KR20060086121A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 끼워지도록 내측에 홈이 형성되고 단위 전지에서 발생되는 열을 전달하는 지지블럭, 상기 지지블럭의 외측면에 설치되어 지지블럭으로 전달된 열을 방열시키기 위한 방열부를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

지지블럭, 방열리브, 쿨링팬, 열전소자

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지의 냉각 효율을 향상시킨 이차 전지 모듈에 관한 것이다.

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 형상으로 는 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.

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.

그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.

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.

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.

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 되고, 이는 전지 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 전지 모듈을 구성하는 각 단위 전지가 고르게 냉각될 수 있도록 하여 단위 전지 간 온도 편차를 최소화할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 끼워지도록 내측에 홈이 형성되고 단위 전지에서 발생되는 열을 전달하는 지지블럭, 이 지지블럭의 외측면에 설치되어 지지블럭으로 전달된 열을 방열시키기 위한 방열부를 포함한다.

여기서 상기 방열부는 상기 지지블럭 외측면에 설치되는 적어도 하나 이상의 쿨링팬을 포함한다.

또한 본 발명은 상기 지지블럭의 외측면과 상기 쿨링팬 사이에 방열 리브가 더욱 설치될 수 있다.

여기서 상기 방열 리브는 상기 지지블럭 상에 일정간격을 두고 배열 설치됨이 바람직하며, 그 외측 선단에 쿨링팬이 위치하여 방열리브로 냉각용 공기를 분출하는 구조로 되어 있다.

또한, 본 발명은 상기 지지블럭의 외측면과 상기 방열 리브 사이에 열전도율이 상기 지지블럭보다 높은 재질의 열전달판이 더욱 설치됨이 바람직하다.

상기 방열 리브는 상기 지지블럭 또는 열전달판에 일체로 형성될 수 있으며, 지지블럭 또는 열전달판에 용접 등으로 부착설치될 수 있다.

여기서 상기 단위 전지는 원통형태 또는 각형태로 이루어질 수 있으며, 상기 단위 전지가 끼워지는 지지블럭의 홈은 상기 단위 전지와 대응되는 크기와 형태로 이루어진다.

상기 지지블럭은 길이 방향을 따라 상기 단위 전지가 끼워지는 홈이 간격을 두고 형성된 구조로 되어 있다. 그리고 상기 방열 리브는 상기 지지블럭의 보다 넓은 면에 전체적으로 설치됨이 바람직하다.

상기 지지블럭은 열전도율이 우수한 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기한 구조로 되어 단위 전지에서 발생된 열은 지지부재를 통해 방열리브로 전달되고 쿨링팬에 의해 방열리브로 분출되는 공기에 의해 방열처리된다.

상기 쿨링팬은 구동모터와 이 구동모터의 회전축에 연결되는 팬을 포함할 수 있으며, 상기 냉각판 전체 크기에 대응되는 한 개의 쿨링팬이 구비되거나 작은 크 기로 다수개가 구비되어 상기 냉각판에 간격을 두고 배치될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 방열부가 열전소자로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로써 설명한다. 물론, 본 발명이 공기에 의한 냉각방식으로 한정되는 것은 아니며 냉각매체로써 냉각수나 기타 유체가 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 평 단면도이다.

상기한 도면을 참조하여 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11)가 끼워져 설치되도록 내측으로 홈(21)이 간격을 두고 형성된 지지블럭(20), 이 지지블럭(20)의 측면에 설치되는 열전달판(30), 이 열전달판(30) 외측에 간격을 두고 돌출 형성되는 방열리브(40), 상기 방열리브(40)로 냉각용 공기를 분출하기 위한 쿨링팬(50)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 단위 전지(11)는 원통형 구조로 이루어져 상기 지지블럭(20)의 원통형 홈(21)에 끼워져 설치된다.

상기 지지블럭(20)은 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어지고 내측으로 상기 단위 전지(11)가 끼워지도록 단위전지(11)의 크기와 형태에 대응되는 홈(21)이 지지블럭(20)의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 지지블럭(20)의 형태는 본 실시예에 한정되지 않으며 단위 전지의 형태나 그 배열 구조에 따라 알맞게 변형 적용될 수 있다.

상기 지지블럭(20)는 단위 전지(11)가 길이방향을 따라 배치됨에 따라 직사각형태를 이루어 양 측면에 상기 열전달판(30)과 방열 리브(40) 및 쿨링팬(50)이 설치된다.

상기 열전달판(30)은 얇은 두께의 판재 구조물로 상기 지지블럭(20)의 측면과 대응되는 크기로 이루어져 상기 지지블럭(20)의 측면에 부착설치된다.

상기 열전달판(30)의 재질은 상기 지지블럭(20)과 비교하여 열전도율이 높은 재질이면 특별히 한정되지 않는다.

한편, 실질적으로 상기 단위 전지(11)를 방열시키기 위한 상기 방열리브(40)와 쿨링팬(50)의 설치구조에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 열전달판(30) 외측면에는 전면에 걸쳐 일정간격을 두고 방열 리브(40)가 열전달판(30)에 대해 수직상태로 배열설치된다.

상기 방열리브(40)의 길이에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

그리고 상기 방열리브(40)의 끝단에 상기 쿨링팬(50)이 설치되어 방열리브(40) 사이로 냉각용 공기를 분출시키는 구조로 되어 있다.

상기 쿨링팬(50)은 공기를 분출시키는 통상의 구조물로, 도시되지는 않았으 나 구동력을 발생시키는 모터와, 이 모터의 회전축에 설치되는 팬 및 상기 방열리브(40) 상에 지지되고 상기 모터와 팬이 내장 설치되는 하우징을 포함하는 통상의 구조로 이루어진다.

또한 상기 쿨링팬(50)의 설치개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

한편, 도 3은 본 전지 모듈의 또다른 실시예로서, 상기한 도면에 의하면 본 전지 모듈은 지지블럭에 설치된 단위 전지의 열을 방열시키기 위하여 지지블럭(20)의 측면에 설치되는 열전달판(30)과, 이 열전달판(30) 외측에 간격을 두고 돌출 형성되는 방열리브(40)를 포함하고, 상기 방열리브(40) 외측단에는 적어도 하나 이상의 열전소자(60)가 설치된 구조로 되어 있다.

상기 열전소자(60)는 이종(異種) 금속이나 반도체를 이용하여 흡열(또는 발열)시킬 수 있는 소자로서, 그 종류는 어느 특별한 것으로 한정되지는 않는다.

가령, 상기 열전소자(60)는 이극형(異極型)반도체를 조합했을 때에 생기는 냉각효과를 이용한 소자가 적용될 수 있다.

본 실시예에서는 상기 열전소자(60)가 상기 방열 리브(40)로 전달된 열을 방열시킬 수 있도록 상기 방열 리브(40)으로 전달된 열을 흡열하고 이를 열전소자(60)를 지나는 냉각용 공기로 방열시킬 수 있는 구성으로 이루어지고 있다.

상기한 구조의 전지 모듈의 작용(10)을 살펴보면, 송풍기(도시되지 않음) 등을 통해 냉각용 공기가 상기 지지블럭(20) 외측으로 강제 공급되어 지나가고 단위 전지(11)에서 발생되는 열은 지지블럭(20)과 열전달판(30)을 통해 방열 리브(40)로 전달되어 방열 리브(40)를 지나는 공기에 의해 냉각되게 된다.

이때, 상기 열전소자(60) 일면 즉, 이 열전소자의 온도조절용 전극(도시하지 않음)을 상기 방열 리브(40)에 접하고 있고, 상기 방열 리브(40)를 포함한 지지블럭(20) 외측을 지나는 공기와는 그 다른 일면 즉, 이 열전소자의 흡/방열용 전극(도시하지 않음)을 접하고 있어서 열전소자(60)에 전류가 흐르게 되면, 상기 온도조절용 전극이 접촉된 상기 방열 리브(40)와 접한 면을 냉각시키게 된다.

그러면 상기 단위 전지(11)의 열은 상기 방열 리브(40)로 전달되어 방열리브(40)를 지나는 공기에 의해 1차적으로 냉각되고 상기 열전소자(60)의 흡/방열용 전극을 통해 상기 방열 리브(40) 외부로 방출되어 2차적으로 더욱 냉각될 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.

본 전지 모듈(10)은 지지모듈(20)이 단위 전지(11)를 고정시키는 하우징 역할을 수행하게 되어 다수개의 단위 전지(11)를 배열 고정함과 더불어 냉각용 공기를 방열 리브(40)로 분출시킴으로써 방열 리브(40)를 통해 단위 전지(11)의 열을 방출시켜 단위 전지를 효율적으로 냉각시키게 된다.

상기 단위 전지(11)는 지지블럭(20)에 형성된 홈(21)에 일정한 간격을 배치됨으로써 각 단위전지(11)에서 열이 발생하게 되면 발생된 열은 단위 전지 전면이 접하고 있는 지지블럭(20)으로 고르게 전달되어 상기 지지블럭(20)에 설치된 열전달판(30)을 통해 방열리브(40)로 고르게 전달된다.

이와같이 방열 리브(40)로 전달된 열은 방열리브(40)에 설치된 쿨링팬(50)의 작동에 의해 외부로 방열처리된다.

즉, 쿨링팬(50)이 작동되면 팬의 회전에 따라 외부 공기가 방열리브(40) 사이를 통해 분출된다.

이에 따라 열전달판(30)을 통해 방열 리브(40)로 전달된 단위 전지(11)의 열은 상기 쿨링팬(50)에 의해 발생된 빠른 공기 흐름에 의해 방열되어 식혀지게 되고 단위 전지(11)의 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 다수개의 방열리브(40)는 방열 면적을 극대화시키게 됨으로써 열전달판(30)으로 전달된 열은 방열 리브(40)를 통해 분산되어 퍼지게 되고 상기 방열리브(40)를 지나는 냉각용 공기에 의해 신속하게 방열될 수 있는 것이다.

여기서 상기 각 단위 전지(11)는 홈(21)을 매개로 지지블럭(20) 상에 고르게 접하고 있는 상태로 각 단위 전지(11)는 동일한 조건하에서 열교환을 이룰 수 있고 이에 따라 각 단위 전지(11)의 열을 고르게 방열시킬 수 있는 것이다.

따라서 각 단위 전지(11)의 방열 조건이 동일하여 균일한 냉각이 이루어질 수 있는 것이다.

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 모듈의 냉각매체 유로와 각 단위 전지의 배치구조를 개선하여 보다 효율적인 단위 전지 냉각효과를 얻게 된다.

또한, 냉각매체가 단위 전지 사이로 고르게 유통되므로 전지 모듈 전체에 있어서 국부적인 열적 불균형을 해소할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 다수개의 단위 전지와,

   상기 단위 전지가 끼워지도록 내측에 홈이 형성되고 단위 전지에서 발생되는 열을 전달하는 지지블럭,

   상기 지지블럭의 외측면에 설치되어 지지블럭으로 전달된 열을 방열시키기 위한 방열부

   를 포함하는 이차 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지블럭과 상기 방열부 사이에 방열 리브가 설치되는 이차 전지 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방열부는 상기 지지블럭으로 공기를 분출하기 위한 적어도 하나 이상의 쿨링팬을 포함하는 이차 전지 모듈.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방열부는 하나 이상의 열전소자를 포함하는 이차 전지 모듈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 방열부와 상기 지지블럭 사이에 열전달판이 설치되는 이차 전지 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 방열부는 상기 지지블럭의 적어도 일 측면 이상의 측면상에 위치하는 이차 전지 모듈.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 지지블럭은 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질에서 선택되는 이차 전지 모듈.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지는 원통형인 이차 전지 모듈.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 방열 리브는 상기 지지블럭에 일체로 형성된 이차 전지 모듈.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 방열리브는 상기 지지블럭에 용접부착되는 이차 전지 모듈.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.

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