KR20160148322A - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전지 카트리지들의 측부들에 냉각 덕트들을 구비하여 냉각 덕트로부터 전지 카트리지들의 공기 유로들로 공기의 유입을 제한하여 전지 카트리지들 사이의 전지 셀들을 단 시간에 냉각시키는데 적합한 전지 모듈을 개시한다. 본 발명에 따르는 전지 모듈은, 측면의 그루브로부터 돌출하는 공기 유도구와, 공기 유도구와 연통하는 공기 유로를 가지는 전지 카트리지, 그리고 전지 카트리지와 함께 교호적으로 적층되는 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 전지 적층체; 전지 적층체의 그루브들에 위치되는 실링 외곽 프레임과 실링 리브들, 그리고 공기 유도구들 사이에 위치되는 실링 중간 프레임들로 이루어지는 실링 부재; 및 그루브들을 덮고 실링 외곽 프레임을 수용하는 홈부를 가지는 냉각 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전지 모듈{Battery Module}
본 발명은, 냉각 구조물을 피냉각 구조물들에 긴밀하게 접촉시켜 냉각 구조물을 통해 피냉각 구조물의 냉각 효율을 증가시키는데 적합한 전지 모듈에 관한 것이다.
최근에, 차량의 배출 가스에 기인한 대기 오염을 줄이기 위해서, 차량은 내연 기관 및/ 또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 연구에 바탕을 두고 제조되고 있다. 이에 따라서, 상기 차량은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 및 전기 자동차의 순서로 진화되었다. 이 경우에, 상기 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 내연 기관, 전기 모터와 전지 팩을 가지며, 상기 전기 자동차는 내연 기관 없이 전기 모터와 전지 팩을 갖는다.
더불어서, 상기 전지 팩도 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차와 함께 진화되었다. 상기 전지 팩은 전기 자동차의 외부 및/ 또는 내부에서 충전 가능하도록 구성된다. 상기 전지 팩은 냉각 구조물과 전지 모듈을 가지며, 상기 냉각 구조물은 전지 모듈을 감싼다. 상기 전지 모듈은 순차적으로 적층되는 전지 안착 구조물(예를 들면, 카트리지)들과 전지 안착 구조물들 사이에 전지 셀들을 갖는다. 상기 전지 셀은 반복적인 충전 및 방전으로 외부를 향해 열을 발생시킨다. 여기서, 상기 냉각 구조물은 외부 공기를 이용하여 전지 모듈의 구동 동안에 전지 셀들과 열을 교환하며 열 교환을 통해 전지 셀들을 냉각시킨다.
따라서, 상기 냉각 구조물의 형상은 단위 시간 당 전지 셀들의 냉각 효과에 큰 영향을 준다. 상기 냉각 구조물의 형상 관련 연구들이 많이 수행되고 있다. 상기 연구들 중 일 예가 한국 공개특허공보 제10-2014-0141825(공개일자; 2014년12월11일)의 '이차전지 및 이를 포함한 전지모듈'에서 개시되었다. 상기 전지 모듈은 탄성 패드들, 전지 셀들, 커버 부재들과 프레임 부재들을 갖는다. 상기 탄성 패드들은 고리 형상으로 이루어져 전지 모듈에서 순차적으로 적층되며, 상기 전지 셀들은 탄성 패드들 사이에 위치되어 탄성 패드들을 통해 실링 부들을 노출시킨다.
상기 커버 부재들은 탄성 패드들의 하부 및 상부에 각각 위치되어 탄성 패드들을 샌드 위치의 구조로 둘러싼다. 상기 프레임 부재들은 'ㄷ' 자 형상으로 이루어지며, 전지 셀들과 커버 부재들의 가장 자리들을 따라 위치하여 탄성 패드들, 전지 셀들과 커버 부재들을 수용한다. 여기서, 상기 탄성 패드들과 커버 부재들은 프레임 부재들의 내부에서 전지 셀들을 고정시키고, 상기 커버 부재들은 외부 공기와 열 교환하여 열 교환을 통해 전지 셀들을 냉각시킨다.
그러나, 상기 전지 셀들이 탄성 부재들, 커버 부재들과 프레임 부재들에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 상기 전지 셀들의 열은 전지 모듈의 구동 동안에 탄성 부재들, 커버 부재들과 프레임 부재들 사이에 점진적으로 축적된다. 상기 전지 셀들의 축적된 열은 전지 셀들의 전기적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 탄성 부재들, 커버 부재들과 프레임 부재들의 형상을 변화시킨다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 순차적으로 적층되는 전지 카트리지들 사이에 전지 셀들을 구비하여 전지 카트리지들을 통해 전지 셀들을 적절하게 냉각시키는데 적합한 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 측면으로부터 리세스되어 상기 측면의 상하로 개구되는 그루브, 상기 그루브의 바닥으로부터 돌출하는 공기 유도구와, 상기 공기 유도구의 개구 홀과 연통하는 공기 유로를 가지는 전지 카트리지, 그리고 상기 전지 카트리지와 함께 교호적으로 적층되는 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 전지 적층체; 상기 전지 적층체의 그루브들의 가장 자리를 따라 위치되는 실링 외곽 프레임, 인접하는 그루브들의 경계들 주변에서 상기 실링 외곽 프레임으로부터 수직으로 돌출하는 실링 리브들, 그리고 인접하는 공기 유도구들 사이에 위치되는 실링 중간 프레임들로 이루어지는 실링 부재; 및 상기 그루브들을 덮고 상기 공기 유도구와 연통되는 공기 출입구를 가지며, 상기 실링 외곽 프레임을 따라 위치되어 상기 실링 외곽 프레임을 수용하는 홈부를 가지는 냉각 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 상기 그루브는 상기 전지 카트리지에서 대향하는 양 측면들에 위치될 수 있다.
바람직하게, 상기 그루브는 상기 전지 카트리지에서 대향하는 양 측면들의 각각에 두 개씩 위치될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 공기 유도구는 상기 개구 홀을 정의하는 직사각형 형상의 벽체로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 벽체는 상기 그루브의 바닥에 대해 소정 각도를 이루는 경사면을 가지며 상기 개구 홀의 높이만큼 이격된 한 쌍의 베이스 벽체와 상기 한 쌍의 베이스 벽체의 양 단부들을 연결하는 한 쌍의 플랜지부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 전지 카트리지는 소정 간격으로 이격되는 하부 냉각 핀과 상부 냉각 핀 사이에 공기 유로를 가지며, 상기 하부 냉각 핀의 가장 자리와 상기 상부 냉각 핀의 가장 자리는 상기 전지 카트리지의 테두리에 고정될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 실링 외곽 프레임은 상기 전지 카트리지들의 측면들 상에서 상기 그루브들의 바닥들에 대략적으로 사각 형상으로 위치되어 상기 전지 카트리지들의 경계들을 지날 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 실링 리브들은 상기 전지 카트리지들의 측면들 상에서 상기 그루브들의 경계들에 대략적으로 평행하게 위치될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 실링 중간 프레임들은 대응되는 실링 리브들과 접촉하도록 상기 인접하는 공기 유도구들 사이의 경계들을 따라 위치될 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 냉각 덕트는 상기 홈부를 정의하는 한 쌍의 접속 대들을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 냉각 덕트는 상기 접속 대들을 통해 상기 전지 카트리지들에 밀착되어 상기 그루브들을 덮을 수 있다.
일 측면에서, 상기 접속 대들은 상기 냉각 덕트로부터 상기 그루브들을 향해 'ㅁ' 자의 형상으로 돌출할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 냉각 덕트는 상기 접속 대들에 직각으로 위치해서 상기 접속 대들로부터 양 측부들을 향해 각각 연장하는 안착 대들을 더 포함하고, 상기 안착 대들은 상기 그루브들 주변에서 상기 전지 적층체의 측벽에 고정될 수 있다.
바람직하게, 상기 냉각 덕트의 두께는 상기 전지 카트리지들의 적층 방향에서 볼 때에 상기 최상단 전지 카트리지로부터 최하단 전지 카트리지를 향해 점점 얇아질 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 순차적으로 적층되는 전지 카트리지들, 전지 카트리지들 사이에 전지 셀들과 전지 카트리지들의 양 측부들에 위치되는 냉각 덕트들을 구비하며, 전지 카트리지의 일 측면과 타 측면을 관통하는 공기 유로를 가지므로, 냉각 덕트들과 전지 카트리지들을 연통시켜서 냉각 덕트들과 전지 카트리지들을 따라 흐르는 공기를 통해 전지 셀들을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 냉각 덕트와 마주보는 전지 카트리지의 측면에 그루브를 가지며, 그루브에서 전지 카트리지들의 경계들을 지나고 전지 카트리지들 사이에 위치되는 실링 부재를 구비하므로, 냉각 덕트를 실링 부재에 접촉시켜 전지 카트리지들과 냉각 덕트의 접촉을 긴밀하게 유지시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 전지 카트리지들의 적층 방향을 따라 실링 부재를 가지므로, 전지 모듈의 구동 동안 냉각 덕트들과 전지 카트리지들을 따라 흐르는 공기를 전지 카트리지들의 공기 유로들에 집중시켜 전지 카트리지들 사이에 삽입된 전지 셀들을 짧은 시간 내에 적정한 온도로 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 전지 카트리지들과 냉각 덕트 사이에 전지 카트리지들의 경계들을 지나는 실링 부재를 가지므로, 외부로부터 냉각 덕트의 공기 출입구를 경유하지 않고 냉각 덕트의 가장 자리를 통해 직접적으로 유입되는 공기를 차단하여 단위 시간 당 전지 셀들의 냉각 정도를 예상할 수 있게 한다.
본 발명에 따르는 전지 모듈은, 전지 카트리지들의 각각의 측면에 그루브를 구비하고, 그루브의 깊이만큼 냉각 덕트를 전지 카트리지들에 밀착시켜 전지 모듈의 형상을 전체적으로 컴팩트하게 하므로 전지 모듈의 설치 공간을 효율적으로 증대시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전지 모듈에서 전지 적층체와 제 1 실링 부재를 확대해서 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은, 도 1의 전지 모듈에서 전지 적층체와 제 2 실링 부재를 확대해서 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는, 도 1의 냉각 덕트를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 5는, 도 1의 절단선 'Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 전지 적층체, 실링 부재들과 냉각 덕트들의 결합 형상을 보여주는 평면도이다.
도 6은, 도 1의 'D' 방향에서 전지 적층체, 실링 부재들과 냉각 덕트들의 결합 형상을 바탕으로 전지 적층체의 조립방법 및 작동 매카니즘을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지 셀은 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 하지만 본 발명은 전지의 종류에 한정되지 않음은 자명하다.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(190)은 전지 적층체(30), 실링 부재들(70, 90), 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)과 회로 부(180)를 포함한다. 상기 전지 적층체(30)는 전지 카트리지(20)들과 전지 셀들(도 2의 4, 8)을 포함한다. 상기 전지 카트리지(20)들은 전지 적층체(30)에서 순차적으로 적층된다. 상기 전지 카트리지(20)들의 각각은 공기 유도구들(12, 14)을 갖는다.
바람직하게, 상기 공기 유도구들(12, 14)은 전지 카트리지(20)의 가장 자리에 위치해서 양 측부들을 향해 도 2 및 도 3 과 같이 외부로 개구된다. 일 측면에서, 상기 공기 유도구들(12, 14)은 개구 홀들(H1, H2)을 통해 전지 카트리지(20)의 내부에 위치되는 공기 유로(도면에 미 도시)와 연통한다. 상기 전지 셀들(4, 8)은 전지 카트리지(20)들 사이에 위치된다.
예를 들면, 두 개의 인접하는 전지 카트리지(20)들 사이에 두 개의 전지 셀들(4, 8)이 도 2와 같이 안착되는데, 상기 두 개의 전지 셀들(4, 8)은 전지 카트리지(20)들 사이에서 면대면으로 접촉한다. 상기 실링 부재들(70, 90)은 전지 적층체(30)와 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170) 사이에 위치된다. 바람직하게, 상기 실링 부재들(70, 90)은 제 1 실링 부재(70)들과 제 2 실링 부재(90)들로 구분된다.
상기 제 1 실링 부재(70)들은 전지 적층체(30)와, D 방향의 배열 순서에서 전지 적층체(30)의 첫 번째의 좌측 및 우측의 냉각 덕트들(110, 150) 사이에 위치된다. 상기 제 2 실링 부재(90)들은 전지 적층체(30)와, D 방향의 배열 순서에서 전지 적층체(30)의 두 번째의 좌측 및 우측의 냉각 덕트들(130, 170) 사이에 위치된다.
일 측면에서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)이 설계 목적에 따라 공기를 외부로부터 내부를 향해 통과시키는 경우를 제외하면, 상기 제 1 및 제 2 실링 부재들(70, 90)은 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)의 외부로부터 전지 적층체(30)와 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170) 사이의 공간들을 향해 공기의 직접적인 유입을 차단시키도록 구성된다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 실링 부재들(70, 90)은 본드, 고무, 실리콘과 폴리 우레탄 중 하나로 이루어진다. 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 전지 적층체(30)의 양 측부들에 위치되어 전지 카트리지(20)들에 접촉될 수 있다. 바람직하게, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 전지 카트리지(20)들의 결합 부위를 향해 개구된다.
일 측면에서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 전지 카트리지(20)들에서 최상단 전지 카트리지(20) 주변에 전지 카트리지(20)들의 적층 방향으로 개구되는 공기 출입구들(105, 125, 148, 168)을 갖는다. 여기서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 하부 측보다 상부 측에서 소정 두께(T)만큼 더 두껍다.
따라서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 하부 측과 상부 측의 두께 차이로 인해서 공기 출입구들(105, 125, 148, 168)을 통해 공기를 흡입하거나 배출시킬 때에 상하 방향을 따라 공기의 유량을 균일하게 제어할 수 있다. 다른 측면에서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 전지 적층체(30)를 향해 개구된 부위의 가장 자리를 따라 위치되는 한 쌍의 접속 대(P)들과, 접속 대(P)들로부터 돌출하여 전지 적층체(30)의 측면 중 일부 영역과 면대면으로 마주하는 안착 대(M)들을 갖는다.
또 다른 측면에서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170) 중 일부(150, 170)는 송풍 팬들(144, 164)을 갖는다. 상기 송풍 팬들(144, 164)이 구동되면, 상기 냉각 덕트들(110, 130)이 공기 출입구들(105, 125)을 통해 외부로부터 공기를 흡입하고, 상기 공기가 냉각 덕트들(110, 130)로부터 시작되어 전지 카트리지(20)들의 공기 유입구들(12, 14)과 공기 유로들을 경유하여 냉각 덕트들(150, 160)에 도달되며, 상기 냉각 덕트들(150, 170)은 공기 출입구들(148, 148)을 통해 공기를 내부로부터 외부를 향해 배출시킨다.
상기 회로부(180)는 전지 적층체(30)의 전단에 위치해서 전지 셀들(4, 8)의 전극 리드(도 2의 2)들과 전기적으로 접속한다. 상기 회로 부(180)는 전지 카트리지(20)들에서 전지 셀들(4, 8)의 전극 리드(2)들을 통해 전지 셀(4 또는 8)의 전압을 센싱하고 외부로 센싱 신호를 출력할 수 있도록 구성된다.
도 2는, 도 1의 전지 모듈에서 전지 적층체와 제 1 실링 부재를 확대하여 보여주는 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 전지 적층체(30)에서, 상기 전지 카트리지(20)들은 두 개의 전지 카트리지(20)들을 하나의 단위로 해서 두 개의 전지 카트리지(20)들 사이에 두 개의 전지 셀들(4, 8)을 수용한다. 상기 전지 카트리지(20)들은 전지 적층체(30)의 측벽의 일부에 제 1 그루브(G1)들을 갖는다. 즉, 상기 제 1 그루브(G1)는 전지 카트리지(20)의 대향하는 양 측면들에 위치된다.
바람직하게, 상기 제 1 그루브(G1)는 전지 카트리지(20)의 측면으로부터 전지 카트리지(20)의 내부를 향해 소정 깊이만큼 리세스된다. 일 측면에서, 상기 제 1 그루브(G1)는 상부와 하부를 통해 개구되며, 좌측과 우측에 전지 카트리지(20)들의 적층 방향에 평행하게 위치되는 내벽(internal wall; IW1)을 갖는다.
여기서, 상기 제 1 그루브(G1)들은 전지 카트리지(20)들의 적층 방향을 따라 서로 연통하며, 전지 카트리지(20)들에서 내벽(IW1)들과 바닥들 사이에 제 1 실링 부재(70)를 안착시킨다. 또한, 상기 전지 카트리지(20)들은 외곽 프레임(18)의 하부와 상부에 소정 간격으로 이격되어 서로에 대해 평행하는 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16)을 갖는다. 상기 하부 냉각 핀(15)의 가장 자리와 상부 냉각 핀(16)의 가장 자리는 인서트 사출 공정 등을 통해 외곽 프레임(18)에 고정된다.
상기 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16)은 전지 카트리지(20)에서 공기의 수평적인 흐름 경로를 형성하는 공기 유로(도면에 미 도시)를 정의한다. 상기 공기 유로는 전지 카트리지(20)의 양 측면들에 각각 위치되는 공기 유도구(12)들과 연통한다. 바람직하게, 상기 공기 유도구(12)는 제 1 그루브(G1)의 바닥으로부터 전지 카트리지(20)의 측부를 향해 돌출된다.
일 측면에서, 상기 공기 유도구(12)는 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16) 사이의 공기 유로를 전지 카트리지(20)의 외부에 노출시키기 위해 전지 카트리지(20)의 외곽 프레임(18)에 슬릿 형태의 개구 홀(H1)을 갖는다. 상기 개구 홀(H1)은 제 1 그루브(G1)의 바닥으로부터 돌출되는 직사각형 형상의 벽체(11)로 정의된다.
상기 벽체(11)는 제 1 그루브(G1)의 바닥에 대해 소정 각도를 이루는 경사면을 가지며 개구 홀(H1)의 높이만큼 이격된 한 쌍의 베이스 벽체(11A)와 제 1 그루브(G1)의 내벽(IW1)에 평행하게 위치되어 한 쌍의 베이스 벽체(11A)의 양 단부들을 연결하는 플랜지부(11B)를 포함한다.
한편, 상기 제 1 실링 부재(70)는, 전지 카트리지(20)들에서 제 1 그루브(G1)들의 내벽(IW1)들과 개구 홀(H1)들의 플랜지부(11B)들 사이에, 최 하단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(11A) 아래에서 제 1 그루브(G1)의 바닥 면에, 그리고 최 상단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(11A) 상에서 제 1 그루브(G1)의 바닥 면에 위치된다.
또한, 상기 제 1 실링 부재(70)는, 전지 카트리지(20)들에서 베이스 벽체(11A)들의 접촉 부분들 사이에 위치되도록 제 1 그루브(G1)들의 경계(B)들에 위치된다. 좀 더 상세하게는, 상기 제 1 실링 부재(70)는 실링 외곽 프레임(45), 실링 리브(55)들과 실링 중간 프레임(65)들로 이루어진다.
상기 실링 외곽 프레임(45)은 제 1 그루브(G1)들의 내벽(IW1)들과 개구 홀(H1)들의 벽체(11)들 사이에, 최 하단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(11A) 아래에서 벽체(11)의 길이 방향을 따라 제 1 그루브(G1)의 바닥 면에, 그리고 최 상단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(11A) 상에서 벽체(11)의 길이 방향을 따라 제 1 그루브(G1)의 바닥 면에 위치된다.
바람직하게, 상기 실링 외곽 프레임(45)은 전지 카트리지(20)들의 측면들 상에서 제 1 그루브(G1)들의 바닥들에 대략적으로 사각 형상으로 위치되어 전지 카트리지(20)들의 경계(B)들을 지난다. 상기 실링 리브(55)들은 플랜지부(11B)들의 접촉 부분들 주변에서 실링 외곽 프레임(45)으로부터 제 1 그루브(G1)들의 내벽(IW1)들과 벽체(11)의 플랜지부(11B)들을 향해 각각 돌출된다.
바람직하게, 상기 실링 리브(55)들은 전지 카트리지(20)들의 측면들 상에서 제 1 그루브(G1)들의 경계(B)들에 대략적으로 평행하게 위치된다. 일 측면에서, 상기 실링 리브(55)들은 인접하는 그루브(G1)들의 경계(B)들 주변에서 실링 외곽 프레임(45)으로부터 수직으로 돌출한다.
상기 실링 중간 프레임(65)은 플랜지부(11B)들의 접촉 부분에서 실링 외곽 프레임(45)과 실링 리브(55)들과 접촉하도록 제 1 그루브(G1)들의 경계(B)에 위치된다. 바람직하게, 상기 실링 중간 프레임(65)은 전지 카트리지(20)의 경계 면(S) 상에서 전지 카트리지(20)들의 경계(B)를 따라 위치된다.
일 측면에서, 상기 실링 중간 프레임(65)은 인접하는 공기 유도구(12)들 사이에 위치된다. 다른 측면에서, 상기 실링 중간 프레임(65)은 대응되는 실링 리브(55)들과 접촉하도록 인접하는 공기 유도구(12)들 사이의 경계(B)를 따라 위치된다.
도 3은, 도 1의 전지 모듈에서 전지 적층체와 제 2 실링 부재를 확대해서 보여주는 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 전지 적층체(30)에서, 상기 전지 카트리지(20)들은 도 2의 제 1 그루브(G1)들과 이격해서 제 2 그루브(G2)들을 갖는다. 이 경우에, 상기 전지 카트리지(20)들은 전지 적층체(30)의 측벽에 제 2 그루브(G2)들을 갖는다. 즉, 상기 제 2 그루브(G2)는 전지 카트리지(20)의 대향하는 양 측면들에 위치된다.
바람직하게, 상기 제 2 그루브(G2)는 전지 카트리지(20)의 측면으로부터 전지 카트리지(20)의 내부를 향해 소정 깊이만큼 리세스된다. 일 측면에서, 상기 제 2 그루브(G2)는 상부와 하부를 통해 개구되며, 좌측과 우측에 전지 카트리지(20)들의 적층 방향에 평행하게 위치되는 내벽(internal wall; IW2)을 갖는다.
여기서, 상기 제 2 그루브(G2)들은 전지 카트리지(20)들의 적층 방향을 따라 서로 연통하며, 전지 카트리지(20)들에서 내벽(IW2)들과 바닥들 사이에 제 2 실링 부재(90)를 안착시킨다. 또한, 상기 전지 카트리지(20)들은 외곽 프레임(18)의 하부와 상부에 소정 간격으로 이격되어 서로에 대해 평행하는 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16)을 갖는다.
상기 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16)은 전지 카트리지(20)에서 공기의 수평적인 흐름 경로를 형성하는 공기 유로(도면에 미 도시)를 정의한다. 상기 공기 유로는 전지 카트리지(20)의 양 측면들에 각각 위치되는 공기 유도구(14)들과 연통한다. 바람직하게, 상기 공기 유도구(14)는 제 2 그루브(G2)의 바닥으로부터 전지 카트리지(20)의 측부를 향해 돌출된다.
일 측면에서, 상기 공기 유도구(14)는 하부 냉각 핀(15)과 상부 냉각 핀(16) 사이의 공기 유로를 전지 카트리지(20)의 외부에 노출시키기 위해 전지 카트리지(20)의 외곽 프레임(18)에 슬릿 형태의 개구 홀(H2)을 갖는다. 상기 개구 홀(H2)은 제 2 그루브(G2)의 바닥으로부터 돌출되는 직사각형 형상의 벽체(13)로 정의된다.
상기 벽체(13)는 제 2 그루브(G2)의 바닥에 대해 소정 각도를 이루는 경사면을 가지며 상기 개구 홀(H2)의 높이만큼 이격된 한 쌍의 베이스 벽체(13A)와 제 2 그루브(G2)의 내벽(IW2)에 평행하게 위치되어 한 쌍의 베이스 벽체(13A)의 양 단부들을 연결하는 한 쌍의 플랜지부(13B)를 포함한다.
한편, 상기 제 2 실링 부재(90)는, 전지 카트리지(20)들에서 제 2 그루브(G2)들의 내벽(IW2)들과 개구 홀(H2)들의 플랜지부(13B)들 사이에, 최 하단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(13A) 아래에서 제 2 그루브(G2)의 바닥 면에, 그리고 최 상단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(13A) 상에서 제 2 그루브(G2)의 바닥 면에 위치된다. 또한, 상기 제 2 실링 부재(90)는, 전지 카트리지(20)들에서 베이스 벽체(13A)들의 접촉 부분들 사이에 위치되도록 제 2 그루브(G2)들의 경계(B)들에 위치된다.
좀 더 상세하게는, 상기 제 2 실링 부재(90)는 실링 외곽 프레임(83), 실링 리브(86)들과 실링 중간 프레임(89)들로 이루어진다. 상기 실링 외곽 프레임(83)은 제 2 그루브(G2)들의 내벽(IW2)들과 개구 홀(H2)들의 벽체(13)들 사이에, 최 하단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(13A) 아래에서 벽체(13)의 길이 방향을 따라 제 2 그루브(G2)의 바닥 면에, 그리고 최 상단 전지 카트리지(20)의 베이스 벽체(13A) 상에서 벽체(13)의 길이 방향을 따라 제 2 그루브(G2)의 바닥 면에 위치된다.
바람직하게, 상기 실링 외곽 프레임(83)은 전지 카트리지(20)들의 측면들 상에서 제 2 그루브(G2)들의 바닥들에 대략적으로 사각 형상으로 위치되어 전지 카트리지(20)들의 경계(B)들을 지난다. 상기 실링 리브(86)들은 플랜지부(13B)들의 접촉 부분들 주변에서 실링 외곽 프레임(83)으로부터 제 2 그루브(G2)들의 내벽(IW2)들과 벽체(13)의 플랜지부(13B)들을 향해 각각 돌출된다.
바람직하게, 상기 실링 리브(86)들은 전지 카트리지(20)들의 측면들 상에서 제 2 그루브(G2)들의 경계(B)들에 대략적으로 평행하게 위치된다. 일 측면에서, 상기 실링 리브(86)들은 인접하는 그루브(G2)들의 경계(B)들 주변에서 실링 외곽 프레임(83)으로부터 수직으로 돌출한다.
상기 실링 중간 프레임(89)은 플랜지부(13B)들의 접촉 부분에서 실링 외곽 프레임(83)과 실링 리브(86)들과 접촉하도록 제 2 그루브(G2)들의 경계(B)에 위치된다. 바람직하게, 상기 실링 중간 프레임(89)은 전지 카트리지(20)의 경계 면(S) 상에서 전지 카트리지(20)들의 경계(B)를 따라 위치된다.
일 측면에서, 상기 실링 중간 프레임(89)은 인접하는 공기 유도구(14)들 사이에 위치된다. 다른 측면에서, 상기 실링 중간 프레임(89)은 대응되는 실링 리브(86)들과 접촉하도록 인접하는 공기 유도구(14)들 사이의 경계(B)를 따라 위치된다.
도 2 및 도 3에서, 상기 제 1 및 제 2 실링 부재(70, 90)가 전지 적층체(30)의 좌측 측벽에서만 기술되었지만, 상기 제 1 및 제 2 실링 부재(70, 90)는 전지 적층체(30)의 우측 측벽에도 구비될 수 있다. 여기서, 상기 전지 적층체(30)는 좌측 측벽과 우측 측벽에서 동일한 구조를 갖는다.
도 4는, 도 1의 냉각 덕트를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 냉각 덕트(150)는 도 1의 전지 카트리지(20)들을 향해 개구된다. 또한, 상기 냉각 덕트(150)는 송풍 팬(144)들과 송풍 팬(144)들의 위에 공기 출입구(148)를 포함한다. 상기 송풍 팬(144)들은 도 1의 냉각 덕트(110)의 외부로부터 냉각 덕트(110)의 공기 출입구(105), 그리고 전지 카트리지(20)들의 공기 유도구(12)들과 공기 유로들을 통과한 공기를 냉각 덕트(150)에 유입시켜서 냉각 덕트(150)의 공기 출입구(148)를 향해 공기를 배출시킨다.
일 측면에서, 상기 냉각 덕트(150)는 전지 카트리지(20)들의 측면들 상에 위치되어 전지 카트리지(20)들의 제 1 그루브(G1)들을 덮을 수 있다. 다른 측면에서, 상기 냉각 덕트(150)는 가장 자리에 한 쌍의 접속 대들(P1, P2)을 포함한다. 상기 접속 대들(P1, P2)은 도 2의 제 1 실링 부재(70)의 실링 외곽 프레임(45)에 정합되며 냉각 덕트(150)의 가장 자리로부터 돌출된다. 상기 접속 대들(P1, P2)의 단부들은 대략적으로 'ㅁ' 자 형상을 갖는다.
여기서, 상기 냉각 덕트(150)는 접속 대들(P1, P2) 사이에 홈부(G3)를 갖는다. 또 다른 측면에서, 상기 냉각 덕트(50)는 접속 대들(P1, P2)에 직각으로 위치해서 접속 대들(P1, P2)로부터 양 측부들을 향해 각각 연장하는 안착 대들(M1, M2)을 더 포함한다. 한편, 도 1의 냉각 덕트들(110, 130, 170)의 각각은 냉각 덕트(150)와 유사한 형상을 갖는다. 즉, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 170)의 각각도 접속 대들(P1, P2)과 안착 대들(M1, M2)을 갖는다. 다만, 상기 냉각 덕트들(110, 130)은 송풍 팬을 갖지 않는다.
도 5는, 도 1의 절단선 'Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 전지 적층체, 실링 부재들과 냉각 덕트들의 결합 형상을 보여주는 평면도이다. 이 경우에, 상기 절단선 'Ⅰ - Ⅰ' 는 도 1의 전지 카트리지들 사이를 지난다.
도 5 를 참조하면, 상기 냉각 덕트들(110, 150)의 각각은 접속 대들(P1, P2)을 통해 제 1 실링 부재(70)에 접촉되어 제 1 그루브(G1)들을 덮는다. 상기 냉각 덕트들(130, 170)의 각각은 접속 대들(P1, P2)을 통해 제 2 실링 부재(90)에 접촉되어 제 2 그루브(G2)들을 덮는다.
이 경우에, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)과 전지 카트리지(20)들의 결합 형상이 유사하므로, 본 발명의 설명을 단순하게 하기 위해, 본 발명은 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170) 중 하나(110)를 선택하여 설명된다. 상기 냉각 덕트(110)는 접속 대들(P1, P2)을 통해 전지 카트리지(20)들에서 제 1 그루브(G1)들의 가장 자리를 따라 제 1 실링 부재(70)의 실링 외곽 프레임(45)에 접촉된다.
좀 더 상세하게는, 상기 냉각 덕트(110)는 접속 대들(P1, P2)과 실링 외곽 프레임(45)의 긴밀한 접촉을 통해 제 1 그루브(G1)들을 덮으며 전지 적층체(도 2의 30)의 측벽에 밀착된다. 여기서, 상기 접속 대들(P1, P2) 사이의 홈부(G3)는 제 1 실링 부재(70)의 실링 외곽 프레임(45)으로 대부분 채워지나, 상세하게는, 전지 카트리지(20)들의 경계(도 2의 B)들 주변에서 실링 외곽 프레임(45)과 실링 리브(55)들로도 채워진다.
바람직하게, 상기 냉각 덕트(110)는 안착 대들(M1, M2)을 통해 제 1 그루브(G1)들의 좌측 및 우측에서 전지 적층체(20)의 측벽 상에 밀착된다.
도 6은, 도 1의 'D' 방향에서 전지 적층체, 실링 부재들과 냉각 덕트들의 결합 형상을 바탕으로 전지 적층체의 조립방법 및 작동 매카니즘을 설명하는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 전지 카트리지(20)들, 실링 부재들(70, 90)과 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)이 도 1과 같이 준비될 수 있다. 다음으로, 상기 전지 카트리지(20)들이 순차적으로 적층될 수 있다. 이 경우에, 상기 전지 카트리지(20)들 사이에 전지 셀들(4, 8)이 삽입될 수 있다. 상기 전지 셀들(4, 8)과 전지 카트리지(20)들은 전지 적층체(30)를 구성할 수 있다.
상기 전지 적층체(30)의 구성 동안에 그리고 전지 적층체(30)의 구성 후에, 상기 실링 부재(70)는 전지 카트리지(20)들 사이에 실링 중간 프레임들(도 2와 도 3의 65)로 형성되며, 전지 카트리지(20)들에서 제 1 그루브(도 2의 G1)들의 가장자리들을 따라 실링 외곽 프레임(도 2의 45)으로 형성되고, 전지 카트리지(20)들의 경계(도 2의 B)들 주변에서 실링 리브(55)들로 형성될 수 있다.
또한, 상기 실링 부재(90)는 전지 카트리지(20)들 사이에 실링 중간 프레임들(도 3의 89)로 형성되며, 전지 카트리지(20)들에서 제 2 그루브(도 3의 G2)들의 가장자리들을 따라 실링 외곽 프레임(도 3의 83)으로 형성되고, 전지 카트리지(20)들의 경계(도 3의 B)들 주변에서 실링 리브(86)들로 형성될 수 있다. 계속해서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)은 전지 적층체(30)의 양 측벽들에 밀착될 수 있다.
여기서, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)의 접속 대들(도 4의 P1, P2)은 실링 부재들(70, 90)의 실링 외곽 프레임들(45, 83) 및 실링 리브들(55, 86)과 긴밀하게 접촉될 수 있다. 또한, 상기 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)의 안착 대들(도 4의 M1, M2)은 나사 부재(도 5의 screw member; SM)들을 이용하여 전지 적층체(30)에 고정될 수 있다.
이어서, 상기 전지 적층체(30)에 장 볼트들(도면에 미도시)이 체결될 수 있다. 상기 장 볼트들은 전지 카트리지(20)들의 외곽 프레임(도 2 또는 도 3의 18)들의 장 볼트 체결 홀(도 2 또는 도 3의 18A)들에 삽입되어 전지 카트리지(20)들을 상하 방향으로 긴밀하게 고정시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 냉각 덕트들(150, 170)의 송풍 팬들(144, 164)이 구동되는 때에, 상기 냉각 덕트들(110, 130)은 공기 출입구들(105, 125)을 통해 외부로부터 공기를 유입시킬 수 있다. 여기서, 상기 실링 부재들(70, 90)이 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)과 함께 전지 적층체(30)의 양 측벽들에 위치되는 그루브들(G1, G2)을 밀폐시키므로, 상기 공기는 전지 카트리지(20)들과 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)에서 흐름선들(F0, F1, F2, F3)을 따라 유동할 수 있다.
여기서, 상기 흐름선(F0)은 냉각 덕트들(110, 130)에 유입되는 공기의 흐름을 표시한다. 또한, 상기 흐름선들(F1, F2)은 전지 카트리지(20)들의 각각의 내부에서 공기의 흐름을 표시하고, 상기 흐름선(F3)은 냉각 덕트들(150, 170)로부터 유출되는 공기의 흐름을 표시한다.
이를 통해서, 상기 공기는 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)과, 냉각 덕트들(110, 130, 150, 170)에 연통되도록 전지 카트리지(20)들의 내부에 위치되는 공기 유로들을 통해 전지 카트리지(20)들 사이에 개재된 전지 셀들(4, 8)을 균일하고 신속하게 냉각할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
2; 전극 리드, 4, 8; 전지 셀
11; 벽체, 11A; 베이스 벽체
11B; 플랜지부, 12; 공기 유도구
15; 하부 냉각 핀, 16; 상부 냉각 핀
18; 외곽 프레임, 18A; 장 볼트 체결홀
20; 전지 카트리지, 30; 전지 적층체
45; 실링 외곽 프레임, 55; 실링 리브
65; 실링 중간 프레임, 70; 제 1 실링 부재
B; 경계, G1; 제 1 그루브
H1; 개구 홀, IW1; 내벽
S; 경계면.

Claims (14)

  1. 측면으로부터 리세스되어 상기 측면의 상하로 개구되는 그루브, 상기 그루브의 바닥으로부터 돌출하는 공기 유도구와, 상기 공기 유도구의 개구 홀과 연통하는 공기 유로를 가지는 전지 카트리지, 그리고 상기 전지 카트리지와 함께 교호적으로 적층되는 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 전지 적층체;
    상기 전지 적층체의 그루브들의 가장 자리를 따라 위치되는 실링 외곽 프레임, 인접하는 그루브들의 경계들 주변에서 상기 실링 외곽 프레임으로부터 수직으로 돌출하는 실링 리브들, 그리고 인접하는 공기 유도구들 사이에 위치되는 실링 중간 프레임들로 이루어지는 실링 부재; 및
    상기 그루브들을 덮고 상기 공기 유도구와 연통되는 공기 출입구를 가지며, 상기 실링 외곽 프레임을 따라 위치되어 상기 실링 외곽 프레임을 수용하는 홈부를 가지는 냉각 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 전지 카트리지에서 대향하는 양 측면들에 위치되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 전지 카트리지에서 대향하는 양 측면들의 각각에 두 개씩 위치되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유도구는 상기 개구 홀을 정의하는 직사각형 형상의 벽체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벽체는 상기 그루브의 바닥에 대해 소정 각도를 이루는 경사면을 가지며 상기 개구 홀의 높이만큼 이격된 한 쌍의 베이스 벽체와 상기 한 쌍의 베이스 벽체의 양 단부들을 연결하는 한 쌍의 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지는 소정 간격으로 이격되는 하부 냉각 핀과 상부 냉각 핀 사이에 공기 유로를 가지며,
    상기 하부 냉각 핀의 가장 자리와 상기 상부 냉각 핀의 가장 자리는 상기 전지 카트리지의 테두리에 고정되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실링 외곽 프레임은 상기 전지 카트리지들의 측면들 상에서 상기 그루브들의 바닥들에 대략적으로 사각 형상으로 위치되어 상기 전지 카트리지들의 경계들을 지나는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실링 리브들은 상기 전지 카트리지들의 측면들 상에서 상기 그루브들의 경계들에 대략적으로 평행하게 위치되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실링 중간 프레임들은 대응되는 실링 리브들과 접촉하도록 상기 인접하는 공기 유도구들 사이의 경계들을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 덕트는 상기 홈부를 정의하는 한 쌍의 접속 대들을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 덕트는 상기 접속 대들을 통해 상기 전지 카트리지들에 밀착되어 상기 그루브들을 덮는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 접속 대들은 상기 냉각 덕트로부터 상기 그루브들을 향해 'ㅁ' 자의 형상으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 덕트는 상기 접속 대들에 직각으로 위치해서 상기 접속 대들로부터 양 측부들을 향해 각각 연장하는 안착 대들을 더 포함하고,
    상기 안착 대들은 상기 그루브들 주변에서 상기 전지 적층체의 측벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 덕트의 두께는 상기 전지 카트리지들의 적층 방향에서 볼 때에 상기 최상단 전지 카트리지로부터 최하단 전지 카트리지를 향해 점점 얇아지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
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