KR100804695B1 - 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전달 특성을 높여 냉각효과를 증대시킬 수 있고, 단위 전지를 감싸는 외피를 통해 단위 전지 내부의 가스를 원활하게 배출할 수 있도록, 복수개의 단위 전지가 적층되어 전기적으로 연결된 전지 집합체와, 상기 전지 집합체의 외측을 감싸고 표면에 구멍이 형성된 절연성 외피를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.

전지 집합체, 단위 전지, 절연성 외피, 구멍

Description

전지 모듈{RECHARGEABLE BATTERY MODULE}

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 튜브에 의해 단위 전지가 감싸여진 상태를 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 튜브의 구조를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 튜브의 구조를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.

본 발명은 복수개의 단위 전지를 적층하여 구성하는 이차 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 단위 전지를 감싸는 절연성 외피의 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 그리고 전지 셀을 수십 개 연결한 대용량 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지는 복수개를 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 이루어진다.

상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.

상기 단위 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 단위 전지의 대표적인 형상으로는 원통형이나 각형을 들 수 있다.

여기서 통상 원통형의 단위 전지는 절연을 위해 단위 전지의 외면을 테이프나 수축 튜브와 같은 절연성 외피로 감싸게 된다.

그러나 상기한 종래의 구조는 수지계열의 외피가 열전달을 방해하게 되어 방열 특성이 떨어지고 냉각 효과가 감소하는 문제를 발생하게 된다.

또한, 직렬로 배열된 다수개의 단위 전지를 하나의 외피가 감쌈에 따라 단위 전지로부터 발생되는 내부 가스를 원활하게 배출하지 못하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열전달 특성을 높여 냉각효과를 증대시킬 수 있도록 된 전지 모듈을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 단위 전지를 감싸는 외피를 통해 단위 전지 내부의 가스를 원활하게 배출할 수 있도록 된 전지 모듈을 제공함을 또다른 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 복수개의 단위 전지가 적층되어 전기적으로 연결된 전지 집합체와, 상기 전지 집합체의 외측을 감싸는 절연성 외피를 포함하고, 상기 절연성 외피는 표면에 구멍이 형성될 수 있다.

이에 따라 전지 집합체를 지나는 열전달매체가 상기 구멍을 통해 단위 전지와 접하게 되어 열전달이 보다 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

여기서 상기 외피는 전지 집합체를 감싸는 테이프 또는 수축 튜브로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단위 전지는 원통형임이 바람직하다.

또한, 상기 구멍은 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있으며, 불규칙적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 구멍은 원형으로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 외피는 전지 집합체를 이루는 각 단위 전지의 중앙에서 단위 전 지와 단위 전지 사이로 갈수록 단위 면적당 구멍의 개수가 증가하는 구조일 수 있다.

여기서 상기 구멍은 그 크기에 있어서 특별히 한정되지 않으며, 외피 전면에 걸쳐 일정함이 바람직하다.

이에 따라 단위 전지의 캡 조립체로부터 가스가 유출되는 경우에, 단위 전지와 단위 전지 사이에 집중적으로 형성되어 있는 구멍을 통해 가스가 원활하게 배출될 수 있게 된다.

한편, 상기 외피는 단위 전지의 위치에 따라 구멍의 크기가 달라질 수 있다.

이 경우 상기 외피는 전지 집합체를 이루는 각 단위 전지의 중앙에서 단위 전지와 단위 전지 사이로 갈수록 구멍의 크기가 커지는 구조일 수 있다.

여기서 상기 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 냉각을 위한 열전달매체로 공기를 이용한 경우가 예로써 설명된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 구성 도이다.

상기한 도면을 참조하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 대용량의 전지 모듈로서, 일정 간격 이격되게 연속 배치되는 다수의 단위 전지(11)를 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(11)로 원통형의 단위 전지가 사용되는 경우에 대해 설명한다.

상기 각각의 단위 전지(11)는 양극과 음극이 세퍼레이터을 사이에 두고 위치하는 전극군이 원통형태의 케이스(12) 내에 내장되고, 상기 케이스(12)의 개구부에 외부 단자(14)가 돌출된 캡 조립체(13)가 밀봉된 통상의 구조로 이루어진다.

보다 구체적으로, 상기 케이스(12)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작된다. 본 실시예에서는 원통형 구조를 예로서 설명하나, 상기 케이스는 이에 한정된 것은 아니며 원통형 이외에 각형이나 그 이외의 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 캡 조립체(13)는 상기 케이스(12)의 개구부에 가스켓을 매개로 클림핑되어 기밀을 유지한 상태로 결합되며, 중앙에는 외측으로 외부 단자(14)가 돌출 형성된 구조로 되어 있다. 이에 상기 단위 전지(11)는 상기 돌출된 외부 단자(14)가 양극의 단자를 이루고 케이스(12)는 음극의 단자를 이루게 된다.

상기한 구조의 원통형 단위 전지(11)는 복수개가 길이방향으로 배치되어 직렬로 연결된 상태에서 절연성 외피(20)로 감싸여져 전지 집합체(10)를 이룬다.

상기 절연성 외피(20)는 다수개의 단위 전지(11)를 고정함과 더불어 절연시키기 위한 것으로 그 구조에 대해서는 뒤에 다시 설명하도록 한다.

그리고 상기 전지 집합체(10)는 냉각용 공기가 유통되는 하우징(30) 내부에 복수개가 배열되어 전지 모듈(100)을 이룬다.

상기 하우징(30)은 도 1에 개략적으로 예시되어 있는 데, 다수개의 전지 집합체(10)가 내장되도록 내부 공간을 갖는 함체 구조물로 이루어진다.

또한, 상기 하우징(30)은 일측에 하우징 내부로 냉각용 공기를 공급하기 위한 유입구(31)가 형성되고, 반대쪽에는 전지 집합체(10)를 거친 공기가 배출되는 배출구(32)가 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 냉각용 공기는 유입구(31)를 통해 하우징(30) 내부로 유입되어 전지 집합체(10) 사이를 지나게 되고, 이 과정에서 단위 전지(11)에서 발생된 열이 교환되며, 열교환된 공기는 반대쪽에 설치된 하우징(30)의 배출구(32)를 통해 빠져나가게 된다.

상기 하우징(30)의 구조와 유입구(31) 및 배출구(32)의 위치 및 하우징(30) 내부에서의 단위 전지의 배열 구조에 대해서는 상기 구조를 만족하는 한 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 하우징 내부에서 각 전지 집합체(10)가 고정되는 구조나 배열 구조 또는 전지 집합체(10) 간의 전기적 연결구조에 대해서는 당업자수준에서 충분히 예측할 수 있는 정도로 이하 설명을 생략하도록 한다.

상기한 구조의 전지 모듈(100)에 있어서 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 전지 집합체(10)를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 전지 집합체(10)는 복수개의 단위 전지(11)가 적층되어 전기적으로 연결된 상태에서 절연성 외피(20)가 감싸여진 구조로 되어 있다.

본 실시예에서 상기 절연성 외피(20)는 수축 튜브로 이루어진다. 상기 수축 튜브는 열을 가하면 내경이 줄어들면서 경화되는 성질의 수지로 이루어진다.

상기 절연성 외피(20)로 수축 튜브 이외에 테이프 등이 사용될 수 있다. 이하 설명에서는 절연성 외피(20)로 통칭하여 설명하도록 한다.

상기 절연성 외피(20)는 하나의 몸체로 이루어져 양 끝단을 제외한 전지 집합체(10) 전체를 감싸게 된다. 그리고 상기 전지 집합체(10)를 구성하는 각 단위 전지(11)는 상기 절연성 외피(20) 내에서 양극인 외부 단자(14)와 음극인 케이스(12)가 전기적으로 연결된 상태를 이룬다.

여기서 상기 절연성 외피(20)는 표면에 동일한 크기의 원형의 구멍(21)이 다수개 형성된 구조로 되어 있다.

이와같이 절연성 외피(20)의 표면에 구멍(21)을 형성함으로서 냉각용 공기가 전지 집합체(10)를 지나는 과정에서 상기 구멍(21)을 통해 단위 전지(11)와 접하게 되어 단위 전지에서 발생되는 열을 보다 신속하게 방열시킬 수 있게 된다.

또한, 냉각용 공기가 절연성 외피(20)를 지나는 과정에서 절연성 외피(20)에 형성된 구멍(21)에 의해 공기의 흐름에 난류가 형성된다. 따라서 열전달효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.

상기 구멍(21)은 절연성 외피(20)의 표면에 원주방향을 따라 간격을 두고 형성되어 하나의 라인을 이루게 되며 각 라인이 절연성 외피(20)의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된다.

또한, 본 실시예에 따르면 상기 절연성 외피(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 전지 집합체(10)를 이루는 각 단위 전지(11)의 중앙에서 단위 전지와 단위 전지 사이(도면상 L 위치)로 갈수록 단위 면적당 구멍(21)의 개수가 증가하는 구조일 수 있다.

즉, 일측 단위 전지(11)의 케이스(12)와 이웃하는 단위 전지(11)의 외부 단자(14)가 접합되는 위치(L)에서 상기 절연성 외피(20)에 형성되는 구멍(21)의 개수가 가장 많고, 단위 전지(11)의 중간 지점으로 갈수록 점차적으로 구멍(21)의 개수가 줄어든다.

여기서 상기 구멍(21)의 크기는 절연성 외피(20) 전체에 걸쳐 동일하므로 상기와 같이 단위 면적당 구멍(21)의 개수가 달라진다는 것은 결국 단위 면적당 구멍(21)이 차지하는 면적이 달라진다는 것을 의미한다.

본 실시예에서 상기 단위 면적당 구멍(21)의 개수는 상기 절연성 외피(20)의 길이방향을 따라 구멍(21)이 이루는 각 라인의 간격을 달리함으로서 증감된다.

이에 상기 각 단위 전지(11)의 중간 부분에서는 구멍(21)이 이루는 각 라인의 간격이 넓고 단위 전지와 단위 전지 사이 위치(L)로 갈수록 점차적으로 상기 구멍(21)이 이루는 라인의 간격이 좁아지게 된다.

따라서 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이의 위치(L)에 대응되는 절연성 외피(20) 표면에는 구멍(21)이 상대적으로 많이 형성될 수 있는 것이다.

이와같이 상기 구멍(21)의 형성 개수를 단위 전지(11) 사이의 위치(L)에 집 중시킴으로서 단위 전지(11) 이상에 따라 가스가 발생된 경우 단위 전지의 캡 조립체(13)로부터 배출되는 가스가 해당 위치에 집중 형성된 구멍(21)을 통해 보다 월활하게 배출될 수 있다.

한편, 도 4는 상기 절연성 외피의 또다른 실시예를 예시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 상기 절연성 외피(20')는 표면에 다수개의 구멍(21')이 형성되고 상기 구멍(21')은 전지 집합체(10)를 이루는 각 단위 전지(11)의 중간 지점에서 단위 전지와 단위 전지 사이의 위치(L)로 갈수록 그 크기가 점차적으로 커지는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 실시예의 경우 절연성 외피(20')의 단위 면적당 구멍(21)이 차지하는 면적이 단위 전지(11)의 중간 위치에서 단위 전지와 단위 전지 사이 위치(L)로 갈수록 커지게 되는 것이다.

따라서 언급한 바와 같이 단위 전지(11) 이상에 따라 가스가 발생된 경우 단위 전지의 캡 조립체(13)로부터 배출되는 가스가 해당 위치에 형성된 상대적으로 큰 구멍(21)을 통해 보다 월활하게 배출될 수 있는 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 범 위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 단위 전지에 대한 열전달매체의 접촉 면적을 늘려 냉각효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 단위 전지 내부에서 발생된 가스를 절연성 외피(20)를 통해 원활하게 배출할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 복수개의 단위 전지가 적층되어 전기적으로 연결된 전지 집합체; 및

   상기 전지 집합체의 외측을 감싸고 표면에 구멍이 형성된 절연성 외피;를 포함하고,

   상기 구멍은 전지 집합체를 이루는 각 단위 전지의 중앙에서 단위 전지와 단위 전지 사이로 갈수록 단위 면적당 개수가 증가하는 구조의 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 절연성 외피는 수축 튜브로 이루어지는 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 절연성 외피는 상기 전지 집합체에 감기는 테이프로 이루어지는 전지 모듈.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 단위 전지는 원통형인 전지 모듈.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 구멍은 간격을 두고 배열되는 전지 모듈.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 구멍은 원형으로 이루어지는 전지 모듈.
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서,

   상기 각 구멍은 동일한 크기로 이루어지는 전지 모듈.
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,

    상기 구멍은 각 단위 전지의 중앙에서 단위 전지와 단위 전지 사이로 갈수록 그 크기가 커지는 구조의 전지 모듈.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 전지 모듈은 모터 구동용인 전지 모듈.

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