KR20130104660A - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극판 및 음극판을 포함하는 이차전지, 다수개의 상기 이차전지가 나란하게 적층되어 내부에 수용되는 내부 케이스, 상기 내부 케이스가 내부에 수용되는 외부 케이스, 상기 내부 케이스의 외면 및 상기 외부 케이스의 내면이 서로 일정거리 이격되어 공간이 형성되는 단열부 및 상기 단열부에 구비되며, 특정 온도 상황에서 열전달이 이루어지도록 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결 또는 연결 해제되도록 하는 열전달부재를 포함하여 형성됨으로써, 배터리 모듈의 냉각은 물론 과잉냉각을 차단하기 위한 단열 기능이 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈{Battery module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 이차전지로 구성되는 배터리 모듈에서 외부 케이스 및 내부 케이스 사이에 구비되는 열전달부재를 통해 특정 온도 상황에서 열전달이 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈의 냉각은 물론 과잉냉각을 차단하기 위한 단열 기능이 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다.

이 중에서, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있으며, 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.

상기 이차전지는 대용량 및 고전압으로 사용하기 위해 다수개의 이차전지를 적층한 후, 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결하여 모듈 형태로 제작된다.

일반적으로, 리튬 이차전지를 이용한 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우, 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 내부의 온도가 급격히 상승하게 되며, 이와 같은 배터리의 온도 상승은 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 배터리의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우 발화 또는 폭발이 발생될 수 있다. 따라서 배터리 모듈은 내부에 수용되는 이차전지를 냉각시키는 냉각 시스템이 반드시 필요하며, 이를 위해 공냉식과 수냉식의 다양한 냉각시스템이 구비되는 추세이다. 그 예로, 미국공개특허 제2012-0040227호(공개일 : 2012.02.16, 명칭 : Energy storage module)에는 수냉식 냉각 시스템이 개시된 바 있다.

한편, 상술한 바와 같이 종래 배터리 모듈에는 발열에 대비하여 다양한 냉각 시스템이 구성되어 있는데, 외부 환경이 낮은 온도인 경우 저온 시동(cold cranking)에 대한 대책이 부족한 실정이다.

저온 시동에 대한 대책이 부족한 배터리 모듈은 추운 겨울철 또는 추운 기후를 가진 지역에서 사용될 경우, 시동성이 떨어진다는 문제점이 있다.

따라서 과잉 냉각을 방지하여 저온에서의 시동성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈의 개발이 필요하다.

미국공개특허 제2012-0040227호(공개일 : 2012.02.16, 명칭 : Energy storage module)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이차전지로 구성되는 배터리 모듈에서 외부 케이스 및 내부 케이스 사이에 구비되는 열전달부재를 통해 특정 온도 상황에서 열전달이 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈의 냉각은 물론 과잉냉각을 차단하기 위한 단열 기능이 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 배터리 모듈은 양극판 및 음극판을 포함하는 이차전지; 다수개의 상기 이차전지가 나란하게 적층되어 내부에 수용되는 내부 케이스; 상기 내부 케이스가 내부에 수용되는 외부 케이스; 상기 내부 케이스의 외면 및 상기 외부 케이스의 내면이 서로 일정거리 이격되어 공간이 형성되는 단열부; 및 상기 단열부에 구비되며, 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결 또는 연결 해제되도록 하는 열전달부재; 를 포함하여 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 열전달부재는 온도에 따라 형상이 변화되는 형상기억합금일 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 열전달부재는 상기 이차전지가 특정 온도 이상으로 발열되면 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결되도록 형상이 변화되며, 상기 이차전지가 특정 온도 이하로 냉각되면 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결 해제되도록 형상이 변화될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 외부케이스에는 외면에 방열핀이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 외부케이스에는 냉각수 또는 냉매가 유동되는 냉각파이프가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 단열부에는 단열부재가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 배터리 모듈은 이차전지로 구성되는 배터리 모듈에서 외부 케이스 및 내부 케이스 사이에 구비되는 열전달부재를 통해 특정 온도 상황에서 열전달이 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈의 냉각은 물론 과잉냉각을 차단하기 위한 단열 기능이 있다는 장점이 있다.

이를 통해, 본 발명의 배터리 모듈은 추운 날씨 또는 추운지방과 같이 외부환경이 저온인 경우에도, 배터리 모듈이 장착된 차량의 시동성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 배터리 모듈은 특정 온도에서의 형상을 기억하는 형상기억합금을 열전달소재로 이용함으로써, 이차전지가 발열되어 냉각이 필요한 상황에서는 냉각기능을 하는 외부케이스와 이차전지가 수용되는 내부케이스가 서로 접촉되도록 하여 열전도가 이루어지도록 하고, 외부 온도가 낮아 배터리의 단열이 필요한 상황에서는 외부케이스 및 내부케이스가 접촉 해제되도록 하여 열전도가 이루어지지 않도록 할 수 있어, 상황에 맞게 냉각과 단열기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

또, 본 발명의 배터리 모듈은 냉각기능을 하는 외부케이스에 방열핀 또는 냉각파이프가 구비되어, 공냉식과 수냉식 냉각방식을 모두 구현할 수 있어 적용분야가 다양하다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 배터리 모듈은 내부케이스 및 외부케이스 사이의 단열 부에 단열부재를 더 구비함으로써, 단열기능이 더욱 향상될 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 배터리 모듈에서 열전달부재의 동작상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈에서 외부케이스의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 외부케이스의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈에서 열전달부재의 동작상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 배터리 모듈에서 외부케이스의 일실시예를 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 외부케이스의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 배터리 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 크게 이차전지(100), 내부 케이스(200), 외부 케이스(300). 단열부(400) 및 열전달부재(500)를 포함하여 형성된다.

이차전지(100)는 양극판(112) 및 음극판(111)을 이루는 판상형의 배터리 셀(110)과, 배터리 셀(110)로부터 일측 방향으로 연장되어 형성되는 전극 탭(120), 배터리 셀(110)이 내부에 수용되는 셀케이스(130)를 포함하여 형성될 수 있다.

내부 케이스(200)는 다수개의 이차전지(100)가 나란하게 적층되어 내부에 수용되도록 형성되는데, 이 때, 이차전지(100)는 전극 탭(120)이 있는 면이 동일하도록 배치되며, 이웃한 이차전지(100)의 전극 탭(120)과 용접되어 결합될 수 있고, 동일한 극성의 전극 탭(120) 또는 서로 다른 극성의 전극 탭(120)이 서로 결합될 수 있다.

외부 케이스(300)는 내부 케이스(200)가 내부에 수용되도록 형성된다.

단열부(400)는 내부 케이스(200)의 외면 및 외부 케이스(300)의 내면이 서로 일정거리 이격되어 형성되는 공간이다.

특히, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 단열부(400)에 열전달부재(500)가 구비되는데, 열전달부재는 온도 특성에 따라 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)가 연결 또는 연결 해제되도록 한다.

열전달부재(500)는 온도에 따라 형상이 변화되는 형상기억 합금일 수 있는데, 이차전지(100)가 특정 온도 이상으로 발열되면 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)가 서로 연결되도록 형상이 변화되며, 이차전지(100)가 특정 온도 이하로 냉각되면 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)가 연결 해제되도록 형상이 변화될 수 있다.

열전달부재(500)는 내부 케이스(200)에 설치될 수도 있으며, 외부 케이스(300)에 설치될 수도 있는데, 둘 중 어느 한 면에 설치되어 팽창 또는 수축을 통해 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)를 연결 및 연결 해제되도록 한다.

이 때, 열전달부재(500)는 복수개 설치되어 열전달 효율이 향상되도록 하는 것이 바람직하다.

도1 및 2를 참고로 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 내부에 수용된 이차전지(100)가 발열되어 냉각이 필요한 경우, 도 1과 같이, 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)가 열전달부재(500)를 통해 서로 연결될 수 있도록 열전달부재(500)가 팽창되어 형상이 변화된다.

이 때, 내부 케이스(200)는 열전달부재(500)를 통해 열을 외부 케이스(300)로 전달하게 되고, 외부 공기 또는 별도의 냉각수단을 통해 냉각기능을 하는 외부 케이스(300)와 서로 열교환을 하며 발열되게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 외부의 온도가 특정 온도 이하로 떨어지게 되어 내부 케이스(200)에 수용된 이차전지(100)가 냉각되는 것을 방지하기 위해 내부 케이스(200) 및 외부 케이스(300)가 연결되지 않도록 열전달모듈이 축소되어 형상이 변화된다.

이에 따라, 내부 케이스(200)에 수용된 이차전지(100)는 단열부(400)를 통해 외부의 냉기가 차단되고 열이 외부로 빼앗기지 않아 일정 온도를 유지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 외부 케이스(300)는 냉각 기능을 하게 되는데, 냉각 효율이 향상되도록 외면에 복수개의 방열핀(310)이 구비될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 외부 케이스(300)는 외부에 방열핀(310)이 구비됨으로써, 차량에 적용될 경우, 주행풍에 의해 냉각되는 공냉식 냉각 시스템을 구현할 수 있게 된다.

또 다른 실시예로, 외부 케이스(300)에는 냉각수 또는 냉매가 유동되는 냉각파이프가 형성될 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 외부 케이스(300)에는 지그재그로 절곡되어 형성되는 냉각파이프가 형성되며, 냉각파이프를 통해 냉각수 또는 냉매가 유동됨으로써, 열전달모듈을 통해 전달받은 내부 케이스(200) 내 이차전지(100)의 열을 냉각시킬 수 있는 수냉식 냉각 시스템을 구현할 수 있게 된다.

이를 통해, 이차전지(100)는 일정 온도 이하의 적정 온도를 유지할 수 있게 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 단열부(400)에는 단열부재(310)가 더 구비되어 단열성능을 향상시킬 수도 있다.

단열부재(310)는 유리섬유, 폴리우레탄 및 기타 플라스틱 단열재 등 단열기능을 가진 다양한 재료가 사용될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈은 이차전지로 구성되는 배터리 모듈에서 외부 케이스 및 내부 케이스 사이에 구비되는 열전달부재를 통해 특정 온도 상황에서 열전달이 이루어지도록 함으로써, 상황에 맞게 냉각과 단열기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

이를 통해, 본 발명의 배터리 모듈은 추운날씨 또는 추운지방과 같이 외부환경이 저온인 경우에도, 배터리 모듈이 장착된 차량의 시동성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 배터리 모듈은 냉각기능을 하는 외부케이스에 방열핀 또는 냉각파이프가 구비되어, 공냉식과 수냉식 냉각방식을 모두 구현할 수 있어 적용분야가 다양하다는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 배터리 모듈
100 : 이차전지
110 : 배터리 셀
111 : 음극판 112 : 양극판
120 : 전극 탭
130 : 셀케이스
200 : 내부 케이스
300 : 외부 케이스
310 : 방열핀 320 : 냉각파이프
400 : 단열부
410 : 단열부재
500 : 열전달부재

Claims (6)

1. 양극판 및 음극판을 포함하는 이차전지;
   다수개의 상기 이차전지가 나란하게 적층되어 내부에 수용되는 내부 케이스;
   상기 내부 케이스가 내부에 수용되는 외부 케이스;
   상기 내부 케이스의 외면 및 상기 외부 케이스의 내면이 서로 일정거리 이격되어 공간이 형성되는 단열부; 및
   상기 단열부에 구비되며, 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결 또는 연결 해제되도록 하는 열전달부재; 를 포함하여 형성되는 배터리 모듈.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열전달부재는
   온도에 따라 형상이 변화되는 형상기억합금인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 열전달부재는
   상기 이차전지가 특정 온도 이상으로 발열되면 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결되도록 형상이 변화되며,
   상기 이차전지가 특정 온도 이하로 냉각되면 상기 내부 케이스 및 외부 케이스가 연결 해제되도록 형상이 변화되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 케이스에는
   외면에 방열핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 케이스에는 냉각수 또는 냉매가 유동되는 냉각파이프가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 단열부에는
   단열부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

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