KR20130026056A - 복합식 동력전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합식 동력전지 모듈에 관한 것으로, 리튬-철 전지(lithium-ion battery) 모듈과 리튬-망간 전지(lithium-mangan battery) 모듈을 포함하여 구성되는데, 상기 리튬-철 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-철 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되되, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비한 것이고, 상기 리튬-망간 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-망간 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되되, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비하며, 상기 리튬-철 전지 모듈과 상기 리튬-망간 전지 모듈은 병렬형식으로 전기적으로 연결되어 있다. 전술한 구조를 통해, 본 발명이 제공하는 복합식 동력전지 모듈은 방전배율이 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 중량이 가벼운 등의 장점이 있을 뿐만 아니라, 동시에 단일의 리튬-철 전지모듈에 비하여 제작비용이 적게 들고, 단일의 리튬-망간 전지 모듈에 비하여 안전성이 높은 특성을 구비한다.

Description

복합식 동력전지 모듈{Battery Module}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 엔진에 사용되는 복합식 동력전지 모듈에 관한 것이다.
아연전지는 오랫동안 자동차나 기차 등 차량에 동력전지의 표준장비로 사용되었는데, 기전력이 크고, 조작온도의 범위가 넓으며, 구조가 간단하고, 제작 기술이 발달하였으며, 가격이 저렴하다는 등의 장점이 있으나, 이와 동시에 부피가 크고, 중량이 비교적 무거워 운반이 어렵고, 전압 하강이 크고, 납이 포함되어 환경에 친화적이지 못하는 등의 단점을 가지고 있다.
이로 인해, 일부 업자들은 방전배율이 비교적 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 중량이 가벼운 인산철리튬 전지(lithium iron phosphate battery)를 사용함으로써, 아연전지를 대체하여 차량의 전지 모듈로 사용하고 있는데, 인산철리튬 전지는 현재 안전성이 가장 우수한 전지로 인식되고 있다. 그러나, 인산철리튬 전지는 제작이 어렵고, 소결(sintering) 가공을 걸쳐 완성되는 완성품률이 비교적 낮으며, 제작비용이 과도하게 높아서, 인산철리튬 전지의 가격이 비싸게 되었고 이로 인해 일반 소비자들이 쉽게 선택하기 어렵다는 문제가 있다.
이에, 일부 업자들은 리튬-망간 전지로 인산철리튬 전지를 대체하고 있는데, 망간금속이 원료가 풍부하고 가격이 저렴하며, 리튬-망간 전지 역시 인산철리튬 전지에 비해 제작이 쉽기 때문에, 리튬-망간 전지의 가격은 인산철리튬 전지의 그것에 비해 많이 저렴하고, 리튬-망간 전지의 충전속도 역시 인산철리튬 전지의 그것에 비해 빠르다. 그 밖에, 리튬-망간 전지는 인산철리튬 전지와 대등하게 방전배율이 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 중량이 가벼운 등의 특성을 구비한다. 그러나, 리튬-망간 전지는 심도(深度) 충방전 과정에서 결정격자가 불안정하게 변하게 되고(특히 고온 하에서), 망간과 산소 사이의 분자결합이 해체되면서 산소가 방출되어 폭발할 수 있으며, 이와 동시에 비교적 높은 작업 온도 하에서 리튬-망간 결정이 서서히 용해되어 전해질 용액이 되는 문제가 생길 수 있기 때문에, 리튬-망간 전지는 각종 안전장치를 사용해서 안전성을 높여야 할 필요가 있다.
본 발명의 주요목적은 가격이 저렴하며, 방전배율이 우수하고, 부피가 작으면서도 안전성이 우수한 복합식 동력전지 모듈을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안이 제공하는 복합식 전동전지 모듈은, 리튬-철 전지(lithium-ion battery) 모듈과 리튬-망간 전지(lithium-mangan battery) 모듈을 포함하여 구성되되, 상기 리튬-철 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-철 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비한 것이고, 상기 리튬-망간 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-망간 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비한 것인데, 상기 리튬-철 전지 모듈과 상기 리튬-망간 전지 모듈은 병렬형식으로 전기적으로 연결되어 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 복합식 전동전지 모듈은, 리튬-철 전지 모듈과 리튬-망간 전지 모듈을 병력적으로 연결시키는 구조를 통하여 아연 전지 모듈, 단일의 리튬-철 전지 모듈 또는 단일의 리튬-망간 전지 모듈을 대체한 것인데, 본 발명에 따른 복합식 동력전지 모듈은 방전배율이 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 가볍다는 등의 장점이 있을 뿐만 아니라, 동시에 단일의 리튬-철 전지 모듈에 비하여 제작비용이 적게 들고, 단일의 리튬-망간 전지 모듈에 비하여 안전성이 높은 각종 특성을 구비한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합식 동력전지 모듈의 회로 설명도이다.
본 발명의 구조적인 특징 및 이로부터 달성되는 효과를, 바람직한 실시예를 통해서 설명하자면 다음과 같다. 여기서 주의할 것은 후술하는 실시예는 단순히 본 발명의 설명을 위해 사용되는 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하기 위해 사용되어서는 아니된다는 것이다.
본 발명에 따른 복합식 전동전지 모듈은 종래의 차량 발전기의 엔진, 일반적인 대형설비 발전기의 엔진 또는 무정전 전원공급장치(UPS) 등에 구비되어 사용되거나 또는 새로 개발된 전동차의 엔진에 사용될 수 있다. 도 1을 참조하여 보면, 상기 복합식 전동전지 모듈은 하나의 리튬-철 전지 모듈과 하나의 리튬-망간 전지 모듈을 포함하여 구성된다. 상기 리튬-철 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-철 전지(10)가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지(10)는 양극과 음극을 구비한다. 상기 리튬-망간 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-망간 전지(20)가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지(20)는 양극과 음극을 구비한다. 상기 리튬-철 전지 모듈과 상기 리튬-망간 전지 모듈은 병렬형식으로 전기적으로 연결되어 있다. 도 1에 도시된 리튬-철 전지의 수량과 리튬-망간 전지의 수량은 예시적인 설명을 위한 것으로 본 발명의 보호범위가 이에 제한되지 않는다.
더욱 명확하게 본 발명을 설명하자면, 상기 리튬-철 전지의 양극 재료는 리튬-철 화합물이고, 상기 리튬-철 화합물은 바람직스럽게는 인산철리튬이다. 상기 리튬-망간 전지의 양극 재료는 리튬-망간 화합물이고, 상기 리튬-망간 전지의 음극 재료는 리튬 티탄 산화물(LITHIUM TITANIUM OXIDE) 또는 흑연이다. 여기서 리튬 티탄 산화물이 보다 바람직스럽고, 전술한 흑연은 천연흑연 또는 인공흑연이 모두 가능하다.
더욱 자세하게 본 발명을 설명하자면, 본 발명의 복합식 전동전지 모듈은 리튬-철 전지 모듈과 리튬-망간 전지 모듈을 병력적으로 연결시키는 구조를 통하여 아연 전지 모듈을 대체한 것인데, 본 발명에 따른 복합식 동력전지 모듈은 방전배율이 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 가벼운 등의 장점이 있을 뿐만 아니라, 동시에 본 발명의 복합식 동력전지 모듈은 효능 면에서 아연 전지 모듈보다 많은 우수한 점을 구비한다.
단일의 리튬-철 전지 모듈이 아연 전지 모듈을 대체할 경우 우수한 안전성을 구비할 수는 있지만, 상기 리튬-철 전지의 제작은 쉽지 않고, 상대적으로 제작비용이 많이 들어가게 된다. 또한 단일의 리튬-망간 전지 모듈이 아연 전지 모듈을 대체한 경우라면, 제작비용이 리튬-철 전지에 비해 상대적으로 저렴하면서도 리튬-철 전지의 각 특성을 구비하고, 리튬-철 전지의 빠른 방전 특성을 능가할 수 있지만, 안전성이 리튬-철 전지에 비해 훨씬 떨어지게 된다. 이러한 사항을 참조하여, 본 발명에 따른 복합식 전동전지 모듈은 절충의 방식을 채택하고 있는데, 리튬-철 전지 모듈과 리튬-망간 전지 모듈을 병력적으로 연결시키는 구조를 통하여 아연 전지 모듈, 단일의 리튬-철 전지 모듈 또는 단일의 리튬-망간 전지 모듈을 대체함으로써, 본 발명의 복합식 동력전지 모듈은 방전배율이 우수하고, 전기용량이 높으며, 부피가 작고 중량이 가벼운 등의 장점이 있을 뿐만 아니라, 이와 동시에 단일의 리튬-철 전지 모듈에 비하여 제작비용이 적게 들고, 단일의 리튬-망간 전지 모듈에 비하여 안전성이 높은 각종 특성을 구비한다. 그 밖에, 일반 소비자들이 동력전기 모듈을 구매하고자 할 때 대부분은 성능이 우수하고, 안전성이 확보되며 가격이 저렴한 상품을 선호하는데, 본 발명의 복합식 동력전지 모듈은 전술한 각종 항목의 장점을 모두 구비함으로써, 동력전지 시장에서 막강한 경쟁력을 구비할 것이다.
또한, 일반적으로 동력전지 모듈이 결합된 전자제품은 모두 일정한 전압을 갖게 되는데, 아연 전지는 그 전압 하강이 커서, 종종 동력전지 모듈로 인해 전자제품의 전압 부족 현상이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 복합식 동력전지 모듈 중 리튬-망간 전지 모듈이 음극 재료로 리튬 티탄 산화물을 사용할 경우, 상기 리튬-망간 전지 모듈의 전압 하강폭이 작게 되고, 이에 따라 전자제품의 전압 부족 현상이 발생하지 않게 된다. 이와 같이 본 발명의 복합식 동력전지 모듈은 아연전지 모듈의 전압 하강으로 인한 문제점을 개선하였다.
10 : 리튬-철 전지 20 : 리튬-망간 전지

Claims (6)

  1. 리튬-철 전지(lithium-ion battery) 모듈과 리튬-망간 전지(lithium-mangan battery) 모듈을 포함하여 구성되되,
    상기 리튬-철 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-철 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비한 것이고, 상기 리튬-망간 전지 모듈은 적어도 하나 이상의 리튬-망간 전지가 직렬형식으로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 리튬-철 전지는 양극과 음극을 구비한 것이고,
    상기 리튬-철 전지 모듈과 상기 리튬-망간 전지 모듈은 병렬형식으로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는, 복합식 동력전지 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬-망간 전지의 음극 재료는 리튬 티탄 산화물(LITHIUM TITANIUM OXIDE)인, 복합식 동력전지 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬-망간 전지의 음극 재료는 흑연인, 복합식 동력전지 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 음극 재료인 흑연은 천연흑연인, 복합식 동력전지 모듈.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 음극 재료인 흑연은 인공흑연인, 복합식 동력전지 모듈.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 리튬-철 전지의 양극 재료는 인산철리튬인, 복합식 동력전지 모듈.
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