KR20130062056A - 수냉식 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수냉식 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나란하게 적층되는 다수개의 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 방열판의 테두리부에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 열전도성을 향상시켜 전지 셀들의 냉각 효율을 높인 수냉식 이차전지에 관한 것이다.

Description

수냉식 이차전지{Water-cooled type secondary battery}
본 발명은 수냉식 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나란하게 적층되는 다수개의 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 방열판의 테두리부에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 열전도성을 향상시켜 전지 셀들의 냉각 효율을 높인 수냉식 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 충전 또는 방전시 발생하는 열을 냉각시키기 위해 다수개의 전지 셀들 사이에 각각 열전도성 플레이트가 개재되어 밀착되고 상기 열전도성 플레이트의 일측이 냉각튜브에 결합된다.
그리고 공기 또는 냉각수 등의 열교환매체가 상기 냉각튜브를 통과하며 상기 열전도성 플레이트로부터 전달되는 열을 흡수하여 상기 전지 셀들의 냉각이 이루어진다.
그런데 상기 열전도성 플레이트 및 냉각튜브는 상기 전지 셀의 냉각을 위해 열전도도가 높은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 재질로 이루어지므로, 상기 열전도성 플레이트와 냉각튜브를 결합시키는데 어려움이 있다.
즉, 금속 재질의 상기 열전도성 플레이트와 냉각튜브를 접합하기 위해서는 용접을 하거나 또는 도 1과 같이 상기 냉각튜브(30)에 결합홈(31)을 형성하고 상기 열전도성 플레이트(20)의 일측을 절곡하여 절곡부(21)가 결합홈(31)에 삽입되는 구조로 결합될 수 있다.
그러나 이는 상기 열전도성 플레이트(20)와 냉각튜브(30)를 결합하기 위한 구조가 복잡해져 제작비용이 증가되며, 또한 상기 열전도성 플레이트(20)와 냉각튜브(30)가 결합되어 접촉되는 면이 완전히 밀착되기 어려우므로 열전도도가 낮아져 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-2010-0119499 A (2010.11.09.) 도3, 도11, 도12
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나란하게 적층되는 다수개의 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 방열판의 테두리부에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 열전도도를 향상시켜 냉각 효율을 높일 수 있는 수냉식 이차전지를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수냉식 이차전지는, 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 다수개의 전지 셀; 및 상기 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되며, 상기 전지 셀의 전극체보다 넓게 형성되는 방열판; 을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판은 테두리에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프가 상기 전극체의 외측에 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수냉식 이차전지는, 한 쌍의 전지 셀 사이에 방열판이 개재되고 밀착되어 서브 모듈이 형성되며, 상기 서브 모듈이 다수개가 적층되어 이루어지되, 상기 방열판은 상기 전지 셀의 전극체보다 넓게 형성되고 테두리에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프가 상기 전극체의 외측에 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉매 파이프들의 유입구에 연결되어 일측에 유입관이 형성되는 입구 매니폴드; 및 상기 냉매 파이프들의 유출구에 연결되어 일측에 유출관이 형성되는 출구 매니폴드; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수냉식 이차전지는 나란하게 적층되는 다수개의 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 방열판의 테두리부에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되므로, 방열판과 냉매 파이프가 접촉되는 부분의 열전도도가 향상되어 전지 셀들의 냉각 효율이 높아지는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 냉각 구조를 나타낸 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 수냉식 이차전지를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.
도 4는 도 3의 AA'방향 단면도.
도 5는 본 발명의 수냉식 이차전지의 다른 실시 예를 나타낸 AA'방향 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 방열판을 나타낸 평면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 수냉식 이차전지를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 수냉식 이차전지를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 수냉식 이차전지(1000)는, 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 다수개의 전지 셀(100); 및 상기 전지 셀(100)들 사이에 각각 개재되어 밀착되며, 상기 전지 셀(100)의 전극체(110) 보다 넓게 형성되는 방열판(200); 을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판(200)은 테두리에 냉매 파이프(210)가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프(210)가 상기 전극체(110)의 외측에 배치되도록 형성된다.
우선, 전지 셀(100)들은 일정거리 이격되어 나란하게 형성되고, 전지 셀(100)은 판형으로 형성되는 전극체(110)의 일측 또는 양측에 전극탭(120)이 형성되며, 전지 셀(100)들의 전극탭(120)은 서로 이웃하는 전지 셀(100)의 전극탭(120)과 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된다.
방열판(200)은 판형으로 형성되어 전지 셀(100)들 사이에 각각 개재된 후 밀착되어 전지 셀(100)들의 충전 또는 방전 과정에서 발생되는 열이 방열판(200)으로 빠르게 전달될 수 있도록 구성된다.
그리고 방열판(200)은 알루미늄 또는 구리와 같이 열전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있으며, 전지 셀(100)에서 발생되는 열이 빠르게 전달될 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 방열판(200)은 전지 셀(100)의 전극체(110) 보다 넓게 형성된다. 그리고 방열판(200)은 테두리에 냉매 파이프(210)가 일체형으로 형성되어, 냉매 파이프(210)가 전지 셀(100)의 외측에 배치되도록 형성된다.
이와 같이 방열판(200)의 테두리에 형성되는 냉매 파이프(210)는 도 3 및 도 4와 같이 전지 셀(100)의 전극체(110) 외측을 둘러싸는 형태로 형성된다.
또한, 냉매 파이프(210)는 유입구(211)와 유출구(212)가 각각 형성되어, 냉매가 냉매 파이프(210)를 통과하며 열 교환을 일으킬 수 있도록 구성된다. 도 2 및 3에서는 유입구(211) 및 유출구(212)가 방열판(200)의 일측에 구성되는 형태를 나타내었으나, 전지 셀(100)의 형상 및 전극탭(120)이 형성되는 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리하여 전지 셀(100)의 충전 또는 방전 시 전극체(110)에서 발생되는 열이 방열판(200)을 통해 냉매 파이프(210)로 전달되고, 냉매 파이프(210)의 내부를 통과하는 냉매로 전달되어 전지 셀(100)이 냉각된다.
이때, 냉매 파이프(210)는 방열판(200)과 일체형으로 형성되므로, 전지 셀(100)의 냉각 효율이 증가된다.
즉, 방열판(200)과 냉매 파이프(210)를 별도로 형성하고 이들을 조립하여 결합하는 경우에는 결합되는 부분에서 완전한 접촉이 이루어지지 않아 연전도도가 저하되며, 용접하여 결합하는 경우에는 완전히 접촉되도록 용접하기가 어려우며 용접으로 인한 방열판(200)에 변형이 발생하여 전지 셀(100)과의 완전한 밀착이 이루어지지 않을 가능성이 발생하므로, 본 발명에 따른 방열판(200) 및 냉매 파이프(210)는 일체형으로 형성되어 열전도도가 향상되므로 냉각 효율이 증가된다.
그리고 본 발명의 수냉식 이차전지(1000)의 다른 예로, 한 쌍의 전지 셀(100) 사이에 방열판(200)이 개재되고 밀착되어 서브 모듈(500)이 형성되며, 상기 서브 모듈(500)이 다수개가 적층되어 이루어지되, 상기 방열판(200)은 상기 전지 셀(100)의 전극체(110) 보다 넓게 형성되고 테두리에 냉매 파이프(210)가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프(210)가 상기 전극체(110)의 외측에 배치되도록 형성될 수 있다.
이는 전자의 실시 예와 마찬가지로 방열판(200)이 전지 셀(100)의 전극체(110) 보다 넓게 형성되고 방열판(200)의 테두리에 냉매 파이프(210)가 형성되는 것은 동일하나, 전지 셀(100) 두 장당 하나의 방열판(200)이 개재되어 밀착되도록 구성된다.
즉, 도 5와 같이 적층되는 전지 셀(100)들 사이에 하나 걸러 하나씩 방열판(200)이 개재되는 형태로 구성된다.
그리하여 방열판(200)이 포함된 서브 모듈(500)을 다수개를 적층하여 하나의 이차전지(1000)를 구성할 수 있어 편리하게 조립이 가능하다. 또한, 서브 모듈(500)을 구성함에 있어서 방열판(200)의 테두리에 형성되는 냉매 파이프(210)의 직경을 전자의 실시 예에 비해 크게 형성할 수 있어 냉각 효율을 높일 수 있다.
그리고 전자 또는 후자의 실시 예와 같이 적층 형성되는 이차전지(1000)는, 냉매 파이프(210)들의 유입구(211)에 연결되어 일측에 유입관(310)이 형성되는 입구 매니폴드(300); 및 냉매 파이프(210)들의 유출구(212)에 연결되어 일측에 유출관(410)이 형성되는 출구 매니폴드(400); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이는 다수개의 방열판(200)이 적층되어 일측에 냉매 파이프(210)의 유입구(211) 및 유출구(212)가 나란히 형성되어, 유입구(211)들이 연통되도록 길게 입구 매니폴드(300)가 결합되고 유출구(212)들이 연통되도록 길게 출구 매니폴드(400)가 결합되는 구성이다.
그리하여 유입관(310)을 통해 유입된 냉매가 입구 매니폴드(300)를 따라 유동되어 각각의 유입구(211)로 유입되어 다수개의 냉매 파이프(210)를 통과하며 열교환 된 후 각각의 유출구(212)로 배출되어 출구 매니폴드(400)로 모여 유출관(410)을 통해 배출되므로, 대수개의 전지 셀(100)을 고르게 냉각시킬 수 있다.
이때, 유입구(211) 및 유출구(212)는 별도로 구성되는 열교환기에 호스 또는 파이프로 연결되어, 냉매 파이프(210)를 순환하면서 가열된 냉매를 열교환기를 통과시켜 냉각한 후 다시 차가워진 냉매가 냉매 파이프(210)로 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 냉매는 일반적으로 물을 사용할 수 있으며, 전지의 특성 및 용도에 따라서 열교환 효율이 높은 별도의 냉매를 사용할 수도 있다.
또한, 방열판(200)의 테두리에 형성되는 냉매 파이프(210)를 일체형으로 형성하는 방법으로, 일면에 클래드층이 형성된 금속 판재를 프레스 가공하여 테두리에 홈이 형성되도록 하고, 이와 같이 가공된 두 장의 판재를 서로 마주보도록 결합한 후 브레이징하여 클래드층이 녹으며 용접되도록 하여 서로 마주보는 홈이 냉매 파이프로 형성되어 일체형으로 형성되는 방열판을 제작할 수 있다.
그리고 금속 판재를 프레스 가공하여 테두리에 홈이 형성되도록 하고, 홈의 형상에 대응되도록 외측에 클래드층이 형성된 냉매 파이프를 제작하여 상기 홈에 삽입한 후 브레이징하여 일체형으로 형성되도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 수냉식 이차전지
100 : 전지 셀
110 : 전극체 120 : 전극탭
200 : 방열판
210 : 냉매 파이프
211 : 유입구 212 : 유출구
300 : 입구 매니폴드 310 : 유입관
400 : 출구 매니폴드 410 : 유출관
500 : 서브 모듈

Claims (3)

  1. 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 다수개의 전지 셀; 및
    상기 전지 셀들 사이에 각각 개재되어 밀착되며, 상기 전지 셀의 전극체보다 넓게 형성되는 방열판; 을 포함하여 이루어지되,
    상기 방열판은 테두리에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프가 상기 전극체의 외측에 배치되도록 형성되는 수냉식 이차전지.
  2. 한 쌍의 전지 셀 사이에 방열판이 개재되고 밀착되어 서브 모듈이 형성되며, 상기 서브 모듈이 다수개가 적층되어 이루어지되,
    상기 방열판은 상기 전지 셀의 전극체보다 넓게 형성되고 테두리에 냉매 파이프가 일체형으로 형성되어, 상기 냉매 파이프가 상기 전극체의 외측에 배치되도록 형성되는 수냉식 이차전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉매 파이프들의 유입구에 연결되어 일측에 유입관이 형성되는 입구 매니폴드; 및 상기 냉매 파이프들의 유출구에 연결되어 일측에 유출관이 형성되는 출구 매니폴드; 를 더 포함하여 이루어지는 수냉식 이차전지.
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