KR20120053596A - 신규한 구조의 단위모듈 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 단위모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 신규한 구조의 단위모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 구조로 이루어진 단위모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 어플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다도 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 전지셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 "전지팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.
한편, 전지모듈은 혹한과 같은 저온에서 전지셀의 내부 저항 증가로 인해 전지모듈이 가지고 있는 성능을 충분히 발휘하지 못하는 문제점이 있다.
구체적으로, 공냉식 전지모듈의 경우, 차량 내부의 공기를 흡입하여 전지모듈을 냉각하는 방식을 주로 사용하는 바, 외부의 온도가 낮으면 차량 내부의 온도 또한 낮으므로 공조기의 히터만으로 전지모듈의 온도를 상승시키는 것은 한계가 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 외장부재에 감싸여 있는 전지셀들 사이의 계면에 발열부재를 장착하는 경우, 혹한과 같이 온도가 낮은 조건에서 모터가 단시간 내에 소망하는 토크 값을 낼 수 있는 단위모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 별도의 체결 부재 없이도 용이하게 결합이 가능한 외장부재를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 단위모듈은, 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명의 단위모듈은 발열 부재가 전지셀들 사이의 계면에 장착된 구조로 이루어져 있어서, 외부 공기가 저온인 경우 전류를 발열 부재에 인가하여 전지셀의 온도를 증가시켜 전지셀의 성능을 빠른 시간 내에 정상적으로 작동하도록 회복시킬 수 있다.
또한, 상기 구조의 단위모듈은 차량의 공조기를 통해 차량 내부의 공기를 전지셀들에 유입하지 않고, 발열 부재 자체적으로 전지셀의 온도를 승온시킬 수 있으므로 공조기를 사용함으로써 차량에 인가되는 부하를 감소시킬 수 있다.
더욱이, 발열부재를 전지셀들 사이에 장착함으로써 전체적인 단위모듈의 부피가 증가되는 것을 방지하여 콤팩트한 구조의 단위모듈을 구성할 수 있다.
본 발명에서 상기 판상형 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 리튬 이차전지, 니켈-수소(Ni-MH) 이차전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 중량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이차전지가 바람직하게 사용될 수 있다.
리튬 이차전지는 형태에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분되는데, 그 중 본 발명의 전지셀은 외주면 단부 부위에 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있는 판상형 전지셀에 바람직하게 적용될 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 열융착을 위한 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 우수한 내구성의 외부 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 가벼운 중량의 파우치형 전지일 수 있다.
상기 파우치형 전지에서 전지케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조일 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지는 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식, 또는 스택-폴딩형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 그것의 일부 또는 전부가 전지셀들의 사이에 개재될 수 있다. 즉, 상기 발열 부재의 일부 또는 전부가 전지셀들 사이에 밀착된 상태로 개재됨으로써, 발열 부재에서 발생한 열을 전지셀에 직접 전달할 수 있다.
상기 발열 부재의 크기가 너무 크면 단위모듈의 중량 또는 부피가 증가하고, 반대로 너무 작으면 발열 효과가 상대적으로 감소하므로 바람직하지 않다. 따라서 발열 부재의 크기는 전지셀들의 열을 효과적으로 흡수하여 배출할 수 있는 적정한 크기로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발열 부재의 적어도 일부가 적층된 전지셀들 사이에 개재되는 구조에서, 상기 발열 부재의 폭은 전지셀의 폭을 기준으로 50 내지 100%의 크기로 이루어져 있어서, 단위모듈의 크기 증가를 유발하지 않으면서 소망하는 발열을 수행할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터(Heater)로 이루어져 있어서, 발열 부재의 온도가 소정 값을 초과하는 경우 발열되는 것을 중단하여 전지셀의 발화 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다.
기타 바람직한 예에서, 상기 발열 부재는 PTC 소재의 발열 플레이트와 상기 발열 플레이트에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트의 일측 단부에 형성되어 있는 전원 터미널을 포함하고 있는 구조로 이루어져 있어서, 전원 터미널을 통해 인입된 전기 에너지는 발열 플레이트에 의해 열 에너지로 변환된다.
구체적인 하나의 예에서, 상기 전원 터미널은, 일측 단부가 발열 플레이트에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징 내에 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 발열 플레이트는 발열이 용이한 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 사각형 플레이트이고, 전원 터미널이 사각형 플레이트의 일측 모서리로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전체적인 단위모듈의 부피를 증가시키지 않게 된다.
상기 전원 터미널은 발열 플레이트에 전기를 공급할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 플러그 타입으로 형성될 수 있다.
상기 발열 부재는 전지셀의 온도를 승온시키기 위해 차량의 전장용 전원에서 전기를 공급받는 구조일 수 있으며, 예를 들어, 차량의 전장용 전원은 납축전지일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 전지셀로부터 공급되는 일부 또는 전체 전기가 발열 부재에 인가되도록 구성할 수도 있고, 전지셀로부터 공급는 전기와 상기 전장용 전원으로부터 공급되는 전기를 함께 발열 부재에 인가하도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 전지셀들은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 전극단자들의 연결부가 절곡되어 전지셀들이 적층구조를 이루고 있고, 상기 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체가 상호 결합되는 한 쌍의 외장부재에 의해 감싸여 있어서, 외장부재는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지한다.
단위모듈 내부의 전지셀들 또는 각각의 단위모듈들은 직렬 및/또는병렬 방식으로 연결되어 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되도록 접고 소정의 단위로 외장부재에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제작할 수 있다.
상기 구조에서, 외장부재는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 특히 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 구조로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 외장부재의 일측 하단부에는 발열 부재의 위치를 고정하기 위해 터미널 하우징이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징에 대응하는 크기로 슬롯이 형성되어 있어서, 발열 부재가 외력에 의해 정위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
한편, 이차전지에서, 충방전 중에 지나치게 고열이 발생하게 되고 이렇게 발생한 열이 외부로 효과적으로 방출되지 못하면, 전지의 수명과 안전성 측면에서 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 고열 발생 상태에서는 상기 발열 부재에 전기가 인가되지 않아야 함은 물론이다.
이러한 점을 전반적으로 고려할 때, 상기 외장부재는 내부의 단위전지에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것이 더욱 용이할 수 있도록 높은 열전도성의 금속 판재로 이루어지는 것이 바람직하다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 외장부재는 폭 방향(횡 방향)으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부들이 그것의 외면에 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 단위모듈이 적층된 상태에서 외장부재의 폭 방향으로 냉매(예를 들어, 공기)가 유동할 수 있어서, 냉각효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 선형 돌출부들 중 상단 돌출부와 하단 돌출부에는 바람직하게는 상호 반대되는 형상의 돌기가 각각 형성되어 있으며, 이러한 돌기의 형상은 적층시 인접하는 단위모듈과 상호 대응되는 형상을 갖고 있어서 단위모듈 간에 적층되는 위치가 뒤바뀌거나 또는 어긋나는 것을 방지하는 효과가 있다.
경우에 따라서는, 상기 돌출부들 중에서 다수의 돌출부는 그것의 양단부가 셀 커버의 폭 길이보다 작도록 구성하여, 냉매가 외장부재의 길이 방향으로 유동하도록 할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 외장부재의 측면 가장자리에는 프레임 부재와의 결합시 모듈의 고정을 용이하게 하기 위해 소정 크기의 단차가 형성되어 있을 수 있다. 바람직하게는, 상단과 하단에 인접한 측면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 단차가 외장부재의 좌우 양단에 인접한 측면에 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 외장부재의 상하단과 좌우 양단 모두에 단차가 형성됨으로써 모듈의 고정을 더욱 확실하게 할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 단위모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제작되는 전지모듈을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 포함하고 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 차량을 제공한다.
이 경우, 상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
전지모듈을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단위모듈은 전지의 발열을 촉진하기 위한 발열부재가 전지셀들 사이의 계면에 장착되어 있으므로, 혹한의 온도 조건에서 모터가 단시간 내에 소망하는 토크 값을 내도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단위모듈은 외장부재에 의해 전지셀의 낮은 강성을 보완하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조함으로써 전반적인 제조비용을 낮추고, 작업시 또는 작동시 단락이나 파손 등의 위험성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 단위모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량의 전지모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도이다;
도 2는 도 1의 발열부재의 사시도이다;
도 3은 도 1의 발열부재가 전지셀 및 외장부재와 결합된 부위를 확대한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위모듈 적층체의 사시도이다;
도 5는 외장부재의 결합구조를 나타내는 부분 확대도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 7은 발열부재를 장착하지 않은 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다;
도 8은 발열부재를 장착한 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 발열부재의 사시도이다;
도 3은 도 1의 발열부재가 전지셀 및 외장부재와 결합된 부위를 확대한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위모듈 적층체의 사시도이다;
도 5는 외장부재의 결합구조를 나타내는 부분 확대도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 7은 발열부재를 장착하지 않은 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다;
도 8은 발열부재를 장착한 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 발열부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈(201)은 2개의 판상형 전지셀들(230, 240)이 전기적으로 연결된 상태로 한 쌍의 외장부재(210, 220)에 의해 감싸여 있고, 발열부재(250)가 전지셀들(230, 240) 사이의 계면에 장착되어 있어서, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀들(230, 240)의 온도를 승온시킨다. 즉, 발열부재(250)는 차량의 전장용 전원인 납축전지(도시하지 않음)에서 전기를 공급받아 열에너지로 변환시켜 발열부재(250)의 상면과 하면에 위치하고 있는 전지셀들(230, 240)의 온도를 상승시킨다.
판상형 전지셀(230, 240)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 발열 부재(250)의 폭(w)은 전지셀(230)의 폭(W)을 기준으로 대략 95%의 크기로 이루어져 있다.
PTC 히터인 발열 부재(250)는 PTC 소재의 발열 플레이트(252)와 전원 터미널(254)으로 구성되어 있고, 전원 터미널(254)은 발열 플레이트(252)에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트(252)의 일측 단부에 형성되어 있다.
전원 터미널(254)은, 일측 단부가 발열 플레이트(252)에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원(도시하지 않음)에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징(256) 내에 장착되어 있다.
발열 플레이트(252)는 사각형 플레이트이고, 플러그 타입으로 형성된 전원 터미널(254)이 사각형 플레이트의 일측 모서리로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀들(230, 240)은 전극단자들(232, 234)이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들(232, 234)이 용접에 의해 직렬로 상호 연결된다.
또한, 단위모듈(201)은 전극단자들(232, 234)의 연결부가 절곡되어 전지셀들(230, 240)은 적층 구조를 이루고, 전극단자 부위를 제외하고 전지셀들(230, 240)이 적층된 전지셀 적층체의 외면 전체가 상호 결합되는 한 쌍의 외장부재(210, 220)에 의해 감싸진다.
금속 판재인 외장부재(210, 220)는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 서로 조립 체결방식으로 결합된다.
또한, 폭 방향으로 서로 이격되어 있는 5개의 선형 돌출부들(211a, 211b, 211c, 211d, 211e)이 외장부재(210)의 외면에 형성되어 있다.
도 3에는 도 1의 발열부재가 전지셀 및 외장부재에 결합된 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 외장부재(210)의 일측 하단부에는 발열부재(250)의 위치를 고정하기 위해 터미널 하우징(256)이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징(256)에 대응하는 크기로 슬롯(216)이 형성되어 있다.
또한, 소정 크기의 단차들(217, 218)이 외장부재의 상단과 하단에 인접한 측면과 외장부재의 좌우 양단에 인접한 측면에 형성되어 있어서, 프레임 부재(도시하지 않음)와 단위모듈(201)의 고정을 용이하게 한다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위모듈 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 외장부재의 결합구조를 나타내는 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈 적층체(200)는 전지셀들을 외장부재 (210)로 감싼 구조로 제작된 4개의 단위모듈들(201, 202, 203, 204)을 서로 직렬로 연결한 후 지그재그로 적층한 구조로 이루어져 있다.
외장부재(210)는 한 쌍의 커버들(211, 212)로 이루어져 있고, 그것들의 양측 단부에는 결합부(230)가 형성되어 있다.
결합부(230)는, 커버들(211, 212)이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 커버(212)의 양측 단부에 형성된 체결 돌기들(222a, 222b), 및 체결 돌기(222a, 222b)에 대응하는 형상으로 커버(211)에 형성된 체결 홈(221a, 221b)의 조합인 체결 단위들로 이루어져 있다. 이러한 체결 단위는 외장부재(210)의 양측 단부에서 길이방향으로 6개가 등간격으로 형성되어 있고, 평면상으로 사각형(A)일 수도 있고 원형(B)일 수도 있다. 따라서, 외장부재(210)의 조립을 위해서 별도의 결합 부재 내지 가공 공정을 거칠 필요 없이 강력한 기계적 결합이 가능하며, 그러한 간편한 결합 방식은 양산 공정에의 적용에 특히 바람직하다.
전지모듈(300)은 단위모듈 적층체(200)를 측면으로 직립시킨 상태로 상하 조립형의 케이스(311, 312)에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상부 케이스(311)의 전면에는 입출력 단자(320)가 형성되어 있다. 하부 케이스(312)의 전면에는 보호부재(330)가 형성되어 있고, 그 안에는 입출력 단자(320)와의 전기적 연결을 위한 버스 바(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
한편, 외장부재(210)의 외면에는 폭 방향으로 서로 이격되어 있는 선형 돌출부들(211a, 211b, 211c, 211d, 211e)가 형성되어 있고, 커버(211)의 양단에는 폭 방향의 길이가 커버(211)보다 짧은 선형 돌출부들(211a, 211e)가 서로 대각선 위치에 형성되어 있다.
도 7에는 도 1의 구조에서 발열부재를 장착하지 않은 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 8에는 발열부재를 장착한 단위모듈의 온도변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
구체적으로, 도 7의 그래프는 전지셀들의 자가 방전을 통한 전지셀 표면의 온도 변화를 나타내고 도 8의 그래프는 전지셀들의 자가 방전과 함께 발열부재의 승온을 이용한 전지셀들 표면의 온도 변화를 나타내고 있다.
이들 도면을 참조하면, 동일한 시간대에 발열부재를 장착한 단위모듈(도 8)의 승온 효과가 발열 부재를 장착하지 않은 단위모듈(도 7) 보다 대략 25% 정도 우수함을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (21)
- 둘 또는 그 이상의 판상형 전지셀들이 전기적으로 연결된 상태로 외장부재에 의해 감싸여 있고, 상기 전지셀들 사이의 계면에는, 전류의 인가시 발열에 의해 전지셀의 온도를 승온시키는 발열 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열 부재의 폭은 전지셀의 폭을 기준으로 50 내지 100%의 크기인 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열 부재는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터(Heater)인 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열 부재는 PTC 소재의 발열 플레이트와 상기 발열 플레이트에 전기를 인가하기 위해 발열 플레이트의 일측 단부에 형성되어 있는 전원 터미널을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 전원 터미널은, 일측 단부가 발열 플레이트에 접속되어 있고 타측 단부가 외부 전원에 접속되는 구조로 전기절연성의 터미널 하우징 내에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 발열 플레이트는 사각형 플레이트이고, 전원 터미널이 사각형 플레이트의 일측 모서리로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 전원 터미널은 플러그 타입으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열 부재는 차량의 전장용 전원에서 전기를 공급받는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층구조를 이루고 있고, 상기 전극단자 부위를 제외하고 전지셀 적층체의 외면 전체가 상호 결합되는 한 쌍의 외장부재에 의해 감싸여 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 조립 체결방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재의 일측 하단부에는 발열 부재의 위치를 고정하기 위해 터미널 하우징이 삽입될 수 있도록 터미널 하우징에 대응하는 크기로 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전극단자들은 용접에 의해 결합시키는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재는 금속 판재로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재의 외면에는 폭 방향(횡 방향)으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재의 상단과 하단에 인접한 측면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 외장부재의 좌우 양단에 인접한 측면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 단위모듈을 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 19 항에 따른 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
- 제 20 항에 있어서, 상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것을 특징으로 하는 차량.
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