KR20150043336A - 전지모듈 - Google Patents

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KR20150043336A
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양희국
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 제 1 전지셀, 제 1 및 제 2 측부들; 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽을 가지는 프레임 부재; 및 제 1 및 제 2 열 전도 플레이트 부재를 포함하는 전지모듈을 제공한다. 다수의 유동 채널은 상기 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 형성되어 있다. 상기 제 3 측벽은 제 1 전지셀의 제 1 전극단자를 수용하도록 구성되어 있는 제 1 배출구를 가지고 있고, 상기 제 1 배출구는, 제 1 전지셀이 가스를 배출하는 경우, 다수의 유동 채널들을 통해 유동하는 공기로부터 가스가 분리되도록 제 1 전지셀로부터 프레임 부재의 바깥으로 가스를 내보내도록 구성되어 있다.

Description

전지모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 제 1 전지셀, 제 1 및 제 2 측부들; 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽을 가지는 프레임 부재, 및 제 1 및 제 2 열 전도 플레이트 부재를 포함하고, 다수의 유동 채널은 상기 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 형성되어 있으며, 상기 제 3 측벽은 제 1 전지셀의 제 1 전극단자를 수용하도록 구성되어 있는 제 1 배출구를 가지고 있고, 상기 제 1 배출구는, 제 1 전지셀이 가스를 배출하는 경우, 다수의 유동 채널들을 통해 유동하는 공기로부터 가스가 분리되도록 제 1 전지셀로부터 프레임 부재의 바깥으로 가스를 내보내도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.
본 출원의 발명자들은 전지모듈의 공기 냉각과 전지셀로부터의 가스들을 위한 별도의 유동 채널들을 가진 개선된 전지모듈의 필요성을 인식하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 전지모듈의 냉각을 위한 유동 채널들과 전지셀에서 배출되는 가스들을 분리할 수 있는 구조의 전지모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 제공한다. 상기 전지모듈은 제 1 및 제 2 전극 단자들을 가지는 제 1 전지셀을 포함한다. 상기 전지모듈은 또한 제 1 및 제 2 측부들(sides), 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들(peripheral walls), 및 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트 부재들(thermally conductive plate members)을 가지는 프레임 부재(frame member)를 포함하고 있다. 상기 프레임 부재의 제 1 측부는 제 1 전지셀에 대향하여 배치되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 측벽들은 전반적으로 서로 평행하고, 상기 제 3 및 제 4 측벽들 사이에 배치되어 있으며, 상기 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들은 개방된 내부 영역(open interior region)을 설정하고 있다. 상기 제 1 열전도성 플레이트는 프레임 부재의 제 1 측부에 인접한 개방된 내부 영역을 감싸도록 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있다. 상기 제 1 열전도성 플레이트는 제 1 전지셀에 대향 배치되어 있다. 다수의 유동 채널들(flow channels)이 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들 사이에서 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 형성되도록, 상기 제 2 열전도성 플레이트는 프레임 부재의 제 2 측부에 인접한 개방된 내부 영역을 감쌀 수 있게 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있다. 상기 제 1 측벽은 그것을 따라 연장되어 있고 다수의 유동 채널들과 유동적으로(fluidly) 연통되어 있는 다수의 개구들(apertures)을 포함하고 있다. 공기가 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 설정된 다수의 유동 채널들을 통해 유동할 때, 제 1 열전도성 플레이트가 제 1 전지셀로부터 열에너지를 추출하도록, 제 2 측벽은, 다수의 유동 채널들과 유동적으로 연통되어 있고 제 2 측벽을 따라 연장되어 있는 다수의 개구들을 포함하고 있다. 상기 제 3 측벽은 제 1 전지셀의 제 1 전극단자를 수용하도록 구성되어 있는 제 1 배출구(outlet)를 가지고 있고, 상기 제 1 배출구는, 제 1 전지셀이 가스를 배출하는 경우, 다수의 유동 채널들을 통해 유동하는 공기로부터 가스가 분리되도록 제 1 전지셀로부터 프레임 부재의 바깥으로 가스를 내보내도록 구성되어 있다.
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도 1은 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈의 또 다른 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈을 사용하는 전지 시스템의 블록 다이어그램이다;
도 4는 도 1의 전지모듈의 단면도이다;
도 5는 도 1의 전지모듈의 상단 형상을 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 1의 전지모듈의 하단 형상을 나타낸 모식도이다;
도 7은 도 1의 전지모듈의 단면도이다;
도 8은 도 1의 전지모듈 일부의 확대 단면도이다;
도 9는 도 1의 전지모듈의 또 다른 단면도이다;
도 10은 도 1의 전지모듈의 또 다른 단면도이다;
도 11은 도 1의 전지모듈 일부의 확대 단면도이다;
도 12는 도 1의 전지모듈 일부의 또 다른 확대 단면도이다;
도 13은 도 1의 전지모듈로부터 연장되어 있는 전극 단자를 보여주는 전지모듈 일부의 모식도이다;
도 14는 도 1의 전지모듈에 사용되는 프레임 부재의 모식도이다;
도 15는 도 14의 프레임 부재의 단면도이다;
도 16은 도 14의 프레임 부재 일부의 모식도이다;
도 17은 도 14의 프레임 부재 일부의 또 다른 모식도이다;
도 18은 도 14의 프레임 부재 일부의 단면도이다;
도 19는 도 14의 프레임 부재 내에 유동 채널을 형성하기 위해 사용되는 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트의 모식도이다;
도 20은 도 19의 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들의 단면도이다;
도 21은 도 19의 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들의 일부의 확대 단면도이다;
도 22 내지 도 24는 또 다른 실시예에 따른 도 1의 전지모듈의 조립방법을 나타낸 흐름도이다;
도 25는 전극 단자들을 포함하는 도 1의 전지모듈의 또 다른 모식도이다;
도 26은 도 1의 전지모듈에 사용되는 전지셀의 모식도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전지모듈(20), 공기 냉각 시스템(30), 및 도관들(40, 42)을 포함하는 전지 시스템(10)이 도시되어 있다. 공기 냉각 시스템(30)은 전지모듈(20) 내의 전지셀들을 냉각하기 위해 도관(40) 및 전지모듈(20)을 통과 후 도관(42)를 통해 공기가 이동한다. 전지모듈(20)의 장점은 전지모듈의 냉각과 전지셀의 가스들을 위한 별도의 유동 채널들을 전지모듈이 가지고 있다는 점이다.
도 3 내지 도 10을 참조하면, 전지모듈(20)은 엔드 플레이트들(end plates: 100, 102), 전지셀들(120, 122, 124, 126, 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148, 150), 프레임 부재들(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194), 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 숄더 볼트들(shoulder bolts: 220, 222, 224, 226), 너트들(240, 242, 244, 246), 및 매니폴드들(manifolds; 260, 262)을 포함하고 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 엔드 플레이트들(100, 102)은 그것들의 사이에 전지모듈(20)의 나머지 부품들을 수용하기 위해 제공된다. 하나의 구체적인 예에서, 엔드 플레이트들(100, 102)는 강철(steel)로 이루어져 있다. 엔드 플레이트(100)는 개구를 통해 숄더 볼트들의 일부가 수령되도록, 엔드플레이트를 통해 연장된 개구들(320, 322, 324, 326)을 포함하고 있다. 엔드 플레이트(102)는 숄더 볼트들의 일부가 장착되도록, 엔드 플레이트를 통해 연장된 개구들(420, 422, 424, 426)를 포함하고 있다.
도 7, 도 13, 도 25, 및 도 26을 참조하면, 전지셀들(120-150)은 실질적으로 유사한 구조를 가지고 있다. 따라서, 하나의 전지셀(120)의 구조만을 하기에서 더욱 자세히 서술할 것이다. 하나의 구체적인 예에서, 전지셀들(120-150)은 서로에 대해 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 하나의 더욱 구체적인 예에서, 전지셀들(120-150)은 리튬-이온 전지셀들이다. 물론, 전지셀들(120-150)은 당업자에게 알려진 다른 종류의 전지셀일 수도 있다. 전지셀(120)은 본체부(502) 및 본체부(502)의 양단으로부터 연장되어 있는 전극 단자들(504, 506)를 포함하고 있다.
도 4 내지 도 6 및 도 14를 참조하면, 프레임 부재들(180-194)은 그것들 사이에 전지셀들을 수용하면서, 전지셀들을 냉각하기 위해 프레임 부재들(180-194)을 통해 공기가 유동할 수 있기 위해 제공된다.
프레임 부재(180)은 엔드 플레이트(100)와 프레임 부재(182) 사이에 위치하고 있다. 전지셀(120)은 프레임 부재(180)와 엔드 플레이트(100) 사이에 배치되어 있다. 또한, 전지셀들(122, 124)은 프레임 부재들(180, 182) 사이에 배치되어 있으며, 전지셀들(122, 124)의 본체부들은 프레임 부재들(180,182)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(182)는 프레임 부재(180)와 프레임 부재(184)의 사이에 위치하고 있다. 전지셀(126, 128)은 프레임 부재들(182, 184) 사이에 배치되며, 전지셀들(126, 128)의 본체부들은 프레임 부재들(182, 184)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(184)는 프레임 부재(182)와 프레임 부재(186) 사이에 위치하고 있다. 전지셀들(130, 132)은 프레임 부재들(184, 186) 사이에 배치되며, 전지셀들(130, 132)의 본체부들은 프레임 부재들(184, 186)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(186)는 프레임 부재(184)와 프레임 부재(188) 사이에 위치하고 있다. 전지셀들(134, 136)은 프레임 부재들(186, 188) 사이에 배치되며, 전지셀들(134, 136)의 본체부들은 프레임 부재들(186, 188)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(188)는 프레임 부재(186)과 프레임 부재(190) 사이에 위치하고 있다. 전지셀들(138, 140)은 프레임 부재들(186, 188) 사이에 배치되며, 전지셀들(138, 140)의 본체부들은 프레임 부재들(188, 190)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(190)는 프레임 부재(188)와 프레임 부재(192) 사이에 위치하고 있다. 전지셀들(142, 144)은 프레임 부재들(190, 192) 사이에 배치되며, 전지셀들(142, 144)의 본체부들은 프레임 부재들(190, 192)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(192)는 프레임 부재(190)와 프레임 부재(194) 사이에 위치하고 있다. 전지셀들(146, 148)은 프레임 부재들(192, 194) 사이에 배치되며, 전지셀들(146, 148)의 본체부들은 프레임 부재들(192, 194)에 의해 둘러싸여 있다.
프레임 부재(194)는 엔드 플레이트(102)과 프레임 부재(192) 사이에 위치하고 있다. 전지셀(150)은 프레임 부재(194)와 에드 플레이트(102) 사이에 배치되어 있고, 전지셀(150)의 본체부는 프레임 부재(194) 및 엔드 플레이트(102)에 둘러싸여 있다.
프레임 부재들(180-194)은 동일한 구조를 가지며, 프레임 부재(180)의 구조에 대해서만 하기에서 더욱 자세히 설명할 것이다. 도 5, 도 6 및 도 14 내지 도 17을 참조하면, 프레임 부재(180)는 제 1 및 제 2 측부들(600, 605), 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640), 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들(650, 660), 및 제 1 및 제 2 탄성 실링 부재들(elastomeric sealing members: 670, 680)를 포함한다. 하나의 구체적인 예에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640)은 실질적으로 장방형의 환형 프레임(rectangular ring-shaped frame)을 설정하며, 측벽들(610, 620, 630, 640)을 통해 연장된 면(641)에 대해 대칭으로 중앙에 위치하게 된다. 제 1 및 제 2 측벽(610, 620)은 실질적으로 서로 평행하며, 제 3 및 제 4 측벽들(630, 640) 사이에 배치되고 그것들에 연결되어 있다. 제 3 및 제 4 측벽들(630, 640)은 실질적으로 서로 평행하며, 제 1 및 제 2 측벽에 실질적으로 수직을 이룬다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640)은 그들 사이에 개방된 내부 영역(open interior region: 642)(도 16 참조)를 설정한다. 하나의 구체적인 예에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640)은 플라스틱으로 이루어져 있다.
제 1 측벽(610)은 그것을 통해 연장된 다수의 개구들(710)을 포함한다. 다수의 개구들(710)는 개구들(712, 714, 716, 718, 720, 722, 724)을 포함하고 있다. 다수의 개구들(710)은 전지셀들을 냉각하기 위해 그것을 통해 유동하는 공기를 수령하도록 구성되어 있다.
제 2 측벽(620)은 그것을 통해 연장된 다수의 개구들(810)을 포함한다. 다수의 개구들(810)은 개구들(812, 814, 816, 818, 820, 822, 824)을 포함하고 있다. 다수의 개구들(810)은 전지셀들을 냉각하기 위해 그것을 통해 유동하는 공기를 수령하도록 구성되어 있다.
제 3 측벽(630)은 제 1 측부(600) 내로 연장된 배출구(830)(예를 들어, 그루브), 및 제 2 측부(605) 내로 연장된 배출구(832)(예를 들어, 그루브)을 포함한다. 경우에 따라서는, 배출구들(830, 832)은 제 3 측벽(630)을 통해 연장된 개구들일 수도 있다. 배출구들(830, 832)은 전지셀들(120, 122)의 전극 단자(504) 및 다른 전극 단자가 그것을 통해 각각 수용되도록 구성되어 있다. 또한, 전지셀들(120, 122)이 그것에서 가스를 발생시킬 경우, 배출구(830, 832)은 전지셀들(120, 122)로부터의 가스가 관련 전극 단자들을 지나 프레임 부재(180)의 외부로 흐르게 하도록 구성되어 있다. 제 3 측벽(630)은 그것을 통해 연장된 개구들(920, 922)을 각각 가지는 외곽 코너 부위들(peripheral corner regions: 840, 842)을 더 포함한다. 개구들(920, 922)은 그것을 통해 숄더 볼트들(220, 222)의 일부를 각각 수용하도록 구성되어 있다.
제 4 측벽(640)은 제 1 측부(600) 내로 연장된 배출구(1030)(예를 들어, 그루브), 및 제 2 측부(605) 내로 연장된 배출구(1032)(예를 들어, 그루브)를 포함한다. 경우에 따라서는, 배출구들(1030, 1032)은 제 4 측벽(640)을 통해 연장된 개구들일 수도 있다. 배출구들(1030, 1032)은 전지셀들(120, 122)의 전극 단자(506) 및 다른 전극 단자를 그것을 통해 각각 수용되도록 구성되어 있다. 또한, 전지셀들(120, 122)이 그것에서 가스를 발생시킬 경우, 배출구들(1030, 1032)은 전지셀들(120, 122)로부터의 가스가 관련 전극 단자들을 지나 프레임 부재(180)의 외부로 흐르게 하도록 구성되어 있다. 제 4 측벽(640)은 그것을 통해 연장된 개구들(1020 1022)을 각각 가지는 외곽 코너 부위들(1040, 1042)을 더 포함한다. 개구들(1020, 1022)은 그것을 통해 숄더 볼트(224, 226)의 일부를 각각 수용하도록 구성되어 있다.
도 4, 및 도 18 내지 도 21을 참조하면, 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들(650, 660)은 인접한 전지셀들로부터 방출된 열에너지를 플레이트들(650, 660) 사이에 유동하는 공기로 전도하도록 구성되어 있다. 하나의 구체적인 예에서, 제 1 및 2 열전도성 플레이트들은 강철로 이루어져 있고, 그것들 사이에 다수의 유동 채널들을 설정하는 주름진 횡단면 프로파일들(corrugated cross-sectional profiles)을 가진다. 물론, 당업자에게 잘 알려진 다른 열전도성 소재가 열전도성 플레이트들(650, 660)에 사용될 수도 있다. 제 1 및 2 열전도성 플레이트들(650, 660)은 용접 조인트들(weld joints)를 통해 서로 고정적으로 연결되어 있다. 하나의 구체적인 예에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽(610, 620, 630, 640)은 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들(650, 660)의 외주면 부분에 사출성형 된다.
제 1 열전도성 플레이트(650)는 프레임 부재(180)의 제 1 측부(600)에 근접한 개방된 내부 영역(642)을 둘러 싸도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640)에 연결되어 있다. 제 1 열전도성 플레이트(650)는 전지셀(120)에 대향하여 위치하고 있다. 열전도성 플레이트(650)의 일면의 면적은 제 1 열전도성 플레이트(650)에 인접한 전지셀(120) 본체부의 일면의 면적과 실질적으로 동일하다. 제 1 열전도성 플레이트(650)는 트레드 부위들(tread portions: 1050, 1052, 1054, 1056, 1058, 1060, 1062, 1064) 및 릿지 부위들(ridge portions: 1070, 1072, 1074, 1076, 1078, 1080, 1082, 1084)를 포함한다.
제 2 열전도성 플레이트(660)는 프레임 부재(180)의 제 2 측부(605)에 근접한 개방된 내부 영역(642)을 둘러 싸도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들(610, 620, 630, 640)에 결합되어 있다. 제 2 열전도성 플레이트(660)는 전지셀(122)에 대향하여 위치하고 있다. 열전도성 플레이트(660) 일면의 면적은 제 2 열전도성 플레이트(650)에 인접한 전지셀(122) 본체부의 일면의 면적과 실질적으로 동일하다. 제 2 열전도성 플레이트(660)는 트레드 부위들(1150, 1152, 1154, 1156, 1158, 1160, 1162, 1164) 및 릿지 부위들(1170, 1172, 1174, 1176, 1178, 1180, 1182, 1184)를 포함한다. 제 2 열전도성 플레이트(660)의 트레드 부위들(1150, 1152, 1154, 1156, 1158, 1160, 1162, 1164)는 제 1 열전도성 플레이트(650)의 트레드 부위들(1050, 1052, 1054, 1056, 1058, 1060, 1062, 1064)에 각각 대향하여 위치하고 있다.
제 2 열전도성 플레이트(660)의 릿지 부위들(1170, 1172, 1174, 1176, 1178, 1180, 1182, 1184)은 그것들 사이에 유동 채널들(1270, 1272, 1274, 1276, 1278, 1280, 1282)을 각각 형성하도록, 제 1 열전도성 플레이트(650)의 릿지 부위들(1070, 1072, 1074, 1076, 1078, 1080, 1082, 1084)에 대향하여 위치하고 있다. 다수의 유동 채널들(1270-1282)은 다수의 유동 채널들(1190)을 포함한다.
도 5, 도 6, 도 11, 도 12 및 도 20을 참조하면, 프레임 부재(180)의 제 1 측벽(650) 내의 개구들(712, 714, 716, 718, 720, 722, 724)은 유동 채널들(1270, 1272, 1274, 1276, 1278, 1280, 1282)의 제 1 단부와 각각 유동적으로 연결되어 있다. 또한, 프레임 부재(180)의 제 2 측벽(620) 내의 개구들(812, 714, 816, 818, 820, 822, 824)은 유동 채널들(1270, 1272, 1274, 1276, 1278, 1280, 1282)의 제 2 단부와 각각 유동적으로 연결되어 있다. 작동 동안에, 공기는 개구들(712, 714, 716, 718, 720, 722, 724) 및 유동 채널들(1270, 1272, 1274, 1276, 1278, 1280, 1282)을 통해 흐르며, 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들(650, 660)에 인접한 전지셀들(120, 122)로부터 에너지를 추출하도록 개구들(812, 714, 816, 818, 820, 822, 824)을 통해서 추가로 흐른다.
도 4 및 도 14를 참조하면, 프레임 부재(180)는 제 1 및 제 2 측벽들(610, 620)에 각각 위치한 제 1 및 제 2 탄성 실링 부재들(670, 680)을 포함하고 있다. 제 1 및 2 탄성 실링 부재들(670, 680)은, 배출구(832, 1032) 방향으로 향하도록 전지셀들(122, 124)에 의해 생성된 가스들을 인도하며, 그 다음 가스는 배출구(832, 1032)에서 프레임 부재(180) 및 전지모듈(20)의 외부로 배출된다. 따라서, 전지셀에서 생성된 가스의 유로는 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들(650, 660)을 통한 다수의 유로들(1190)로부터 격리되고 분리된다.
도 2, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 숄더 볼트들(220, 222, 224, 226)은 엔드 플레이트(100), 프레임 부재(180-194), 및 엔드 플레이트(102)를 연결하기 위해 제공된다. 또한, 숄더 볼트 각각의 샤프트부(shaft portion) 길이는 엔드 플레이트들(100, 102)들 상의 거리와 그에 따라 프레임 부재들(180-194) 각각에 인가되는 세로방향의 힘(longitudinal force)을 결정한다.
제 1 숄더 볼트(220)은 헤드부(1400), 샤프트부(1410), 숄더부(1420), 및 나사부(threaded portion: 1420)을 포함한다. 샤프트부(1410)는 제 1 단부(1412) 및 제 2 단부(1414)를 가진다. 제 1 단부(1412)는 헤드부(1400)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1420)는 샤프트부(1410)의 제 2 단부(1414)에 위치하고 있다. 나사부(1430)는 샤프트부(1410)의 제 2 단부(1414)로부터 연장되어 있다.
제 1 숄더 볼트(220)는, 헤드부(1400)가 제 1 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1410)가 제 1 엔드 플레이트(100)의 개구(320)와 프레임 부재(180)의 개구(920) 및 프레임 부재들(182-194) 내의 각각의 인접한 개구를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1420)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1430)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(420)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(240)에서 나사 결합으로(threadably) 수령되도록, 배치되어 있다.
제 2 숄더 볼트(220)은 헤드부(1500), 샤프트부(1510), 숄더부(1520), 및 나사부(1520)을 포함한다. 샤프트부(1510)은 제 1 단부(1512) 및 제 2 단부(1514)를 가진다. 제 1 단부(1512) 헤드부(1500)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1520)는 샤프트부(1510)의 제 2 단부(1514)에 위치하고 있다. 나사부(1530)는 샤프트부(1510)의 제 2 단부(1514)로부터 연장되어 있다.
제 2 숄더 볼트(222)는, 헤드부(1500)가 제 1 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1510)가 제 1 엔드 플레이트(100)의 개구(322)와 프레임 부재(180)의 개구(922) 및 프레임 부재들(182-194) 내의 각각의 인접한 개구를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1520)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1530)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(422)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(242)에서 나사 결합으로 수령되도록, 배치되어 있다.
제 3 숄더 볼트(224)은 헤드부(1600), 샤프트부(1610), 숄더부(1620), 및 나사부(1620)을 포함한다. 샤프트부(1610)은 제 1 단부(1612) 및 제 2 단부(1614)를 가진다. 제 1 단부(1612)는 헤드부(1600)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1620)는 샤프트부(1610)의 제 2 단부(1614)에 위치하고 있다. 나사부(1630)는 샤프트부(1610)의 제 2 단부(1614)로부터 연장되어 있다.
제 3 숄더 볼트(224)는, 헤드부(1600)가 제 1 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1660)가 제 1 엔드 플레이트(100)의 개구(324)와 프레임 부재(180)의 개구(1020) 및 프레임 부재들(182-194) 내의 각각의 인접한 개구를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1620)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1630)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(424)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(244)에서 나사 결합으로 수령되도록, 배치되어 있다.
제 4 숄더 볼트(226)은 헤드부(1700), 샤프트부(1710), 숄더부(1720), 및 나사부(1720)을 포함한다. 샤프트부(1710)은 제 1 단부(1712) 및 제 2 단부(1714)를 가진다. 제 1 단부(1712)는 헤드부(1700)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1720)는 샤프트부(1710)의 제 2 단부(1714)에 위치하고 있다. 나사부(1730)는 샤프트부(1710)의 제 2 단부(1714)로부터 연장되어 있다.
제 4 숄더 볼트(226)는. 헤드부(1700)가 제 1 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1760)가 제 1 엔드 플레이트(100)의 개구(326)와 프레임 부재(180)의 개구(1022) 및 프레임 부재들(182-194) 내의 각각의 인접한 개구를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1720)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1730)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(426)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(246)에서 나사 결합으로 수령되도록, 배치되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 매니폴드(260)는 공기가 도관으로부터 프레임 부재들(180-194)의 제 1 측벽들(예를 들면, 상부 벽) 내의 개구로 유동하도록 이루어지고, 공기는 다수의 유동 채널들을 통해 프레임 부재들(180-194)의 제 2 측벽들(예를 들면, 하부 벽) 내의 개구로 유동한다. 매니폴드(262)는 프레임 부재들(180-194)의 제 2 측벽 내의 개구로부터 공기를 수령하여, 공기가 도관(42) 내로 유동하도록 구성되어 있다. 도관(42)은 공기를 공기 냉각 시스템(30)으로 흐르게 한다.
도 7, 도 9 및 도 22 내지 도 24를 참조하면, 다른 실시예에 따른 전지모듈(20)의 제조방법의 흐름도가 제공된다. 간소화의 목적으로, 제조방법은 제 1 및 제 2 전지셀 및 단일 프레임 부재를 사용한 조립 공정만을 하기에 서술할 것이다. 물론, 당해 방법은 다수의 프레임 부재 및 다수의 추가 전지셀들을 사용하여 실행될 수 있음을 이해하여야 한다.
과정(1800)에서, 작업자는 엔드 플레이트(100)로서 그것을 통해 연장 되어 있는 개구들(320, 322, 324, 326)을 가지는 엔드 플레이트(100)를 제공한다
과정(1802)에서, 작업자는 프레임 부재(180)로서 그것을 통해 연장되어 있는 개구들(920, 922, 1020, 1022)을 가지는 프레임 부재(180)를 제공한다.
과정(1804)에서, 작업자는 전지셀들(120, 122)을 제공한다.
과정(1806)에서, 작업자는 엔드 플레이트(102)로서 그것을 통해 연장되어 있는 개구들(420, 422, 424, 426)을 포함하는 엔드 플레이트(102)를 제공한다.
과정(1808)에서, 작업자는 헤드부(1400), 샤프트부(1410), 숄더부(1420), 및 나사부(1420)를 포함하는 제 1 숄더 볼트(220)를 제공한다. 샤프트부(1410)는 제 1 단부(1412) 및 제 2 단부(1414)를 가진다. 샤프트부(1410)의 제 1 단부(1412)는 헤드부(1400)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1420)는 샤프트부(1410)의 제 2 단부(1414)에 위치하고 있다. 나사부(1430)는 샤프트부(1410)의 제 2 단부(1414)로부터 연장되어 있다.
과정(1810)에서, 작업자는 헤드부(1500), 샤프트부(1510), 숄더부(1520), 및 나사부(1520)를 포함하는 제 2 숄더 볼트(222)를 제공한다. 샤프트부(1510)는 제 1 단부(1512) 및 제 2 단부(1514)를 가진다. 샤프트부(1510)의 제 1 단부(1512)는 헤드부(1500)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1520)는 샤프트부(1510)의 제 2 단부(1514)에 위치하고 있다. 나사부(1530)는 샤프트부(1510)의 제 2 단부(1514)로부터 연장되어 있다.
과정(1820)에서, 작업자는 헤드부(1600), 샤프트부(1610), 숄더부(1620), 및 나사부(1620)를 포함하는 제 3 숄더 볼트(224)를 제공한다. 샤프트부(1610)는 제 1 단부(1612) 및 제 2 단부(1614)를 가진다. 샤프트부(1610)의 제 1 단부(1612)는 헤드부(1600)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1620)는 샤프트부(1610)의 제 2 단부(1614)에 위치하고 있다. 나사부(1630)는 샤프트부(1610)의 제 2 단부(1614)로부터 연장되어 있다.
과정(1822)에서, 작업자는 헤드부(1600), 샤프트부(1710), 숄더부(1720), 및 나사부(1720)를 포함하는 제 4 숄더 볼트(226)를 제공한다. 샤프트부(1710)는 제 1 단부(1712) 및 제 2 단부(1714)를 가진다. 샤프트부(1710)의 제 1 단부(1712)는 헤드부(1700)로부터 연장되어 있다. 숄더부(1720)는 샤프트부(1710)의 제 2 단부(1714)에 위치하고 있다. 나사부(1730)는 샤프트부(1710)의 제 2 단부(1714)로부터 연장되어 있다.
과정(1824)에서, 작업자는 전지셀(120)을 엔드 플레이트(100)와 프레임 부재(180) 사이에 배치한다.
과정(1826)에서, 작업자는 엔드 플레이트(122)와 프레임 부재(180) 사이에 전지셀(122)을 배치한다.
과정(1828)에서, 작업자는, 헤드부(1400)가 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1410)가 엔드 플레이트(100)의 개구(320)와 프레임 부재(180)의 개구(920)를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1420)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1430)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(420)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(240)에서 나사 결합으로 수령되도록, 제 1 숄더 볼트(220)를 위치시킨다.
과정(1840)에서, 작업자는, 헤드부(1500)가 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1510)가 엔드 플레이트(100)의 개구(322)와 프레임 부재(180)의 개구(922)를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1520)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1530)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(422)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(242)에서 나사 결합으로 수령되도록, 제 2 숄더 볼트(222)를 위치시킨다.
과정(1842)에서, 작업자는, 헤드부(1600)가 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1610)가 엔드 플레이트(100)의 개구(324)와 프레임 부재(180)의 개구(1020)를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1620)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1630)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(424)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(244)에서 나사 결합으로 수령되도록, 제 3 숄더 볼트(224)를 위치시킨다.
과정(1844)에서, 작업자는, 헤드부(1700)가 엔드 플레이트(100)에 대향하여 배치되어 있고, 샤프트부(1710)가 엔드 플레이트(100)의 개구(326)와 프레임 부재(180)의 개구(1022)를 통해 연장되어 있으며, 숄더부(1720)가 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향하여 배치되어 있고, 나사부(1730)가 제 2 엔드 플레이트(102)의 개구(426)를 통해 연장되어 있으면서 제 2 엔드 플레이트(102)에 대향 배치되어 있는 너트(246)에서 나사 결합으로 수령되도록, 제 4 숄더 볼트(226)를 위치시킨다.
전지모듈(20)은 다른 전지모듈들에 비해서 상당한 이점을 제공한다. 특히, 전지모듈(20)은 전지모듈(20)의 냉각을 위한 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들을 통해 유동하는 공기의 다수 유동 경로들로부터, 전지셀들에 의해 발행된 가스의 유동 경로를 격리하고 분리하도록 구성되어 있다.
비록 본 발명은 단지 제한된 수의 예시에만 관련하여 구체적으로 기술되었지만, 본 발명이 상기에 표현된 예시에만 한정되는 것은 아니라는 점을 인식해야 한다. 더 정확하게는, 본 발명은 변형, 변경, 교체 또는 여기에 표현된 것 뿐 만 아니라 본 발명의 의도와 범주에 적합하도록 상응하는 조합으로 얼마든지 부합하도록 수정될 수 있다. 더욱이, 비록 본 발명의 다양한 예시들이 표현되었지만, 본 발명의 양상은 단지 표현된 예시의 일부만을 포함할 수 있다는 점을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 표현에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전지모듈은, 전지모듈의 냉각을 위한 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들을 통해 유동하는 공기의 다수 유동 경로들로부터, 상기 전지셀들에서 발생하는 가스의 유동 경로를 격리하고 분리하도록 구성되어 있으므로, 냉각을 위한 공기와 전지셀로부터 배출되는 가스가 혼용되지 않는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 및 제 2 전극단자들을 가진 제 1 전지셀; 및
    제 1 및 제 2 측부들(sides)과 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들(peripheral walls), 및 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트 부재들(thermally conductive plate members)을 포함하고 있으며, 상기 프레임 부재의 제 1 측부가 제 1 전지셀에 대향 배치되어 있는 프레임 부재(frame member);
    를 포함하고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 측벽들은 전반적으로 서로 평행하고, 제 3 및 제 4 측벽들 사이에 배치되어 있고 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있으며; 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들은 그들 사이에 개방된 내부 영역(open interior region)을 설정하고 있고;
    상기 제 1 열전도성 플레이트는 프레임 부재의 제 1 측부에 인접한 개방된 내부 영역을 감싸도록 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있고, 제 1 전지셀에 대향 배치되어 있으며;
    다수의 유동 채널들(flow channels)이 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들 사이에서 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 형성되도록, 상기 제 2 열전도성 플레이트는 프레임 부재의 제 2 측부에 인접한 개방된 내부 영역을 감쌀 수 있게 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들에 연결되어 있고;
    상기 제 1 측벽은 그것을 따라 연장되어 있고 다수의 유동 채널들과 유동적으로(fluidly) 연통되어 있는 다수의 개구들(apertures)을 포함하고 있으며;
    공기가 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 설정된 다수의 유동 채널들을 통해 유동할 때, 제 1 열전도성 플레이트가 제 1 전지셀로부터 열에너지를 추출하도록, 상기 제 2 측벽은, 다수의 유동 채널들과 유동적으로 연통되어 있고 제 2 측벽을 따라 연장되어 있는 다수의 개구들을 포함하고 있으며;
    상기 제 3 측벽은 제 1 전지셀의 제 1 전극단자를 수용하도록 구성되어 있는 제 1 배출구(outlet)를 가지고 있고, 상기 제 1 배출구는, 제 1 전지셀이 가스를 배출하는 경우, 다수의 유동 채널들을 통해 유동하는 공기로부터 가스가 분리되도록 제 1 전지셀로부터 프레임 부재의 바깥으로 가스를 내보내도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 측벽은 제 1 전지셀의 제 2 전극단자를 수용하도록 구성되어 있는 제 2 배출구를 가지고 있고, 상기 제 2 배출구는, 제 1 전지셀이 가스를 배출하는 경우, 다수의 유동 채널들을 통해 유동하는 공기로부터 가스가 분리되도록 제 1 전지셀로부터 프레임 부재의 바깥으로 가스를 내보내도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측벽들에 의해 설정된 실질적으로 직사각형의 링 형상 프레임 부재인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 및 제 4 측벽들은 제 1 및 제 2 측벽들에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들은 이들을 따라 연장된 면(plane)에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열전도 부재의 일측의 넓이는 제 1 열전도 부재와 접촉하는 제 1 전지셀의 일측의 넓이와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 측벽들은 플라스틱으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1, 및 제 2 열전도성 플레이트들은 강철(steel)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 1 엔드 플레이트(end plate)를 추가로 포함하고 있고, 상기 제 1 엔드 플레이트는 제 1 전지셀이 제 1 프레임 부재 및 제 1 엔드 플레이트 사이에 배치되도록 제 1 전지셀에 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 프레임 부재는 제 1 엔드 플레이트에 접촉하는 제 1 및 제 2 측벽들 상에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 탄성 실링 부재들(elastomeric sealing members)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 전극단자를 가진 제 2 전지셀을 추가로 포함하고 있으며, 상기 제 2 전지셀은, 공기가 제 1 및 제 2 열전도 부재들에 의해 설정된 다수의 유동 채널들을 통해 흐를 때에 제 2 열전도 부재가 제 1 전지셀로부터 열 에너지를 추출하도록, 제 2 열전도 부재에 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열전도 부재들은 이들 사이에 다수의 유동 채널들 설정하는 주름진 단면 프로파일(corrugated cross-sectional profile)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 공기가 제 1 전지셀에서 발생한 가스로부터 분리되도록, 제 1 측벽의 다수의 개구들, 제 1 및 제 2 열전도성 플레이트들에 의해 형성된 다수의 유동 채널들, 및 제 2 측벽의 다수의 개구들을 통해 공기를 지나가게 프레임 부재에 유동적으로 연결된 제 1 매니폴드(manifold)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 공기가 제 1 전지셀에서 발생한 가스로부터 분리되도록, 프레임 부재에 유동적으로 연결되어 있고 제 2 측벽의 다수의 개구들로부터 공기를 수령하는 제 2 매니폴드를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
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