KR20050123483A - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 전지의 효율적인 배치를 통해 온도 제어 효과가 우수하면서도 전지 모듈의 크기를 최소화할 수 있도록, 일정간격으로 배열되는 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 공기가 유통되는 하우징을 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 단위 전지는 단자가 서로 마주보도록 배치된 적어도 두 개의 전지 열로 나뉘어져 중앙구조물을 사이에 두고 양측에 설치되는 구조의 전지 모듈을 제공한다.

Description

전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성함에 있어서, 단위 전지의 배열 구조를 개선하여 전체적인 부피를 최소화한 전지 모듈에 관한 것이다.
최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 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.
이와 같이 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 격리판을 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.
그리고 각각의 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결 설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 단위 전지들로부터 발생되는 열을 방열시키기 위한 냉각구조와 안전수단 그리고 시스템 회로 등이 구비되어 전지 모듈의 부피가 커지는 문제점이 있다.
이에 따라 전지 모듈을 구성하는 단위 전지의 간격을 줄여 전지 모듈의 크기를 줄일 수 있으나, 이 경우 단위 전지에서 발생되는 열을 방열시키기 힘든 문제가 발생된다.
즉, 전지 모듈을 설계함에 있어서, 부피를 최소화해야 함은 물론 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 상기 특성은 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.
전지 모듈의 부피가 커지는 경우 전지 모듈 자체의 무게가 늘어날 뿐 아니라 전지 모듈이 탑재되는 기기 특히 HEV 차량의 경우 설계가 곤란해지게 된다.
또한, 열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 예컨대, 각 단위전지에서 발생되는 열은 전지모듈의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 상기 전지모듈이 적용된 기기의 오작동을 발생시키게 된다.
따라서 HEV용과 같이 대용량이 요구되는 이차 전지의 경우 전지 모듈의 크기를 최소화하면서 방열 특성을 향상시킬 수 있도록 된 전지 모듈의 개발이 절실한 실정이다.
따라서 본 발명은 상기한 제반 필요성을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지의 효율적인 배치를 통해 온도 제어 효과가 우수하면서도 전지 모듈의 크기를 최소화할 수 있도록 된 전지 모듈을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단위 전지에 설치된 단자가 마주보도록 단위 전지가 배치됨을 그 요지로 한다.
이를 위해 본 발명은 일정간격으로 배열되는 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 공기가 유통되는 하우징을 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 단위 전지는 단자가 서로 마주보도록 배치된 적어도 두 개의 열로 나뉘어져 중앙구조물을 사이에 두고 양측에 설치되는 구조로 되어 있다.
여기서 상기 중앙구조물은 내부가 빈 구조로 양 측면에 각 단위 전지가 기밀을 유지한 상태로 결합된다.
또한, 상기 중앙구조물 내에는 각 단자를 전기적으로 연결시키는 단자간 연결회로와 센서가 위치한다.
또한, 상기 중앙구조물은 각 단위 전지에 설치되어 가스를 방출하는 안전밸브와 연통된 구조로 되어 있다.
또한, 상기 중앙구조물의 일측에는 중앙구조물 내부로 배출된 단위 전지의 가스를 방출시키기 위한 방출구가 더욱 형성된다.
이에 따라 두 열의 단위 전지에서 필요로 하는 단자간 연결회로와 센서 및 단위 전지에서 방출되는 가스의 방출로가 각 열 사이에 위치한 중앙구조물 내에 위치하게 되어 하나의 중앙구조물을 통해 각 열에서 필요로 하는 요소들을 공유시킬 수 있게 되는 것이다.
여기서 상기 각 열의 단위 전지와 단위 전지 사이에는 단위 전지 사이의 간격을 유지하고 냉각용 공기를 유통시키기 위한 전지격벽이 더욱 포함된다.
또한, 상기 하우징은 상부에 냉각용 공기 유입구가 형성되고 전지격벽을 통과한 공기가 배출되도록 하부에 배출구가 형성된다.
여기서 상기 전지 모듈은 HEV용인 전지 모듈일 수 있다.
또한, 상기 단위 전지는 원통형 또는 각형으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 평단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 측단면도이다.
상기한 도면을 참조하여 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 단위 전력을 생산하는 다수개의 단위 전지(12)와, 상기 단위 전지(12)가 일정간격을 두고 배열되어 이루어지는 전지 열(11)에 설치되어 단위 전지(12)간 연결회로 및 센서와 단위 전지에서 발생되는 가스가 지나는 통로가 구비된 중앙구조물(13), 상기 전지 열(11) 및 중앙구조물(13)이 장착되는 하우징(14)을 포함한다.
이하 설명에서 상기 전지 열(11)은 전지가 일정간격으로 배치되어 하나의 열을 이룬 구조를 의미하는 것으로 정의한다.
본 실시예에서는 상기 전지 열(11)이 한쌍으로 이루어지며 중앙구조물(13)을 기준으로 양측에 배치됨으로써 그 부피를 최소화할 수 있는 데, 이에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.
상기 하우징(14)은 상단 일측면에 단위 전지(12)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어용 공기가 유입되는 유입구(16)가 형성되고 반대쪽 측면 하단에는 단위 전지(12)를 거친 공기가 배출되는 배출구(17)가 형성된 구조로 되어 있다.
여기서 상기 하우징(14)의 구조와 유입구(16) 및 배출구(17)의 위치 및 하우징(14) 내부에서의 단위 전지의 배열 구조에 대해서는 상기 구조를 만족하는 한 특별히 한정되지 않는다.
본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(14)의 상단과 반대쪽 하단에 유입구(16)와 배출구(17)가 형성된 구조에 대해 설명한다.
그리고 상기 단위 전지(12)와 단위 전지(12) 사이에는 수직방향으로 공기 통로가 형성된 전지격벽(15)이 설치되어 단위 전지(12) 사이의 간격을 유지시키게 된다.
이에 따라 하우징(14) 상부의 유입구(16)를 통해 들어온 공기는 상기 전지격벽(15)을 통과하여 하우징(14) 하부로 유통되고 상기 유입구와는 반대방향에 형성된 하우징(14) 하부의 배출구(17)를 통해 빠져나가게 된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전지 열(11)의 가장 외측에 위치한 전지격벽(15) 외측에는 적층되어 있는 전지격벽(15)과 단위 전지(12)를 일정 압력으로 조여 체결하기 위한 체결판(20)이 위치하고, 각 체결판(20)은 체결판에 형성된 홀을 통해 삽입되는 볼트(21)와 너트(22)를 매개로 체결고정되며, 상기 볼트(21)는 전지 열(11)의 중앙에 위치한 상기 중앙구조물(13)을 관통하는 구조로 되어 있다.
본 실시예에서는 두 개의 볼트(21)가 체결판(20)을 관통하고 선단에 너트(22)가 체결됨으로써 단위 전지(12)와 전지격벽(15)이 체결판(20)에 의해 조여지도록 되어 있다.
한편, 본 실시예에 따라 상기 하우징(14) 내에서 상기 단위전지(12)가 배열된 상태를 살펴보면, 일 전지 열(11)에서 단위 전지(12)는 단자(18)가 설치된 캡 조립체가 중앙구조물(13)을 향하도록 놓여져 상기 중앙구조물(13)의 양 측면을 따라 전지격벽(15)을 사이에 두고 연속적으로 배치된 구조로 되어 있다.
즉, 하우징(14) 내측 중앙에는 중앙구조물(13)이 위치하며, 이 중앙구조물(13)의 양측면을 따라 전지 열(11)이 배치되며 각 전지 열(11) 내의 단위 전지(12)는 단자(18)가 중앙구조물(13)을 향하는 상태로 배열 설치된다.
이에 따라 단위 전지(12)는 중앙구조물(13)을 기준으로 두 개의 전지 열(11)을 이루게 되며, 각 전지 열(11)의 단위전지는 캡 조립체에 설치된 단자(18)가 중앙구조물(13) 내에서 서로 마주보게 된다.
또한, 상기 각 단위 전지(12)는 중앙구조물(13)에 기밀을 유지한 상태로 결합되며 단위 전지(12)의 캡 조립체에 설치된 각 단자(18)가 상기 중앙구조물(13) 내측으로 연장되며, 캡 조립체에 설치되는 안전밸브(19) 또한 상기 중앙구조물(13)과 연통된 구조로 되어 있다.
이와같이 하나의 중앙구조물(13)이 두 개의 전지 열(11) 사이에 배치되어 각 전지 열(11)이 하나의 중앙구조물(13)을 공유하게 된다.
여기서 상기 중앙구조물(13)은 내부가 빈 사각 박스형태의 구조물로, 내부에는 각 단위 전지(12)의 단자(18)를 전기적으로 연결하는 연결회로(도시되지 않음) 및 센서(도시되지 않음)가 구비되며, 중앙구조물(13) 자체가 하나의 통로역할을 하여 각 단위 전지(12)의 안전밸브(19)가 개방되었을 경우 단위전지로부터 방출된 가스가 중앙구조물(13)을 따라 흘러나갈 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 중앙구조물(13)의 일측 선단에는 방출구(23)가 형성되어 별도의 호스 등으로 연결됨으로써 중앙구조물(13)로 흘러나온 가스를 방출구(23)와 호스를 통해 원하는 곳 예컨대 상기 전지 모듈(10)이 차량에 장착된 경우에는 차 외부로 방출시킬 수 있게 된다.
이와같이 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 하나의 중앙구조물(13)을 단위 전지(12)에 의해 만들어지는 두 개의 전지 열(11)이 공유함으로써, 아래 표 1에서 보는 바와 같이 각 전지 열(11)에 대해 단자(18) 연결회로 및 센서와 가스 방출로를 갖춘 구조물을 별도로 구비하는 경우와 비교하여 전지 모듈의 부피를 줄일 수 있게 되는 것이다.
[표 1]
방식 공기 유통방식 부피(㎥)
상부 구조물 좌우 유통 10.42
외측 구조물 상하 유통 10.34
본실시예(중앙 구조물) 상하 유통 8.89
상기 표 1에서 상부 구조물 방식은 두 개의 전지 열이 평행하게 배열되고 단자 연결회로와 센서 및 가스 통로가 갖춰진 구조물이 전체 전지 열 상부를 덮는 구조이며, 외측 구조물 방식은 두 개의 전지 열이 평행하게 배열되고 각 열의 단위 전지의 단자가 외측을 향하도록 배치되어 단자 연결회로와 센서 및 가스 통로가 갖춰진 구조물이 각 전지 열의 외측에 설치된 구조이다.
이와같이 두 개의 전지 열이 구비된 전지 모듈에 있어서 상부구조물 방식 및 외측 구조물 방식과 비교하여 본 실시예와 같이 두 개의 전지 열(11)이 하나의 중앙구조물(13)을 공유하는 방식의 경우 전지 모듈의 부피를 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
상기한 본 발명의 전지 모듈은, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 전지 모듈을 이루는 단위 전지(12)의 배열 구조를 개선함으로써 전지 모듈의 부피를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 전지 모듈 내에서 단위 전지(12)의 연결과 가스방출을 위한 구조물을 최대한 공유시킴으로써 전지 모듈의 구조를 단순화시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 평단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 측단면도이다.

Claims (10)

  1. 일정간격으로 배열되는 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 공기가 유통되는 하우징을 포함하는 전지 모듈에 있어서,
    상기 단위 전지는 단자가 서로 마주보도록 배치된 적어도 두 개의 전지 열로 나뉘어져 중앙구조물을 사이에 두고 양측에 설치되는 구조의 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙구조물은 양 측면에 각 단위 전지가 기밀을 유지한 상태로 결합되는 전지 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중앙구조물 내에 각 단자를 전기적으로 연결시키는 단자간 연결회로가 구비되는 전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 중앙구조물은 각 단위 전지에 설치되는 안전밸브와 연통된 구조의 전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙구조물의 일측에 중앙구조물 내부로 배출된 단위 전지의 가스를 방출시키기 위한 방출구가 형성되는 전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지 사이에 단위 전지 사이의 간격을 유지하고 냉각용 공기를 유통시키기 위한 전지격벽이 설치되는 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상부에 냉각용 공기 유입구가 형성되고 하부에 배출구가 형성되어 공기가 단위 전지를 상하방향으로 통과하는 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 열의 외측에 위치하는 체결판과, 상기 중앙구조물을 관통하여 상기 체결판을 고정시키는 볼트와 너트를 포함하여 각 단위 전지를 체결고정하도록 된 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 각형으로 이루어진 전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 HEV용인 전지 모듈.
KR1020040048156A 2004-06-25 2004-06-25 전지 모듈 KR100612305B1 (ko)

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