KR101309153B1

KR101309153B1 - Battery module

Info

Publication number: KR101309153B1
Application number: KR1020060095984A
Authority: KR
Inventors: 변상원; 최수석; 김태용; 윤지형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2013-09-17
Also published as: KR20080030215A

Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈은 복수의 단위 전지들, 및 상기 단위 전지들의 사이에 설치되는 격벽을 포함하고, 상기 격벽에는 발열부재가 설치된다.The battery module according to the present invention includes a plurality of unit cells and a partition wall installed between the unit cells, and the partition wall is provided with a heating member.

전지 모듈, 격벽, 단위 전지, 발열부재 Battery module, bulkhead, unit battery, heating element

Description

Battery module {BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a battery module according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 격벽을 도시한 절개 사시도이다.3 is a cutaway perspective view illustrating a partition wall according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 격벽을 도시한 절개 사시도이다.4 is a cutaway perspective view illustrating a partition wall according to a second exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 복수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위 전지들 사이에 개재되는 격벽의 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module configured by connecting a plurality of unit cells, and more particularly, to a battery module having an improved structure of a partition wall interposed between unit cells.

전지 모듈은 이차 전지(Rechargeable Battery)로 구성될 수 있는데, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 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.The battery module may be configured as a rechargeable battery, which is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that is not rechargeable. Low-capacity secondary batteries consisting of one cell are used in portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders. A large capacity secondary battery in which a plurality of cells are connected in a pack form is widely used as a motor driving power source for a hybrid electric vehicle (HEV).

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.Such secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical and rectangular shapes.

그리고 이차 전지(이하, 단위 전지)는 대전력을 필요로 하는 상기한하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 통상적으로 복수개가 직렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.In addition, a plurality of secondary batteries (hereinafter, unit cells) are typically connected in series to constitute a battery module so as to be used for driving a motor of the hybrid electric vehicle, which requires a large power.

상기 전지 모듈에 있어, 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 및 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 전극군과 전기적으로 연결되는 전극 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.In the battery module, each unit cell has an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are positioned with a separator interposed therebetween, a case having a space in which the electrode group is built, and coupled to the case to seal the electrode group. And a cap assembly having an electrode terminal electrically connected with the cap.

그리고 이 단위 전지들은 통상 하우징 내에 일정 간격을 두고 배열되고 서로 전기적으로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.The unit cells are usually arranged at regular intervals in the housing and electrically connected to each other to form a battery module.

여기서 전지 모듈은 단위 전지들의 냉각을 위하여 단위 전지들 사이에 배치되어 냉각매체의 유통로를 형성하는 격벽을 포함한다. 이 격벽은 단위 전지들을 지지하여 이들 사이 간격을 유지시키는 역할도 겸한다.Here, the battery module includes a partition wall disposed between the unit cells for cooling the unit cells to form a flow path of the cooling medium. The partition also serves to support the unit cells and maintain a gap therebetween.

전지 모듈은 안정성을 위해서 복수의 단위 전지들을 하나의 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다. 즉, 단위 전지들의 최외측에는 엔드 플레이트가 각각 배치되며, 상기 엔드 플레이트들이 복수 개의 연결로드에 의해 단위 전지들과 어셈블리되어 단위 전지들을 지지한다.The battery module has a structure in which a plurality of unit cells are fastened into one module for stability. That is, end plates are respectively disposed at the outermost sides of the unit cells, and the end plates are assembled with the unit cells by a plurality of connection rods to support the unit cells.

이러한 전지 모듈은 저온에서 이온의 전도도가 낮아져 출력 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히, HEV용 대용량 전지 모듈의 경우 겨울에 실외에서 사용되는 경우, 영하의 날씨에서 원하는 출력을 얻지 못하게 된다.Such a battery module has a problem in that the output performance is lowered because the conductivity of ions is lowered at a low temperature. In particular, when the HEV large-capacity battery module is used outdoors in the winter, the desired output is not obtained in sub-zero weather.

또한, 최근에는 차량의 효율이 높아짐에 따라 엔진의 발열이 작아져서 전지 모듈이 엔진으로부터 열을 얻기가 어려워지므로 전지 모듈은 저온의 환경에서 적정한 출력을 발휘하지 못하게 된다.In addition, in recent years, as the efficiency of the vehicle increases, the heat generation of the engine decreases, making it difficult for the battery module to obtain heat from the engine. Therefore, the battery module does not exhibit proper output in a low temperature environment.

이러한 문제를 해결하기 위해 전지 모듈 내부에 별도의 보조 열원이설치되는 구조가 제안되고 있는데, 이 경우 제작 공정이 복잡해지고, 전지 모듈의 전체 부피가 증가하는 문제가 발생한다.In order to solve this problem, a structure in which a separate auxiliary heat source is installed inside the battery module has been proposed. In this case, the manufacturing process becomes complicated and the overall volume of the battery module increases.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지들을 효율적으로 가열할 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a battery module that can efficiently heat the unit cells.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 단위 전지들, 및 상기 단위 전지들의 사이에 배치되는 격벽을 포함하고, 상기 격벽에는 발열부재가 설치된다.In order to achieve the above object, a battery module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells and partition walls disposed between the unit cells, and the partition wall is provided with a heating member.

상기 발열부재는 상기 격벽의 내부에 설치될 수 있다.The heat generating member may be installed in the partition wall.

상기 발열부재는 열선으로 이루어질 수 있다.The heating member may be made of a hot wire.

상기 열선은 철크롬선, 니크롬선, 및 카본 열선 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The heating wire may be made of any one of iron chromium wire, nichrome wire, and carbon heating wire.

상기 발열부재는 판 형태로 이루어질 수 있다.The heat generating member may be formed in a plate shape.

상기 발열부재는 세라믹 또는 카본으로 이루어질 수 있다.The heat generating member may be made of ceramic or carbon.

상기 격벽은 베이스와 상기 베이스에서 돌출된 복수의 돌기로 이루어질 수 있다.The partition wall may be formed of a base and a plurality of protrusions protruding from the base.

상기 발열부재는 상기 베이스의 내부에 설치될 수 있다.The heat generating member may be installed in the base.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

상기한 도면을 참조하여 설명하면 이 제1 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수 개의 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 배치되어 냉각 매체의 유동통로를 제공하는 격벽(12) 및 단위 전지들(11)을 지지하는 엔드 플레이트(36)를 포함한다.Referring to the drawings described above, the battery module 100 according to the first embodiment is disposed between the plurality of unit cells 11 and the unit cell 11 partition wall 12 for providing a flow passage of the cooling medium And an end plate 36 for supporting the unit cells 11.

이하 실시예에서는 단위 전지(11)로 각형의 단위 전지가 사용되는 경우에 대해 설명한다. 물론, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단위 전지는 원통형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.In the following embodiment, a case where a rectangular unit cell is used as the unit cell 11 will be described. Of course, the present invention is not limited thereto, and the unit cell may have various shapes such as a cylindrical shape.

각각의 단위 전지(11)는 외형을 이루는 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.Each unit cell 11 includes a case 11a forming an outer shape and an electrode terminal 11b protruding outward from the case 11a. An inside of the case 11a is provided with an electrode group (not shown) stacked between a positive electrode and a negative electrode via a separator, and is configured as a secondary battery having a structure for charging and discharging a set amount of electricity.

단위 전지들(11) 사이에는 열전달 매체가 유통되는 공간을 형성하는 격벽(12)이 설치되며 단위 전지들(11)과 격벽들(12)은 번갈아 위치하면서 일렬로 배 열된다.A partition wall 12 is formed between the unit cells 11 to form a space in which the heat transfer medium flows, and the unit cells 11 and the partition walls 12 are alternately positioned and arranged in a line.

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.The outermost side of the unit cells 11 is provided with a pair of end plates 36 to press the unit cells 11 in close contact. Each of the end plates 36 has a through hole 36a formed at its edge, and a connecting member 30 supporting the end plates 36 is inserted into the through hole 36a.

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.The connection member 30 includes a rod portion 32 and a flange portion 31 formed at one end of the rod portion 32. A thread 34 is formed at the end of the rod 32 facing the flange 31 so that the nut 33 can be engaged.

이러한 연결부재(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 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.As shown in FIG. 2, the connecting member 30 is inserted into the through hole 36a of the end plate 36 in a state where the end plate 36 is disposed at the outermost side of the unit cells 11. The end plates 36 are fixed to each other by nuts 33 coupled to the threads 34, and the end plates 36 press unit cells 11 by the fastening force of the nuts 33. The unit cells 11 are fixed.

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.The partition wall 12 is composed of a plate-shaped base 12a and a plurality of protrusions 12b protruding from the base 12a, and the protrusions 12b are evenly arranged at regular intervals on the base 12a. .

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.The structure of the partition 12 is only one example of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the distribution space (the space between the protrusions 12b in the present embodiment) of the cooling medium by the partition 12 may be formed in various forms.

도 3에 도시된 바와 같이 베이스(12a)의 내부에는 열을 발생시키는 발열부 재(15)가 설치된다.As shown in FIG. 3, the heat generating part material 15 generating heat is installed in the base 12a.

본 제1 실시예에 따른 발열부재(15)는 열선으로 이루어지며, 격벽(12)의 내부에 삽입된 구조로 설치된다. 그리고 발열부재(15)는 지그재그 형태로 설치되어 격벽(12)의 전면의 고르게 배치된다.The heat generating member 15 according to the first embodiment is made of a hot wire, and is installed in a structure inserted into the partition 12. And the heating member 15 is installed in a zigzag form is evenly disposed on the front of the partition wall (12).

한편, 발열부재(15)는 니크롬선 또는 철크롬선 또는 탄소 열선 등으로 이루어질 수 있다.On the other hand, the heat generating member 15 may be made of nichrome wire or iron chromium wire or carbon heating wire.

이러한 발열부재(15)는 전류의 흐름에 의하여 열을 발생시키며, 이에 따라 격벽(12)은 절절한 온도로 가열될 수 있다. 그리고 격벽(12)에서 발생된 열은 격벽(12)과 접하는 단위 전지(11)로 이동하여 단위 전지(11)를 가열한다. 이에 따라 단위 전지 내부에서 이온의 이동이 원활하게 이루어져 전지 모듈(100)은 저온의 환경에서 구동될 때에도 원하는 출력을 발생시킬 수 있다. The heat generating member 15 generates heat by the flow of current, and thus the partition 12 may be heated to an appropriate temperature. The heat generated in the partition wall 12 moves to the unit cell 11 in contact with the partition wall 12 to heat the unit cell 11. Accordingly, the movement of ions within the unit cell is smoothly performed, so that the battery module 100 may generate a desired output even when driven in a low temperature environment.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 격벽을 도시한 절개 사시도이다. 상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 격벽(22)은 베이스(22a)와 베이스(22a)의 표면에서 돌출된 복수의 돌기(22b)를 포함한다.3 is a cutaway perspective view illustrating a partition wall according to a second exemplary embodiment of the present invention. Referring to the drawings described above, the partition wall 22 according to the second embodiment includes a base 22a and a plurality of protrusions 22b protruding from the surface of the base 22a.

그리고 베이스(22a)의 내부에는 발열부재(25)가 설치되는데, 본 실시예에 따른 발열부재(25)는 판 형태로 이루어진다. 그리고 발열부재(25)의 일측에는 외부의 전원(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있도록 발열부재 단자(25a)가 설치된다.And the heat generating member 25 is installed inside the base 22a, the heat generating member 25 according to the present embodiment is made of a plate shape. One side of the heat generating member 25 is provided with a heat generating member terminal 25a to be electrically connected to an external power source (not shown).

한편, 발열부재(25)는 세라믹 또는 카본 소재로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 발열부재는 다양한 소재로 이루어질 수 있다.On the other hand, the heat generating member 25 may be made of a ceramic or carbon material. However, the present invention is not limited thereto, and the heating member may be made of various materials.

이와 같이, 발열부재(25)가 판 형태로 이루어지므로 격벽(22)이 전체적으로 가열될 수 있으며, 격벽(22)에서 발생된 열이 격벽(22)과 접하는 단위 전지로 이동되어 단위 전지들이 가열될 수 있다. 이에 따라 각 단위 전지 내부에서 이온의 이동이 원활하게 이루어져 전지 모듈은 저온의 환경에서 구동될 때에도 원하는 출력을 발생시킬 수 있다.As described above, since the heat generating member 25 is formed in a plate shape, the partition wall 22 may be heated as a whole, and heat generated in the partition wall 22 may be transferred to the unit cell contacting the partition wall 22 to heat the unit cells. Can be. Accordingly, the movement of ions in each unit cell is smoothly performed, so that the battery module can generate a desired output even when driven in a low temperature environment.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Of course.

이와 같이 본 발명에 따르면, 격벽의 내부에 발열부재가 설치되어 발열부재를 통해서 단위전지가 가열될 수 있으므로, 저온의 환경에서도 전지 모듈이 원하는 출력을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, since the heat generating member is installed inside the partition wall and the unit battery can be heated through the heat generating member, the battery module can obtain a desired output even in a low temperature environment.

또한 별도의 부재를 설치할 필요 없이, 격벽 자체가 발열체 역할을 하므로 제작이 간편하고, 전지 모듈의 부피를 줄일 수 있다.In addition, without the need to install a separate member, the partition itself serves as a heating element is easy to manufacture, it is possible to reduce the volume of the battery module.

Claims

A plurality of unit cells; And

Barrier ribs disposed between the unit cells;

/ RTI >

The partition wall is provided with a heating member,

The partition includes a plate-shaped base, and a plurality of protrusions protruding from the base,

Inside the base is provided a heating member made of a plate shape,

The heat generating member is a battery module having a terminal formed to be electrically connected to the power source.

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The method according to claim 1,

The heat generating member is a battery module made of ceramic or carbon.

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