KR101232784B1 - 이차전지 냉각장치 및 이차전지 운전열을 이용한 난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 난방 시스템은, 복수의 이차전지 셀들로 이루어지는 이차전지 모듈로부터 발생된 운전열을 이용한 난방 시스템으로서, 이차전지 모듈을 냉각하는 공랭식 이차전지 모듈 냉각장치; 이차전지 모듈 냉각장치로부터 유출되는 데워진 공기를 배출하는 공기 유출구를 가지는 공기 배출 덕트; 및 이차전지 모듈의 외부로부터 이차전지 모듈 냉각장치, 공기 배출 덕트 및 공기 유출구의 순으로 공기의 유동을 생성시키는 송풍 팬;을 포함하여, 공기 유출구로부터 배출되는 데워진 공기를 난방에 이용함으로써 에너지 활용효율을 극대화한다. 또한, 본 발명의 이차전지 모듈 냉각장치는, 방열핀의 독특한 배치에 의해 냉각 공기의 유로와 이차전지와의 열교환 면적을 증가시켜, 최대한 많은 양의 열을 이차전지로부터 흡수하므로 열교환 효율을 극대화할 수 있다.

Description

이차전지 냉각장치 및 이차전지 운전열을 이용한 난방 시스템{Secondary battery cooling apparatus and heating system using heat generated from secondary battery operation}

본 발명은 차량이나 주택 등에 사용되는 에너지 공급원으로 사용되는 이차전지의 냉각장치 및 이차전지 운전열을 이용한 난방 시스템에 관한 것이다.

이차 전지는 전극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전을 끊임없이 반복할 수 있어 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 활용원으로 주목 받고 있다. 특히, 고용량의 리튬 이차전지가 개발됨으로써, 이러한 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

또한, 최근에는 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드(Smart Grid) 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있다.

즉, 스마트 그리드 시스템에서는 전력 소비량이 적을 때에는 전력을 저장하였다가 전력 소비량이 많을 때에는 이와 같이 저장된 전력을 생산 전력과 함께 소비자에게 공급하도록 하는 인프라 구조를 가지게 된다.

이와 같은 스마트 그리드 시스템에서 생산된 전력을 저장하는 매체가 활용되어야 하는데, 이 경우에 복수의 이차전지의 집합체인 이차전지 팩은 전력을 저장하는 주요한 요소로 기능하게 된다. 이러한 전력 저장 시스템은 스마트 그리드 시스템뿐만 아니라 다른 여러 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 충전 전력을 공급하는 전기 자동차 충전소에도 많은 양의 전력을 저장할 필요가 있으므로 여기에도 전력 저장 시스템이 이용될 수 있고, 주택등의 에너지 공급원으로서도 이용될 수 있다.

이러한 전력 저장 시스템을 구성하는 이차전지 팩은 상당한 개수의 이차전지가 다양한 구조로 집합(예를 들어, 이차전지 팩이 상하 구조로 적층된 형태인 타워형 스택 등)되어 대용량의 시스템을 구성하게 되는데, 이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나며 이러한 충방전 과정은 불가피하게 발열을 수반하게 되는데 이와 같이 이차전지가 고용량화되는 경우 상기 충방전에 따른 발열은 비약적으로 증가하게 된다.

이와 같은 발열 현상은 전기 화학적 반응을 일으키는 이차전지에 내재적인 데미지(손상)을 미치게 되어 성능 저하를 초래할 수 있으며, 이차전지의 수명을 보장할 수 없는 부수적인 문제를 야기할 수 있으며 발열에 의한 폭발 현상 등 안전성에도 치명적인 약점이 될 수 있다고 알려져 있다.

그러므로 이차전지의 운전에 따라 발생된 열을 냉각하기 위한 장치가 필요한데, 대한민국 특허공개 제2006-102851호, 대한민국 특허공개 제2006-86123호, 일본 특허공개 제2008-159440호, 일본 특허공개 제2006-108820호 등에는 이러한 이차전지의 냉각을 위한 장치 또는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이러한 종래의 냉각 체계는 이차전지의 냉각에만 관심이 있을 뿐, 이차전지의 운전열을 효과적으로 이용하는 것에 대해서는 전혀 주의와 관심을 기울이지 않고 있다. 또한, 이차전지의 냉각을 위해 배치되는 방열판이나 방열핀도 신속한 냉각의 관점에서 그 배치와 구조가 제시될 뿐, 이차전지의 운전열을 난방 시스템에 이용하기 위해 최대한 다량을 효율적으로 뽑아내기 위한 궁리는 행해지지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이차전지의 운전열을 최대한 다량 효율적으로 뽑아낼 수 있는 구조의 이차전지 냉각장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이차전지의 운전열을 이용하여 차량이나 주택 등의 난방에 이용하는 난방 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지 모듈의 냉각장치는, 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 수납하여 이루어지는 이차전지 모듈에서 상기 이차전지 셀들을 냉각하기 위한 이차전지 모듈의 냉각장치로서, 인접하는 상기 이차전지 셀들 사이에 삽입되어 상기 이차전지 셀 표면에 밀착함으로써 상기 이차전지 셀로부터 열을 흡수하는 방열판; 및 상기 방열판의 상기 이차전지 셀 표면에 밀착하는 면의 반대면에서 상기 방열판이 이루는 평면에 수직하게 형성된 방열핀;을 포함하고, 상기 방열핀이, 상기 방열판이 이루는 평면에 수직한 방향에서 보았을 때의 형상이, 냉각을 위한 공기의 유입측에서 유출측을 향하는 방향으로 직선상으로 서로 평행하게 형성된 복수의 제1방열핀; 및 상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 일측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성된 복수의 제2방열핀;을 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 이차전지 모듈의 냉각장치는, 상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 타측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성되며 상기 복수의 제2방열핀과 엇갈리게 배치된 복수의 제3방열핀을 더 포함한다.

또한, 상기 복수의 제2방열핀 및/또는 제3방열핀은 길이가 서로 다른 핀들이 배치되어 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지 스택의 냉각장치는, 복수의 이차전지 모듈이 상하로 적층되어 이루어지는 이차전지 스택에서 상기 복수의 이차전지 모듈을 냉각하기 위한 이차전지 스택의 냉각장치로서, 상기 복수의 이차전지 모듈의 각각을 냉각하기 위해 제공되는 복수의 이차전지 모듈 냉각장치로서, 각각이 전술한 바와 같은 복수의 이차전지 모듈 냉각장치; 상기 복수의 이차전지 모듈 냉각장치로부터 유출되는 공기를 한 데 모아 배출하는 공기 유출구를 가지는 공기 배출 덕트; 및 상기 이차전지 스택의 외부로부터 상기 복수의 이차전지 모듈 냉각장치, 상기 공기 배출 덕트 및 상기 공기 유출구의 순으로 공기의 유동을 생성시키는 송풍 팬;을 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난방 시스템은, 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 수납하여 이루어지는 이차전지 모듈로부터 발생된 운전열을 이용한 난방 시스템으로서, 상기 이차전지 모듈을 냉각하는 공랭식 이차전지 모듈 냉각장치; 상기 이차전지 모듈 냉각장치로부터 유출되는 데워진 공기를 배출하는 공기 유출구를 가지는 공기 배출 덕트; 및 상기 이차전지 모듈의 외부로부터 상기 이차전지 모듈 냉각장치, 상기 공기 배출 덕트 및 상기 공기 유출구의 순으로 공기의 유동을 생성시키는 송풍 팬;을 포함하여, 상기 공기 유출구로부터 배출되는 데워진 공기를 난방에 이용하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 난방 시스템은 상대적으로 저온 환경에서 이차전지 모듈이 운전될 때 상대적으로 차가운 공기를 가열하여 이용하기 위해, 상기 공기의 유로의 임의의 위치에 배치되고, 상기 이차전지 모듈로부터 전력을 공급받아 상기 공기를 가열하는 보조 히터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이차전지 모듈 냉각장치 및 이차전지 스택 냉각장치에 의하면, 방열핀의 독특한 배치에 의해 냉각 공기가 지그재그로 흐르게 되어 공기의 유로가 길어지며 이차전지와의 열교환 면적이 넓어져, 최대한 많은 양의 열을 이차전지로부터 흡수하므로 열교환 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 난방 시스템에 의하면, 이차전지의 운전과정에서 발생되는 열을 이용하여 공기를 데우고, 이 데워진 공기를 이용하여 주택이나 차량 내부를 난방할 수 있게 된다. 따라서, 종래 버려졌던 이차전지의 운전열을 난방 에너지로 활용함으로써 에너지 사용효율을 극대화할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 난방 시스템에 상술한 본 발명에 따른 이차전지 모듈 냉각장치 및 이차전지 스택 냉각장치를 적용함으로써, 최대한 많은 양의 열을 흡수하여 난방에 이용할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 스택의 냉각장치 및 난방 시스템의 전체적인 구조를 도시하는 사시도,
도 2는 도 1에 도시한 이차전지 스택의 냉각장치 및 난방 시스템의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 모듈을 그 냉각장치와 함께 도시한 분해 사시도,
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 단면도로서 본 발명의 실시예에 의한 이차전지 모듈 냉각장치에서 방열핀의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 이차전지 모듈 냉각장치에서 방열핀의 변형예를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 스택의 냉각장치 및 난방 시스템의 전체적인 구조를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차전지 스택의 냉각장치 및 난방 시스템의 종단면도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 이차전지 스택의 냉각장치 및 난방 시스템에 대한 개괄적이고 전반적인 설명을 먼저 기술하고, 각 세부 구성은 해당되는 도면 등을 참조하여 후술하도록 한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명과 후술하는 특허청구범위에서 상하좌우, 전후 등의 방향을 나타내는 용어는 도면에 도시된 대로의 방향을 설명하기 위한 상대적인 용어로서, 보는 방향에 따라서 반전될 수 있는 방향임을 명기해 둔다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉각장치가 적용되고 난방 시스템의 일부를 이루는 이차전지 스택은 하나 이상의 이차전지 모듈(100)이 이차전지 모듈 케이스(200)에 수납되고, 하나 이상의 이차전지 모듈(100)을 수납한 이차전지 모듈 케이스(200)를 한 단 이상 적층한 구조를 가지고 있다. 도 1에서 각 단의 이차전지 모듈 케이스(200)에는 3 개씩의 이차전지 모듈(100)이 수납되고, 또한 3 단을 적층한 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예시일 뿐 이차전지 모듈(100)의 개수와 이차전지 모듈 케이스(200)의 적층 단수는 얼마든지 변경가능하다. 또한, 본 실시예에서는 복수의 이차전지 모듈(100)이 적층되어 스택을 이루는 경우에 대해서 설명하지만, 본 발명의 냉각장치 및 난방 시스템은 하나의 모듈만을 포함하는 경우에도 동일하게 적용가능함은 물론이다.

이하 본 발명의 설명에서 이차전지 모듈(100)은 실시형태에 따라 복수 개의 이차전지 셀 또는 어셈블리(assembly) 등이 집합된 것을 지칭하며 '배터리 모듈'이나 '배터리 팩'으로 불릴 수 있다.

이차전지 스택에 구비되는 하나 이상의 이차전지 모듈(100)은 실시형태에 따라 다양한 형태로 직렬 또는 병렬 구조로 전기적으로 상호 연결될 수 있으며, 또한 독립한 전력원으로서 기능할 수 있도록 배치될 수 있음은 물론이다.

한편, 도 1에서 이차전지 스택의 배면에 참조부호 300으로 도시된 구성요소는 이차전지 모듈(100)의 전면(前面)에서 유입되어 이차전지 모듈(100)을 통과한 후 이차전지 모듈(100)의 배면으로 배출되는 공기를 한 데 모아 배출하는 공기 배출 덕트이다. 이 공기 배출 덕트(300)는 복수의 이차전지 모듈(100)의 배면에 공통으로 구비되어, 이차전지 모듈(100)을 통과하면서 데워진 공기를 난방에 이용하기 위하여 공기 유출구(310)를 통해 배출하게 된다.

여기서, 공기 유출구(310)는 도 1 및 도 2에서 이차전지 스택의 맨 위에 하나가 배치되는 것으로 도시되었지만, 난방을 필요로 하는 공간에 맞추어 공기 유출구의 개수나 배치 위치는 변경가능하다.

도 2에서 참조부호 400으로 도시된 구성요소는, 도 1에서는 도시를 생략하였는데, 각 이차전지 모듈(100)의 전면(前面)에 장착되어 각 이차전지 모듈(100)로 외부 공기를 공급하는 송풍 팬이다.

따라서, 송풍 팬(400)을 통해 이차전지 모듈(100)로 공급되는 외부 공기는, 복수의 이차전지 모듈(100)에 각각 포함되는 후술하는 이차전지 모듈 냉각장치를 거쳐 공기 배출 덕트(300) 및 공기 유출구(310)의 순으로 유동하게 되고, 공기 유출구(310)를 통해 실제 난방의 대상이 되는 차량 내부나 주택 내부로 공급되게 된다. 따라서, 본 실시예에 의하면 종래 이차전지의 냉각에 사용되고 외부로 배출되어 버려졌던 데워진 공기를 이용하여 주택이나 차량 내부를 난방할 수 있게 된다.

한편, 도 2에서 송풍 팬(400)은 각 이차전지 모듈(100)의 전면에 하나씩 배치되는 것으로 도시되었지만, 스택의 각 단을 이루는 각 이차전지 모듈 케이스(200)에 공통으로 하나씩 배치되거나, 전체 스택에 공통으로 전면에 하나만 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 이차전지 모듈(100)에 고르게 공기를 공급하기 위해 이차전지 스택의 전면에도 덕트를 구비할 수 있다. 또한, 송풍 팬은 이차전지 모듈(100)의 전면이 아니라 공기 유출구(310) 근방에 배치될 수도 있고, 이차전지 모듈(100)의 전면 및 공기 유출구(310) 근방의 양방에 배치될 수도 있다. 요컨대, 송풍 팬은 이차전지 모듈(스택)의 외부로부터 이차전지 모듈(100), 공기 배출 덕트(300) 및 공기 유출구(310)의 순으로 공기의 유동을 생성시킬 수 있으면 그 배치는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 도시하지는 않았지만, 본 실시예의 난방 시스템은 보조 히터를 더 구비할 수 있다. 이차전지 모듈(100)은 충방전을 반복하는 운전에 의해 열이 발생함은 전술한 바와 같으나, 상대적으로 차가운 상태에서 이차전지 모듈(100)을 초기 운전하는 경우에는 열의 발생이 충분하지 않아 이를 난방에 이용할 수 없다. 따라서, 예컨대 온도 센서와 같은 수단에 의해 공기 유출구(310)에서 배출되는 공기의 온도를 측정하여 소정의 온도에 이르지 않았을 경우에는, 보조 히터를 동작시켜 난방을 하는 구성을 취하는 것이 바람직하다.

이 보조 히터는 이차전지 모듈(100)로부터 전력을 공급받아 동작하는 전기 히터일 수 있고, 전술한 공기의 유로 즉, 송풍 팬(400), 이차전지 모듈(100), 공기 배출 덕트(300), 공기 유출구(310)의 순으로 형성되는 공기 유로 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다. 다만, 이차전지 모듈(100)도 저온에서는 충분한 성능을 발휘하기 어려울 수 있으므로, 보조 히터의 위치는 이차전지 모듈(100)의 앞쪽 즉, 송풍 팬(100)의 전단 또는 후단에 마련하여 저온 환경에서 이차전지 모듈(100)을 동작시킬 때 이차전지 모듈(100)도 적절하게 가열할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 이차전지 냉각장치 및 난방 시스템에 의하면, 종래 이차전지의 냉각에 사용되고 외부로 배출되어 버려졌던 데워진 공기를 이용하여 주택이나 차량 내부를 난방할 수 있게 됨으로써, 열사용효율을 비약적으로 높일 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 통하여 상기 이차전지 스택 냉각장치 및 난방 시스템을 구성하는 이차전지 모듈 냉각장치(20)를 주로 하여 각 세부 구성을 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 모듈을 그 냉각장치와 함께 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 단면도로서 본 발명의 실시예에 의한 이차전지 모듈 냉각장치에서 방열핀의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 이차전지 모듈 냉각장치(20)는, 복수의 이차전지 셀(10)들과 함께 이차전지 셀 케이스(110)에 수납되어 이차전지 모듈(100)을 구성한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 이차전지 셀 케이스(110)에는 평판상의 복수의 이차전지 셀(10)들과, 복수의 본 실시예에 따른 냉각장치(20)들이 교대로 샌드위치되어 서로 밀착되어 수납된다.

각각의 이차전지 셀(10)은 직사각형의 판상으로 이루어지고, 내부에 양극판과 음극판이 분리막을 개재하여 적층되고 전해질이 채워진 전형적인 리튬 이차전지일 수 있다. 또한, 이차전지 셀(10) 내부에는 과충전 등의 오사용에 의한 발화나 폭발을 방지하기 위한 방폭안전 장치나 제어회로가 포함될 수 있다. 또한, 각 이차전지 셀(10)은 단위 이차전지 셀일 수도 있고, 복수의 단위 셀의 집합체일 수도 있다. 한편, 도 3에서 참조부호 11로 도시된 구성요소는 이차전지 셀(10)의 양극 및 음극 단자인 전극 탭이다. 각 이차전지 셀(10)의 전극 탭(11)을 버스 바 등을 이용하여 서로 연결함으로써 이차전지 셀(10)들을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결한다.

각각의 이차전지 모듈 냉각장치(20)는, 인접하는 이차전지 셀(10)들 사이에 삽입되어 이차전지 셀(10) 표면에 밀착함으로써 이차전지 셀(10)로부터 열을 흡수한다. 구체적으로, 이차전지 모듈 냉각장치(20)는 이차전지 셀(10) 표면에 밀착하는 방열판(21)과, 방열판(21)의 이차전지 셀(10) 표면에 밀착하는 면의 반대면에서 방열판(21)이 이루는 평면에 수직하게 형성된 방열핀(22~24)을 포함한다. 방열판(21)과 방열핀(22~24)은 열전도율이 높은 알루미늄이나 동 등의 금속으로 이루어진다.

바람직하게, 방열판(21)은 한 쌍의 이차전지 셀(10)의 사이에 삽입되어 각각의 이차전지 셀(10)의 표면과 접하도록 한 쌍으로 이루어지고, 상기 방열핀(22~24)은 한 쌍의 방열판(21) 사이의 공간에 형성되어 한 쌍의 방열판(21)을 연결하도록 형성된다. 따라서, 한 쌍의 방열판(21)과 그 사이에 형성된 방열핀(22~24)에 의해 이차전지 셀(10)들을 냉각하기 위한 공기가 흐르는 유로가 형성된다.

더욱 구체적으로 상기 방열핀(22~24)은, 도 4에 도시된 바와 같은 제1방열핀(22), 제2방열핀(23) 및 제3방열핀(24)을 포함하는 것이 바람직하다.

제1방열핀(22)은 방열판(21)이 이루는 평면에 수직한 방향에서 보았을 때의 형상이, 냉각을 위한 공기의 유입측에서 유출측을 향하는 방향으로 직선상으로 서로 평행하게 복수로 형성된다. 따라서, 인접하는 두 제1방열판(22) 사이에 서로 격리된 각각의 공기 유로가 형성된다.

제2방열핀(23)은 복수의 제1방열핀(22) 각각의 하측에서 제1방열핀(22)에 연결되고 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 복수개 형성되고, 제3방열핀(24)은 복수의 제1방열핀(22) 각각의 상측에서 제1방열핀(22)에 연결되고 제2방열핀(23)과 마찬가지로 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 복수개 형성된다.

따라서, 인접하는 두 제1방열판(22) 사이에 형성된 각각의 공기 유로 내에서, 서로 엇갈리게 대향하는 제2방열핀(23)과 제3방열핀(24)에 의해 공기는 도 4에서 화살표로 표시한 바와 같이 유동하게 된다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2방열핀(23)과 제3방열핀(24)은 길이가 서로 다른 핀들이 주기적으로 배치되어 이루어지고, 길이가 긴 핀에 의해 공기가 두 제1방열핀(22)에 의해 형성된 유로 내를 직진하여 빠져나가는 것을 방해한다. 따라서, 공기는 제2방열핀(23)과 제3방열핀(24)의 독특한 배치에 의해 지그재그로 흐르게 되어 유로가 길어지며 냉각장치(20)와의 열교환 면적이 넓어져, 최대한 많은 양의 열을 이차전지 셀(10)로부터 흡수하여 열교환 효율을 극대화할 수 있다.

한편, 제2방열핀(23)과 제3방열핀(24)의 구체적인 구조와 배치는 도 4에 도시된 예에 한하지 않는다. 예를 들어, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 핀과 길이가 짧은 핀이 교대로 배치되어 도 4에 도시된 것과 동일하게 유로와 열교환 면적을 증가시키는 효과를 달성할 수 있고, 나아가 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 길이가 동일한 핀들을 서로 엇갈리게 배치함으로써도 유사한 효과를 달성할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 이차전지 셀 11: 전극 탭
20: 이차전지 모듈 냉각장치 21: 방열판
22: 제1방열핀 23: 제2방열핀
24: 제3방열핀 100: 이차전지 모듈
110: 이차전지 셀 케이스 200: 이차전지 모듈 케이스
300: 공기 배출 덕트 310: 공기 유출구
400: 송풍 팬

Claims (15)

1. 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 수납하여 이루어지는 이차전지 모듈에서 상기 이차전지 셀들을 냉각하기 위한 이차전지 모듈의 냉각장치에 있어서,
   인접하는 상기 이차전지 셀들 사이에 삽입되어 상기 이차전지 셀 표면에 밀착함으로써 상기 이차전지 셀로부터 열을 흡수하는 방열판; 및
   상기 방열판의 상기 이차전지 셀 표면에 밀착하는 면의 반대면에서 상기 방열판이 이루는 평면에 수직하게 형성된 방열핀;을 포함하고,
   상기 방열핀이,
   상기 방열판이 이루는 평면에 수직한 방향에서 보았을 때의 형상이, 냉각을 위한 공기의 유입측에서 유출측을 향하는 방향으로 직선상으로 서로 평행하게 형성된 복수의 제1방열핀; 및
   상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 일측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성된 복수의 제2방열핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 타측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성되며 상기 복수의 제2방열핀과 엇갈리게 배치된 복수의 제3방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 냉각장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제2방열핀은 길이가 서로 다른 핀들이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 냉각장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 제3방열핀은 길이가 서로 다른 핀들이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 냉각장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방열판은 인접하는 한 쌍의 상기 이차전지 셀의 사이에 삽입되어 각각의 이차전지 셀의 표면과 접하도록 한 쌍으로 이루어지고,
   상기 방열핀은 상기 한 쌍의 방열판 사이의 공간에 형성되어 상기 한 쌍의 방열판을 연결하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈의 냉각장치.
6. 복수의 이차전지 모듈이 상하로 적층되어 이루어지는 이차전지 스택에서 상기 복수의 이차전지 모듈을 냉각하기 위한 이차전지 스택의 냉각장치에 있어서,
   상기 복수의 이차전지 모듈의 각각을 냉각하기 위해 제공되는 복수의 이차전지 모듈 냉각장치로서, 각각이 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 이차전지 모듈 냉각장치;
   상기 복수의 이차전지 모듈 냉각장치로부터 유출되는 공기를 한 데 모아 배출하는 공기 유출구를 가지는 공기 배출 덕트; 및
   상기 이차전지 스택의 외부로부터 상기 복수의 이차전지 모듈 냉각장치, 상기 공기 배출 덕트 및 상기 공기 유출구의 순으로 공기의 유동을 생성시키는 송풍 팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 스택의 냉각장치.
7. 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 수납하여 이루어지는 이차전지 모듈로부터 발생된 운전열을 이용한 난방 시스템에 있어서,
   상기 이차전지 모듈을 냉각하는 공랭식 이차전지 모듈 냉각장치;
   상기 이차전지 모듈 냉각장치로부터 유출되는 데워진 공기를 배출하는 공기 유출구를 가지는 공기 배출 덕트; 및
   상기 이차전지 모듈의 외부로부터 상기 이차전지 모듈 냉각장치, 상기 공기 배출 덕트 및 상기 공기 유출구의 순으로 공기의 유동을 생성시키는 송풍 팬;을 포함하여,
   상기 공기 유출구로부터 배출되는 데워진 공기를 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 공기의 유로의 임의의 위치에 배치되고, 상기 이차전지 모듈로부터 전력을 공급받아 상기 공기를 가열하는 보조 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 난방 시스템은 동일한 구조의 상기 이차전지 모듈을 복수 개 상하로 적층하여 포함하고,
   상기 공기 배출 덕트는 상기 복수 개의 이차전지 모듈에 공통하여 하나가 구비되는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 송풍 팬은 상기 이차전지 모듈의 전면(前面)에 배치되는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 이차전지 모듈 냉각장치는,
    인접하는 상기 이차전지 셀들 사이에 삽입되어 상기 이차전지 셀 표면에 밀착함으로써 상기 이차전지 셀로부터 열을 흡수하는 방열판; 및
    상기 방열판의 상기 이차전지 셀 표면에 밀착하는 면의 반대면에서 상기 방열판이 이루는 평면에 수직하게 형성된 방열핀;을 포함하고,
    상기 방열핀이,
    상기 방열판이 이루는 평면에 수직한 방향에서 보았을 때의 형상이, 냉각을 위한 공기의 유입측에서 유출측을 향하는 방향으로 직선상으로 서로 평행하게 형성된 복수의 제1방열핀; 및
    상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 일측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성된 복수의 제2방열핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 제1방열핀 각각의 상측 및 하측 중 타측에서 상기 제1방열핀에 연결되고 상기 공기의 유출측으로 경사지게 연장되어 형성되며 상기 복수의 제2방열핀과 엇갈리게 배치된 복수의 제3방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 제2방열핀은 길이가 서로 다른 핀들이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제3방열핀은 길이가 서로 다른 핀들이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
15. 제11항에 있어서,
    상기 방열판은 인접하는 한 쌍의 상기 이차전지 셀의 사이에 삽입되어 각각의 이차전지 셀의 표면과 접하도록 한 쌍으로 이루어지고,
    상기 방열핀은 상기 한 쌍의 방열판 사이의 공간에 형성되어 상기 한 쌍의 방열판을 연결하도록 형성된 것을 특징으로 하는 난방 시스템.

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