KR101690575B1 - Secondary battery module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 단위 전지; 상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 내부에 흡열제가 충진된 냉각판; 상기 냉각판의 적어도 일단에 위치하여 냉각판과 연결되며, 상기 흡열제를 용해시킬 수 있는 냉매가 내부로 순환되는 냉각수 라인; 및 상기 냉각수 라인과 냉각판을 구분하는 격벽;을 포함하며, 상기 냉각판이 단위 전지로부터 열을 공급받아 상기 격벽 및 냉각수 라인으로 전달할 수 있도록 함으로써, 이차 전지의 과열시에 이차 전지를 급속 냉각시킬 수 있어, 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시의 사고를 미연에 방지할 수 있는 이차 전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery module, and more particularly, to a secondary battery module including a plurality of unit cells; A cooling plate disposed between the unit cells, the cooling plate filled with an endothermic material; A cooling water line located at least at one end of the cooling plate and connected to the cooling plate, the cooling water line through which the refrigerant capable of dissolving the endothermic material is circulated; And a partition wall separating the cooling water line from the cooling plate, wherein the cooling plate can receive heat from the unit cell and transfer it to the partition wall and the cooling water line, thereby rapidly cooling the secondary battery during overheating of the secondary battery. The present invention relates to a secondary battery module capable of preventing an accident in the event of an emergency due to overheating of the battery.
Description
본 발명은 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a secondary battery module.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.A secondary battery is a battery capable of charging and discharging unlike a non-rechargeable primary battery. In a low-capacity battery, it is used in portable electronic devices such as a phone, a notebook computer, and a camcorder. In the case of a large capacity battery, And the like.
상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.The secondary battery is manufactured in various shapes. Typical examples of the secondary battery include a cylindrical shape and a square shape. The secondary battery can be used for driving a motor, such as an electric vehicle, A plurality of secondary batteries are connected in series to constitute a large-capacity secondary battery.
이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.In this way, one large-capacity secondary battery (hereinafter referred to as a battery module for the sake of convenience of explanation throughout the specification) is constituted by a plurality of secondary batteries (hereinafter referred to as unit batteries for convenience of explanation throughout the specification) Wherein the unit battery includes a case having an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are positioned with a separator interposed therebetween, and a space portion in which the electrode assembly is embedded; a cap assembly coupled to the case to seal the cap assembly; An amount of the electrode assembly, and a positive terminal and a negative terminal, which are electrically connected to the current collector of the negative electrode plate.
그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.In addition, a plurality of unit cells are usually arranged at intervals, and the units are connected in series or parallel to each other to constitute a battery module.
여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 이차 전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다.In this case, the battery module has several to many tens of unit cells connected to each other to form one battery module, so that the heat generated from each unit cell can be easily discharged. The heat release characteristic of the secondary battery module is very important so as to determine the performance of the battery.
열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 각 단위 전지간에 온도 편차가 발생되어 충/방전 효율을 떨어뜨리게 되고, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지내부의 온도가 상승되어 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.If the heat is not properly discharged, a temperature variation occurs between the unit cells, resulting in a decrease in charge / discharge efficiency. As a result, the temperature inside the battery increases due to the heat generated by the unit battery, Which may lead to explosion.
특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충, 방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 된다.In particular, when the battery module is used as a large-capacity secondary battery for driving a motor of an electric vacuum cleaner, an electric scooter or an automobile (electric car or hybrid vehicle), the battery module is charged and discharged with a large current. Heat is generated and the temperature rises to a considerable temperature.
한국공개특허 제2006-86120호에는 이차 전지 모듈이 개시되어 있다.
Korean Unexamined Patent Publication No. 2006-86120 discloses a secondary battery module.
본 발명은 이차 전지가 과열된 경우에 효과적으로 열을 흡수하여, 폭발 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 이차 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide a secondary battery module capable of effectively absorbing heat in the event of overheating of a secondary battery to prevent an accident such as an explosion.
1. 복수개의 단위 전지;1. A battery comprising: a plurality of unit cells;
상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 내부에 흡열제가 충진된 냉각판;A cooling plate disposed between the unit cells, the cooling plate filled with an endothermic material;
상기 냉각판의 적어도 일단에 위치하여 냉각판과 연결되며, 상기 흡열제를 용해시킬 수 있는 냉매가 내부로 순환되는 냉각수 라인; 및A cooling water line located at least at one end of the cooling plate and connected to the cooling plate, the cooling water line through which the refrigerant capable of dissolving the endothermic material is circulated; And
상기 냉각수 라인과 냉각판을 구분하는 격벽;을 포함하며,And a partition wall separating the cooling water line from the cooling plate,
상기 냉각판이 단위 전지로부터 열을 공급받아 상기 격벽 및 냉각수 라인으로 전달할 수 있는, 이차 전지 모듈.Wherein the cooling plate is capable of receiving heat from the unit cells and transferring the heat to the partition and the cooling water line.
2. 위 1에 있어서, 상기 냉각판으로부터 전달되는 열에 의해 격벽이 융해되어 흡열제와 냉매가 접함으로써 흡열 반응이 수행되는, 이차 전지 모듈.2. The secondary battery module according to 1 above, wherein the partition wall is melted by heat transmitted from the cooling plate, and an endothermic agent and a refrigerant come into contact with each other to perform an endothermic reaction.
3. 위 1에 있어서, 상기 격벽은 융점 70 내지 100℃의 금속 또는 고분자 소재로 제조된 것인, 이차 전지 모듈.3. The secondary battery module according to 1 above, wherein the partition wall is made of a metal or a polymer material having a melting point of 70 to 100 占 폚.
4. 위 3에 있어서, 상기 금속은 비스무트, 납, 주석, 인듐, 카드뮴 또는 이들의 합금인, 이차 전지 모듈.4. The secondary battery module according to 3 above, wherein the metal is bismuth, lead, tin, indium, cadmium or an alloy thereof.
5. 위 1에 있어서, 상기 흡열제는 염화암모늄, 질산암모늄, 수산화바륨 및 설탕으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 냉매는 수용성 극성 용매인, 이차 전지 모듈.5. The secondary battery module according to 1 above, wherein the endothermic agent is at least one selected from the group consisting of ammonium chloride, ammonium nitrate, barium hydroxide and sugar, and the refrigerant is a water-soluble polar solvent.
6. 위 5에 있어서, 상기 수용성 극성 용매는 물인, 이차 전지 모듈.6. The secondary battery module of 5, wherein the water-soluble polar solvent is water.
7. 위 1 내지 6 중 어느 한 항의 이차 전지 모듈을 동력원으로 포함하는, 자동차.7. A vehicle comprising a secondary battery module according to any one of claims 1 to 6 as a power source.
8. 위 7에 있어서, 상기 이차 전지 모듈의 냉각수 라인이 상기 자동차의 냉각수와 연통되는, 자동차.
8. The automobile according to 7 above, wherein the cooling water line of the secondary battery module is in communication with the cooling water of the automobile.
본 발명의 이차 전지 모듈은 이차 전지의 과열시에 이차 전지를 급속 냉각시킬 수 있다. 이에 따라 자동차용 전지 등에 사용되는 경우에 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시, 전지를 급냉시켜 사고를 미연에 방지할 수 있다.
The secondary battery module of the present invention can rapidly cool the secondary battery when the secondary battery is overheated. Accordingly, when the battery is used in an automobile battery or the like, when an emergency occurs due to overheating of the battery, the battery can be quenched to prevent an accident.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈의 측단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈의 사시도이다.FIG. 1 is a schematic side view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a perspective view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 복수개의 단위 전지; 상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 내부에 흡열제가 충진된 냉각판; 상기 냉각판의 적어도 일단에 위치하여 냉각판과 연결되며, 상기 흡열제를 용해시킬 수 있는 냉매가 내부로 순환되는 냉각수 라인; 및 상기 냉각수 라인과 냉각판을 구분하는 격벽;을 포함하며, 상기 냉각판이 단위 전지로부터 열을 공급받아 상기 격벽 및 냉각수 라인으로 전달할 수 있도록 함으로써, 이차 전지의 과열시에 이차 전지를 급속 냉각시킬 수 있어, 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시의 사고를 미연에 방지할 수 있는 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a battery comprising a plurality of unit cells; A cooling plate disposed between the unit cells, the cooling plate filled with an endothermic material; A cooling water line located at least at one end of the cooling plate and connected to the cooling plate, the cooling water line through which the refrigerant capable of dissolving the endothermic material is circulated; And a partition wall separating the cooling water line from the cooling plate, wherein the cooling plate can receive heat from the unit cell and transfer it to the partition wall and the cooling water line, thereby rapidly cooling the secondary battery during overheating of the secondary battery. The present invention relates to a secondary battery module capable of preventing an accident in the event of an emergency due to overheating of the battery.
도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈의 측단면이 도시되어 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈을 상세히 설명한다.1 is a side sectional view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a secondary battery module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈은 복수개의 단위 전지(100), 냉각판(300), 냉각수 라인(200) 및 격벽(400)을 포함한다.The secondary battery module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
단위 전지(100)들의 배열은 특별히 한정되지 않으나, 후술할 냉각판(300)이 단위 전지(100) 사이에 배치되어 단위 전지(100)들의 과열시에 단위 전지(100)로부터 열을 충분히 공급받을 수 있도록 적층 배열되는 것이 바람직하다.The arrangement of the
냉각판(300)은 단위 전지(100) 사이에 배치되어, 단위 전지(100)로부터 열을 공급받아 후술할 격벽(400) 및 냉각수 라인(200)으로 전달할 수 있다.The
냉각판(300)의 내부에는 흡열제가 충진된다.The inside of the
흡열제는 후술할 냉각수 라인(200)에 순환되는 냉매와 접하여, 냉매에 용해됨으로써 흡열 반응을 수행할 수 있는 물질이다.The endothermic agent is a substance capable of performing an endothermic reaction by being in contact with a refrigerant circulating in a
흡열제는 냉매에 용해될 때 흡열 반응을 일으키는 성분이라면 제한되지 않으며, 예를 들면 염화암모늄, 질산암모늄, 수산화바륨, 설탕 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The endothermic agent is not limited as long as it is a component that generates an endothermic reaction when dissolved in a refrigerant, and examples thereof include ammonium chloride, ammonium nitrate, barium hydroxide, and sugar. These may be used alone or in combination of two or more.
냉각수 라인(200)은 냉각판(300)의 적어도 일단에 위치하여 냉각판(300)과 연결된다.The
냉각판(300)의 상단, 하단, 좌단, 우단 또는 이들 중 하나 이상의 단에 위치하여 냉각판(300)과 연결될 수 있다.And may be connected to the
냉각수 라인(200)의 내부로는 냉매가 순환된다.The coolant is circulated inside the
냉매는 냉각수 라인(200)의 내부를 따라 순환됨으로써 이차 전지 모듈을 냉각시킨다. 그리고, 후술하는 바에 따라 이차 전지 모듈의 과열에 의해 격벽(400)이 융해되면 냉각판(300) 내부에 충진된 흡열제를 용해시켜 흡열 반응이 일어나도록 한다.The coolant is circulated along the inside of the
냉각수 라인(200)은 도 2에 예시된 바와 같이 길게 연장될 수도 있고, 도 3에 예시된 바와 같이 냉각판(300)을 중심으로 디귿자(ㄷ) 구조를 가질 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 물론 도 2, 3에 예시된 냉각수 순환 방향도 일 예시일 뿐으로, 이에 제한되는 것은 아니다.The
냉매는 흡열제를 용해시켜 흡열 반응을 유발할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수용성 극성 용매일 수 있다. 보다 구체적으로 물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The refrigerant is not particularly limited as long as it dissolves the endothermic agent and can induce an endothermic reaction. For example, it can be used for water-soluble polarity. More specifically water, but is not limited thereto.
격벽(400)은 상기 냉각수 라인(200)과 냉각판(300)을 구분한다.The
단위 전지(100)들의 과열시에 그 열은 단위 전지(100)들 사이에 배치된 냉각판(300)을 거쳐 격벽(400) 및 냉각수 라인(200)으로 전달되고, 냉각수 라인(200)으로 직접 전달될 수도 있다.When the
이에 의해 격벽(400)으로 열이 전달되고, 격벽(400)의 융점 이상의 열이 전달되면 격벽(400)이 융해되어 냉각수 라인(200)을 순환하는 냉매와 냉각판(300) 내부에 충진된 흡열제가 접함으로써 흡열 반응이 수행된다. 이에 따라 단위 전지(100)들로부터 효과적으로 열을 흡수하여, 폭발 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.When the heat is transferred to the
격벽(400)은 단위 전지(100)들의 과열에 의한 사고 발생 전에 용융될 수 있어야 하므로 저융점의 소재로 제조된다. 예를 들면 융점 70 내지 100℃의 금속 또는 고분자 소재로 제조된 것일 수 있다. 융점이 70℃ 미만인 고분자를 사용하면 흡열 반응이 일어나는 온도가 너무 낮아, 전지가 과열되지 않고 정상적으로 구동되고 있는 상황에서도 흡열 반응이 발생할 수 있고, 100℃ 초과이면 이차 전지가 상당히 과열이 되어야 흡열 반응이 발생하므로 사고를 미연에 방지하기 어려울 수 있다.The
상기 금속은 예를 들면 비스무트, 납, 주석, 인듐 및 카드뮴으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합금일 수 있고, 바람직하게는 로제 합금(비스무트, 납 및 주석 합금), 뉴턴 합금(비스무트, 납 및 주석 합금), 우드 메탈(비스무트, 납, 주석 및 카드뮴 합금), 리포위츠 합금(비스무트, 납, 주석 및 카드뮴 합금) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The metal may be, for example, at least one alloy selected from the group consisting of bismuth, lead, tin, indium and cadmium, preferably rosin alloys (bismuth, lead and tin alloys), Newton alloys (bismuth, (Bismuth, lead, tin and cadmium alloys), wood metal (bismuth, lead, tin and cadmium alloys), and Lipowitz alloys (bismuth, lead, tin and cadmium alloys).
또한, 본 발명은 상기 이차 전지 모듈을 동력원으로써 포함하는 자동차를 제공한다.Further, the present invention provides an automobile including the secondary battery module as a power source.
상기 이차 전지 모듈을 동력원으로써 포함하는 자동차는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차일 수 있다.The automobile including the secondary battery module as a power source may be a hybrid automobile or an electric automobile.
자동차는 냉각수가 순환되는 냉각수 라인(200)을 구비하고 있는데, 상기 이차 전지 모듈의 냉각수 라인(200)이 자동차 냉각수 라인(200)의 냉각수와 연통될 수 있다.
The automobile has a
상기와 같이 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하였으나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made in the examples, and it is obvious that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
100: 단위 전지 200: 냉각수 라인
300: 냉각판 400: 격벽100: Unit cell 200: Cooling water line
300: cooling plate 400: partition wall
Claims (8)
상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 내부에 흡열제가 충진된 냉각판;
상기 냉각판의 적어도 일단에 위치하여 냉각판과 연결되며, 상기 흡열제를 용해시킬 수 있는 냉매가 내부로 순환되는 냉각수 라인; 및
상기 냉각수 라인과 냉각판을 구분하는 격벽;을 포함하며,
상기 냉각판이 단위 전지로부터 열을 공급받아 상기 격벽 및 냉각수 라인으로 전달할 수 있으며,
상기 냉각판으로부터 전달되는 열에 의해 격벽이 융해되어 흡열제와 냉매가 접함으로써 흡열 반응이 수행되고,
상기 격벽은 융점 70 내지 100℃의 금속 또는 고분자 소재로 제조된 것인, 이차 전지 모듈.
A plurality of unit cells;
A cooling plate disposed between the unit cells, the cooling plate filled with an endothermic material;
A cooling water line located at least at one end of the cooling plate and connected to the cooling plate, the cooling water line through which the refrigerant capable of dissolving the endothermic material is circulated; And
And a partition wall separating the cooling water line from the cooling plate,
The cooling plate may receive heat from the unit cells and transfer the heat to the partition and the cooling water line,
An endothermic reaction is performed by contacting the endothermic material with the refrigerant due to the fusion of the barrier ribs due to heat transferred from the cooling plate,
Wherein the barrier ribs are made of a metal or a polymer material having a melting point of 70 to 100 占 폚.
The secondary battery module according to claim 1, wherein the metal is bismuth, lead, tin, indium, cadmium or an alloy thereof.
The secondary battery module according to claim 1, wherein the endothermic agent is at least one selected from the group consisting of ammonium chloride, ammonium nitrate, barium hydroxide, and sugar, and the refrigerant is a water-soluble polar solvent.
The secondary battery module according to claim 5, wherein the water-soluble polar solvent is water.
A motor vehicle comprising a secondary battery module according to any one of claims 1 and 4 to 6 as a power source.
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