KR20060059452A

KR20060059452A - 전지 모듈

Info

Publication number: KR20060059452A
Application number: KR1020040098550A
Authority: KR
Inventors: 이건구; 전윤철; 김태용
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-02
Also published as: CN100449861C; KR100669410B1; CN1783576A

Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈은, 다수의 단위 전지를 일정 간격으로 배열하여 이루어지는 단위 전지 집합체와, 이 단위 전지 집합체를 내장시키고, 상기 각 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 공기를 유통시키는 하우징과, 상기 단위 전지 집합체에 근접하도록 상기 하우징에 고정 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 제1 공기 분산판과, 상기 제1 공기 분산판에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 적어도 하나의 제2 공기 분산판을 포함하여 구성된다.

전지모듈, 단위전지, 단위전지집합체, 하우징, 유입부, 유출부, 공기유량조절유니트, 공기분산판, 노즐공, 슬라이딩, 회동, 크기, 단면적

Description

전지 모듈 {SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 측단면 구성도이다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시한 공기 유량 조절유니트의 예를 나타내 보인 평면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 단위 전지 집합체 구성을 개략적으로 도시한 평면 구성도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 공기 유량 조절유니트를 도시한 평면 구성도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈의 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(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.

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.

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 연결설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출 할 수 있어야 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 예컨대, 각 단위전지에서 발생되는 열은 전지모듈의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 상기 전지모듈이 적용된 기기의 오작동을 발생시키게 된다.

특히, 차량용으로 사용되는 HEV용 전지 모듈의 경우 대전류로 충방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지의 고유 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다.

또한, 전지 내부의 화학적인 반응으로 인하여 전지의 내부 압력이 상승되고 이에 따라 전지의 형상이 변하여 전지 고유특성에 나쁜 영향을 주게 된다. 특히 각형의 이차 전지와 같이 폭과 길이의 비율이 큰 경우에는 상기 위험이 더욱 커지게 된다.

이에 따라 통상 다수개의 이차 전지가 내장되는 전지 모듈, 특히 각형의 이차전지로 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지와 단위 전지 사이에 전지격벽을 설치함으로써 단위 전지간의 냉각용 공기 유통을 위한 간격을 확보하고, 이들 단위 전지를 하우징에 내장시켜 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 냉각 공기를 하우징의 내부에 제공하여 상기 냉각 공기를 전지 격벽을 통해 유통시킴으로써 각각의 단위 전지에서 발생되는 열을 냉각시킨다.

그런데 상기 종래의 냉각방식의 경우, 하우징의 공기 유입 구조, 전지 모듈 의 구동 조건, 공기의 유량 조건, 또는 기후 조건에 의하여 각 단위 전지 사이로 유통되는 냉각 공기의 유량이 일정하지 않아 각각의 단위 전지 간에 온도 편차가 발생하게 된다. 이에 따라 종래의 전지 모듈은 각 단위 전지에서 발생되는 열이 고르게 방열되지 않아 결과적으로 충,방전 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 그 목적은 다수의 단위 전지들 사이로 일정한 유량의 공기를 원활하게 유통시킬 수 있는 구조의 전지 모듈을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전지 모듈은, 다수의 단위 전지를 일정 간격으로 배열하여 이루어지는 단위 전지 집합체와, 이 단위 전지 집합체를 내장시키고, 상기 각 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 공기를 유통시키는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 상기 각 단위 전지 사이로 유통되는 공기량을 조절하는 공기 유량 조절유니트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 단위 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 이들 단위 전지를 이격시키는 전지 격벽을 포함하며, 이 전지 격벽에 상기 온도 제어용 공기를 통과시키는 유통로를 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 공기 유량 조절유니트는, 상기 공기를 통과시키는 다수의 구멍을 형성하고, 이 구멍의 크기를 조절하여 상기 각 단위 전지 사이의 유통로에 일정한 유량의 온도 제어용 공기를 제공하는 구조로 되어 있다.

아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 다수의 단위 전지를 일정 간격으로 배열하여 이루어지는 단위 전지 집합체와, 이 단위 전지 집합체를 내장시키고, 상기 각 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 공기를 유통시키는 하우징과, 상기 단위 전지 집합체에 근접하도록 상기 하우징에 고정 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 제1 공기 분산판과, 상기 제1 공기 분산판에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 적어도 하나의 제2 공기 분산판을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 온도 제어용 공기를 상기 단위 전지 집합체로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 각 단위 전지를 거친 공기를 배출시키기 위한 유출부를 포함하며, 상기 온도 제어용 공기의 유입 방향과 유출 방향이 서로 동일한 구조로 되어 있다.

또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 유입부는 상기 단위 전지 집합체에 대하여 상기 공기의 유동 단면적이 점차 확장되는 형태로 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기 유입부를 통해 유입되는 공기의 유속이 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 구조로 되어 있다.

그리고 본 발명에 따른 전지 모듈은, 상기 각 단위 전지가 각형으로 이루어지고, 그에 따라 상기 제1,2 공기 분산판이 사각형으로 이루어지는 구조로 되어 있다. 이 경우 본 발명에 따른 전지 모듈은, 상기 제2 공기 분산판이 상기 제1 공기 분산판에 겹쳐진 형태로 배치되어 상기 제1 공기 분산판의 폭 또는 길이 방향으로 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 구조로 되어 있다.

또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 하우징은 상기 제2 공기 분산판의 이동을 가이드 하기 위한 가이드부재를 구비할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 제1,2 공기 분산판은 상기 유입부를 통해 유입되는 공기를 통과시키는 다수의 노즐공을 형성하고 있다. 이 경우 상기 노즐공들은 상기 공기의 유입 중심부에서 외측으로 갈수록 단면적이 점차 커지는 형태를 취하고 있다. 즉, 상기 노즐공들은 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지는 형태를 취하고 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 전지 모듈은, 상기 제2 공기 분산판의 이동에 의하여 상기 각 노즐공의 크기가 가변되는 구조로 되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 상기 각 단위 전지가 원통형으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 상기 단위 전지 집합체는 상기 단위 전지들을 패키징하는 원형의 패키지부를 포함한다. 그리고 상기 제1,2 공기 분산판은 상기 패키지부에 상응하는 원형으로 이루어지며, 상기 제2 공기 분산판이 상기 제1 공기 분산판에 겹쳐진 형태로 배치되어 상기 제1 공기 분산판의 원주 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 구조로 되어 있다.

또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 있어서, 상기 제1,2 공기 분산판은 상기 유입부를 통해 유입되는 공기를 통과시키는 다수의 노즐공을 형성하고, 상기 노즐공들이 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지는 구조로 되어 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 외관을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 측단면 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 대용량의 전지 모듈로서, 일정 간격 이격되게 연속 배치되는 다수의 단위 전지(11)를 포함한다.

상기 각각의 단위 전지(11)는 격리판을 사이에 두고 이의 양측에 양극판과 음극판이 배치되는 전극 조립체를 구비하여, 기설정된 양의 전력을 충,방전시키는 통상적인 구조의 이차전지로 구성될 수 있다.

본 실시예에서 상기 각각의 단위 전지(11)들은 대략 사각형(본 실시예에서는 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 갖는 가로 폭이 넓은 직사각형)의 형상으로 외형을 이룬다.

이러한 각각의 단위 전지(11) 사이 및 최외측의 단위 전지(11)에는 이들 단위 전지의 간격을 일정하게 유지하고, 각 단위 전지(11)의 측면을 지지하기 위한 전지 격벽(15)을 설치하고 있다.

상기 각각의 전지 격벽(15)에는 이들 단위 전지(11) 사이로 온도 제어용 공기 즉, 단위 전지(11)의 온도를 제어하기 위한 비교적 낮은 온도의 냉각 공기를 유통시키기 위한 유통로(17)를 형성하고 있다. 이 때 상기 각각의 유통로(17)는 바람직하게, 일정한 단면적을 가지면서 전지 격벽(15)에 대하여 단위 전지(11)의 높이 방향으로 관통 형성되는 적어도 하나의 구멍 형태로 이루어진다.

따라서 본 실시예에 의한 전지 모듈(100)은 상기한 전지 격벽(15)에 의하여 다수의 단위 전지(11)가 일정 간격 이격되게 연속 배치되어 전체 외형이 육면체 형태로 이루어지고, 이들 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 온도 제어용 공기를 유통시킬 수 있는 구조의 단위 전지 집합체(13)를 형성할 수 있다.

이와 같은 전지 모듈(100)에, 상기 단위 전지(11)와 전지격벽(15)이 배열되어 장착되는 하우징(30)이 제공되는 바, 이 하우징(30)은 상기한 단위 전지 집합체(13)를 장착함은 물론 상기 단위 전지(11)들 사이의 유통로(17)로 온도 제어용 공기를 유통시켜 각각의 단위 전지(11)에서 발생되는 열을 냉각시키는 이른바 냉각장치로서의 기능을 하게 된다.

이 하우징(30)은 언급한 바와 같은 구조의 단위 전지 집합체(13)를 내장시키기 위한 장착부(32)와, 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)를 통해 온도 제어용 공기를 유통시키기 위한 유출입수단을 구비하고 있다.

상기 장착부(32)는 단위 전지 집합체(13)를 수용하면서 이 단위 전지 집합체(13)를 고정시키기 위한 수용 공간을 형성하며, 이의 외관이 단위 전지 집합체(13) 의 전체 외형에 상응하는 구조로 되어 있다.

그리고 상기 유출입수단은 온도 제어용 공기를 장착부(32) 내부로 유입시키고, 각각의 단위 전지(11)를 거친 상기 공기를 하우징(30) 외부로 배출시키는 구조로 이루어진다.

이러한 유출입수단은 장착부(32)의 상단에 설치되어 온도 제어용 공기를 이 장착부(32)의 내부로 유입시키기 위한 유입부(34)와, 상기 장착부(32)의 유입부(34) 반대쪽에 설치되어 장착부(32) 내부의 각 단위 전지(11)를 거친 공기를 하우징(30) 외부로 배출시키기 위한 유출부(35)를 포함하여 구성된다.

상기 유입부(34)는 냉매 공급부(38)로부터 공급되는 온도 제어용 공기를 유통로(17)의 높이 방향으로 유입시키기 위한 유입구(34a)를 형성하고 있다. 이 때 상기 유입부(34)는 유입구(34a)에서 장착부(32)로 갈수록 상기 공기의 유동 면적이 점차 확장되는 형태로 이루어진다. 부연 설명하면, 상기 유입부(34)는 유입구(34a)에서 단위 전지 집합체(13) 쪽으로 갈수록 단면적이 점차 커지는 덕트(duct) 형태를 취하고 있다. 이에 따라 상기 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기는 이 공기의 유입 중심부에서 외측으로 갈수록 유속이 점차 작아지게 된다. 다시 말하면, 상기 유입부(34)는 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 유입되는 공기의 유속이 점차 작아지는 구조로 되어 있다.

그리고 상기 유출부(35)는 장착부(32)의 내부에서 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)를 거친 공기를 이 유통로(17)의 높이 방향 즉, 유입구(34a)를 통해 유 입되는 공기의 유입 방향과 동일한 방향으로 배출시키기 위한 유출구(35a)를 형성하고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전지 모듈(100)에 의하면, 언급한 바 있듯이 상기 유통로(17)의 단면적이 일정하고 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기의 유속이 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 구조로 되어 있기 때문에, 유체 역학의 연속 방정식에 의하여 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)를 통과하는 공기의 양이 점차 작아지게 된다. 따라서 단위 전지 집합체(13)에 대하여 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)를 통과하는 공기의 양이 일정하지 않으므로, 상기 단위 전지 집합체(13)의 전 영역에 대해 균일한 온도 분포를 유지시키지 못하게 되는 결과를 초래한다.

이에, 본 발명의 전지 모듈(100)은 하우징(30) 내에 설치되어 상기 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 유통되는 공기량을 조절하는 공기 유량 조절유니트(40)를 제공한다.

이 공기 유량 조절유니트(40)는 유입구(34a)를 통해 유입되는 상기 공기를 통과시키기 위한 다수의 구멍(뒤에서 더욱 설명하는 노즐공을 의미한다.)을 형성하고, 이 구멍의 크기를 선택적으로 조절하여 상기 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 일정한 유량의 공기를 유통시키기 위한 것이다.

본 실시예에 의한 상기 공기 유량 조절유니트(40)를 더욱 구체적으로 설명하면, 이 공기 유량 조절유니트(40)는 유입부(34)에 설치되는 제1,2 공기 분산판(41, 42)을 구비한다.

도 2 내지 도 3c를 참고하면, 상기 제1 공기 분산판(41)은 단위 전지 집합체(13)의 전체 외형에 상응하는 사각형의 플레이트 형태로 이루어지며, 하우징(30)의 내부에서 상기 단위 전지 집합체(13)에 근접하도록 이 하우징(30)의 유입부(34)에 일체 또는 결합식으로 고정 설치된다.

상기 제1 공기 분산판(41)은 상기 각 단위 전지(11)의 위치에 따라 서로 다른 양의 공기를 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 분산시키는 이른바 디퓨저(diffuser)로서의 기능을 하게 된다. 즉, 상기 제1 공기 분산판(41)은 유입구(34a)를 통해 유입되는 온도 제어용 공기를 분산/배분하여, 궁극적으로 상기 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 일정한 유량의 공기를 제공하는 제1 공기 유도수단으로서의 기능을 하게 된다.

이러한 제1 공기 분산판(41)은 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기를 통과시키기 위한 다수의 제1 노즐공(43)을 구비하는 바, 본 실시예에서는 상기 제1 노즐공(43)들이 공기의 유입 중심 방향에 상응하는 부분에서 외측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형태를 취하고 있다. 이 때 상기 제1 노즐공(43)들은 원형 또는 타원형 또는 이 외의 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 도면에서와 같이 원형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

부연 설명하면, 상기 제1 공기 분산판(41)은 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기를 가로 막는 형태로 배치되며, 상기 제1 노즐공(43)들이 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형태를 취한다. 즉, 각 단위 전지(11) 사이에 전지 격벽(15)이 배치되어 단위 전지 집합체(13)가 구성된 상태에서, 이 단위 전지 집합체(13)의 최외측에 놓여져 있는 전지 격벽(15)의 유통로(17)에 상응하는 제1 노즐공(43)으로부터 중앙쪽 전지 격벽(15)의 유통로(17)에 상응하는 제1 노즐공(43) 쪽으로 갈수록 그 제1 노즐공(43)의 크기가 점차 작아지는 것을 확인할 수 있다. 여기서 상기 제1 노즐공(43)들은 각 유통로(17)에 상응하는 위치에 다수 형성되고, 일정한 간격으로 연속 또는 불규칙하게 배치되는 것이 바람직하며, 대안으로서 상기 각 유통로(17)에 상응하는 위치에 단일의 구멍으로 형성될 수도 있다. 그리고 상기 제1 공기 분산판(41)의 외측으로부터 중앙부 쪽으로 향하는 제1 노즐공(43) 간의 크기 차이는, 유체 역학의 연속 방정식을 고려할 때 각각의 제1 노즐공(43)을 통과하는 공기의 유량이 일정하도록, 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기의 서로 다른 유속 즉, 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 유속에 반비례하는 단면적을 가질 뿐, 어느 특정 값으로 특별히 한정되지 않는다.

그리고 본 실시예에 의한 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)에 상응하는 사각형의 플레이트 형태로 이루어지며, 제1 공기 분산판(41)에 겹쳐진 상태로 배치되어 이 제1 공기 분산판(41)에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 이 때 상기 제2 공기 분산판(42)은 도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 공기 분산판(41)의 길이 방향(A)을 따라 슬라이딩 되는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)의 폭과 동일한 폭을 가지면서 제1 공기 분산판(41) 보다 작은 길이를 갖도록 구비된다. 그리고 하우징(30)의 유입부(34)에는 도 2에 가상선으로 도시한 바와 같이, 제2 공기 분산판(42)의 슬라이딩을 실질적으로 가이드하기 위한 가이드부재(36)를 설치하고 있다. 이 때 상기 가이드부재(36)는 제2 공기 분산판(42)의 슬라이딩 방향, 바람직하게는 제1 공기 분산판(41)의 길이 방향(도 3a의 "A")을 따라 유입부(34)에 돌출 형성되는 돌기 형태로 이루어진다. 따라서 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)의 상면에 접촉된 상태로 이 가이드부재(36)에 가장자리 부분이 가이드되면서 상기 제1 공기 분산판(41)의 길이 방향(A)으로 왕복 슬라이딩 되게 된다.

대안으로서, 상기 제2 공기 분산판(42)은, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제1 공기 분산판(41)의 폭 방향(B)을 따라 슬라이딩되도록 구비될 수도 있다. 이를 위해 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)의 길이와 동일한 길이을 가지면서 제1 공기 분산판(41) 보다 작은 폭을 갖도록 구비된다. 그리고 도 3c에 가상선으로 도시한 바와 같이, 하우징(30)의 유입부(34)에는 제2 공기 분산판(42)의 슬라이딩을 실질적으로 가이드하기 위한 가이드부재(36)를 설치하고 있는 바, 이 가이드부재(36)는 제2 공기 분산판(42)의 슬라이딩 방향 즉, 제1 공기 분산판(41)의 폭 방향을 따라 유입부(34)에 돌출 형성되는 돌기 형태로 이루어진다. 따라서 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)의 상면에 접촉되면서 이 가이드부재(36)를 따라 상기 제1 공기 분산판(41)의 폭 방향(B)으로 슬라이딩 되게 된다.

상기와 같은 구조의 제2 공기 분산판(42)은 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 제1 공기 분산판(41)과 같이 각 단위 전지(11)의 위치에 따라 서로 다른 양의 공기를 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 분산시키는 이른바 디퓨저(diffuser)로서의 기능을 하게 된다. 즉, 상기 제2 공기 분산판(42)은 유입구(34a)를 통해 유입되는 온도 제어용 공기를 분산/배분하여, 궁극적으로 상기 각 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)로 일정한 유량의 공기를 제공하는 제2 공기 유도수단으로서의 기능을 하게 된다.

이러한 제2 공기 분산판(42)은 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기를 통과시키기 위한 다수의 제2 노즐공(44)을 구비하는 바, 본 실시예에서는 상기 제2 노즐공(44)들이 공기의 유입 중심 방향에 상응하는 부분에서 외측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형태를 취하고 있다. 이 때 상기 제2 노즐공(44)들은 원형 또는 타원형 또는 이 외의 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 도면에서와 같이 원형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

부연 설명하면, 상기 제2 공기 분산판(42)은 제2 노즐공(44)들이 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형태를 취한다. 즉, 단위 전지 집합체(13)의 최외측에 놓여져 있는 전지 격벽(15)의 유통로(17)에 상응하는 제2 노즐공(44)으로부터 중앙쪽 전지 격벽(15)의 유통로(17)에 상응하는 제2 노즐공(44) 쪽으로 갈수록 그 제2 노즐공(44)의 크기가 점차 작아지는 것을 확인할 수 있다. 여기서 상기 제2 노즐공(44)들은 각 유통로(17)에 상응하는 위치에 다수 형성되며, 제1 공기 분산판(41)의 제1 노즐공(43)에 상응하는 크기 및 개수로 이루어지고, 일정한 간격으로 연속 또는 불규칙하게 배치되는 것이 바람직하며, 대 안으로서 상기 각 유통로(17)에 상응하는 위치에 단일의 구멍으로 형성될 수도 있다. 그리고 상기 제2 공기 분산판(42)의 외측으로부터 중앙부 쪽으로 향하는 제2 노즐공(44) 간의 크기 차이는, 유체 역학의 연속 방정식을 고려할 때 각각의 제2 노즐공(44)을 통과하는 공기의 유량이 일정하도록, 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기의 서로 다른 유속 즉, 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 유속에 반비례하는 단면적을 가질 뿐, 어느 특정 값으로 특별히 한정되지 않는다.

이처럼 본 발명에 있어 상기 제1,2 공기 분산판(41, 42)을 슬라이딩 가능하게 설치하고 이들 제1,2 공기 분산판(41, 42)의 제1,2 노즐공(43, 44)의 크기를 상이하게 하도록 한 것은, 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 유입구(34a)를 통해 유입되는 공기의 유속이 점차 작아지는 유입부(34)를 구성함에 따라, 제1 공기 분산판(41, 42)에 대해 제2 공기 분산판(42)을 슬라이딩시켜 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 작아지는 상기 공기의 유속 변화에 상응하여 반비례하는 단면적을 갖도록 제1,2 노즐공(43, 44)들의 크기를 조절함으로써, 유체 역학의 연속 방정식에 의하여 이 제1,2 노즐공(43, 44)으로 일정한 유량의 공기를 통과시키기 위함이다. 즉, 단위 전지 집합체(13)의 중앙부 쪽으로 유입되는 공기의 유속이 대체적으로 크기 때문에 이에 상응하는 제1,2 노즐공(43, 44)의 단면적을 조절하고, 이 단위 전지 집합체(13)의 외측으로 갈수록 상기 공기의 유속이 점차적으로 작아지기 때문에 이에 상응하는 제1,2 노즐공(43, 44)의 단면적를 점차적으로 크게 조절하여 제1,2 노즐공(43, 44)을 통과하는 공기의 유속에 반비례하는 단면적을 갖도록 하기 위함이다. 이러한 제1,2 노즐공(43, 44)의 크기 조절은 위와 같은 유입부(34)의 구조 외에, 전지 모듈(100)의 구동 조건, 온도 제어용 공기의 유량 조건 또는 기후 조건에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 상기 제2 공기 분산판(42)이 제1 공기 분산판(41)에 슬라이딩되는 단일의 플레이트를 구비하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 둘 이상의 플레이트를 구비할 수도 있다.

한편, 본 발명에 있어 하우징(30)의 내부로 온도 제어용 공기를 공급하기 위한 냉매 공급부(38)는 하우징(30)의 유입구(34a)에 설치되어 소정의 회전력으로 공기를 흡입하고, 이 공기를 유입구(34a)를 통해 하우징(30)의 내부로 분출시키는 통상적인 구조의 팬(도시하지 않음)을 포함한다. 대안으로서, 상기한 냉매 공급부(38)는 위와 같은 팬을 구비하는 것에 국한되지 않고, 통상적으로 공기의 송풍이 가능한 펌프 또는 블로워 등을 포함할 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 전지 모듈(100)에 따르면, 온도 제어용 공기는 냉매 공급부(38)에 의하여 유입구(34a)를 통해 각 단위 전지(11)의 높이 방향을 따라 하우징(30)의 내부로 유입되게 된다. 이 때 상기 온도 제어용 공기는, 유입부(34)가 유입구(34a)에서 단위 전지 집합체(13) 쪽으로 갈수록 단면적이 점차 커지는 덕트(duct) 형태를 취하고 있기 때문에, 공기의 유입 중심부 즉, 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 상기 공기의 유속이 점차 작아지게 된다.

이러는 동안, 상기 공기는 제1,2 공기 분산판(41, 42)의 제1,2 노즐공(43, 44)을 통과하면서 상기 유통로(17)로 유통되게 된다. 이 때 상기 제1,2 공기 분산판(41, 42)은 제2 공기 분산판(42)이 제1 공기 분산판(41)에 대하여 슬라이딩됨으로써 제1,2 노즐공(43, 44)들이 서로 상응하는 위치에 배치된 상태에 있다. 이에 상기 공기는 제1,2 공기 분산판(41, 42)의 제1,2 노즐공(43, 44)들이 단위 전지 집합체(13)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 구조로 되어 있기 때문에, 상기 제1,2 노즐공(43, 44)들이 상기한 공기의 유속 변화에 상응하여 반비례하는 단면적을 가지게 되는 바, 유체 역학의 연속 방정식에 의하여 제1,2 노즐공(43, 44)으로 일정한 양의 공기를 통과시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의한 전지 모듈(100)은 상기 제1,2 노즐공(43, 44)들에 상응하는 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)에 대하여 일정한 유량의 공기를 통과시킬 수 있게 된다. 이 과정에서 각각의 단위 전지(11)에서 발생된 열이 상기 공기에 의하여 교환되며, 상기 열교환된 공기는 유통로(17)를 빠져 나와 유출구(35a)를 통해 배출되게 된다.

한편, 이와 같은 전지 모듈(100)의 구동 조건, 온도 제어용 공기의 유량 조건 또는 기후 조건에 의하여 상기 제1,2 노즐공(43, 44)을 통과하는 공기의 양이 일정하지 않은 경우, 제2 공기 분산판(42)을 제1 공기 분산판(41)의 폭 방향 또는 길이 방향으로 슬라이딩시킨다. 그러면, 상기 제2 공기 분산판(42)은 제1 공기 분산판(41)의 상면에 접촉된 상태로, 가이드부재(36)에 의해 가이드되면서 제1 공기 분산판(41)의 폭 방향 또는 길이 방향으로 이동되게 된다.

따라서 상기 제1,2 공기 분산판(41, 42)의 제1,2 노즐공(43, 44)들은 제2 공 기 분산판(42)의 이동에 의하여 그 단면적이 가변됨에 따라, 공기의 유속 변화에 상응하여 반비례하는 단면적을 가지게 되므로, 상기 제1,2 노즐공(43, 44)을 통하여 일정한 양의 공기를 통과시킬 수 있게 된다.

이로써 본 실시예에서는 상기 제1,2 노즐공(43, 44)들에 상응하는 단위 전지(11) 사이의 유통로(17)에 대하여 일정한 유량의 공기를 통과시킬 수 있게 된다. 그에 따라 각 단위 전지(11)에서 발생하는 열을 고른 온도 분포로 낮출 수 있게 되고, 단위 전지 집합체(13) 전 영역에 대해 적절한 온도를 유지시키게 된다.

도 4를 참고하면, 본 실시예에 의한 전지 모듈(200)은 각 단위 전지(21)들이 원통 형태로 이루어지며, 각 단위 전지(21) 사이의 유통로(27)로 일정한 유량의 온도 제어용 공기를 유통시키는 구조로 이루어진다.

따라서 상기 단위 전지(21)들은 뒤에서 더욱 설명하는 패키지부(24)에 의하여 연속 또는 불규칙적으로 이격되게 배치됨으로써 전체적인 외형이 원형으로 구성되는 본 실시예에 의한 단위 전지 집합체(23)를 형성할 수 있다.

상기 패키지부(24)는 단위 전지(21)들을 일체로 패키징 하기 위한 원형의 케이스를 구비하며, 절연성을 가지면서 비교적 열전도성이 양호한 재질로 형성된다. 이 때 상기 패키지부(24)는 각각의 단위 전지(21)를 삽입하여 이들 단위 전지(21)를 실질적으로 고정시키기 위한 삽입공(24a)을 형성하고 있다. 그리고 상기 각 단위 전지(21) 사이에는 온도 제어용 공기를 유통시키기 위한 상기 유통로(27)를 형 성하고 있다.

본 실시예에서, 상기한 단위 전지 집합체(23)를 내장시키고 각 단위 전지(21) 사이의 유통로(27)로 상기 온도 제어용 공기를 유통시키기 위한 원통 형태의 하우징(50)을 구비하는 바, 이 하우징(50)의 구성은 전기 실시예의 하우징 구성과 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 상술한 바와 같은 구조의 전지 모듈(200)에, 각 단위 전지(21) 사이의 유통로(27)로 일정한 유량의 공기를 제공하기 위한 공기 유량 조절유니트(60)을 구비한다.

본 실시예에 따르면, 이러한 공기 유량 조절유니트(60)는 단위 전지 집합체(23)의 전체 외형에 상응하는 원형의 플레이트 형태로 이루어진 제1,2 공기 분산판(61, 62)을 포함한다.

상기 제1 공기 분산판(61)은 단위 전지 집합체(23)에 근접하도록 하우징(50)에 고정 설치되며, 이 하우징(50)의 내부로 유입되는 공기를 단위 전지 집합체(23) 쪽으로 통과시키기 위한 다수의 제1 노즐공(63)을 구비한다. 이 때 상기 제1 노즐공(63)들은 단위 전지 집합체(23)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지는 구조로 되어 있다.

그리고 상기 제2 공기 분산판(62)은 제1 공기 분산판(61)에 접촉되면서 이 제1 공기 분산판(61)의 원주 방향(C)으로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 이 때 상기 제2 공기 분산판(62)은 하우징(50)에 상기 원주 방향으로 돌출 형성되는 가이드부재(도면에 가상선으로 도시)(56)에 의해 가장자리 부분이 가이드되면서 상기 원주 방향(C)으로 회동되게 된다. 그리고 상기 제2 공기 분산판(62)은 공기를 통과시키기 위한 다수의 제2 노즐공(64)을 구비하는 바, 이 제2 노즐공(64)들은 단위 전지 집합체(23)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지는 구조로 되어 있다. 즉, 상기 제1,2 공기 분산판(61, 62)의 제1,2 노즐공(63, 64)들은 제2 공기 분산판(62)의 회동에 의하여 그 단면적이 가변된다.

따라서 본 발명에 따른 전지 모듈(200)은, 하우징(50)의 내부로 유입되는 공기의 유속이 단위 전지 집합체(23)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 경우, 상기 제1,2 노즐공(63, 64)들의 단면적이 단위 전지 집합체(23)의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 커지는 구조로 되어 있기 때문에, 상기 제1,2 노즐공(63, 64)들을 통하여 일정한 양의 공기를 단위 전지(21) 사이의 유통로(27)에 제공할 수 있게 된다.

그리고 전지 모듈(200)의 구동 조건, 온도 제어용 공기의 유량 조건 또는 기후 조건에 의하여 상기 제1,2 노즐공(63, 64)을 통과하는 공기의 양이 일정하지 않은 경우, 제2 공기 분산판(62)을 제1 공기 분산판(61)의 원주 방향(C)으로 회동시킨다.

이에 따라 상기 제1,2 공기 분산판(61, 62)의 제1,2 노즐공(63, 64)들은 제2 공기 분산판(62)의 회동에 의하여 그 단면적이 가변됨에 따라, 공기의 유속 변화에 상응하여 반비례하는 단면적을 가지게 되므로, 상기 제1,2 노즐공(63, 64)을 통하 여 일정한 양의 공기를 통과시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 실시예에 의한 전지 모듈(200)의 작용은 전기 실시예의 작용과 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

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 발명에 따르면, 단위 전지 사이의 유통로로 유통되는 냉각 공기의 유량을 선택적으로 조절할 수 있는 공기 유량 조절유니트를 구비함에 따라, 하우징의 공기 유입 구조, 전지 모듈의 구동 조건, 공기의 유량 조건, 또는 기후 조건이 변하더라도 다수의 단위 전지 사이의 유통로로 일정한 유량의 공기를 원활하게 유통시킴으로써, 단위 전지 집합체의 전 영역에 걸쳐 고른 온도 분포를 이룰 수 있게 된다. 따라서 단위 전지 전체의 냉각 효율을 극대화시키고 그에 따른 전지 모듈의 충,방전 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

Claims

다수의 단위 전지를 일정 간격으로 배열하여 이루어지는 단위 전지 집합체;

이 단위 전지 집합체를 내장시키고, 상기 각 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 공기를 유통시키는 하우징; 및

상기 하우징 내에 설치되어 상기 각 단위 전지 사이로 유통되는 공기량을 조절하는 공기 유량 조절유니트

를 포함하는 전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 단위 전지 집합체는 상기 각 단위 전지 사이에 이들 단위 전지를 이격시키는 전지 격벽을 포함하며, 이 전지 격벽에 상기 온도 제어용 공기를 통과시키는 유통로를 형성하는 전지 모듈.
제 2 항에 있어서,

상기 공기 유량 조절유니트는,

상기 공기를 통과시키는 다수의 구멍을 형성하고, 이 구멍의 크기를 조절하여 상기 각 단위 전지 사이의 유통로에 일정한 유량의 온도 제어용 공기를 제공하는 전지 모듈.
다수의 단위 전지를 일정 간격으로 배열하여 이루어지는 단위 전지 집합체;

이 단위 전지 집합체를 내장시키고, 상기 각 단위 전지의 온도를 제어하기 위한 공기를 유통시키는 하우징;

상기 단위 전지 집합체에 근접하도록 상기 하우징에 고정 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 제1 공기 분산판; 및

상기 제1 공기 분산판에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 공기를 각 단위 전지 사이로 분산시키는 적어도 하나의 제2 공기 분산판

을 포함하는 전지 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 하우징은,

상기 온도 제어용 공기를 상기 단위 전지 집합체로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 각 단위 전지를 거친 공기를 배출시키기 위한 유출부를 포함하며,

상기 온도 제어용 공기의 유입 방향과 유출 방향이 서로 동일한 구조의 전지 모듈.
제 5 항에 있어서,

상기 유입부는 상기 단위 전지 집합체에 대하여 상기 공기의 유동 단면적이 점차 확장되는 형태로 이루어지는 전지 모듈.
제 5 항에 있어서,

상기 유입부를 통해 유입되는 공기의 유속이 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 점차 작아지는 구조의 전지 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 각 단위 전지가 각형으로 이루어지는 전지 모듈.
제 8 항에 있어서,

상기 제1,2 공기 분산판이 사각형으로 이루어지는 전지 모듈.
제 9 항에 있어서,

상기 제2 공기 분산판이 상기 제1 공기 분산판에 겹쳐진 형태로 배치되어 상기 제1 공기 분산판의 폭 또는 길이 방향으로 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 전지 모듈.
제 4 항 또는 10 항에 있어서,

상기 하우징은 상기 제2 공기 분산판의 이동을 가이드 하기 위한 가이드부재를 구비하는 전지 모듈.
제 4 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 제1,2 공기 분산판은 상기 유입부를 통해 유입되는 공기를 통과시키는 다수의 노즐공을 형성하는 전지 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 노즐공들은 상기 공기의 유입 중심부에서 외측으로 갈수록 단면적이 점차 커지도록 된 전지 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 노즐공들은 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지도록 된 전지 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 제2 공기 분산판의 이동에 의하여 상기 각 노즐공의 크기가 가변되는 구조의 전지 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 각 단위 전지가 원통형으로 이루어지는 전지 모듈.
제 16 항에 있어서,

상기 단위 전지 집합체는 상기 단위 전지들을 패키징하는 원형의 패키지부를 포함하는 전지 모듈.
제 17 항에 있어서,

상기 제1,2 공기 분산판은 상기 패키지부에 상응하는 원형으로 이루어지는 전지 모듈.
제 18 항에 있어서,

상기 제2 공기 분산판이 상기 제1 공기 분산판에 겹쳐진 형태로 배치되어 상기 제1 공기 분산판의 원주 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 전지 모듈.
제 19 항에 있어서,

상기 제1,2 공기 분산판은 상기 유입부를 통해 유입되는 공기를 통과시키는 다수의 노즐공을 형성하고,

상기 노즐공들이 상기 단위 전지 집합체의 중앙부에서 외측으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지도록 된 전지 모듈.
제 20 항에 있어서,

상기 제2 공기 분산판의 이동에 의하여 상기 각 노즐공의 크기가 가변되는 구조의 전지 모듈.