KR101244736B1

KR101244736B1 - 전지 모듈

Info

Publication number: KR101244736B1
Application number: KR1020060077594A
Authority: KR
Inventors: 변상원; 김태용; 전윤철; 이건구
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2013-03-18
Also published as: KR20080016044A

Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈은 단위 전지들을 효율적으로 냉각할 수 있도록, 각형으로 이루어진 복수 개의 단위 전지들과 상기 단위 전지들 사이에 배치되어 상기 단위 전지들을 이격시키는 격벽, 및 상기 단위 전지와 격벽 사이에 배치되는 열전도매체를 포함한다.

전지 모듈, 격벽, 열전도매체, 열전도성 패드

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 전지에 격벽이 부착된 상태를 도시한 부분 측면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위 전지와 격벽을 도시한 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위 전지와 격벽을 도시한 분해 사시도이다.

본 발명은 복수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지들을 냉각시키는 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.

전지 모듈은 이차 전지(Rechargeable Battery)로 구성될 수 있는데, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나 의 셀로 이루어진 저용량의 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차(HEV) 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.

그리고 이 이차 전지(이하, 단위 전지)는 대전력을 필요로 하는 상기한 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 통상적으로 복수개가 직렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.

상기 전지 모듈에 있어, 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 및 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 전극 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.

그리고 이 단위 전지들은 통상 하우징 내에 일정 간격을 두고 배열되고 서로 전기적으로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.

단위 전지가 충전과 방전을 되풀이 하는 동안, 단위 전지의 내부에서 많은 열이 발생하는데, 이러한 열은 단위 전지의 충전과 방전 효율을 저하시키는 원인이 된다.

이를 해결하기 위해 종래에는 단위 전지 사이에 격벽을 설치하고 격벽에 의하여 형성된 공간으로 냉각 매체를 유통시켜 단위 전지들을 냉각시켰다.

그러나 이러한 구조는 단위 전지와 격벽이 밀착되지 못하고 불균일하게 접촉할 경우 단위 전지에서 발생된 열이 격벽으로 제대로 전달되지 못하여 방열효율이 저하되는 문제가 있다.

특히, 절연을 위해 단위 전지의 표면 또는 격벽에 열전도율이 낮은 절연층이 형성된 경우에는 방열효율이 더욱 낮아지게 된다.

또한, 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 전기 자전거, 전기 스쿠터 등에 사용되는 고출력 이차 전지의 경우, 대전류로 충,방전 될 뿐만 아니라 수십 개의 단위 전지들이 모여 전지 모듈을 형성하므로 내부에서 많은 열이 발생하게 된다. 따라서 이 경우에는 단위 전지에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 필요성은 더욱 커진다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않아서 단위 전지 내부의 온도가 상승하면 단위 전지의 내부에서 이상 반응이 일어나 단위 전지의 충전과 방전 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

이에 본 발명은 상기한 필요를 충족하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 각형으로 이루어진 복수의 단위 전지들과 상기 단위 전지들 사이에 배치되어 상기 단위 전지들을 이격시키는 격벽, 및 상기 단위 전지와 격벽 사이에 배치되는 열전도매체를 포함한다.

상기 열전도매체는 열전도성 패드로 이루어질 수 있다.

상기 열전도성 패드의 일면 또는 양면에는 접착층이 형성될 수 있다.

상기 열전도성 패드는 실리콘으로 이루어질 수 있다.

상기 열전도성 패드는 상기 단위 전지의 모서리에서 소정 거리 이격되어 부착될 수 있다.

상기 열전도매체는 열전도성 탄성체로 이루어질 수 있다.

상기 열전도매체는 실리콘 탄성중합체(Silicon Elastomer)로 이루어질 수 있다.

상기 열전도매체는 액상의 열전도성 실리콘이 응고되어 형성될 수 있다.

상기 전지 모듈은 모터 구동용으로 사용될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면 이 제1 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수 개의 단위 전지들(11)과 단위 전지들(11) 사이에 배치되어 냉각 매체의 유동통로를 제공하는 격벽(12) 및 단위 전지들(11)을 지지하는 엔드 플레이트(36)를 포함한다.

본 실시예에 따른 단위 전지(11)는 각형으로 이루어지는 바, 각각의 단위 전지(11)는 외형을 이루는 각주(角柱) 형상의 케이스(11a)와 케이스(11a)의 외측으로 돌출된 전극단자(11b)를 포함한다. 케이스(11a)의 내부에는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군(도시하지 않음)을 구비하여, 설정된 양의 전기를 충전과 방전하는 구조의 이차 전지로서 이루어진다.

단위 전지들(11) 사이에는 열전달 매체가 유통되는 공간을 형성하는 격벽(12)이 설치되며 단위 전지들(11)과 격벽들(12)은 번갈아 위치하면서 일렬로 배열된다.

단위 전지들(11)의 최외측에는 단위 전지들(11)을 밀착시켜 가압하는 한 쌍의 엔드 플레이트(36)가 설치된다. 이 엔드 플레이트(36)는 각기 그 가장자리에 관통공(36a)을 형성하고 있는 바, 이 관통공(36a)에는 엔드 플레이트들(36)을 지지하는 연결부재(30)가 삽입 설치된다.

연결부재(30)는 막대부(32)와 막대부(32)의 일측 단부에 형성되는 플랜지부(31)를 포함한다. 플랜지부(31)를 대향한 막대부(32)의 단부에는 너트(33)가 결합될 수 있도록 나사산(34)이 형성되어 있다.

이러한 연결부재(30)는 엔드 플레이트(36)가 단위 전지들(11)의 최외측에 배치된 상태에서 이 엔드 플레이트(36)의 관통공(36a) 삽입된 후, 나사산(34)에 결합되는 너트(33)에 의해 서로 엔드 플레이트(36)에 고정되며, 이 엔드 플레이트들(36)은 너트(33)의 체결력에 의해 단위 전지들(11)을 가압하여 이 단위 전지들(11)이 고정되도록 한다.

격벽(12)은 판 형태의 베이스(12a)와 이 베이스(12a)에서 돌출 형성된 복수개의 돌기(12b)로 이루어지며, 돌기들(12b)은 베이스(12a) 상에 일정 간격을 두고 고르게 배치된다.

이러한 격벽(12)의 구조는 본 발명의 일 예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 상기 격벽(12)에 의한 냉각매체의 유통 공간(본 실시예에서는 돌기들(12b) 사이의 공간)은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

그리고 격벽(12)과 단위 전지(11) 사이에는 단위 전지(11)에서 발생된 열을 격벽(12)으로 전달하는 열전도성 패드(15)가 설치된다. 본 제1 실시예에 따른 열전도성 패드(15)는 실리콘으로 이루어진다.

도 3에 도시한 바와 같이 열전도성 패드(15)는 실리콘으로 이루어진 탄성층(15a)과 탄성층(15a)의 양면에 형성된 접착층(15b)을 갖는다. 그리고 열전도성 패드(15)는 단위 전지(11)와 격벽(12) 사이에 배치되어 각각의 접착층(15b)이 단위 전지(11)와 격벽(12)에 부착된다. 이에 따라 격벽(12)은 열전도성 패드(15)를 매개로 단위 전지에 안정적으로 고정될 수 있다.

탄성층(15a)은 열전도 계수와 항복 전압이 높은 열전도 탄성체(Thermally Conductive Elastomer)로 이루어진다. 본 제1 실시예에 따른 탄성층(15a)은 실리콘 탄성중합체(Silicon Elastomer)로 이루어지는데, 이 실리콘 탄성중합체의 열전도 계수는 약 1.5W/m·K이고, 항복 전압(Breakdown Voltage)은 2500V이다. 따라서 열전도성 패드(15)는 단위 전지(11)에서 발생된 열을 격벽(12)으로 빠르게 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 단위 전지(11)와 격벽(12)을 전기적으로 절연시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 단위 전지(41)와 격벽(46) 사이에는 열전도성 패드(45)가 설치된다. 이 열전도성 패드(45)는 단위 전지(41)의 면보다 작은 넓이를 갖도록 형성된다. 그리고 열전도성 패드(45)는 단위 전지(41)의 모서리에서 소정 간격으로 이격되어 배치된다.

이때, 열전도성 패드(45)가 단위 전지(41)의 모서리에서 이격된 길이에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 이 경우에도 열전도성 패드(45)는 격벽(46)의 넓이와 동일한 넓이로 이루어져 격벽(46)의 전면(全面)에 접하도록 설치된다.

이와 같이 열전도성 패드(45)가 단위 전지(41)의 안쪽에 배치되어 열전도성 패드(45)를 통해서 단위 전지(41)로 전달되는 가압력이 분산되지 않으므로, 단위 전지(41)의 표면을 내측으로 용이하게 가압할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위 전지(51)와 이에 부착되는 격벽(56)을 도시한 사시도이다. 상기한 도면을 참조하여 설명하면, 단위 전지(51)의 표면에 액상의 열전도매체(55)가 도포되고 열전도매체(55)의 표면에 격벽(56)이 부착된다.

열전도매체(55)는 실리콘 탄성중합체(Silicon Elastomer)로 이루어지며, 이러한 실리콘 탄성중합체는 우수한 열전도성과 접착성을 가질 뿐만 아니라 전기 절연성이 뛰어나다.

본 실시예에 따른 열전도매체(55)는 최초 액상으로 단위 전지(51)의 표면에 도포되며, 열전도매체(55)의 위에는 격벽이 부착된다. 그리고 공기에 노출된 열전도매체(55)는 경화되어 탄성체로 변화하는데, 이 과정에서 단위 전지(51)와 격벽(56)을 일체로 고정한다.

단위 전지(51)의 표면에 열전도매체(55)를 도포하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 도 5에서는 붓(53) 등의 도구를 이용하여 도포하는 것을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 자동화 기기 등을 이용한 다양한 방법이 적용될 수 있다.

이와 같이, 단위 전지(51)와 격벽(56) 사이에 열전도매체(55)가 도포되므로 단위 전지(51)에서 발생한 열이 격벽(56)으로 빠르게 전달되어 단위 전지(51)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 충전과 방전을 되풀이 함에 따라 단위 전지(51)의 부피가 팽창할 경우, 탄성체로 이루어진 열전도매체(55)가 수축하여 단위 전지(55)의 팽창으로 인한 가압력을 감소시킬 수 있다.

상기한 본 발명의 전지 모듈은 하이브리드 전기 자동차, 전기 자동차(Electric Vehicle: EV), 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 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 단위 전지와 격벽 사이에 열전도매체가 설치되어 단위 전지를 효율적으로 냉각시킬 수 있어서, 단위 전지의 충전과 방전 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 충전과 방전을 되풀이하여 단위 전지의 부피가 팽창하는 경우 탄성체로 이루어진 열전도매체가 수축하여 엔드 플레이트가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 열전도매체를 매개로 격벽이 단위 전지에 안정적으로 고정되므로 전지 모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims

각형으로 이루어진 복수의 단위 전지들; 및

상기 단위 전지들 사이에 배치되어 상기 단위 전지들을 이격시키는 격벽;

상기 단위 전지와 상기 격벽 사이에 배치되는 열전도매체;

를 포함하며,

상기 열전도매체는 열전도성 패드로 이루어지고,

상기 열전도성 패드는 상기 단위 전지의 모서리에서 소정 거리 이격되어 부착되는 전지 모듈.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 열전도성 패드의 일면 또는 양면에는 접착층이 형성되는 전지 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 열전도성 패드는 실리콘으로 이루어지는 전지 모듈.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 열전도매체는 열전도성 탄성체로 이루어지는 전지 모듈.
제6 항에 있어서,

상기 열전도매체는 실리콘 탄성중합체(Silicon Elastomer)로 이루어지는 전지 모듈.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 전지 모듈은 모터 구동용인 전지 모듈.