KR20070117334A - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전지 모듈은 단위 전지들을 효율적으로 냉각할 수 있도록, 복수의 열을 이루어 배치되는 단위 전지들과 상기 단위 전지를 지지하는 굴곡부를 가지고 다른 열에 위치한 상기 단위 전지들 사이에 배치되며 서로 연결되면서 상기 단위 전지들을 고정시키는 격판들을 포함한다.
전지 모듈, 격판, 굴곡부, 연결부재

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 전지 모듈의 전지 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 1 실시예의 변형예에 따른 격판을 도시한 단면도이다.
본 발명은 복수의 단위 전지를 연결하여 구성되는 전지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위 전지들을 고정하는 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량의 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 주로 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.
그리고 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 상기한 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직렬로 연결되어 대용량의 전지 모듈을 구성하게 된다.
전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 '단위 전지'라 칭한다)로 이루어진다.
각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 및 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 전극 단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.
그리고 각각의 단위 전지는 통상 하우징 내에 일정 간격을 두고 배열되고 각 단위 전지의 단자를 연결하여 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서 전지 모듈은 안정성을 위해서 복수의 단위 전지들을 하나의 모듈로 체결하는 구조를 가지게 된다.
그런데, 전지 모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위 전지를 연결시켜 하나의 전지 모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 전지 모듈의 열 방출 특성은 단위 전지는 물론, 전지 모듈을 채용한 기기 자체의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다.
열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우, 각 단위 전지 사이에 온도 편차가 발생하여 전지 모듈이 모터 구동에 필요한 전력을 원하는 정도로 출력할 수 없게 된다. 또한, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지 내부의 온도가 상승하면 내부에 이상 반응이 일어나 단위 전지의 충, 방전 성능 등이 성능이 저하된다.
특히, 상기한 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차)의 모터 구동용 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우, 단위 전지가 대전류로 충, 방전되므로 사용 상태에 따라서 단위 전지 내부의 온도가 상당한 수준까지 올라가게 되므로, 이 단위 전지로부터 발생되는 열을 원활하게 방출시키는 것이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기한 필요를 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지들을 지지하는 지지체의 구조를 개선하여 단위 전지들을 효율적으로 냉각할 수 있는 전지 모듈을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 열을 이루어 배치되는 단위 전지들과 상기 단위 전지를 지지하는 굴곡부를 가지고 다른 열에 위치한 상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 서로 연결되면서 상기 단위 전지들을 고정시키는 격판들을 포함한다.
상기 전지 모듈은 상기 격판들에 연결 설치되어 이 격판들 및 상기 단위 전지들을 고정시키는 연결부재를 더욱 포함할 수 있다.
상기 연결부재는 상기 격판의 가장 자리에 설치될 수 있다.
상기 격판의 가장자리에는 평평한 지지부가 형성될 수 있다.
상기 지지부에는 홀이 형성되고 상기 홀에 상기 연결부재가 끼워질 수 있다.
상기 굴곡부는 연속적으로 이어져 파형(波形)으로 이루어질 수 있다.
상기 굴곡부는 삼각형, 사각형, 호형 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 격판은 서로 이웃하는 격판이 대칭되는 구조로 배치될 수 있다.
상기 단위 전지는 원통형으로 이루어질 수 있다.
상기 격판을 사이에 두고 이웃하는 단위 전지들은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
상기 전지열을 이루는 상기 단위 전지들은 상기 격판에 의하여 소정 거리만큼 이격된 구조로 설치될 수 있다.
상기 전지 모듈은 냉각매체의 유입구와 배출구가 형성되며, 상기 전지열들이 수납되는 하우징을 더욱 포함할 수 있다.
상기 냉각매체는 상기 격판 사이로 유통될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 전지 모듈의 전지 조립체를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 전지 조립체가 하우징에 내장되어 구성된 전지 모듈의 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전지 모듈(200)은 복수의 열(151,152,…,159)로 배열되는 단위 전지들(11)과 열(151,152, …,159)을 기준해서 단위 전지들(11) 사이에 배치되고 단위 전지들(11)을 고정하는 굴곡부(21)를 갖는 격판들(20)과 격판들(20)의 가장자리에 형성된 홀(23a)에 끼워져 격판들(20)을 고정하는 연결부재(30)를 포함하는 전지 조립체(100)를 갖는다.
본 실시예에서는 단위 전지(11)가 원통형으로 이루어진 구조를 예로서 설명한다. 물론, 본 발명이 원통형 단위 전지(11)에 한정되는 것은 아니며, 각형 단위 전지 등 다양한 형상으로 이루어진 단위 전지에 적용될 수 있다.
복수의 열(151,152,…,159) 중 하나의 열에 배치되는 단위 전지들은 임의의 간격을 두고 이격되는 바, 본 실시예에서는 4개 또는 5개의 단위 전지들(11)이 하나의 열을 이루는 것으로 예시하고 있으나 이의 수는 특별히 한정되지 않는다.
격판(20)은 각 열(151,152,…,159) 사이에 배치되며, 복수의 굴곡부(21)와 이 굴곡부(21) 중 양쪽 가장자리에 배치되는 굴곡부(21)로부터 연장 형성된 평평한 지지부(23)를 포함한다.
하나의 굴곡부(21)는 볼록부(21a)와 오목부(21b)로 이루어지며, 이 볼록부(21a)와 오목부(21b)가 교대로 배치되면서 상기한 복수의 굴곡부(21)를 형성한다. 본 실시예에서 이 볼록부(21a)와 오목부(21b)는 격판(20)의 폭방향(도 1에 도시한 X방향)으로 자른 단면이 호형으로 형성되도록 이루어진다. 이에 의해 상기한 폭 방향(X) 측에서 복수의 굴곡부(21)를 보게 되면 물결모양의 파형을 이루게 된 다.
더욱이 본 실시예에서 격판(20)은 일정 두께를 갖는 판재가 상기한 모양으로 성형됨에 따라 볼록부(21a)의 반대면은 오목부를 이루고, 오목부(21b)의 반대면은 볼록부를 이루게 된다.
이와 같은 굴곡부는 본 발명의 격판을 형성하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명에 있어 굴곡부의 구조가 상기한 것으로 한정되지는 않는다. 이러한 격판(20)이 단위 전지(11)의 열(151,152,…,159) 사이에 배치될 때, 서로 다른 격판(20)의 볼록부(21a)와 볼록부(21a), 오목부(21b)와 오목부(21b)는 서로 대향 배치된다.
이로 인해 격판들(20)의 오목부(21b)와 오목부(21b) 사이에는 임의의 크기를 갖는 공간이 형성되는데, 이 공간으로는 단위 전지(11)가 배치된다.
더욱이, 하나의 격판(20)에 있어 굴곡부(21)를 형성하는 볼록부(21a)와 오목부(21b)가 교대로 배치됨에 따라 실질적으로 전지조립체(100)가 형성될 때, 하나의 격판(20)을 사이에 두고 위치한 단위 전지들(11)은 격판(20)의 폭방향(X)을 따라 엇갈리게 배치된다.
이때, 각 격판(20)의 볼록부(21a)와 볼록부(21a)가 마주하는 부분에는 일정 크기의 공간이 형성되는데, 이 공간은 뒤에서 설명될 냉각매체 유동을 위한 통로를 형성하게 된다.
격판(20)은 위에서 설명한 단위 전지(11)의 안착을 위한 공간 및 냉각매체의 유통을 위한 공간을 확보할 수 있도록 그 볼록부(21a)와 오목부(21b)의 진폭을 설 정할 수 있다.
한편, 지지부(23)는 격판(20)의 양쪽 가장자리에서 평평한 판구조로 형성되며, 지지부(23)에는 연결부재(30)가 삽입되는 홀(23a)이 형성된다.
연결부재(30)는 일측 단부에 홀(23a)의 면적보다 큰 면적을 가지는 머리부(32)를 형성하고 타측 단부에는 나사가공부(34)를 형성한 막대부(31) 및 이 막대부(31)의 나사가공부(34)에 나사 결합되는 너트(35)를 포함한다.
본 실시예에서 홀(23a)은 지지부(23)에 2개씩, 하나의 격판(20)에 총 4개로 형성되며, 연결부재(30)의 막대부(31)는 도 1에 도시한 바와 같이, 격판들(20) 사이에 단위 전지(11)가 배치된 상태에서 격판들(20)의 홀(23a)에 삽입되고 나서 그 나사가공부(34)에 체결되는 너트(35)의 조임력에 의해 격판(20)은 물론 단위 전지(11)를 고정시킬 수 있게 된다. 물론, 이 때 연결부재(30)의 머리부(32)는 최외측에 배치된 격판(20)의 지지부(23)에 밀착되어 지지되고, 너트(35)는 다른 최외측의 격판(20)이 갖는 지지부(23)에 밀착되어 지지된다.
이와 같이 형성되는 전지 조립체(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 임의의 형태를 갖는 하우징(40)에 내장되어 하나의 전지 모듈(200)을 구성한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 도 1에 도시한 전지 조립체(100)와 이 전지 조립체(100)가 내장되는 하우징을 포함한다.
본 실시예에서 전지 조립체(100)는 한 쌍을 이루어 하우징(40) 내에 배치된다.
하우징(40)에는 단위 전지들(11)을 냉각시키기 위한 냉각매체가 유입되는 유 입구(41)와 냉각매체가 배출되는 배출구(43)가 형성된다.
본 실시예에 따른 냉각매체는 공기, 물 등으로 이루어질 수 있다.
유입구(41)는 하우징(40)의 중앙부분에 형성되며, 배출구(43)는 유입구(41)를 대향하여 하우징(40)의 양쪽 가장자리에 형성된다.
그리고 전지 조립체(100)는 그 사이에 일정 크기의 공간이 남겨지도록 이격된 구조로 하우징(40) 내에 배치되는 바 이로 인해 하우징(40)의 중앙에는 냉각매체의 유통을 위한 통로가 형성된다. 더욱이 하우징(40)의 양쪽 가장자리에도 냉각매체의 유통을 위한 통로가 형성될 수 있도록 전지 조립체(100)가 하우징(40) 내에 배치된다.
이와 같은 전지 모듈(200)에 있어, 하우징(40)의 유입구(41)를 통해 하우징(40)의 내부로 유입된 냉각매체는 하우징(40)의 중앙에 배치된 통로를 흐르면서 격판(20) 사이 냉각매체 유통로(38)를 통과하게 되고 이어서 하우징(40)의 배출구(43)를 통해서 하우징(40)의 외부로 배출된다. 이 과정에서 냉각매체는 단위 전지(11)와 직접 접하여 단위 전지들(11)을 냉각 시킬 뿐만 아니라, 단위 전지(11)에 의하여 가열된 격판(20)도 냉각시켜 이 격판(20)에 의해 간접적으로 단위 전지들(11)이 냉각되도록 한다.
이처럼 본 실시예의 전지 모듈(200)은 굴곡부(21)를 갖는 격판(20)에 의해 단위 전지들(11)을 지지하고, 단위 전지(11) 사이로 냉각매체가 유통되도록 하여, 단위 전지들(11)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 1 실시예의 변형예에 따른 격판을 도시한 단 면도이다.
상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 격판(51)에 형성된 굴곡부(51a)는 삼각형 단면을 갖는 구조로 이루어질 수 있으며, 도 3b에 도시된 격판(52)과 같이 굴곡부(52a)는 직사각형 단면을 갖는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 격판(53)에 형성된 굴곡부(53a)는 사다리꼴의 단면을 갖는 구조로 이루어질 수도 있다. 다만 상기한 격판(51, 52, 53)의 구조는 본 발명의 일 예에 불과하면 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기한 본 발명의 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.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 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 전지들이 격판에 의해 지지되어 많은 수의 단위 전지들을 간단한 구조로 고정할 수 있다.
또한, 격판에 의해 단위 전지들이 소정 간격으로 이격되고 단위 전지 사이로 냉각매체가 유통되므로 단위 전지들을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수의 열을 이루어 배치되는 단위 전지들; 및
    상기 단위 전지를 지지하는 굴곡부를 가지고 다른 열에 위치한 상기 단위 전지들 사이에 배치되며, 서로 연결되면서 상기 단위 전지들을 고정시키는 격판들;
    을 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 상기 격판들에 연결 설치되어 이 격판들 및 상기 단위 전지들을 고정시키는 연결부재를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 연결부재가 상기 격판의 가장 자리에 설치되는 전지 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    격판의 가장자리에는 평평한 지지부가 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 지지부에는 홀이 형성되고 상기 홀에 상기 연결부재가 끼워지는 전지 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 연속적으로 이어져 파형(波形)으로 이루어지는 전지 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 삼각형, 사각형, 호형 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 전지 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 격판은 서로 이웃하는 격판이 대칭되는 구조로 배치되는 전지 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 전지는 원통형으로 이루어지는 전지 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 격판을 사이에 두고 이웃하는 단위 전지들은 서로 엇갈리게 배치되는 전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 전지열을 이루는 상기 단위 전지들은 상기 격판에 의하여 소정 거리만 큼 이격된 구조로 설치되는 전지 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 냉각매체의 유입구와 배출구가 형성되며, 상기 전지열들이 수납되는 하우징을 더욱 포함하는 전지 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 냉각매체는 상기 격판 사이로 유통되는 전지 모듈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 전지 모듈은 모터 구동용인 전지 모듈.
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