KR100669332B1 - 이차 전지 모듈 및 이에 적용되는 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각매체의 유통시간을 단축하여 단위 전지 전면에 걸쳐 균일한 냉각과 더불어 방열 특성을 향상시킬 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들이 배열설치되고 내부로 냉각매체가 유통되는 하우징을 포함하고, 상기 단위 전지들은 냉각매체가 단위 전지의 단축방향으로 냉각매체가 진행하도록 배열 설치된 이차 전지 모듈을 제공한다.

단위 전지, 장축, 단축, 단자, 하우징

Description

이차 전지 모듈 및 이에 적용되는 이차 전지{SECONDARY BATTERY MODULE AND SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 단위 전지를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 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.

이와 같이 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 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 연결구를 연결설치하여 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 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

그러나 종래의 구조에 따른 각형의 이차 전지의 경우 두 개의 단자가 모두 장측면으로 돌출형성됨으로써 단위 전지 냉각에 불리한 결과를 초래하는 문제점이 있다.

이는 전지 모듈 내로 공급되는 냉각매체가 상기 단위 전지의 장축 방향으로 진행하기 때문으로, 상기 단위 전지는 모듈 내에서 전기적으로 연결되도록 단위 전지의 장측면으로 돌출된 단자간에 연결구가 설치되고 단위 전지에 설치되는 밴트로부터의 가스 배출이 상기 장측면에서 이루어지게 되어 장측면으로는 즉, 단축방향으로는 냉각매체를 유통시킬 수 없게 된다.

따라서 종래 구조의 경우 하우징 내부로 유입된 냉각매체는 단위 전지의 장축방향으로만 유통되는 데, 단위 전지의 장축방향으로 냉각매체가 유통됨에 따라 냉각매체의 단위 전지 통과시간이 길어져 냉각매체가 최초 유입되는 시점과 냉각매체가 단위 전지를 빠져나가는 시점에서의 냉각매체 온도 편차가 많이 나게 된다.

이와같이 단위 전지를 빠져나가는 시간이 길어짐에 따라 냉각매체와 최초 접하는 지점의 단위 전지 온도와 냉각매체가 빠져나가는 지점의 단위 전지 온도가 상이해지고 온도 차이가 커지게 되며 이에 따라 단위 전지의 냉각효율이 저하되고 불균일한 온도 분포에 따른 전지의 성능 저하가 우려된다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 그 목적은 냉각매체의 유통시간을 단축하여 단위 전지 전면에 걸쳐 균일한 냉각과 더불어 방열 특성을 향상시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈과 이에 적용되는 이차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차 전지는 장축방향으로 단자가 돌출 형성된 구조로 되어 있다.

바람직하게는 상기 이차 전지는 장축과 단축을 갖는 각형으로 이루어진다.

또한, 상기 이차 전지는 양극단자와 음극단자가 장축방향으로 일측면에 모두 형성되거나 양 측면에 각각 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 전지 모듈은 장축방향으로 단자가 돌출형성된 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들이 배열설치되고 내부로 냉각매체가 유통되는 하우징을 포함하고, 상기 단위 전지들은 상기 냉각매체가 단위 전지의 단축방향으로 냉각매체가 진행하도록 배열 설치된 구조로 되어 있다.

이에 따라 냉각매체가 단위 전지를 가장 빠른 시간내에 통과할 수 있게 되어 단위 전지의 냉각효율을 높이고 단위 전지 전면에 대해 균일한 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

여기서 상기 하우징은 내부에 단위 전지가 적재되는 공간부를 구비하며 상기 공간부와 연통되어 공간부 내부로 냉각매체를 유입시키기 위한 유입구와, 상기 공간부와 연통되어 단위전지를 거친 냉각매체를 배출시키기 위한 유출구를 포함한다.

그리고 상기 단위 전지는 상기 공간부 내에서 유입구와 유출구의 진행방향과 상기 단위 전지의 장축이 직각으로 놓여지도록 배치된다.

또한, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기 각 단위 전지 사이에 이들 단위 전지를 이격시키고 냉각매체를 유통시키기 위한 전지 격벽을 더욱 포함할 수 있다.

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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

이하 설명에서는 하우징으로 유통되는 단위전지 냉각매체로 냉각용 공기가 사용되는 경우를 예로서 설명하도록 한다.

상기한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전지 모듈을 설명하면, 상기 전지 모듈(10)은 대용량의 전지 모듈로서, 일정 간격 이격되게 연속 배치되는 다수개의 단위 전지(11)를 포함한다.

상기 각각의 단위 전지(11)는 세퍼레이터를 사이에 두고 이의 양측에 양극판과 음극판이 배치되는 전극 조립체를 구비하여, 기 설정된 양의 전력을 충,방전시키는 통상적인 구조의 이차 전지로 구성된다.

본 실시예에서는 각형의 단위 전지(11)가 사용되는 경우를 예로써 설명한다.

상기 단위 전지(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 직사각형태로 이루어져 이하 설명의 편의를 위해 상기 직사각형태의 단위 전지(11)에서 마주보는 선단간 길이가 짧은 쪽을 단축(d)이라하고 단축의 양 선단이 이루는 라인을 단축방향이라고 하며, 마주보는 선단간 길이가 긴 쪽을 장축(D)이라하고 장축의 양 선단이 이루는 라인을 장축방향이라고 정의한다.

여기서 상기 단위 전지(11)는 장축방향으로 양 선단에 각각 양극단자(12)와 음극단자(13)가 돌출 형성된 구조로 되어 있다.

본 단위 전지는 이에 한정되지 않으며 도시되지는 않았으나 상기 장축방향의 일측 선단에 양극단자와 음극단자가 모두 설치될 수 있다.

상기한 구조의 단위 전지(11)들은 냉각매체인 공기가 유통되는 하우징(20) 내에 간격을 두고 배열설치되어 하나의 전지 모듈(10)을 이루게 된다.

상기 하우징(20)은 내부에 단위 전지(11)들이 배열되는 공간부(21)가 마련되어 상기 공간부(21)에 단위 전지(11)와 전지격벽(14)이 교대로 배치된다. 상기 전지격벽(14)은 자체적으로 냉각용 공기가 유통되는 채널이 간격을 두고 형성된 구조로 단위 전지(11) 사이의 간격을 유입함과 더불어 냉각용 공기를 유통시키는 역할을 수행하게 된다.

그리고 상기 하우징(20)은 도 1에서와 같이 도면상 상부에 하우징(20) 내부의 단위 전지(11) 사이로 냉각용 공기를 유입시키기 위한 유입구(22)가 일체로 형성되고, 하부에는 단위 전지(11)를 거친 냉각용 공기를 외부로 배출시키기 위한 유출구(23)가 일체로 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 본 실시예에 따르면 상기 단위 전지(11)는 상기 하우징(20)의 공간부(21) 내에서 단위 전지(11)의 단축방향이 냉각용 공기의 진행방향과 일치하는 방향으로 배치되어 단위 전지의 단축으로 냉각용 공기가 유통되는 구조로 되어 있다.

도 1은 이러한 하우징 내에서의 상기한 배치 구조를 잘 예시하고 있는 데, 상기한 도면을 참조하여 그 구조와 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

상기한 도면에 의하면 하우징(20)은 상단과 하단에 각각 유입구(22)와 유출구(23)가 형성되고 그 중간에 공간부(21)가 형성되어 유입구(22)로 들어온 냉각용 공기는 공간부(21)를 상하방향으로 이동하여 하우징(20) 하부에 형성된 유출구(23)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.

그리고 상기 단위 전지(11)는 상기 공간부(21) 내에서 장축방향의 양 선단에 형성된 각 단자(12,13)가 도면상 하우징(20)의 좌우측을 향하도록 배치된 상태에서 하우징(20)의 길이방향을 따라 적층되고 단위 전지(11) 사이에 전지격벽(14)이 설치된다.

이에 따라 상기 단위 전지(11)의 단축방향은 공간부(21)에 대해 수직방향으로 놓여져 상기 냉각용 공기의 진행방향과 일치하게 된다.

상기한 구조로 되어 전지 모듈(10) 작동에 따라 하우징(20)으로 냉각용 공기가 공급되면, 냉각용 공기는 하우징의 유입구(22)를 통해 하우징(20) 내부로 유입된다.

하우징(20)으로 유입된 냉각용 공기는 공간부(21)에 배치된 각 단위 전지(11) 사이의 전지격벽(14)을 통해 하우징(20)의 상부에서 하부로 통과하게 된다.

여기서 상기 공간부(21) 내에 설치되는 단위 전지(11)는 단축(d)이 수직방향으로 놓여진 상태로 냉각용 공기는 단위 전지(11) 사이에 설치된 전지격벽(14)을 통해 단위 전지(11)의 단축방향 즉, 단위 전지(11)를 가장 짧은 경로로 지나갈 수 있게 되는 것이다.

이에 따라 냉각용 공기가 신속하게 단위 전지(11)를 지나게 되고 이 과정에서 단위 전지(11)를 효과적으로 방열시킬 수 있고, 단위 전지(11) 전면에 대해 온도를 균일하게 유지할 수 있게 되는 것이다.

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 발명에 따르면, 냉각매체를 단위 전지의 가장 짧은 경로를 통해 지나가도록 함으로써 단위 전지의 방열 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 단위 전지 전체를 균일하게 냉각시켜 온도를 균일하게 유지할 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지들이 배열설치되고 내부로 냉각매체가 유통되는 하우징을 포함하고, 상기 단위 전지들은 냉각매체가 단위 전지의 단축방향으로 진행하도록 배열 설치되고, 상기 단위 전지의 장축 방향으로 단자가 돌출 설치되며, 상기 단위 전지 사이에 전지격벽이 설치된 이차 전지 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 각형인 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 내부에 단위 전지가 적재되는 공간부를 구비하며 상기 공간부와 연통되어 공간부 내부로 냉각매체를 유입시키기 위한 유입구와, 상기 공간부와 연통되어 단위전지를 거친 냉각매체를 배출시키기 위한 유출구를 포함하는 이차 전지 모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 단위 전지는 상기 공간부 내에서 유입구와 유출구의 진행방향과 상기 단위 전지의 장축이 직각으로 놓여지도록 배치되는 이차 전지 모듈.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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