KR101218803B1 - 전지 모듈 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈조립체는 상호 평행하게 설치된 제1,2열전도성 부재의 가장자리에 합성수지가 인서트 몰딩되어 이루어진 테두리부재를 구비하여 삽입공간을 형성하는 단위 케이스들과, 상기 삽입공간에 삽입되는 단위 전지 유닛을 구비한 단위 전지와, 상기 단위전지를 상호 적층된 상태로 유지하기 위한 단위 전지 결합유닛을 구비한 것으로 단위 전지 유닛으로부터 발생된 열의 방출특성을 향상시킬 수 있다.

Description

전지 모듈 조립체{cell module assembly}

본 발명은 전지 모듈 조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 방열특성을 향상 시킬 수 있는 케이스가 개량된 전지 모듈 조립체에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-InHEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충전될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. 중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서 고용량 대출력화를 위한 전지의 설계 시 방열구조의 고려는 필수적이다.

일본특허공개 제2005-294023호에 개시된 배터리 유닛은 판상으로 된 복수의 배터리 셀을 각 프레임에 한 줄로 조립하고, 이렇게 복수의 배터리 셀이 조립된 프레임을 여러 단으로 쌓아 올려 하나의 배터리 셀 조립체를 구성한 뒤 한 방향으로부터 냉각풍이 도입되도록 하고 있다. 이러한 배터리 유닛은 각 배터리 셀의 균일한 냉각효과를 기대하기 어렵다.

일본특허공개 제2005-353536호 및 일본특허공개 제2005-302698호에 개시된 구성에서도 균일한 냉각효과를 기대하기는 어렵다.

한편, 이차전지의 하나인 리튬 이온전지의 외장은 스틸 캔(steel can), 알루미늄 등의 금속케이스로 이루어져 있다. 알루미늄 적층필름으로 포장된 폴리머전지의 본체는 낙하, 외부의 충격 등으로부터 보호하기 위해 외장 할 필요가 있다. 이 외장 방법은, 전지 본체를 알루미늄 판, 플라스틱 등의 케이스 형태의 것으로 밀폐 피복하는 방법과, 전지 본체의 외표면에 열가소성 수지를 사출 성형하여 포장상태로 하는 방법 등이 알려져 있다.

대한민국 등록 특허 제 0792948호에는 전기 자동차용 배터리 셀 조립체가 게시되어 있으며, 특허 공개 제 2010-0041452호에는 냉각효율성이 향상된 전지 모듈 어셈블리가 게시되어 있으며, 공개 특허 제 2009-068529호에는 냉각효율성이 향상된 전지 모듈이 게시되어 있다. 셀이 설치되는 저장공간에 공기를 통과시켜 냉각시키는 구조를 가지고 있으므로 냉각효율을 크게 기대하기 어렵다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각 특성을 향상시킬 수 있으며 결합 및 조립성이 향상되어 생산성의 향상을 도모할 수 있는 전지 모듈 조립체를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 혹한기에 단위 전지 유닛을 보온할 수 있으며, 단위 전지 유닛의 팽창을 방지할 수 있는 전지 모듈 조립체를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전지 모듈 조립체는 상호 평행하게 설치된 열전도성 부재의 가장자리에 테두리부재가 인서트 몰딩되어 전지 삽입공간을 형성하는 단위 케이스들과, 상기 각 단위 케이스의 전지 삽입공간에 삽입되는 전지셀 유닛을 가지는 단위 전지와, 상기 단위 전지들을 적층된 상태로 결합하는 결합유닛을 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 열전도성 부재는 알루미늄으로 이루어져 있으며, 이 열전도성 부재에는 딤플 또는 요철이 형성되며, 상호 대향되는 방향으로 돌출된 간격유지부가 형성된다.

본 발명에 따른 전지 모듈 조립체는 방열특성을 향상시킬 수 있으며, 팽창하는 전지셀 유닛의 지지력을 향상시킬 수 있다. 또한 혹한 지역에서 보온성을 높일 있다. 특히, 단위전지 유닛의 열화를 촉진을 방지할 수 있다.

도 1는 본 발명에 따른 전지 모듈 조립체의 일부절제 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 전지 모듈 조립체의 수직 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전지 모듈 조립체의 케이스를 수평상태로 절단한 사시도,
도 4는 제 1,2테두리부재가 분리된 상태를 나타내 보인 사시도,
도 5는 결합유닛의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,
도 6은 결합유닛의 또 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.

본 발명에 따른 전지 모듈 조립체는 충방전이 가능한 것으로, 적층되어 중대형의 전지를 구현할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 6에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈 조립체(10)는 내부에 전지셀(21)들이 파우치(22)에 의해 감싸여진 단위 전지 유닛(20)이 케이스 유닛(30)의해 감싸여진 단위전지(40)들이 적층된 구조를 가진다.

상기 케이스 유닛(30)은 금속으로 이루어진 제1, 2열전도성 부재(31)(32)가 상호 평행하게 지지 될 수 있도록 이들의 가장자리에 인서트 몰딩된 테두리부재(33)를 구비한다. 상기 제1,2열전도성 부재(31)(32)들 사이의 간격은 단위 전지 유닛(20)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖도록 함이 바람직하다.

상기 케이스 유닛(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1열전도성 부재(31)의 가장자리를 따라 합성수지가 인서트몰딩되어 제 1테두리부재(34)가 형성되고, 상기 제2열전도성 부재(32)의 가장자리를 따라 합성수지가 인서트 몰딩되어 제 2테두리부재(35)가 형성되며 이들이 상호 레이저에 의해 열융착됨으로써 테두리부재(33)를 구성할 수 있다. 이 경우 상기 제 1, 2테두리부재(34)(35)의 열융착 시 상기 단위 전지 유닛(20)을 상기 제 1,2열전도성 부재(31)(32)의 사이에 개재된 상태에서 열융착 할 수도 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1,2테두리부재(34)(35)는 별도의 결합유닛(50)에 의해 결합 될 수 있다. 결합유닛(50)은 도 1에 도시된 바와 같이 볼트와 너트로 이루어질 수 있다.

또한 상기 결합유닛(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 제 1테두리부재(34)에 복수개의 훅(51)이 형성되고, 상기 훅(51)과 대응되는 제 2테두리부재(35)에는 훅(51)이 걸리는 결합홈(52)이 형성되어 상기 제 1,2열전도성 부재(31)(32)의 사이에 단위 전지 유닛(20)을 넣은 상태에서 훅(51)과 결합홈(52)를 결합함으로써 제 1,2테두리부재(34)(35)를 결합할 수 있다. 상기 제 1,2테두리부재(34)(35)의 결합은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 제 1,2테두리부재를 결합할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 테두리부재들이 열융착되어 결합될 수도 있으며, 세트스크류, 밴드 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 제 1,2열전도성 부재(31)(32)에는 딤플 또는 밴딩된 요철부(미도시)이 형성되고, 수평 또는 수직 방향으로 간격 유지돌기(37)가 형성된다. 상기 간격유지돌기는 요철부로 이루어질 수 있다. 그러나 바람직하게는 상기 간격유지돌기는 인접하는 단위 전지의 열전도성부재의 간격유지돌기(37')와 상호 접촉되도록 하여 제 1 또는 제 2열전도성 부재(31)(32)가 외측으로 벌어지는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 1,2열전도성 부재는 알루미늄 판재로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않고 열전도율이 높은 금속판으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1,2열전도성 부재에 형성된 요철부는 제 1,2열전도성 부재가 코러게이트 형상으로 밴딩되거나 수평 또는 수직방향으로 연속 또는 불연속적으로 형성된 비드로 이루어질 수 있다.

그리고 통기를 위하여 상기 테두리부재의 상호 대응되는 수직부들 또는 수평부(수직부위 또는 수평부위)들의 전후면(38)이 간격 유지돌기(37) 보다 낮게 형성되어 통기공(39)이 형성될 수 있도록 함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 전지 모듈조립체의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전지 모듈 조립체는 케이스 유닛(30)의 제1,2열전도성부재(31)(32)의 가장자리가 합성수지재에 의해 인서트 몰딩 된 테두리부재(33)에 의해 지지된 구조를 가지고 있으므로 이차전지인 단위 전지 유닛(20)으로부터 발생된 열이 제1,2열전도성부재를 통하여 전달되어 방열된다. 특히 테두리부재(33)들의 사이에는 열전달된 공기의 배출을 위한 통기공(39)가 형성되어 있으므로 열의 방출이 원활하게 이루어지게 된다.

특히, 제 1,2열전도성부재(31)(32)에는 딤플 또는 요철이 형성되어 있으므로 표면적의 방열면적을 넓힐 수 있어 방열특성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 제 1,2열전도성부재(31)(32)에는 간격유지돌기(37)가 형성되어 있으므로 단위 전지(40)의 적층 시 제 1,2열전도성부재(31)(32)가 인접하는 제 2,1열전도성 부재와 접촉되어 상호 열전달이 이루어지게 되며, 전지셀의 팽창시 제 1,2열전도성 부재가 부풀어 오르는 것을 방지하여, 전지의 폭발을 줄일 수 있다.

그리고 혹한 지역에서 전지를 사용하는 경우 상기 단위 전지 유닛(20)이 제 1,2열전도성 부재(31)(32)와 테두리부재(33)에 의해 감싸여져 있으므로 보온효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명의 전지모듈 조립체는 전기자동차에 사용되는 이차전지등 다양한 이차전지의 케이스로 사용가능하다.

Claims (5)

1. 제 1열전도성부재(31)의 가장자리를 따라 합성수지가 인서트 몰딩되어 형성된 제 1테두리부재(34)와, 상기 제 1열전도성부재(31)와 평행한 제 2열전도성부재(32)의 가장자리를 따라 합성수지가 인서트 몰딩되어 형성된 제 2테두리부재(35)가 결합유닛(50)에 의해 결합되어 삽입공간을 형성하며 적층되는 케이스 유닛들과
   상기 각 케이스 유닛의 삽입공간에 삽입되는 단위전지유닛(20)를 포함하며 상기 제 1,2열전도성부재에는 각각 인접하는 제 1,2열전도성부재의 간격유지돌기(37')와 접촉되는 복수개의 간격유지돌기(37)가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 조립체.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1,2열전도성부재에는 딤플 또는 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 조립체.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1,2테두리부재(34)(35)가 결합된 테두리부재(33)의 대응되는 양측의 전후면은 상기 간격유지돌기(37)의 높이보다 낮게 형성되어 결합 통기공(39)이 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 조립체.
   

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