KR20130019492A

KR20130019492A - 배터리 셀 병렬연결 구조

Info

Publication number: KR20130019492A
Application number: KR1020110081472A
Authority: KR
Inventors: 이원준; 이지석
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-27

Abstract

본 발명은 적층된 2차 전지 배터리 셀을 병렬 연결하기 위한 배터리 셀 병렬연결 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하기는 2개의 클립을 길이 방향으로 형성하고, 이를 적층된 배터리 셀의 수만큼 절곡 구성하여 각각의 클립에 양극과 음극을 연결시키는 배터리 셀 병렬연결 구조에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 셀 병렬연결 구조는 복수 개가 적층되는 배터리 셀의 병렬연결을 병렬탭의 끼움결합에 의해 구현하므로, 조립성 및 생산 효율성이 높아지는 효과가 있다. 또한, 상기 병렬탭은 직선형태의 금속 클립을 지그재그 절곡하는 방식으로 제작 가능하여 제작성 및 제작 단가를 줄일 수 있다. 또한 병렬 셀의 개수가 증가함에 따라서, 상기 병렬탭의 절곡 횟수를 증가시키면 무한이 많은 셀의 병렬연결을 가능하게 한다. 셀 적층 구조를 조립함에 있어서도, 병렬탭에 전극탭을 삽입 고정시키는 방식으로 조립하게 되므로, 조립 편의성이 우수하다.

Description

배터리 셀 병렬연결 구조{Parallel Connecting Structure of Parallel Connecting for Secondary Battery Cell}

본 발명은 적층된 2차 전지 배터리 셀을 병렬 연결하기 위한 배터리 셀 병렬연결 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하기는 2개의 클립을 길이 방향으로 형성하고, 이를 적층된 배터리 셀의 수만큼 절곡 구성하여 각각의 클립에 양극과 음극을 연결시키는 배터리 셀 병렬연결 구조에 관한 것이다.

통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.

도 1은 종래의 2차 전지 배터리 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 배터리 셀(10)은 전지부(13)와, 상기 전지부(13)가 수용되는 공간을 제공하는 케이스(14)를 포함하고 있다.

상기 전지부(13)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수 장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(13)의 각 극판은 양극 및 음극탭(11, 12)과 전기적으로 연결되어 있다.

상기 양극 및 음극 탭(11, 12)의 일단부는 케이스(14)의 밀폐면을 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 양극 및 음극 탭(11, 12)의 일단부는 도시되지 않은 보호 회로기판의 단자와 접속된다.

상기 케이스(14)는 후막의 금소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다.

한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에 도 1에 도시된 파우치를 수십에서 수백개 적층하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하여 고전압 또는 고전류를 얻게 된다.

도 2에는 배터리 셀(10a, 10b)을 복수 개 적층한 셀 적층체(B)가 도시되어 있으며, 상기 셀 적층체(B)를 제작함에 있어서, 상기 양전극탭(11a, 11b)과 음전극탭(12a, 12b)을 볼트 조임과 같은 기계적인 체결구조 또는 용접 방식 등을 사용하여 직렬 또는 병렬로 연결하였다. 그러나 상기와 같은 방식은 조립성 및 생산 효율성을 낮추게 되며, 생산 단가가 높아지는 원인이 된다.

특히, 적층된 배터리 셀(10a, 10b)의 직렬연결을 위해서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 일측 상단에 양전극탭(11a)이 위치하는 제1 배터리 셀(10a)과 타측 상단에 양전극탭(11b)이 위치하는 제2 배터리 셀(10b)을 교번 적층 시킨 후, 제1 배터리 셀(10a)의 양전극탭(11a)과 이웃하는 제2 배터리 셀(10b)의 음극탭(12b)을 통전부재(15)를 통해 연결하고, 제1 배터리 셀(10a)의 음전극탭(12a)과 이웃하는 제2 배터리 셀(10b)의 양극탭(11b)을 통전부재(15)를 통해 연결하는 구조로 비교적 간단히 구성이 가능하다.

그러나 적층된 배터리 셀(10a, 10b)의 병렬연결을 위해서는 동일 극성을 갖는 양극탭(11a, 12a)과 음극탭(11b, 12b) 각각을 다중으로 연결해 주어야 하며, 셀 적층체(B)의 용량에 따라서, 2개 이상의 전극을 동시에 연결해 주는 체결 구조가 필요하기 때문에 상기와 같은 기계적 체결구조 또는 용접 방식을 적용할 경우 그에 따른 조립성 및 생산 효율은 더욱 낮아지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 끼움만으로 통전이 가능한 직선형태의 금속 클립을 지그재그 절곡시킨 병렬탭을 통해 복수 개가 적층되는 배터리 셀의 병렬연결을 용이하게 하는 배터리 셀 병렬연결 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 배터리 셀 병렬연결 구조는 일측부 또는 타측부 상단 중 어느 하나에 양전극탭이 형성되며, 일측부 또는 타측부 상단 중 다른 하나에 음전극탭이 형성되는 이차 전지용 배터리 셀을 병렬연결하기 위한 배터리 셀 병렬연결 구조에 있어서, 복수개가 다단으로 적층되되, 일측부 상단에 양전극탭이 형성되고 타측부 상단에 음전극탭이 형성되는 제1 배터리 셀과 일측부 상단에 음전극탭이 형성되고 타측부 상단에 양전극탭이 형성되는 제2 배터리 셀이 교번 적층되는 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 상단에 결합되되, 상기 셀 적층체의 양전극탭이 끼워지며 각각의 양전극탭을 서로 통전시키는 제1 클립라인과, 상기 셀 적층체의 음전극탭이 끼워지며 끼워진 각각의 음전극탭을 서로 통전시키는 제2 클립라인을 포함하며, 지그재그 형으로 절곡 구성되는 병렬탭; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 병렬탭은, 일측에 상기 제1 클립라인이 위치하며, 타측에 상기 제1 클립라인에서 일정거리 이격 형성되는 제2 클립라인을 포함하는 제1 단위탭; 타측에 상기 제1 클립라인이 위치하며, 일측에 상기 제1 클립라인에서 일정거리 이격 형성되는 제2 클립라인을 포함하는 제2 단위탭; 상기 제1 단위탭의 제1 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제1 클립라인 및 상기 제1 단위탭의 제2 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제2 클립라인이 각각 통전되도록 상기 제1 단위탭의 일단과 상기 제2 단위탭의 일단을 연결하는 제1 연결탭; 상기 제1 단위탭의 제1 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제1 클립라인 및 상기 제1 단위탭의 제2 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제2 클립라인이 각각 통전되도록 상기 제1 단위탭의 타단과 상기 제2 단위탭의 타단을 연결하는 제2 연결탭; 으로 구성되되, 상기 제1 및 제2 단위탭은 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 수만큼 교번되어 일정거리 이격 구성되고, 상기 병렬탭은 평면이 지그재그 형으로 되도록 상기 제1 연결탭과 제2 연결탭이 상기 제1 및 제2 단위탭의 일단 또는 타단에 교번 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 병렬탭은, 하측에 상기 제1 또는 제2 배터리 셀의 상단부가 수용되며, 내부에 제1 및 제2 클립라인이 수용되도록 상부 및 하부가 개방 형성되는 전극홀더; 및 상기 전극홀더의 상부를 밀폐하는 전극캡; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 배터리 셀 병렬연결 구조는 복수 개가 적층되는 배터리 셀의 병렬연결을 병렬탭의 끼움결합에 의해 구현하므로, 조립성 및 생산 효율성이 높아지는 효과가 있다. 또한, 상기 병렬탭은 직선형태의 금속 클립을 지그재그 절곡하는 방식으로 제작 가능하여 제작성 및 제작 단가를 줄일 수 있다. 또한 병렬 셀의 개수가 증가함에 따라서, 상기 병렬탭의 절곡 횟수를 증가시키면 무한이 많은 셀의 병렬연결을 가능하게 한다. 셀 적층 구조를 조립함에 있어서도, 병렬탭에 전극탭을 삽입 고정시키는 방식으로 조립하게 되므로, 조립 편의성이 우수하다.

도 1은 배터리 셀 사시도
도 2는 셀 적층체 사시도
도 3은 종래의 배터리 셀 직렬연결 구조 평면도
도 4는 본 발명의 배터리 셀 병렬연결 구조 사시도
도 5는 본 발명의 병렬탭 사시도
도 6은 본 발명의 병렬탭 단면사시도
도 7은 본 발명의 병렬탭 부분분해사시도
도 8은 본 발명의 다른 실시 예의 병렬탭 사시도
도 9는 본 발명의 배터리 셀 병렬연결 구조 평면개략도

도 2를 참조하면, 배경기술에서도 언급한 바와 같이 일측 상단에 양전극탭(11a)이 위치하는 제1 배터리 셀(10a)과 타측 상단에 양전극탭(11b)이 위치하는 제2 배터리 셀(10b)이 교번 적층되는 셀 적층체(B)를 병렬로 연결하기 위한 본원 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4 내지 7을 참조하면 본 발명은 셀 적층체(B)와 병렬탭(20)을 포함하여 구성된다.

상기 병렬탭(20)은 상기 제1 배터리 셀(10a)의 길이 방향을 따라 형성되는 제1 단위탭(20a)과, 상기 제2 배터리 셀(10b)의 길이 방향을 따라 형성되는 제2 단위탭(20b)과, 상기 제1 단위탭(20a)의 일단과 상기 제2 단위탭(20b)의 일단을 연결하는 제1 연결탭(20c) 및 상기 제1 단위탭(20a)의 타단과 상기 제2 단위탭(20b)의 타단을 연결하는 제2 연결탭(20c)으로 구성된다.

상기 제1 단위탭(20a)의 일측에는 상기 제1 배터리 셀(10a)의 양전극탭(11a)이 삽입 고정되도록 제1 클립라인(21a)이 상기 제1 단위탭(20a)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 제1 클립라인(21a)에 삽입 고정되는 양전극탭(11a)이 모두 통전될 수 있도록 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 단위탭(20a)의 타측에는 상기 제1 클립라인(21a)으로부터 일정거리 이격되는 제2 클립라인(21b)이 상기 제1 단위탭(20a)의 길이 방향을 따라 형성된다. 상기 제2 클립라인(21b)은 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음전극탭(12a)이 삽입 고정되도록 구성되며, 상기 제2 클립라인(21b)에 삽입 고정되는 음전극탭(12a)이 모두 통전될 수 있도록 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제2 단위탭(20b)의 일측에는 상기 제2 배터리 셀(10b)의 음전극탭(12b)이 삽입 고정되도록 제2 클립라인(21b)이 상기 제2 단위탭(20b)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 제2 클립라인(21b)에 삽입 고정되는 음전극탭(12b)이 모두 통전될 수 있도록 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제2 단위탭(20b)의 타측에는 상기 제2 클립라인(21b)으로부터 일정거리 이격되는 제1 클립라인(21a)이 상기 제2 단위탭(20b)의 길이 방향을 따라 형성된다. 상기 제1 클립라인(21a)은 상기 제2 배터리 셀(10b)의 양전극탭(11b)이 삽입 고정되도록 구성되며, 상기 제1 클립라인(21a)에 삽입 고정되는 양전극탭(11b)이 모두 통전될 수 있도록 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제1 연결탭(20c) 및 제2 연결탭(20d)은 복수 개가 교번하여 위치하는 상기 제1 단위탭(20a)과 제2 단위탭(20b)의 제1 클립라인(21a)과 제2 클립라인(21b)을 각각 통전시키기 위한 구성으로, 이를 구조적으로 실현하기 위해서는 상기 병렬탭(20)이 지그재그 형으로 이루어져야 되는 바 상기 제1 연결탭(20c)이 형성되는 제1 단위탭(20a)과 제2 단위탭(20b) 사이에는 제2 연결탭(20d)이 형성되지 않으며, 상기 제2 연결탭(20d)이 형성되는 제1 단위탭(20a)과 제2 단위탭(20b) 사이에는 제1 연결탭(20c)이 형성되지 않는다. 즉 상기 제1 연결탭(20c)과 제2 연결탭(20d)은 상기 제1 단위탭(20a)과 제2 단위탭(20b) 사이에 교번 형성된다.

상기 병렬탭(20)은 제1 클립라인(21a)과 제2 클립라인(21b)으로 구성되는 클립부(21), 전극홀더(22) 및 전극캡(23)을 포함하여 이루어진다.

상기 클립부(21)는 상기 제1 클립라인(21a)과 제2 클립라인(21b)이 서로 통전되지 않도록 비전도성 재질의 고정프레임(21c)을 포함하며, 상기 고정프레임(21c)을 통해 상기 제1 클립라인(21a)과 제2 클립라인(21b)은 서로 이격되어 고정된다.

상기 클립부(21)는 상기 전극홀더(22)에 수용된다. 상기 전극홀더(22)는 상면과 하면이 개방되는 함체 상으로 구성되며 하단을 통해 상기 제1 또는 제2 배터리 셀(10a, 10b)의 상단부가 수용되어 고정된다.

상기 전극홀더(22)의 상면은 상기 전극캡(23)을 통해 밀폐되며, 상기 전극캡(23)은 상기 전극홀더(22)의 상단부를 감싸도록 상기 전극홀더(22)에 결합된다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이 상기 병렬탭(20)은 상기 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b)의 적층 수에 따라 상기 제1 단위탭(20a)과 제2 단위탭(20b)의 수를 조절하여 셀 적층체(B)의 용량에 맞게 구성이 가능하다.

또한, 상기 병렬탭(20)을 상기 셀 적층체(B)의 상단에 끼움 결합하는 공정만으로 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b)의 양전극탭(11a, 11b)은 제1 클립라인(21a)을 통해 통전시키며, 음전극탭(12a, 12b)은 제2 클립라인(21b)을 통해 통전시켜 상기 셀 적층체(B)를 병렬로 연결시키게 된다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

B : 셀 적층체
10 : 배터리 셀 10a : 제1 배터리 셀
10b : 제2 배터리 셀 11, 11a, 11b : 양전극탭
12, 12a, 12b : 음전극탭 13 : 전지부
14 : 케이스
20 : 병렬탭 20a : 제1 단위탭
20b : 제2 단위탭 20c : 제1 연결탭
20d : 제2 연결탭 21 : 클립부
21a : 제1 클립라인 21b : 제2 클립라인
21c : 고정프레임 22 : 전극홀더
23 : 전극캡

Claims

일측부 또는 타측부 상단 중 어느 하나에 양전극탭이 형성되며, 일측부 또는 타측부 상단 중 다른 하나에 음전극탭이 형성되는 이차 전지용 배터리 셀을 병렬연결하기 위한 배터리 셀 병렬연결 구조에 있어서,
복수개가 다단으로 적층되되, 일측부 상단에 양전극탭이 형성되고 타측부 상단에 음전극탭이 형성되는 제1 배터리 셀과 일측부 상단에 음전극탭이 형성되고 타측부 상단에 양전극탭이 형성되는 제2 배터리 셀이 교번 적층되는 셀 적층체;
상기 셀 적층체의 상단에 결합되되, 상기 셀 적층체의 양전극탭이 끼워지며 각각의 양전극탭을 서로 통전시키는 제1 클립라인과, 상기 셀 적층체의 음전극탭이 끼워지며 끼워진 각각의 음전극탭을 서로 통전시키는 제2 클립라인을 포함하며, 지그재그 형으로 절곡 구성되는 병렬탭;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 병렬연결 구조.
제 1항에 있어서,
상기 병렬탭은,
일측에 상기 제1 클립라인이 위치하며, 타측에 상기 제1 클립라인에서 일정거리 이격 형성되는 제2 클립라인을 포함하는 제1 단위탭;
타측에 상기 제1 클립라인이 위치하며, 일측에 상기 제1 클립라인에서 일정거리 이격 형성되는 제2 클립라인을 포함하는 제2 단위탭;
상기 제1 단위탭의 제1 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제1 클립라인 및 상기 제1 단위탭의 제2 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제2 클립라인이 각각 통전되도록 상기 제1 단위탭의 일단과 상기 제2 단위탭의 일단을 연결하는 제1 연결탭;
상기 제1 단위탭의 제1 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제1 클립라인 및 상기 제1 단위탭의 제2 클립라인과 상기 제2 단위탭의 제2 클립라인이 각각 통전되도록 상기 제1 단위탭의 타단과 상기 제2 단위탭의 타단을 연결하는 제2 연결탭; 으로 구성되되,
상기 제1 및 제2 단위탭은 상기 제1 및 제2 배터리 셀의 수만큼 교번되어 일정거리 이격 구성되고, 상기 병렬탭은 평면이 지그재그 형으로 되도록 상기 제1 연결탭과 제2 연결탭이 상기 제1 및 제2 단위탭의 일단 또는 타단에 교번 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 병렬연결 구조.
제 1항에 있어서,
상기 병렬탭은,
하측에 상기 제1 또는 제2 배터리 셀의 상단부가 수용되며, 내부에 제1 및 제2 클립라인이 수용되도록 상부 및 하부가 개방 형성되는 전극홀더; 및
상기 전극홀더의 상부를 밀폐하는 전극캡;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 병렬연결 구조.