KR101371396B1 - Unit Module of Novel Structure and Battery Module Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 단위모듈을 제공한다. According to the present invention, two or more plate-shaped battery cells are enclosed by an exterior member in an electrically connected state, and an interface member between the battery cells has a heating member that raises the temperature of the battery cell by heat generation upon application of current. It provides a unit module installed.
Description
본 발명은 신규한 구조의 단위모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 구조로 이루어진 단위모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a unit module of a novel structure, and more particularly, two or more plate-shaped battery cells are surrounded by an outer member in an electrically connected state, the application of current to the interface between the battery cells The present invention relates to a unit module having a structure in which a heat generating member for raising a temperature of a battery cell by heat generation is mounted.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.Due to the development of technology and demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries, which have high energy density, high operating voltage and excellent storage and life characteristics, It is widely used as an energy source.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.The secondary battery is roughly classified into a cylindrical battery, a prismatic battery and a pouch-shaped battery according to the structural characteristics of the outside and the inside. Among them, the secondary battery can be stacked with a high degree of integration, and prismatic batteries and pouch- .
또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 어플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다도 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.In addition, the secondary battery is attracting attention as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like, which is proposed as a solution for air pollution in existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Therefore, the type of applications using the secondary battery is very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products from now on.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.As the application fields and products of the secondary battery are diversified, the type of the battery is also diversified to provide an appropriate output and capacity. In addition, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction of cells applied to the field and products.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 전지셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 "전지팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.For example, small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, and the like are used with one or two or four small light battery cells per device according to the miniaturization tendency of the products. On the other hand, medium and large devices such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, due to the need for high output capacity, a battery module (or sometimes referred to as a "battery pack") electrically connecting a plurality of battery cells or unit modules is used. Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodation space and the output of the medium and large devices, manufacturers are trying to manufacture a battery module that is as small and lightweight as possible.
한편, 전지모듈은 혹한과 같은 저온에서 전지셀의 내부 저항 증가로 인해 전지모듈이 가지고 있는 성능을 충분히 발휘하지 못하는 문제점이 있다.On the other hand, the battery module has a problem that does not fully exhibit the performance of the battery module due to the increase in the internal resistance of the battery cell at low temperatures, such as cold.
구체적으로, 공냉식 전지모듈의 경우, 차량 내부의 공기를 흡입하여 전지모듈을 냉각하는 방식을 주로 사용하는 바, 외부의 온도가 낮으면 차량 내부의 온도 또한 낮으므로 공조기의 히터만으로 전지모듈의 온도를 상승시키는 것은 한계가 있다.Specifically, in the case of an air-cooled battery module, a method of cooling the battery module by inhaling air in the vehicle is mainly used. When the outside temperature is low, the temperature inside the vehicle is also low. There is a limit to ascension.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 외장부재에 감싸여 있는 전지셀들 사이의 계면에 발열부재를 장착하는 경우, 혹한과 같이 온도가 낮은 조건에서 모터가 단시간 내에 소망하는 토크 값을 낼 수 있는 단위모듈을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention, when the heating element is mounted on the interface between the battery cells wrapped in the outer member, a unit that can produce a desired torque value in a short time the motor in a low temperature conditions such as cold To provide a module.
본 발명의 또 다른 목적은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 별도의 체결 부재 없이도 용이하게 결합이 가능한 외장부재를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an exterior member that can effectively increase the weight and size while effectively reinforcing the low mechanical rigidity of the battery cell and can be easily coupled without a separate fastening member.
따라서, 본 발명에 따른 단위모듈은, 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 구조로 구성되어 있다.Therefore, the unit module according to the present invention is surrounded by an outer member in a state in which two or more plate-shaped battery cells are electrically connected, and the interface between the battery cells, when the current is applied to heat the battery cells It is comprised by the structure with which the heat generating member which raises temperature is attached.
즉, 본 발명의 단위모듈은 발열 부재가 전지셀들 사이의 계면에 장착된 구조로 이루어져 있어서, 외부 공기가 저온인 경우 전류를 발열 부재에 인가하여 전지셀의 온도를 증가시켜 전지셀의 성능을 빠른 시간 내에 정상적으로 작동하도록 회복시킬 수 있다.That is, the unit module of the present invention has a structure in which the heat generating member is mounted at the interface between the battery cells, and when the outside air is low temperature, the current is applied to the heat generating member to increase the temperature of the battery cell to improve the performance of the battery cell. You can restore normal operation in a short time.
또한, 상기 구조의 단위모듈은 차량의 공조기를 통해 차량 내부의 공기를 전지셀들에 유입하지 않고, 발열 부재 자체적으로 전지셀의 온도를 승온시킬 수 있으므로 공조기를 사용함으로써 차량에 인가되는 부하를 감소시킬 수 있다.In addition, the unit module of the structure can increase the temperature of the battery cell by the heat generating member itself without introducing air inside the vehicle to the battery cells through the air conditioner of the vehicle, thereby reducing the load applied to the vehicle by using the air conditioner. You can.
더욱이, 발열부재를 전지셀들 사이에 장착함으로써 전체적인 단위모듈의 부피가 증가되는 것을 방지하여 콤팩트한 구조의 단위모듈을 구성할 수 있다.Further, by mounting the heat generating member between the battery cells it is possible to prevent the increase in the volume of the entire unit module to configure a unit module of a compact structure.
본 발명에서 상기 판상형 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 리튬 이차전지, 니켈-수소(Ni-MH) 이차전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 중량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이차전지가 바람직하게 사용될 수 있다.In the present invention, the plate-shaped battery cell is not particularly limited as long as it is a secondary battery capable of charging and discharging. For example, a lithium secondary battery, a nickel-hydrogen (Ni-MH) secondary battery, a nickel-cadmium (Ni-Cd) secondary battery And the like, and among these, a lithium secondary battery that provides a high output to weight may be preferably used.
리튬 이차전지는 형태에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분되는데, 그 중 본 발명의 전지셀은 외주면 단부 부위에 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있는 판상형 전지셀에 바람직하게 적용될 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 열융착을 위한 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 우수한 내구성의 외부 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 가벼운 중량의 파우치형 전지일 수 있다.The lithium secondary battery is classified into a cylindrical battery, a square battery, a pouch-type battery, and the like according to its shape. Among them, the battery cell of the present invention may be preferably applied to a plate-shaped battery cell in which a sealing portion formed by heat fusion is formed at an end portion of an outer circumferential surface thereof. have. In one preferred embodiment, the plate-shaped battery cell of the present invention may have a structure in which an electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode structure is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, A light weight pouch-type battery in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including an inner resin layer for a battery, a barrier metal layer, and an outer resin layer having excellent durability.
상기 파우치형 전지에서 전지케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조일 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지는 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.In the pouch-type battery, the battery case may be formed in various structures. For example, the battery case may be formed as a member of two units to seal the upper and lower contact portions after storing the electrode assembly in the upper and / or lower inner surfaces. It may be a structure. A pouch-type battery having such a structure is disclosed in PCT International Application No. PCT / KR2004 / 003312 to the applicant, which is incorporated by reference in the context of the present invention.
상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식, 또는 스택-폴딩형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수 있다.The electrode assembly is composed of an anode and a cathode so as to be capable of charging and discharging. For example, a structure in which an anode and a cathode are stacked with a separator interposed therebetween may be a jelly-roll type, a stack type, or a stack- Lt; / RTI > The positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly may have a form in which electrode tabs thereof protrude directly to the outside of the battery, or the electrode tabs may be connected to separate leads and protrude out of the battery.
하나의 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 그것의 일부 또는 전부가 전지셀들의 사이에 개재될 수 있다. 즉, 상기 발열 부재의 일부 또는 전부가 전지셀들 사이에 밀착된 상태로 개재됨으로써, 발열 부재에서 발생한 열을 전지셀에 직접 전달할 수 있다. In one preferred example, the heat generating member may be partially or entirely interposed between the battery cells. That is, part or all of the heat generating member is interposed in close contact with the battery cells, thereby directly transferring heat generated from the heat generating member to the battery cells.
상기 발열 부재의 크기가 너무 크면 단위모듈의 중량 또는 부피가 증가하고, 반대로 너무 작으면 발열 효과가 상대적으로 감소하므로 바람직하지 않다. 따라서 발열 부재의 크기는 전지셀들의 열을 효과적으로 흡수하여 배출할 수 있는 적정한 크기로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발열 부재의 적어도 일부가 적층된 전지셀들 사이에 개재되는 구조에서, 상기 발열 부재의 폭은 전지셀의 폭을 기준으로 50 내지 100%의 크기로 이루어져 있어서, 단위모듈의 크기 증가를 유발하지 않으면서 소망하는 발열을 수행할 수 있다. If the size of the heat generating member is too large, the weight or volume of the unit module increases, and if it is too small, the heat generating effect is relatively reduced, which is not preferable. Therefore, the size of the heat generating member is preferably made of an appropriate size that can effectively absorb and discharge the heat of the battery cells. For example, in a structure in which at least a portion of the heat generating member is interposed between the stacked battery cells, the width of the heat generating member is 50 to 100% based on the width of the battery cell, thereby increasing the size of the unit module. It is possible to carry out the desired fever without causing it.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터(Heater)로 이루어져 있어서, 발열 부재의 온도가 소정 값을 초과하는 경우 발열되는 것을 중단하여 전지셀의 발화 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다.In another preferred embodiment, the heat generating member is made of a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater (heater), to stop the heat generated when the temperature of the heat generating member exceeds a predetermined value to prevent the battery cell ignition or explosion in advance can do.
기타 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 PTC 소재의 발열 플레이트와 상기 발열 플레이트에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트의 일측 단부에 형성되어 있는 전원 터미널을 포함하고 있는 구조로 이루어져 있어서, 전원 터미널을 통해 인입된 전기 에너지는 발열 플레이트에 의해 열 에너지로 변환된다. In another preferred embodiment, the heat generating member has a structure comprising a heat generating plate of PTC material and a power terminal formed at one end of the heat generating plate for applying electricity to the heat generating plate, it is drawn through the power terminal Electrical energy is converted into thermal energy by the heating plate.
구체적인 하나의 예에서, 상기 전원 터미널은, 일측 단부가 발열 플레이트에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징 내에 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. In one specific example, the power supply terminal may have a structure in which one end is connected to the heating plate and the other end is connected to an external power source, and is mounted in the electrically insulating terminal housing.
상기 발열 플레이트는 발열이 용이한 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 사각형 플레이트이고, 전원 터미널이 사각형 플레이트의 일측 모서리로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전체적인 단위모듈의 부피를 증가시키지 않게 된다.The heat generating plate is not particularly limited as long as the heat generating shape is easy, but for example, the heat generating plate has a structure in which the power terminal protrudes from one edge of the rectangular plate, so as not to increase the volume of the entire unit module.
상기 전원 터미널은 발열 플레이트에 전기를 공급할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 플러그 타입으로 형성될 수 있다.The power terminal is not particularly limited as long as it is a structure capable of supplying electricity to the heating plate, but may be formed, for example, of a plug type.
상기 발열 부재는 전지셀의 온도를 승온시키기 위해 차량의 전장용 전원에서 전기를 공급받는 구조일 수 있으며, 예를 들어, 차량의 전장용 전원은 납축전지일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 전지셀로부터 공급되는 일부 또는 전체 전기가 발열 부재에 인가되도록 구성할 수도 있고, 전지셀로부터 공급는 전기와 상기 전장용 전원으로부터 공급되는 전기를 함께 발열 부재에 인가하도록 구성할 수도 있다.The heat generating member may have a structure in which electricity is supplied from the electric power supply for the vehicle to increase the temperature of the battery cell. For example, the electric power supply for the vehicle may be a lead acid battery. In some cases, some or all of the electricity supplied from the battery cell may be configured to be applied to the heat generating member, and the supply from the battery cell may be configured to apply the electricity supplied from the electric power source for the electric field to the heat generating member together. have.
한편, 상기 전지셀들은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the battery cells may have a structure in which electrode terminals are formed at upper and lower ends, and electrode terminals are interconnected in series.
상기 구조에서, 전극단자들의 연결부가 절곡되어 전지셀들이 적층구조를 이루고 있고, 상기 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체가 상호 결합되는 한 쌍의 외장부재에 의해 감싸여 있어서, 외장부재는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지한다.In the above structure, the connection parts of the electrode terminals are bent to form a battery cell in a stacked structure, and the entire outer surface of the battery cell stack except for the electrode terminal part is surrounded by a pair of exterior members which are mutually coupled to each other, thereby The member prevents the sealing part of the battery cell from being separated by suppressing repeated expansion and contraction during charging and discharging while protecting the battery cell having low mechanical rigidity.
단위모듈 내부의 전지셀들 또는 각각의 단위모듈들은 직렬 및/또는병렬 방식으로 연결되어 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되도록 접고 소정의 단위로 외장부재에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제작할 수 있다.The battery cells or the respective unit modules in the unit module are connected in series and / or parallel manner, and in one preferred embodiment, the battery cells are arranged in series in the longitudinal direction such that their electrode terminals are continuously adjacent to each other. After combining the electrode terminals in, it is possible to manufacture a plurality of unit modules by folding the battery cells in two or more units so as to overlap and wrapped by the exterior member in a predetermined unit.
상기 구조에서, 외장부재는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 특히 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 구조로 이루어져 있다.In the above structure, the outer member has an inner surface structure corresponding to the outer surface shape of the battery cell stack, and in particular, it consists of a structure that is coupled in an assembly fastening method that does not require a separate fastening member.
하나의 바람직한 예에서, 상기 외장부재의 일측 하단부에는 발열 부재의 위치를 고정하기 위해 터미널 하우징이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징에 대응하는 크기로 슬롯이 형성되어 있어서, 발열 부재가 외력에 의해 정위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.In one preferred embodiment, one side lower end of the exterior member is formed with a slot corresponding to the terminal housing so that the terminal housing can be inserted in order to fix the position of the heating member, the heating member is in the correct position by the external force It is possible to prevent the departure.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.The coupling of the electrode terminals can be realized in various ways such as welding, soldering, mechanical fastening, etc., and can be achieved preferably by welding.
한편, 이차전지에서, 충방전 중에 지나치게 고열이 발생하게 되고 이렇게 발생한 열이 외부로 효과적으로 방출되지 못하면, 전지의 수명과 안전성 측면에서 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 고열 발생 상태에서는 상기 발열 부재에 전기가 인가되지 않아야 함은 물론이다. On the other hand, in the secondary battery, if excessive heat is generated during charging and discharging and the heat generated in this way is not effectively discharged to the outside, serious problems may occur in terms of battery life and safety. Of course, in such a high heat generating state, no electricity should be applied to the heat generating member.
이러한 점을 전반적으로 고려할 때, 상기 외장부재는 내부의 단위전지에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것이 더욱 용이할 수 있도록 높은 열전도성의 금속 판재로 이루어지는 것이 바람직하다.Considering this point as a whole, it is preferable that the exterior member is made of a high thermal conductive metal plate so that heat generated from the unit cell therein can be more easily discharged to the outside.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 외장부재는 폭 방향(횡 방향)으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부들이 그것의 외면에 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 단위모듈이 적층된 상태에서 외장부재의 폭 방향으로 냉매(예를 들어, 공기)가 유동할 수 있어서, 냉각효율이 더욱 향상될 수 있다. In one preferred embodiment, the exterior member of the present invention has a structure in which a plurality of linear protrusions spaced apart from each other in the width direction (lateral direction) are formed on its outer surface, so that the unit member is stacked Refrigerant (for example, air) can flow in the width direction, so that the cooling efficiency can be further improved.
또한, 상기 선형 돌출부들 중 상단 돌출부와 하단 돌출부에는 바람직하게는 상호 반대되는 형상의 돌기가 각각 형성되어 있으며, 이러한 돌기의 형상은 적층시 인접하는 단위모듈과 상호 대응되는 형상을 갖고 있어서 단위모듈 간에 적층되는 위치가 뒤바뀌거나 또는 어긋나는 것을 방지하는 효과가 있다.In addition, the upper protrusion and the lower protrusion of the linear protrusions are preferably formed with mutually opposite shapes, respectively, and the shape of the protrusions has a shape corresponding to each other and adjacent unit modules when stacked between the module modules There is an effect of preventing the stacking position from being reversed or shifted.
경우에 따라서는, 상기 돌출부들 중에서 다수의 돌출부는 그것의 양단부가 셀 커버의 폭 길이보다 작도록 구성하여, 냉매가 외장부재의 길이 방향으로 유동하도록 할 수 있다.In some cases, the plurality of protrusions of the protrusions may be configured such that both ends thereof are smaller than the width of the cell cover, such that the refrigerant flows in the longitudinal direction of the exterior member.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 외장부재의 측면 가장자리에는 프레임 부재와의 결합시 모듈의 고정을 용이하게 하기 위해 소정 크기의 단차가 형성되어 있을 수 있다. 바람직하게는, 상단과 하단에 인접한 측면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 단차가 외장부재의 좌우 양단에 인접한 측면에 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 외장부재의 상하단과 좌우 양단 모두에 단차가 형성됨으로써 모듈의 고정을 더욱 확실하게 할 수 있다.In another preferred embodiment, a step size of a predetermined size may be formed at the side edge of the exterior member to facilitate fixing of the module when the frame member is coupled with the frame member. Preferably, a step of a predetermined size may be formed on side surfaces adjacent to the top and bottom to facilitate fixing of the module, and in some cases, the step may be formed on sides of the left and right ends of the exterior member. More preferably, a step is formed in both the upper and lower ends and the left and right ends of the exterior member, thereby making it possible to more securely fix the module.
본 발명은 또한, 상기 단위모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제작되는 전지모듈을 제공한다.The present invention also provides a battery module manufactured by combining the unit module according to a desired output and capacity.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 포함하고 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 차량을 제공한다.The present invention also provides a vehicle including the battery module and having a limited mounting space and exposed to frequent vibration and strong impact.
이 경우, 상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.In this case, the vehicle may be an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
전지모듈을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles using the battery module as a power source is known in the art, so a detailed description thereof will be omitted.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단위모듈은 전지의 발열을 촉진하기 위한 발열부재가 전지셀들 사이의 계면에 장착되어 있으므로, 혹한의 온도 조건에서 모터가 단시간 내에 소망하는 토크 값을 내도록 할 수 있다.As described above, the unit module according to the present invention is a heating member for promoting the heat generation of the battery is mounted at the interface between the battery cells, so that the motor to give a desired torque value in a short time under extreme temperature conditions Can be.
또한, 본 발명에 따른 단위모듈은 외장부재에 의해 전지셀의 낮은 강성을 보완하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 작업시 또는 작동시 단락이나 파손 등의 위험성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 단위모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량의 전지모듈을 용이하게 제조할 수 있다.In addition, the unit module according to the present invention can minimize the increase in weight and size while complementing the low rigidity of the battery cell by the outer member, and in a simple assembly method without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection By lowering the overall manufacturing cost and reducing the risk of short-circuit or breakage during operation or operation, it is possible to easily manufacture a battery module having a desired output and capacity by using the unit module as a unit.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도이다;
도 2는 도 1의 발열부재의 사시도이다;
도 3은 도 1의 발열부재가 전지셀 및 외장부재와 결합된 부위를 확대한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위모듈 적층체의 사시도이다;
도 5는 외장부재의 결합구조를 나타내는 부분 확대도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 7은 발열부재를 장착하지 않은 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다;
도 8은 발열부재를 장착한 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다.1 is an exploded view of a unit module according to one embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of the heat generating member of FIG. 1;
3 is an enlarged schematic view of a portion where the heat generating member of FIG. 1 is coupled to a battery cell and an exterior member;
4 is a perspective view of a unit module stack according to another embodiment of the present invention;
5 is a partially enlarged view showing a coupling structure of the exterior member;
6 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention;
7 is a graph illustrating a change in temperature of a unit module without a heating member;
8 is a graph illustrating a temperature change of a unit module equipped with a heating member.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 발열부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is an exploded view schematically showing a unit module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the heat generating member of FIG. 1.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈(201)은 2개의 판상형 전지셀들(230, 240)이 전기적으로 연결된 상태로 한 쌍의 외장부재(210, 220)에 의해 감싸여 있고, 발열부재(250)가 전지셀들(230, 240) 사이의 계면에 장착되어 있어서, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀들(230, 240)의 온도를 승온시킨다. 즉, 발열부재(250)는 차량의 전장용 전원인 납축전지(도시하지 않음)에서 전기를 공급받아 열에너지로 변환시켜 발열부재(250)의 상면과 하면에 위치하고 있는 전지셀들(230, 240)의 온도를 상승시킨다.Referring to these drawings, the
판상형 전지셀(230, 240)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 발열 부재(250)의 폭(w)은 전지셀(230)의 폭(W)을 기준으로 대략 95%의 크기로 이루어져 있다.The plate-shaped
PTC 히터인 발열 부재(250)는 PTC 소재의 발열 플레이트(252)와 전원 터미널(254)으로 구성되어 있고, 전원 터미널(254)은 발열 플레이트(252)에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트(252)의 일측 단부에 형성되어 있다.The
전원 터미널(254)은, 일측 단부가 발열 플레이트(252)에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원(도시하지 않음)에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징(256) 내에 장착되어 있다.The
발열 플레이트(252)는 사각형 플레이트이고, 플러그 타입으로 형성된 전원 터미널(254)이 사각형 플레이트의 일측 모서리로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.The
전지셀들(230, 240)은 전극단자들(232, 234)이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들(232, 234)이 용접에 의해 직렬로 상호 연결된다.The
또한, 단위모듈(201)은 전극단자들(232, 234)의 연결부가 절곡되어 전지셀들(230, 240)은 적층 구조를 이루고, 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들(230, 240)이 적층된 전지셀 적층체의 외면 전체가 상호 결합되는 한 쌍의 외장부재(210, 220)에 의해 감싸진다.In addition, the
금속 판재인 외장부재(210, 220)는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 서로 조립 체결방식으로 결합된다.The
또한, 폭 방향으로 서로 이격되어 있는 5개의 선형 돌출부들(211a, 211b, 211c, 211d, 211e)이 외장부재(210)의 외면에 형성되어 있다.In addition, five
도 3에는 도 1의 발열부재가 전지셀 및 외장부재에 결합된 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram showing an enlarged portion of the heat generating member of FIG. 1 coupled to the battery cell and the exterior member.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 외장부재(210)의 일측 하단부에는 발열부재(250)의 위치를 고정하기 위해 터미널 하우징(256)이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징(256)에 대응하는 크기로 슬롯(216)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 1, the lower side of one side of the
또한, 소정 크기의 단차들(217, 218)이 외장부재의 상단과 하단에 인접한 측면과 외장부재의 좌우 양단에 인접한 측면에 형성되어 있어서, 프레임 부재(도시하지 않음)와 단위모듈(201)의 고정을 용이하게 한다. In addition, the stepped
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위모듈 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 외장부재의 결합구조를 나타내는 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a perspective view schematically showing a unit module stack according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a partially enlarged view schematically showing a coupling structure of an exterior member, and FIG. A perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention is schematically shown.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈 적층체(200)는 전지셀들을 외장부재 (210)로 감싼 구조로 제작된 4개의 단위모듈들(201, 202, 203, 204)을 서로 직렬로 연결한 후 지그재그로 적층한 구조로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the
외장부재(210)는 한 쌍의 커버들(211, 212)로 이루어져 있고, 그것들의 양측 단부에는 결합부(230)가 형성되어 있다.The
결합부(230)는, 커버들(211, 212)이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 커버(212)의 양측 단부에 형성된 체결 돌기들(222a, 222b), 및 체결 돌기(222a, 222b)에 대응하는 형상으로 커버(211)에 형성된 체결 홈(221a, 221b)의 조합인 체결 단위들로 이루어져 있다. 이러한 체결 단위는 외장부재(210)의 양측 단부에서 길이방향으로 6개가 등간격으로 형성되어 있고, 평면상으로 사각형(A)일 수도 있고 원형(B)일 수도 있다. 따라서, 외장부재(210)의 조립을 위해서 별도의 결합 부재 내지 가공 공정을 거칠 필요 없이 강력한 기계적 결합이 가능하며, 그러한 간편한 결합 방식은 양산 공정에의 적용에 특히 바람직하다.The engaging
전지모듈(300)은 단위모듈 적층체(200)를 측면으로 직립시킨 상태로 상하 조립형의 케이스(311, 312)에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상부 케이스(311)의 전면에는 입출력 단자(320)가 형성되어 있다. 하부 케이스(312)의 전면에는 보호부재(330)가 형성되어 있고, 그 안에는 입출력 단자(320)와의 전기적 연결을 위한 버스 바(도시하지 않음)가 형성되어 있다. The
한편, 외장부재(210)의 외면에는 폭 방향으로 서로 이격되어 있는 선형 돌출부들(211a, 211b, 211c, 211d, 211e)가 형성되어 있고, 커버(211)의 양단에는 폭 방향의 길이가 커버(211)보다 짧은 선형 돌출부들(211a, 211e)가 서로 대각선 위치에 형성되어 있다.Meanwhile,
도 7에는 도 1의 구조에서 발열부재를 장착하지 않은 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 8에는 발열부재를 장착한 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.FIG. 7 is a graph showing a temperature change of a unit module without a heating member in the structure of FIG. 1, and FIG. 8 is a graph showing a temperature change of a unit module with a heating member.
구체적으로, 도 7의 그래프는 전지셀들의 자가 방전을 통한 전지셀 표면의 온도 변화를 나타내고 도 8의 그래프는 전지셀들의 자가 방전과 함께 발열부재의 승온을 이용한 전지셀들 표면의 온도 변화를 나타내고 있다.Specifically, the graph of Figure 7 shows the temperature change of the surface of the battery cell through the self-discharge of the battery cells and the graph of Figure 8 shows the temperature change of the surface of the battery cells using the temperature rise of the heating member with the self-discharge of the battery cells have.
이들 도면을 참조하면, 동일한 시간대에 발열부재를 장착한 단위모듈(도 8)의 승온 효과가 발열 부재를 장착하지 않은 단위모듈(도 7) 보다 대략 25% 정도 우수함을 확인할 수 있다.Referring to these drawings, it can be seen that the temperature increase effect of the unit module (FIG. 8) equipped with the heating member at the same time is about 25% better than the unit module (FIG. 7) without the heating member mounted.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (21)
상기 발열 부재는 PTC 소재의 발열 플레이트와 상기 발열 플레이트에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트의 일측 단부에 형성되어 있는 전원 터미널을 포함하고 있고;
상기 전원 터미널은, 일측 단부가 발열 플레이트에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징 내에 장착되어 있으며;
상기 외장부재의 일측 하단부에는 발열 부재의 위치를 고정하기 위해 상기 터미널 하우징이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징에 대응하는 크기로 슬롯이 형성되어 있고;
상기 외장부재의 양측 단부에는 결합부가 형성되어 있으며, 외장부재들이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 상기 결합부에 형성된 원형 또는 다각형 형상의 체결 돌기, 및 체결 돌기에 대응하는 형상의 체결 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈. Two or more plate-shaped battery cells are wrapped by an exterior member in an electrically connected state, and an interface member between the battery cells is provided with a heating member for raising the temperature of the battery cell by heat generation upon application of current. ;
The heat generating member includes a heat generating plate of PTC material and a power terminal formed at one end of the heat generating plate to apply electricity to the heat generating plate;
The power supply terminal is mounted in an electrically insulating terminal housing in a structure in which one end is connected to the heat generating plate and the other end is connected to an external power source;
A lower end of one side of the exterior member is formed with a slot corresponding to the terminal housing so that the terminal housing can be inserted to fix the position of the heating member;
Engaging portions are formed at both ends of the exterior member, and when the exterior members are pressed in contact with each other to face each other, the engaging protrusions having a circular or polygonal shape are formed so as to be engaged by elastic coupling. Unit module, characterized in that the fastening groove of the shape corresponding to the fastening projection is formed.
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