KR100728192B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 다수 개의 단위 전지를 연속적으로 배열하여 구성되는 적어도 둘 이상의 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 내장시키는 하우징을 포함하며, 상기 각 전지 집합체는 상기 단위 전지들의 배열 방향을 기준할 때, 상기 각 단위 전지가 상기 배열 방향에 대해 사선 방향으로 배치되어 이루어진다.

이차전지, 전지모듈, 하우징, 전지집합체, 단위전지, 지지유닛

Description

이차 전지 모듈 {SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 평단면 구성도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 집합체를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3의 평단면 구성도이다.

도 5는 도 4에 도시한 전지 집합체의 일부 구성을 상세하게 나타내 보인 단면 구성도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 집합체를 도시한 사시도이다.

도 7은 도 6의 평면 구성도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 평단면 구성도이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 평단면 구성도이다.

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지들의 배열 구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 휴대폰, PDA, 노트북 PC 및 캠코더 등과 같은 휴대용 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로서 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 바, 대표적인 형상으로 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 고출력용 이차 전지를 복수 개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와 같이 하나의 대용량 이차 전지(이하에서는 설명의 편의상 "전지 모듈"이라고 한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하에서는 설명의 편의상 "단위 전지"라고 한다)로 이루어진다.

더욱이 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차(전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차)의 모터 구동용으로 적용되는 경우에는 단위 전지의 개수가 더욱 늘어나 다수의 열로 배치되는 데, 이 경우 전지 모듈의 크기를 최소화하면서 단위 전지의 냉각 효율을 높이는 데 어려움이 따른다.

부연 설명하면, 종래의 전지 모듈은 다수의 전지열을 갖춘 경우 각 전지열을 복층 구조로 하거나 평면 상에 나란하게 배치하게 되는 데, 복층 구조로 하는 경우에는 모듈의 높이가 커지는 문제점이 있으며, 나란하게 배치하는 경우에는 모듈의 크기를 최소화할 수는 있으나 단위 전지의 냉각효율이 저하되고 특히, 단위 전지 간에 온도 편차가 발생되어 균일한 냉각이 어려운 문제점이 있다. 이는 전지열이 나란하게 배치된 경우, 냉각매체가 일측 전지열의 단위 전지를 거친 후, 다른 일측 전지열의 단위 전지를 지나가기 때문으로 각 전지열로 유입되는 냉각매체의 온도가 상이하기 때문이다. 즉, 냉각매체가 일측 전지열을 지나면서 온도가 상승된 상태로 다른 일측 전지열을 지남에 따라, 일측 전지열의 단위 전지 온도와 다른 일측 전지열의 단위 전지 온도는 상당한 차이가 나게 되는 것이다. 따라서 종래의 전지 모듈은 전지열이 나란하게 배치된 경우, 전지열의 각 단위 전지에서 발생되는 열이 고르게 방열되지 않아 전지 고유의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 그 목적은 단위 전지들의 효율적인 배치를 통해 방열 효과가 우수하면서도 크기를 최소화할 수 있는 이차 전지 모듈을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 다수 개의 단위 전지를 연속적으로 배열하여 구성되는 적어도 둘 이상의 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 내장시키는 하우징을 포함하며,

상기 각 전지 집합체는 상기 단위 전지들의 배열 방향을 기준할 때, 상기 각 단위 전지가 상기 배열 방향에 대해 사선 방향으로 배치되어 이루어진다.

상기 이차 전지 모듈은, 상기 각 전지 집합체가 서로 이격되게 배치되어 구성될 수 있다.

상기 이차 전지 모듈은, 상기 전지 집합체가 한 쌍을 이루어 상호 대칭적으로 배치되어 구성될 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 온도 제어용 냉각매체를 주입시키기 위한 유입부와, 상기 각 전지 집합체를 거친 상기 냉각매체를 배출시키기 위한 유출부를 포함할 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 설치되는 전지 격벽을 포함하며, 상기 전지 격벽은 상기 냉각매체를 통과시키는 적어도 1의 통로를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 통로는 상기 각 전지 집합체 사이의 공간, 및 상기 유출부와 연통하는 구멍으로서 형성될 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 유입부를 통해 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 진행하는 상기 냉각매체의 유동 방향과 상기 유출부를 통해 배출되는 상기 냉각매체의 유동 방향이 실질적으로 동일한 구조로서 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 이차 전지 모듈은, 상기 하우징의 일측에 유입구를 형성하고, 상기 유입구에 대향하는 상기 하우징의 다른 일측에 유출구를 형성하여 구성될 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 유입부를 통해 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 진행하는 상기 냉각매체의 유동 방향과 상기 유출부 를 통해 배출되는 상기 냉각매체의 유동 방향이 서로 반대인 구조로서 이루어질 수도 있다. 이 경우 상기 이차 전지 모듈은, 상기 하우징의 일측에 유입구, 및 상기 유입구에 인접하는 유출구를 형성하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 다수 개의 단위 전지를 연속적으로 배열하여 구성되며 서로 대칭적으로 이격되게 배치되는 적어도 둘 이상의 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 내장시키고 온도 제어용 냉각매체를 상기 각 전지 집합체 사이의 공간을 통해 상기 각 단위 전지 사이로 유통시키는 하우징을 포함하며,

상기 각 전지 집합체는 상기 단위 전지들의 배열 방향을 기준할 때, 상기 각 단위 전지가 상기 배열 방향에 대해 사선 방향으로 배치되어 이루어지고, 상기 단위 전지들을 밀착시켜 일체로서 지지하는 지지유닛을 포함한다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 설치되는 전지 격벽을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 전지 격벽은 상기 냉각매체를 통과시키는 적어도 1의 통로를 구비할 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 전지 집합체를 정착시키기 위한 장착부와, 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 상기 냉각매체를 주입시키기 위한 유입부와, 상기 각 전지 집합체를 거친 상기 냉각매체를 배출시키기 위한 유출부를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 유출부는 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 평행하게 형성되며, 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 경사지게 형성될 수도 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 지지유닛은 최 외측의 상기 단위 전지에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트와, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 실질적으로 연결하는 연결로드와, 상기 엔드 플레이트에 연결 설치되며, 상기 단위 전지들의 배열 방향으로 배치되어 상기 단위 전지들을 지지하는 적어도 1의 지지바아를 포함할 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 지지유닛은 상기 연결로드를 체결하는 체결공을 가지면서 상기 엔드 플레이트에 돌출 형성되는 체결부재를 더욱 포함할 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 지지유닛은 최 외측의 상기 단위 전지에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트와, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 실질적으로 연결하는 연결로드와, 상기 연결로드를 체결하는 체결공을 가지면서 상기 엔드 플레이트에 돌출 형성되며, 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 수직한 방향으로 상기 연결로드와 직각을 이루는 체결부재를 포함할 수도 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 체결부재는 서로 대향되는 상기 엔드 플레이트의 양측단에 돌출 형성되며, 상기 엔드 플레이트에 대해 소정 각도로 절곡되어 형성될 수 있다. 이 경우 상기 엔드 플레이트는 그 두께가 상기 체결부재의 두께 이하로서 형성될 수 있다.

상기 이차 전지 모듈에 있어서, 상기 엔드 플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호 형태의 단면 구조로서 이루어질 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 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 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평단면 구성도이다.

이 도면을 참고하여 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(10)을 살펴보면, 이 전지 모듈(10)은 다수 개의 단위 전지(12)를 일정 간격을 두고 연속적으로 배열하여 이루어지는 전지 집합체(11)와, 이 전지 집합체(11)를 내장시키고 각 단위 전지(12)로 온도 제어용 냉각매체를 유통시키기 위한 하우징(20)을 포함한다.

본 발명에서는, 온도 제어용 냉각매체로서 냉각 공기, 냉각수 및 기타 냉각 유체 등을 이용한 냉각 방식으로 각 단위 전지(12)에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 팬(fan) 또는 블로워(blower) 등과 같은 통상적인 송풍장치에 의해 자연 상태에서 쉽게 얻을 수 있는 공기(이하에서는, "냉각 공기"라고 한다.)를 이용한 냉각 방식을 예로 하여 설명한다.

각 단위 전지(12)는 격리판을 사이에 두고 이의 양측에 양극과 음극을 배치하여 구성되는 전극 조립체로서, 기설정된 양의 전력을 충전 및 방전시키는 통상적 인 구조의 이차 전지로서 구비된다. 본 실시예에 따르면, 각 단위 전지(12)는 대략 사각형(한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 갖는 가로 폭이 넓은 직사각형)의 형상으로 이루어진다.

전지 집합체(11)는 상기와 같은 단위 전지(12)를 복수로 구비하고, 이들을 일정 간격을 두고 연속적으로 배치하여 하나의 열을 이룬 집합체 구조로서 이루어진다.

이 전지 집합체(11)는 각 단위 전지(12) 사이에 전지 격벽(13)을 설치하고 있다. 이러한 전지 격벽(13)은 각 단위 전지(12)의 간격을 일정하게 유지하면서 냉각 공기를 각 단위 전지(12) 사이로 유통시키고, 각 단위 전지(12)의 측면을 지지하는 기능을 하게 된다. 이를 위해 전지 격벽(13)에는 냉각 공기를 유통시키는 통로(14)를 형성하고 있다. 이러한 통로(14)는 전지 격벽(13)에 대하여 단위 전지(12)의 장변 방향 즉, 전지 집합체(11)의 폭 방향으로 관통되는 복수의 구멍(15)으로서 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 전지 집합체(11)는 적어도 둘 이상으로 구비되며, 바람직하게는 도면에 도시한 바와 같이 하우징(20) 내에서 두 개가 한 쌍을 이루며 배치된다.

이러한 전지 집합체(11)는 하우징(20) 내에서 동일 평면 상에 서로 이격되게 배치된다. 즉, 전지 집합체(11)는 전지 격벽(13)의 통로(14)가 서로 마주하도록 각 전지 집합체(11)의 길이 방향에 대해 일정 간격을 두고 서로 평행하게 배치되고 있다. 이와 같이 전지 집합체(11)를 하우징(20) 내의 동일 평면 상에서 이격되게 배 치하는 이유는, 전지 모듈(10)의 전체 높이를 최소화 하기 위함이다.

구체적으로, 전지 집합체(11)는 이들 사이의 이격 공간을 기준으로 상호 대칭적으로 배치되며, 각각의 단위 전지(12)들이 하우징(20) 내부의 평면에 대해 직립한 상태에서 한 쪽 방향(도면에서의 좌측 방향)으로 소정 각도 경사지게 배치되어 구성될 수 있다. 즉, 각 전지 집합체(11)는 이의 길이 방향에 해당하는 단위 전지(12)들의 배열 방향을 기준할 때, 각 단위 전지(12)들이 상기 배열 방향에 대해 일정 각도를 두고 사선 방향으로 틀어져 배치되며, 전지 격벽(13)에 의하여 일정 간격을 두고 연속적으로 배열되는 구조로 이루어진다.

여기서, 단위 전지(12)들은 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간을 진행하는 냉각 공기가 전지 격벽(13)의 통로(14)를 통해 원활하게 빠져 나갈 수 있는 정도의 각도로서 경사지게 배치되며, 이러한 작용을 만족하는 한 그 각도가 어느 특정 값으로 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 전지 집합체(11)는 도 3에 도시한 바와 같이, 단위 전지(12)들을 밀착시켜 일체로서 지지하는 지지유닛(50)을 포함한다.

이 지지유닛(50)은 최 외측의 단위 전지(12)에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트(70)와, 이들 한 쌍의 엔드 플레이트(70)를 연결하는 연결로드(80)와, 엔드 플레이트(70)에 형성되어 이 엔드 플레이트(70)와 연결로드(80)를 체결시키는 체결부재(90)를 구비할 수 있다.

앤드플레이트(70)는 단위 전지(12)의 경사 각도와 대응되게 기울어져 최 외측 단위 전지(12)의 측면에 밀착된다.

연결로드(80)는 일측 단부에 볼트 헤드를 구비하고, 다른 일측 단부에 나사산이 가공된 볼트 형태로서 구성된다. 이 연결로드(80)는 단위 전지(12)들의 배열 방향을 따라 배치되며, 너트(81)를 매개로 하여 엔드 플레이트(70)에 체결된다.

체결부재(90)는 각 엔드 플레이트(70)의 양측단 즉, 도면 상 엔드 플레이트(70)의 단변 부분에 일체로서 돌출 형성된다. 이 체결부재(90)는 연결로드(80)를 체결하는 체결공(91)을 가지면서 상기 양측단에서 엔드 플레이트(70)의 단변 부분 외측으로 돌출되게 형성된다. 바람직하게, 체결부재(90)는 각 엔드 플레이트(70)의 양측단에 한 쌍으로서 구비되며, 단위 전지(12)들의 배열 방향에 대해 수직한 방향으로 돌출되게 형성된다. 즉, 체결부재(90)는 도 4에 도시한 바와 같이, 엔드 플레이트(70)의 경사 각도 만큼 이 엔드 플레이트(70)로부터 절곡되게 형성되어 단위 전지(12)들의 배열 방향에 대해 수직한 방향으로 배치된다.

이로써 체결부재(90)와 이 체결부재(90)의 체결공(91)을 관통하여 체결되는 연결로드(80)는 서로 직교한 상태로 만나게 되며, 단위 전지(12)들과 엔드 플레이트(70)가 경사진 상태에서도 연결로드(80)와의 체결력을 높일 수 있게 된다.

본 실시예에 따르면, 상기와 같은 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90)는 도 5에 도시한 바와 같이, 엔드 플레이트(70)의 두께(d)와 비교하여 체결부재(90)의 두께(D)가 상대적으로 큰 구조로 이루어진다.

이는 연결로드(80)가 체결부재(90)의 체결공(91)에 체결되는 경우, 이 연결로드(80)에 의해 체결부재(90)에 응력이 발생되므로, 체결부재(90)의 두께(D)를 엔드 플레이트(70)의 두께(d) 보다 크게 함으로써 응력에 대한 강성을 확보함과 더불 어 엔드 플레이트(70)의 두께(d)를 최소화하여 전지 집합체(11)의 중량을 최소화하기 위함이다. 따라서 본 실시예에 의한 전지 모듈(10)은 전지 집합체(11)에 있어서 단위 전지(12)들의 체결력을 높이고 경량화를 실현할 수 있게 되는 것이다.

이에 더하여, 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90) 사이의 연결부(93)는 두께 방향을 따라 안쪽을 향해 원호형 단면 형태로 가공된 구조로 이루어진다. 따라서, 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90)의 두께 차이에 관계 없이 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90)가 부드럽게 연결됨과 더불어 원호 형태의 연결부(93) 전체에 걸쳐 응력이 분산되어 응력 집중에 따른 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90) 사이의 절단을 방지할 수 있게 된다.

이러한 전지 모듈(10)에 있어, 하우징(20)은 전지 집합체(11)를 장착함은 물론 전지 집합체(11)의 각 전지 격벽(13)의 통로(14)로 냉각 공기를 유통시키는 기능을 하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 하우징(20)은 다음과 같은 구성요소로 구획되는 케이스 형태로서 구비되는 바, 이 구성요소들이 하나의 케이스에 모두 설치되어 이루어지는 형태일 수 있다.

이 하우징(20)은 전지 집합체(11)를 장착시키기 위한 장착부(21)와, 이 장착부(21)로 온도 제어용 공기를 주입시키기 위한 유입부(23)와, 각 단위 전지(12) 사이의 통로(14)를 거친 냉각 공기를 배출시키기 위한 유출부(25)를 포함하여 구성된다.

장착부(21)는 언급한 바와 같은 한 쌍의 전지 집합체(11)를 수용하면서 이 전지 집합체(11)를 고정시키기 위한 설치 공간을 형성하고 있다. 이 때 장착부(21)의 설치 공간에는 전지 집합체(11)를 고정 지지하는 지지수단으로서 도면에 도시되지 않은 각종 브라켓, 블록, 커버, 컬러 등의 부속 요소들을 구비할 수 있다.

유입부(23)는 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간으로 냉각 공기를 주입시키기 위한 것으로, 상기 이격 공간과 연통하는 유입구(23a)를 하우징(20)의 일측면에 형성하고 있다. 이 유입구(23a)는, 장착부(21)에 한 쌍의 전지 집합체(11)가 이격되게 설치되므로, 하우징(20)의 일측면에 단일의 구멍으로서 형성될 수 있다.

유출부(25)는 각 전지 집합체(11)에 대하여 이들 사이의 이격 공간으로부터 전지 격벽(13)의 통로(14)를 거친 냉각 공기를 배출시키기 위한 것으로서, 장착부(21)를 기준으로 이의 양측에 각각 형성된다. 이 유출부(25)는 장착부(21)의 양측에 대하여 각각의 전지 집합체(11)와 하우징(20) 내벽 사이의 틈새로서 형성되며, 단위 전지(12)들의 배열 방향에 대해 평행하게 형성될 수 있다. 이러한 유출부(25)는 유입부(23)에 대향하는 하우징(20)의 다른 일측면에 상기의 틈새와 연통하는 유출구(25a)를 형성하고 있다. 이 유출구(25a)는 하우징(20)에 대하여 유입부(23)의 대각선 방향으로 각각 위치하는 한 쌍의 구멍으로서 형성될 수 있다. 이에 따라 유출부(25)는 유입부(23)를 통해 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간으로 진행하는 냉각 공기의 유동 방향을 기준할 때, 이 유동 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 냉각 공기를 배출시키는 배출 경로를 형성할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지 모듈(10)의 조립 순서를 살펴 보면, 우선 다수 개의 단위 전지(12)와 이들 단위 전지(12) 사이 에 놓여지는 전지 격벽(13)을 일렬로 배열한 상태에서 최 외측의 단위 전지(12)에 엔드 플레이트(70)를 위치시킨다.

이 상태에서 체결부재(90)의 체결공(91)에 연결로드(80)를 결합하고, 이 체결공(91)을 관통하여 돌출된 연결로드(80)의 선단에 너트(81)를 체결한다. 그러면, 다수 개의 단위 전지(12)들과 전지 격벽(13)들이 이들의 배열 방향에 대해 사선 방향으로 경사진 본 실시예에 의한 전지 집합체(11)를 구성할 수 있게 된다.

즉, 체결부재(90)가 엔드 플레이트(70)에 대해 일정 각도로 기울어져 형성되고 있기 때문에, 연결로드(80)는 체결부재(90)에 대해 직각으로 관통되어 상호 직교한 상태로 체결된다. 따라서 엔드 플레이트(70)는 자연스럽게 경사진 상태를 유지하게 되고, 엔드 플레이트(70) 사이에 설치되는 단위 전지(12) 및 전지 격벽(13)들 또한 엔드 플레이트(70)의 경사 각도로서 기울어진 상태로 조립될 수 있게 된다.

이러는 동안, 체결부재(90)는 연결로드(80)에 의해 안쪽으로 조여짐에 따라 엔드 플레이트(70)와 체결부재(90) 사이의 연결부(93)에 응력이 발생하게 되는 바, 이러한 응력은 원호 형태의 연결부(93) 전체에 걸쳐 분산됨으로써 어느 한 곳에서 응력이 집중되지 않게 된다.

따라서 상기와 같이 전지 집합체(11)의 조립이 완료된 상태에서, 한 쌍의 전지 집합체(11)를 전지 격벽(13)의 통로(14)가 마주하도록 서로 이격되게 하우징(20)의 장착부(21)에 장착시키게 되면, 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(10)을 구성할 수 있게 된다.

이러한 이차 전지 모듈(10)의 작용시, 냉각 공기는 유입부(23)를 통해 하우징(20)의 내부 공간 즉, 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간으로 유입된다.

이 과정에서 냉각 공기는, 전지 집합체(11)의 각 단위 전지(12)들과 전지 격벽(13)들이 이들의 배열 방향에 대해 사선 방향으로 경사지게 배치되고 있기 때문에, 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간을 따라 진행하면서 전지 격벽(12)들의 통로(14)로 고르게 침투되어 들어갈 수 있게 된다. 즉, 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간으로 진행하는 냉각 공기의 일부는 일측 전지 집합체(11)의 통로(14)로 유입되고, 그 나머지는 다른 일측 전지 집합체(11)의 통로(14)로 유입된다.

그 후, 냉각 공기는 통로(14)를 통과하면서 각각의 단위 전지(12)에서 발생되는 열을 냉각시키게 되고, 유출부(25)를 통해 하우징(20) 외부로 빠져 나가게 된다. 이 때 냉각 공기는 전지 집합체(11) 사이의 이격 공간으로 진행하는 유동 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 진행하면서 유출구(25a)를 통해 배출되게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈(10)은 하우징(20) 내부에 복수의 전지 집합체(11)를 나란하게 배치하여 전지 모듈의 높이를 최소화하면서 냉각 공기를 전지 격벽(13)의 통로(14)로 원활하게 유통시킬 수 있게 된다.

이로써 본 발명의 실시예에 의하면, 전지 모듈(10) 전체에 있어 국부적인 열적 불균형을 해소함은 물론 각 단위 전지(12)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 집합체를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 평면 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈의 전지 집합체(111)는 단위 전지(112)들을 밀착시켜 일체로서 지지하는 지지유닛(150)이 제공되는 바, 이 지지유닛(150)은 최 외측의 단위 전지(112)에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트(170)와, 이들 한 쌍의 엔드 플레이트(170)를 연결하는 연결로드(180)와, 엔드 플레이트(170)와 연결로드(180)를 체결시키기 위한 체결부재(190)와, 단위 전지(112)들을 지지하는 지지바아(195)를 포함한다.

앤드플레이트(170)는 단위 전지(112)에 상응하는 크기로서 형성되며, 단위 전지(112)의 경사 각도와 대응되게 기울어져 전지 집합체(111)의 최 외측에 위치하는 단위 전지(112)에 각각 밀착된다.

연결로드(180)는 일측 단부에 볼트 헤드를 구비하고, 다른 일측 단부에 나사산이 가공된 볼트 형태로서 구성된다. 이 연결로드(180)는 단위 전지(112)들의 배열 방향을 따라 배치되며, 너트(181)를 매개로 하여 엔드 플레이트(170)에 체결된다.

체결부재(190)는 각 엔드 플레이트(170)의 양측단 즉, 도면 상 엔드 플레이트(170)의 장변 부분에 일체로서 돌출 형성된다. 부연 설명하면, 이 체결부재(190)는 연결로드(180)를 체결하는 체결공(191)을 가지면서 단위 전지(112)들의 배열 방향에 대해 수직한 방향으로 배치되며, 상기 양측단에서 엔드 플레이트(170)의 장변 부분 외측으로 돌출되게 형성된다.

지지바아(195)는 각각의 엔드 플레이트(170)에 대해 예각 또는 둔각을 이루도록 연결로드(180)와 같이 단위 전지(112)들의 배열 방향을 따라 배치되며, 일측 단부가 각각의 엔드 플레이트(170)에 연결되는 고정단으로서 구성된다.

여기서 지지바아(195)는 용접에 의하여 엔드 플레이트(170)의 가장자리 부분에 연결된다. 바람직하게, 지지바아(195)는 단위 전지(112) 및 전지 격벽(113)들의 단변 부분을 지지하도록 엔드 플레이트(170)의 상단측 단변 부분에 연결되며, 다른 일측 단부는 자유단으로서 구성된다.

본 실시예에서, 지지바아(195)는 이의 일측 단부가 각 엔드 플레이트(170)의 일측 단변 부분에 연결되어 엔드 플레이트(170)에 대해 예각을 이루도록 배치되고 있으나, 이에 한정되지 않고 일측 단부가 각 엔드 플레이트(170)의 다른 일측 단변 부분에 연결되어 각 엔드 플레이트(170)에 대해 둔각을 이루도록 배치될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 전지 집합체(111)의 조립 순서를 살펴 보면, 우선 다수 개의 단위 전지(112)와 이들 단위 전지(112) 사이에 놓여지는 전지 격벽(113)을 일렬로 배열하고, 이 상태에서 최 외측의 단위 전지(112)에 엔드 플레이트(170)를 위치시킨다.

그 후, 체결부재(190)의 체결공(191)에 연결로드(180)를 결합하고, 이 체결공(191)을 관통하여 돌출된 연결로드(180)의 선단에 너트(181)를 체결하여 조여 주게 되면, 다수 개의 단위 전지(112)들과 전지 격벽(113)들이 이들의 배열 방향에 대해 사선 방향으로 경사진 전지 집합체(111)를 구성할 수 있게 된다.

즉, 지지바아(195)가 각각의 엔드 플레이트(170)에 대해 예각 또는 둔각을 이루며 단위 전지(112)들의 배열 방향으로 배치되면서 단위 전지(112)들의 단변 부 분을 지지하고 있기 때문에, 엔드 플레이트(170)는 자연스럽게 경사진 상태를 유지하게 되고, 엔드 플레이트(170) 사이에 설치되는 단위 전지(112) 및 전지 격벽(113)들 또한 엔드 플레이트(170)의 경사 각도로서 기울어진 상태로 조립될 수 있게 된다.

본 실시예에 의한 전지 집합체(111)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 평단면 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(210)은 단위 전지(212)들의 배열 방향에 대해 경사지게 배치되는 유출부(225)를 가지면서 전기 실시예들에서와 같은 전지 집합체(211)를 내장시키는 하우징(220)을 구성한다.

이러한 유출부(225)는 전기 제1 실시예에서와 같이, 장착부(221)를 기준으로 이의 양측에 각각 형성되며, 장착부(221)의 양측에 대하여 각각의 전지 집합체(211)와 하우징(220) 내벽 사이의 틈새로서 형성된다.

본 실시예에서, 유출부(225)는 단위 전지(212)들의 배열 방향에 대해 유입부(223)에서 멀어질수록 이의 단면적이 점차 넓어지는 형태로서 이루어진다.

따라서 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(210)은 단위 전지(212)들의 배열 방향에 대해 평행하지 않고 일정 각도로 경사진 유출부(225)를 구성함에 따라, 단위 전지(212) 사이의 통로(214)를 거친 냉각 공기를 이 유출부(225)를 통해 원활하게 배출시킬 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 이차 전지 모듈(210)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예들과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 평단면 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(310)은, 전지 집합체(311) 사이의 이격 공간으로 진행하는 냉각 공기의 유동 방향과 전지 집합체(311)의 각 단위 전지(312)를 통과하여 배출되는 냉각 공기의 유동 방향이 서로 반대인 유동 경로를 형성하는 하우징(320)을 구성할 수 있다.

이 하우징(320)은 전지 집합체(311) 사이의 이격 공간과 연통하는 유입부(323)와, 각각의 전지 집합체(311)와 하우징(320) 내벽 사이의 틈새로서 형성되는 유출부(325)를 포함하여 구성된다. 이 때 유출부(325)는 단위 전지(312)들의 배열 방향에 대해 평행하게 배치되며, 도면에 가상선으로 도시한 바와 같이 단위 전지(312)들의 배열 방향에 대해 경사지게 배치될 수도 있다.

여기서 유입부(323)는 하우징(320)의 일측면에 형성되는 단일의 유입구(323a)를 구비하고, 유출부(325)는 유입구(323a)에 인접하여 이 유입구(323a)를 중심에 두고 이의 양측에 형성되는 한 쌍의 유출구(325a)를 구비한다.

본 실시예에서, 전지 집합체(311)는 각각의 단위 전지(312)들이 하우징(320) 내부의 평면에 직립한 상태에서 한 쪽 방향(도면에서의 우측 방향)으로 소정 각도 경사지게 배치되어 구성될 수 있다.

따라서 냉각 공기는 유입구(323a)를 통해 전지 집합체(311) 사이의 이격 공 간으로 유입되고, 전지 집합체(311)의 통로(314)를 통과하면서 각각의 단위 전지(312)에서 발생되는 열을 냉각시키게 된다. 이 때 전지 집합체(311)의 통로(314)를 통과한 냉각 공기는 유출부(325)를 통해 전지 집합체(311) 사이의 이격 공간으로 진행하는 유동 방향의 반대 방향으로 진행하면서 유출구(325a)를 통해 배출된다.

본 실시예에 의한 이차 전지 모듈(310)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예들과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

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.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 단위 전지들의 배열 구조를 개선함에 따라, 전지 모듈의 부피를 최소화하면서 전지 모듈 전체의 국부적인 열적 불균형을 해소할 수 있다. 따라서 단위 전지들의 냉각 효율을 극대화시키고 그에 따른 단위 전지들의 충,방전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

1. 다수 개의 단위 전지를 연속적으로 배열하여 구성되는 적어도 둘 이상의 전지 집합체; 및

   상기 전지 집합체를 내장시키는 하우징

   을 포함하며,

   상기 전지 집합체의 각 단위 전지가 상기 하우징의 길이 방향에 대해 사선 방향으로 비스듬하게 배치되어 이루어지는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 각 전지 집합체가 서로 이격되게 배치되는 이차 전지 모듈.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 전지 집합체가 한 쌍을 이루어 상호 대칭적으로 배치되는 이차 전지 모듈.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 하우징은,

   상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 온도 제어용 냉각매체를 주입시키기 위한 유입부와,

   상기 각 전지 집합체를 거친 상기 냉각매체를 배출시키기 위한 유출부를 포함하는 이차 전지 모듈.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 설치되는 전지 격벽을 포함하며,

   상기 전지 격벽은 상기 냉각매체를 통과시키는 적어도 1의 통로를 구비하는 이차 전지 모듈.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 통로는 상기 각 전지 집합체 사이의 공간, 및 상기 유출부와 연통하는 구멍으로서 형성되는 이차 전지 모듈.
7. 제4 항에 있어서,

   상기 하우징은, 상기 유입부를 통해 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 진행하는 상기 냉각매체의 유동 방향과 상기 유출부를 통해 배출되는 상기 냉각매체의 유동 방향이 실질적으로 동일한 구조로서 이루어지는 이차 전지 모듈.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 하우징의 일측에 유입구를 형성하고, 상기 유입구에 대향하는 상기 하우징의 다른 일측에 유출구를 형성하여 구성되는 이차 전지 모듈.
9. 제4 항에 있어서,

   상기 하우징은, 상기 유입부를 통해 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 진행하는 상기 냉각매체의 유동 방향과 상기 유출부를 통해 배출되는 상기 냉각매체의 유동 방향이 서로 반대인 구조로서 이루어지는 이차 전지 모듈.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 하우징의 일측에 유입구, 및 상기 유입구에 인접하는 유출구를 형성하여 구성되는 이차 전지 모듈.
11. 다수 개의 단위 전지를 연속적으로 배열하여 구성되며, 서로 대칭적으로 이격되게 배치되는 적어도 둘 이상의 전지 집합체; 및

    상기 전지 집합체를 내장시키고, 온도 제어용 냉각매체를 상기 각 전지 집합체 사이의 공간을 통해 상기 각 단위 전지 사이로 유통시키는 하우징

    을 포함하며,

    상기 각 전지 집합체는,

    상기 단위 전지들의 배열 방향을 기준할 때, 상기 각 단위 전지가 상기 배열 방향에 대해 사선 방향으로 배치되어 이루어지고,

    상기 단위 전지들을 밀착시켜 일체로서 지지하는 지지유닛을 포함하는 이차 전지 모듈.
12. 제11 항에 있어서,

    상기 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 설치되는 전지 격벽을 포함하는 이차 전지 모듈.
13. 제12 항에 있어서,

    상기 전지 격벽은 상기 냉각매체를 통과시키는 적어도 1의 통로를 구비하는 이차 전지 모듈.
14. 제11 항에 있어서,

    상기 하우징은,

    상기 전지 집합체를 정착시키기 위한 장착부와, 상기 각 전지 집합체 사이의 공간으로 상기 냉각매체를 주입시키기 위한 유입부와, 상기 각 전지 집합체를 거친 상기 냉각매체를 배출시키기 위한 유출부를 포함하는 이차 전지 모듈.
15. 제14 항에 있어서,

    상기 유출부는 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 평행하게 형성되는 이차 전지 모듈.
16. 제14 항에 있어서,

    상기 유출부는 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 경사지게 형성되는 이차 전지 모듈.
17. 제11 항에 있어서,

    상기 지지유닛은,

    최 외측의 상기 단위 전지에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트와,

    상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 연결로드와,

    상기 엔드 플레이트에 연결 설치되며, 상기 단위 전지들의 배열 방향으로 배치되어 상기 단위 전지들을 지지하는 적어도 1의 지지바아를 포함하는 이차 전지 모듈.
18. 제17 항에 있어서,

    상기 지지유닛은 상기 연결로드를 체결하는 체결공을 가지면서 상기 엔드 플레이트에 돌출 형성되는 체결부재를 더욱 포함하는 이차 전지 모듈.
19. 제11 항에 있어서,

    상기 지지유닛은,

    최 외측의 상기 단위 전지에 각각 밀착 배치되는 엔드 플레이트와,

    상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 연결로드와,

    상기 연결로드를 체결하는 체결공을 가지면서 상기 엔드 플레이트에 돌출 형성되며, 상기 단위 전지들의 배열 방향에 대해 수직한 방향으로 상기 연결로드와 직각을 이루는 체결부재를 포함하는 이차 전지 모듈.
20. 제19 항에 있어서,

    상기 체결부재는 서로 대향되는 상기 엔드 플레이트의 양측단에 돌출 형성되며, 상기 엔드 플레이트에 대해 소정 각도로 절곡되어 형성되는 이차 전지 모듈.
21. 제19 항에 있어서,

    상기 엔드 플레이트는 그 두께가 상기 체결부재의 두께 이하인 이차 전지 모듈.
22. 제19 항에 있어서,

    상기 엔드 플레이트와 상기 체결부재 사이의 연결부는 원호 형태의 단면 구조로 이루어지는 이차 전지 모듈.
23. 제11 항에 있어서,

    상기 각 단위 전지는 각형으로 이루어진 이차 전지 모듈.
24. 제11 항에 있어서,

    상기 전지 모듈이 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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