KR20130016610A - 개선된 체결 구조를 갖는 축전 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축전 모듈을 제공한다. 축전 모듈은 다수의 단위 축전 모듈 및 집전체가 교대로 적층 배열되는 축전 집합체, 축전 집합체의 최 외측에 위치하여 축전 집합체를 고정하는 한 쌍의 엔드플레이트, 한 쌍의 엔드플레이트 중 어느 하나에 고정되어 축전 집합체와 한 쌍의 엔드플레이트를 관통하는 연결빔 및 한 쌍의 엔드플레이트 중 연결빔이 고정된 고정 엔드플레이트를 통과해 나머지 대응 엔드플레이트에 도달하는 축전 집합체를 관통한 연결빔을 고정시키는 볼트를 포함한다.

Description

축전 모듈{ELECTRICITY STORAGE MODULE}

본 발명은 축전 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연결빔 및 연결빔이 고정되는 엔드플레이트 사이의 체결 구조를 개선한 축전 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 축전 모듈, 예를 들어 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 축전 모듈은 모바일 단말, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 축전 모듈은 하이브리드 자동차 등과 같은 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 축전 모듈의 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기의 모터 구동에 사용하기 위한 고출력 축전 모듈은 복수개가 직렬로 연결된 단극(mono-polar) 방식으로 구성될 수 있다.

하나의 대용량 축전 모듈(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 "축전 모듈"이라 칭한다)는 통상 외부 직렬로 연결되는 복수개의 축전 장치(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 "단위 축전 모듈"이라 칭한다)로 이루어진다.

이처럼 단위 축전 모듈을 외부 직렬로 연결하게 되는 경우 외장재의 사용으로 인해 부피가 증가되며 그에 따라 비용이 증가되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 다수개의 단위 축전 모듈을 내부 적층하여 양극(bi-polar) 방식으로 축전 모듈을 구성하게 된다. 이처럼 내부 적층된 단위 축전 모듈들은 최 외측에 위치하는 각 엔드플레이트(end plate)와 적정한 체결압으로 조여지게 된다. 이를 위해 양극 방식의 축전 모듈은 최 외측에 위치하는 각 엔드플레이트와 적층된 단위 축전 모듈들을 통과하는 빔과 최 외측에서 빔을 고정하기 위한 두 개의 볼트가 연결되어 형성된다.

그러나, 전술한 바와 같이 양극 방식으로 형성된 축전 모듈은 내부 적층된 단위 축전 모듈들과 각 엔드플레이트에 빔을 통과시키고 두 개의 볼트를 사용하여 빔을 고정하는 과정에서 초과 또는 부족 압력이 인가되어 적정한 체결압으로 조여지지 못하며, 공정을 단순화 하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 다수의 내부 적층된 단위 축전 모듈들과 각 엔드플레이트가 안정적으로 정렬되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 엔드플레이트에 고정부를 형성하여 연결빔을 고정하며, 연결빔이 고정되는 엔드플레이트와 대응하는 면에 밀착되는 엔드플레이트에 연결빔을 고정시키는 하나의 볼트를 체결하여 축전 모듈에 적정한 체결압을 인가하며, 보다 안정적으로 다수의 단위 전지들과 엔드플레이트를 정렬할 수 있는 축전 장치 모듈을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 축전 모듈은 다수의 단위 축전 모듈 및 집전체가 교대로 적층 배열되는 축전 집합체; 상기 축전 집합체의 최 외측에 위치하여 상기 축전 집합체를 고정하는 한 쌍의 엔드플레이트; 상기 한 쌍의 엔드플레이트 중 어느 하나에 고정되어 상기 축전 집합체와 한 쌍의 엔드플레이트를 관통하는 연결빔; 및 상기 한 쌍의 엔드플레이트 중 연결빔이 고정된 고정 엔드플레이트를 통과해 나머지 대응 엔드플레이트에 도달하는 상기 축전 집합체를 관통한 연결빔을 고정시키는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연결빔은 상기 고정 엔드플레이트에 고정 체결되는 지지단; 및 상기 지지단에 연결되어 상기 고정 엔드플레이트, 상기 축전 집합체 및 상기 대응 엔드플레이트를 연결하기 위해 관통되는 빔로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지단은 상기 연결빔의 회전을 억제하기 위해 사각 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정 엔드플레이트는 상기 지지단에 대응하는 형태로 형성되어 지지단을 고정하는 지지단 체결면; 및 상기 빔로드를 상기 다수의 단위 축전 모듈의 개스킷으로 관통시키기 위한 연결홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 대응 엔드플레이트는 상기 개스킷을 관통한 빔로드와 상기 볼트를 체결하기 위한 앤드홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연결빔에 하나의 볼트가 체결되는 것을 특징으로 한다.

상기 연결빔은 세라믹, 절연처리가 된 금속 및 내화학성이 확보된 고분자 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 축전 모듈은 상기 고정 엔드플레이트의 일면에 상기 연결빔이 고정되며 타면에 상기 축전 집합체의 일면이 밀착되고, 상기 축전 집합체의 타면에 상기 대응 엔드플레이트의 일면이 밀착되며, 상기 대응 엔드플레이트의 타면에 상기 볼트가 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 축전 모듈은 최 외측면에 위치한 엔드플레이트 중 어느 하나에 연결빔의 지지단을 고정함에 따라 종래와 달리 하나의 볼트만을 이용하여 적정한 체결압을 인가할 수 있으며, 그에 따라 초과 또는 부족 압력의 인가를 방지할 수 있다.

그리고, 종래 볼트에만 의지하여 빔로드을 고정하던 것과 달리 엔드플레이트 중 어느 하나에 연결빔을 고정시킴에 따라 다수의 단위 축전 모듈의 내부적층 시 체결압이 변경되어 발생하던 엔드플레이트와 개스킷 사이의 불안한 정렬 문제를 해소하여 보다 안정적인 정렬성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예서는 한 쌍의 앤트플레이트 중 어느 하나에 빔로드와 연결되는 지지단이 고정되므로 나머지 엔드플레이트를 체결하기 위한 볼트만이 소비되므로 종래보다 축전 모듈을 형성하는데 소요되는 공정과정 및 시간을 단축할 수 있으며, 제품의 원가를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축전 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 축전 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 각 엔드플레이트의 체결과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 일반적인 각 엔드플레이트의 체결과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔드플레이트에 연결빔을 체결하는 한 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축전 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시한 축전 모듈의 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시한 각 엔드플레이트의 체결과정을 나타내는 도면이다. 도 4는 일반적인 각 엔드플레이트의 체결과정을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔드플레이트에 연결빔을 체결하는 한 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 축전 모듈(100)은 양극(bi-polar) 방식으로 형성되며, 단위 축전 모듈의 내부적층을 통해 고전압을 형성한다. 이러한 축전 모듈(100)은 예를 들어 대용량의 이차 전지(secondary battery)일 수 있으며, 일정 간격 이격되어 연속 배치되는 다수의 단위 축전 모듈들(110)을 포함한다.

단위 축전 모듈(110)은 분리막(111)을 사이에 두고 이의 양측에 양극(+)과 음극(-)이 배치되며, 전해액의 누액과 전기적 단락을 방지하기 위한 한 쌍의 개스킷(gasket)(112)이 분리막(111)과 수직하는 측면에 형성되어 각형의 케이스 내에 구비되어 있으며, 기설정된 양의 전력을 충전 및 방전시키는 이차전지로 구성된다. 이때, 개스킷(112)은 적층된 단위 축전 모듈이 최 외측면에 형성되는 한 쌍의 엔드플레이트(130a, 130b)와 밀착될 수 있도록 연결빔(140)이 관통하는 개스킷 홀(113)이 형성된다. 따라서 본 실시예에 따른 축전 모듈(100)은 다수의 단위 축전 모듈(110)들이 적층되고 단위 축전 모듈 사이에 배치되는 집전체(120)에 의하여 일정 간격 이격되게 연속 배열되어 축전 집합체를 이루게 된다.

연결빔(140)은 최 외측면에 위치한 엔드플레이트(130a, 130b) 중 어느 하나에 고정되는 지지단(141) 및 지지단에 연결되어 나머지 엔드플레이트를 연결하는 빔로드(142)로 형성된다. 여기서, 연결빔(140)은 세라믹, 절연처리가 된 금속 및 내화학성이 확보된 고분자 등의 재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 지지단(141)은 연결빔의 회전을 억제하기 위해 사각형태로 형성되는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 연결빔의 회전을 억제할 수 있는 모든 형태들 중 하나로 형성될 수 있다.

축전 모듈(100)은 축전 집합체를 이루는 단위 축전 모듈(110)들 중 축전 집합체의 최 외측에 위치한 집전체 또는 단위 축전 모듈의 외측면에 위치하는 한 쌍의 엔드플레이트(end-plate)(130a, 130b)에 의해 밀착된다.

본 발명의 실시예에 따른 엔드플레이트(130a)는 단위 축전 모듈의 양극(+)이 최 외곽으로 배치되어 있는 제1 면에 밀착되며, 엔드플레이트(130b)는 단위 축전 모듈의 음극(-)이 최 외곽으로 배치되어 있는 제1 면과 마주보는 제2 면에 밀착된다.

보다 상세하게 도 1 및 도 2를 참고하면 엔드플레이트(130a)에는 연결빔(140)의 회전을 억제하여 고정하기 위한 고정부(131)가 형성되며, 엔드플레이트(130b)에는 엔드플레이트(130a)와 단위 축전 모듈(110)을 통과해 도달한 연결빔(140)을 고정하기 위한 볼트(150)가 삽입되는 앤드홀(132)이 형성된다. 여기서, 고정부(131)는 연결빔(140)의 지지단(141)을 고정하기 위해 지지단에 대응하는 형태로 형성되어 있는 지지단 체결면(1311)과 연결빔(140)의 빔로드(142)가 통과되는 연결홀(1132)로 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 양극(+)이 최 외곽으로 배치되어 있는 제1 면에 엔드플레이트(130a)가 밀착되며, 음극(-)이 최 외곽으로 배치되어 있는 제2 면에 엔드플레이트(130b)가 밀착되는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 내부적층되는 단위 축전 모듈의 극성에 따라 엔드플레이트(130a)와 엔드플레이트(130b)가 밀착되는 면은 변경될 수 있다.

전술한 구조에 의해 연결빔(140)은 엔드플레이트(130a)의 고정부(131)에 의해 고정된 후 단위 축전 모듈의 개스킷(112) 및 앤드홀(132)을 관통하여 엔드플레이트(130b)에 도달하여 볼트(150)에 의해 체결 고정된다.

보다 상세하게 도 2 및 도 3을 참고하면 엔드플레이트(130a)의 지지단 체결면(1311)에 연결빔(140)의 지지단(141)이 고정되면서 연결홀(1132)을 통해 빔로드(142)가 관통하고, 관통한 빔로드(142)가 내부적층 되어있는 단위 축전 모듈들의 개스킷을 통과해 엔드플레이트(130b)의 앤드홀(132)까지 도달하면 빔로드(142)의 선단과 볼트(150)가 체결 고정된다.

이처럼 본 발명의 실시예에서는 연결빔(140)의 지지단(141)을 최 외측면에 위치한 엔드플레이트 중 어느 하나에 고정시킨 상태에서 빔로드(142)를 다수의 단위 축전 모듈들의 개스킷과 나머지 엔드플레이트에 관통시켜 하나의 볼트(150)를 이용하여 밀착 체결하므로 종래 도 4에서와 같이 두 개의 볼트(10, 20)를 이용하여 다수의 단위 축전 모듈들과 엔드플레이트(30, 40)를 체결함에 따라 적정한 체결압을 인가하지 못해 발생하던 초과 또는 부족 압력의 인가를 방지할 수 있다. 그리고, 볼트(10, 20)에만 의지하여 고정한 빔로드(50)에 다수의 단위 축전 모듈을 내부적층 함에 따라 체결압이 변경되어 발생하던 엔드플레이트(30, 40)와 개스킷 사이의 불안한 정렬 문제를 해소하여 보다 안정적인 정렬성을 제공할 수 있다.

다시 말해, 도 4에 도시한 바와 같이 종래에는 빔로드(50)가 엔드플레이트 중 어느 하나에 고정에 되지 않으므로 먼저 하단에 위치한 엔드플레이트(30)로 삽입되는 볼트(10)를 체결하여 빔로드(50)를 고정시킨 후 빔로드(50)에 다수의 단위 축전 모듈의 개스킷과 엔드플레이트(40)를 적층하여 볼트(20)를 체결하는 방식으로 내부적층 하였으나, 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이 최 외측면에 위치한 엔드플레이트 중 어느 하나에 연결빔(140)의 지지단(141)을 고정시킨 상태에서 다수의 단위 축전 모듈의 개스킷과 엔드플레이트(130a, 130b)를 통과한 연결빔(140)을 하나의 볼트(150)를 이용하여 체결함에 따라, 보다 안정적으로 적정한 체결압을 인가하여 축전 모듈을 고정시킬 수 있다.

예를 들어, 도 2 및 도 5를 참고하면, 양극 방식으로 22개의 빔로드(142)를 체결하여 축전 모듈(100)을 형성하는 것으로 가정하면, 종래에는 한 쌍의 엔드플레이트를 관통하는 빔로드(142)를 체결하기 위해 각 엔드플레이트에는 22개의 볼트, 즉 총 44개의 볼트가 소요되었으나 본 발명에서는 한 쌍의 엔드플레이트(130a, 130b) 중 어느 하나(130a)에 빔로드(142)와 연결되는 지지단(141)이 고정되므로 나머지 엔드플레이트(130b)를 체결하기 위한 22개의 볼트만이 소비되므로 종래보다 축전 모듈(100)을 형성하는데 소요되는 공정과정 및 시간을 단축할 수 있으며, 제품의 원가를 감소시킬 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 축전 모듈 110: 단위 축전 모듈
111: 분리막 112: 개스킷(gasket)
113: 개스킷홀 120: 집전체
130a, 130b: 엔드플레이트 131: 고정부
1131: 지지단 체결면 1132: 연결홀
132: 앤드홀 140: 연결빔
141: 지지단 142: 빔로드
150: 볼트

Claims (8)

1. 다수의 단위 축전 모듈 및 집전체가 교대로 적층 배열되는 축전 집합체;
   상기 축전 집합체의 최 외측에 위치하여 상기 축전 집합체를 고정하는 한 쌍의 엔드플레이트;
   상기 한 쌍의 엔드플레이트 중 어느 하나에 고정되어 상기 축전 집합체와 한 쌍의 엔드플레이트를 관통하는 연결빔; 및
   상기 한 쌍의 엔드플레이트 중 연결빔이 고정된 고정 엔드플레이트를 통과해 나머지 대응 엔드플레이트에 도달하는 상기 축전 집합체를 관통한 연결빔을 고정시키는 볼트
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결빔은,
   상기 고정 엔드플레이트에 고정 체결되는 지지단; 및
   상기 지지단에 연결되어 상기 고정 엔드플레이트, 상기 축전 집합체 및 상기 대응 엔드플레이트를 연결하기 위해 관통되는 빔로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지단은,
   상기 연결빔의 회전을 억제하기 위해 사각 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정 엔드플레이트는,
   상기 지지단에 대응하는 형태로 형성되어 지지단을 고정하는 지지단 체결면; 및
   상기 빔로드를 상기 다수의 단위 축전 모듈의 개스킷으로 관통시키기 위한 연결홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 대응 엔드플레이트는,
   상기 개스킷을 관통한 빔로드와 상기 볼트를 체결하기 위한 앤드홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결빔에 하나의 볼트가 체결되는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결빔은 세라믹, 절연처리가 된 금속 및 내화학성이 확보된 고분자 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 축전 모듈은,
   상기 고정 엔드플레이트의 일면에 상기 연결빔이 고정되며 타면에 상기 축전 집합체의 일면이 밀착되고, 상기 축전 집합체의 타면에 상기 대응 엔드플레이트의 일면이 밀착되며, 상기 대응 엔드플레이트의 타면에 상기 볼트가 고정되는 것을 특징으로 하는 축전 모듈.
   

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