WO2023101353A1 - 연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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WO2023101353A1
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battery cell
cylindrical battery
cylindrical
groove
coupling
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오성진
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical battery cell equipped with a connecting member and a battery module including the same. Specifically, it relates to a cylindrical battery cell equipped with a connecting member so as to easily connect the cylindrical battery cells in series, and a battery module including the same.
  • a structure such as a battery pack is required.
  • additional members such as a battery pack case and an electrical connection member are required, and the weight increases.
  • Patent Document 1 discloses a battery having a terminal structure and a method for connecting the batteries to easily perform connection and separation between a plurality of cylindrical battery cells.
  • a battery case includes a first terminal having a female screw part and a second terminal having a convex male screw part, and the first conductor part of the first terminal and the second conductor part of the second terminal are connected to an anode and a cathode, respectively.
  • Patent Document 1 uses a method of rotating the head of a screw of a fixing member with a tool such as a wrench in order to connect cylindrical battery cells in series, which requires a separate tool for electrical connection of battery cells. .
  • Patent Document 2 relates to a capacitor connection structure for electrically connecting a plurality of capacitors, and the connector has the same outer diameter as the outer diameter of the capacitor case and is inserted into the negative electrode and fitted to the negative electrode fitting portion and the positive electrode protrusion. It has a hole-shaped anode fitting part that is externally inserted and fitted, the cathode fitting part is welded to the negative electrode of the accumulator, and the anode fitting part is welded to the anode projection of the accumulator.
  • Patent Document 2 achieves electrical connection between capacitors by using a separate connector independent of the capacitor, and requires a welding process for electrical connection.
  • Patent Document 3 relates to a battery connector for connecting batteries in series, and the battery connector includes an upper fixing means having a fixing protrusion and a lower fixing means including a fixing latch, and the first battery and the second battery are It is fastened and connected to the fixing protrusion and the fixing latch of the battery connector.
  • connection method such as Patent Document 3 has a structure in which battery cells are not stably fixed and the connection state can be released.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-080411 (2010.04.08)
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-188095 (2009.08.20)
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 2019-0075343 (2009.07.01)
  • the present invention is to solve the above problems, and a cylindrical battery cell equipped with a connecting member capable of maintaining a stable electrical connection state by connecting a plurality of cylindrical battery cells in series in an easy and simple way, and a battery including the same It aims to provide a module.
  • Cylindrical battery cell for achieving this object is an electrode assembly having a winding structure with a separator interposed between a cathode sheet and an anode sheet, a battery case for accommodating the electrode assembly, and mounted on top of the battery case. It may include a cap assembly, a connecting member for series connection of cylindrical battery cells is mounted on the top of the cap assembly, and a groove portion concave inwardly is formed at the bottom of the battery case.
  • a groove portion screw thread may be formed on a sidewall of the groove portion.
  • connection member may include a coupling portion coupled to another battery cell, and a pressure contact portion positioned at a center of the coupling portion.
  • the coupling portion may have a coupling portion thread formed on a coupling surface coupled to another battery cell.
  • the cylindrical battery cell includes a first battery cell and a second battery cell, and the first battery cell and the second battery cell, while inserting the coupling part of the first battery cell into the groove of the second battery cell, When the first battery cell and the second battery cell are turned in opposite directions, they may be coupled by a screw fastening method.
  • the pressure contact portion includes a button portion that protrudes from the upper surface of the coupling portion and is inserted into the coupling portion when pressed, and an elastic member positioned below the button portion that is compressed by insertion of the button portion and restored when the pressure is released.
  • the button portion includes an electrically conductive portion made of an electrically conductive material, and the electrically conductive portion may come into contact with the top cap when the button portion is compressed.
  • connection member may be coupled to be fixed to an upper surface of the cap assembly.
  • a cathode tab of the electrode assembly may be attached to a lower portion of the cap assembly, and a cathode tab of the electrode assembly may be attached to an inner surface of the groove portion.
  • a depth of the groove portion may be equal to or smaller than a height of the coupling portion.
  • the present invention includes a battery module including two or more of the cylindrical battery cells, wherein the cylindrical battery cells form a series line structure by connecting a plurality of cylindrical battery cells along the longitudinal direction of the battery case, and a plurality of The serial line structures are arranged so that side surfaces of the battery case are adjacent to each other, and the plurality of serial line structures may configure a battery cell stack that is coupled to each other in series or parallel connection using a bus bar.
  • the present invention can also be provided in the form of various combinations of means for solving the above problems.
  • the cylindrical battery cell equipped with the connection member according to the present invention can be electrically connected to a plurality of cylindrical battery cells without a separate process such as welding.
  • the height of the connecting member does not affect the overall length increase of the series-connected cylindrical battery cells.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to the present invention.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a connection portion of two cylindrical battery cells connected in series with each other.
  • FIG 3 is a vertical cross-sectional view of the connecting member according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a connecting member according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a serial line structure to which cylindrical battery cells are connected according to the present invention is connected to a bus bar.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to the present invention.
  • the cylindrical battery cell 100 includes an electrode assembly 110 having a winding structure with a separator interposed between a cathode sheet and an anode sheet, and a battery case for accommodating the electrode assembly 110 ( 120) and a cap assembly 130 mounted on the top of the battery case 120, and a connecting member 200 for series connection of the cylindrical battery cells 100 is mounted on the top of the cap assembly 130, , A groove 140 concave inward is formed at the bottom of the battery case 120 .
  • the connecting member 200 is mounted on the top of the cylindrical battery cell 100, and the groove 140 is formed on the bottom of the battery case 120, so that two different cylindrical battery cells For serial connection of the first battery cell and the second battery cell, a method in which the groove part of the second battery cell is coupled to the connection member at the top of the first battery cell may be used.
  • connection member 200 is coupled to the cap assembly 130, the connection member 200 and the cap assembly 130 may be integrally formed. Therefore, as in the present invention, an additional separate member is not required for series connection of cylindrical battery cells equipped with connecting members.
  • the positive tab 111 of the electrode assembly 110 is attached to the bottom of the cap assembly 130, and the negative tab 112 of the electrode assembly 110 is attached to the inner surface of the groove 140.
  • the cap assembly 130 connected to the positive tab 111 is coupled to the connecting member 200, so that the connecting member 200 functions as a positive electrode terminal, and the negative tab 112 is connected to the groove portion 140. Being coupled to the inner surface, the groove portion 140 functions as a negative electrode terminal.
  • a serial connection may be formed.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a connection portion of two cylindrical battery cells connected in series with each other.
  • a groove portion thread 141 is formed on the side wall of the groove portion 140 .
  • the connecting member 200 includes a coupling portion 210 coupled to another battery cell, and a pressure contact portion 220 positioned at the center of the coupling portion 210 .
  • the coupling portion 210 has a coupling portion screw thread 211 formed on the coupling surface coupled with other battery cells.
  • the coupling part 210 of the first battery cell 100a is connected to the second battery cell 100b. While being inserted into the groove 140, the first battery cell 100a and the second battery cell 100b are coupled by a screw fastening method in which they are turned in opposite directions.
  • the coupling part 210 of the first battery cell 100a and the groove part 140 of the second battery cell 100b becomes closer, and the coupling part screw thread 211 of the coupling part 210 of the first battery cell 100a is completely brought into close contact with the groove part screw thread 141 of the groove part 140 of the second battery cell 100b.
  • the connecting member ( 200) may be coupled such that a position is fixed on the upper surface of the cap assembly 130.
  • the lower portion of the connecting member 200 may be added in a form that surrounds the upper surface and outer periphery of the cap assembly 130, and an adhesive material is attached to a portion where the connecting member 200 and the cap assembly 130 come into close contact with each other.
  • the connection member 200 may be fixed by adding or forming a welded portion.
  • the pressure contact part 220 protrudes from the upper surface of the coupling part 210 and is inserted into the inside of the coupling part 210 when pressed, and is located below the button part 221 and the button part 221. It includes an elastic member 222 that is compressed by pressing and is restored when the pressing of the button unit 221 is released.
  • buttons part 223 There is a support part 223 on the outer periphery of the button part 221, and the second battery cell 100b can move downward to the upper surface of the support part 223, and the upper surface of the button part 221 is the upper surface of the support part 223.
  • the button portion 221 is compressed until it reaches the same plane as the top surface.
  • the groove portion screw thread 141 of the groove portion 140 and the coupling portion thread 211 of the coupling portion 210 are coupled inside the groove portion 140, and the groove portion 140 is configured to press the button portion 221 Considering this point, the depth D1 of the groove may be equal to or smaller than the height D2 of the coupling part 210 .
  • the depth D1 of the groove portion may be formed equal to the height D2 of the coupling portion.
  • the elastic member 222 for example, a spring, rubber, or latex may be used.
  • FIG 3 is a vertical cross-sectional view of the connecting member according to the first embodiment.
  • the upper figure shows a state before the connecting member is compressed
  • the lower figure shows a compressed state of the connecting member
  • the connecting member When the connecting member is coupled to the groove of the battery cell at the top of the connecting member, when a pressing force is applied to the button portion 221 as the distance between the connecting member and the battery cell at the top decreases, the elastic member 222 As the button unit 221 moves downward while contracting, the outer periphery of the button unit 221 comes into contact with the top cap 131 .
  • the button portion 221 functions as a positive terminal, and a series connection is formed by combining with the groove portion functioning as the negative terminal of the battery cell located at the top.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a connecting member according to a second embodiment.
  • the upper figure shows a state before the connecting member is compressed
  • the lower figure shows a compressed state of the connecting member
  • an electrically conductive portion 224 made of an electrically conductive material is disposed at the center of the button portion 221 .
  • the connecting member When the connecting member is coupled to the groove of the battery cell at the top of the connecting member, when a pressing force is applied to the button portion 221 as the distance between the connecting member and the battery cell at the top decreases, the elastic member 222 As the button unit 221 moves downward while being contracted, the electrically conductive unit 224 comes into contact with the top cap 131 .
  • the button part 221 functions as a positive terminal, and a series connection can be formed by combining with the negative terminal of the upper battery cell.
  • connection member As a connection member according to the present invention, a connection connector in which an electrical connection is formed when pressed, such as a lino pin or a pogo pin, may be used.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a serial line structure to which cylindrical battery cells are connected according to the present invention is connected to a bus bar.
  • serial line structure 400 four battery cells are connected in series along the longitudinal direction of the battery case through a connecting member to form a serial line structure 400, and the two serial line structures 400 are formed on the side of the battery case. They are connected in parallel to each other using the bus bar 300 in a state in which they are arranged to be adjacent to each other.

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Abstract

본원발명은 양극 시트 및 음극 시트 사이에 분리막이 개재되어 권취된 구조의 전극조립체, 상기 전극조립체를 수납하기 위한 전지케이스, 및 상기 전지케이스의 상단에 탑재되는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캡 어셈블리의 상부에는 원통형 전지셀의 직렬 연결을 위한 연결부재가 장착되어 있고, 상기 전지케이스의 바닥에 내측으로 오목한 홈부가 형성되어 있는 원통형 전지셀에 대한 것으로, 간단한 방법을 통해 복수의 원통형 전지셀들의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. (대표도) 도 2

Description

연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈
본 출원은 2021년 11월 30일자 한국 특허 출원 제2021-0168779호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈에 대한 것이다. 구체적으로, 원통형 전지셀들을 용이하게 직렬 연결할 수 있도록 연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈에 대한 것이다.
화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량이 주요 대기오염원으로 지적되면서, 이에 대한 방안으로서 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 대한 에너지원으로서 이차전지에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
또한, 휴대 가능한 전자기기의 고기능화에 따라 고용량의 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러나, 이차전지의 고용량화 및 고전압화를 위해서는 전지팩과 같은 구조가 필요한 바, 전지팩을 구성하기 위해서는 전지팩 케이스, 전기접속 부재 등 추가 부재들이 필요하고, 무게도 증가하는 문제가 있다.
또한, 원통형 이차전지의 경우에는, 표준화된 사이즈가 사용되고 있는 바, 디바이스에서 전지셀이 차지하는 공간 설계의 자유도가 낮은 문제가 있다.
이와 관련하여 특허문헌 1은 복수의 원통형 전지셀들 간의 접속과 분리를 쉽게 수행할 수 있도록 단자 구조를 구비하는 전지 및 전지의 접속 방법을 개시하고 있다.
특허문헌 1은 전지케이스에 암나사부가 형성된 제1단자와 수나사부가 볼록하게 형성된 제2단자를 구비하고 있으며, 제1단자의 제1도체부 및 제2단자의 제2도체부 각각이 양극과 음극으로 기능한다.
그러나, 특허문헌 1은 원통형 전지셀들을 직렬 연결하기 위하여 고정용 부재의 나사 두부를 렌치 등의 공구에 의해 회전시키는 방법을 사용하는 바, 전지셀들의 전기적인 연결을 위한 별도의 공구가 필요한 형태이다.
특허문헌 2는 복수의 축전체들을 전기적으로 연결하기 위한 축전체 접속 구조에 대한 것으로, 접속체는 축전체 케이스의 외경과 동일한 외경을 갖고 음극에 외부 삽입되어 끼워맞추는 음극 끼워맞춤부와 양극 돌출부에 외부 삽입되어 끼워맞추는 구멍 모양의 양극 끼워맞춤부를 구비하며, 상기 음극 끼워맞춤부는 축전체의 음극에 용접되고, 상기 양극 끼워맞춤부는 축전체의 양극 돌출부에 용접된다.
특허문헌 2는 축전체와 독립된 별도의 접속체를 사용하여 축전체들 간의 전기적인 연결을 달성하고 있으며, 전기적인 연결을 위해 용접 과정을 필요로 한다.
특허문헌 3은 전지들을 직렬 연결하기 위한 전지 커넥터에 대한 것으로, 상기 전지 커넥터는 고정용 돌기가 형성된 상부 고정 수단 및 고정용 걸쇠를 포함하는 하부 고정 수단을 포함하며, 제1전지 및 제2전지는 상기 전지 커넥터의 고정용 돌기 및 고정용 걸쇠에 체결되며 연결된다.
그러나, 특허문헌 3과 같은 연결 방법은 전지셀들이 안정적으로 고정되지 못하고 연결 상태가 해제될 수 있는 구조이다.
따라서, 별도의 추가 부재나 추가적인 공정을 부가하지 않더라도 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결할 수 있고, 전기적인 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 제2010-080411호 (2010.04.08)
(특허문헌 2) 일본 공개특허공보 제2009-188095호 (2009.08.20)
(특허문헌 3) 한국 공개특허공보 제2019-0075343호 (2009.07.01)
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 복수의 원통형 전지셀들을 쉽고 간단한 방법으로 직렬 연결하여 전기적인 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있는 연결부재가 장착된 원통형 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 원통형 전지셀은 양극 시트 및 음극 시트 사이에 분리막이 개재되어 권취된 구조의 전극조립체, 상기 전극조립체를 수납하기 위한 전지케이스, 및 상기 전지케이스의 상단에 탑재되는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캡 어셈블리의 상부에는 원통형 전지셀의 직렬 연결을 위한 연결부재가 장착되어 있고, 상기 전지케이스의 바닥에 내측으로 오목한 홈부가 형성되어 있는 구성일 수 있다.
상기 홈부의 측벽에는 홈부 나사산이 형성될 수 있다.
상기 연결부재는, 다른 전지셀과 결합하는 결합부, 및 상기 결합부의 중심부에 위치하는 가압 접촉부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합부는 다른 전지셀과 결합되는 결합면에 결합부 나사산이 형성될 수 있다.
상기 원통형 전지셀은 제1전지셀 및 제2전지셀을 포함하고, 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀은, 상기 제1전지셀의 결합부를 상기 제2전지셀의 홈부에 삽입하면서 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 서로 반대 방향으로 돌리면 조여지는 나사 체결 방법으로 결합될 수 있다.
상기 가압 접촉부는, 상기 결합부 상면에서 돌출되어 있다가 가압되면 상기 결합부 내부로 삽입되는 버튼부, 및 상기 버튼부의 하부에 위치하면서 상기 버튼부의 삽입에 의해 압축되고 가압이 해제되면 복원되는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 버튼부는 전기전도성 소재로 이루어진 전기전도부를 포함하고, 상기 전기전도부는 상기 버튼부가 압축되었을 때 탑 캡과 접촉될 수 있다.
상기 연결부재는 상기 캡 어셈블리의 상면에 위치 고정되도록 결합될 수 있다.
상기 전극조립체의 양극 탭은 상기 캡 어셈블리의 하부에 부착되고, 상기 전극조립체의 음극 탭은 상기 홈부의 내측면에 부착될 수 있다.
상기 홈부의 깊이는 상기 결합부의 높이와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어질 수 있다.
본원발명은, 상기 원통형 전지셀을 2개 이상 포함하는 전지모듈을 포함하는 바, 상기 원통형 전지셀은 전지케이스의 길이 방향을 따라 복수의 원통형 전지셀들이 연결되어 직렬라인 구조체를 형성하고, 복수의 직렬라인 구조체들은 전지케이스의 측면이 서로 인접하도록 배치되며, 상기 복수의 직렬라인 구조체들은 버스바를 이용하여 서로 간에 직렬 연결 또는 병렬 연결로 결합되는 전지셀 적층체를 구성할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 연결부재가 장착된 원통형 전지셀은 용접과 같은 별도의 과정 없이 복수의 원통형 전지셀들의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
또한, 전지케이스의 바닥에 오목한 홈부가 형성되고, 상기 홈부에 다른 전지셀의 결합부가 삽입되며 결합되기 때문에, 연결부재의 높이가 직렬 연결된 원통형 전지셀들의 전체 길이 증가에 영향을 주지 않는다.
또한, 원통형 전지셀들을 맞물리고 서로 반대 방향으로 돌려서 서로 간의 거리가 가까워지면 버튼부가 눌리면서 전기적인 연결이 이루어질 수 있는 바, 별도의 추가 부재 없이 전기적인 연결과 분리가 이루어질 수 있다.
도 1은 본원발명에 따른 원통형 전지셀의 수직 단면도이다.
도 2는 서로 직렬 연결되는 2개의 원통형 전지셀들의 연결 부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 연결부재의 수직 단면도이다.
도 4는 제2실시예에 따른 연결부재의 수직 단면도이다.
도 5는 본원발명에 따른 원통형 전지셀들이 연결된 직렬라인 구조체가 버스바로 연결된 상태를 나타내는 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, 또는, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원발명에 따른 원통형 전지셀의 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본원발명에 따른 원통형 전지셀(100)은 양극 시트 및 음극 시트 사이에 분리막이 개재되어 권취된 구조의 전극조립체(110), 전극조립체(110)를 수납하기 위한 전지케이스(120) 및 전지케이스(120)의 상단에 탑재되는 캡 어셈블리(130)를 포함하고, 캡 어셈블리(130)의 상부에는 원통형 전지셀(100)의 직렬 연결을 위한 연결부재(200)가 장착되어 있고, 전지케이스(120)의 바닥에 내측으로 오목한 홈부(140)가 형성되어 있다.
이와 같이, 본원발명은 원통형 전지셀(100)의 상부에 연결부재(200)가 장착되어 있고, 전지케이스(120)의 바닥에 홈부(140)가 형성되어 있는 바, 서로 다른 2개의 원통형 전지셀로서 제1전지셀과 제2전지셀의 직렬 연결을 위하여, 제1전지셀의 상단에 있는 연결부재에 제2전지셀의 홈부가 결합되는 방법을 사용할 수 있다.
연결부재(200)는 캡 어셈블리(130)에 결합된 상태인 바, 연결부재(200)와 캡 어셈블리(130)는 일체형으로 이루어진 구성일 수 있다. 따라서, 본원발명과 같이 연결부재가 장착된 원통형 전지셀의 직렬 연결을 위해 추가적인 별도 부재가 불필요하다.
전극조립체(110)의 양극 탭(111)은 캡 어셈블리(130)의 하부에 부착되고, 전극조립체(110)의 음극 탭(112)은 홈부(140)의 내측면에 부착된다.
이와 같이, 양극 탭(111)과 연결된 캡 어셈블리(130)는 연결부재(200)와 결합되는 바, 연결부재(200)는 양극 단자로 기능하게 되고, 음극 탭(112)은 홈부(140)의 내측면에 결합되는 바, 홈부(140)는 음극 단자로 기능하게 된다.
따라서, 서로 다른 원통형 전지셀들은 연결부재(200)를 통해 연결되면서 직렬 연결이 형성될 수 있다.
도 2는 서로 직렬 연결되는 2개의 원통형 전지셀들의 연결 부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 2를 참조하면, 홈부(140)의 측벽에는 홈부 나사산(141)이 형성되어 있다.
연결부재(200)는 다른 전지셀과 결합하는 결합부(210), 및 결합부(210)의 중심부에 위치하는 가압 접촉부(220)를 포함한다.
또한, 결합부(210)는 다른 전지셀과 결합되는 결합면에 결합부 나사산(211)이 형성되어 있다.
구체적으로, 제1전지셀(100a)이 후단에 있고, 제2전지셀(100b)이 전단에 있는 경우, 제1전지셀(100a)의 결합부(210)를 제2전지셀(100b)의 홈부(140)에 삽입하면서, 제1전지셀(100a)과 제2전지셀(100b)을 서로 반대 방향으로 돌려주는 나사 체결 방법으로 결합된다. 이와 같이, 제1전지셀(100a)과 제2전지셀(100b)을 서로 반대 방향으로 돌려주면 제1전지셀(100a)의 결합부(210)와 제2전지셀(100b)의 홈부(140)가 가까워지고, 제1전지셀(100a) 결합부(210)의 결합부 나사산(211)이 제2전지셀(100b) 홈부(140)의 홈부 나사산(141)과 완전히 밀착되면서 결합된다.
이와 같이 제1전지셀(100a)과 제2전지셀(100b)을 서로 반대 방향으로 돌릴 때 연결부재(200)가 제2전지셀(100b)과 같은 방향으로 돌아가는 것을 방지하기 위하여, 연결부재(200)는 캡 어셈블리(130)의 상면에서 위치가 고정되도록 결합될 수 있다.
예를 들어, 연결부재(200)의 하부는 캡 어셈블리(130)의 상면과 외주변을 감싸는 형태로 부가될 수 있으며, 연결부재(200)와 캡 어셈블리(130)가 서로 밀착되는 부분에 접착물질이 부가되거나 용접부를 형성함으로써 연결부재(200)의 고정이 이루어질 수 있다.
가압 접촉부(220)는 결합부(210) 상면에서 돌출되어 있다가 가압되면 결합부(210) 내부로 삽입되는 버튼부(221), 버튼부(221)의 하부에 위치하면서 버튼부(221)의 가압에 의해 압축되고, 버튼부(221)의 가압이 해제되면 복원되는 탄성부재(222)를 포함한다.
구체적으로, 제2전지셀(100b)이 제1전지셀(100a)과 결합하면서 버튼부(221)를 가압하면 탄성부재(222)가 압축되면서 버튼부(221)가 하향 이동하면서 탑 캡과 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
버튼부(221)의 외주변에는 지지부(223)가 있는 바, 제2전지셀(100b)은 지지부(223)의 상면까지 하향 이동할 수 있으며, 버튼부(221)의 상면이 지지부(223)의 상면과 동일한 평면에 도달할 때까지 버튼부(221)는 압축된다.
한편, 홈부(140)의 홈부 나사산(141)과 결합부(210)의 결합부 나사산(211)이 홈부(140) 내부에서 결합되고, 홈부(140)가 버튼부(221)를 가압하는 구성인 점을 고려할 때, 홈부의 깊이(D1)는 결합부(210)의 높이(D2)와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어질 수 있다.
다만, 홈부와 결합부가 결합되었을 때, 제1전지셀과 제2전지셀 간의 거리를 최소화하기 위하여, 홈부의 깊이(D1)는 결합부의 높이(D2)와 동일하게 형성될 수 있다.
탄성부재(222)는 예를 들어, 스프링, 고무, 라텍스 등을 사용할 수 있다.
도 3은 제1실시예에 따른 연결부재의 수직 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상부에 있는 그림은 연결부재가 압축되기 전 상태이고, 하부에 있는 그림은 연결부재가 압축된 상태를 도시하고 있다.
연결부재의 상부에 있는 전지셀의 홈부에 연결부재가 결합되는 경우, 연결부재와 상부에 있는 전지셀과의 거리가 가까워짐에 따라 버튼부(221)에 가압력이 인가되면, 탄성부재(222)가 수축되면서 버튼부(221)가 하향 이동하게 되는 바, 버튼부(221)의 외주변이 탑 캡(131)과 접촉하게 된다.
이와 같이 탑 탭(131)과 버튼부(221)가 접촉함으로써 버튼부(221)가 양극 단자로 기능하게 되는 바, 상부에 있는 전지셀의 음극단자로 기능하는 홈부와 결합함으로써 직렬 연결이 형성될 수 있다.
도 4는 제2실시예에 따른 연결부재의 수직 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상부에 있는 그림은 연결부재가 압축되기 전 상태이고, 하부에 있는 그림은 연결부재가 압축된 상태를 도시하고 있다.
제2실시예에 따른 연결부재는 버튼부(221)의 중심에 전기전도성 소재로 이루어진 전기전도부(224)가 배치되어 있다.
연결부재의 상부에 있는 전지셀의 홈부에 연결부재가 결합되는 경우, 연결부재와 상부에 있는 전지셀과의 거리가 가까워짐에 따라 버튼부(221)에 가압력이 인가되면, 탄성부재(222)가 수축되면서 버튼부(221)가 하향 이동하게 되는 바, 전기전도부(224)가 탑 캡(131)과 접촉하게 된다.
이와 같이 전기전도부(224)와 버튼부(221)가 접촉함으로써 버튼부(221)가 양극 단자로 기능하게 되는 바, 상부에 있는 전지셀의 음극단자와 결합함으로써 직렬 연결이 형성될 수 있다.
본원발명에 따른 연결부재로서, 리노핀, 포고핀과 같이 가압될 때 전기적인 연결이 형성되는 연결 커넥터를 사용할 수 있다.
도 5는 본원발명에 따른 원통형 전지셀들이 연결된 직렬라인 구조체가 버스바로 연결된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 연결부재를 통해 4개의 전지셀들이 전지케이스의 길이 방향을 따라 직렬 연결되어 직렬라인 구조체(400)를 형성하고 있으며, 2개의 직렬라인 구조체들(400)은 전지케이스의 측면이 서로 인접하도록 배치된 상태로 버스바(300)를 이용하여 서로 간에 병렬로 연결되어 있다.
도 5에 도시된 바와 달리, 복수의 직렬라인 구조체들이 직렬로 연결될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본원발명에 따른 원통형 전지셀은 간단한 방법으로 복수의 전지셀들 간의 전기적인 연결이 형성될 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 원통형 전지셀
100a: 제1전지셀
100b: 제2전지셀
110: 전극조립체
111: 양극 탭
112: 음극 탭
120: 전지케이스
130: 캡 어셈블리
131: 탑 캡
140: 홈부
141: 홈부 나사산
200: 연결부재
210: 결합부
211: 결합부 나사산
220: 가압 접촉부
221: 버튼부
222: 탄성부재
223: 지지부
224: 전기전도부
300: 버스바
400: 직렬라인 구조체
D1: 홈부의 깊이
D2: 결합부의 높이

Claims (11)

  1. 원통형 전지셀에 있어서,
    양극 시트 및 음극 시트 사이에 분리막이 개재되어 권취된 구조의 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수납하기 위한 전지케이스; 및
    상기 전지케이스의 상단에 탑재되는 캡 어셈블리;
    를 포함하고,
    상기 캡 어셈블리의 상부에는 원통형 전지셀의 직렬 연결을 위한 연결부재가 장착되어 있고,
    상기 전지케이스의 바닥에 내측으로 오목한 홈부가 형성되어 있는 원통형 전지셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈부의 측벽에는 홈부 나사산이 형성되어 있는 원통형 전지셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결부재는,
    다른 전지셀과 결합하는 결합부, 및 상기 결합부의 중심부에 위치하는 가압 접촉부를 포함하는 원통형 전지셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합부는 다른 전지셀과 결합되는 결합면에 결합부 나사산이 형성되어 있는 원통형 전지셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원통형 전지셀은 제1전지셀 및 제2전지셀을 포함하고,
    상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀은, 상기 제1전지셀의 결합부를 상기 제2전지셀의 홈부에 삽입하면서 상기 제1전지셀과 상기 제2전지셀을 서로 반대 방향으로 돌리면 조여지는 나사 체결 방법으로 결합되는 원통형 전지셀.
  6. 제3항에 있어서, 상기 가압 접촉부는,
    상기 결합부 상면에서 돌출되어 있다가 가압되면 상기 결합부 내부로 삽입되는 버튼부, 및 상기 버튼부의 하부에 위치하면서 상기 버튼부의 삽입에 의해 압축되고 가압이 해제되면 복원되는 탄성부재를 포함하는 원통형 전지셀.
  7. 제6항에 있어서, 상기 버튼부는 전기전도성 소재로 이루어진 전기전도부를 포함하고,
    상기 전기전도부는 상기 버튼부가 압축되었을 때 탑 캡과 접촉되는 원통형 전지셀.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연결부재는 상기 캡 어셈블리의 상면에 위치 고정되도록 결합되어 있는 원통형 전지셀.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극조립체의 양극 탭은 상기 캡 어셈블리의 하부에 부착되고, 상기 전극조립체의 음극 탭은 상기 홈부의 내측면에 부착되는 원통형 전지셀.
  10. 제3항에 있어서, 상기 홈부의 깊이는 상기 결합부의 높이와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어진 원통형 전지셀.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 원통형 전지셀을 2개 이상 포함하는 전지모듈에 있어서,
    상기 원통형 전지셀은 전지케이스의 길이 방향을 따라 복수의 원통형 전지셀들이 연결되어 직렬라인 구조체를 형성하고,
    복수의 직렬라인 구조체들은 전지케이스의 측면이 서로 인접하도록 배치되며,
    상기 복수의 직렬라인 구조체들은 버스바를 이용하여 서로 간에 직렬 연결 또는 병렬 연결로 결합되는 전지셀 적층체를 구성하는 전지모듈.
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