KR100667943B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지 냉각용 냉각매체가 유통되는 냉각관, 상기 단위 전지 사이에 설치되고 상기 냉각관으로 연장되어 단위 전지에서 발생된 열을 전달하는 격판을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.
단위 전지, 격판, 냉각관

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성을 도시한 평 단면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지의 냉각 효율을 향상시킨 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.
그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 이차 전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다.
열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 각 단위 전지간에 온도 편차가 발생되어 충/방전 효율을 떨어뜨리게 되고, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지내부의 온도가 상승되어 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.
특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충,방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 전지 모듈을 구성하는 각 단위 전지가 고르게 냉각될 수 있도록 하여 단위 전지 간 온도 편차를 최소화할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지를 방열시키기 위한 냉각매체 유통로, 상기 단위 전지 사이에 설치되고 상기 냉각매체 유통로로 연장되어 단위 전지에서 발생된 열을 전달하는 격판을 포함한다.
여기서 상기 단위 전지는 직사각형태의 각형 이차 전지임이 바람직하다.
상기 격판은 구리 또는 알루미늄 등과 같이 열전도율이 우수한 재질로 이루어짐이 바람직하다.
상기 격판은 단위 전지의 측면에 밀착되고 외측으로 연장되어 상기 단위 전 지의 외측에 위치한 냉각매체 유통로에 연결되는 구조로 되어 있다.
이에 따라 단위 전지에서 발생된 열은 격판을 통해 유통로로 전달되어 유통로를 통해 흐르는 냉각매체로 방열처리된다.
여기서 상기 격판의 두께에 대해서는 특별히 한정되지 않으며 열전달율과 전지모듈의 부피와의 관계에 따라 최적으로 설계될 수 있다.
또한, 상기 유통로는 적층된 단위 전지의 외측에 위치하고 내부에는 냉각매체가 유통되는 중공부를 갖는 냉각관으로 이루어질 수 있다.
상기 냉각관은 열전달이 우수한 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어짐이 바람직하며, 그 크기에 있어서는 특별히 한정되지 않는다.
상기 격판과 상기 냉각관은 일체로 이루어질 수 있으며 상기 냉각관 측면에 상기 격판을 용접으로 부착 고정할 수 있다.
여기서 상기 유통로는 단위 전지의 일측면 또는 양 측면 또는 그 이상의 면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 격판은 상기 단위 전지의 일측면을 통해 연장되거나 양 측면 또는 단위 전지에서 단자가 설치된 쪽을 상부로 하였을 때 하부 또는 상부쪽으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 유통로를 통해 유통되는 냉각매체는 냉각용 공기나 냉각수 등의 모든 기체나 유체가 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
여기서 상기 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기 에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로써 설명한다. 물론, 본 발명이 공기에 의한 냉각방식으로 한정되는 것은 아니며 냉각매체로써 냉각수나 기타 유체가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 평 단면도이다.
상기한 도면을 참조하여 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11)를 냉각시키기 위한 냉각용 공기가 유통되는 직사각 단면형태의 냉각관(20), 상기 단위 전지 사이에 설치되어 단위 전지와 접하고 상기 냉각관(20)으로 연장되어 냉각관(20) 일측에 연결되어 단위 전지(11)의 열을 전달하는 격판(30)을 포함한다.
여기서 상기 단위 전지(11)는 각형 구조로 이루어지며, 일측 선단에 돌출설치된 단자(13)가 상부를 향하도록 놓여져 면적이 넓은 전면이 서로 접하도록 적층 배치되어 전지 집합체(12)를 이룬다.
그리고 상기 냉각관(20)은 내부에 중공부가 형성되어 냉각용 공기가 유통되는 관 구조물로, 단위 전지(11)의 양 측단에 배치되고 상기 전지 집합체(12)의 길이방향을 따라 놓여진 구조로 되어 있으며, 일측선단에는 냉각용 공기가 유입되는 유입구(21)가 형성되고 반대쪽 선단에는 냉각관(20)을 거친 공기가 배출되는 유출구(22)가 형성된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따르면 상기 격판(30)은 구리 또는 알루미늄 등의 열 전도율이 우수한 재질로 이루어지는 얇은 재질의 판재로, 상기 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 설치되어 양면에 각 단위 전지의 전면이 밀착된다.
또한, 상기 격판(30)의 양 측단은 상기 전지 집합체(12)의 각 단위 전지(11) 양 측단을 지나 외측으로 소정길이 연장되어 상기 전지 집합체(12)의 양 쪽에 위치하고 있는 냉각관(20)의 측면에 연결설치되는 구조로 되어 있다.
여기서 상기 격판(30)은 양 측단이 상기 냉각관(20) 측면에 용접 등으로 고정설치된다.
이에 상기 격판(30)은 단위 전지(11)의 측면에 밀착되어 단위 전지(11)에서 발생되는 열을 전달함과 더불어 냉각관(20)에 고정되어 단위 전지(11)의 간격 유지와 단위 전지(11)를 지지하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
상기한 구조로 되어 단위 전지(11)에서 발생된 열은 단위 전지(11)와 단위 전지 사이에 밀착설치된 격판(30)을 통해 냉각관(20)으로 전달되어 냉각관(20)을 따라 흐르는 냉각용 공기로 방열되는 것이다.
한편, 본 전지 모듈의 또다른 실시예에 따르면 상기 격판(30)은 히트 파이프로 이루어진다.
상기 히트 파이프는 열을 효율적으로 전달할 수 있도록, 통상 내부를 진공상 태로 배기하고 벽면에 다공질물질을 붙인 다음 물이나 메탄올·아세톤·나트륨·수은 등을 채운 구조로, 액체의 온도변화에 따른 증발·응축의 숨은열에 의해 열을 이동시킬 수 있도록 되어 있다.
상기 히트 파이프에 대해서는 이미 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.
본 전지 모듈(10)은 냉각관(20)과 격판(30)이 단위 전지를 고정시키는 하우징 역할을 수행하게 되어 다수개의 단위 전지를 배열 고정함과 더불어 냉각용 공기를 유통시켜 격판(30)을 통해 단위 전지(11)의 열을 방출시켜 단위 전지를 효율적으로 냉각시키게 된다.
상기 냉각관(20)은 단위 전지(11)가 이루는 전지 집합체(12)의 양 측면에 위치하고 내부로는 냉각용 공기가 일방향으로 유입되어 흘러나가게 된다.
그리고 상기 단위 전지(11) 사이에 설치되어 단위 전지(11)의 전면이 접하는 격판(30)은 단위 전지(11)의 외측으로 연장되어 상기 냉각관(20) 측면에 연결됨으로써 단위 전지(11)는 상호간 격판(30)을 사이에 두고 정위치 할 수 있게 된다.
이와같이 냉각관(20) 사이에 단위 전지(11)가 배치된 상태에서 단위전지(11)에서 열이 발생하게 되면 발생된 열은 단위 전지 전면이 접하고 있는 격판(30)으로 전달되고 격판(30)을 통해 냉각관(20)으로 전달된다.
이에 따라 냉각관(20)으로 전달된 열은 냉각관(20)을 지나는 냉각용 공기로 방열되어 식혀지게 되고 단위 전지(11)의 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.
여기서 상기 각 단위 전지(11)는 격판(30)을 매개로 상기 냉각관(20)에 고르게 접하고 있는 상태로 전지 집전체(12) 전체에 있어서 단위 전지(11)는 동일한 조건하에서 열교환을 이룰 수 있고 이에 따라 각 단위 전지(11)의 열을 고르게 방열시킬 수 있는 것이다.
따라서 각 단위 전지(11)의 방열 조건이 동일하여 균일한 냉각이 이루어질 수 있는 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 전지 모듈의 냉각매체 유로와 각 단위 전지의 배치구조를 개선하여 보다 효율적인 단위 전지 냉각효과를 얻게 된다.
또한, 냉각매체가 단위 전지 사이로 고르게 유통되므로 전지 모듈 전체에 있어서 국부적인 열적 불균형을 해소할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 다수개의 단위 전지와,
    내부로 상기 단위 전지 냉각용 냉각매체가 유통되는 냉각관,
    상기 단위 전지 사이에 밀착 설치되고 상기 냉각관 외측면에 연결되어 단위 전지에서 발생된 열을 상기 냉각관으로 전달하는 격판
    을 포함하는 이차 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각관은 단위 전지의 적어도 일 측면 이상의 측면상에 위치하는 이차 전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 격판은 단위 전지에서 상기 냉각관이 위치한 쪽으로 연장되는 이차 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 격판은 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질에서 선택되는 이차 전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각관은 적층된 단위 전지의 외측에 위치하고 내부에는 냉각매체가 유통되는 중공부를 갖는 구조로 된 이차 전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각관은 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질에서 선택되는 이차 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 각형인 이차 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 격판은 상기 냉각관에 일체로 형성된 이차 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 격판은 상기 냉각관에 용접부착되는 이차 전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
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