KR100953614B1 - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하여 제작이 용이하고 양산에 적합하도록, 복수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지의 외면에 감기는 적어도 하나 이상의 밴드를 포함하여 단위 전지 사이로 열전달매체의 유통로를 형성하는 전지 격벽을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

전지 격벽, 밴드, 지지부재

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 격벽을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 측면을 도시한 일부 구성 사시도이다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 격벽을 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 전지 격벽을 도시한 사시도이다.

도 6 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전지 격벽의 단면상태를 도시한 단면도이다.

본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전지 사이에 설치되는 전지 격벽의 구조를 개선한 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary 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.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되는 데, 대표적으로 원통형이나 각형으로 제조된다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 전지들이 직렬로 연결된 구조로 이루어진다.

또한, 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 단위 전지라 칭한다)로 이루어진다.

상기 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트를 관통하여 돌출되고 상기 전극군에 구비된 양,음극의 집전체와 전기적으로 연결되는 양극 단자와 음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위 전지는 나사가공된 양극단자와 음극단자 간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지 모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위 전지들이 연결되어 형성되므로, 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야한다.

이에 따라 통상 복수개의 이차 전지가 내장되는 전지 모듈은 단위 전지와 단위 전지 사이에 전지 격벽을 설치함으로써 단위 전지간의 냉각용 공기 유통을 위한 간격을 확보하고 구조적으로 단위 전지의 변형을 방지하게 된다.

그러나 종래의 전지 격벽은 형상이 복잡하고 사출 성형에 의한 제작으로 많은 비용이 발생되는 문제점이 있다.

따라서 충분한 강성을 확보하고 단위 전지들을 효율적으로 냉각시킬 수 있으면서 제작과 설치가 용이한 전지 격벽의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 단순하여 제작이 용이하고 양산에 적합한 전지 격벽을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 강도가 우수한 전지 격벽을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전지 모듈은 복수개의 단위 전 지와, 상기 단위 전지 사이에 배치되어 열전달매체의 유통로를 형성하는 전지 격벽을 포함한다. 그리고 상기 전지 격벽은 상기 단위 전지의 외면에 감기는 밴드를 포함할 수 있다.

이에 따라 단순히 밴드를 단위 전지의 외측면에 체결하는 것으로 전지 격벽을 형성할 수 있게 되어 보다 용이하게 전지 모듈을 조립 양산할 수 있게 되는 것이다.

상기 다수의 단위 전지들은 일렬로 적층되고 단위 전지 사이에 배치되는 전지 격벽에 의하여 일정 간격 이격되게 연속 배열되어 전지 집합체를 이루게 된다.

상기한 전지 집합체는 전지 집합체를 이루는 단위 전지들 중 전지 집합체의 최 외측에 위치한 단위 전지의 외측면에 밀착되는 한 쌍의 앤드플레이트에 의해 밀착되고, 각 앤드플레이트를 연결하는 연결로드와 이 연결로드 선단에 체결되는 너트에 의해 고정될 수 있다.

여기서 상기 밴드는 적어도 하나 이상 구비되어 간격을 두고 체결됨이 바람직하다.

또한, 상기 밴드는 이웃하는 단위 전지에 체결된 밴드 간에 서로 간격을 두고 엇갈리게 배치될 수 있다.

또한, 상기한 구조이외에 각 단위 전지에 있어서 밴드의 설치위치가 동일할 수 있다.

이에 따라 단위 전지에 감겨져 다수의 밴드가 단위 전지와 단위 전지 사이를 지지하게 되고, 이웃하는 단위 전지와 상기 밴드에 의해 통로가 형성되어 열전달매 체가 상기 통로를 통해 원활하게 유통될 수 있게 된다.

또한, 상기 밴드는 상기 단위 전지의 외면에 억지끼움식으로 고정되거나 용접으로 고정될 수 있다.

또한, 상기 밴드는 내부가 빈 중공형 구조 또는 속이 채워진 중실형구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밴드는 원형 또는 다각형이나 반원형 단면구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밴드는 강성을 갖고 열전도성이 우수한 재질이면 그 재질에 있어서 한정되지 않으며 바람직하게는 강재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밴드의 두께는 실질적으로 전지 격벽의 두께를 결정하게 되므로 전지 모듈의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있고 특별히 한정되지 않는다.

한편, 상기 전지 격벽은 단위 전지의 외면에 감겨진 다수개의 밴드간의 간격과 그 형태를 유지할 수 있도록 각 밴드에 가로질러 놓여져 각 밴드가 부착되는 지지부재를 포함할 수 있다.

상기 지지부재는 판 형태 또는 막대 형태로 이루어질 수 있다. 상기 지지부재가 막대 형태로 이루어질 경우, 상기 지지부재는 원형 또는 다각형의 단면 구조로 이루질 수 있다.

또한, 상기 지지부재는 상기 단위 전지에 있어서 실질적으로 상기 열전달매체가 유통되는 면을 제외한 면에 설치됨이 바람직하다.

또한, 상기 지지부재는 상기 밴드와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

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 에너지원으로 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, 본 발명은 전지 모듈을 이루는 단위 전지가 각형인 구조에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군을 구비하여 충전과 방전을 되풀이하는 복수개의 단위 전지(10)와, 상기 단위 전지들(10) 사이에 설치되어 단위 전지간 간격을 유지하고 상기 단위 전지(10) 사이로 열전달 매체가 유통되는 통로를 형성하는 전지 격벽(20)을 포함한다.

이하 실시예에서는 상기 단위 전지(10)가 각형인 경우에 대해 설명한다. 이에 상기 단위 전지(10)의 상단에는 양극 단자(11)와 음극 단자(12)로 이루어진 외부 단자가 돌출된다. 그리고 도시되지는 않았지만 이웃하는 단위 전지(10)들은 도전체를 매개로 서로 직렬로 연결된다.

본 실시예에 따르면 다수의 단위 전지(11)들은 서로 적층되고 단위 전지 사 이에 배치되는 전지 격벽(20)에 의하여 일정 간격 이격되게 연속 배열되어 전지 집합체를 이루게 된다.

상기한 전지 집합체는 전지 집합체를 이루는 단위 전지(11)들 중 전지 집합체의 최 외측에 위치한 단위 전지(11)의 외측면에 밀착되는 한 쌍의 앤드플레이트(13)에 의해 소정 압력으로 밀착되고, 각 앤드플레이트(13)를 연결하는 연결로드(14)와 이 연결로드(14) 선단에 체결되는 너트(15)에 의해 고정된다.

그리고 이러한 전지 집합체는 열전달 매체의 유입구와 배출구가 형성된 하우징(도시되지 않음) 내에 배치될 수 있다. 상기 하우징의 유입구로 들어온 열전달 매체는 단위 전지(10) 사이를 통과하면서 냉각작용을 일으키게 되고, 열교환된 열전달매체는 하우징의 배출구를 통해서 빠져나가게 된다.

여기서 상기 하우징의 구조와 하우징에 대한 전지 집합체의 설치구조 등은 냉각매체의 유출입이 가능한 범위 내에서 다양하게 설정될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.

그리고 본 실시예에 따른 전지 격벽(20)은 도 2에 도시한 바와 같이, 폐곡선을 이루는 복수개의 밴드(21)가 상기 단위 전지(10)의 외측면에 간격을 두고 감겨진 구조로 되어 있다.

상기 전지 격벽(20)을 이루는 각 밴드(21)는 단위 전지(10)의 각 측면에 직선형태로 감겨져 전체적으로 단위 전지와 대응되는 크기를 갖는 사각형태를 이룬다.

따라서 상기 밴드(21)를 단위 전지(10)에 끼워주게 되면 밴드(21)가 단위 전 지의 외측면에 밀착되면서 단위 전지의 상단에서 하단까지 밴드(21)가 간격을 두고 단위 전지(10)를 감은 구조가 된다.

본 실시예에서 상기 밴드(21)의 내면 크기는 상기 단위 전지(10)의 외측면 크기보다 약간 작은 구조로 하여, 상기 밴드가 단위 전지에 억지끼움식으로 결합되도록 한다.

또한, 상기 밴드는 열전달율이 우수한 알루미늄재질이나 구리 재질 또는 철재질로 이루어진다.

여기서 상기 전지 격벽(20)을 이루는 각 밴드(21) 간의 배치 간격에 대해서도 특별히 한정되지 않으며 전지 모듈의 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 밴드(21)간의 간격이 넓으면 밴드 사이의 열전달매체 유통 공간이 보다 늘어날 수 있다. 반대로 상기 밴드(21)간의 간격을 좁게하면 전지 격벽(20)의 강도를 높일 수 있게 된다.

본 실시예에서 복수개의 단위 전지가 적층 배열되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 이웃하는 단위 전지(10)에 각각 설치되는 밴드(21)는 설치 위치가 상이하여 서로 엇갈리게 배치된 구조로 되어 있다.

즉, 일측 단위 전지(10)에 설치되는 밴드(21)와 밴드(21) 사이에 이웃하는 단위 전지에 설치되는 밴드가 위치하는 구조로 되어 있다.

따라서 실질적으로 열전달매체가 유통되는 유통로는 이웃하는 두 개의 단위 전지(10)의 사이와 이웃하는 상기 두 개의 단위 전지에 각각 체결된 밴드(21) 사이의 공간이 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이 전지 격벽(30)은 상기 단위 전지(10)의 외측면에 간격을 두고 감겨지는 복수개의 밴드(31)와, 상기 각 밴드(31)에 가로질러 놓여지고 상기 각 밴드(31)를 부착 지지하는 판재 형태의 지지판(40)을 포함한다.

이에 따라 상기 각 밴드(31)가 지지판(40)에 의해 간격과 형태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 지지판(40)은 단위 전지(10)의 각 측면에 있어서 열전달매체가 유통되지 않는 면에 위치하도록 설치된다.

본 실시예에서는 열전달매체가 도면상 단위 전지(10)의 넓은 전면을 지나는 구조로 되어 있으므로, 상기 지지판(40)은 상기 단위 전지(10)의 좁은 측면에 위치하여 밴드(31)와 부착된다.

이에 따라 열전달매체는 지지판(40)과 간섭되지 않아 단위 전지 사이를 유통하는 데 방해를 받지 않게 된다.

여기서 상기 지지판(40)은 단위 전지(10)의 대향되는 양쪽 측면에서 각각 밴드(31)에 설치되거나 적어도 한 측면에서 밴드에 설치될 수 있다.

또한, 상기 지지판(40)은 단위 전지를 기준으로 상기 밴드(31)의 외측면에 부착되거나 상기 밴드(31)의 내측면에 부착된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 지지판(40)은 대략 단위 전지(10)의 측면과 대응되는 크기로 이루어지며, 밴드(31)와 동일하게 알루미늄이나 구리 또는 철 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기한 구조 이외에 도 5에서와 같이 상기 전지 격벽(30)은 지지판 대신에 막대 형태의 지지대(41)가 설치될 수 있다.

상기 지지대(41)는 위에서 언급된 지지판(40)과 그 형태가 상이할 뿐 밴드(31)와의 부착구조나 그 작용이 동일하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

이와같이 밴드(31)가 간격을 두고 배치된 상태로 지지판(40) 또는 지지대(41)에 부착됨으로서, 전지 격벽(30)의 설치 및 그 형태 유지가 더욱 용이해지게 된다.

한편, 상기 전지 격벽(20,30)을 이루는 밴드(21,31)은 그 단면 형상에 있어서 특별히 한정되지 않으며, 도 6 내지 9에 도시된 바와 같이 속이 꽉찬 중실 구조의 사각 단면형태 또는 원형이나 반원형 단면형태 또는 삼각 단면형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밴드(21,31)은 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 속이 비어 있는 중공 형태로 이루어질 수 있으며, 그 단면 형상은 사각형으로 이루어지거나, 원형 또는 반원형이나 삼각형으로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 밴드(21,31)를 단위 전지(10) 외측면에 감는 것으로 간단히 전지 격벽(20,30)을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 전지 격벽은 밴드가 단위 전지 사이를 이격시키고 그 간격을 유지시킴과 더불어 이격된 공간 사이로 열전달매체를 원활하게 유통시키게 된다.

그리고 본 실시예에서와 같이 상기 밴드(21,31)의 단면 형상이 원형으로 이루어지면, 상기 밴드(21,31)와 단위 전지(10)는 선접촉을 하게되고 열전달 매체와 단위 전지(10)가 접촉하는 면적은 극대화되어 열전달 효율은 더욱 향상된다.

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.

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.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전지 격벽의 구조가 간단하고 제조가 용이하여 양산성을 높일 수 있고 생산 원가를 절감할 수 있게 된다.

또한, 기계적 강도를 높일 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 복수개의 단위 전지와,

   상기 단위 전지의 외면에 감기는 적어도 하나 이상의 밴드를 포함하여 단위 전지 사이로 열전달매체의 유통로를 형성하는 전지 격벽

   을 포함하며,

   상기 전지 격벽은 상기 밴드에 가로질러 놓여지고 상기 밴드에 부착되어 상기 밴드를 지지하는 지지부재를 포함하고,

   상기 지지부재는 상기 단위 전지 사이로 유통되는 열전달매체의 유통로와 간섭되지 않는 영역에 부착되는 이차 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 이웃하는 단위 전지에 체결된 밴드간에 서로 엇갈리게 배치된 이차 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 이웃하는 단위 전지에 체결된 밴드간에 서로 동일 위치에 배치된 이차 전지 모듈.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 내부가 빈 중공형 구조인 이차 전지 모듈.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 속이 채워진 중실형 구조인 이차 전지 모듈.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 원형 또는 다각형 단면구조인 이차 전지 모듈.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 상기 단위 전지 외면에 용접으로 부착되는 이차 전지 모듈.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 밴드는 상기 단위 전지 외면에 억지끼움식으로 결합되는 이차 전지 모듈.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1 항에 있어서,

    상기 지지부재는 판 구조물인 이차 전지 모듈.
13. 제1 항에 있어서,

    상기 지지부재는 막대 구조물인 이차 전지 모듈.
14. 제1 항에 있어서,

    상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
15. 제1 항에 있어서,

    상기 단위 전지가 각형인 이차 전지 모듈.

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