KR20160087163A - 용접 없이 전극단자의 연결이 가능한 구조의 단위모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 하나 이상의 단위셀이 외장부재에 장착된 구조의 단위모듈로서, 상기 전지셀들의 전극단자들은 인접한 전지셀을 향해 각각 수직 절곡되어 있고; 상기 전극단자들에서 수직 절곡된 면이 면 접촉하여, 단위셀의 절곡 단자부를 형성하며; 상기 절곡 단자부의 양면에 밀착하여 이들을 가압함으로써 기계적으로 고정하고 전기적으로 접속시키는 단자 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 용접 없이 전극단자의 연결이 가능한 구조의 단위모듈에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목받고 있다.
이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지(10)는 두 개의 전극단자(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 파우치형 케이스(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)를 부착시킴으로써 전지(10)가 만들어진다.
파우치형 케이스(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14a)과 상단부 및 하단부(14b, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14a)은 상하 파우치형 케이스(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14b)와 하단부(14c)에는 전극단자(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극단자(11, 12)의 두께 및 파우치형 케이스(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극단자(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
그러나, 파우치형 케이스(14) 자체의 기계적 강성이 우수하지 못하므로, 안정한 구조의 전지모듈을 제조하기 위하여, 일반적으로 전지셀들(단위전지들)을 카트리지 등의 팩 케이스에 장착하여 전지모듈을 제조하고 있다. 그러나, 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 또는 차량 등에는 일반적으로 장착공간이 한정적이므로, 카트리지와 같은 팩 케이스의 사용으로 인해 전지모듈의 크기가 커지는 경우에는 낮은 공간 활용도의 문제점이 초래된다. 또한, 전지셀의 낮은 기계적 강성은 충방전시 전지셀의 반복적인 팽창 및 수축으로 나타나고, 그로 인해 열융착 부위가 분리되는 경우도 초래된다.
뿐만 아니라, 파우치형 전지(10)의 전극단자(11, 12)는 원통형 전지나 각형 전지의 전극단자와 비교하여, 상대적으로 넓은 면적과 얇은 두께로 이루어져 있으므로, 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 전기적 연결에 제한이 따를 수 있다.
한편, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 인접한 전지셀들의 전극단자들을 전기적으로 연결시킨다.
도 2 내지 3에는 전극단자들 서로 전기적으로 연결된 2개의 전지셀들이 모식적으로 도시되어 있다.
우선 도 2를 참조하면, 두 개의 파우치형 전지셀들(10, 10’)을 그것의 전극단자들(20)을 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서, 전극단자들(11, 12)를 레이저 또는 초음파로 용접하여 상호 결합시킨 뒤, 두 개의 단위로 전지셀들(10, 10’)를 중첩되게 접는다. 도 3에서 중첩되게 접혀진 상태의 전지셀 적층체(100)에서 용접에 의해 결합된 전극단자 연결부위(20)는 ‘ㄷ’자 모양으로 절곡되어 있음을 확인할 수 있다.
이러한 용접에 의한 전극단자 접합 방식은 서로 용접된 전극단자들이 강한 결합력을 가지는 반면에, 용접에 따른 초기 비용 및 유지보수에 대한 비용이 발생하고, 용접을 위한 별도의 지그가 필요하며, 숙련된 기술자가 필요하므로, 제조 및 조립 공정이 복잡하며, 공정 비용이 증가하는 단점을 가진다.
또한, 전극단자들이 서로 용접된 두 개의 전지셀들에서, 어느 하나의 전지셀이 파손되거나 성능이 저하된 경우, 이 전지셀을 단독으로 교체하거나 보수하는 것이 불가능하므로, 유지 보수가 힘든 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서, 간편한 제조 및 조립이 가능한 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 용접 없이 전극단자의 연결이 가능한 단자 접속부재를 이용하여, 전지셀들의 기계적으로 고정하고 전기적으로 고정시켜, 공정을 간편하게 하면서도, 콤팩트한 구조의 단위모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단위모듈은 둘 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 하나 이상의 단위셀이 외장부재에 장착된 구조의 단위모듈로서,
상기 전지셀들의 전극단자들은 인접한 전지셀을 향해 각각 수직 절곡되어 있고;
상기 전극단자들에서 수직 절곡된 면이 면 접촉하여, 단위셀의 절곡 단자부를 형성하며;
상기 절곡 단자부의 양면에 밀착하여 이들을 가압함으로써 기계적으로 고정하고 전기적으로 접속시키는 단자 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 단위모듈은, 용접 없이, 서로 다른 전지셀들의 전극단자를 단자 접속부재를 통해 기계적으로 고정하고 전기적으로 접속 시키는 바, 단위모듈의 제조 공정에서 용접 과정이 필요 없고, 그에 따라, 단위모듈의 제조 공정이 간소화될 수 있으며, 단위모듈을 구성하는 전지셀들 중, 어느 하나가 파손되거나 성능이 저하된 경우, 단자 접속부재를 제거한 후, 전지셀을 교체하거나 보수할 수 있는 장점을 가진다.
상기 단자 접속부재는 절곡 단자부의 전기적 연결을 용이하게 하고, 다른 단위셀과의 전기적 연결이 가능하도록, 전기 전도성의 소재로 이루어질 수 있다.
이러한 전기 전도성 소재는 예를 들어, 전기 전도성의 금속인 알루미늄, 구리 또는 니켈에서 선택되는 하나 이상의 금속일 수 있고, 탄소 분말을 함유하는 전기 전도성의 고분자 물질일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단자 접속부재는, 전극단자들이 수직 절곡된 전지셀들 사이에 삽입되고, 절곡 단자부의 제 1 면에 밀착하는 제 1 클림프;
제 1 클림프의 하단과 경첩 구조로 연결되어 있으며, 경첩을 기준으로 피벗 회전하여 절곡 단자부의 제 2 면에 밀착하는 제 2 클림프; 및
제 2 클림프의 상단과 경첩 구조로 연결되어 있으며, 경첩을 기준으로 피벗 회전하여 제 2 클림프에 밀착하는 제 3 클림프;
를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
즉, 제 1 클림프는 절곡 단자부의 제 1 면을 가압하고, 제 2 클림프는 상기 제 1 면의 대향면인 제 2 면을 가압하면서 단위셀의 절곡 단자부를 이들 제 1 클림프 및 제 2 클림프 사이에 고정시킨다.
여기서, 상기 제 3 클림프는 제 2 클림프와 연결된 부위와 인접한 상단 또는 하단에 회전 운동이 가능한 링 형상의 잠금 부재를 포함할 수 있다.
이러한 구조는, 제 1 클림프 및 제 2 클림프 사이에 절곡 단자부가 고정된 상태로, 상기 잠금 부재가 회전한 후, 제 1 클림프 및 제 2 클림프를 잠금 부재의 내부로 수용함으로써, 클림프들이 회전하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 잠금 부재는 제 1 클림프, 제 2 클림프 및 제 3 클림프의 두께와 유사한 링 형상일 수 있는 바, 이들 클림프를 두께 방향으로 고정시킨다.
본 발명에 따른 단자 접속부재의 구체적인, 잠금 구조는, 상기 절곡 단자부가 제 1 클림프와 제 2 클림프의 사이에 삽입되고, 제 1 클림프의 하단을 중심으로 제 2 클림프가 피벗 회전하여, 제 1 클림프와 제 2 클림프 사이의 절곡 단자부를 가압하고;
제 3 클림프의 잠금 부재가 회전하여 제 1 클림프의 상단에 걸린 상태로, 제 3 클림프가 제 2 클림프의 상단을 중심으로, 제 2 클림프의 회전 방향과 반대 방향으로 피벗 회전하여, 제 2 클림프의 외면에 밀착하여 단자 접속부재를 잠그고 절곡 단자부를 고정시키는 구조일 수 있다.
따라서, 제 3 클림프에 장착되어 있는 잠금 부재는 제 1 클림프에 걸린 상태에서, 제 1 클림프, 제 2 클림프 및 제 3 클림프의 두께 방향으로 이들을 가압하여 이들 클림프가 회전하지 못하도록 고정시킬 수 있다.
상기 잠금 부재는 제 1 클림프, 제 2 클림프 및 제 3 클림프의 총 두께 대비 90% 내지 100%의 내경을 가질 수 있다. 상기 내경이 클림프들의 총 두께 대비 90% 미만인 경우, 잠금 과정에서, 잠금 부재에 과도한 압력이 인가되어 파손될 수 있고, 100%를 초과하는 경우, 클림프들에 충분한 압력이 인가되지 않는 바, 바람직하지 않다.
또한, 상기 구조는 제 3 클림프의 회전 축에 인접한 상단 또는 하단에 잠금 부재가 형성되어 있어, 잠금 부재가 제 1 클림프의 상단에 걸린 상태에서, 제 3 클림프가 회전 축을 기준으로, 제 2 클림프에 밀착하도록 회전 운동 하면, 잠금 부내는 제 1 클림프에 고정되어 있는 상태로, 제 1 클림프로부터 제 3 클림프의 방향으로 클림프들을 가압하고, 그에 따라, 제 3 클림프가 제 2 클림프에 완전히 밀착하면, 제 1 클림프 내지 제 3 클림프는 잠금 부재의 가압력에 의해 밀착된 상태로 고정된다.
따라서, 상기 제 1 클림프, 제 2 클림프, 및 제 3 클림프는 단자 접속부재를 잠근 상태에서 서로 평행하게 위치할 수 있으며, 이 때, 상기 제 1 클림프, 제 2 클림프, 및 제 3 클림프는 절곡 단자부의 제 1 면 및 제 2면에 대해서도 대략 평행하다.
또한, 상기 제 2 클림프에는 제 3 클림프의 밀착 시, 제 3 클림프를 고정하기 위한 체결 홈이 형성되어 있고, 제 3 클림프는 상기 체결 홈에 대응되는 위치에 체결 홈과 계합하기 위한 체결부가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 상기 체결 홈 및 체결부는 암수체결구조로 계합되는 구조일 수 있다.
이러한 구조는 제 3 클림프가 제 2 클림프의 외면에 밀착하여, 단자 접속부재가 잠금 상태일 때, 외력에 의해 제 3 클림프가 제 2 클림프로부터 이탈하여 단자 접속부재의 잠금 상태가 해제되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 클림프는 제 2 클림프 부재가 밀착된 후에도, 잠금 부재가 걸리기 위한 잉여부위를 포함해야 하는 바, 상기 제 1 클림프는 제 2 클림프의 길이 보다 긴 길이로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 제 2 클림프 길이 대비 110% 내지 130%의 길이로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 클림프는 경우에 따라서 외장부재에 채결된 구조일 수 있고, 이와는 다르게, 별도로 분리된 부재일 수 있다.
상기 제 1 클림프는 절곡 단자부의 제 1 면에 접촉하면서, 절곡 단자부를 통해 돌출된 부위에 잠금 부재가 걸릴 수 있도록, 절곡 단자부가 형성되어 있는 방향의 단위셀 폭 대비 60 % 내지 80 %의 길이로 이루어질 수 있다.
상기 제 3 클림프는 제 2 클림프의 길이 보다 짧은 길이로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 제 2 클림프의 길이 대비 40% 내지 70%의 길이를 가질 수 있다. 제 3 클림프의 길이가 상기 범위보다 짧은 경우, 잠금을 위한 회전 운동에 큰 외력이 필요하므로 바람직하지 않고, 상기 범위보다 긴 경우, 제 3 클림프가 제 2 클림프로부터 이탈되기 쉬워 단자 접속부재의 잠금 상태가 해제될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 클림프의 형상은 크게 한정되는 것은 아니나, 제 1 클림프가 평면인 절곡 단자부의 제 1 면에 대응하여, 밀착하는 구조로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 직육면체의 구조로 이루어질 수 있다.
마찬가지로, 제 3 클림프의 형상은 제 2 클림프의 외면에 밀착되기 위해, 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 클림프는 잠금 부재가 제 1 클림프의 상단에 걸린 상태에서 제 3 클림프가 원활하게 회전할 수 있도록 제 3 클림프가 연결되어 있는 상단이 제 3 클림프의 회전 운동에 대응하도록 곡면으로 이루어진 구조일 수 있다. 반면에, 제 2 클림프는 제 1 클림프의 하단과 경첩 구조로 연결된 하단부가 각진 형태로 이루어져, 제 2 클림프가 제 1 클림프의 대향 방향으로 일정 각도 이상으로 회전하기 힘든 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 절곡 단자부의 제 2 면에 밀착한 제 2 클림프가 제 2 면의 대향 방향으로 쉽게 회전하지 않는 바, 제 1 클림프와 제 2 클림프 사이에 절곡 단자부의 고정을 용이하게 유지할 수 있다.
제 1 클림프는 절곡 단자부를 이루는 전극 단자들 사이의 폭에 대응하는 폭을 가질 수 있으며, 상세하게는 전극 단자들의 사이의 폭 대비 100%의 폭을 가질 수 있다.
제 1 클림프의 폭이 100% 미만인 경우, 제 1 클림프가 전극 단자들 사이에서 외력에 의해 유동하면서 단자 접속 부재의 잠금 상태를 해제하거나, 절곡 단자부를 서로 유격시킬 수 있는 바 바람직하지 않고, 100%를 초과하는 경우, 전극단자들 사이에 과도한 압력이 인가되어 전극단자가 파단될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 종류 및 구조는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있으며, 장방형의 폭보다 넓이가 넓은 구조의 판상형 전지셀일 수 있다.
상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로, 상기 판상형 전지셀은 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 상기 구조의 하나의 예로서, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수 있다.
상기 전지셀에서, 전극단자들은 전지셀의 상단과 하단에 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 외장부재는 단위셀의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 특히 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 제 1 커버와 제 2 커버를 포함할 수 있다.
이러한 구조의 외장부재는 제 1 커버와 제 2 커버를 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 제 1 커버 및 제 2 커버에 각각 체결 돌기와 체결 홈이 형성되어 있고, 이들이 계합하여 결합되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 외장부재는 제 2 커버가 단위셀의 일측면 단부 전체와 상단 및 하단의 일부 부위를 감싸고 있고, 제 1 커버가 타측면 단부 전체와 상단 및 하단의 나머지 부위를 감싸고 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 동력원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 예들 들어, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이것들로 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 디바이스들의 구조는 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단위모듈은 용접 없이, 서로 다른 전지셀들의 전극단자를 단자 접속부재를 통해 기계적으로 고정하고 전기적으로 접속 시키는 바, 단위모듈의 제조 공정에서 용접 과정이 필요 없고, 그에 따라, 단위모듈의 제조 공정이 간소화될 수 있으며, 단위모듈을 구성하는 전지셀들 중, 어느 하나가 파손되거나 성능이 저하된 경우, 단자 접속부재를 제거한 후, 전지셀을 교체하거나 보수할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지셀 두 개의 전극 단자를 용접에 의해 결합시킨 구조를 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2에서 제조된 단위셀의 모식도이다;
도 4는 본 발명에 따른 단자 접속부재의 사시도이다;
도 5는 도 4에 도시된 단자 접속부재의 측면 모식도이다;
도 6은 도 5에 도시된 단자 접속부재에서 제 1 클림프와 제 2 클림프가 밀착한 모습을 나타낸 측면 모식도이다;
도 7은 도 6에 도시된 단자 접속부재가 잠금이 완료된 모습을 나타낸 측면 모식도이다;
도 8은 본 발명에 따른 단위셀의 모식도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 모식도이다;
도 10은 도 9의 A부분을 확대한 확대도이다;
도 11은 도 10에서 잠금 부재의 움직임을 나타낸 사시도이다;
도 12는 도 11에 도시된 단자 접속부재가 잠금이 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지셀 두 개의 전극 단자를 용접에 의해 결합시킨 구조를 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2에서 제조된 단위셀의 모식도이다;
도 4는 본 발명에 따른 단자 접속부재의 사시도이다;
도 5는 도 4에 도시된 단자 접속부재의 측면 모식도이다;
도 6은 도 5에 도시된 단자 접속부재에서 제 1 클림프와 제 2 클림프가 밀착한 모습을 나타낸 측면 모식도이다;
도 7은 도 6에 도시된 단자 접속부재가 잠금이 완료된 모습을 나타낸 측면 모식도이다;
도 8은 본 발명에 따른 단위셀의 모식도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 모식도이다;
도 10은 도 9의 A부분을 확대한 확대도이다;
도 11은 도 10에서 잠금 부재의 움직임을 나타낸 사시도이다;
도 12는 도 11에 도시된 단자 접속부재가 잠금이 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명에 따른 단자 접속부재가 사시적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 도시된 단자 접속부재의 측면이 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5에 도시된 단자 접속부재에서 제 1 클림프와 제 2 클림프가 밀착한 모습을 나타낸 측면이 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 단자 접속부재가 잠금이 완료된 모습을 나타낸 측면이 모식적으로 도시되어 있다.
먼저 도 4 및 도 5를 참조하면, 단자 접속부재(200)는 제 1 클림프(202), 제 2 클림프(204), 제 3 클림프(206) 및 잠금 부재(208)로 구성되어 있다.
제 1 클림프(202)는 제 1 클림프(202), 제 2 클림프(204) 및 제 3 클림프(206)들 중, 가장 길게 장방형으로 연장된 육각형 구조로 이루어져 있고,
제 2 클림프(204)는 제 1 클림프(202)에 대해 대략 70%의 길이를 가지며 상단에 곡면이 형성되어 있고, 하단이 각진 형태의 바 형태로 이루어져 있으며, 제 2 클림프(204)의 하단이 제 1 클림프(202)의 하단과 인접한 부위에 경첩(203)에 의해 연결되어 있고, 경첩(203)을 기준으로 피벗 회전할 수 있다.
제 3 클림프(206)는 그것의 상단이 곡면이 형성되어 있는 제 2 클림프(204)의 상단과 인접한 부위에 경첩(205)에 의해 연결되어 있으며, 경첩(205)을 기준으로 피벗 회전할 수 있다.
제 3 클림프(206)는 제 2 클림프(204)와 연결되어 있는 경첩(205)의 상단에 회전 운동이 가능한 링 형상의 잠금 부재(208)가 형성되어 있다.
제 3 클림프(206)와 마주보는 제 2 클림프(204)의 외면에는 암수체결이 가능한 체결홈(209)이 형성되어 있고, 제 2 클림프(204)와 마주보는 제 3 클림프(206)에서, 체결홈(209)과 대응되는 위치에, 제 2 클림프(204)의 체결홈(209)과 계합하기 위한 체결돌기(210)가 형성되어 있다.
도 6 및 도 7에는 도 4 및 도 5의 단자 접속부재의 클림프들이 피벗 회전하여, 잠금 상태가 되는 과정을 모식적으로 도시하고 있다. 이들을 차례로 참조하면, 제 2 클림프(204)는 제 1 클림프(202)와 수평을 이루도록 제 1 클림프(202)의 하단의 경첩(203)을 중심으로 피벗 회전하여 제 1 클림프(202)의 외면에 밀착한다. 그 후, 제 3 클림프(206)에 형성된 잠금 부재(208)가 제 1 클림프(202) 방향으로 피벗 회전하고, 제 1 클림프(202)의 상단에 걸린다.
이 때, 잠금 부재(208)는 제 3 클림프(206)에 장착된 위치가 제 1 클림프(202)에 인접하게 위치하므로, 제 1 클림프(202)를 가압하지 않는다.
그러나, 도 7에서와 같이, 제 3 클림프(206)가, 제 2 클림프(204)와 수평을 이루도록 제 2 클림프(204)의 상단의 경첩(205)을 중심으로 피벗 회전하여, 제 2 클림프(204)의 외면에 밀착하는 경우, 제 3 클림프(206)에 장착된 잠금 부재(208)의 위치가 제 1 클림프(202)로부터 멀어지게 되며, 그에 따라 제 1 클림프(202)의 상단을 제 2 클림프(204)의 방향으로 가압하고, 제 3 클림프(206)의 회전 운동이 멈추면, 제 1 클림프(202)와 제 3 클림프(206) 사이의 제 2 클림프(204)는 잠금 부재(208)가 장착된 제 3 클림프(206)의 상단과 잠금 부재(208)가 걸려 있는 제 1 클림프(202)의 상단에 의해 가압된다. 따라서, 제 2 클림프(204)는 피벗 회전할 수 없으며, 제 2 클림프(204)는 제 1 클림프(202) 방향으로 가압된다. 또한, 제 3 클림프(206)에 형성된 체결 돌기(210)가 제 2 클림프(204)에 형성된 체결 홈(210)에 계합되면서, 제 3 클림프(206)의 불필요한 피벗 회전이 방지되고, 제 1 클림프(202) 제 2 클림프(204) 및 제 3 클림프(206)는 서로 수평을 이루게 되며, 제 1 클림프(202)와 제 2 클림프(204) 사이에 압력이 유지된 상태로, 단자 접속부재(200)는 잠금 상태가 된다.
도 8에는 본 발명에 따른 단위셀(300)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 단위셀(300)은 두 개의 전지셀들(50, 60)로 구성되어 있고, 전지셀들(50, 60)의 전극 단자는 인접한 전지셀에 대해 수직으로 절곡되어 있으며, 용접되지 않은 상태로, 전극 단자에서 절곡된 면이 서로 중첩되도록 배열되어 있는 절곡 단자부(310)를 형성한다. 이 때, 절곡 단자부(310)는 전지셀들(50, 60)의 위치한 방향을 바라보는 제 1 면(312)을 포함하고, 그 대향 방향을 바라보는 제 2 면(314)을 포함한다.
참고로, 도 8에는 단위셀(300)이 두 개의 전지셀만을 포함하고, 전극단자가 단위셀(300)의 양단에서 절곡 단자부가 형성됨을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 전극단자가 절곡된 형태도 가능하며, 그에 따라 셋 이상의 전지셀들을 포함하는 단위셀의 구성 역시 가능함은 물론이다.
도 9에는 본 발명에 따른 단위모듈이 모식적으로 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 A부분을 확대한 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 11 및 도 12는 도 10 잠금 부재(208)의 움직임을 차례로 도시하고 있다.
참고로, 도 9에는 설명의 편의를 위하여, 외장부재의 일부만을 도시하였으나, 한 쌍으로 이루어진 커버가 결합된 외장부재 역시 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.
이들 도면을 도 4 및 도 8과 함께 참조하면, 단위모듈(400)은 단위셀(300), 단자 접속부재(200) 및 외장부재(350)로 구성되어 있다.
단자 접속부재(200)의 제 1 클림프(202)는 전극단자들이 수직 절곡된 전지셀들(50, 60) 사이에 삽입된 상태로, 절곡 단자부(310)의 제 1 면(312)에 밀착한다. 그 후, 도 8에서와 같이, 제 2 클림프(204)가 제 1 클림프(202)와 수평을 이루도록 제 1 클림프(202)의 하단의 경첩(203)을 중심으로 피벗 회전하여 절곡 단자부(310)의 제 2 면(314)에 밀착한다. 그 후, 제 3 클림프(206)에 형성된 잠금 부재(208)가 제 1 클림프(202) 방향으로 피벗 회전하고, 제 1 클림프(202)의 상단에 걸린다.
제 3 클림프(206)가, 제 2 클림프(204)와 수평을 이루도록 제 2 클림프(204)의 상단의 경첩(205)을 중심으로 피벗 회전하여, 제 2 클림프(204)의 외면에 밀착 및 고정되며, 그에 따라 단자 접속부재(200)는 절곡 단자부(310)의 제 1 면(312) 및 제 2 면(314)을 제 1 클림프(202)와 제 2 클림프(204) 사이에서 가압 및 고정시켜 이들의 전기적 접속을 달성한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (22)
- 둘 이상의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 하나 이상의 단위셀이 외장부재에 장착된 구조의 단위모듈로서,
상기 전지셀들의 전극단자들은 인접한 전지셀을 향해 각각 수직 절곡되어 있고;
상기 전극단자들에서 수직 절곡된 면이 면 접촉하여, 단위셀의 절곡 단자부를 형성하며;
상기 절곡 단자부의 양면에 밀착하여 이들을 가압함으로써 기계적으로 고정하고 전기적으로 접속시키는 단자 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈. - 제 1 항에 있어서, 상기 단자 접속부재는,
전극단자들이 수직 절곡된 전지셀들 사이에 삽입되고, 절곡 단자부의 제 1 면에 밀착하는 제 1 클림프;
제 1 클림프의 하단과 경첩 구조로 연결되어 있으며, 경첩을 기준으로 피벗 회전하여 절곡 단자부의 제 2 면에 밀착하는 제 2 클림프; 및
제 2 클림프의 상단과 경첩 구조로 연결되어 있으며, 경첩을 기준으로 피벗 회전하여 제 2 클림프에 밀착하는 제 3 클림프;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈. - 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 클림프는 제 2 클림프와 연결된 부위와 인접한 상단 또는 하단에 회전 운동이 가능한 링 형상의 잠금 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 클림프는 제 2 클림프의 길이 대비 110% 내지 130%의 길이를 가지며, 제 3 클림프는 제 2 클림프의 길이 대비 40% 내지 70%의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 클림프 및 제 3 클림프는 직육면체의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 클림프는 제 3 클림프가 연결되어 있는 상단이 제 3 클림프의 회전 운동에 대응하도록 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 3 항에 있어서, 상기 잠금 부재는, 제 1 클림프, 제 2 클림프 및 제 3 클림프의 총 두께 대비 90% 내지 100%의 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 절곡 단자부는 제 1 클림프와 제 2 클림프의 사이에 삽입되고, 제 1 클림프의 하단을 중심으로 제 2 클림프가 피벗 회전하여, 제 1 클림프와 제 2 클림프 사이의 절곡 단자부를 가압하고;
제 3 클림프의 잠금 부재가 회전하여 제 1 클림프의 상단에 걸린 상태로, 제 3 클림프가 제 2 클림프의 상단을 중심으로, 제 2 클림프의 회전 방향과 반대 방향으로 피벗 회전하여, 제 2 클림프의 외면에 밀착하여 단자 접속부재를 잠그고 절곡 단자부를 고정시키는 것을 특징으로 하는 단위모듈. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 클림프, 제 2 클림프, 및 제 3 클림프는 단자 접속부재를 잠근 상태에서 서로 평행한 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 클림프에는 제 3 클림프의 밀착 시, 제 3 클림프를 고정하기 위한 체결 홈이 형성되어 있고, 제 3 클림프는 상기 체결 홈에 대응되는 위치에 체결 홈과 계합하기 위한 체결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 체결 홈 및 체결 부는 암수체결구조로 계합되는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 클림프는 전극단자들의 사이의 폭 대비 100%의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절곡 단자부는 전기 전도성의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 14 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 외장부재는 단위셀의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있고, 조립 체결방식으로 상호 결합되는 제 1 커버와 제 2 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 16 항에 있어서, 상기 외장부재는 제 1 커버와 제 2 커버를 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 제 1 커버 및 제 2 커버에 각각 체결 돌기와 체결 홈이 형성되어 있고, 이들이 계합하여 결합되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 16 항에 있어서, 상기 외장부재는 제 2 커버가 단위셀의 일측면 단부 전체와 상단 및 하단의 일부 부위를 감싸고 있고, 제 1 커버가 타측면 단부 전체와 상단 및 하단의 나머지 부위를 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극단자들은 전지셀의 상단과 하단에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 따른 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈.
- 제 20 항에 따른 전지모듈을 동력원으로 사용하는 디바이스.
- 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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