KR102156826B1 - 나트륨 이차전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈은, 평판 형태의 고체전해질 및 상기 고체전해질의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품과 음극부품을 상부캡과 하부캡으로 밀봉한 유닛 셀이 복수개 적층되어 이루어지는 유닛 스택; 복수개의 상기 유닛 스택이 열과 행으로 배열된 상태에서 각 유닛 스택 사이에 개재되어 상기 유닛 스택간의 공간을 분리하는 세퍼레이터; 및 복수개의 상기 유닛 스택과 상기 세퍼레이터를 수용하는 케이스;를 포함할 수 있다.

Description

나트륨 이차전지 모듈{SODIUM SECONDARY BATTERY MODULE}
본 발명은 나트륨 이차전지 모듈에 관한 것이다.
나트륨-염화니켈(Na-NiCl2) 전지는 고안정성, 장수명, 고에너지 밀도 등 전력저장용 ESS시장이 요구하는 주요 특성에 대한 우수한 성능으로 인해 ESS용 이차전지로 주목받고 있다.
이러한 이차전치를 유닛 셀이라고 하며, 1개의 유닛 셀이 생산하는 전기 에너지는 매우 제한적이기 때문에, 유닛 셀을 여러개 쌓아 놓은 형태인 스택 구조의 모듈 형성이 불가피하다.
모듈설계를 위해서는 유닛 셀을 직렬연결하기 위해 수직방향으로 적층하여 유닛 스택을 만들어야 하는데, 유닛 셀의 기계적 접합 능력과 적층된 유닛 셀 간의 전기적 접촉유지를 포함하여 구조적 안정성 확보를 위한 적절한 면압 구조를 갖추어야 한다. 또한, 제작된 유닛 스택들을 전기적으로 연결하여 원하는 전기적 출력을 확보하기 위한 배선연결 기술이 필요하다. 또한, 전지의 작동온도를 유지하는 것과 동시에 오작동시의 온도관리 기술 등이 필요하다.
본 발명은 복수의 유닛 스택에 대한 통합적인 면압 구조를 제공하면서 배열된 유닛 스택에 대한 자동적인 전기적 연결을 구현하는 배선구조와 온도관리를 통해 안정성을 확보할 수 있는 나트륨 이차전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈은, 평판 형태의 고체전해질 및 상기 고체전해질의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품과 음극부품을 상부캡과 하부캡으로 밀봉한 유닛 셀이 다수개 적층되어 이루어지는 유닛 스택; 다수개의 상기 유닛 스택이 열과 행으로 배열된 상태에서 각 유닛 스택 사이에 개재되어 상기 유닛 스택간의 공간을 분리하는 세퍼레이터; 및 다수개의 상기 유닛 스택과 상기 세퍼레이터를 수용하는 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 다수의 통기 구멍과 다수의 통기 슬릿을 구비하고, 상기 다수의 통기 구멍과 다수의 통기 슬릿은 상기 분리된 유닛 스택간의 공간을 부분적으로 연결시킬 수 있다.
상기 세퍼레이터는 격자형상의 배치구조를 갖도록 다수개가 직교하여 배열되며, 각 세퍼레이터가 상호 직교하는 위치에 상기 통기 슬릿이 상호 교차하여 중첩될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 단열재로 이루어질 수 있다.
상기 세퍼레이터는 상기 유닛 스택과 마주하는 표면에 라인 히터(line heater)를 구비할 수 있다.
상기 케이스는 내부 공간을 가지며 다수개의 상기 유닛 스택과 상기 세퍼레이터를 내부에 수용하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 다수의 상기 유닛 스택 각각에 면압을 가하는 상부 케이스와, 상기 하부 케이스와 상부 케이를 관통하는 구조로 체결되어 상기 유닛 스택의 면압을 유지 및 조절하는 면압조절부를 포함할 수 있다.
상기 상부 케이스는 다수의 상기 유닛 스택 각각에 가해지는 면압의 균일화를 위해 상기 유닛 스택과 마주하는 면에 밸런싱판을 구비할 수 있다.
상기 케이스는 상기 하부 케이스의 일면에 형성된 관통홀에 장착되어 상기 하부 케이스 내부에 강제대류를 일으키는 송풍팬을 더 포함할 수 있다.
상기 면압조절부는 상기 상부 케이스의 상부에서 상기 상부 케이스에 형성된 체결홀과 상기 하부 케이스의 돌출부에 형성된 체결홀에 삽입되는 체결볼트와, 상기 하부 케이스의 하부에서 상기 체결볼트에 나사결합되는 체결너트와, 상기 체결볼트와 상기 상부 케이스 사이에 개재되는 탄성체를 포함할 수 있다.
상기 케이스와 상기 세퍼레이터에 구비되어 다수의 상기 유닛 스택을 전기적으로 연결시키는 배선부를 더 포함할 수 있다.
상기 배선부는 상기 케이스와 상기 세퍼레이터에 접합되거나 코팅되어 제공될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈은, 평판 형태의 고체전해질 및 상기 고체전해질의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품과 음극부품을 상부캡과 하부캡으로 밀봉한 유닛 셀이 복수개 적층되어 이루어지는 유닛 스택; 복수개의 상기 유닛 스택이 이격되어 열과 행으로 배열된 상태에서 상기 유닛 스택 사이의 공간에 개재되어 상기 유닛 스택을 지지하는 스태킹 가이드; 및 상기 유닛 스택과 상기 스태킹 가이드를 수용하는 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 스태킹 가이드는 상기 케이스의 하부에서 상부를 향해 연장되는 기둥 형태의 구조를 가지며, 상기 케이스의 내측벽에 제공되는 복수의 제1 가이드와 상기 내측벽에서 상기 케이스의 안쪽 내부에 제공되는 복수의 제2 가이드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 가이드는 내부에 봉 히터를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 복수의 유닛 스택에 대한 통합적인 면압 구조를 제공하면서 배열된 유닛 스택에 대한 자동적인 전기적 연결을 구현하는 배선구조와 온도관리를 통해 안정성을 확보할 수 있는 나트륨 이차전지 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 나트륨 이차전지 모듈을 이루는 유닛 스택와 유닛 셀을 개략적으로 나타내는 확대도.
도 3은 도 1의 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 4a 및 도 4b는 세퍼레이터를 개략적으로 도시하는 측면도 및 사시도.
도 5는 세퍼레이터의 변형예를 개략적으로 도시하는 측면도.
도 6a 및 도 6b는 유닛 스택이 배선부로 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 개념도.
도 7a 및 도 7b는 배선부의 배선과 커넥터를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 평판형 나트륨 이차전지 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1의 나트륨 이차전지 모듈을 이루는 유닛 스택와 유닛 셀을 개략적으로 나타내는 확대도이며, 도 3은 도 1의 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 4a 및 도 4b는 세퍼레이터를 개략적으로 도시하는 측면도 및 사시도이고, 도 5는 세퍼레이터의 변형예를 개략적으로 도시하는 측면도이며, 도 6a 및 도 6b는 유닛 스택이 배선부로 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 7a 및 도 7b는 배선부의 배선과 커넥터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈(10)은 유닛 스택(20)을 포함할 수 있다. 유닛 스택(20)은 복수개로 제공될 수 있다.
유닛 스택(20)은 복수의 유닛 셀(1)이 수직하게 높이방향으로 적층되어 이루어질 수 있다. 유닛 셀(1)은 납작한 평판형 나트륨 이차전지로서, 대략 동그란 평판 형태의 고체전해질(2)과 이러한 고체전해질(2)의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품(3) 및 음극부품(4)을 상부캡(5)과 하부캡(6)으로 밀봉한 구조를 가질 수 있다.
유닛 스택(20)은 복수개가 열과 행으로 배열될 수 있다. 본 실시예에서는 9개의 유닛 스택(20)이 3×3, 즉 3개의 열과 3개의 행으로 배열된 것으로 예시하고 있으나 유닛 스택(20)의 배열이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유닛 스택(20)의 개수와 배열은 나트륨 이차전지 모듈(10)의 용량에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
유닛 스택(20)을 이루는 유닛 셀(1)의 적층 개수는 각 유닛 스택(20)마다 서로 동일할 수 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈(10)은 세퍼레이터(30)를 포함할 수 있다.
세퍼레이터(30)는 복수개의 유닛 스택(20)이 열과 행으로 배열된 상태에서 각 유닛 스택(20) 사이에 개재될 수 있다. 세퍼레이터(30)는 각각의 유닛 스택(20)을 격리시키는 구조로 유닛 스택(20)간의 공간을 분리할 수 있다.
일 실시예에서, 세퍼레이터(30)는 대략 직사각형상을 갖는 플레이트 구조물로 구성될 수 있다. 세퍼레이터(30)는 격자형상의 배치구조를 갖도록 복수개가 직교하여 배열될 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 유닛 스택(20)이 3×3로 배열됨에 따라서 각 유닛 스택(20)을 분리시킬 수 있도록 세퍼레이터(30)가 대략 '＃' 형상으로 배열된 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
유닛 셀(1)의 파손 또는 오동작으로 인해 급격하게 온도가 상승하는 경우 해당 유닛 셀(1)을 포함하는 유닛 스택(20)과 인접한 다른 유닛 스택(20)들을 보호할 수 있도록 세퍼레이터(30)는 단열재로 이루어질 수 있다. 즉, 각 유닛 스택(20)들을 세퍼레이터(30)로 분리하여 격리시킴으로써 열 충격, 물리적 충격등이 다른 정상적인 유닛 스택(20)들에 직접적으로 가해지는 것을 차단하여 보호할 수 있다.
따라서, 비상 시 국부적인 온도상승이 나트륨 이차전지 모듈(10) 전체로 퍼져나가는 것을 방지하여 나트륨 이차전지 모듈(10)을 보호하고, 온도 상승으로 인한 폭발 및 화재 발생에 따른 피해 발생을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 세퍼레이터(30)는 복수의 통기 구멍(31)과 복수의 통기 슬릿(32)을 구비할 수 있다.
복수의 통기 구멍(31)과 복수의 통기 슬릿(32)은 분리된 유닛 스택(20)간의 공간을 부분적으로 연결시킬 수 있다.
복수의 통기 구멍(31)은 각 유닛 스택(20)과 마주하는 위치에 배치될 수 있다. 복수의 통기 슬릿(32)은 각 세퍼레이터(30)가 상호 직교하는 위치에 배치될 수 있으며, 이러한 세퍼레이터(30)들이 직교하는 위치에서 각 세퍼레이터(30)의 통기 슬릿(32)은 상호 교차하여 중첩될 수 있다.
복수의 통기 구멍(31)과 복수의 통기 슬릿(32)은 추후 설명하는 강제대류에 의한 내부 유동 흐름을 막아 온도관리 기능을 약화시키는 것을 방지할 수 있다. 즉, 세퍼레이터(30)는 급격한 온도상승으로부터 유닛 스택(20)을 보호하는 한편, 강제대류에 의한 내부 유동 흐름이 원활히 이루어지도록 하여 온도관리를 위한 통기성을 확보할 수 있도록 한다.
도 5를 참조하면, 세퍼레이터는 유닛 스택과 마주하는 표면에 라인 히터(line heater)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 라인 히터는 전류가 흐르는 전열선을 통해 열을 발생시키는 전열 히터를 포함할 수 있다.
전지를 냉각 상태에서 가동시키기 위해서는 전지 작동온도까지 가열하는 것이 필요하며, 추후 설명하는 케이스(40) 외곽에 히터(미도시)를 배치하고 작동을 시키는데, 히터의 영향이 가장 적은 안쪽에 배치된 유닛 스택을 라인 히터를 통해 별도로 승온시킴으로써 나트륨 이차전지 모듈(10)을 전지 작동온도까지 빠르게 승온시킬 수 있다.
이와 같이, 보조 히팅 기능을 수행하는 라인 히터는 세퍼레이터 중 중앙 영역에 배치되는 유닛 스택과 마주하는 표면에 선택적으로 제공될 수 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈(10)은 케이스(40)를 포함할 수 있다.
케이스(40)는 복수개의 유닛 스택(20)과 세퍼레이터(30)를 수용하여 지지 및 고정시킬 수 있다. 케이스(40)는 하부 케이스(41), 상부 케이스(42), 면압조절부(43)를 포함할 수 있다.
하부 케이스(41)는 내부 공간을 가지며 복수개의 유닛 스택(20)과 세퍼레이터(30)를 내부에 수용할 수 있다. 하부 케이스(41)는 상부가 개방된 대략 사각형상의 박스형 구조를 가질 수 있다.
하부 케이스(41)의 내부 바닥면에는 유닛 스택(20)이 놓이는 위치를 안내하는 가이드판(41a)이 제공될 수 있다. 가이드판(41a)은 복수의 유닛 스택(20)의 배열 위치에 대응하여 배치될 수 있다. 가이드판(41a)은 비전도성 및 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
하부 케이스(41)의 하부 외측면에는 추후 설명하는 면압조절부(43)가 체결되는 돌출부(41b)를 구비할 수 있다.
상부 케이스(42)는 하부 케이스(41)의 내부 공간을 덮는 구조로 하부 케이스(41) 상에 결합될 수 있다. 상부 케이스(42)는 하부 케이스(41) 상에 놓여 복수의 유닛 스택(20) 각각에 면압을 가할 수 있다.
상부 케이스(42)는 복수의 유닛 스택(20) 각각에 가해지는 면압의 균일화를 위해 유닛 스택(20)과 마주하는 면에 밸런싱판(balancing plate)(42a)을 구비할 수 있다. 밸런싱판(42a)은 상부 케이스(42)와 유닛 스택(20) 사이에 개재되며, 각 유닛 스택(20)간의 높이 차이에 의해서 상부 케이스(42)로부터의 면압이 유닛 스택(20) 전체에 균일하게 가해지지 못하는 문제를 해결할 수 있다. 밸런싱판(42a)은 비전도성 및 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
하부 케이스(41)와 상부 케이스(42)는 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만 하부 케이스(41)와 상부 케이스(42)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 유닛 스택(20)에 면압을 가할 수 있도록 금속 이외 다른 견고한 재질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
면압조절부(43)는 하부 케이스(41)와 상부 케이스(42)를 관통하는 구조로 체결되어 유닛 스택(20)의 면압을 유지 및 조절할 수 있다.
면압조절부(43)는 상부 케이스(42)의 상부에서 상부 케이스(42)에 형성된 체결홀(42c)과 하부 케이스(41)의 돌출부(41b)에 형성된 체결홀(41c)에 삽입되는 체결볼트(43a)와, 하부 케이스(41)의 하부에서 체결볼트(43a)에 나사결합되는 체결너트(43b)와, 체결볼트(43a)와 상부 케이스(42) 사이에 개재되는 탄성체(43c)를 포함할 수 있다.
체결볼트(43a)는 상부 케이스(42)의 상부에서 상부 케이스(42)의 체결홀(42c)과 하부 케이스(41)의 체결홀(41c)을 일체로 관통하여 삽입될 수 있으며, 체결너트(43b)는 하부 케이스(41)의 하부로 돌출된 체결볼트(43a)의 단부에 나사결합되어 상부 케이스(42)와 하부 케이스(41)를 체결시킬 수 있다.
탄성체(43c)는 체결볼트(43a)의 머리와 상부 케이스(42) 사이에 배치되며, 체결볼트(43a)와 체결너트(43b)가 조여짐에 따라서 탄성력을 발생시켜 상부 케이스(42)가 유닛 스택(20)을 가압하도록 할 수 있다. 탄성체(43c)는, 예를 들어 탄성스프링일 수 있다.
작업자는 체결볼트(43a)와 체결너트(43b)를 조이거나 푸는 것을 통해서 탄성체(43c)의 탄성력을 조절하여 유닛 스택(20)의 면압을 조절 및 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 케이스(40)에는 내부의 온도관리를 위한 송풍팬(44)이 장착될 수 있다. 송풍팬(44)은 하부 케이스(41)의 일면에 형성된 관통홀(41d)을 덮는 형태로 해당 일면의 외측에 장착될 수 있다.
송풍팬(44)은 하부 케이스(41) 내부에 강제대류를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 충방전 동작에 따라서 케이스(40) 내부의 온도가 상승하는 등의 온도변화가 발생하는 경우, 송풍팬(44)은 강제대류를 일으켜 내부 유동 흐름을 통한 온도관리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 송풍팬(44)은 케이스(40) 내부의 가열된 공기를 관통홀(41d)을 통해 외부로 방출하거나, 외부의 공기가 내부로 유입되도록 하여 나트륨 이차전지 모듈(10)에 대한 온도관리를 수행할 수 있다.
특히, 케이스(40) 내부에서 복수의 유닛 스택(20)간의 공간을 분리하도록 설치된 세퍼레이터(30)에 의해 내부 유동 흐름이 막히거나 원활하지 않을 수 있겠으나, 본 발명에서는 세퍼레이터(30)에 형성된 복수의 통기 구멍(31)과 복수의 통기 슬릿(32)이 분리된 유닛 스택(20)간의 공간을 부분적으로 연결시키는 구조를 가지기 때문에 통기성을 확보할 수 있어서 강제대류 능력이 감소하지 않고 원활한 내부 유동 흐름을 유지시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈(10)은 배선부(50)를 포함할 수 있다.
배선부(50)는 케이스(40)와 세퍼레이터(30)에 구비되어 복수의 유닛 스택(20)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 배선부(50)는 케이스(40)와 세퍼레이터(30)의 표면에 접합되거나 코팅되어 제공될 수 있다.
배선부(50)는 하부 케이스(41)와 상부 케이스(42)의 내측 표면에 제공되는 배선(51)과, 상부 케이스(42)와 하부 케이스(41)가 접합시 상부 케이스(42)에 제공되는 배선(51)과 하부 케이스(41)에 제공되는 배선(51)을 접속시키는 커넥터(52)를 포함할 수 있다.
배선(51)은 상부 케이스(42)의 표면에서 밸런싱판(42a)을 관통하여 노출될 수 있으며, 상부 케이스(42)가 유닛 스택(20)을 가압 시 유닛 스택(20)의 최상부에 배치되는 유닛 셀(1)과 접속할 수 있다.
또한, 배선(51)은 하부 케이스(41)의 측벽을 따라서 바닥면까지 연장되어 가이드판(41a)을 관통하여 노출되거나 일부가 바닥에서 가이드판(41a)을 관통하여 노출될 수 있으며, 유닛 스택(20)이 가이드판(41a)에 놓여짐에 따라서 유닛 스택(20)의 최하부에 배치되는 유닛 셀(1)과 접속할 수 있다.
또한, 배선(51)은 세퍼레이터(30)의 표면에서 세퍼레이터(30)의 높이방향을 따라서 연장되는 구조로 제공될 수 있다.
커넥터(52)는 상부 케이스(42)와 하부 케이스(41)가 상호 접합하는 위치 및 세퍼레이터(30)의 위치에 대응하여 각각 제공될 수 있다. 예를 들어, 하부 케이스(41)의 상부 내측면과 상부 케이스(42)의 가장자리 내측면에 제공되어 상부 케이스(42)가 하부 케이스(41) 상에 놓여지는 경우 상호 결속되는 구조로 제공될 수 있다. 또한, 하부 케이스(41)의 바닥면 중 세퍼레이터(30)가 놓이는 위치와 상부 케이스(42)의 표면 중 세퍼레이터(30)와 접하는 위치에 각각 제공되어 세퍼레이터(30)와 각각 결속되는 구조로 제공될 수 있다.
도면에서와 같이 배선부(50)는 유닛 스택(20)의 최상부에 배치된 유닛 셀(1)을 인접한 다른 유닛 스택(20)의 최하부에 배치된 유닛 셀(1)과 접속시키는 배선구조를 가질 수 있다. 따라서, 복수의 유닛 스택(20)은 배선부(50)에 의해 직렬연결될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 미리 배선부(50)가 케이스(40)와 세퍼레이터(30)의 표면에 접합 또는 코팅을 통해 설치된 상태에서, 복수의 유닛 스택(20)을 배치시키고 상부 케이스(42)를 하부 케이스(41) 상에 접합시키는 것으로 간단히 복수의 유닛 스택(20)이 자동적으로 연결되도록 하는 배선구조를 구현할 수 있다. 따라서, 종래의 와이어를 사용하여 납땜을 통해 연결시키는 방식에서 단락/합선 등이 발생하는 문제를 해결할 수 있고, 모듈 제조 공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 평판형 나트륨 이차전지 모듈을 설명한다. 도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 예시적 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 8 및 도 9에서 개시하는 실시예에 따른 평판형 나트륨 이차전지 모듈(10)은 도 1 내지 도 7에서 개시하는 실시예에 따른 나트륨 이차전지 모듈(10)과 구성 및 구조가 실질적으로 동일하다. 다만, 세퍼레이터(30)가 생략되고 대신에 스태킹 가이드(70)를 구비하는 점에서 차이가 있으므로 이하에서는 스태킹 가이드(70)를 위주로 설명한다.
도면을 참조하면, 스태킹 가이드(70)는 복수개의 유닛 스택(20)이 서로 이격되어 열과 행으로 배열된 상태에서 유닛 스택(20) 사이의 공간에 개재될 수 있다.
스태킹 가이드(70)는 케이스(40) 내에 놓이는 유닛 스택(20)을 분리하여 지지할 수 있다. 즉, 스태킹 가이드(70)는 하부 케이스(41) 내에 복수의 유닛 스택(20)을 배치한 후 상부 케이스(42)를 덮을때까지 복수의 유닛 스택(20)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 외부 충격에 의해 유닛 스택(20)의 위치가 어긋나거나, 인접한 다른 유닛 스택(20)과 접촉하거나, 넘어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스태킹 가이드(70)는 유닛 스택(20)이 놓이는 위치를 안내하는 역할을 할 수도 있다.
일 실시예에서, 스태킹 가이드(70)는 유닛 스택(20)과 나란히 케이스(40)의 하부에서 상부를 향해 연장되는 기둥 형태의 구조를 가질 수 있다.
도 8에서와 같이, 스태킹 가이드(70)는 단면이 삼각형, 사각형 등의 다각형상을 가질 수 있다. 또한, 도 9에서와 같이 단면이 반원, 원형상인 구조를 가지는 것도 가능하다.
스태킹 가이드(70)는 도 8에서와 같이 각 유닛 스택(20)과 소정 간격으로 이격되는 구조로 제공될 수 있다. 또한, 도 9에서와 같이 각 유닛 스택(20)과 접촉하는 구조로도 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 스테킹 가이드(70)는 비전도성 재질로 이루어질 수 있다.
스태킹 가이드(70)는 케이스(40)의 내측벽에 제공되는 복수의 제1 가이드(71)와, 내측벽에서 케이스(40)의 안쪽 내부에 제공되는 복수의 제2 가이드(72)를 포함할 수 있다.
복수의 유닛 스택(20)이 이격되어 열과 행으로 배열됨에 따라 복수의 제1 가이드(71)와 제2 가이드(72)도 서로 이격되어 열과 행으로 배열될 수 있다. 이와 같이, 복수의 스태킹 가이드(70)가 이격되어 배열됨으로써 스태킹 가이드(70) 사이의 공간을 통해 강제대류에 의한 내부 유동 흐름이 원활히 이루어지도록 하여 온도관리를 위한 통기성을 확보할 수 있다.
한편, 복수의 제2 가이드(72)는 내부에 봉 히터(61)를 구비할 수 있다. 봉 히터는 전류가 흐르는 전열선을 통해 열을 발생시키는 전열 히터를 포함할 수 있다.
봉 히터(61)는 세퍼레이터(30)에 제공되는 라인 히터(60)와 마찬가지로 케이스(40) 외곽에 배치되는 히터(미도시)의 영향이 가장 적은 안쪽에 배치된 유닛 스택(20)을 승온시키기 위한 보조 히팅 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 나트륨 이차전지 모듈(10)을 전지 작동온도까지 빠르게 승온시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1... 유닛 셀
10... 나트륨 이차전지 모듈
20... 유닛 스택
30... 세퍼레이터
40... 케이스
50... 배선부
60... 라인 히터
61... 봉 히터
70... 스태킹 가이드

Claims (14)

  1. 평판 형태의 고체전해질 및 상기 고체전해질의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품과 음극부품을 상부캡과 하부캡으로 밀봉한 유닛 셀이 복수개 적층되어 이루어지는 유닛 스택;
    복수개의 상기 유닛 스택이 열과 행으로 배열된 상태에서 각 유닛 스택 사이에 개재되어 상기 유닛 스택간의 공간을 분리하는 세퍼레이터; 및
    복수개의 상기 유닛 스택과 상기 세퍼레이터를 수용하는 케이스;
    를 포함하고,
    상기 케이스는 내부 공간을 가지며 복수개의 상기 유닛 스택과 상기 세퍼레이터를 내부에 수용하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 복수의 상기 유닛 스택 각각에 면압을 가하는 상부 케이스와, 상기 하부 케이스와 상부 케이스를 관통하는 구조로 체결되어 상기 유닛 스택의 면압을 유지 및 조절하는 면압조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 복수의 통기 구멍과 복수의 통기 슬릿을 구비하고,
    상기 복수의 통기 구멍과 복수의 통기 슬릿은 상기 분리된 유닛 스택간의 공간을 부분적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 격자형상의 배치구조를 갖도록 복수개가 직교하여 배열되며, 각 세퍼레이터가 상호 직교하는 위치에 상기 통기 슬릿이 상호 교차하여 중첩되는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 단열재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 유닛 스택과 마주하는 표면에 라인 히터(line heater)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 복수의 상기 유닛 스택 각각에 가해지는 면압의 균일화를 위해 상기 유닛 스택과 마주하는 면에 밸런싱판을 구비하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 하부 케이스의 일면에 형성된 관통홀에 장착되어 상기 하부 케이스 내부에 강제대류를 일으키는 송풍팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 면압조절부는 상기 상부 케이스의 상부에서 상기 상부 케이스에 형성된 체결홀과 상기 하부 케이스의 돌출부에 형성된 체결홀에 삽입되는 체결볼트와, 상기 하부 케이스의 하부에서 상기 체결볼트에 나사결합되는 체결너트와, 상기 체결볼트와 상기 상부 케이스 사이에 개재되는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 세퍼레이터에 구비되어 복수의 상기 유닛 스택을 전기적으로 연결시키는 배선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배선부는 상기 케이스와 상기 세퍼레이터에 접합되거나 코팅되어 제공되는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  12. 평판 형태의 고체전해질 및 상기 고체전해질의 양면에 각각 배치되는 평판 형태의 양극부품과 음극부품을 상부캡과 하부캡으로 밀봉한 유닛 셀이 복수개 적층되어 이루어지는 유닛 스택;
    복수개의 상기 유닛 스택이 이격되어 열과 행으로 배열된 상태에서 상기 유닛 스택 사이의 공간에 개재되어 상기 유닛 스택을 지지하는 스태킹 가이드; 및
    상기 유닛 스택과 상기 스태킹 가이드를 수용하는 케이스;
    를 포함하고,
    상기 케이스는 내부 공간을 가지며 복수개의 상기 유닛 스택과 상기 스태킹 가이드를 내부에 수용하는 하부 케이스와, 상기 하부 케이스를 덮어 복수의 상기 유닛 스택 각각에 면압을 가하는 상부 케이스와, 상기 하부 케이스와 상부 케이를 관통하는 구조로 체결되어 상기 유닛 스택의 면압을 유지 및 조절하는 면압조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스태킹 가이드는 상기 케이스의 하부에서 상부를 향해 연장되는 기둥 형태의 구조를 가지며,
    상기 케이스의 내측벽에 제공되는 복수의 제1 가이드와 상기 내측벽에서 상기 케이스의 안쪽 내부에 제공되는 복수의 제2 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제2 가이드는 내부에 봉 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 나트륨 이차전지 모듈.
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