WO2010147384A2 - 기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지 - Google Patents

기구물체결방식의 유닛팩 조합형 셀 카트리지 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cell cartridge, and more particularly, to a cell cartridge in which a plurality of unit cells are assembled into a case and modularized.
  • a configuration of a conventional lithium-ion cell pack includes a plurality of rechargeable / dischargeable batteries. Li-ion cells are integrally bundled to form a unit bundle, and then a plurality of unit bundles are collected to make a larger bundle, and these are collected to form a larger bundle, thereby manufacturing a cell pack having a desired capacity.
  • unit cells (cylindrical cells) of a circular cross section or unit cells of a rectangular cross section are made of a material such as glass tape to make one unit bundle, and a plurality of unit bundles are made in the same manner, and then the unit bundles are properly made of glass tape. In combination, one cell pack is manufactured.
  • 14 unit cells are bundled with glass tape (14 unit bundles), and these are then again separated by 2 glass tapes.
  • 7 bundles are made into two bundles, and each of them is made into three bundles using glass tape, and these three bundles are made up of the remaining bundles of the seven bundles and the whole, and a total of 98 units
  • a pack of cells made up of cells is made into a bundle.
  • the adjacent cells bound by the glass tape are in direct contact with each other in close contact with each other, so the buffering effect between the cells is insufficient, and heat is conducted between the cells, causing interaction with each other. This can significantly shorten the life of the battery.
  • an object of the present invention is to provide a unit pack combination cell cartridge of a mechanism fastening method capable of solving all the above problems, and a cartridge combination power storage device connected to each other in parallel and parallel structure.
  • the cells provided with the terminal plate on both terminals are connected to each other by the bus bar provided in the terminal plate and the unit case, the connecting portion formed at the end of the bus bar is the unit Unit packs configured to protrude out of the case; A cartridge case into which the unit packs are inserted; And a connection part of the unit packs connected to each other, wherein the connection parts of the unit packs inserted into the cartridge case are connected to each other by an intermediate conductor plate and electrically connected to the terminals of the PCB via the intermediate conductor plate.
  • a unit pack combination cell cartridge of the mechanical fastening method characterized in that connected or directly connected to the terminal of the PCB.
  • the terminal plates of the cells are characterized in that overlapping with the plate-shaped busbar is connected in a surface contact state with the busbar.
  • each of the unit pack is characterized in that connected in parallel via the terminal plate and the busbar.
  • cells in each of the unit packs are arranged side by side in a unit case such that terminal plates provided at the positive terminals of the cells are connected to a busbar of positive polarity formed long, and Terminal plates installed in the terminal are connected to the bus bar of the (-) polarity formed long.
  • unit packs are connected to each other in series or in parallel by an intermediate conductor plate connected to the connection portion.
  • the intermediate conductor plate and the connecting portion is characterized in that the connection is fastened in a surface contact state.
  • the cartridge case is characterized in that the vent is formed for the ventilation effect to prevent the temperature rise of the unit packs while discharging the heat emitted from the unit packs to the outside.
  • the inner surface of the unit case is characterized in that the seating portion is formed so that the heat dissipation is maintained by keeping the seated cells spaced while fixing the position in the seated state.
  • the unit case is preferably provided with a vent for forming a ventilation effect that prevents the temperature rise.
  • the unit pack combination cell cartridge according to the present invention is connected to the cells and the unit packs using a mechanism that is easy to connect and detach, thereby greatly improving the assembly and productivity, and also used in the number of cells and cartridges in the unit pack.
  • the current and voltage capacity can be easily changed by adjusting and changing the number of unit packs used and the number of cartridges used in the power storage device (in the power storage device according to the present invention).
  • the cells are spaced at predetermined intervals by the seating portion in the unit case and heat dissipation and ventilation are performed through the air vents of the unit case itself, thereby preventing the cell temperature from rising above a specified level.
  • the problem of cell damage and stability deterioration due to heat can be solved.
  • the gap between the cell and the inner side of the unit case is configured to maximize heat dissipation and ventilation is possible.
  • the contact plate of the cell and the busbar on the plate are connected in a large-area surface contact state, thereby minimizing contact resistance. Accordingly, there are various advantages such as minimizing heat generation due to contact resistance, preventing cell damage and improving lifespan, and improving stability, and the limitation of current capacity can be overcome by large area contact.
  • the terminal plates of all the cells can be brought into contact with the busbars in a constant area, thereby eliminating the imbalance of current / voltage between cells. It is also easy to replace defective cells or AS.
  • unit packs are all fastened and connected with a simple device, wiring is not necessary, and cell and cell, unit pack and unit pack, cartridge and cartridge are connected directly and in parallel to implement cell balancing. No circuit configuration is needed to adjust the balancing of the devices.
  • FIG. 1 and 2 are a perspective view of a battery pack according to the prior art
  • Figure 1 is a top perspective view
  • Figure 2 is a bottom perspective view
  • FIG. 3 is an overall perspective view of a cell cartridge according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the cell cartridge shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which connection units of unit packs are connected to an intermediate conductor plate in the cell cartridge shown in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the PCB further assembled in the cell cartridge shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a unit pack in a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the unit pack shown in FIG. 7;
  • FIG. 9 and 10 are separated perspective views of still other unit packs used with the unit pack of FIG. 8 in a unit pack combination cell cartridge according to the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of the bus bar coupled to the lower case in the unit pack shown in FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view of further assembling cells in the unit pack shown in FIG. 11;
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which busbars are dually assembled in the unit pack shown in FIG. 11;
  • FIG. 14 and 15 are views showing a power storage device according to the present invention
  • Figure 14 is a view showing the appearance of the power storage device
  • Figure 15 shows a state where a plurality of cell cartridges are inserted into the outer case of the power storage device.
  • Figure 14 is a view showing the appearance of the power storage device
  • Figure 15 shows a state where a plurality of cell cartridges are inserted into the outer case of the power storage device.
  • a unit pack is formed by connecting a plurality of cells using a device (booth bar), and then a plurality of unit packs are connected using a device (intermediate conductor plate).
  • boot bar a device
  • intermediate conductor plate a device that in the unit pack combined cell cartridge, the entire unit packs are fastened and connected only by the mechanism without cables and connectors.
  • the unit pack combination cell cartridge of the present invention connects the cells and the unit packs with a mechanism that is easy to connect and detach, the assembly and productivity are greatly improved, and the number of cells to be placed in the unit pack, the unit used in the cartridge
  • the current and voltage capacity can be easily adjusted by adjusting and changing the number of packs and the number of cartridges (in the power storage device of the present invention) that are put in the outer case.
  • the cell refers to lithium-ion (Li-ion), lithium-ion polymer (Li-ion Polymer), nickel-cadmium (Ni-Cd), nickel-metal hydride (Ni-MH), lead acid battery ( Lead-Acid).
  • FIG. 3 is an overall perspective view of the unit pack combined cell cartridge 100 according to the preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the unit pack combined cell cartridge 100 shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the unit pack combination cell cartridge 100 shown in FIG. 3 connecting the connection parts 152a, 153a, 154a, and 155a of the unit packs 120a, 120b, and 120c to the intermediate conductor plate 150.
  • Figure 6 is a perspective view showing the state
  • Figure 6 is a perspective view showing the mounting state of the PCB 160
  • Figures 5 and 6 are shown separately from the cartridge case 110 in order to clearly show the internal configuration.
  • Figure 7 is a perspective view showing a unit pack (120a) in a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 8 is an exploded perspective view of the unit pack (120a) shown in Figure 7
  • Figure 9 and Figure 10 is Figure 6
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the other unit packs 120b and 120c used together with the unit pack 120a of FIG. 8 in the unit pack combination cell cartridge 100 shown in FIG.
  • the cell cartridge 100 includes the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156 and positively protruding terminals 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, 156a.
  • Composed of three types of unit packs 120a, 120b, 120c) are divided according to the type, and each type of unit packs are represented by reference numerals 120a, 120b, 120c.
  • FIG. 8 shows a unit pack of 120a
  • FIG. 9 shows a unit pack of 120b
  • FIG. 10 shows a unit pack of 120c.
  • FIG. 11 is a perspective view of the busbars 151 and 152 coupled to the lower case 123 in the unit pack 120a shown in FIG. 7, and
  • FIG. 12 is a perspective view of further assembling the cells 140.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which busbars 151, 152, 157 and 158 are assembled in duplicate. 11, 12, and 13 the upper case is not shown.
  • the cells 140 are disposed in the case (unit case) 121 of each of the unit packs 120a, 120b, and 120c, and all of them are fastened and connected with an apparatus, and the assembled unit packs 120a, 120b, and 120c are also provided.
  • the outer case (cartridge case) 110 are inserted into the outer case (cartridge case) 110, and all of them are fastened and connected to the apparatus, and then finally connected to the terminal 162 of the PCB 160 to form one modular integrated cell cartridge 100.
  • the cells 140 in each unit pack (120a, 120b, 120c) are connected in parallel by the instrument (booth bar), the unit pack (120a, 120b, 120c) in the cell cartridge 100 is the instrument (middle) Conductor plates) to connect in parallel and in parallel.
  • the outer case of the unit pack combined cell cartridge 100 that is, the cartridge case 110 may be the front plate 111a, the rear plate 111b, the top plate 112, the left and right side plates 113a, 113b), these plates are assembled to form a rectangular parallelepiped cartridge case 110 having an inner space where the unit packs 120a, 120b, and 120c are installed.
  • a method of fastening the overlapped portions using fastening means such as a screw 114 or a rivet, a method of welding and fixing a metal plate, and mutual correspondence.
  • fastening means such as a screw 114 or a rivet
  • a method of welding and fixing a metal plate and mutual correspondence.
  • Various well-known methods applied to conventional case assembly may be adopted, such as a clamping method of fixing grooves and protrusions by fitting them to each other and fixing them using other clamping means.
  • the top plate 112 is a kind of cover part covering the PCB 160 in a state in which the PCB 160 is mounted, and the remaining front plate 111a surrounding the embedded unit packs 120a, 120b, and 120c, Ventilation that prevents the temperature rise of the unit packs 120a, 120b, and 120c while dissipating heat dissipated from the unit packs 120a, 120b, and 120c to the rear plate 111b and left and right side plates 113a and 113b.
  • a plurality of vents 115 are formed for the effect.
  • a plurality of unit packs (120a, 120b, 120c) are inserted and installed at a predetermined interval, the configuration of the unit pack as follows.
  • a plurality of unit packs 120a, 120b, and 120c are inserted into the cartridge case 110, and each unit pack 120a, 120b, and 120c has a rectangular parallelepiped shape. These unit packs (120a, 120b, 120c) are inserted to be arranged in a stack in the cartridge case (110).
  • each unit pack 120a, 120b, 120c is a terminal plate 141 is welded to the unit case 121, (+) / (-) both terminals (electrode), respectively, the internal space of the unit case 121
  • a plurality of cells 140 to be put side by side, as a mechanism for connecting the terminal plate 141 of the cells 140 is configured to include a bus bar (151, 152, 153, 154, 155, 156 assembled and fixed in the unit case 121). .
  • the unit case 121 includes an upper case 122 and a lower case 123, and the upper case 122 and the lower case 123 form an inner space into which the cells 140 are placed.
  • the upper case 122 and the lower case 123 may be made of a plastic material that is an insulating material, can be assembled by a screw fastening method for fastening the corresponding portions with the screw 124, and other grooves / protrusions
  • a screw fastening method for fastening the corresponding portions with the screw 124, and other grooves / protrusions
  • Various methods known in the art such as a fitting method, a locking method between the jaw and the jaw, and a clamping method for fixing using other clamping means, may be adopted. Of course, it is also possible to apply a combination of the above methods.
  • the fastening hole 123b may be formed, and the screw hole 122 is covered with the upper case 122 on the lower case 123 so that the screw hole 122a and the fastening hole 123b coincide with each other.
  • the screw 124 passes through the screw 122a and screws into the fastening hole 123b of the lower case 123.
  • the fastening hole 123b of the lower case 123 is preferably formed in the fastening part 123a which is a structure protruding from the inner surface of the case, and the fastening part 123a is a busbar 151, 152, 153, 154, 155, 156 which will be described later as a cylindrical protrusion. ) Is fitted into the fitting hole 159a.
  • the fastening part 123a and the fastening hole 123b of the lower case 123 and the screw holes 122a of the upper case 122 are provided in plurality. It is preferable to form a plurality of fastening points.
  • fastening holes 125b are formed at both side portions of the unit case 121 including the upper case 122 and the lower case 123 to fasten the screws to the cartridge case 110, which is an external case. To fix the position (120a, 120b, 120c) in the inner space of the cartridge case (110).
  • a seating portion 126 is formed on the inner surface of the unit case 121 to fix the positions of the cells 140 inserted into the inner space while maintaining the cells 140 seated at the correct positions.
  • the mounting units 126 are installed in the unit cases 121 of the unit packs 120a, 120b, and 120c, and the cells 140 are seated and supported while being fixed to the cells 140 in a spaced apart state.
  • the seating part 126 is a portion in which the side surfaces of the cells 140 contact and are supported on the inner surface of the unit case 121, and a gap may occur between the inner surface of the unit case 121 and the side surfaces of the cells 140. It is preferable to form a rib so as to protrude to a predetermined height from the inner surface of the unit case 121.
  • a rib-shaped seating portion 126 supporting the side surface of the cell 140 may be formed on the inner surface of the unit case 121.
  • the rib-shaped seating portion 126 By forming the rib-shaped seating portion 126, there is a gap between the cell 140 and the cell, and between the cell 140 and the inner surface of the unit case 121, thereby being discharged from the cell 140 The effect of efficient heat release and cell cooling by ventilation can be expected.
  • the seating part 126 may be installed on both the inner side of the upper case 122 and the lower case 123 constituting the unit case 121, or installed on either one of the upper case 122 and the lower case 123.
  • the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 are more preferably installed on the side of the case (eg, the lower case) to which the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 are coupled.
  • the spacing between the cell 140 and the cell held by the seating portion 126 is at least 1.5 mm.
  • vent holes 127 are formed in the unit case 121, that is, the upper case 122 and the lower case 123, and each vent hole 127 is in the longitudinal direction of the cell 140 as shown. It may be formed long in a direction parallel to the.
  • a portion of the cell 140 that generates the most heat during discharge becomes the center portion of the cell 140 on the basis of the cell length direction, and an air vent (shown in the unit case 121 so as to follow the center portion of the cells 140). May not be used). That is, vent holes are formed in the upper case 122 and the lower case 123 to the outer portion immediately outside the center of the cells 140, and in this case, the vent holes are formed in the transverse direction of the cells 140 to form cells 140 outside the case. ) To expose the center of the display.
  • the cells 140 may be spaced apart from each other by the seating portion 126 at predetermined intervals in the unit case 121, and heat may be discharged and vented through the air vent 127 of the unit case 121 itself. By doing so, it is possible to prevent the cell temperature from rising above the prescribed value, and the problems of cell damage and stability deterioration due to heat can be solved. This is a great advantage when discharging a cell in which a relatively large amount of heat is generated.
  • the cells 140 are connected by plate-shaped bus bars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 in a relatively large surface contact manner instead of point contact, which will be described. do.
  • all cells 140 have terminal plates 141 connected to both positive and negative terminals (electrodes), and the terminal plates 141 are connected.
  • Cells 140 are connected in parallel using plate-shaped bus bars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 in the unit case 121.
  • the cells 140 are placed side by side on the seating portion 126 in the unit case 121, and then the terminal plates 141 of the cells 140 are fastened to the busbars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 which are conductor plates. It is to connect the 140 in parallel.
  • the terminal plate 141 and the busbars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 are electrical connection parts and thus should be made of a conductor.
  • the terminal plate 141 may be made of nickel, silver, copper, gold, aluminum, magnesium, sodium, or the like.
  • the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 may be made of a conductive plate such as a nickel plate or a copper plate.
  • the busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 are conductor means for connecting the terminal plates 141 of the cells 140 inserted into the unit case 121 laterally. It is fixedly installed laterally long.
  • the cells 140 enclosed in the unit case 121 are connected in parallel by the busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156.
  • the cells 140 are arranged side by side at a predetermined interval (+).
  • the terminal plates and the (-) terminal plates are connected and connected by bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156, respectively.
  • bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 are installed toward the ends of the cells 140, and fastening portions 123a of the lower case 123 are inserted into the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156.
  • the hole 159a is formed.
  • a screw fastening method or a rivet fastening method may be applied as a method in which the terminal plates 141 of the cells 140 are connected and fastened to the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156.
  • the terminal plates 141 of the cells 140 are in contact with the busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156b.
  • the reference numeral 142 is passed through the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156 and the fastening holes 159b and 141a of the terminal plate 141 to screw into the fastening holes 123c on the inner side of the unit case 121 (lower case).
  • the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 and the terminal plate 141 are fixed together to the unit case 121 in a surface contact state.
  • the fastening part 123a is formed in the unit case 121 and the fitting holes 159a are formed in the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156, before the terminal plate 141 of the cells 140 is fastened with the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156, the booth
  • the assembly of the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 in the unit case 121 (lower case) can be fixed in advance by inserting the fastening portion 123a of the unit case 121 into the fitting holes 159a of the bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156. It becomes easy.
  • the fastening part 123a of the lower case 123 may be inserted into the fitting hole 159a to accurately position the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156, and in this state, the seating part.
  • the terminal plates 141 of the cells 140 mounted on the 126 are fastened to the bus bars 151, 152, 153, 154, 155 and 156, the bus bars are fixedly positioned so that screwing operations are easier.
  • connection parts 151a, 152a, 153a, 153a which protrude outward from the unit packs 120a, 120b, 120c through the holes 129 of the unit case 121 with the busbars installed in the correct positions.
  • 154a, 155a, and 156a are formed, and the connection parts 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, and 156a are for external connection of the busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156a.
  • the bus bar (151, 152, 153, 154, 155, 156) of the (+) pole and (-) pole is installed in the lower case 123, respectively,
  • the fastening part 123a of the lower case 123 is inserted into the hole 159a.
  • the cells 140 are seated on the seating portion 126 of the inner surface of the lower case 123, wherein the fastening holes 141a of the terminal plate 141 and the fastening holes 159b of the bus bars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 may coincide with each other.
  • the terminal plates 141 of the cells 140 are superimposed on the bus bars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 so as to overlap each other.
  • the terminal plates 141 and the busbars 151, 152, 153, 154, 155 and 156 of the cells 140 are fastened to the lower case 123 using screws (designated by reference numeral 142 in FIG. 11) one by one.
  • the screw 142 is passed through the fastening holes 159b and 141a of the screw to be fastened to the fastening hole of the inner surface of the lower case 123.
  • the assembly is completed.
  • the connecting portions 151a, 152a, 153a, 154a, 154a, 155a, of the busbars 151, 152a, 153a, 154a, 155a, 156a protrudes out of the unit packs 120a, 120b, and 120c to be exposed.
  • the terminal plates 141 welded to the (+) terminals of the cells 140 and the terminal plates 141 welded to the (-) terminals in the unit packs 120a, 120b, and 120c are respectively busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156. ) Are connected in parallel to each other, so that each of the connection parts 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, 156a having positive and negative polarities, respectively, outside the unit packs 120a, 120b, and 120c. This will come out.
  • one of the two connections 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, 156a becomes a connection part connected with the terminal plates 141 welded to the positive terminals of the cells 140, and the other one is The connection part is connected to the terminal plates 141 provided at the negative terminals of the cells 140.
  • the terminal plates 141 of the cells are placed on the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156 and fastened with screws 142.
  • the terminal plates 141 of the cells 140 are interposed between the upper and lower bus bars 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 and 158 so that both sides of the terminal plates are in contact with the bus bars, thereby making the contact area larger, and the terminal plates 141 having the upper side. Since the busbars 157 and 158 are pressed evenly, the contact area of the terminal plate can be made as constant as possible for all the cells.
  • the terminal plate 141 and the busbars 151, 152, 153, 154, 155, and 156 welded to the cell in order to connect the cells 140 embedded in the unit packs 120a, 120b, and 120c in parallel are plate-shaped with the terminal plate 141.
  • the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156 can be connected in contact with the surface rather than the point contact, that is, a relatively large surface contact state, there is an advantage to minimize the contact resistance. Accordingly, there are various advantages such as minimizing heat generation due to contact resistance, preventing cell damage and improving lifespan, and improving stability, and the limitation of current capacity can be overcome by large area contact.
  • terminal plate 141 and the plate-shaped busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 and 158 are in surface contact with the cells 140 seated in the unit case 121.
  • the busbars 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, and 158 may be contacted with a predetermined area, thereby solving the imbalance between current and voltage between cells.
  • the current capacity of the entire unit pack can be easily adjusted (changes to reduce or increase the number of cells is easy).
  • the cells 140 are all fastened and connected with a mechanism, it is easy to replace a defective cell or AS if necessary.
  • connection parts 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, and 156a of the unit packs 120a, 120b, and 120c exposed to the outside are directly connected to the terminals 162 of the PCB 160, or the unit pack 120a is used.
  • the connecting portions 152a, 153a, 154a and 155a of the 120b and 120c are electrically One unit pack combined cell cartridge 100 is connected.
  • the unit packs 120a, 120b and 120c inside the unit packs 120a, 120b and 120c are connected in parallel as described above and the unit packs 120a, 120b and 120c inserted into the cartridge case 110 are directly and parallel to each other.
  • the cell cartridge 100 can be configured in which all the cells 140 are connected in a direct, parallel composite connection method, a unit pack combination cell cartridge of a large capacity, high voltage, high current can be configured.
  • the plurality of unit packs 120a, 120b, and 120c inserted into the cartridge case 110 are positioned and fixed in the cartridge case so as to be spaced apart from each other without being in contact with each other.
  • Fixing the unit pack (120a, 120b, 120c) is made by fastening the screw 117 to the fastening holes (125b) formed on both sides of the cartridge case 110 and the unit pack (120a, 120b, 120c) as described above
  • the fastening holes 125b of the unit packs 120a, 120b and 120c are unit packs 120a and 120b so that the side parts of the unit packs 120a, 120b and 120c and the inner surface of the cartridge case 110 may be spaced apart from each other.
  • 120c is preferably formed on the fastening portion 125a protruding to a predetermined height from the outer surface, that is, the side surface.
  • the fastening portion 125a protruding from the side portion of the unit case 121 is in contact with the inner surface of the cartridge case 110 and the fastening hole 125b of the unit case 121 and the fastening hole of the cartridge case 110.
  • the remaining outer surface of the unit case 121 (unit pack) may be spaced apart from the inner surface of the cartridge case 110 by the height of the fastening portion.
  • a plurality of spacers 118 may be formed in the cartridge case 110 so that the unit packs 120a, 120b, and 120c embedded in the cell cartridge 100 may be spaced apart from each other.
  • the spacers 118 are formed at predetermined intervals on the inner surface of the cartridge case 110, and protruded to be inserted between the unit packs 120a, 120b, and 120c inserted into the cartridge case 110.
  • the spacers 118 maintain the spacing between the unit packs 120a, 120b, and 120c inserted into the cartridge case 110, and the unit packs 120a, 120b, and 120c may be disposed in the cartridge case 110.
  • the entire unit packs 120a, 120b, and 120c may be spaced at predetermined intervals.
  • Each of the unit packs 120a, 120b, and 120c has (+) polarity connecting portions 151a, 153a, and 155a (electrically connected to the (+) terminal plates of the cells) integrated with the busbars 151, 153, and 155, and (- )
  • the polarized connectors 152a, 154a, 156a (electrically connected to the (-) terminal plates of the cells) protrude outwards, and thus the contacts 152a, 153a, 154a of the neighboring unit packs 120a, 120b, 120c. , 155a is connected to the intermediate conductor plate 150, and then the intermediate conductor plate 150 is electrically connected to the terminal 162 of the PCB 160.
  • the intermediate conductor plate 150 is a conductor member for connecting unit packs in series or in parallel. When the unit packs 120a, 120b, and 120c are connected in series with each other, the intermediate conductor plate 150 is a neighboring unit pack.
  • the positive and negative connections 152a, 153a, 154a, and 155a having opposite polarities are connected between the 120a, 120b, and 120c.
  • the intermediate conductor plate 150 may have connections 152a, 153a, and 154a having the same polarity between adjacent unit packs 120a, 120b, and 120c. 155a).
  • connection parts 152a, 153a, 154a, and 155a of the adjacent unit packs 120a, 120b, and 120c should be connected in series by the intermediate conductor plate 150, the unit packs in the cartridge case 110 ( In the arrangement of 120a, 120b and 120c, the connections of opposite polarity should be alternated in the same direction. In other words, in the same direction (+), (-), (+), (-) ... in order to have the opposite polarity of the adjacent positions alternately.
  • the connecting portions 152a, 153a, 154a, and 155a having opposite polarities of two neighboring unit packs are interposed with each other using the intermediate conductor plate 150.
  • the PCB 160 is mounted, but the connection parts 151a and 156a of the two unit packs 120a and 120c positioned at both ends are directly connected to the terminals 162 of the PCB 160 to be electrically connected.
  • Each intermediate conductor plate 150 is connected to a predetermined terminal of the PCB 160.
  • One of the connecting portions 151a and 156a of the two unit packs 120a and 120c at both ends directly connected to the terminal 162 of the PCB 160 becomes a connecting portion having a positive polarity and the other is a negative polarity. Becomes the connection part of.
  • the connecting parts 152a, 153a, 154a, and 155a and the intermediate conductor plate 150 may be electrically connected by fastening with bolts (not shown) or rivets in a surface contact state through fastening holes,
  • the connection between the terminal 162 and the connecting portions 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, 156a and the terminal 162 of the PCB 160 and the intermediate conductor plate 150 is also in contact with the bolts 151b, 156b, 163a. Can be connected electrically.
  • the PCB 160 is mounted such that the connection parts 151a, 152a, 153a, 154a, 155a, and 156a of the unit packs 120a, 120b, and 120c are finally connected through the intermediate conductor plate 150, and the like.
  • the top plate 112 is assembled above, one unit pack combined cell cartridge 100 is completed.
  • the PCB 160 includes a circuit for monitoring current and voltage of the cell 140 and the unit packs 120a, 120b, and 120c, and a safety circuit for blocking overcurrent, overvoltage, overcharge, and overdischarge.
  • reference numeral 128 denotes a guide plate 128 for preventing misassembly, and is assembled by being fastened to a predetermined position at the end of each unit pack 120a, 120b, 120c by a screw 128a, or the like.
  • the guide plate 128 is a structure protruding upward from the ends of the unit packs 120a, 120b and 120c.
  • a plurality of guide slits 161 into which the guide plates 128 of the respective unit packs 120a, 120b, and 120c may be inserted are formed at predetermined positions of the PCB 160.
  • the unit packs 120a, 120b, and 120c are provided.
  • Guide plates of the unit packs 120a, 120b, and 120c to guide slits 161 formed at respective positions of the PCB 160 when the PCB 160 is assembled to the upper side with the cartridge case 110 inserted into the cartridge case 110. 128 are each fitted.
  • the intermediate conductor plate 150 can not be connected as well, and it is difficult to establish a straight line or parallel connection.
  • inserting the (120a, 120b, 120c) is to install the guide plate 128 so that the assembler can easily recognize the correct back and forth direction, the guide plate 128 in the corresponding guide slit 161 of the PCB 160 Make sure it is inserted before assembling.
  • the guide plate 128 of the unit packs (120a, 120b, 120c) is misassembled in the reverse direction when the PCB 160 is mounted
  • the bar can not be inserted into the guide slit 161 of the PCB 160, the assembler recognizes this and can be inserted after precisely aligning the front and back direction of the unit pack (120a, 120b, 120c).
  • the present invention is a cartridge combination type power storage device (1) configured as a system by storing a plurality of unit pack combination type cell cartridge 100 described above in an outer case (2) and connected to each other in parallel and parallel complex connection structure (1) ).
  • FIG. 14 and 15 are views illustrating a power storage device according to the present invention
  • FIG. 14 shows an external shape of the power storage device 1 according to the present invention
  • FIG. 15 is an outer case of the power storage device 1. It is a schematic diagram which shows the state in which the some cell cartridge 100 was inserted in (2).
  • connection portion 151a, 156a can be electrically connected by a cable connection method, busbar connection method or connector connection method.
  • bolts 151b and 156b integrally installed at the connection parts 151a and 156a may be used as the connection parts.
  • the cell cartridges 100 may be all connected in series, all in parallel, or directly or in parallel in the outer case 2.
  • a connector (not shown) to which the connection portions 151a and 156a of the cell cartridge 100 are connected is installed inside the outer case 2, and the connectors are connected in series, in parallel, or in series or parallel mixed connection. After the circuit is provided in the outer case 2, it is possible to allow the cell cartridge 100 to be automatically seated in the outer case 2 and automatically connected to the connector.
  • the cell cartridge 100 of the present invention as described above it is possible to easily adjust the voltage and current capacity of the entire cell cartridge 100 by appropriately adjusting the number of unit packs (120a, 120b, 120c) as needed ( Easy to change to reduce or increase the number of unit packs), in particular, the assembly and productivity can be improved because the unit packs (120a, 120b, 120c) are all fastened and connected to the instrument.
  • the individual unit pack (120a, 120b, 120c) is easy to replace or AS.
  • unit packs 120a, 120b, and 120c are all fastened and connected with simple instruments, wiring such as cables is unnecessary, and cells 140 and cells, unit packs 120a, 120b, 120c, unit packs, and cartridges are used as instruments. Since 100 and the cartridge are connected in parallel and in parallel to implement cell balancing, a circuit configuration for separate balancing adjustment is unnecessary.

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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