KR20140057696A

KR20140057696A - 절연액 순환 냉각식 리튬폴리머 이차전지

Info

Publication number: KR20140057696A
Application number: KR1020120118851A
Authority: KR
Inventors: 황해룡
Original assignee: 황해룡
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-14

Abstract

열충격 및 물리적 충격으로부터 효과적으로 보호하는 것이 가능하도록, 복수의 전지셀이 병렬 또는 직렬로 연결되어 구성되는 전지 모듈과, 전지 모듈의 양극과 음극 및 커넥터의 일부가 외부로 노출되도록 전지 모듈이 내부에 내벽면과 간격을 두고 탑재되는 전지케이스와, 전지케이스의 내부에 채워지는 절연액과, 전지케이스로 공급되는 절연액이 저장되는 저장탱크와, 저장탱크에 저장된 절연액을 전지케이스로 강제로 압송하는 공급펌프와, 전지케이스로부터 배출되는 절연액을 냉각시켜 저장탱크로 공급하도록 내부에 열교환기가 설치되는 냉각탱크를 포함하는 절연액 순환 냉각식 이차전지를 제공한다.

Description

절연액 순환 냉각식 이차전지 {Insulation Liquid Circulation Cooling Type Secondary Battery}

본 발명은 절연액 순환 냉각식 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연액에 전지 모듈을 함침시킨 상태로 패키징을 행하여 절연액에 의해 전지 모듈을 효과적으로 보호함은 물론 절연액을 순환시키면서 냉각을 행하므로 우수한 냉각성능을 유지하는 것이 가능한 절연액 순환 냉각식 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 리튬폴리머전지는 외부 전원으로 충전을 반복하여 반영구적으로 사용하는 전지인 2차전지의 일종으로, 전해질이 고체 또는 젤 형태이므로 불의의 사고로 전지의 케이스가 파손되어도 전해질이 외부로 유출되지 않아 발화하거나 폭발할 우려가 거의 없으며, 안정성이 확보된 전지로 알려져 있다.

상기 리튬폴리머전지는 리튬이온전지에 비하여 에너지 효율도 높을 뿐만 아니라, 견고한 금속으로 외장 패키징을 행할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조하는 것이 가능하고, 3mm 이하의 두께로 제작도 가능하며, 무게도 30% 이상 줄이는 것이 가능하다. 또한 리튬폴리머전지는 리튬이온전지에 비하여 제조공정이 비교적 쉬워 대량 생산 및 대형 전지의 제조가 가능하다.

따라서 리튬폴리머전지는 현재 상용화되어 있는 액체 전해질형 리튬이온전지의 단점인 안정성 문제, 제조비용의 고가, 대형 전지 제조의 어려움, 고용량화의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 전지로 전망되고 있다.

최근 기술의 발전으로 리튬폴리머전지를 고출력 대용량의 용도로의 사용이 증가하는 추세이며, 점점 더 대형화와 고출력 에너지 밀도를 갖는 형태로 발전하고 있으므로, 발생하는 열도 크게 증가하게 되며, 이 열을 효율적으로 냉각시켜야 할 필요성이 증대되고 있다.

종래에는 공냉식의 방식으로 냉각을 행하고 있지만, 향후 대형화와 고출력으로 발전할수록 냉각과 안정성, 충격 흡수 등의 요구조건을 공냉식으로는 만족시킬 수가 없다는 문제가 있다. 또한 공냉식으로 해결하기 어려운 열충격, 진동 및 외부의 물리적 충격 등에 의한 파손이나 손상 등의 여러 문제들도 발생할 가능성이 높다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 순환하면서 냉각이 이루어지는 절연액에 전지 모듈을 함침시킨 상태로 패키징을 행하므로 열충격 및 물리적 충격으로부터 전지 모듈을 효과적으로 보호하는 것이 가능한 절연액 순환 냉각식 이차전지를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지는 복수의 전지셀이 병렬 또는 직렬로 연결되어 구성되는 전지 모듈과, 상기 전지 모듈의 양극과 음극 및 커넥터의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전지 모듈이 내부에 내벽면과 간격을 두고 탑재되는 전지케이스와, 상기 전지케이스의 내부에 채워지는 절연액과, 상기 전지케이스로 공급되는 절연액이 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크에 저장된 절연액을 상기 전지케이스로 강제로 압송하는 공급펌프와, 상기 전지케이스로부터 배출되는 절연액을 냉각시켜 상기 저장탱크로 공급하도록 내부에 열교환기가 설치되는 냉각탱크를 포함하여 이루어진다.

상기 전지케이스와 저장탱크는 공급관을 통하여 서로 연결되고, 상기 전지케이스와 냉각탱크는 회수관을 통하여 서로 연결되고, 상기 냉각탱크와 저장탱크는 연결관을 통하여 서로 연결된다.

상기 공급관에는 상기 공급펌프가 설치된다.

상기 저장탱크에는 내부에 저장되는 절연액의 유량을 측정하기 위한 유량계와, 내부에 저장되는 절연액의 온도를 측정하기 위한 온도계를 설치하는 것도 가능하다.

상기 저장탱크에는 내부의 압력이 절연액이나 기체의 열적 팽창에 의해 갑자기 상승하는 것에 대한 안전장치로 압력밸브를 설치하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지에 의하면, 순환되는 절연액이 냉각탱크에서 냉각된 다음 전지케이스의 내부로 공급되므로, 전지 모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하고, 고출력의 에너지를 방출하는 경우에도 열충격의 발생을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.

또 본 발명의 실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지에 의하면, 전지케이스 내부에 절연액이 채워진 상태로 전지 모듈이 설치되므로, 진동이나 물리적 충격이 전지 케이스에 가해지는 경우에도 절연액에서 충격 흡수가 이루어지고 내구성이 크게 향상된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지에 의하면, 절연액으로 전지 모듈이 감싸인 상태로 설치되므로, 화재가 발생할 때에도 전지의 폭발을 사전에 차단해주는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지를 나타내는 블럭도이다.

다음으로 본 발명에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전지케이스(10)와, 전지 모듈(20)과, 냉각탱크(30)와, 저장탱크(40)와, 절연액(60)을 포함하여 이루어진다.

상기 전지 모듈(20)은 복수의 전지셀(22)이 병렬 또는 직렬로 연결되어 구성된다.

상기 복수의 전지셀(22)은 기판(24)에 병렬 또는 직렬로 연결되도록 간격을 두고 배열되어 연결 설치된다.

상기 기판(24)에는 상기 전지셀(22)이 각각 일정한 간격을 유지하고 절연액(60)의 흐름을 방해하지 않도록, 전지셀(22)의 고정된 상태를 유지하기 위한 구조물을 설치하는 것도 가능하다.

상기 기판(24)에는 음극(25)과 양극(26)이 연결 설치됨은 물론, 외부의 회로에 연결되는 커넥터(28)가 연결 설치된다.

상기 음극(25)과 양극(26), 커넥터(28)는 일부가 상기 전지케이스(10)의 외부로 노출된 상태로 위치하도록, 상기 기판(24)을 상기 전지케이스(10) 내부에 고정 설치한다.

상기 전지 모듈(20)은 상기 전지케이스(10) 내부에 내벽면과 간격을 둔 상태로 탑재 설치된다.

상기 전지 모듈(20)은 리튬폴리머전지로 구성하는 것도 가능하다.

상기 전지케이스(10)는 밀봉된 상태로 설치된다.

상기 절연액(60)은 상기 전지케이스(10)의 내부에 채워진다.

상기와 같이 절연액(60)이 전지케이스(10)의 내부에 채워지게 되면, 절연액(60)이 전지 모듈(20)의 전기적인 안정 상태를 유지하며, 외부의 충격이나 진동으로부터 전지 모듈(20)을 보호하는 역할을 한다.

상기 절연액(60)은 화학적으로 매우 안정된 점도가 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 절연액(60)으로는 석유계 절연유, 실리콘유, 염소화유 등의 합성절연유 등이 사용 가능하다.

상기 저장탱크(40)에는 상기 전지케이스(10)로 공급되는 절연액(60)이 저장된다.

상기 저장탱크(40)에 저장된 절연액(60)은 공급펌프(50)를 통하여 상기 전지케이스(10)로 강제로 압송된다.

상기 냉각탱크(30)에는 상기 전지케이스(10)로부터 배출되는 고온의 절연액(60)을 냉각시켜 상기 저장탱크(40)로 공급하도록 내부에 열교환기(32)가 설치된다.

상기 전지케이스(10)와 저장탱크(40)는 공급관(52)을 통하여 서로 연결된다.

상기 공급관(52)에는 상기 공급펌프(50)가 설치된다.

상기 전지케이스(10)와 냉각탱크(30)는 회수관(54)을 통하여 서로 연결된다.

상기 냉각탱크(30)와 저장탱크(40)는 연결관(56)을 통하여 서로 연결된다.

상기와 같이 구성하면, 상기 공급펌프(50)의 작동에 따라 상기 저장탱크(40)의 절연액(60)은 공급관(52)을 통하여 상기 전지케이스(10)로 공급되고, 상기 전지케이스(10)에 공급관(52)을 통하여 공급되는 양만큼의 절연액(60)이 회수관(54)을 통하여 상기 전지케이스(10)로부터 상기 냉각탱크(30)쪽으로 배출되고, 상기 냉각탱크(30)에서 열교환기(32)와 열교환을 통하여 냉각된 다음, 상기 저장탱크(40)로 이동하는 과정을 반복하게 된다.

상기 저장탱크(40)에는 내부에 저장되는 절연액(60)의 유량을 측정하기 위한 유량계(42)와, 내부에 저장되는 절연액(60)의 온도를 측정하기 위한 온도계(44)를 설치하는 것도 가능하다.

상기 온도계(44)는 상기 저장탱크(40)에 저장된 절연액(60)의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 따라 상기 냉각탱크(30)에 설치된 열교환기(32)의 온도를 조절하도록 구성하는 것이 가능하며, 혹한기 또는 극한지역에서 전지를 장시간동안 가동중단 후에 재가동할시 저온상태에서 절연액(60)의 점도가 높아져 흐름이 원활하지 않을 경우에는 열교환기(32)의 온도를 조절하여서 절연액(60)을 일정온도로 가열하여 유동성을 확보한 후에 전지를 가동토록 구성하는 것도 가능하다.

그리고 상기 저장탱크(40)에는 내부의 압력이 절연액(60)이나 기체의 열적 팽창에 의해 갑자기 상승하는 것에 대한 안전장치로 압력밸브(46)를 설치하는 것도 가능하다.

상기 압력밸브(46)는 상기 저장탱크(40) 내부의 압력이 기준압력 이상으로 상승하는 경우 개방되어 압력을 배출시키도록 구성한다.

상기 저장탱크(40)에는 상기 유량계(42)를 통하여 측정되는 절연액(60)의 양이 규정된 양보다 적은 경우에 절연액(60)을 보충하기 위한 압력센서가 부착된 마개(48)를 설치하는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 절연액 순환 냉각식 이차전지의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

10 - 전지케이스, 20 - 전지 모듈, 22 - 전지셀, 24 - 기판, 25 - 음극
26 - 양극, 28 - 커넥터, 30 - 냉각탱크, 32 - 열교환기, 34 - 냉매 입출구
40 - 저장탱크, 42 - 유량계, 44 - 온도계, 46 - 압력밸브, 48 - 마개,
50 - 공급펌프, 52 - 공급관, 54 - 회수관, 56 - 연결관, 60 - 절연액

Claims

복수의 전지셀이 병렬 또는 직렬로 연결되어 구성되는 전지 모듈과,
상기 전지 모듈의 양극과 음극 및 커넥터의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전지 모듈이 내부에 내벽면과 간격을 두고 탑재되는 전지케이스와,
상기 전지케이스의 내부에 채워지는 절연액과,
상기 전지케이스로 공급되는 절연액이 저장되는 저장탱크와,
상기 저장탱크에 저장된 절연액을 상기 전지케이스로 강제로 압송하는 공급펌프와,
상기 전지케이스로부터 배출되는 절연액을 냉각시켜 상기 저장탱크로 공급하도록 내부에 열교환기가 설치되는 냉각탱크를 포함하는 절연액 순환 냉각식 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전지케이스와 저장탱크는 중간에 상기 공급펌프가 설치되는 공급관을 통하여 서로 연결되고,
상기 전지케이스와 냉각탱크는 회수관을 통하여 서로 연결되고,
상기 냉각탱크와 저장탱크는 연결관을 통하여 서로 연결되는 절연액 순환 냉각식 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 저장탱크에는 내부에 저장되는 절연액의 유량을 측정하기 위한 유량계와, 내부에 저장되는 절연액의 온도를 측정하기 위한 온도계를 설치하는 절연액 순환 냉각식 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 저장탱크에는 내부의 압력이 절연액이나 기체의 열적 팽창에 의해 갑자기 상승하는 것에 대한 안전장치로 압력밸브를 설치하는 절연액 순환 냉각식 이차전지.