KR20120082579A - 냉각 기능을 구비한 전지 모듈 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되는 전지 모듈 어셈블리에 관련한 것으로서, 상기 모듈케이스에는 다수의 전지셀 또는 단위모듈이 개별로 안착되는 안착통이 다수개 하방으로 돌출하여 형성되고, 상기 안착통이 돌출 형성된 모듈케이스는 박스형태의 액상 냉매 유통 탱크의 상측 개구부를 폐색하는 크기의 플랜지부를 구비하며, 상기 냉매 유통 탱크의 측면에는, 상기 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 배출구가 형성되어, 상기 유입구를 통해 상기 냉매 유통 탱크의 내부를 유입된 액상 냉매가 상기 다수의 안착통을 매개로 상기 냉매 유통 탱크의 내부에서 지그재그 형태로 유동하면서, 상기 다수의 안착통 내에 배열된 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 냉각시키도록 구성되는 것을 특징으로 하여, 안착통과 냉매 유통 탱크의 내면 사이를 통과하면서 냉매가 지그재그로 유동하면서 열교환되어 상기 배출구를 통해 배출되고, 또 구획 칸막이를 매개로 2층 구조로 길이방향을 따라, 안착통들의 주위를 통과하는 유동성 저하를 최소화시켜서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록 하였다.

Description

냉각 기능을 구비한 전지 모듈 어셈블리{Solar cell module assembly}

본 발명은 냉각 효율성이 향상된 전지모듈 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되어 있고, 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 도관을 포함하는 냉각부재가 상기 전지모듈의 외면에 장착되어 있는 전지모듈 어셈블리에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.

또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.

일반적으로 하이브리드 전기자동차는 시동을 거는 경우 전지팩의 전원을 사용하고, 운행중에는 가솔린 공개특허 10-2010-0041452 호와 같은 유류를 사용하므로 발열량이 상대적으로 크지 않아, 하이브리드 전기자동차에 적용되는 차량용 전지팩에는 공기를 이용한 냉각시스템이 주로 사용되고 있다.

그러나, 플러그-인 하이브리드 전기자동차는 시동뿐만 아니라 초기 주행시에도 차량용 전지팩의 전원을 사용하므로, 전지팩의 크기가 커지고 충방전 횟수가 상대적으로 증가하게 되어 발열량이 커지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결하여 차량용 전지팩에 포함되는 전지모듈 어셈블리의 냉각효율성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 출원의 발명자들은 전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈의 외면에 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 도관을 포함하는 냉각부재를 장착하는 경우, 놀랍게도, 전지모듈의 냉각효율이 크게 향상되고, 이는 전지모듈 어셈블리의 수명 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, 냉매 도관의 구조 또는 개수를 다양하게 구성하여 냉매 유입구와 냉매 배출구의 배치를 다양화시킬 수 있고, 전지모듈 어셈블리의 냉각시스템을 유연하게 설계할 수 있다.

본 발명의 목적은 전지모듈 어셈블리에서, 모듈케이스와 냉매 유통 탱크의 사이에서 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 유로를 지그재그 방식으로 유동시킬 수 있도록 하는 구성을 포함하여서, 종래의 공냉식 냉각시스템을 사용하는 전지모듈 어셈블리에 비해 냉각 효율을 크게 증가시킬 수 있도록 함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되는 전지 모듈 어셈블리에 있어서,

상기 모듈케이스에는 다수의 전지셀 또는 단위모듈이 개별로 안착되는 안착통이 다수개 하방으로 돌출하여 형성되고,

상기 안착통이 돌출 형성된 모듈케이스는 박스형태의 액상 냉매 유통 탱크의 상측 개구부를 폐색하는 크기의 플랜지부를 구비하며,

상기 냉매 유통 탱크의 측면에는, 상기 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 배출구가 형성되어,

상기 유입구를 통해 상기 냉매 유통 탱크의 내부를 유입된 액상 냉매가 상기 다수의 안착통을 매개로 상기 냉매 유통 탱크의 내부에서 지그재그 형태로 유동하면서, 상기 다수의 안착통 내에 배열된 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 냉각시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉매 유통 탱크를 복수의 상하 공간으로 분할하고, 이 분할된 공간은 일측 코너부에 관통형성된 유동구를 매개로 되어, 상기 공간이 이루는 층간 사이에서의 냉매 유동을 수행하도록 구성됨이 바람직하다.

또, 상기 안착통이 삽입되는 다수의 삽입구를 갖는 구획 칸막이가 상기 냉매 유통 탱크의 중앙에 수평 배열되는 구조로 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 냉매 유통 탱크의 저면 코너부에는 상기 구획 칸막이를 일정 거리 이격시켜 배열하는 스페이서가 구비되는 구성으로 됨이 바람직하다.

본 발명은 안착통과 냉매 유통 탱크의 내면 사이를 통과하면서 냉매가 지그재그로 유동하면서 열교환되어 배출구를 통해 배출되고, 또 구획 칸막이를 매개로 2층 구조로 길이방향을 따라, 상기 안착통들의 주위를 통과하는 유동성 저하를 최소화시켜서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 외관을 나타내는 사시 구조도.
도 2는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 구성요소를 분해하여 예시한 분해 조립 사시도.
도 3은 도 2와는 반대방향에서 바라보아 전지모듈 어셈블리의 구성요소를 분해하여 예시한 분해 조립 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 냉매 유동 상태를 설명하기 위한 평면 구조도.
도 5는 본 발명의 전지모듈이 육면체 형태로 된 경우에 있어서의 냉매 유동 상태를 설명하기 위한 평면 구조도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

여기서 전지모듈 어셈블리는, 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, P형 반도체와 N형 반도체를 사용하고, 빛을 비추면 내부에서 전하가 이동하고 P극과 N극 사이에 전위차가 생기는 원리를 이용한 것이다. 태양전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있다. 다시 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류될 수 있으며, 이하 "전지모듈 어셈블리"로 통칭하기로 한다.

먼저, 전지 모듈에 해당하는 것을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리(100)는, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 도시하지 않은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈케이스(110)에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되는 전지 모듈 어셈블리(100)의 일환으로서 안출되었다.

여기에서, 상기 모듈케이스(110)에는 다수의 전지셀 또는 단위모듈이 개별로 안착되도록 내부에 안착구(111a)를 갖는 안착통(111)이 다수개 하방으로 돌출하여 형성되어 있다.

또, 상기 안착통(111)이 돌출 형성된 모듈케이스(110)는 박스형태의 액상 냉매 유통 탱크(130)의 상측 개구부를 폐색하는 크기의 플랜지부(110a)를 구비하는 구성으로 되어 있다.

또한, 상기 냉매 유통 탱크(130)의 측면에는, 상기 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 유입구(131) 및 배출구(133)가 형성되어 있다.

또, 상기 유입구(131)를 통해 상기 냉매 유통 탱크(130)의 내부를 유입된 액상 냉매가 상기 다수의 안착통(111)을 매개로 상기 냉매 유통 탱크(130)의 내부에서 지그재그 형태로 유동하면서, 상기 다수의 안착통(111) 내에 배열된 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 냉각시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 냉매 유통 탱크(130)를 복수의 상하 공간으로 분할하고, 상기 안착통(111)이 삽입되는 다수의 삽입구(121)를 갖는 구획 칸막이(120)가 상기 냉매 유통 탱크(130)의 중앙에 수평 배열되는 구조를 채택하고 있다.

또, 상기 냉매 유통 탱크(130)의 저면 코너부에는 상기 구획 칸막이(120)를 일정 거리 이격시켜 배열하는 스페이서가 구비되어 있다.

한편, 미설명 부호(115)는 냉매의 지그재그 유동을 가이드하기 위한 가이드부재이며, 부호(125)는 층간 냉매 유동을 위한 유동구이다. 카운터 플로우가 발생됨으로써, 보다 균일한 냉각 작용이 수행되도록 하는 구성요소의 일환으로서 안출되었다.

이로써, 상기 안착통(111)과 상기 냉매 유통 탱크(130)의 내면 사이를 통과하면서 냉매가 지그재그로 유동하면서 열교환되어 상기 배출구를 통해 배출된다.

더욱이, 상기 구획 칸막이(120)를 매개로 2층 구조로 길이방향을 따라, 상기 안착통(111)들의 주위를 통과하는 유동성 저하를 최소화시켜서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 특장점을 발휘하게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 상기 구획 칸막이(120)는, 충분한 강도를 가지게 한 판재를 적당한 크기로 제작하고 그 상부에 냉수 등과 같은 냉매가 상기 구획 칸막이(120)를 관통하여 배열되는 상기 안착통(111)의 외주면을 따라 구획되어 냉매가 유동되면서, 열교환이 제공되는 방식을 제공함으로써, 상기 기존 방법의 문제점인 냉각 방법의 어려움, 장기간 냉각 기간의 문제점을 해결하고, 또한 더브테일 암수(140) 구조의 상기 플랜지(110a)와 상기 냉매 유동 탱크(130)의 측벽 상이 상호 맞물림 결합되는 밀봉 기술을 적용해도 좋으며, 이로 인해, 환경 유해 물질의 발생 및 누수가 전혀 없는 친환경 냉각과 고안된 구획 칸막이(120)에 의한 층간 유동 냉각의 두가지를 동시에 제공하게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

또한, 상기 안착통(111)은 육면체형 형상으로 제작되어도 좋으며, 안착통(111)의 외주면을 따라 요철모양의 홈을 가지는 구조를 제공하여 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 냉각 구조는, 습식 냉각 방법을 제공하나, 전지모듈과 냉매가 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 유지 보수 시, 케이스(110)를 뜯지않고 설비할 수 있으며 설비 후 즉시 사용할 수 있으며 환경 유해 물질이 발생하지 않으며 탱크(130)의 외부에 단열재 등을 설치하면, 단열효과로 인한 외부로의 열손실을 차단함으로서 큰 에너지 절감 효과를 낼 수 있으며 매우 심플한 냉각 장비를 구성할 수 있게 되는 특장점이 있는 것이다.

이로써, 상기 안착통(111)과 상기 냉매 유통 탱크(130)의 내면 사이를 통과하면서 냉매가 지그재그로 유동하면서 열교환되어 상기 배출구를 통해 배출되고, 또 상기 구획 칸막이(120)를 매개로 2층 구조로 길이방향을 따라, 상기 안착통(111)들의 주위를 통과하는 유동성 저하를 최소화시켜서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 특장점을 발휘하게 되는 것이다.

Claims (4)

1. 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되는 전지 모듈 어셈블리에 있어서,
   상기 모듈케이스에는 다수의 전지셀 또는 단위모듈이 개별로 안착되는 안착통이 다수개 하방으로 돌출하여 형성되고,
   상기 안착통이 돌출 형성된 모듈케이스는 박스형태의 액상 냉매 유통 탱크의 상측 개구부를 폐색하는 크기의 플랜지부를 구비하며,
   상기 냉매 유통 탱크의 측면에는, 상기 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 배출구가 형성되어,
   상기 유입구를 통해 상기 냉매 유통 탱크의 내부를 유입된 액상 냉매가 상기 다수의 안착통을 매개로 상기 냉매 유통 탱크의 내부에서 지그재그 형태로 유동하면서, 상기 다수의 안착통 내에 배열된 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 냉각시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 어셈블리.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉매 유통 탱크를 복수의 상하 공간으로 분할하고, 이 분할된 공간은 일측 코너부에 관통형성된 유동구를 매개로 되어, 상기 공간이 이루는 층간 사이에서의 냉매 유동을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 안착통이 삽입되는 다수의 삽입구를 갖는 구획 칸막이가 상기 냉매 유통 탱크의 중앙에 수평 배열되는 구조로 된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 어셈블리.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 냉매 유통 탱크의 저면 코너부에는 상기 구획 칸막이를 일정 거리 이격시켜 배열하는 스페이서가 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 어셈블리.

Images