KR20210099268A - 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

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조근수
정병귀
윤국헌
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한국그린에너지(주)
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Abstract

본 발명에 따른 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩은, 배터리들 각각의 양극을 덮어서 연결하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판과, 배터리들 각각의 음극을 덮어서 연결하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 구비한다. 이로 인해, 배터리들 각각의 전극에서 출력되는 전류가 일방향 탄소섬유를 따라 일정 방향으로 흐르게 되어, 발열이 현저하게 줄어들고, 배터리팩의 실제 출력이 배터리 각각의 출력의 합에 가깝게 되어, 배터리팩의 효율이 종래 금속연결판을 사용하였을 때 보다 현저하게 향상된다.

Description

일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩{Battery pack with unidirectional carbon fiber}
본 발명은 배터리팩에 관한 것이다.
배터리는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 골프카트, 무인운반차 (Automated Guided Vehicle, AGV) 등 다양한 기술 분야에서 사용되고 있다. 여기서, 배터리는 반복적인 충전과 방전이 가능한 이차전지이다.
전기자동차, 골프카트, 무인운반차의 경우, 높은 출력이 필요하므로, 다수개의 배터리들을 연결하여 사용한다. 이하, 다수개의 배터리들이 연결되어 하나의 모듈을 이룬 것을 “배터리팩” 이라 칭한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 배터리팩(1)은, 다수개의 배터리(2)들과, 배터리(2)들 각각의 전극(2a)을 서로 연결하는 금속연결판(3)과, 배터리(2)들이 흩어지지 않게 묶어 주는 홀더(4)로 구성된다.
배터리(2)들 각각의 전극(2a)에서 출력되는 전류는 금속연결판(3)을 따라 일정 방향으로 흐르지 못하고, 금속연결판(3) 내부에서 사방으로 흩어지면서 흐르게 된다. 이로 인해, 배터리(2)들이 여러 개 묶였음에도 실제 출력은 그 합이 아니라 그 합에 훨씬 못 미치게 된다.
또한, 배터리팩을 만들 때, 금속연결판(3)이 전극(2a)과 접촉된 상태를 유지할 수 있게 조심하면서, 금속연결판(3)의 끝단을 홀더(4)에 일일이 결합시켜야 한다. 이로 인해, 배터리팩 하나를 만드는 데 소요되는 시간을 단축시키기 어렵다.
또한, 전기자동차, 골프카트, 무인운반차와 같이 운행 도중 흔들림이 심한 곳에 배터리팩이 설치될 경우, 운행 도중에, 금속연결판(3)과 전극(2a)이 접촉이 떨어질 수 있다. 이 경우, 배터리팩 출력이 급격하게 떨어지게 된다.
한국등록특허(10-1698765)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩은,
양극과 음극 각각이 상면과 하면에 배치된 다수개의 배터리들;
상기 배터리들 각각의 양극을 덮어서 연결하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판;
상기 배터리들 각각의 음극을 덮어서 연결하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판;
상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제1플레이트;
상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제2플레이트; 및
상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트를 연결하여, 상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 상기 배터리들 각각의 양극에 밀착시키고, 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 상기 배터리들 각각의 음극에 밀착시키는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩은, 배터리들 각각의 양극을 덮어서 연결하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판과, 배터리들 각각의 음극을 덮어서 연결하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 구비한다. 이로 인해, 배터리들 각각의 전극에서 출력되는 전류가 일방향 탄소섬유를 따라 일정 방향으로 흐르게 되어, 발열이 현저하게 줄어들고, 배터리팩의 실제 출력이 배터리 각각의 출력의 합에 가깝게 되어, 배터리팩의 효율이 종래 금속연결판을 사용하였을 때 보다 현저하게 향상된다.
본 발명에 따른 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩은, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제1플레이트와, 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제2플레이트와, 제1플레이트와 제2플레이트를 연결하여 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 배터리들 각각의 양극에 밀착시키고 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 배터리들 각각의 음극에 밀착시키는 연결부재를 구비한다. 이로 인해, 종래처럼, 금속연결판이 전극과 접촉된 상태를 유지할 수 있게 조심하면서, 금속연결판을 홀더에 일일이 연결시킬 필요가 없다. 이로 인해, 배터리팩 하나를 만드는 데 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.
또한, 전기자동차, 골프카트, 무인운반차와 같이 운행 도중 흔들림이 심한 곳에 배터리팩이 설치되더라도, 운행 도중에, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판과 양극의 접촉이 떨어지거나, 제 2 일방향 탄소섬유 연결판과 음극의 접촉이 떨어질 염려가 없다. 따라서, 접촉불량으로 인해 배터리팩의 출력이 급격하게 떨어지는 경우를 막을 수 있다.
도 1은 종래 배터리팩을 찍은 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리팩의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1플레이트의 격자 및 제2플레이트의 격자에 돌기가 구비된 배터리팩의 정면도이다.
도 5는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판 또는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 단면 Ⅵ-Ⅵ을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 단면 Ⅶ-Ⅶ을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩을 자세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩(10)은, 배터리(11)들, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21), 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22), 제1플레이트(31), 제2플레이트(32), 연결부재(41,42)로 구성된다.
배터리(11)의 상면과 하면에는 양극(11a)과 음극(11b)이 각각 배치된다.
제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)은 배터리(11)들 각각의 양극(11a)을 덮어서 서로 연결하고, 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)은 배터리(11)들 각각의 음극(11b)을 덮어서 서로 연결한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 또는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)은, 매트릭스(X)와, 매트릭스(X)에 일방향으로 배치된 탄소섬유(CF)들로 구성된다. 여기서, 탄소섬유(CF)들 각각은 폭방향으로 일정간격 떨어져 있어 서로 만나지 않는다. 이로 인해, 탄소섬유(CF)를 타고 흐르는 전류가 일방향으로만 흐르고 다른 방향으로 흐르지 못해, 전류 손실이 최소화된다.
매트릭스(X)는 비전도성인 열경화성 수지로 만들어진다. 이로 인해, 전류가 탄소섬유(CF)를 통해서만 흐르게 되어, 전류 손실이 최소화된다.
제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 또는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)에서, 서로 만나거나 교차하는 부분은 열융착으로 결합시킨다. 이로 인해, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 또는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)을 다양한 형상으로 신속하게 만들 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 서로 만나는 부분은 탄소섬유(CF)가 상하로 적층되며, 직각으로 엇갈리게 된다. 서로 만나는 부분에서 수직방향으로의 전류 흐름을 원활하게 만들기 위해, 서로 만나는 부분에 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 고전도성 물질(U)이 포함된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전극(11a,11b)과 직접 접촉될 매트릭스(X) 부분에는 탄소섬유(CF)의 일부가 노출된다. 그 이유는, 전극(11a,11b)이 탄소섬유(CF)에 직접 접촉시켜, 전극(11a,11b)으로부터 출력되는 전류가 탄소섬유(CF)를 타고 바로 흘러나갈 수 있게 함이다. 이로 인해, 전류 손실이 최소화된다.
제1플레이트(31)는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)을 덮고, 제2플레이트(32)는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)을 덮는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1플레이트(31)와 제2플레이트(32)는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)과 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)을 바로 위에서 집중적으로 눌러주기 위한 격자(L)를 가지고, 외부에는 격자(L)를 지지하는 테두리(T)를 가진다.
격자(L) 사이 구멍을 통해, 작업자는 격자(L)가 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)과 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)을 제대로 눌러주는 지 확인하면서 작업할 수 있다. 제1플레이트(31)와 제2플레이트(32)는 절연성을 가지는 합성수지로 만들어진다.
연결부재(41,42)는 제1플레이트(31)와 제2플레이트(32)를 위아래로 연결한다.
연결부재(41,42)는 볼트(41)와 너트(42)로 구성된다. 제1플레이트(31)의 네 꼭짓점 부근과 제2플레이트(32)의 네 꼭짓점 부근에는 볼트(41)가 통과하는 구멍(H)이 구비된다. 구멍(H)을 통과한 볼트(41)의 끝단에 너트(42)를 체결시키면서, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)과 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)을 조여준다. 그러면, 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21)은 배터리(11)들 각각의 양극(11a)에 밀착되고, 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22)은 배터리(11)들 각각의 음극(11b)에 밀착된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1플레이트(31)의 격자(L)에 제1돌기(31a)를 더 두어, 양극(11a)과 접촉하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 부분을 강하게 눌러줄 수 있다. 제2플레이트(32)의 격자(L)에 제2돌기(32a)를 더 두어, 음극(11b)과 접촉하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22) 부분을 강하게 눌러줄 수 있다. 이로 인해, 양극(11a)과 접촉하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 부분에 노출된 탄소섬유(CF)가 양극(11a)과 보다 밀착될 수 있고, 음극(11b)과 접촉하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22) 부분에 노출된 탄소섬유(CF)가 음극(11b)과 보다 밀착될 수 있다.
한편, 제1플레이트(31)와 제2플레이트(32)의 안쪽에 보강플레이트를 더 두고, 보강 플레이트에 구멍을 뚫어, 연결부재(41,42)가 제1플레이트(31)와 제2플레이트(32)를 네 꼭짓점 부근뿐만 아니라, 안쪽에서도 연결될 수 있게 만든다. 이로 인해, 제1플레이트(31) 안쪽에 위치된 배터리(11)들의 양극(11a)과 제 1 일방향 탄소섬유 연결판(21) 사이가 벌어져 밀착되지 않는 것을 막을 수 있다. 또한, 제2플레이트(32) 안쪽에 위치된 배터리(11)들의 음극(11b)과 제 2 일방향 탄소섬유 연결판(22) 사이가 벌어져 밀착되지 않는 것을 막을 수 있다.
1,10: 배터리팩 11: 배터리
21: 제 1 일방향 탄소섬유 연결판 22: 제 2 일방향 탄소섬유 연결판
31: 제1플레이트 32: 제2플레이트
41: 볼트 42: 너트
CF: 탄소섬유 X: 매트릭스

Claims (5)

  1. 양극과 음극 각각이 상면과 하면에 배치된 다수개의 배터리들;
    상기 배터리들 각각의 양극을 덮어서 연결하는 제 1 일방향 탄소섬유 연결판;
    상기 배터리들 각각의 음극을 덮어서 연결하는 제 2 일방향 탄소섬유 연결판;
    상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제1플레이트;
    상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 덮는 제2플레이트; 및
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트를 연결하여, 상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판을 상기 배터리들 각각의 양극에 밀착시키고, 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 상기 배터리들 각각의 음극에 밀착시키는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판 또는 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판은, 매트릭스와, 상기 매트릭스에 일방향으로 배치된 탄소섬유들로 구성된 것을 특징으로 하는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판의 형상 또는 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판의 형상에서, 서로 만나거나 교차하는 부분은 열융착으로 결합된 것을 특징으로 하는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판 또는 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판에서, 서로 만나거나 교차하는 부분에는 고전도성 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트 또는 상기 제2플레이트는 격자와, 상기 격자를 지지하는 테두리로 구성되며,
    상기 격자는 상기 제 1 일방향 탄소섬유 연결판 또는 상기 제 2 일방향 탄소섬유 연결판을 바로 위에서 집중적으로 눌러주는 것을 특징으로 하는 일방향 탄소섬유를 포함하는 배터리팩.
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