KR100627395B1 - 전지 모듈과 전지 모듈의 격벽 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 전지의 간격을 유지할 수 있는 충분한 강도와 더불어 단위 전지에서 발생되는 변형에너지와 충격에너지를 흡수하여 단위 전지의 파손을 방지할 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 냉각매체가 유통되는 하우징, 상기 단위 전지 사이에 설치되어 상기 단위 전지를 탄력적으로 가압하는 전지격벽을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

전지격벽, 판재, 탄성부, 압축스프링, 안내홈, 돌기

Description

전지 모듈과 전지 모듈의 격벽{SECONDARY BATTERY MODULE AND WALL OF SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 격벽을 도시한 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립 상태를 설명하기 위한 상태도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 작용 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지의 형상을 유지할 수 있는 충분한 강도와 더불어 단위 전지의 변형 에너지를 흡수할 수 있도록 된 전지 모듈의 격벽과 이 격벽을 포함하는 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 격리판을 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 단위전지를 일렬로 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

그런데 각각의 단위전지는 작동 시에 내부에서 열이 발생하고, 다수의 단위 전지로 구성된 상기 전지 모듈의 경우 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 원활하게 기능을 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 전지 모듈내의 열을 방출하기 위해서 종래의 전지 모듈은 하우징 내에 수개의 단위 전지를 나란히 배열하고 각 단위 전지 사이에는 냉매가 유통할 수 있는 통로가 형성된 전지격벽을 설치하여 냉매를 유통시킴으로써 단위 전지를 냉각시키고 단위 전지 사이의 간격을 유지시키는 구조로 되어있다.

그러나 상기한 종래의 구조는 전지 격벽이나 하우징 등이 방열특성이나 단위 전지의 간격유지 등에 초점이 맞춰 개발됨에 따라 단위 전지의 변형에너지에 제대로 대처하지 못하는 단점이 있다.

즉, 전지 사용 중 보호회로가 정상적으로 동작하지 않거나 전지의 예기치 못한 이상 반응이 일어나는 경우에는 전지내부의 화학 반응에 따라 가스가 발생하는데, 종래의 단위 전지의 경우 가스를 수용할 수 있는 공간이 부족하여 전지 내부에서 압력이 상승하게 되므로 전지 케이스가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있다.

이와같이 스웰링 현상으로 인하여 전지 케이스가 팽창하는 등 전지에 변형이 발생되고 이러한 전지의 변형에너지는 전지 모듈에서 단위 전지들을 고정시키는 하우징이나 체결구를 압박하여 하우징이나 체결구를 파손시킬 위험이 있으며, 심각한 경우에는 단위 전지가 폭발할 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 전지 모듈의 경우 수 개에서 많게는 수십 개의 단위 전지를 연결시켜 하나으 전지모듈을 구성함에 따라 일측 단위 전지에 변형이 발생되는 경우 이 에너지는 그대로 다른 이웃하는 단위전지로 전달되어 이웃하는 단위 전지에 변형을 초래할 위험이 있다.

또한, 단위 전지의 폭발 방지를 위해 통상 단위 전지에는 밴트를 설치하여 소정의 압력조건 하에서 가스를 방출하는 구조로 되어 있으나 종래의 구조는 스웰링 현상에 의해 단위 전지가 변형되는 것을 제대로 흡수하지 못함에 따라 가스압에 의해 밴트가 조기에 개방되고 밴트가 한번 개방되면 다시 복구할 수 없어 전지를 폐기해야 하므로 단위전지나 전지 모듈의 수명을 단축시키게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지의 간격을 유지할 수 있는 충분한 강도와 더불어 단위 전지에서 발생되는 변형에너지와 충격에너지를 흡수하여 단위 전지의 파손을 방지할 수 있도록 된 전지 모듈의 격벽과 이 격벽을 포함하는 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단위 전지 사이에 설치되고 자체적으로 탄성력을 구비하여 상기 단위 전지를 가압하는 전지격벽을 포함한다.

이를 위해 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 냉각매체가 유통되는 하우징, 상기 단위 전지 사이에 설치되어 상기 단위 전지를 탄력적으로 가압하는 전지격벽을 포함한다.

상기 전지격벽은 자체적으로 탄성력을 갖도록 단위 전지의 측면에 접하는 한쌍의 판재와, 이 판재 사이에 설치되어 두 개의 판재에 탄성력을 부여하는 탄성부를 포함할 수 있다.

상기 판재는 단위 전지의 전면과 대응되는 크기로 이루어져 단위 전지 전체 에 접할 수 있도록 하고, 판재와 판재 사이는 충분히 간격을 유지하여 냉각매체가 상기 판재와 판재 사이로 원활하게 유통될 수 있도록 한다.

상기 탄성부는 압축스프링이나 탄성력을 갖는 고무재질의 부재 등 다양하게 적용될 수 있으며, 일정한 탄성력을 양 판재에 가할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다.

여기서 상기 탄성부는 상기 두 개의 판재 사이에 적어도 하나 이상 설치되며, 바람직하게는 사각형태의 판재 네 모서리부분에 설치하여 판재 전면에 고르게 탄성력이 부여될 수 있도록 한다.

이에 따라 적층되어 있는 다수개의 단위 전지 중 일측 단위 전지가 변형되어 부풀어 오르게 되면 해당 단위 전지의 측면에 설치된 전지격벽의 탄성부가 탄력적으로 압축되면서 전지격벽의 폭이 줄어들어 단위 전지의 변형에너지를 흡수할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기 하우징에 대한 상기 전지격벽의 설치를 위해 상기 전지격벽을 이루는 각 판재의 양 측단에 돌기가 돌출 형성되고, 상기 하우징의 내측면에는 상기 돌기와 대응되는 위치에 상기 돌기가 끼워져 안내되는 안내홈이 상기 단위 전지의 적층방향을 따라 형성된 구조로 되어 있다.

따라서 상기 전지격벽을 이루는 각 판재는 측단에 형성된 돌기가 상기 안내홈을 따라 이동될 수 있게 되어 전지격벽이 단위 전지의 적층방향을 따라 자유롭게 유동될 수 있게 된다.

또한, 상기 하우징은 내측면에 상기 돌기를 안내홈까지 유도하기 위한 이동 로가 더욱 형성될 수 있다.

상기 이동로는 상기 안내홈까지 연장되며 안내홈에 대해 직각방향으로 하우징의 내측면 선단까지 형성되어 전지격벽의 각 판재를 하우징에 끼우게 되면 상기 판재에 형성된 돌기가 상기 이동로를 따라 안내홈에 도달하게 된다.

여기서 상기 이차 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로써 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 측 단면도이다.

상기한 도면을 참조하여 대용량의 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11) 사이에 설치되어 단위 전지 사이로 공기가 유통될 수 있도록 간격을 유지하고 단위 전지의 측면을 지지하는 전지격벽(20), 상기 단위 전지(11)와 전지격벽(20)이 배열되어 장착되는 하우징(12)를 포함한다.

상기 하우징(12)는 일측면 상단에 단위 전지(11)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어용 공기가 유입되는 유입구(13)가 형성되고 반대쪽 측면 하단에는 단위 전지(11)를 거친 공기가 배출되는 배출구(14)가 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 하우징(12)의 구조와 유입구(13) 및 배출구(14)의 위치 및 하우징(12) 내부에서의 단위 전지의 배열 구조에 대해서는 상기 구조를 만족하는 한 특별히 한정되지 않는다.

이에 하우징(12)의 유입구(13)로 들어온 냉각용 공기는 단위 전지(11)와 단위 전지(11)의 측면 사이에 설치된 전지격벽(20)을 통과하면서 하부로 유통되고 이 과정에서 단위 전지(11)에서 발생된 열이 교환되며, 열교환된 공기는 하우징(12)의 하부 배출구(14)를 통해 빠져나가게 된다.

상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서 본 실시예에 따른 전지격벽(20)은 단위 전지(11)의 측면과 대응되는 크기를 갖는 두 개의 판재(21)가 서로 접하여 이루어진다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이 상기 각 판재(21) 사이에는 두 개의 판재(21) 사이에 탄성력을 부여하기 위한 압축스프링(22)이 설치된 구조로 되어 있다.

상기 압축스프링(22)과 상기 판재(21)는 용접 등으로 부착설치될 수 있다.

본 실시예에서 상기 압축스프링(22)은 두 개의 판재(21) 네 모서리부분에 설치되어 판재(21) 전면에 걸쳐 균일한 탄성력이 부여될 수 있도록 되어 있다.

여기서 상기 압축스프링(22)의 압축력은 단위 전지(11)의 설계치에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 상기 전지격벽(20)은 알맞은 압력으로 각 단 위 전지(11)를 가압하여 전지 모듈(10) 내에 단위 전지(11)를 고정시킬 수 있게 된다.

본 실시에에서는 상기 두 개의 판재(21)에 탄성력을 인가하기 위한 요소로 압축스프링(22)이 설치된 구조를 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되지는 않으며 예컨대, 상기 두 개의 판재(21) 사이에 탄성력을 갖는 고무를 부착할 수도 있다.

한편, 본 전지 모듈(10)의 또다른 실시예에 따르면 상기 전지격벽(20)은 하우징(12) 내부에서 자유롭게 유동될 수 있는 구조로 되어 있다.

이를 위해 상기 전지격벽(20)은 두 개의 판재(21)로 이루어지고 판재(21) 사이에 압축스프링(22)이 설치됨과 더불어, 상기 각 판재(21)의 양 측단에는 돌기가 돌출 형성되고 상기 하우징(12)의 내측면에는 상기 하우징(12)에 대해 상기 판재(21)가 단위 전지(11)의 적층 방향으로 유동될 수 있도록 상기 단위 전지(11)의 적층방향으로 상기 돌기(23)가 이동되는 안내홈(15)이 돌기(23)와 대응되는 위치에 형성되는 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 판재(21)가 하우징(12) 내의 단위 전지(11) 사이에 끼워지게 되면 상기 판재(21)에 설치된 돌기(23)가 상기 안내홈(15)에 위치하게 되고 이 상태에서 단위 전지(11)에 충격이나 변형이 가해지게 되면 판재(21)는 돌기(23)가 안내홈(15)을 따라 이동함에 따라 전지격벽(20)은 하우징(12) 내에서 자유롭게 유동될 수 있는 것이다.

여기서 상기 하우징(12)에 형성된 안내홈(15)으로 상기 돌기(23)가 삽입되기 위해서는 상기 판재(21)를 상기 하우징(12)으로 끼우는 과정에서 상기 돌기(23)가 하우징(12)의 내측면에 걸리지 않고 안내홈(15)까지 이동될 수 있어야 한다.

이를 위해 상기 하우징(12)의 내측면에는 상기 판재(21)의 끼움방향으로 즉, 상기 안내홈(15)에 대해 직각방향으로 상기 돌기(23)의 이동로(16)가 더욱 형성된다.

상기 이동로(16)는 상기 하우징(12)의 상단에서 상기 안내홈(15)까지 연장되고 상기 안내홈(15)과 연결되어 이동로(16)를 따라 이동된 돌기(23)가 상기 안내홈(15)에 위치할 수 있도록 한다.

본 실시예에 따르면 상기 돌기(23)는 각 판재(21)의 측단에 두 개씩 간격을 두고 형성되며 상기 하우징(12) 내에 형성되는 안내홈(15) 또한 상기 돌기(23)와 동일한 개수로 돌기(23)와 대응되는 위치에 형성된다.

물론, 상기 돌기(23)의 개수와 그 형성 위치에 대해서는 상기 실시예에 한정되 않으며 다양하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 도 3과 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

하우징(12) 내에 단위전지를 적층 설치하고, 단위 전지 사이에 본 실시예에 따른 전지격벽(20)을 설치하여 전지 모듈을 구성한다.

여기서 상기 전지격벽(20)은 두 개의 판재(21)와 그 사이에 설치되는 탄성스프링(22)으로 이루어져 상기 두 개의 판재(21) 측단에 형성된 돌기(23)를 하우징(12) 내측면에 형성된 이동로(16)로 삽입시킨 상태에서 전지격벽(20)을 하우징(12)의 단위 전지 사이로 진행시킴으로써 하우징(12) 내에 상기 전지격벽(20)을 설치할 수 있게 된다.

상기 전지격벽(20)을 이루는 각 판재(21)는 측단에 형성된 돌기(23)가 상기 하우징(12)에 형성된 이동로(16)를 따라 이동되어 전지격벽(20)이 완전히 하우징(12)의 단위 전지 사이에 끼워지게 되면 상기 돌기(23)는 이동로(16) 상에 직각으로 연결되어 있는 안내홈(15)에 위치하게 된다.

이와같이 조립된 전지 모듈은 단위 전지와 단위 전지 사이에 설치된 전지격벽(20)이 판재(21) 사이에 설치된 압축스프링(22)의 탄성력에 의해 각 판재(21)가 단위 전지를 가압하여 고정하고 있게 된다.

한편, 상기와같이 조립된 전지 모듈은 해당 기기의 충방전과정에서 상기 단위 전지에 변형이 가해지는 경우 그 변형에너지가 그대로 단위 전지 사이에 설치된 전지격벽(20)에 의해 흡수됨으로써 이웃하는 단위 전지에 영향을 주지않게 된다.

즉, 단위 전지가 사용 중 전지 내부의 이상에 의해 부풀어 오르는 등 변형이 발생하게 되면, 그 변형량에 따라 상기 판재(21)가 외측으로 가압하게 되며, 상기 판재(21)는 두 개의 판재(21) 사이에 설치된 압축스프링(22)을 압축시키면서 밀려나가게 된다.

이와같이 두 개의 판재(21)는 압축스프링(22)을 압축시키면서 판재(21)와 판재(21) 사이의 간격이 조절되면서 단위 전지의 변형량을 흡수하게 된다.

따라서 일측 단위전지의 변형량은 단위 전지와 단위 전지 사이에 설치된 전지격벽(20)이 자체적으로 흡수하여 처리함으로써 이웃하는 단위 전지로 전달되지 않게 되어 이웃하는 단위 전지의 변형을 유발시키지 않게 된다.

한편, 상기 전지격벽(20)을 이루는 각 판재(21)는 측단에 설치된 돌기(23)가 단위 전지의 적층방향으로 형성된 안내홈(15)을 따라 자유롭게 이동가능한 상태로 단위 전지에 충격이 가해지거나 변형되는 경우 전지격벽(20)이 자체적으로 단위 전지의 적층방향으로 따라 이동되어 그 충격량을 흡수할 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 전지 모듈은, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

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, 전지에 가해지는 충격이나 전지의 변형에너지를 흡수함으로써 전지의 파손을 방지할 수 있고, 전지의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수개의 전지가 적층된 상태에서 일측 전지의 변형에너지가 다른 전지로 전파되는 것을 방지하여 다른 전지의 파손을 방지할 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 다수개의 단위 전지와,

   상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 냉각매체가 유통되는 하우징,

   상기 단위 전지 사이에 설치되어 상기 단위 전지를 탄력적으로 가압하는 전지격벽을 포함하고,

   상기 전지격벽을 이루는 각 판재의 양 측단에 돌기가 돌출 형성되고, 상기 하우징의 내측면에는 상기 돌기와 대응되는 위치에 상기 돌기가 끼워져 안내되는 안내홈이 상기 단위 전지의 적층방향을 따라 형성된 이차 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지격벽은 단위 전지의 측면에 접하는 한쌍의 판재와, 상기 판재 사이에 설치되어 두 개의 판재에 탄성력을 부여하는 탄성부를 포함하는 이차 전지 모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 상기 하우징 내에서 상기 단위 전지의 적층방향을 따라 이동가능하게 설치되는 이차 전지 모듈.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부는 두 개의 판재 사이에 설치되는 압축스프링을 포함하는 이차 전지 모듈.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부는 두 개의 판재 사이에 설치되는 탄성 고무를 포함하는 이차 전지 모듈.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 압축스프링은 두 개의 판재 사이에 적어도 하나 이상 설치되는 이차 전지 모듈.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 압축스프링은 상기 판재의 각 모서리 부위에 설치되는 이차 전지 모듈.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 내측며에 상기 돌기를 안내홈까지 유도하기 위한 이동로가 상기 하우징의 선단에서 상기 안내홈까지 형성된 이차 전지 모듈.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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