KR101243908B1 - 단위 전지 및 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 전지 및 전지 모듈에 관한 것으로, 전극 단자들을 구비하는 전지 셀 및 전지 셀을 수용하는 케이스를 포함하고, 케이스는 케이스의 양측 가장자리에 구비되며 케이스의 두께 방향으로 돌출된 스페이서와, 전지 셀을 냉각시키는 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부 및 전극 단자들을 향해 공기의 배출을 안내하는 배출 가이드부를 포함하는 단위 전지와 이들의 적층 구조인 전지 모듈을 제공한다.

Description

단위 전지 및 전지 모듈{Battery unit and battery module}
본 발명은 단위 전지 및 이들을 적층한 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 충·방전을 통해 오랜 기간 사용되므로 사용기간 뿐만 아니라 전지의 안정성이 큰 관심의 대상이다. 전지가 작동하는 동안 발생하는 열은 이차 전지의 온도를 상승시켜, 열을 효율적으로 냉각시키지 않으면 전지의 수명이 짧아지고 오작동을 일으키는 등 안정성이 크게 저하되는 문제가 있어, 냉각은 전지의 제작에 있어서 무엇보다 중요한 과제이다.
본 발명의 일실시예는, 냉각 효율이 우수하고 조립이 간단한 단위 전지 및 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는, 전극 단자들을 구비하는 전지 셀; 및 상기 전지 셀을 수용하는 케이스;를 포함하고, 상기 케이스는, 상기 케이스의 양측 가장자리에 구비되며 상기 케이스의 두께 방향으로 돌출된 스페이서와, 상기 전지 셀을 냉각시키는 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부, 및 상기 전극 단자들을 향해 상기 공기의 배출을 안내하는 배출 가이드부를 포함하는 단위 전지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부의 폭은 상기 유입 가이드부의 폭 보다 좁게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부는 상기 공기의 진행 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부는 상기 공기의 유입 방향에 대하여 기울어진 경사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부는 상기 배출되는 공기를 적어도 2개의 층으로 분리하는 분리벽을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 분리벽은 상기 전극 단자들을 향해 기울어져 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부는 상기 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 안내하는 제1층 배출 가이드부; 및 상기 제1층 배출 가이드부 위에 형성되어 상기 공기의 배출을 안내하는 제2층 배출 가이드부;를 포함하며, 상기 제1층 배출 가이드부 및 상기 제2층 배출 가이드부 중 적어도 어느 하나는 상기 공기의 배출 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이스는 상기 전지 셀의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 외부로 노출시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이스는, 상기 전지 셀의 두께 보다 두꺼운 두께를 구비한 프레임 형상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이스는, 전극 단자들을 수용하는 단자 수용부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 단자 수용부 각각은 상기 전극 단자의 양 옆에 구비되는 돌출부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부 및 상기 배출 가이드부는 각각 상기 스페이서와 수직을 이루도록 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 두께 방향을 따라 적층된 복수의 단위 전지들; 및 상기 단위 전지들 중 서로 이웃하는 단위 전지들 사이에 형성되어 상기 단위전지들을 냉각시키는 공기의 유동 공간을 제공하는 냉각 채널;을 포함하고, 상기 단위 전지는, 전극 단자들을 구비하는 전지 셀; 및 상기 전지 셀을 수용하며, 양측 가장자리에 구비되고 상기 단위 전지의 두께 방향으로 돌출된 스페이서와, 상기 냉각 채널로 상기 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부, 및 상기 전극 단자들을 향해 상기 공기의 배출을 안내하는 배출 가이드부를 구비하는 케이스;를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 단위 전지들은 상기 스페이서를 매개로 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부의 폭은 상기 유입 가이드부의 폭 보다 좁게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부 및 상기 배출 가이드 중 적어도 어느 하나는, 상기 공기의 진행 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부는 상기 공기의 유입 방향에 대하여 기울어진 경사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부는 상기 배출되는 공기를 상기 두께 방향과 수직인 방향으로 2개의 층으로 분리하는 분리벽을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 분리벽은 상기 전극 단자들을 향해 기울어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배출 가이드부는 상기 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 안내하는 제1층 배출 가이드부; 및 상기 제1층 배출 가이드부 위에 형성되어 상기 공기의 배출을 안내하는 제2층 배출 가이드부;를 포함하며, 상기 제1층 배출 가이드부 및 상기 제2층 배출 가이드부 중 적어도 어느 하나는 상기 공기의 배출 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이스는 상기 전지 셀의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 상기 냉각 채널로 노출시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유입 가이드부와 상기 배출 가이드부는 각각 상기 스페이서와 수직을 이룰 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 전지 셀의 본체 및 전극 단자들에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 조립이 간편하고 별도의 부품의 추가가 필요 없어 작업 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈을 유입 가이드부 측에서 바라다 본 사시도이다.
도 2는 도 1을 배출 가이드부 측에서 바라다 본 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4은 도 1의 전지 모듈을 구성하는 단위 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 단위 전지의 배출 가이드부를 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4의 단위 전지의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 8는 도 7을 배출 가이드부 측에서 바라다 본 단면도이다.
도 9는 도 7의 전지 모듈을 구성하는 단위 전지에서 배출 가이드부를 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 단위 전지의 분해 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전지 모듈 및 단위 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서는 단위 전지 및 전지 모듈의 길이 방향을 D1으로 표시하고폭 방향을 D2라고 표시하며, 두께 방향을 D3라고 표시한다. 본 명세서에서 공기는 D1의 방향을 따라 진행하는 경우로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전지 모듈(100)을 유입 가이드부(210) 측에서 바라다 본 사시도이고, 도 2는 도 1의 전지 모듈(100)을 배출 가이드부(220) 측에서 바라다 본 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도면들을 참고하면, 전지 모듈(100)은 복수의 단위 전지(110)가 적층된 상태로서, 단위 전지들(110)은 전극 단자들(320)이 모두 동일한 방향에 배치되도록 D3 방향을 따라 적층된다. 서로 이웃한 단위 전지들(110) 사이의 공간은 냉각 채널(250)로서, 공기의 이동 통로가 된다. 공기는 냉각 채널(250)을 이동하면서 단위 전지(110)에서 발생하는 열을 냉각시킨다.
전지 모듈(100)은 전지 모듈(100)을 냉각시키기 위한 공기 이동을 안내하는 유입 가이드부(210) 및 배출 가이드부(220)를 구비한다. 유입 가이드부(210)는 냉각 채널(250)의 일측과 연통되고, 배출 가이드부(220)는 냉각 채널(250)의 타측과 연통된다. 유입 가이드부(210)는 냉각 채널(250)로 외부의 공기의 유입을 안내하고, 배출 가이드부(220)는 냉각 채널(250)을 이동한 공기가 전극 단자(320) 측으로 배출되도록 안내한다.
냉각팬(미도시)는 유입 가이드부(210)와 인접하게 구비될 수 있다. 냉각팬은 전지 모듈(100)의 내부로 유입되는 공기에 구동력을 제공한다.
유입 가이드부(210)는 공기의 진행 방향에 대하여 기울어진 경사면(211)을 포함한다. 또한, 이웃하는 단위 전지들(110) 사이의 공간이 냉각 채널(250)이므로, 냉각 채널(250)의 일단에는 어느 하나의 단위 전지(110)의 유입 가이드부(210)와 다른 하나의 단위 전지(110)의 유입 가이드부(210)가 마주보도록 배치된다. 그러므로, 유입 가이드부들(210)이 구비된 측의 전지 모듈(100)은 외부를 향해 단면이 증가하는 깔때기의 형상을 구비한다. 깔때기 형상의 유입 가이드부(210)에 의하여 공기가 전지 모듈(100)의 내부로 진입할 때의 유동 저항이 줄어들고, 전지 모듈(100)의 내부로 유입되는 공기의 량이 증가된다.
유입 가이드부(210)는 가이드 핀(212)에 의하여 복수개의 영역으로 구획될 수 있다. 가이드 핀(212)은 공기의 진행 방향을 따라 연장되며, 경사면(211) 상에 소정의 간격 이격되어 배치된다. 유입되는 공기는 가이드 핀(212)에 의하여 복수개의 영역으로 구획되고 전지 모듈(100)의 내부로 투여된 공기는 선형 유동성을 갖는다.
유입 가이드부(210)는 전지 모듈(100)의 측부 또는 배출 가이드부(220)의 반대편에 구비될 수 있다. 유입 가이드부(210)가 배출 가이드부(220)의 반대편에 구비되는 경우에 전지 모듈(100)을 통과하는 공기는 직선 경로를 따라 이동하게 된다. 따라서, 유입 가이드부(210)를 통해 유입된 공기는 경로에 관계없이 동일한 거리를 이동하고, 일정한 속도를 유지할 수 있다. 만약 공기가 곡선 경로를 따라 이동한다면, 곡선 경로 중 굽이치는 부분에서 경로의 차이로 인해 속도가 줄어들거나 국소적으로 공기가 이동하지 못하고 정체되는 구간이 형성될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면 공기가 직선 경로를 따라 이동하므로 속도가 줄어들거나 전지 모듈(100)의 내부에서 공기가 이동하지 않고 정체되는 구간이 발생하지 않는다.
배출 가이드부(220)는 전극 단자들(320)이 배치된 측에 구비된다. 배출 가이드부(220)는 냉각 채널(250)을 유동한 공기가 전극 단자들(320)을 향해 배출되도록 안내한다. 배출 가이드부(220)을 따라 배출되는 공기는 전극 단자들(320)에서 발생한 열을 냉각한다. 이를 위해 배출 가이드부(220)는 공기가 전극 단자들(320)을 통과하기 직전에 형성될 수 있다.
배출 가이드부(220) 측의 단면적은 유입 가이드부(210) 측의 단면적보다 작게 형성할 수 있다. 전지 모듈(100)의 내부를 이동하면서 전지 셀(300)의 열을 흡수한 공기는 온도가 상승된 상태이다. 이러한 공기는 배출 가이드부(220)의 비교적 좁은 단면을 통과하면서 속도가 증가므로 전극 단자(320)에서 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
하나의 냉각 채널(250)을 통과하는 공기는 서로 이웃하는 단위 전지들(110) 중 어느 하나의 단위 전지(110)의 음극 단자(320)와 다른 하나의 단위 전지의 양극 단자(320)를 냉각시킨다. 이는, 단위 전지의 양극 단자(320)와 음극 단자(320)가 서로 반대 방향을 향해 노출되어 있기 때문이다. 단위 전지(110)의 구조는 이하 도 4 내지 도 6을 참고하여 해당 부분에서 후술한다.
또한, 공기는 냉각 채널(250)을 이동하면서 서로 인접하게 적층된 전지 셀(300)의 본체(310)에서 발생한 열을 냉각한다. 앞서 언급한 바와 같이, 서로 이웃한 단위 전지들(110) 사이에 냉각 채널(250)이 형성되므로, 냉각 채널(250)을 통과하는 공기는 상부 단위 전지(110)의 하면 및 하부 단위 전지(110)의 상면과 직접 접촉하게 된다. 공기는 단위 전지들(110)과 직접 접촉을 통해 단위 전지(110)의 전지 셀(300)에서 발생한 열을 흡수한다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)을 구성하는 단위 전지(110)를 설명한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 전지(110)를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 단위 전지(110)에서 배출 가이드부(220)를 발췌하여 나타낸 사시도이며, 도 6은 단위 전지(110)의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 6을 참고하면, 단위 전지(110)는 전지 셀(300) 및 전지 셀(300)을 수용하는 케이스(200)를 포함한다.
전지 셀(300)은 대략 사각의 장방형으로서, 전극 조립체가 수용된 부분인 본체(310)와 일측 방향으로 돌출된 전극 단자(320)를 포함한다. 전극 단자들(320)은 각각 양의 극성과 음의 극성을 띈다. 양극 단자(320)와 음극 단자(320)는 일 방향을 따라 인출되며, 소정의 폭을 갖는다. 전지 셀(300)은 충·방전이 가능한 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬-이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등일 수 있다.
케이스(200)는 전지 셀(300)을 수용한다. 케이스(200)는 전지 셀(300)의 상·하부에 배치된 제1케이스(201)와 제2케이스(202)를 구비한다. 제1케이스(201)와 제2케이스(202)는 전지 셀(300)을 가운데 두고 보스와 홀을 이용하여 결합될 수 있다. 또는, 제1케이스(201)와 제2케이스(202)의 결합은 접착 또는 열융착 등의 방법으로도 이루어질 수 있다.
케이스(200)는 전지 셀(300)의 본체(310)뿐만 아니라 전극 단자들(320)도 수용할 수 있다. 이를 위해, 케이스(200)는 양극 단자(320)를 수용하는 제1단자 수용부(203)와 음극 단자(320)를 수용하는 제2단자 수용부(204)를 구비한다.
제1케이스(201)는 전지 셀(300)의 본체(310)를 둘러싸면서 제1단자 수용부(203)를 통해 양극 단자(320)를 수용한다. 양극 단자(320)의 일면은 제1단자 수용부(203)와 마주보고, 타면은 외부로 노출된다. 제2케이스(202)는 전지 셀(300)의 본체(310)를 둘러싸면서 제2단자 수용부(202)를 통해 음극 단자(320)를 수용한다. 음극 단자(320)의 일면은 제2단자 수용부(202)와 마주보고, 타면은 양극 단자(320)의 노출면과 반대 방향을 향하여 노출된다.
케이스(200)는 전지 셀(300)의 가장자리를 둘러싸는 프레임 형상으로 제작될 수 있다. 케이스(200)가 전지 셀(300)의 가장자리만 둘러싸므로, 전지 셀(300)의 본체(310)의 상면과 하면은 외부로 노출된다. 도 3을 참고하여 설명한 바와 같이, 냉각 채널(250)을 통과하는 공기는 본체(310)와 직접 접촉하면서 유동하므로 전지 셀(300)의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
케이스(200)의 양쪽 가장자리에는 스페이서(230)가 구비된다. 예컨대, 스페이서(230)는 케이스(200)와 일체로 사출 성형되거나 별도로 제작된 후 합착될 수 있다. 이웃하는 단위 전지들(110)은 스페이서(230)를 매개로 적층되어 전지 모듈(100)을 형성한다. 예컨대,
스페이서(230)는 단위 전지들(110)이 적층되었을 때 이웃하는 단위 전지들(110) 사이에 공간, 즉 냉각 채널(250)을 만들어준다. 예컨대, 스페이서(230)의 두께가 두꺼우면 냉각 채널(250)이 넓어지고, 스페이서(230)의 두께가 얇으면 냉각 채널(250)이 좁아진다.
한편, 케이스(200)의 전체 두께는 전지 셀(300)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 케이스(200)의 두께가 더 두껍게 형성되므로, 단위 전지(110)의 내부는 단차진 형상이다(도 3 참조). 즉, 전지 셀(300)의 상면이 케이스(200)의 가장자리 둘레의 상면보다 낮은 곳에 위치한다. 단차진 형상을 통해 냉각 채널(250)의 중심부 단면은 유입 가이드부(210)가 구비된 측 및 배출 가이드부(220)가 구비된 측의 단면 보다 넓은 면적을 구비하므로, 냉각 채널(250)을 이동하는 공기의 양을 풍부하게 할 수 있다.
본 실시예에서는 케이스(200)의 양쪽 가장자리에 스페이서(230)가 형성되어 양측 가장자리의 두께가 케이스(200)의 전체 두께보다 두껍게 형성되고, 케이스(200)의 전체 두께가 전지 셀(300)의 두께보다 두껍게 형성되어 냉각 채널(250)의 공간을 형성하는 경우를 설명하였으나, 이들 2가지 조건은 동시에 또는 선택적으로 적용할 수 있음은 물론이다.
케이스(200)는 전지 셀(300)의 냉각시키기 위한 공기가 유입되는 유입 가이드부(210)와 유입된 공기가 배출되는 배출 가이드부(220)를 구비한다. 배출 가이드부(220)는 전극 단자(320) 측에 구비되고 유입 가이드부(210)는 배출 가이드부(220)와 반대편에 형성된다.
유입 가이드부(210)는 단위 전지의 일측 전면에 대하여 형성되므로, 유입 가이드부(210)의 폭(W2)은 단위 전지(110)의 폭과 실질적으로 동일하다. 따라서, 공기가 전지 셀(300) 전체와 직접 접촉하면서 이동할 수 있다.
유입 가이드부(210)는 경사면(211)을 구비한다. 경사면(211)은 공기의 진행 방향에 대하여 기울어져 있다. 이 때, 경사면(211)은 케이스(200)의 외부를 향해 벌어지도록 기울어져 공기가 경사면(211)을 타고 케이스(200) 내부로 유입되도록 한다.
유입 가이드부(210)에는 가이드 핀(212)이 복수개 형성될 수 있다. 가이드 핀(212)은 경사면(211)에 소정의 간격 이격되어 배치된다. 가이드 핀(212)에 의하여 공기는 일정한 방향성을 갖고 이동하므로, 유입 가이드부(210)에서의 난류 발생이 방지된다.
본 실시예에서는 경사면(211)과 가이드 핀(212)은 케이스(200)의 상면과 하면에 각각 형성된 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 케이스(200)의 하면은 평평한 면이고 상면에만 경사면과 가이드 핀이 구비되거나 그 반대일 수 있다.
배출 가이드부(220)의 폭(W1)은 유입 가이드부(210)의 폭(W2) 보다 작게 형성될 수 있다. 예컨대, 유입 가이드부(210)와 배출 가이드부(220)는 동일한 높이를 갖지만 유입 가이드부(210)의 폭(W2)에 비하여 배출 가이드부(220)의 폭(Wq)을 작게 형성하여, 앞서 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한 바와 같이 배출 가이드부(220) 측의 단면적을 작게 할 수 있다.
도 5를 참고하면, 배출 가이드부(220)는 분리벽(221)을 통해 배출되는 공기를 2개의 층으로 나눌 수 있다. 분리벽(221)은 소정의 폭을 갖는 면을 구비하여 배출 가이드부(220)를 제1층 배출 가이드부(220a)와 제2층 배출 가이드부(220b)로 나눈다. 제1층 배출 가이드부(220a)를 통해 배출되는 공기는 전극 단자(320)와 직접 접촉하게 되고, 제2층 배출 가이드부(220b)를 통해 배출되는 공기는 제1층 배출 가이드부(220a)을 통해 배출되는 공기와 층류를 이룬다.
분리벽(221)은 전극 단자(320)와 소정의 각도를 이루도록 경사지게 배치될 수 있다. 예컨대, 전극 단자들(320)을 향해 기울어지도록 배치된다. 따라서, 분리벽(221)에 의하여 1층 배출 가이드부(220a)의 단면적은 공기의 배출 방향을 따라 점점 줄어든다. 1층 배출 가이드부(220)를 통과하는 공기의 속도는 단면적이 줄어듦에 따라 빨라지므로 전극 단자(320)에서 발생한 열의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
가이드 핀(222a, 222b)은 분리벽(221)을 기준으로 상부와 하부에 각각 형성될 수 있다. 즉, 1층 배출 가이드부(220) 및 2층 배출 가이드부(220)에 형성되어, 배출되는 공기의 선형 유동성을 유지시켜 준다.
본 실시예에서는 제1층 배출 가이드부(220a)와 제2층 배출 가이드부(220b)에 모두 가이드 핀(222a, 222b)이 형성된 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 제1층 배출 가이드부(220a)에만 가이드 핀(222a)이 형성될 수 있다.
제1단자 수용부(203)의 양측에는 돌출부(240)가 형성되어 있다. 돌출부(240)는 양극 단자(320)를 향해 배출되는 공기의 선형 이동성을 유지시켜준다. 예컨대, D1 방향을 따라 배출되는 공기가 옆으로 흩어지는 것을 방지하여 양극 단자(320)에서의 냉각 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 제2 단자 수용부(204)의 양측에도 돌출부(240)가 형성되어 음극 단자(320)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는 케이스(200)가 제1케이스(201)와 제2케이스(202)를 포함하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 전지 셀(300)의 각 모서리를 수용할 수 있는 4개의 부분으로 나뉘어 조립, 접착 또는 열 융착 등의 방법으로 결합될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈(700)을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7의 전지 모듈(700)을 배출 가이드부(720) 측에서 바라본 정면도이며, 도 9는 배출 가이드부(720)를 발췌하여 도시한 사시도이다.
도면들을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(700)도 단위 전지들(710) 이 D3 방향을 따라 적층된 상태로서, 서로 인접하게 적층된 단위 전지들(710) 사이에 냉각 채널(850)이 형성된다. 따라서, 어느 하나의 냉각 채널(850)을 지나는 공기는 이웃하는 단위 전지들(710)의 본체에서 발생한 열을 냉각하고, 냉각 채널(850)에서 배출되는 공기는 전극 단자들(920)을 향해 배출되어 전극 단자(920)에서 발생한 열을 냉각한다.
전지 모듈(700)은 외부 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부(810) 및 전극 단자들(920) 측으로 공기를 안내하는 배출 가이드부(820)를 구비한다. 이 때, 배출 가이드부(820)는 전극 단자들(920) 측에 구비되고, 유입 가이드부(810)는 배출 가이드부(820)의 반대편에 구비되는 점 및 그 구체적인 형상 및 구조 등은 앞서 설명한 실시예와 동일하다.
다만, 본 실시예에 따른 전지 모듈(700)에서 각 단위 전지(710)의 전극 단자들(920)의 일면이 모두 D3 방향을 향해 노출되어 있는 점에서 차이를 보인다. 따라서, 하나의 냉각 채널(850)을 통과하는 공기는 하나의 단위 전지(710)에 구비된 양극 단자(920)와 음극 단자(920)에서 발생한 열을 냉각시킨다.
전극 단자들(920)이 동일한 방향을 향해 있으므로, 배출 가이드부(820)도 동일한 면에 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서도, 배출 가이드부(820)는 분리벽(821)에 의하여 2개의 층으로 나뉘고, 각 층에는 가이드 핀(822a, 822b)이 형성됨은 앞서 설명한 바와 같다.
앞서 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 전지 모듈(100)과 비교하면, 제2단자 수용부(804)가 제1단자 수용부(703)와 같은 방향을 향하므로 배출 가이드부(820) 측의 형상은 변화되었다. 그러나, 냉각 채널(850)의 배출 가이드부(720) 측의 단면적이 달라지는 것은 아니다.
도 10은 본 발명에 따른 단위 전지(710)를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 단위 전지(710)도 전지 셀(900)과, 전지 셀(900)을 수용하는 케이스(800)를 포함하며, 케이스(800)는 제1케이스(801) 및 제2케이스(802)를 구비한다. 본 실시예에 따른 단위 전지(710)도 유입 가이드부(810)와 배출 가이드부(820)를 구비하며, 이들의 구체적 구성과 기능은 앞서 도 4 내지 도 6을 참고하여 설명한 단위 전지(110)와 동일하다.
다만, 본 실시예에 따른 단위 전지(710)는 전극 단자들(920)이 동일한 방향을 향해 노출되어 있으므로, 제1단자 수용부(803)와 제2단자 수용부(804)가 제1케이스(801)에 모두 형성되어 있는 점에서 차이를 보인다. 또한, 제1케이스(801)와 제2케이스(802)의 결합을 통해 케이스(800)의 조립이 완성되므로, 배출 가이드부(820)를 형성하는 분리벽(821)와 가이드 핀(822a, 822b)은 제2케이스(802)에 형성된다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전지 모듈과 단위 전지를 나타낸 사시도이다.
도 11a를 참고하면, 복수의 전지 모듈들(100)은 별도의 하우징(1110)에 수납될 수 있다. 하우징(1110)은 공기의 유동을 위해 양측이 개방된 상태이다. 하우징(1110)의 일측에는 냉각팬(미도시)이 구비될 수 있다. 하우징(1110)에 수납된 상태에서 전지 모듈들(100)은 직렬 또는 병렬 연결되어 대용량의 전력의 저장 및 공급 장치로 활용될 수 있다.
도 11b를 참고하면, 단위 전지(110)는 하우징(1120)에 수납되어 하나의 싱글 팩 상태로 이용될 수 있다. 또 다른 실시예로, 하우징(1120)에 수납된 단위 전지(110)가 복수개 적층되어 하나의 전지 모듈을 이룰 수도 있다.
이상에서 설명한 전지 모듈들(100, 700)에서 냉각 채널(250, 850)은 이웃하는 단위 전지들(110, 710) 사이의 공간에 형성되어 별도의 부품을 추가하지 않아도 되므로 시간 및 비용을 줄여주는 장점이 있다.
한편, 유입 가이드부(210, 810)와 배출 가이드부(220, 820)의 구조로 인하여 냉각 효율을 향상시키는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100, 700: 전지 모듈 110, 710: 단위 전지
200, 800: 케이스 201, 801: 제1케이스
202, 802: 제2케이스 203, 803: 제1단자 수용부
204, 804: 제2단자 수용부 210, 810: 유입 가이드부
211, 811: 경사면 212, 812: 가이드 핀
220, 820: 배출 가이드부 221, 821: 분리벽
222a, 222b, 822a, 822b: 가이드 핀 240: 돌출부
300, 900: 전지 셀 310, 910: 본체
320, 920: 전극 단자 1110, 1120: 하우징

Claims (22)

  1. 전극 단자들을 구비하는 전지 셀; 및
    상기 전지 셀을 수용하는 케이스;를 포함하고,
    상기 케이스는,
    상기 케이스의 양측 가장자리에 구비되며 상기 케이스의 두께 방향으로 돌출된 한 쌍의 스페이서와, 상기 한 쌍의 스페이서들 사이 공간의 일 단에 위치하며 상기 전지 셀을 냉각시키는 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부, 및 상기 전지 셀의 상기 전극 단자들과 인접하게 배치되며 상기 전지 셀을 냉각시킨 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 상기 공기의 배출을 안내하는 배출 가이드부를 포함하는, 단위 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출 가이드부의 폭은 상기 유입 가이드부의 폭 보다 좁게 형성된, 단위 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입 가이드부는,
    상기 공기의 진행 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함하는, 단위 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유입 가이드부는,
    상기 공기의 유입 방향에 대하여 기울어진 경사면을 포함하는, 단위 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 배출되는 공기를 적어도 2개의 층으로 분리하는 분리벽을 포함하는, 단위 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분리벽은 상기 전극 단자들을 향해 기울어져 있는, 단위 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 배출되는 공기 중 일부의 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 상기 일부의 공기의 배출을 안내하는 제1층 배출 가이드부; 및
    상기 제1층 배출 가이드부 위에 형성되며, 상기 배출되는 공기 중 나머지 공기의 배출을 안내하는 제2층 배출 가이드부;를 포함하며,
    상기 제1층 배출 가이드부 및 상기 제2층 배출 가이드부 중 적어도 어느 하나는 상기 공기의 배출 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함하는, 단위 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 전지 셀의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 외부로 노출시키는, 단위 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 전지 셀의 두께 보다 두꺼운 두께를 구비한 프레임 형상으로, 상기 전지 셀의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나가 상기 케이스의 가장자리 둘레의 상면보다 낮은 곳에 위치하는, 단위 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    전극 단자들을 수용하는 단자 수용부들을 포함하는, 단위 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단자 수용부 각각은,
    상기 전극 단자의 양 옆에 구비되는 돌출부들을 포함하는, 단위 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는 상기 유입가이드부와 반대편에 위치하는, 단위 전지.
  13. 두께 방향을 따라 적층된 복수의 단위 전지들; 및
    상기 적층된 단위 전지들 중 서로 이웃하는 단위 전지들 사이에 형성되며 상기 단위전지들을 냉각시키는 공기의 유동 공간을 제공하는 냉각 채널;을 포함하고,
    상기 단위 전지는,
    전극 단자들을 구비하는 전지 셀; 및
    상기 전지 셀을 수용하며, 양측 가장자리에 구비되고 상기 두께 방향으로 돌출된 한 쌍의 스페이서와, 상기 한 쌍의 스페이서들 사이 공간의 일 단에 위치하며 상기 냉각 채널로 상기 전지 셀을 냉각시키는 공기의 유입을 안내하는 유입 가이드부, 및 상기 전지 셀의 전극 단자들과 인접하게 배치되며 상기 전지 셀을 냉각시킨 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 상기 공기의 배출을 안내하는 배출 가이드부를 구비하는 케이스;를 포함하는, 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단위 전지들은 상기 스페이서를 매개로 적층되는, 전지 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 배출 가이드부의 폭은 상기 유입 가이드부의 폭 보다 좁게 형성된, 전지 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 유입 가이드부 및 상기 배출 가이드 중 적어도 어느 하나는,
    상기 공기의 진행 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함하는, 전지 모듈.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 유입 가이드부는,
    상기 공기의 유입 방향에 대하여 기울어진 경사면을 포함하는, 전지 모듈.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 배출되는 공기가 상기 두께 방향과 수직인 방향을 따라 2개의 층으로 분리되도록 면을 구비하는 분리벽을 포함하는, 전지 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 분리벽은 상기 전극 단자들을 향해 기울어져 있는, 전지 모듈.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 배출되는 공기 중 일부의 공기가 상기 전극 단자들을 향해 배출되도록 상기 일부의 공기의 배출을 안내하는 제1층 배출 가이드부; 및
    상기 제1층 배출 가이드부 위에 형성되며, 상기 배출되는 공기 중 나머지 공기의 배출을 안내하는 제2층 배출 가이드부;를 포함하며,
    상기 제1층 배출 가이드부 및 상기 제2층 배출 가이드부 중 적어도 어느 하나는 상기 공기의 배출 방향을 따라 연장된 복수의 가이드 핀을 포함하는, 전지 모듈.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전지 셀의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 상기 냉각 채널로 노출시키는, 전지 모듈.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 배출 가이드부는 상기 유입 가이드부와 반대편에 위치하는, 전지 모듈.
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