흔을 이용하여 셀은 유지 엘리먼트 내에 클램프 고정된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 동일한 하우징측 상에서 외측으로 가이드되는 집전체 및 하우징의 다른 지점에 컷아웃을 포함하는 저장 셀의 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 갈바니 셀은 흔히 평탄하고, 실질적으로 직사각형인 형상을 가진다. 이 형상은 복수 개의 상기 갈바니 셀을 조립하여 배터리를 간편하게 형성할 수 있게 하는데, 그러한 갈바니 셀은 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 상호접속된다. 본 발명은 "파우치 셀"을 예로 이용하여 기재되어 있지만, 본 발명은 그러한 셀에 한정되는 것은 아니다.
그러한 셀(101)에 있어서, 이들 셀의 전기적으로 또는 전기화학적으로 유효한 부분은 전형적으로 필름형 패키징에 의해 둘러싸여 있고, 패키징은 셀의 에지(104, 105, 106, 107)에서 용접되거나 접합되거나 또는 임의의 다른 방식으로 결합되어 있고, 그것의 층들 사이에는 시트-금속 접속부(102, 103)가 장치의 접속부에 전기적으로 접속될 수 있도록 외부로 가이드되어 있다. 필름형 패키징은 갈바니 셀이 그 안에 수납될 수 있는 최소 경계 사각형(minimum elclosing rectangle)을 확장시킨다. 그 결과, 갈바니 셀을 장치 내에 설치하는 데 필요한 체적, 및 그렇지 않은 경우에는 쓸모없게 되는 체적도 증가된다.
본 발명은, 부분적으로는 불가피하게 관련되어 있는, 장치의 에너지 효율의 상실이, 이러한 체적의 일부가 실제로 유용하게 될 수 있다면 감소될 수 있다는 사실에 기초한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예로서 도 1에 나타낸 저장 셀의 하우징은, 셀을 고정하는 데 사용되지 않는다면 사용되지 않은 상태로 잔존하는 포인트들(204, 205, 206, 207)(당업자는 이를 "데드 스페이스"라고도 함)을 포함한다. 이러한 사실은 본 발명에 의해 활용된다.
이 데드 스페이스는 셀(201)의 집전체(202, 203)와는 상이한 지점에 위치한다. 반드시 그러한 것은 아니지만, 흔히 데드 스페이스는 하우징 또는 갈바니 셀의 모서리에 위치한다. 도 3은 본 발명의 구현예를 참조하여, 본 발명이 이러한 데드 스페이스를 활용하는 방법을 나타낸다. 이 구현예에 있어서, 구멍(304, 305, 306, 307)과 같은 컷아웃이 갈바니 셀의 패키징의 모서리에 제공되어 있고, 이를 통해, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 고정 엘리먼트(408, 409, 410, 411, 512, 513, 514, 515)가 장치 내에 저장 셀을 고정하도록 가이드될 수 있다.
하나 이상의 컨택트 엘리먼트가 하나 이상의 집전체의 일면에 배치되고, 하나 이상의 절연 또는 유지 엘리먼트(특히 컨택트 엘리먼트에 맞대어 집전체를 가압할 수 있는 것)가 다른 면에 배치되어 있는, 본 발명의 구현예가 유리하고, 따라서 바람직하다.
보다 일반적으로 표현하여, 본 발명에 따르면, 집전체가 직사각형 셀의 측면 에지의 전체 길이를 필요로 하지 않는다는 사실로부터 초래되는 데드 스페이스(도 2 참조)는 설치 공간에 관해 중립적인 방식으로 고정 엘리먼트를 배열하는 데 이용된다. 이를 위해서, 셀(또는 패키징)은 노치형 또는 접힌 모서리와 같은 리세스(recess), 엠보싱 등과 같은 표적형 리셰이핑(targeted reshaping), 또는 접착제 처리된 너브(nub) 등과 같은 설치되어 있는 부품과 함께, 예를 들면 컷아웃, 즉 구멍 등을 이들 영역에 구비하고, 그 속으로 대응하는 형상의 유지 엘리먼트가 체결될 수 있다.
셀의 패키징에 그러한 엠보싱을 포함하는 구현예가 도 6에 도시되어 있다. 저장 셀의 패키징의 모서리(204, 205, 206, 207)(도 2 참조)는 이 경우에 너브-형상의 구조물(621, 622, 623, 624)을 포함하고, 이것들은, 예를 들면, 필름의 대응하는 엠보싱에 의해 또는 그 위의 접합에 의해 적용될 수 있다. 대응한 형상의 고정 엘리먼트(631, 632, 633, 634, 641, 642, 643)는 이제 예를 들면 너브형인 이들 구조물 내에 체결될 수 있다.

Claims (5)

  1. 하우징, 및 갈바니 셀(galvanic cell)에 저장된 에너지를 전달하기 위한, 반대 극성을 가지고 상기 하우징으로부터 몇 개의 제1 포인트에서 돌출되어 있는 2개 이상의 집전체(102, 103, 201, 203, 302, 303, 402, 403, 502, 503, 602, 603, 702, 703)를 포함하는 갈바니 셀(101, 201, 301, 401, 501, 601, 701)로서,
    상기 갈바니 셀의 상기 하우징으로부터 집전체가 돌출되지 않은 다른 하나의 제2 포인트 또는 다른 제2 포인트들에서, 상기 하우징은 디자인 엘리먼트를 포함하는 디자인(304, 305, 306, 307, 621, 622, 623, 624)을 가지며, 상기 디자인은 상기 디자인 엘리먼트의 도움을 받아 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내에 저장 셀을 고정시키기 위한 고정 엘리먼트(408, 409, 410, 411, 631, 632, 633, 634, 641, 642, 643)의 공간-절약형 배열을 지지하는 것을 특징으로 하는,
    갈바니 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 제2 포인트에 하나 이상의 컷아웃(304, 305, 306, 307, 704, 705)을 구비한 하우징을 포함하고, 상기 컷아웃을 통해 고정 엘리먼트(408, 409, 410, 411, 512, 513, 514, 515)가 가이드될 수 있는, 갈바니 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 제2 포인트에 하나 이상의 성형 엘리먼트(621, 622, 623, 624)를 구비한 하우징을 포함하고, 상기 성형 엘리먼트에 대응하여 성형된 고정 엘리먼트(631, 632, 633, 634, 641, 642, 643)가 상기 성형 엘리먼트 내에 체결될 수 있는, 갈바니 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 제2 포인트에 하나 이상의 컷아웃이 제공되어 있는 하우징을 포함하고, 상기 컷아웃은 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내에 저장 셀을 고정시키기 위한 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지하는, 갈바니셀.
  5. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 제2 포인트에 하나 이상의 리셰이핑(reshaping)이 제공되어 있는 하우징을 포함하고, 상기 리셰이핑은 저장 셀의 공간-절약형 고정 또는 장치 내에 저장 셀을 고정시키기 위한 고정 엘리먼트의 공간-절약형 배열을 지지하는, 갈바니셀.
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