WO2010147384A2 - 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지 - Google Patents

기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀 복합연결망으로 구성된 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지, 및 복수개의 셀 카트리지가 전기적으로 접속되어 유닛 복합연결망으로 구성된 카트리지 조합형 축전장치에 관한 것이다. 상기한 본 발명의 유닛팩 조합형 셀 카트리지는 복수개의 셀을 기구물(부스바)을 이용해 접속시켜 유닛팩을 구성한 뒤 복수개의 유닛팩을 기구물(중간도체판)을 이용해 접속시켜 일체의 카트리지로 구성한 것이며, 본 발명의 카트리지 조합형 축전장치는 복수개의 유닛팩 조합형 카트리지를 외부 케이스 내에 수납하여 카트리지 상호 간 직, 병렬 복합연결구조로 접속함으로써 일체의 시스템으로 구성한 것이다. 이러한 본 발명에서는 셀, 유닛팩 및 카트리지들을 연결 및 분리가 용이한 기구물을 이용해 접속하므로 조립성 및 생산성이 크게 향상되고, 또한 유닛팩 속에 넣어지는 셀의 개수, 카트리지에 사용되는 유닛팩의 개수, 축전장치에 사용되는 카트리지의 개수를 조절 및 변경하여 전류 및 전압 용량을 쉽게 변경할 수 있다.

Description

기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지
본 발명은 셀 카트리지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 단위 셀(cell)들을 케이스 내에 조립하여 모듈화한 셀 카트리지에 관한 것이다.
전기에너지를 저장하고 이를 필요로 하는 부하에 공급하는 축전지(2차 전지)의 일 예로서, 종래의 리튬이온 셀 팩(Lithium-ion cell pack)의 구성을 살펴보면, 우선 충/방전이 가능한 복수개의 리튬이온 셀(cell)을 일체로 묶어 단위 묶음으로 만든 뒤 복수개의 단위 묶음을 모아 다시 큰 묶음으로 만들고 다시 이것들을 모아 더 큰 묶음으로 만드는 공정을 거쳐 원하는 용량의 셀 팩을 제조하게 된다.
이때, 종래에는 원형 단면의 단위 셀들(원통형 셀들) 또는 각형 단면의 단위 셀들을 유리테이프와 같은 재질로 묶어 하나의 단위 묶음으로 만들고 동일한 방법으로 복수개의 단위 묶음을 만든 뒤 단위 묶음들을 적절히 유리테이프로 조합하여 하나의 셀 팩을 제조하게 된다.
예를 들어, 7개 직렬에 14개 병렬의 셀 팩을 제작하는 경우, 먼저 7개의 단위 셀들을 유리테이프로 묶는 작업을 14번 수행한 뒤(14개의 단위 묶음), 이것들을 다시 2개씩 유리테이프를 이용하여 7개의 묶음으로 만들고, 이것들을 다시 2개씩 유리테이프를 이용하여 3개의 묶음으로 만든 후, 이 3개의 묶음을 7개 묶음 중 남은 나머지 하나의 묶음과 전체를 구성하여, 총 98개의 단위 셀들로 이루어진 셀 팩을 하나의 묶음으로 제작하게 된다.
그러나, 이러한 제작 과정은 많은 시간을 필요로 하며, 제조상의 시간적 손실은 물론 다수의 불량 가능성이 있을 수 있고, 수작업에 따른 셀 팩 제작규격의 부정확성 등 많은 문제가 있게 된다.
특히, 유리테이프로 묶인 이웃한 셀들끼리 서로 밀착상태로 직접 접촉하게 되므로 셀 간의 완충작용이 부족하고, 방전시 열이 셀 간에 서로 전도되어 상호작용을 일으킴으로써 동작상의 효율이 현저히 떨어질 수 있으며, 이로 인해 배터리의 수명이 크게 단축될 수 있다.
또한 유리테이프를 이용해 셀들을 단순히 묶어주는 방식의 경우, 이후 유리테이프로 결합된 셀 간의 위치 오차로 인해 셀 단자(전극)와 외부 단자 간의 접촉불량(접촉면적 감소)이 발생할 수 있고, 양측 단자 간에 접촉저항이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
그리고, 유닛 상호 간의 직, 병렬 복합연결구조의 적용을 위해, 첨부한 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 셀(10)의 단자(전극)와 접속판(셀과 셀을 전기적으로 접속시킴, 통상 도체인 니켈판을 사용)(13)을 용접하여 접속하는 방식에서는, 유리테이프(12)로 결합된 셀 간의 위치 오차로 인해 접속판과의 용접 불량이 다수 발생할 수 있고, 용접 작업의 불편함, 용접으로 인한 조립시간 과다(작업속도 저하), 조립성 및 생산성 저하 등의 많은 문제가 있게 된다.
또한 종래와 같이 니켈판을 용접하게 되면, 용접이 잘못되었거나 개별 셀의 문제 발생으로 수리, 교체가 필요한 경우, 모든 셀에 대해 용접된 니켈판을 떼어내고 테이핑을 해체해야 했다. 결국, 해체된 셀들과 니켈판을 모두 폐기해야 하므로 비용 문제가 발생하게 되고, 다시 셀들을 테이핑하고 니켈판을 용접해야 하는 작업이 필요하게 된다. 특히, 셀 불량이나 손상, 용접 불량 등의 문제가 있는 특정 셀만의 개별 교체가 불가하여, 생산 단계에서는 물론 AS 단계에서도 비용 및 시간 측면에서 많은 손실이 있다.
그 밖에 제작 후에는 셀을 감소 또는 추가하는 등의 셀 개수 변경이 불가하고, 확장성 측면에서 많은 제약이 있다. 또한 모든 셀들의 단자(전극)에 니켈판(접속판)을 스폿 용접하는 방식으로 접속하므로 접촉점(용접점)의 면적이 일정치 아니하고, 이에 셀들 간에 접촉저항의 차이가 존재하므로 전류, 전압의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 셀 팩을 여러 개 연결하여 확장하는 경우 등에서 셀 팩마다 전류, 전압의 차이가 있으므로 회로 등을 이용한 셀 밸런싱 조절이 필요하다.
또한 상기와 같이 셀 팩을 확장하는 경우에서 셀 팩들을 연결할 때 케이블이 필요하므로 케이블에 의한 걸리적 거림, 케이블의 공간 점유로 인한 공간 사용의 비효율성, 공간 협소 등의 문제가 있다.
그리고, 셀들을 전기적으로 접속하는 접속판에 셀들의 단자를 용접하는 방식에서는 접속판과의 접촉면적(용접점의 면적)이 작기 때문에 많은 열이 발생하고(특히 방전시), 이로 인해 안정성 측면에서 불리해진다.
또한 셀들의 단자와 접속판이 용접점에서 접속되는 구조에서 접촉면적이 작기 때문에 셀들의 전류 용량을 크게 할 수 없는 등 전류 용량 측면의 한계성이 있다. 접촉점이 되는 용접점을 크게 하여 용접을 할 수 없기 때문에 일정 전류 용량을 벗어날 수가 없는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 모두 해소할 수 있는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지, 및 셀 유닛 상호 간 직, 병렬 복합구조로 연결된 카트리지 조합형 축전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 바람직한 실시예로서, 양 단자에 단자판이 설치된 셀들이 상기 단자판과 유닛 케이스 내에 설치된 부스바에 의해 서로 연결되고, 상기 부스바의 단부에 형성된 접속부가 상기 유닛 케이스의 외부로 돌출된 구조로 이루어진 유닛팩들과; 상기 유닛팩들이 삽입되는 카트리지 케이스와; 상기 유닛팩들의 접속부가 접속되는 PCB;를 포함하여 구성되고, 상기 카트리지 케이스 내에 삽입된 유닛팩들의 접속부가, 중간도체판에 의해 서로 연결되어 상기 중간도체판을 매개로 상기 PCB의 단자에 전기적으로 연결되거나, 직접 상기 PCB의 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지를 제공한다.
여기서, 상기 셀들의 단자판이 판상의 상기 부스바와 겹쳐져 부스바와의 면 접촉상태로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 각각의 상기 유닛팩 내에서 셀들은 상기 단자판 및 부스바를 매개로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 각각의 상기 유닛팩 내에서 셀들이 유닛 케이스 내에 나란하게 배치되어, 상기 셀들의 (+) 단자에 설치된 단자판들이 길게 형성된 (+) 극성의 부스바에 접속되고, 상기 셀들의 (-) 단자에 설치된 단자판들이 길게 형성된 (-) 극성의 부스바에 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유닛팩들은 접속부에 연결된 중간도체판에 의해 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 중간도체판과 접속부는 면 접촉상태로 접속되어 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 카트리지 케이스에는 유닛팩들로부터 발산되는 열을 외부로 배출하면서 유닛팩들의 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위한 통풍구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유닛 케이스의 내측면에는 셀들이 안착된 상태에서 그 위치를 고정하면서 안착된 셀들을 이격된 상태로 유지시켜 방열이 이루어지도록 하는 안착부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유닛 케이스에는 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위한 통풍구가 형성되어 구비됨이 바람직하다.
이에 따라, 상기한 과제 해결 수단을 통하여 다음과 같은 효과가 있게 된다.
1) 본 발명에 따른 유닛팩 조합형 셀 카트리지는 셀들과 유닛팩들을 연결 및 분리가 용이한 기구물을 이용해 접속하므로 조립성 및 생산성이 크게 향상되고, 또한 유닛팩 속에 넣어지는 셀들의 개수, 카트리지에 사용되는 유닛팩들의 개수, 축전장치에 사용되는 카트리지의 개수(본 발명에 따른 축전장치에서)를 조절 및 변경하여 전류 및 전압 용량을 쉽게 변경할 수 있다.
2) 유닛 케이스 내에서 셀들이 안착부에 의해 소정 간격으로 이격 배치되는 동시에 유닛 케이스 자체의 통풍구를 통해 열 방출 및 통풍이 이루어지도록 함으로써, 셀 온도가 규정 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있게 되고, 열로 인한 셀 손상 및 안정성 저하의 문제가 해결될 수 있게 된다. 또한 셀과 유닛 케이스 내측면 사이에도 간격이 존재하도록 구성되어 열 배출 및 통풍의 극대화가 가능하다.
3) 유닛팩에 내장되는 셀들을 병렬 연결하기 위해 셀의 단자판과 판상의 부스바를 대면적의 면 접촉상태로 접속시키므로 접촉저항이 최소화되는 장점이 있다. 이에 접촉저항으로 인한 열 발생의 최소화, 셀 손상 방지 및 수명 향상, 안정성 향상 등 여러 장점이 있게 되고, 대면적의 접촉으로 전류 용량의 한계성이 극복될 수 있게 된다. 또한 모든 셀의 단자판을 부스바와 일정한 면적으로 접촉시킬 수 있고, 이에 셀 간 전류/전압의 불균형 문제가 해소될 수 있다. 또한 불량 셀의 교체나 AS가 용이하다.
4) 또한 유닛팩들이 모두 단순 기구물로 체결, 접속되므로 케이블 등의 배선이 불필요하고, 기구물로 셀과 셀, 유닛팩과 유닛팩, 카트리지와 카트리지가 직, 병렬로 연결되어 셀 밸런싱을 구현하므로 별도의 밸런싱 조절을 위한 회로 구성이 불필요하다.

도 1과 도 2는 종래기술에 따른 전지 팩의 사시도로서, 도 1은 평면 사시도이고, 도 2는 저면 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 카트리지의 전체 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 셀 카트리지의 분리 사시도,
도 5는 도 3에 도시된 셀 카트리지에서 유닛팩들의 접속부를 중간도체판으로 연결한 상태를 도시한 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 셀 카트리지에서 PCB가 추가로 조립된 상태를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에서 유닛팩을 도시한 사시도,
도 8는 도 7에 도시된 유닛팩의 분리 사시도,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 유닛팩 조합형 셀 카트리지에서 도 8의 유닛팩과 함께 사용되는 또 다른 유닛팩들의 분리 사시도,
도 11은 도 7에 도시된 유닛팩에서 하부 케이스에 부스바를 결합한 상태의 사시도,
도 12는 도 11에 도시된 유닛팩에서 셀들을 추가로 조립한 사시도,
도 13은 도 11에 도시된 유닛팩에서 부스바를 이중으로 조립하는 상태를 도시한 사시도,
도 14와 도 15는 본 발명에 따른 축전장치를 도시한 도면으로서, 도 14는 축전장치의 외형을 도시한 도면이고, 도 15는 축전장치의 외부 케이스에 복수개의 셀 카트리지가 삽입된 상태를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 셀 카트리지110 : 카트리지 케이스
120a, 120b, 120c : 유닛팩140 : 셀
141 : 단자판
151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158 : 부스바
160 : PCB
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 유닛팩 조합형 셀 카트리지는 복수개의 셀(cell)을 기구물(부스바)을 이용해 접속시켜 유닛팩(unit pack)을 구성한 뒤 복수개의 유닛팩을 기구물(중간도체판)을 이용해 접속시켜 구성한 것에 주된 특징이 있는 것으로, 유닛팩 조합형 셀 카트리지에서 전체 유닛팩들이 케이블 및 커넥터 없이 기구물에 의해서만 체결 및 접속된다.
이러한 본 발명의 유닛팩 조합형 셀 카트리지는 셀들과 유닛팩들을 연결 및 분리가 용이한 기구물을 이용해 접속하므로 조립성 및 생산성이 크게 향상되고, 또한 유닛팩 속에 넣어지는 셀들의 개수, 카트리지에 사용되는 유닛팩들의 개수, 외부 케이스에 넣어지는 카트리지의 개수(본 발명의 축전장치에서)를 조절 및 변경하여 전류 및 전압 용량을 쉽게 조절할 수 있다.
이하, 본 발명에서 셀이라 함은 리튬이온(Li-ion), 리튬이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-메탈하이드라이드(Ni-MH), 납축전지(Lead-Acid) 등의 셀이 될 수 있다.
우선, 첨부한 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)의 전체 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)의 분리 사시도이다.
또한 첨부한 도 5는 도 3에 도시된 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)에서 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(152a,153a,154a,155a)를 중간도체판(150)으로 연결한 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 PCB(160)의 장착 상태를 도시한 사시도로서, 도 5 및 도 6은 내부 구성을 명확히 보여주기 위해 카트리지 케이스(110)를 모두 분리하여 도시한 것이다.
또한 첨부한 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에서 유닛팩(120a)을 도시한 사시도이고, 도 8는 도 7에 도시된 유닛팩(120a)의 분리 사시도이며, 도 9 및 도 10은 도 6에 도시된 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)에서 도 8의 유닛팩(120a)과 함께 사용되는 또 다른 유닛팩(120b,120c)들의 분리 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 카트리지(100)는 (+), (-)의 부스바(151,152,153,154,155,156) 및 외부 돌출 단자인 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)에 따라 구분되는 3가지 타입의 유닛팩(120a,120b,120c)들을 조합하여 구성되며, 각 타입의 유닛팩들을 도면부호 120a, 120b, 120c로 구분하여 나타내었다.
이에 따라, 도 8은 도면부호 120a의 유닛팩을, 도 9는 도면부호 120b의 유닛팩을, 도 10은 도면부호 120c의 유닛팩을 각각 도시한 것이다.
또한 첨부한 도 11은 도 7에 도시된 유닛팩(120a)에서 하부 케이스(123)에 부스바(151,152)를 결합한 상태의 사시도이고, 도 12는 셀(140)들을 추가로 조립한 사시도이며, 도 13은 부스바(151,152,157,158)를 이중으로 조립하는 상태를 도시한 사시도이다. 도 11, 도 12 및 도 13에서 상부 케이스는 도시를 생략하였다.
본 발명에서는 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 케이스(유닛 케이스)(121) 내에 셀(140)들을 배치하여 이들을 모두 기구물로 체결 및 접속하고, 또한 조립된 유닛팩(120a,120b,120c)들을 외장 케이스(카트리지 케이스)(110) 내에 삽입하여 이들을 모두 기구물로 체결 및 접속한 뒤 PCB(160)의 단자(162)에 최종 접속하여 하나의 모듈화된 일체형 셀 카트리지(100)를 구성하게 된다.
이때, 각 유닛팩(120a,120b,120c) 내에 셀(140)들은 기구물(부스바)에 의해 병렬로 연결되고, 셀 카트리지(100) 내에서 유닛팩(120a,120b,120c)들은 기구물(중간도체판)에 의해 직, 병렬로 연결된다.
우선, 예시한 바와 같이, 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)의 외장 케이스, 즉 카트리지 케이스(110)는 전면판(111a), 후면판(111b), 상면판(112), 좌우 측면판(113a,113b)으로 구성되며, 이들 판들이 조립되어 유닛팩(120a,120b,120c)들이 설치되는 내부공간을 가지는 직육면체의 카트리지 케이스(110)를 구성하게 된다.
상기 각 판들을 하나의 카트리지 케이스(110)로 조립하는 방식으로는, 중첩된 부위를 스크류(114)나 리벳 등의 체결수단을 사용하여 체결하는 방식, 금속판인 경우 용접하여 고정하는 방식, 상호 대응부위에 홈과 돌기를 마련하여 이들을 서로 끼워 고정하는 끼움방식, 기타 클램핑 수단을 사용하여 고정하는 클램핑 방식 등 통상의 케이스 조립에 적용되고 있는 기 공지된 다양한 방식이 채택될 수 있다. 물론, 상기의 방식을 복합 적용하는 것도 실시 가능하다.
상기 상면판(112)은 PCB(160)가 장착된 상태에서 PCB(160) 위를 덮는 일종의 커버부품이며, 내장된 유닛팩(120a,120b,120c)들을 둘러싸게 되는 나머지 전면판(111a), 후면판(111b), 좌우 측면판(113a,113b)에는 유닛팩(120a,120b,120c)들로부터 발산되는 열을 외부로 배출하면서 유닛팩(120a,120b,120c)들의 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위해 다수개의 통풍구(115)들이 형성된다.
한편, 카트리지 케이스(110) 내에는 복수개의 유닛팩(120a,120b,120c)들이 소정의 간격으로 삽입되어 설치되는데, 상기 유닛팩의 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)는 복수개의 유닛팩(120a,120b,120c)이 카트리지 케이스(110) 내에 삽입되어 설치되고, 각 유닛팩(120a,120b,120c)은 직육면체의 형상을 가지며, 이러한 유닛팩(120a,120b,120c)들이 카트리지 케이스(110) 내에 적층형으로 배치되도록 삽입된다.
여기서, 각각의 유닛팩(120a,120b,120c)은 유닛 케이스(121), (+)/(-) 양 단자(전극)에 각각 단자판(141)이 용접 설치되어 유닛 케이스(121)의 내부공간에 나란히 넣어지는 복수개의 셀(140), 상기 셀(140)들의 단자판(141)을 접속하는 기구물로서 유닛 케이스(121) 내에 조립되어 고정되는 부스바(booth bar)(151,152,153,154,155,156)를 포함하여 구성된다.
상기 유닛 케이스(121)는 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)로 구성되며, 이 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)가 셀(140)들이 넣어지는 내부공간을 형성하게 된다.
상기 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)는 절연재인 플라스틱을 소재로 제작될 수 있는 바, 상호 대응부위를 스크류(124)로 체결하는 스크류 체결방식으로 조립될 수 있으며, 기타 홈/돌기의 끼움방식, 턱과 턱 간의 걸림방식, 기타 클램핑 수단을 사용하여 고정하는 클램핑 방식 등 통상의 케이스 조립에 적용되고 있는 기 공지된 다양한 방식이 채택될 수 있다. 물론, 상기의 방식을 복합 적용하는 것도 실시 가능하다.
스크류(124)를 이용해 체결하는 방식의 예로서, 상부 케이스(122)에 스크류(124)가 관통할 수 있는 스크류홀(122a)을, 하부 케이스(123)에는 스크류(124)가 삽입되어 나사 체결될 수 있는 체결홀(123b)을 형성하며, 이때 스크류홀(122a)과 체결홀(123b)이 일치되도록 하부 케이스(123) 위에 상부 케이스(122)를 덮어 준 뒤 상부 케이스(122)의 스크류홀(122a)에 스크류(124)를 통과시켜 하부 케이스(123)의 체결홀(123b)에 나사 체결한다.
상기 하부 케이스(123)의 체결홀(123b)은 케이스 내측면으로부터 돌출된 구조물인 체결부(123a)에 형성하는 것이 바람직하며, 상기 체결부(123a)는 원통형의 돌기로서 후술하는 부스바(151,152,153,154,155,156)의 끼움홀(159a)에 끼워지게 된다.
상기와 같이 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)를 체결함에 있어서, 하부 케이스(123)의 체결부(123a) 및 체결홀(123b), 상부 케이스(122)의 스크류홀(122a)은 복수개로 형성하여 복수개의 체결점을 두는 것이 바람직하다.
그리고, 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)로 이루어진 유닛 케이스(121)의 양 측면부에는 외장 케이스인 카트리지 케이스(110)와의 스크류 체결을 위해 체결홀(125b)이 형성되는 바, 이는 유닛팩(120a,120b,120c)을 카트리지 케이스(110)의 내부공간에 위치 고정시키기 위한 것이다.
즉, 유닛팩(120a,120b,120c)이 카트리지 케이스(110)의 내부공간에 넣어진 상태에서, 카트리지 케이스(110)의 대응부위에 형성된 체결홀(116)을 통해 외부에서 내부로 스크류(117)를 삽입하여 유닛팩(120a,120b,120c)(유닛 케이스)의 체결홀(125b)에 나사 체결해줌으로써, 유닛팩(120a,120b,120c)이 카트리지 케이스(110)의 내부공간에서 완전히 고정되도록 하는 것이다.
그리고, 유닛 케이스(121)의 내측면에는 내부공간에 넣어진 셀(140)들의 위치를 고정하면서 정위치에 안착된 셀(140)들을 이격된 상태로 유지시키는 안착부(126)가 형성된다.
상기 유닛 케이스(121) 내에는 다수개의 셀(140)들이 넣어지므로 이들로부터 발산되는 열의 방출 및 케이스 내 통풍을 위한 구조(즉, 케이스의 셀 냉각 구조)가 매우 중요하다. 따라서, 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 유닛 케이스(121)에는 셀(140)들이 안착되어 지지되면서 셀(140)들을 이격된 상태로 위치 고정하는 안착부(126)가 설치된다.
상기 안착부(126)는 유닛 케이스(121)의 내측면에서 셀(140)들의 측면이 접촉되어 지지되는 부분으로, 유닛 케이스(121)의 내측면과 셀(140)들의 측면 간에도 간격이 발생할 수 있도록 유닛 케이스(121)의 내측면으로부터 소정 높이로 돌출된 리브 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
도 8, 도 9, 도 10을 참조하면, 유닛 케이스(121)의 내측면에 셀(140)의 측면을 지지하는 리브 형태의 안착부(126)가 다수 형성됨을 볼 수 있다. 이렇게 리브 형태의 안착부(126)를 형성함으로써 셀(140)과 셀 사이, 셀(140)과 유닛 케이스(121)의 내측면 사이에 모두 간격이 존재하게 되고, 이에 셀(140)로부터 방출되는 열의 효과적인 배출 및 통풍에 의한 셀 냉각 등의 효과를 기대할 수 있게 된다.
상기 안착부(126)는 유닛 케이스(121)를 구성하는 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)의 내측면에 모두 설치하거나, 상부 케이스(122) 및 하부 케이스(123) 중 어느 한쪽에 설치하는 것이 가능하며, 어느 한쪽에 설치하는 경우 상, 하부 케이스(122,123) 중 부스바(151,152,153,154,155,156)가 결합되는 케이스(예, 하부 케이스) 측에 설치하는 것이 셀 조립성 측면에서 보다 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 상기 안착부(126)에 의해 유지되는 셀(140)과 셀의 간격은 적어도 1.5mm 이상이 되도록 한다.
이와 더불어, 유닛 케이스(121), 즉 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)에는 다수개의 통풍구(127)가 형성되며, 이때 각 통풍구(127)는 도시된 바와 같이 셀(140)의 길이방향과 평행한 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또는 셀(140)에서 특히 방전시 열이 가장 많이 발생하는 부위가 셀 길이방향 기준으로 셀(140)의 중앙부가 되는 바, 셀(140)들의 중앙부를 따르도록 유닛 케이스(121)에 통풍구(도시하지 않음)를 형성하는 것도 가능하다. 즉, 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)에서 셀(140)들의 중앙부 바로 바깥쪽 부분으로 통풍구를 형성하며, 이때 셀(140)들의 횡방향으로 길게 통풍구를 형성하여 케이스 외부에서 셀(140)들의 중앙부가 보일 수 있도록 노출시키는 것이다.
상기와 같이 유닛 케이스(121) 내에서 셀(140)들이 상기 안착부(126)에 의해 소정 간격으로 이격 배치되는 동시에 유닛 케이스(121) 자체의 통풍구(127)를 통해 열 방출 및 통풍이 이루어지도록 함으로써, 셀 온도가 규정 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있게 되고, 열로 인한 셀 손상 및 안정성 저하의 문제가 해결될 수 있게 된다. 이는 상대적으로 많은 열이 발생하는 셀의 방전시에 큰 장점이 된다.
한편, 본 발명에 따른 유닛팩(120a,120b,120c)에서는 셀(140)들이 판상의 부스바(151,152,153,154,155,156)에 의해 점 접촉이 아닌 상대적으로 대면적인 면 접촉방식으로 접속되는데, 이에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도 8, 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 모든 셀(140)에는 (+)/(-) 양 단자(전극)에 단자판(141)이 설치되어 접속되며, 단자판(141)이 셀(140)들을 유닛 케이스(121) 내에서 도체로 된 판상의 부스바(151,152,153,154,155,156)를 이용해 병렬로 연결하게 된다.
즉, 셀(140)들을 유닛 케이스(121) 내에서 안착부(126) 위에 안착시켜 나란하게 배치한 뒤, 셀(140)들의 단자판(141)을 도체판인 부스바(151,152,153,154,155,156)에 체결하여 셀(140)들을 병렬로 연결하는 것이다.
상기 단자판(141)과 부스바(151,152,153,154,155,156)는 전기접속부품이므로 도체로 제작되어야 하는 바, 예컨대 단자판(141)의 경우 니켈 또는 은, 구리, 금, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨 등의 소재로 제작될 수 있고, 상기 부스바(151,152,153,154,155,156)는 니켈판이나 동판 등의 도체판으로 제작될 수 있다.
상기 부스바(151,152,153,154,155,156)는 유닛 케이스(121) 내에 넣어진 셀(140)들의 단자판(141)을 횡으로 연결하는 도체수단으로서, 길게 형성된 판상의 구조로 제작되어 유닛 케이스(121)의 내측면에 횡으로 길게 고정 설치된다.
유닛 케이스(121) 내에 넣어진 셀(140)들은 상기 부스바(151,152,153,154,155,156)에 의해 병렬로 접속되는데, 유닛 케이스(121) 내에 셀(140)들이 소정 간격으로 나란히 배치된 상태에서 셀들의 (+) 단자판끼리, 그리고 (-) 단자판끼리 각각 부스바(151,152,153,154,155,156)에 의해 연결되어 접속된다.
이를 위해 셀(140)들의 단부쪽으로 (+) 극 및 (-) 극의 부스바(151,152,153,154,155,156)가 설치되며, 각 부스바(151,152,153,154,155,156)에 하부 케이스(123)의 체결부(123a)가 삽입되는 끼움홀(159a)이 형성된다.
또한 각 부스바(151,152,153,154,155,156)에 셀(140)들의 단자판(141)이 접속 및 체결되는 방식으로는 스크류 체결방식 또는 리벳 체결방식이 적용될 수 있다.
즉, 부스바(151,152,153,154,155,156)의 체결홀(159b)에 단자판(141)의 체결홀(141a)이 일치되도록 셀(140)들의 단자판(141)을 부스바(151,152,153,154,155,156)에 접촉시킨 상태에서, 스크류(도 11에서 도면부호 142임)를 부스바(151,152,153,154,155,156)와 단자판(141)의 체결홀(159b,141a)에 관통시켜 유닛 케이스(121)(하부 케이스) 내측면의 체결홀(123c)에 나사 체결함으로써, 부스바(151,152,153,154,155,156)와 단자판(141)을 면 접촉상태로 유닛 케이스(121)에 함께 고정하는 것이다.
유닛 케이스(121)에 체결부(123a)가 형성되고 부스바(151,152,153,154,155,156)에 끼움홀(159a)이 형성된 경우, 셀(140)들의 단자판(141)을 부스바(151,152,153,154,155,156)와 체결하기 전에, 부스바(151,152,153,154,155,156)의 끼움홀(159a)에 유닛 케이스(121)의 체결부(123a)를 끼워 유닛 케이스(121)(하부 케이스) 내 부스바(151,152,153,154,155,156)의 위치를 미리 고정시킬 수 있므로 조립이 용이해진다.
즉, 부스바(151,152,153,154,155,156)의 조립시 끼움홀(159a)에 하부 케이스(123)의 체결부(123a)가 삽입되도록 하여 부스바(151,152,153,154,155,156)의 위치를 정확히 잡아줄 수 있고, 이 상태에서 안착부(126) 위에 올려진 셀(140)들의 단자판(141)을 부스바(151,152,153,154,155,156)와 체결할 때 부스바가 움직이지 않게 위치 고정되므로 스크류 체결 작업이 보다 용이해진다.
도 8, 도 9, 도 10을 참조하면, 셀(140)에 용접된 단자판(141)에 스크류(도 11에서 도면부호 142임)가 체결되는 체결홀(141a)이 형성됨을 볼 수 있다. 또한 도 8, 도 9, 도 10을 참조하면, 부스바(151,152,153,154,155,156)에 유닛 케이스(121)의 체결부(123a)가 삽입되는 복수개의 끼움홀(159a)과, 스크류(단자판 체결용)(142)가 체결되는 복수개의 체결홀(159b)이 형성됨을 볼 수 있다.
또한 부스바(151,152,153,154,155,156)의 단부에는 부스바가 정위치에 설치된 상태에서 유닛 케이스(121)의 홀(129)을 통해 유닛팩(120a,120b,120c) 외부로 돌출 연장되는 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 형성되는 바, 이 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)는 부스바(151,152,153,154,155,156)의 외부 접속을 위한 것으로, 'ㄱ' 자 형태로 절곡된 구조가 될 수 있다.
상기와 같이 구성된 유닛팩(120a,120b,120c)의 조립 순서에 대해 설명하면, 우선 하부 케이스(123) 내에 (+) 극 및 (-) 극의 부스바(151,152,153,154,155,156)를 각각 설치하며, 이때 끼움홀(159a)에 하부 케이스(123)의 체결부(123a)가 삽입되도록 하여 설치한다.
이후 셀(140)들을 하부 케이스(123) 내측면의 안착부(126) 위에 안착시키는데, 이때 단자판(141)의 체결홀(141a)과 부스바(151,152,153,154,155,156)의 체결홀(159b)이 일치될 수 있도록 셀(140)들의 단자판(141)을 부스바(151,152,153,154,155,156)에 겹쳐놓는다.
이어 셀(140)들의 단자판(141)과 부스바(151,152,153,154,155,156)를 하나씩 스크류(도 11에서 도면부호 142임)를 이용해 하부 케이스(123)에 체결하며, 이때 단자판(141)과 부스바(151,152,153,154,155,156)의 체결홀(159b,141a)에 스크류(142)를 통과시켜 하부 케이스(123) 내측면의 체결홀에 나사 체결하게 된다.
이후 상부 케이스(122)를 하부 케이스(123) 위에 덮고 스크류(124)로 체결하면 조립이 완료되며, 조립이 완료된 상태에서는 각 부스바(151,152,153,154,155,156)의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 유닛팩(120a,120b,120c) 외부로 돌출되어 노출되게 된다.
이때, 유닛팩(120a,120b,120c)의 내부에서 셀(140)들의 (+) 단자에 용접된 단자판(141)들과 (-) 단자에 용접된 단자판(141)들이 각각의 부스바(151,152,153,154,155,156)에 의해 병렬로 연결되므로, 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 외부로는 (+)와 (-) 극성을 각각 가지게 되는 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a) 2개씩이 나와 있게 된다.
즉, 2개의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a) 중 1개는 셀(140)들의 (+) 단자에 용접된 단자판(141)들과 연결된 접속부가 되고, 나머지 다른 1개는 셀(140)들의 (-) 단자에 설치된 단자판(141)들과 연결된 접속부가 된다.
셀(140)들을 부스바(151,152,153,154,155,156)로 병렬 연결함에 있어서, 상기와 같이 부스바(151,152,153,154,155,156) 위에 셀들의 단자판(141)을 올려놓고 바로 스크류(142)로 체결하는 것을 설명하였으나, 도면에 예시한 바와 같이, 셀(140)들의 단자판(141) 위에 또 하나의 부스바(157,158)를 추가로 스크류 또는 리벳으로 체결하는 것이 가능하다. 즉, 셀(140)들의 단자판(141) 위, 아래로 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)가 체결되도록 하는 것이다.
이 경우 위, 아래의 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158) 사이에 셀(140)들의 단자판(141)이 개제되어 단자판의 양면이 모두 부스바에 접촉되므로 접촉면적을 보다 크게 할 수 있고, 단자판(141)들을 상측의 부스바(157,158)가 고르게 눌러주므로 전체 셀들에 대해 단자판의 접촉면적을 최대한 일정하게 해줄 수 있다.
결국, 접촉면적의 증가와 더불어 접촉저항의 감소, 안정적인 접속상태 유지, 열 발생의 최소화, 셀 간 전압, 전류 불균형의 최소화 등 여러 장점이 있게 된다.
상기 상측의 부스바(157,158)의 경우에도 하측의 부스바(151,152,153,154,155,156)와 마찬가지로 동일한 용도의 끼움홀(159c) 및 체결홀(159d)이 형성되어 구비된다.
이와 같이 하여, 유닛팩(120a,120b,120c)에 내장되는 셀(140)들을 병렬 연결하기 위해 셀에 용접된 단자판(141)과 부스바(151,152,153,154,155,156)를 체결하는 방식에서는 단자판(141)과 판상의 부스바(151,152,153,154,155,156)를 점 접촉이 아닌 면과 면 간의 접촉, 즉 상대적으로 대면적의 면 접촉상태로 접속시킬 수 있으므로 접촉저항을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 이에 접촉저항으로 인한 열 발생의 최소화, 셀 손상 방지 및 수명 향상, 안정성 향상 등 여러 장점이 있게 되고, 대면적의 접촉으로 전류 용량의 한계성이 극복될 수 있게 된다.
또한 유닛 케이스(121) 내에 셀(140)들을 정위치에 안착시킨 상태에서 단자판(141)과 판상의 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)를 면 접촉상태로 체결하여, 모든 셀(140)의 단자판(141)을 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)와 일정한 면적으로 접촉시킬 수 있고, 이에 셀 간 전류/전압의 불균형 문제가 해소될 수 있다.
아울러, 상기한 구성의 유닛팩(120a,120b,120c)에서는 셀(140)의 개수를 필요에 따라 조절함으로써 전체 유닛팩의 전류 용량을 쉽게 조절할 수 있고(셀의 개수를 줄이거나 늘리는 변경이 용이함), 특히 셀(140)들이 모두 기구물로 체결 및 접속되므로 필요한 경우 불량 셀의 교체나 AS가 용이하다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)에서는 카트리지 케이스(110) 내에 복수개의 유닛팩(120a,120b,120c)이 삽입된 뒤 유닛팩들이 기구물(중간도체판)에 의해 전기적으로 접속된 상태에서 그 위로 PCB(160)가 장착된다.
이때, 외부로 노출된 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)를 PCB(160)의 단자(162)에 직접 접속시키거나, 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(152a,153a,154a,155a)를 중간도체판(150)을 이용해 서로 연결함으로써, 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 전체 유닛팩(120a,120b,120c)들이 전기적으로 연결된 하나의 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)를 구성하게 된다.
본 발명에서는 유닛팩(120a,120b,120c) 내부의 셀(140)들이 전술한 바와 같이 병렬로 접속되는 동시에 카트리지 케이스(110)에 삽입된 유닛팩(120a,120b,120c)들은 서로 직, 병렬로 접속되어, 전체 셀(140)들이 직, 병렬 복합연결방식으로 연결된 셀 카트리지(100)가 구성될 수 있는데, 이에 대용량, 고전압, 대전류의 유닛팩 조합형 셀 카트리지가 구성될 수 있다.
카트리지 케이스(110) 내에 삽입되는 복수개의 유닛팩(120a,120b,120c)들은 서로 접촉되지 않고 이격 배치되도록 카트리지 케이스 내에서 유닛팩의 위치가 설정되어 고정된다.
유닛팩(120a,120b,120c)의 고정은 전술한 바와 같이 카트리지 케이스(110)와 유닛팩(120a,120b,120c) 양 측면부에 형성된 체결홀(125b)에 스크류(117)를 체결함으로써 이루어지는데, 이때 유닛팩(120a,120b,120c)의 측면부와 카트리지 케이스(110)의 내측면 간에도 서로 이격될 수 있도록 유닛팩(120a,120b,120c)의 체결홀(125b)은 유닛팩(120a,120b,120c) 외부 표면, 즉 상기 측면부 표면으로부터 소정 높이로 돌출된 체결부(125a)에 형성되는 것이 바람직하다.
또한 유닛 케이스(121)의 측면부로부터 돌출된 체결부(125a)가 카트리지 케이스(110)의 내측면에 접촉된 상태로 유닛 케이스(121)의 체결홀(125b)과 카트리지 케이스(110)의 체결홀(116)에 스크류(117)가 체결되고 나면, 체결부 높이만큼 유닛 케이스(121)(유닛팩)의 나머지 외부 표면이 카트리지 케이스(110)의 내측면과 이격된 상태가 될 수 있다.
그리고, 바람직한 실시예에서, 셀 카트리지(100)에 내장되는 유닛팩(120a,120b,120c)들이 모두 이격 배치될 수 있도록 카트리지 케이스(110) 내에 복수개의 이격부(118)가 형성될 수 있다.
상기 이격부(118)들은 카트리지 케이스(110) 내측면에 소정 간격으로 형성되며, 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 유닛팩(120a,120b,120c)들 사이에 넣어지도록 돌출 형성된다.
결국, 상기 이격부(118)들은 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 유닛팩(120a,120b,120c)들의 간격을 유지시키는 것으로, 카트리지 케이스(110) 내에 유닛팩(120a,120b,120c)들을 각 이격부(118) 사이로 삽입하면, 전체 유닛팩(120a,120b,120c)들이 소정 간격으로 이격 배치될 수 있게 된다.
그리고, 각 유닛팩(120a,120b,120c)에는 부스바(151,153,155)와 일체로 된 (+) 극성의 접속부(151a,153a,155a)(셀들의 (+) 단자판과 전기적으로 연결됨)와 (-) 극성의 접속부(152a,154a,156a)(셀들의 (-) 단자판과 전기적으로 연결됨)가 외부로 돌출되어 있는 바, 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(152a,153a,154a,155a)를 중간도체판(150)으로 연결한 뒤 이 중간도체판(150)을 PCB(160)의 단자(162)에 접속시켜 전기적으로 연결한다.
상기 중간도체판(150)은 유닛팩들을 직렬 또는 병렬로 접속하는 도체부재로서, 상기 유닛팩(120a,120b,120c)들이 서로 직렬로 연결될 때, 상기 중간도체판(150)은 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c) 간에 반대 극성을 갖는 (+), (-) 접속부(152a,153a,154a,155a) 사이를 연결하게 된다.
또한 상기 유닛팩(120a,120b,120c)들이 서로 병렬로 연결될 때, 상기 중간도체판(150)은 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c) 간에 동일 극성을 갖는 접속부(152a,153a,154a,155a) 사이를 연결하게 된다.
도 4와 도 5는 직렬로 접속시키는 예를 나타낸 것이다.
보다 상세히 설명하면, 카트리지 케이스(110) 내에 넣어진 유닛팩(120a,120b,120c)들을 모두 직렬로 연결하고자 할 경우, 카트리지 케이스(110) 내에 유닛팩(120a,120b,120c)을 삽입할 때 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 방향이 바뀌지 않도록 주의하여 삽입해야 한다.
이때, 삽입 후 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(152a,153a,154a,155a)가 중간도체판(150)에 의해 직렬로 연결되어야 하므로, 카트리지 케이스(110) 내 유닛팩(120a,120b,120c)의 배열에서 반대 극성의 접속부들이 같은 방향에서 번갈아 교번되도록 해야 한다. 즉, 같은 방향에서 (+), (-), (+), (-)...의 순으로 반대 극성의 접속부들이 이웃하여 교대로 위치되게 해야 하는 것이다.
상기와 같은 배열이 되도록 유닛팩(120a,120b,120c)들이 삽입되고 나면, 이웃한 두 유닛팩의 반대 극성을 갖는 접속부(152a,153a,154a,155a)들끼리 중간도체판(150)을 이용해 연결하고, 이어 PCB(160)를 장착하되, 양끝에 위치된 두 유닛팩(120a,120c)의 접속부(151a,156a)는 직접 PCB(160)의 단자(162)에 접속시켜 전기적으로 연결하며, 각 중간도체판(150)을 PCB(160)의 정해진 단자에 접속시킨다.
상기 PCB(160)의 단자(162)에 직접 연결되는 양끝 두 유닛팩(120a,120c)의 접속부(151a,156a) 중 하나는 (+) 극성의 접속부가 되고, 나머지 다른 하나는 (-) 극성의 접속부가 된다.
상기 접속부(152a,153a,154a,155a)와 중간도체판(150)은 체결홀을 통해 면 접촉상태로 볼트(도시하지 않음) 또는 리벳으로 체결하여 전기적으로 접속시킬 수 있으며, PCB(160)의 단자(162)와 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a), PCB(160)의 단자(162)와 중간도체판(150)의 접속 역시 면 접촉상태로 볼트(151b,156b,163a)로 체결하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
이와 같이 유닛팩(120a,120b,120c)의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 중간도체판(150) 등을 통해 최종 접속되도록 PCB(160)를 장착하고, 상기 PCB(160) 위로 상면판(112)을 조립하면 하나의 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)가 완성된다.
상기 PCB(160)에는 셀(140)과 유닛팩(120a,120b,120c)의 전류 및 전압을 모니터링하기 위한 회로, 과전류, 과전압, 과충전, 과방전을 차단하기 위한 안전회로 등이 구성된다.
도 4에서 도면부호 128은 오조립을 방지하기 위한 가이드판(128)으로서, 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 단부에서 정해진 위치에 스크류(128a) 등으로 체결되어 조립되며, 유닛팩(120a,120b,120c)이 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 상태에서 가이드판(128)은 유닛팩(120a,120b,120c)의 단부로부터 상방으로 돌출되는 구조물이 된다.
또한 PCB(160)의 미리 정해진 위치에는 각 유닛팩(120a,120b,120c)의 가이드판(128)이 삽입될 수 있는 복수개의 가이드슬릿(161)이 형성되는데, 유닛팩(120a,120b,120c)이 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 상태에서 그 상측으로 PCB(160)가 조립될 때 PCB(160)의 각 위치에 형성된 가이드슬릿(161)에 유닛팩(120a,120b,120c)의 가이드판(128)이 각각 끼워지도록 되어 있다.
유닛팩(120a,120b,120c)이 삽입될 때 그 앞뒤 방향이 바뀌면(유닛팩이 뒤집어 끼워지면) 중간도체판(150)을 연결할 수 없을 뿐만 아니라 정해진 직, 병렬 연결을 이루기 어려운 바, 유닛팩(120a,120b,120c)의 삽입시 조립자가 쉽게 올바른 앞뒤 방향을 인지할 수 있도록 상기 가이드판(128)을 설치하는 것이며, PCB(160)의 대응되는 가이드슬릿(161)에 가이드판(128)이 삽입되는지를 확인한 뒤 조립을 하도록 한다.
어느 하나의 유닛팩(120a,120b,120c)이라도 앞뒤 방향이 바뀌어 삽입된 경우, PCB(160) 장착시 앞뒤 방향이 반대로 오조립된 유닛팩(120a,120b,120c)의 가이드판(128)은 PCB(160)의 가이드슬릿(161)에 삽입될 수 없는 바, 조립자는 이를 인지하여 정확히 유닛팩(120a,120b,120c)의 앞뒤 방향을 맞춘 후 삽입할 수 있게 된다.
이와 같이 가이드판(128)과 가이드슬릿(161)을 구비하면 오조립을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 조립이 보다 용이해지고, 작업시간 단축, 작업속도 향상의 장점이 있게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 복수개의 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)를 외부 케이스(2)에 수납하여 카트리지 상호 간 직, 병렬 복합연결구조로 접속됨으로써 하나의 시스템으로 구성되는 카트리지 조합형 축전장치(1)를 포함한다.
첨부한 도 14와 도 15은 본 발명에 따른 축전장치를 도시한 도면으로서, 도 14는 본 발명에 따른 축전장치(1)의 외형을 도시한 것이며, 도 15은 축전장치(1)의 외부 케이스(2)에 복수개의 셀 카트리지(100)가 삽입된 상태를 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이, 외부 케이스(2)에 복수개의 셀 카트리지(100)가 수납되어 카트리지 간에 전기적으로 접속됨으로써 일체의 시스템, 즉 상기 충전장치(1)가 구성되는데, 각 셀 카트리지(100)들이, 외부 케이스(2)에 안착된 상태에서, 접속부(151a,156a) 간에 케이블연결방식, 부스바연결방식 또는 커넥터연결방식에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 접속부위로 각 접속부(151a,156a)에 일체로 설치된 볼트(151b,156b)가 이용될 수 있다.
상기 셀 카트리지(100)들은 외부 케이스(2) 내측에서 모두 직렬 연결 또는 모두 병렬 연결 또는 직, 병렬 혼합 연결될 수 있다.
예컨대, 외부 케이스(2) 내측으로 셀 카트리지(100)의 접속부(151a,156a)가 접속되는 커넥터(미도시됨)를 설치하고, 상기 커넥터 간을 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 직,병렬 혼합 연결하는 회로를 외부 케이스(2)에 구비한 뒤, 셀 카트리지(100)가 외부 케이스(2)에 안착됨과 동시에 커넥터에 자동 접속되도록 하는 것이 가능하다.
이때, 필요한 경우, 셀 카트리지(100)의 안착시 외부 케이스(2)의 커넥터에 자동 접속되는 별도의 커넥터를 각 셀 카트리지의 접속부(151a,156a)에 끼우는 것도 실시 가능하다.
또한 상기 외부 케이스(2)에는 복수개의 통풍구(3)를 형성하는 것이 바람직하다.
결국, 상기와 같은 본 발명의 셀 카트리지(100)에서는 유닛팩(120a,120b,120c)의 개수를 필요에 따라 적절히 조절함으로써 전체 셀 카트리지(100)의 전압과 전류용량을 용이하게 조절할 수 있고(유닛팩의 개수를 줄이거나 늘리는 변경이 용이함), 특히 유닛팩(120a,120b,120c)들 간에 모두 기구물로 체결 및 접속되므로 조립성 및 생산성이 향상될 수 있다. 또한 개별 유닛팩(120a,120b,120c)의 교체나 AS가 용이하다.
또한 유닛팩(120a,120b,120c)들이 모두 단순 기구물로 체결, 접속되므로 케이블 등의 배선이 불필요하고, 기구물로 셀(140)과 셀, 유닛팩(120a,120b,120c)과 유닛팩, 카트리지(100)와 카트리지가 직, 병렬로 연결되어 셀 밸런싱을 구현하므로 별도의 밸런싱 조절을 위한 회로 구성이 불필요하다.

Claims (30)

  1. 양 단자에 단자판(141)이 설치된 셀(140)들이 상기 단자판(141)과 유닛 케이스(121) 내에 설치된 부스바(151,152,153,154,155,156)에 의해 서로 연결되고, 상기 부스바(151,152,153,154,155,156)의 단부에 형성된 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 상기 유닛 케이스(121)의 외부로 돌출된 구조로 이루어진 유닛팩(120a,120b,120c)들과; 상기 유닛팩(120a,120b,120c)들이 삽입되는 카트리지 케이스(110)와;상기 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 접속되는 PCB(160);를 포함하여 구성되고, 상기 카트리지 케이스(110) 내에 삽입된 유닛팩(120a,120b,120c)들의 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가, 중간도체판(150)에 의해 서로 연결되어 상기 중간도체판(150)을 매개로 상기 PCB(160)의 단자(162)에 전기적으로 연결되거나, 직접 상기 PCB(160)의 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  2. 청구항 1에 있어서,상기 셀(140)들의 단자판(141)이 판상의 상기 부스바(151,152,153,154,155,156)와 겹쳐져 부스바와의 면 접촉상태로 연결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  3. 청구항 2에 있어서,상기 셀(140)들의 단자판(141)이 면 접촉상태로 접속된 상기 부스바(151,152,153,154,155,156)와 함께 유닛 케이스(121) 내측면에 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  4. 청구항 2에 있어서,상기 셀(140)들의 단자판(141)과 겹쳐져 면 접촉상태로 연결되는 판상의 부스바(157,158)가 추가로 설치되어 상기 셀(140)들의 단자판(141)이 위, 아래의 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158) 사이에 개재되고, 상기 셀(140)들의 단자판(141)이 상기 위, 아래의 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)와 함께 유닛 케이스(121) 내측면에 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,각각의 상기 유닛팩(120a,120b,120c) 내에서 셀(140)들은 상기 단자판(141) 및 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)를 매개로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  6. 청구항 5에 있어서,각각의 상기 유닛팩(120a,120b,120c) 내에서 셀(140)들이 유닛 케이스(121) 내에 나란하게 배치되어, 상기 셀(140)들의 (+) 단자에 설치된 단자판(141)들이 길게 형성된 (+) 극성의 부스바(151,153,155,157)에 접속되고, 상기 셀(140)들의 (-) 단자에 설치된 단자판(141)들이 길게 형성된 (-) 극성의 부스바(152,154,156,158)에 접속되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  7. 청구항 6에 있어서,상기 (+) 극성의 부스바(151,153,155)와 (-) 극성의 부스바(152,154,156)에 각각 일체로 형성된 접속부(151a,152a,153a,154a,155a,156a)가 상기 유닛 케이스(121)의 외부로 돌출되어, 각각의 유닛팩(120a,120b,120c)이 (+), (-) 극성을 가지게 되는 총 2개의 접속부를 가지는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  8. 청구항 6에 있어서,상기 유닛팩(120a,120b,120c)들은 접속부(152a,153a,154a,155a)에 연결된 중간도체판(150)에 의해 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  9. 청구항 8에 있어서,상기 유닛팩(120a,120b,120c)들이 서로 직렬로 연결될 때, 상기 중간도체판(150)이 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c) 간에 반대 극성을 갖는 (+), (-) 접속부(152a,153a,154a,155a) 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  10. 청구항 8에 있어서,상기 유닛팩(120a,120b,120c)들이 서로 병렬로 연결될 때, 상기 중간도체판(150)이 이웃한 유닛팩(120a,120b,120c) 간에 동일 극성을 갖는 접속부(152a,153a,154a,155a) 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  11. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서, 상기 중간도체판(150)과 접속부(152a,153a,154a,155a)는 면 접촉상태로 접속되어 체결되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  12. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,상기 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)는 끼움홀(159a,159c)이 형성되어 상기 끼움홀(159a,159c)에 상기 유닛 케이스(121)의 내측면에 형성된 돌출된 구조물이 끼워짐으로써 유닛 케이스(121)와 결합되는 동시에 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  13. 청구항 12에 있어서,상기 유닛 케이스(121)는 스크류(124)에 의해 체결되는 상부 케이스(122)와 하부 케이스(123)로 구성되고, 상기 스크류(124)가 체결되는 하부 케이스(123)의 체결홀(123b)은 상기 돌출된 구조물인 체결부(123a)에 형성되어, 상기 부스바(151,152,153,154,155,156,157,158)가 상기 체결부(123a)에 의해 유닛 케이스(121)와 결합되는 동시에 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  14. 청구항 1에 있어서,상기 카트리지 케이스(110)에는 유닛팩(120a,120b,120c)들로부터 발산되는 열을 외부로 배출하면서 유닛팩(120a,120b,120c)들의 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위한 통풍구(115)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  15. 청구항 1에 있어서,상기 유닛팩(120a,120b,120c)들은 직육면체의 형상을 가지면서 상기 카트리지 케이스(110) 내에 적층형으로 배치되도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  16. 청구항 1 또는 청구항 15에 있어서,상기 유닛팩(120a,120b,120c)들은 카트리지 케이스(110)와 스크류(117)로 체결되어 위치 고정되고, 상기 스크류(117)가 체결되는 유닛팩(120a,120b,120c)들의 체결홀(125b)은 유닛팩(120a,120b,120c) 외부 표면으로부터 돌출 형성된 체결부(125a)에 형성되어, 상기 체결부(125a)를 제외한 유닛팩(120a,120b,120c) 외부 표면과 카트리지 케이스 내측면 사이에 간격이 존재하도록 된 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  17. 청구항 1 또는 청구항 15에 있어서,상기 카트리지 케이스(110) 내측면에는 유닛팩(120a,120b,120c)들이 카트리지 케이스(110) 내에서 이격 배치되도록 유닛팩(120a,120b,120c)들 사이에 넣어지는 이격부(118)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  18. 청구항 1에 있어서,상기 유닛 케이스(121)의 내측면에는 셀(140)들이 안착된 상태에서 그 위치를 고정하면서 안착된 셀(140)들을 이격된 상태로 유지시켜 방열이 이루어지도록 하는 안착부(126)가 형성된 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  19. 청구항 18에 있어서,상기 안착부(126)는 유닛 케이스(121)의 내측면과 셀(140)들의 측면 간에 이격될 수 있도록 상기 유닛 케이스(121)의 내측면으로부터 돌출된 리브 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  20. 청구항 1에 있어서,상기 유닛 케이스(121)에는 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위한 통풍구가 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  21. 청구항 20에 있어서,상기 유닛 케이스(121) 내에서 셀(140)들이 나란하게 배치되고,상기 통풍구로서 셀(140)들의 길이방향과 평행한 방향으로 길게 형성된 복수개의 통풍구(127)들이 구비되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  22. 청구항 20에 있어서,상기 유닛 케이스(121) 내에서 셀(140)들이 나란하게 배치되고,상기 통풍구는 셀(140)들의 중앙부를 따르도록 셀(140)들의 횡방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  23. 청구항 1에 있어서,상기 단자판(141)은 니켈, 은, 구리, 금, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨 중 선택된 하나의 소재로 제작된 것을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  24. 청구항 1에 있어서,각각의 상기 유닛팩(120a,120b,120c)의 정해진 위치에 오조립 방지용 가이드판(128)이 설치되고,상기 PCB(160)의 정해진 위치에 상기 유닛팩(120a,120b,120c)의 오조립 방지용 가이드판(128)이 끼워지는 복수개의 가이드슬릿(161)이 형성된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  25. 청구항 1에 있어서,상기 셀(140)이 리튬이온(Li-ion), 리튬이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-메탈하이드라이드(Ni-MH), 그리고 납축전지(Lead-Acid) 셀 중 선택된 것임을 특징으로 하는 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지.
  26. 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항의 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100) 복수개가 외부 케이스(2)에 수납되어 카트리지 상호 간 접속됨으로써 하나의 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 카트리지 조합형 축전장치.
  27. 청구항 26에 있어서,상기 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)들은 상기 외부 케이스(2) 내측에서 접속부(151a,156a)가 케이블연결방식, 부스바연결방식 또는 커넥터연결방식에 의해 전기적으로 연결되어 상호 간에 접속됨으로써 하나의 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 카트리지 조합형 축전장치.
  28. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서,상기 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)들은 상기 외부 케이스(2) 내측에서 상호 간에 모두 직렬 연결 또는 모두 병렬 연결 또는 직, 병렬 혼합 연결되어 접속됨으로써 하나의 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 카트리지 조합형 축전장치.
  29. 청구항 27에 있어서,상기 커넥터연결방식에서, 상기 외부 케이스(2) 내측으로 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)의 접속부(151a,156a)가 접속되는 커넥터를 설치하고, 상기 유닛팩 조합형 셀 카트리지(100)가 상기 외부 케이스(2) 내측으로 안착될 때 상기 접속부(151a,156a)가 상기 커넥터에 자동 접속됨으로써 하나의 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 카트리지 조합형 축전장치.
  30. 청구항 26에 있어서,상기 외부 케이스(2)에는 온도 상승을 막아주는 통풍 효과를 위한 통풍구(3)가 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 조합형 축전장치.
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