KR101654800B1 - 냉각구조가 형성된 이차전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지셀에서 발생되는 열을 제거할 수 있는 냉각구조가 형성된 이차전지에 관한 것이다.
본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈은, 내부에 수용공간이 형성된 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 수용공간에 삽입되고, 나란하게 적층되는 다수개의 전지셀; 다수개의 상기 전지셀 사이에 삽입되는 냉각판;을 포함하고, 상기 전지셀은 표면의 일부가 외측으로 돌출된 단턱부가 형성되고, 다수개의 상기 전지셀의 적층 시 상기 단턱부 사이에 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이차전지모듈은 전지셀 사이에 냉각판이 삽입되어 전지셀로부터 발생되는 열을 제거할 수 있어 전지의 효율이 장기간 유지될 수 있다.

Description

냉각구조가 형성된 이차전지모듈{SECONDARY BATTERY WITH COOLING STRUCTURE}

본 발명은 전지셀에서 발생되는 열을 제거할 수 있는 냉각구조가 형성된 이차전지에 관한 것이다.

최근 모바일 기기에 대한 수요가 급격하게 증가함에 따라 모바일 기기에 적용되는 이차전지의 수요도 증가하고 있으며, 이에 따라 이차전지에 대한 기술적 연구도 활발하게 이루어 지고 있다.

일반적으로 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 전지로, 대표적으로는 니켈 수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 이차전지가 사용되고 있다.

이러한 이차전지는 모바일 분야뿐만 아니라, 많은 양의 전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 분야에도 적용되는데, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 단위전지 수십개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 이차전지모듈을 구성하게 된다.

그런데 이차전지모듈은 충전 또는 방전을 할 때 전지셀에서 열이 발생되며, 전지셀의 온도에 따라 이차전지모듈의 충전 또는 방전의 성능은 다르게 나타난다.

이에 따라, 이차전지모듈의 내부온도를 적정한 온도로 유지하는 것은 중요한데, 기존의 이차전지모듈에서는 냉각장치가 이차전지모듈을 감싸는 구조로 장착되거나, 단순히 냉각판을 전지셀 사이에 삽입하였다. 따라서 종래에는 이차전지모듈의 부피가 과도하게 커지는 문제점이 있었다.

공개특허공보 10-2011-0024954 (공개일자: 2011년 03월 09일)

본 발명은 전지셀 사이에 냉각판을 삽입하여 전지셀에서 발생하는 발열문제를 해소하되, 제품의 크기를 소형화 시킬 수 있는 이차전지모듈을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈은, 내부에 수용공간이 형성된 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 수용공간에 삽입되고, 나란하게 적층되는 다수개의 전지셀; 다수개의 상기 전지셀 사이에 삽입되는 냉각판;을 포함하고, 상기 전지셀은 표면의 일부가 외측으로 돌출된 단턱부가 형성되고, 다수개의 상기 전지셀의 적층 시 상기 단턱부 사이에 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전지셀은, 상기 단턱부가 서로 대면하는 방향으로 배치되되, 대면하는 상기 단턱부가 서로 대각선상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전지셀은, 상기 단턱부가 상기 전지셀의 상면과 하면에 각각 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 단턱부는 내부가 중공된 것을 특징으로 한다.

상기 냉각판은 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이차전지모듈은 전지셀 사이에 냉각판이 삽입되어 전지셀로부터 발생되는 열을 제거할 수 있어 전지의 효율이 장기간 유지될 수 있다.

그리고 전지셀이 단턱부를 갖는 구조로 제작되어 냉각판의 장착 및 교체가 용이하며, 전체적인 이차전지모듈의 부피가 감소할 수 있다.

또한, 냉각판과 전지셀 간에 전도 및 대류에 의한 열교환이 이루어져서 열교환효율이 증가할 수 있다.

[도 1]은 본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈을 구성하는 전지셀의 평면도이다.
[도 2]는 본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈의 한 실시예를 도시한 것으로, [도 1]에 도시한 전지셀 한 쌍이 적층된 후 냉각판이 삽입된 구조를 나타낸 단면도이다.
[도 3]은 두 쌍의 전지셀이 적층된 냉각구조가 형성된 이차전지모듈의 단면도이다.
[도 4]는 세 개의 전지셀이 적층된 냉각구조가 형성된 이차전지모듈의 단면도이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈은 [도 1] 내지 [도 4]에 도시된 것과 같이 모듈케이스(100), 전지셀(200) 그리고 냉각판(300)을 포함한다.

그 중 모듈케이스(100)는 내부에 수용공간이 형성된 외장재로써, 다수개의 전지셀(200)을 수용할 수 있다. 모듈케이스(100)는 전지셀(200)의 형태에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있으며, 모듈케이스(100)의 구조는 본 발명의 핵심적인 기술사상이 아니며, 당업자 간에 주지된 기술적 내용이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 모듈케이스(100)에는 전지셀(200)이 삽입된다.

전지셀(200)은 양극판, 음극판, 분리막으로 이루어진 전극조립체(210)를 포함하는 발전소자로서, 양극판과 음극판 사이에 분리막이 삽입되어 분리막이 양극판과 음극판을 분리한다.

구체적으로, 양극판 및 음극판에는 금속 박막형태의 기재에 활물질, 도전제, 바인더가 혼합된 슬러리를 도포시킨 것으로, 대표적인 양극활물질은 LiCoO2가 사용되며 음극활물질로는 흑연이 사용될 수 있다.

마지막으로 분리막은 그 자체로는 전기화학 반응에 참여하지 않은 비활성 소재이나, 전지를 작동시키기 위해 리튬이온이 이동하는 경로를 제공하며 양극판 및 음극판의 물리적 접촉을 방지한다.

이러한 전극조립체(210)의 양극판 및 음극판에는 외부단자와 접촉할 수 있는 집전단자(220)가 각각 모듈케이스(100) 외부로 돌출되게 장착된다.

그리고 이러한 구성을 갖는 전지셀(200)은 롤 형태로 권취된 젤리롤(Jelly Roll) 형태일 수도 있으며, 적층된 형태를 가질 수도 있는데, 전지셀(200)의 적어도 일면은 단부가 외부로 돌출된 단턱부(230)가 형성되어 있다.

구체적으로 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 전지셀(200)의 일면에만 단턱부(230)가 형성될 수도 있으며, [도 4]에서 중앙에 위치하는 전지셀(200)과 같이 전지셀(200)의 양면에 단턱부(230)가 형성될 수도 있다.

그리고 이러한 단턱부(230)에는 양극판, 음극판, 분리막의 구조가 그대로 적층되어 구성될 수도 있으며, 내부가 중공된 상태인 중공부(미도시)가 형성될 수도 있다.

전술된 전지셀(200)은 냉각판(300)과 열교환 할 수 있다.

냉각판(300)은 전지셀(200)의 충방전시 발생되는 열을 제거하는 기능을 갖는 것으로, 평판 또는 막대 형상일 수 있으며, 다수개의 전지셀(200) 사이에 삽입된다.

구체적으로 냉각판(300)은 대면하는 한 쌍의 전지셀(200) 단턱부(230) 사이에 삽입되어 냉각판(300) 상측과 하측에 위치하는 전지셀(200)과 열교환을 함으로써 전지셀(200)로부터 열을 제거한다.

냉각판(300)은 외부는 열전도율이 높고 충격을 견딜 수 있은 알루미늄과 같은 금속이 적용될 수 있으며, 내부에는 흡열 물질이 내재된 구조일 수 있다.

이하에서는 본 발명인 냉각구조가 형성된 이차전지모듈의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

본 발명인 이차전지모듈은 전지셀(200)의 단턱부(230)가 서로 대각선 방향으로 대면할 수 있도록 적층된다. 단턱부(230)는 전지셀(200)의 표면의 일부에 일정 폭만큼만 형성됨으로써, 병렬방향으로 적층된 다수개의 전지셀(200)의 중앙부에는 삽입공간(A)이 형성되게 된다.

도시된 도면 상에서, 단턱부(230)는 전지셀(200)의 단부에 형성되어 있으나, 단턱부(230)의 위치가 단부에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(200)의 중앙부에도 형성될 수 있다.

이러한 구조를 갖는 전지셀(200)은 [도 2]에서와 같이 한 쌍이 적층될 수도 있으며, [도 3]에 도시된 것과 같이 두 쌍이 적층될 수도 있다. 또는, [도 4]에서와 같이 세 개의 전지셀(200)이 이차전지모듈을 구성할 수 있으며, 그 전지셀(200)의 수량은 다양하게 적용될 수 있다.

따라서 냉각판(300)을 삽입공간(A)에 삽입시킴으로써, 전지셀(200)로부터 발생되는 열을 제거할 수 있는데, 냉각판(300) 상면과 하면은 전지셀(200)과 직접적으로 접촉하여 전도에 의한 열교환이 이루어지며, 냉각판(300)의 측면은 삽입공간(A)에 존재하는 공기가 매질로 작용하여 대류에 의한 열교환이 이루어지게 된다.

따라서 단순히 전도방식에 의한 열교환이 이루어지는 것보다 열교환 효율이 향상될 수 있다.

그리고, 전지셀(200)이 층구조를 갖도록 형성되어 냉각판(300)을 전지셀(200) 사이에 삽입시켜도 전체적인 이차전지모듈의 부피가 과도하게 증가하지 않으며, 열교환이 이루어지기 어려운 전지셀(200) 중앙부에서 발생되는 열도 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 단턱부(230) 내부를 중공된 상태로 만들 경우, 열보존 효과가 상승하여, 냉각판(300)에 의해서 냉각된 전지셀(200)의 온도가 일정시간 유지될 수 있다.

게다가, 단턱부(230)에 의해서 삽입공간(A)이 확보될 수 있으므로, 전지셀(200)로부터 냉각판(300)을 용이하게 교체시킬 수 있으므로 유지보수에도 용이하다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

100: 모듈케이스 200: 전지셀
210: 전극조립체 220: 집전단자
230: 단턱부 300: 냉각판

Claims (5)

1. 모듈케이스의 수용공간에 삽입되고, 나란하게 적층되는 다수개의 전지셀; 및
   다수개의 상기 전지셀 사이에 삽입되는 냉각판을 포함하고,
   상기 전지셀은, 표면의 일부가 외측으로 돌출된 단턱부가 형성되고, 다수개의 상기 전지셀의 적층 시 상기 단턱부 사이에 삽입공간이 형성되고,
   상기 단턱부의 내부에는 중공부가 형성되고,
   상기 냉각판은 상기 삽입공간에 삽입되고, 상기 삽입공간에서 이탈 가능한 것을 특징으로 하는 냉각구조가 형성된 이차전지모듈.
   
2. 제1항에서,
   상기 전지셀은
   상기 단턱부가 서로 대면하는 방향으로 배치되되, 대면하는 상기 단턱부가 서로 대각선상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
   냉각구조가 형성된 이차전지모듈.
   
3. 제1항에서,
   상기 전지셀은
   상기 단턱부가 상기 전지셀의 상면과 하면에 각각 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는
   냉각구조가 형성된 이차전지모듈.
   
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 냉각판은 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 하는 냉각구조가 형성된 이차전지모듈.

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