KR20130126044A

KR20130126044A - 이차전지모듈

Info

Publication number: KR20130126044A
Application number: KR1020120049788A
Authority: KR
Inventors: 김덕수; 임동훈; 차현기
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-20
Also published as: KR101908441B1

Abstract

본 발명은 파우치형 셀에서 발생하는 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 이차전지모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 전지 셀이 적층되어 형성되는 전극조립체를 케이스로 밀폐되도록 형성하고 케이스에 별도의 가스 배출관을 형성하여 지정된 곳으로 가스를 배출함으로써, 외부 영향 또는 자체의 결함으로 인해 전지 셀에서 발생하는 유해가스가 공기 유입부를 통해 차량의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 이차전지모듈에 관한 것이다.

Description

이차전지모듈 {Secondary battery module}

본 발명은 전지 셀에서 발생하는 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 이차전지모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

그리고 이차전지모듈은 나란히 적층 배열되고 전기적으로 연결되는 다수개의 전지 셀을 포함하여 이루어지며, 전지 셀들은 케이스의 내부에 수용되도록 구성된다.

그런데 이차전지모듈은 케이스의 내부에 구비되는 전지 셀들이 충방전 과정에서 과충전이 발생하거나 다수개의 셀 중 특정한 셀의 고장으로 인한 내부 쇼트 발생 등에 의해 순식간에 셀 내부의 온도가 상승하고 이로 인해 유해가스가 발생하며, 이러한 유해가스가 이차전지모듈의 케이스 외부로 유출되어 차량 내부로 유입되는 문제점이 있다.

또한, 전지 셀에서 발생하는 유해가스를 특정한 부분으로 배출하기 위해 전지 셀이 수용되는 케이스를 밀폐되도록 형성할 수 있으나, 전지 셀의 충방전시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부가 구성되어야 하므로 전지 셀들을 밀폐시키기 어려운 문제점이 있다.

이와 관련된 종래 기술로는 미국공개특허(20110027632)인 "Battery pack and vehicle with the battery pack(배터리 팩 및 배터리 팩이 탑재된 차량)"이 개시되어 있다.

US 20110027632 A1 (2011.02.03.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 전지 셀이 적층되어 형성되는 전극조립체를 케이스로 밀폐되도록 형성하고 케이스에 별도의 가스 배출관을 형성하여 지정된 곳으로 가스를 배출할 수 있도록 하고, 전지 셀들과 접촉되도록 결합되는 방열핀을 케이스의 외측으로 돌출되도록 형성함으로써, 전지 셀들에서 발생하는 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있으며 전지 셀들에서 발생되는 열을 용이하게 냉각시킬 수 있는 이차전지모듈을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지모듈은, 전지 셀; 상기 전지 셀의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀; 상기 전지 셀이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀의 냉각 유로가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스; 및 상기 케이스에 연결되어 케이스 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관; 을 포함한다.

또한, 본 발명의 이차전지모듈은, 일정거리 이격되어 나란히 적층 배열되는 다수개의 전지 셀; 상기 전지 셀들 사이 및 최외측 전지 셀에 적층되어 밀착되는 다수개의 파티션; 상기 파티션들의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀; 상기 전지 셀들이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀의 냉각 유로가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스; 및 상기 케이스에 연결되어 케이스 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관; 을 포함한다.

또한, 상기 파티션은 상기 전지 셀보다 길게 형성되어, 상기 파티션이 상기 전지 셀의 양측으로 돌출되도록 결합된다.

또한, 상기 파티션은 양측에 고정 브라켓이 형성되고, 상기 방열핀은 체결수단에 의해 상기 고정 브라켓에 결합된다.

또한, 상기 파티션들과 방열핀 사이에 써멀 패드가 개재된다.

또한, 상기 고정 브라켓은 파티션의 길이 방향에 대해 수평 또는 수직으로 형성된다.

또한, 상기 케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하며, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 양측 테두리부가 상기 방열핀에 밀착 결합된다.

본 발명의 이차전지모듈은 케이스에 의해 밀폐된 다수개의 전지 셀들에서 발생되는 유해가스를 별도의 가스 배출관을 통해 지정된 곳으로 배출할 수 있어 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 전지 셀들에서 발생되는 열을 용이하게 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 이차전지모듈을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 전지 셀 및 파티션을 나타낸 분해사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전극조립체 및 방열핀을 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 이차전지모듈을 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 이차전지모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 이차전지모듈을 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 이차전지모듈(1000)은, 전지 셀(100); 상기 전지 셀(100)의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀(400); 상기 전지 셀(100)이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀(400)의 냉각 유로(410)가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스(500); 및 상기 케이스(500)에 연결되어 케이스(500) 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관(600); 을 포함한다.

우선, 전지 셀(100)은 전극체(110)의 일측에 전극탭(120)이 형성된다. 전극체(110)는 양극, 음극, 전해질 및 양극과 음극을 분리하는 격리판으로 구성되어 전기가 충전 및 방전되는 부분이며, 전극탭(120)은 전극체(110)에서 방전시 발생되거나 외부로부터 충전시 유입되는 전류를 전달하는 부분이다.

이때, 전지 셀(100)은 파우치로 둘러싸여 밀봉된 파우치형 셀이거나 파우치형 셀의 외측에 케이스가 결합된 형태일 수 있으며, 전지 셀(100)이 다수개가 적층된 형태일 수 있다.

그리고 전지 셀(100)의 양측에 방열핀(400)이 결합되어, 전지 셀(100)에서 발생되는 열이 방열핀(400)으로 전달되어 냉각된다. 이때, 방열핀(400)은 열교환매체가 유동되며 열교환을 일으킬 수 있도록 다수개의 냉각 유로(410)가 형성되며, 냉각 유로(410) 및 열교환매체는 다양하게 형성될 수 있다.

또한, 케이스(500)는 전지 셀(100)이 내부에 수용되어 밀폐될 수 있도록 형성되며, 케이스(500)의 외측으로 방열핀(400)의 냉각 유로(410)가 외부에 노출되도록 형성되어 케이스(500) 외부에서 방열핀(400)을 통해 열교환이 일어난다. 이때, 전지 셀(100)과 결합된 부분의 방열핀(400) 일부가 케이스(500) 내에 포함되도록 형성되어, 전지 셀(100)이 케이스(500)에 의해 완전히 밀폐되도록 구성된다.

여기에서 가스 배출관(600)이 케이스(500)에 연결되어, 케이스(500) 내부의 전지 셀(100)에서 발생되는 유해가스가 가스 배출관(600)을 따라 외부로 배출되도록 구성된다. 이때, 가스 배출관(600)은 일측이 케이스(500)에 연결되고 타측은 지정된 장소에 위치되도록 하여 유해가스가 지정된 장소로만 배출되도록 형성된다.

그리하여 전지 셀(100)의 이상으로 인해 유해가스가 발생하였을 때, 밀폐된 케이스에 의해 다른 곳으로는 가스가 배출되지 않고 가스 배출관(600)을 따라 지정된 장소로만 배출되도록 하여 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 케이스에 의해 밀폐된 전지 셀들이 케이스 외부에 위치하는 방열핀에 의해 용이하게 냉각될 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 이차전지모듈은 전지 셀에서 발생하는 유해가스를 지정된 장소로 배출할 수 있도록 전지 셀이 케이스에 의해 밀폐되는 구조로 형성되면서, 전지 셀과 결합되는 방열핀을 케이스의 외부로 노출시켜 용이하게 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 전지 셀, 파티션, 방열핀 및 이차전지모듈을 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 이차전지모듈(1000)은, 일정거리 이격되어 나란히 적층 배열되는 다수개의 전지 셀(100); 상기 전지 셀(100)들 사이 및 최외측 전지 셀(100)에 적층되어 밀착되는 다수개의 파티션(200); 상기 파티션(200)들의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀(400); 상기 전지 셀(100)들이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀(400)의 냉각 유로(410)가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스(500); 및 상기 케이스(500)에 연결되어 케이스(500) 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관(600); 을 포함한다.

이는 나란히 적층 배열되는 다수개의 전지 셀(100)들 사이에 파티션(200)이 개재되어 밀착되고, 최외측에 배치되는 전지 셀(100)에 파티션(200)이 밀착되도록 체결수단(220)에 의해 결합되어 전극조립체(300)가 형성되는 것이며, 전극조립체(300)의 파티션(200) 양측에 방열핀(400)이 결합되고 케이스(500)에 의해 전극조립체(300)가 내부에 수용되도록 밀폐되도록 형성되되 방열핀(400)이 케이스(500)의 외부로 노출되도록 형성되는 것이다.

즉, 다수개의 전지 셀(100)들에서 발생되는 열이 전지 셀(100)의 양면에 밀착 결합되는 파티션(200)들을 통해 방열핀(400)으로 전달되고, 전달된 열은 케이스(500)의 외부로 노출되는 방열핀(400)에서 열교환을 일으켜 냉각되도록 구성된다. 그리고 방열핀(400)은 다수개의 냉각 유로(410)가 형성되며, 냉각 유로(410)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며 판형으로 형성될 수도 있다.

이때, 파티션(200)은 도 2와 같이 판형으로 형성되어 전지 셀(100)들 사이에 각각 개재된 후 밀착되어 전지 셀(100)들의 충전 또는 방전 과정에서 발생되는 열이 방열핀(400)으로 빠르게 전달될 수 있도록 구성된다. 그리고 파티션(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.

여기에서 파티션(200)은 전지 셀(100)보다 길게 형성되어, 파티션(200)이 전지 셀(100)의 양측으로 돌출되도록 결합된다. 즉, 파티션(200)이 전지 셀(100)의 길이방향 양측으로 돌출되도록 형성되어, 파티션(200)과 방열핀(400)이 밀착될 수 있도록 결합된다.

이때, 파티션(200)은 도 2 내지 도 4와 같이 양측에 고정 브라켓(210)이 형성되고 관통공(211)이 형성되어, 방열핀(400)의 결합공(420)에 체결수단(440) 체결수단(440)으로 결합될 수 있다.

또한, 파티션(200)들과 방열핀(400) 사이에 써멀 패드(430)가 개재된다. 써멀 패드(430)는 파티션(200)과 방열핀(400)간의 열전달 성능을 향상시키며, 다수개가 적층되는 파티션(200)들의 조립 공차를 흡수하는 역할을 한다. 이때, 써멀 패드(430)는 열전도도가 우수하고 탄성을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 파티션(200)의 양측에 형성되는 고정 브라켓(210)은 파티션(200)의 길이방향에 대해 수평 또는 수직으로 형성될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4와 같이 고정 브라켓(210)이 수평으로 형성되는 경우 파티션(200)과 방열핀(400)을 밀착시켜 사이에 개재된 써멀 패드(430)가 압착되도록 한 상태에서 상하 방향에서 체결수단(440)을 이용하여 결합할 수 있으며, 고정 브라켓(210)이 수직으로 형성되는 경우 측면 방향에서 체결수단(440)으로 결합하여 써멀 패드(430)가 압착되는 정도를 조절할 수도 있다.

또한, 케이스(500)는 상부 케이스(510) 및 하부 케이스(520)를 포함하며, 상부 케이스(510) 및 하부 케이스(520)의 양측 테두리부가 방열핀(400)에 밀착 결합된다. 도 5와 같이 상부 케이스(510)는 내부가 중공되고 하측이 개방되게 형성되며, 길이 방향 양측 테두리부가 방열핀(400)의 상면에 밀착된다. 그리고 하부 케이스(520)는 내부가 중공되고 상측 및 길이방향 양측이 개방되게 형성되어, 전극조립체(300)가 내부에 수용되며 양측의 개방된 테두리부가 방열핀(400)의 하면과 측면에 밀착된다. 또한, 상부 케이스(510)와 하부 케이스(520)의 폭 방향 테두리부가 서로 밀착 결합된다.

그리하여 도 5 및 도 6과 같이 상부 케이스(510)와 하부 케이스(520)의 결합에 의해 한 쌍의 방열핀(400)이 케이스(500)와 결합되어 밀착됨으로써 다수개의 전지 셀(100)들이 밀폐된다.

이때, 상부 케이스(510) 및 하부 케이스(520)가 결합되는 부분 및 방열핀(400)과 밀착되는 부분에는 밀폐를 위해 실링부재가 개재 또는 도포될 수 있으며, 케이스(510,520)에 플랜지를 형성하고 체결수단을 이용하여 결합하여 전지 셀(100)에서 발생되는 유해가스가 케이스(500)의 결합부 또는 방열핀(400)과의 결합부에서 누설되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 한 쌍의 방열핀(400)이 파티션(200)의 양측에 결합되고 케이스(500)가 방열핀(400)과 접촉되어 밀폐되도록 구성됨으로써, 이차전지모듈의 조립시 작업성과 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 각각의 파티션(200)의 양측에 일체형으로 방열핀이 길게 형성되는 경우에는 각각의 방열핀이 밀폐되어야 하므로 케이스의 구조가 복잡해지고 조립 및 밀폐부의 실링(sealing)이 어려워지므로, 한 쌍의 방열핀의 둘레면(4개의 면)에 케이스(500)가 결합되어 밀폐되므로 실링이 보다 쉬워지는 장점이 있다.

그리고 전극조립체(300)의 상측에는 전지 셀(100)의 전극탭(120)에 연결되는 회로기판(700)이 결합될 수 있으며, 상부 케이스(510)에는 상면에 회로기판(700)을 점검할 수 있도록 점검구(511)가 형성되어 상부 커버(530)가 결합될 수 있다. 또한, 전극탭(120)에는 버스바가 연결되며 버스바는 전극단자와 연결되어 전극단자가 케이스(500)의 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 케이스(500)의 외부로 돌출되는 전극단자는 밀폐되도록 형성된다.

또한, 방열핀(400)은 둘레에 안치홈이 형성되고, 상부 케이스(510) 및 하부 케이스(520)는 테두리부가 안치홈에 삽입되도록 결합될 수 있다. 이는 방열핀(400)의 상면과 하면 및 폭 방향 측면 양측에 안치홈을 형성하여 하부 케이스(520)의 양측 테두리부가 안치홈을 따라 삽입되어 결합되고 상부 케이스(510)도 테두리가 안치홈에 삽입되어 결합되도록 함으로써, 조립시 결합 위치를 용이하게 할 수 있고 기밀을 유지하기 용이하며 조립 후 케이스의 길이 방향 움직임을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 이차전지모듈은 케이스에 의해 밀폐된 다수개의 전지 셀들에서 발생되는 유해가스를 별도의 가스 배출관을 통해 지정된 곳으로 배출할 수 있어 유해가스가 차량 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 전지 셀들에서 발생되는 열을 용이하게 냉각시킬 수 있는 장점이 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) 이차전지모듈
100 : 전지 셀
110 : 전극체 120 : 전극탭
200 : 파티션
210 : 고정 브라켓 211 : 관통공
220 : 체결수단
300 : 전극조립체
400 : 방열핀
410 : 냉각 유로 420 : 결합공
430 : 써멀 패드 440 : 체결수단
500 : 케이스
510 : 상부 케이스 511 : 점검구
520 : 하부 케이스 530 : 상부 커버
600 : 가스 배출관
700 : 회로기판

Claims

전지 셀;
상기 전지 셀의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀;
상기 전지 셀이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀의 냉각 유로가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스; 및
상기 케이스에 연결되어 케이스 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관; 을 포함하는 이차전지모듈.
일정거리 이격되어 나란히 적층 배열되는 다수개의 전지 셀;
상기 전지 셀들 사이 및 최외측 전지 셀에 적층되어 밀착되는 다수개의 파티션;
상기 파티션들의 양측에 결합되는 한 쌍의 방열핀;
상기 전지 셀들이 내부에 수용되어 밀폐되도록 형성되며, 상기 방열핀의 냉각 유로가 외부에 형성되도록 결합되는 케이스; 및
상기 케이스에 연결되어 케이스 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관; 을 포함하는 이차전지모듈.
제2항에 있어서,
상기 파티션은 상기 전지 셀보다 길게 형성되어, 상기 파티션이 상기 전지 셀의 양측으로 돌출되도록 결합되는 이차전지모듈.
제2항에 있어서,
상기 파티션은 양측에 고정 브라켓이 형성되고, 상기 방열핀은 체결수단에 의해 상기 고정 브라켓에 결합되는 이차전지모듈.
제4항에 있어서,
상기 파티션들과 방열핀 사이에 써멀 패드가 개재되는 이차전지모듈.
제5항에 있어서,
상기 고정 브라켓은 파티션의 길이 방향에 대해 수평 또는 수직으로 형성되는 이차전지모듈.
제2항에 있어서,
상기 케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하며,
상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 양측 테두리부가 상기 방열핀에 밀착 결합되는 이차전지모듈.