KR20120136542A

KR20120136542A - 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조

Info

Publication number: KR20120136542A
Application number: KR1020110055541A
Authority: KR
Inventors: 정재현
Original assignee: 인셀(주)
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-20

Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 파우치 전지 각각의 전극단자를 절곡하여 이웃하는 것끼리 포개고 이를 연결 플레이트로 덧대어 체결수단으로 연결함으로써 면접촉의 갯수를 줄여 접촉저항을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 체결부위의 감소로 단위 파우치 전지의 연결 작업이 간소해지는 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는 판상의 전극단자가 돌출 형성된 단위 파우치 전지를 전기적으로 연결하는 파우치형 이차전지의 단자 연결구조에 있어서, 각각의 단위 파우치 전지의 전극단자를 일측으로 절곡하여 이웃하는 전극단자를 포개고, 그 일면에 연결 플레이트를 덧대어 체결수단으로 포개진 전극단자와 연결 플레이트를 일체로 체결하는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 이차전지의 단자 연결 구조{STRUCTURE FOR CONNECTING TERMINAL OF POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}

본 발명은 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 파우치 전지 각각의 전극단자를 절곡하여 이웃하는 것끼리 포개고 이를 연결 플레이트로 덧대어 체결수단으로 연결함으로써 면접촉의 갯수를 줄여 접촉저항을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 체결부위의 감소로 단위 파우치 전지의 연결 작업이 간소해지는 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(secondary battery)라 함은 충전과 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 특히 리튬 이차전지는 그 에너지 밀도가 높아 기존의 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라, 무정전 전원공급장치, 전기 자전거, 전동 휠체어, 전기 자동차 등의 고출력 및 대용량을 요구하는 분야에 이르기까지 점점 그 사용범위가 확대되고 있는 추세이다.

이차전지는 그것이 적용되는 분야 또는 제품들에서 요구되는 출력과 용량에 따라 다른 구성을 가지고 있다. 예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1대당 하나 또는 서너 개의 소형 경량의 전지 셀들이 사용되고 있다.

반면에, 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 전지팩)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다. 또한, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 외부로부터 많은 충격, 진동 등을 받는 디바이스들은 전지모듈을 구성하는 소자들간의 전기적 연결상태와 물리적 결합상태가 안정적이어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시되고 있다.

일반적으로 중대형 이차전지 모듈은 일정한 크기의 케이스(하우징) 내부에 다수의 단위전지들을 수납하고 이를 전기적으로 연결함으로써 제조된다. 그러한 단위전지로는 높은 집적도로 적층될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지가 사용되고 있으며, 그 중 중량이 적고 저렴한 파우치형 전지가 많이 사용되고 있다.

도 1a는 일반적인 파우치형 이차전지를 도시한 것으로, 도 1a를 참조하면, 일반적인 파우치형 이차전지(1)는 가장자리가 실링된 파우치(2)의 내부에 전극조립체가 수용되고 그 전극조립체로부터 인출된 전극 단자(3a,3b)들이 파우치(2)의 상단에 판상으로 돌출되어 있는 형태로 되어 있다.

상기와 같인 파우치형 이차전지는 복수의 단위 파우치 전지를 직병렬로 연결하여 고출력 및 대용량의 전지 모듈로 제조되는데, 단위 파우치 전지간의 연결구조 및 방식에 따라 전지 모듈의 성능이 좌우된다. 즉, 고출력 및 대용량의 전지 모듈의 경우 급속 충방전으로 대전류가 흐르게 되므로 전기적 연결강도와 그 강도의 유지가 전지의 장기간 사용에 중요한 기술이 된다.

도 1b는 연결 플레이트(4,4',5)를 이용단위 파우치 전지(1,1')의 전극단자(3a,3b,3a',3b')를 전기적으로 연결한 구조를 도시한 것으로, 도 1b를 참조하면, 일반적으로 이웃하는 단위 파우치 전지(1,1')는 각각의 전극단자(3a,3b,3a',3b')에 'ㄱ'자 형상의 연결 플레이트(4,4')가 볼트(4a,4a')로 각각 연결시킨 후, 그 'ㄱ'자 형상의 연결 플레이트(4,4')에 1개의 평평한 형상의 연결 플레이트(5)를 덧대어 볼트(5a,5a')로 연결함으로써 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 구조의 단위 파우치 전지(1,1')의 전극단자(3a,3b,3a',3b') 연결구조는 전극단자(3a,3b,3a',3b')와 'ㄱ'자 형상의 연결플레이트(4,4')의 면접촉과 그리고 'ㄱ'자 형상의 연결플레이트(4,4')와 평평한 형상의 연결 플레이트(5)의 면접촉이 이루어지기 때문에 접촉 갯수가 많아져 접촉저항의 누적으로 출력이 감소되는 단점을 갖는다.

또한, 볼트로 연결되는 연결 부위가 많아 작업이 불편할 뿐만 아니라 장기간 사용시 진동에 의한 볼트의 풀림 현상으로 접촉저항이 증가하게 되고 그에 따라 급속 충방전시 사고로 이어지는 문제점을 갖는다.

또한, 종래에는 연결 플레이트가 1측면 방향으로만 겹쳐진 상태에서 볼트로 결합되는 구조이기 때문에 볼트로 결합된 위치 주변에는 틈새가 발생되어 면접촉 면적이 현저히 감소되는 단점을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 단위 파우치 전지 각각의 전극단자를 절곡하여 이웃하는 것끼리 포개고 이를 연결 플레이트로 덧대어 체결수단으로 연결함으로써 면접촉의 갯수를 줄여 접촉저항을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 체결부위의 감소로 단위 파우치 전지의 연결 작업이 간소해지는 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 서로 겹쳐진 전극단자의 양측에 연결 플레이트를 덧대어 결합시킴으로써 겹쳐진 전극단자가 넓은 면적으로 가압되어 전극단자간 접촉면적을 크게 함으로써 접촉저항을 줄이고 볼트가 연결 플레이트에 직접 나사체결됨으로써 진동에 의한 풀림현상을 감소시킬 수 있는 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는 판상의 전극단자가 돌출 형성된 단위 파우치 전지를 전기적으로 연결하는 파우치형 이차전지의 단자 연결구조에 있어서, 각각의 단위 파우치 전지의 전극단자를 일측으로 절곡하여 이웃하는 전극단자를 포개고, 그 일면에 연결 플레이트를 덧대어 체결수단으로 포개진 전극단자와 연결 플레이트를 일체로 체결하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는, 상기 연결 플레이트가 덧대어진 일면의 반대편 타면에 또 다른 하나의 연결 플레이트가 덧대어지고, 상기 체결수단은 한 쌍의 연결플레이트와 그 한 쌍의 연결플레이트 사이에 서로 겹쳐진 전극단자를 일체로 체결하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 단자 연결 구조는, 상기 체결수단은 볼트이고, 한 쌍의 연결 플레이트 중 하나에는 상기 볼트가 통과되기 위한 볼트홀이 형성되고, 다른 하나에는 상기 볼트의 수나사가 체결되기 위한 암나사가 형성된 체결홀이 형성되며, 상기 볼트는 상기 볼트홀로 삽입되어 상기 전극단자에 형성된 통과홀을 지나 상기 체결홀에 나사체결되어 상기 연결 플레이트 한 쌍과 전극단자를 일체로 체결하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는 단위 파우치 전지 각각의 전극단자를 절곡하여 이웃하는 것끼리 포개고 이를 연결 플레이트로 덧대어 체결수단으로 연결함으로써 면접촉의 갯수를 줄여 접촉저항을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 체결부위의 감소로 단위 파우치 전지의 연결 작업이 간소해지는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는 서로 겹쳐진 전극단자의 양측에 연결 플레이트를 덧대어 결합시킴으로써 겹쳐진 전극단자가 넓은 면적으로 가압되어 전극단자간 접촉면적을 크게 함으로써 접촉저항을 줄이고 볼트가 연결 플레이트에 직접 나사체결됨으로써 진동에 의한 풀림현상을 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.

도 1a는 일반적인 파우치형 이차전지를 도시한 사시도
도 1b는 일반적인 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 측면도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 단면도

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 측면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결구조에 의해 형성된 전지 모듈(10)은 2개의 단위 파우치 전지를 병렬로 연결하여 출력전압을 높이고 이를 직렬로 연결한 구조를 갖는다. 즉, 단위 파우치 전지 2개(10a와 10b, 10c와 10d, 10e와 10f)씩 병렬로 연결하고 이를 직렬로 연결한 구조를 갖는다.

본 발명은 상기 단위 파우치 전지(10a,10b,10c,10d,10e,10f) 각각의 전극단자(10a',10b',10c',10d',10e',10f')를 전기적으로 연결함에 있어, 각각의 전극단자(10a',10b',10c',10d',10e',10f')를 'ㄱ'자 형상으로 절곡하고, 이웃하는 단위 파우치 전지(10a와 10b, 10c와 10d, 10e와 10f) 사이에서 절곡된 전극단자를 서로 겹치게 하여 연결함으로써 이웃하는 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')가 직접 접촉되어 접촉저항을 줄인 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 이웃하는 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')가 겹쳐진 상태에서 보강 및 전기적 연결을 위한 연결 플레이트(11,12)가 서로 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')의 상면에 덧대어지고 이를 체결수단(11a,12a,12b)으로 포개진 전극단자와 연결 플레이트(11-10a'-10b', 12-10c'-10d', 12-10e'-10f')가 일체로 체결된다.

한편, 본 발명은 서로 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')가 겹쳐진 면 전체에 걸쳐 가압되어 접촉되도록 그 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')의 양면에 연결 플레이트가 덧대어 지는 것이 바람직하다. 도면을 참조하면, 서로 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')의 상면에 연결 플레이트 11, 12가 덧대어지고 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')의 하면에도 연결 플레이트 13이 덧대어져 겹쳐진 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')가 상면의 연결 플레이트(11,12)와 하면의 연결 플레이트(13)에 의해 넓은 면적 전체에 걸쳐 가압되어 충분한 면접촉이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 도면에는 포개진 전극단자와 그 양측에 연결 플레이트가 덧대어진 조합(11-10a'-10b'-13, 12-10c'-10d'-13, 12-10e'-10f'-13)이 체결수단(11a,12a,12b)에 의해 일체로 체결된 상태가 도시되어 있다.

한편, 본 발명은 상기 체결수단(11a,12a,12b)으로 볼트가 사용된 경우 포개진 전극단자와 그 양측에 연결 플레이트가 덧대어진 조합(11-10a'-10b'-13, 12-10c'-10d'-13, 12-10e'-10f'-13)의 체결을 용이하게 할 수 있도록 상기 전극단자의 하면에 덧대어진 연결 플레이트(13)에는 상기 볼트가 체결되는 암나사가 형성된 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 상기 전극단자의 상면에 덧대어진 연결 플레이트(11,12)에는 상기 볼트가 통과되기 위한 볼트홀이 형성되고, 상기 전극단자의 하부에 덧대어진 연결 플레이트(13)에는 상기 볼트의 수나사가 체결되기 위한 암나사가 형성된 체결홀이 형성된다. 상기 체결수단인 볼트는 상기 전극단자의 상면에 덧대진 연결 플레이트(11,12)의 볼트홀로 삽입되어 상기 전극단자에 형성된 통과홀을 지나 상기 전극단자의 하면에 덧대어진 연결 플레이트(13)의 체결홀에 나사체결되어 상기 연결 플레이트 한 쌍(11과 13, 12와 13)과 전극단자(10a'와 10b', 10c'와 10d', 10e'와 10f')를 일체로 체결하게 된다.

도면에서 포개진 전극단자와 연결 플레이트 조합 중 하나인 11-10a'-10b'-13 조합은 이웃하는 단위 파우치 전지 10a와 10b의 병렬 연결을 위해 하나의 체결부위를 갖는 연결 플레이트(11,13)이 사용된 것이고, 12-10c'-10d'-13 조합과 12-10e'-10f'-13조합은 이웃하는 단위 파우치 전지 10c와 10d, 10e와 10f를 병렬로 연결하면서 병렬로 연결된 한 쌍을 서로 직렬로 연결하기 위해 전극단자의 상면에 두개의 체결부위를 갖는 연결 플레이트(12)가 사용된 것이다.

한편, 도 2 및 도 3에서는 단위 파우치 전지(10a,10b,10c,10d,10e,10f)를 그대로 포개어 연결한 전지 모듈(10)에 관한 것인데 반하여 도 4는 단위 파위치 전지를 보호하고 수납하기 위한 케이스를 이용하여 단위 파우치 전지를 연결한 실시예를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조의 단면을 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 각각의 상면에 단자 안착면(21a)이 형성된 케이스 플레이트(21) 수개를 연결볼트(22)로 적층 연결하고 그 케이스 플레이트(21) 사이에 단위 파우치 전지(20')가 수용된 구조를 갖는다. 상기 단자 안착면(21a)에는 하부 연결플레이트(13)이 안착된 상태에서 그 상부에 한 쌍의 단위 파우치 전지(20',20")의 전극단자(20a',20a")가 절곡되어 그 상면에 포개어지고, 그 상면에 상부 연결 플레이트(11)이 포개져 체결수단인 볼트(11a)로 체결된다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예는 전극단자와 연결 플레이트가 케이스 플레이트(21)의 안착면(21a)에 안착기 때문에 단자의 연결이 확실하고 안정되게 이루어진다. 상기 하부 연결 플레이트(13)에는 상기 볼트(11a)가 체결되는 나사가 형성되어 상기 볼트(11a)는 상기 하부 연결 플레이트(13)에 나사체결되면서 상기 상부 연결플레이트(11), 전극단자(20a',20a") 및 하부 연결플레이트(13)을 일체로 결합시키게 된다. 한편, 상기 볼트(11a)의 체결로 상기 하부 연결 플레이트(13)의 하부로 돌출되는 볼트(11a)의 말단이 상기 안착면(21a)에 걸리지 않도록 상기 안착면(21a)에는 볼트 수용홈(21a')이 상하로 길게 형성된다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

10 전지 모듈
10a,10b,10c,10d,10e,10f 단위 파우치 전지
10a',10b',10c',10d',10e',10f' 전극단자
11,12 ,13 연결 플레이트

Claims

판상의 전극단자가 돌출 형성된 단위 파우치 전지를 전기적으로 연결하는 파우치형 이차전지의 단자 연결구조에 있어서,
각각의 단위 파우치 전지의 전극단자를 일측으로 절곡하여 이웃하는 전극단자를 포개고, 그 일면에 연결 플레이트를 덧대어 체결수단으로 포개진 전극단자와 연결 플레이트를 일체로 체결하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 단자 연결 구조.
제1항에 있어서,
상기 연결 플레이트가 덧대어진 일면의 반대편 타면에 또 다른 하나의 연결 플레이트가 덧대어지고,
상기 체결수단은 한 쌍의 연결플레이트와 그 한 쌍의 연결플레이트 사이에 서로 겹쳐진 전극단자를 일체로 체결하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 단자 연결 구조.
제2항에 있어서,
상기 체결수단은 볼트이고,
한 쌍의 연결 플레이트 중 하나에는 상기 볼트가 통과되기 위한 볼트홀이 형성되고, 다른 하나에는 상기 볼트의 수나사가 체결되기 위한 암나사가 형성된 체결홀이 형성되며,
상기 볼트는 상기 볼트홀로 삽입되어 상기 전극단자에 형성된 통과홀을 지나 상기 체결홀에 나사체결되어 상기 연결 플레이트 한 쌍과 전극단자를 일체로 체결하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 단자 연결 구조.