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KR101233318B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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KR101233318B1
KR101233318B1 KR1020110015728A KR20110015728A KR101233318B1 KR 101233318 B1 KR101233318 B1 KR 101233318B1 KR 1020110015728 A KR1020110015728 A KR 1020110015728A KR 20110015728 A KR20110015728 A KR 20110015728A KR 101233318 B1 KR101233318 B1 KR 101233318B1
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battery
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윤지형
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복 수의 인접한 전지 셀들; 적어도 몇 개의 전지 셀들 사이에 위치하여 상기 전지 셀들과 열 교환을 하는 열 전도성 시트들; 열 전도성 시트들과 결합하고 열 전도성 시트와 열 교환을 하는 열 분산 부재; 열 분산 부재와 결합하고 열 분산 부재와 열 교환을 하는 방열 부재를 포함한다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용될 수 있다. 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용될 수 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력 대용량의 전지 모듈로 구성될 수 있다.
이러한 전지 모듈은 수 개에서 수십 개의 이차 전지들로 구성될 수 있다. 따라서, 각 이차 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 바람직하다.
본 배경기술 부분에 포함된 상기 정보는 발명의 배경기술을 이해하기 위한 것일 뿐이므로, 본 배경기술은 본원 발명에 속하는 통상의 기술을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술을 구성하지 않는 정보를 포함한다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 온도 조절 기능이 향상된 전지 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은
복 수의 인접한 전지 셀들, 적어도 몇 개의 전지 셀들 사이에 위치하여 상기 전지 셀들과 열 교환을 하는 열 전달 시트들, 열 전달 시트들과 결합하고 열 전달 시트와 열 교환을 하는 열 분산 부재, 열 분산 부재와 결합하고 열 분산 부재와 열 교환을 하는 방열 부재를 포함한다.
또한, 전지 셀들은 제1 방향으로 연장되어 스택으로 배열되고, 열 분산 부재는 방열 부재와 전지 셀들 사이에 위치할 수 있다.
또한, 열 전달 시트들 중 적어도 하나는 열 흡수부 및 방열부를 포함하고, 열 흡수부는 인접하는 전지 셀들 사이에 위치하고 전지 셀들의 넓은 측면과 열 교환을 하며, 방열부는 열 흡수부로부터 멀어지게 연장되어 굽어지고 전지 셀들과 열 분산 부재 사이에 위치할 수 있다.
또한, 방열 부재는 지지판과 방열핀들을 포함하고, 방열핀들은 지지판으로부터 돌출하고, 지지판은 방열핀들과 열 분산 부재 사이에 위치할 수 있다.
또한, 방열핀들은 제 1방향에 대략 수직하는 제2 방향으로 연장할 수 있다.
또한, 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 방열핀들 사이의 간격은 전지 셀들의 스택의 가장 자리에 인접한 방열핀들 사이의 간격 보다 더 작을 수 있다.
또한, 방열 부재의 지지판은 홈들을 포함하고, 열 분산 부재는 상기 홈들에 위치할 수 있다.
또한, 열 분산 부재는 냉매가 이동하는 냉각 통로를 포함할 수 있다.
또한, 냉각 통로는 복 수의 히트 파이프들을 포함할 수 있다.
또한, 히트 파이프들은 제1 방향으로 연장하고 제1 방향에 수직하는 방향의 제2 방향을 따라 각각 이격될 수 있다.
또한, 전지 셀들의 각각의 중앙 축에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격은 전지 셀들의 외곽 측에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격 보다 더 작을 수 있다.
또한, 히트 파이프들은 제1 방향으로 연장하고, 전지 셀들의 외곽 측을 향하여 열린 오목한 모양을 가질 수 있다.
또한, 히트 파이프들은 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장하고 제1 방향에서 서로 간격을 둘 수 있다.
또한, 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 히트 파이프들 사이의 제1 방향에서의 간격은 스택의 끝 단에 인접한 히트 파이프들 사이의 제1 방향에서의 간격 보다 더 작을 수 있다.
또한, 제2 방향으로 연장하는 히트 파이프들은 아크 모양을 가질수 있고, 전지 셀들의 스택의 중앙에 보다 더 가까운 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경은 스택의 중앙에서 보다 더 떨어져 있는 다른 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경보다 더 클 수 있다.
또한, 방열핀들은 상기 제1 방향으로 연장할 수 있다.
또한, 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 방열핀들 사이의 간격은 전지셀들의 스택의 외곽 측에 인접한 방열들 사이의 간격 보다 더 작을 수 있다.
또한, 열 전달 시트는 열 전달 시트를 관통하는 홀들을 포함할 수 있고, 홀들의 높이는 상기 홀들의 가로 방향 크기 보다 더 클 수 있다.
또한, 열 전달 시트는 열 전달 시트를 관통하여 메쉬 구조를 이루는 복 수의 홀들을 포함할 수 있다.
또한, 열 분산 부재와 열 교환을 하는 열 생산 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지 사이에 배치된 열 전달 시트가 열 분산 부재와 접하고, 상기 열 분산 부재가 히트 싱크와 접하므로 이차 전지에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있다. 또한, 열 분산 부재에 발열체가 연결 설치된 경우에는 저온의 환경에서 열 전달 시트를 통해서 이차 전지들을 가열할 수 있으므로 저온 환경에서의 충전과 방전 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3a는 도 1의 전지 모듈의 열 전달 시트를 도시한 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 열 전달 시트의 변형예에 따른 사시도이다.
도 3c는 도 3a의 열 전달 시트의 다른 변형예에 따른 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 5a는 도 4의 전지 모듈의 보조 열 전달 시트의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 보조 열 전달 시트의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 5c는 도 5a의 보조 열 전달 시트의 다른 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라본 결합된 상태에서의 도 6의 전지 모듈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 전지 모듈의 방열 부재의 변형예를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에서 표시된 레이어 등의 크기는 명확성을 위하여 과장될 수 있다. 또한, 레이어 또는 구성이 다른 구성 위에 있다는 것은 다른 구성 또는 간섭하는 구성이 나타날 수 있는 것으로 해석이 가능하다.
또한, 어떤 구성이 두 개의 구성 사이에 위치 한다는 것은 바로 그 구성이 두 개의 구성 사이에 위치 하거나 다른 간섭하는 구성이 위치할 수 있다는 것으로 해석이 가능하다. 또한, 도면 번호들은 구성과 같이 참조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다. 도 3 a 에서 도 3c는 도 1의 열 전달 시트의 일례를 도시한 사시도이다.도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 전지 모듈(101)은 복수 개의 이차 전지들(110)(이하 에서는 전지 셀들(110)이라 함)과 전지 셀들(110)을 수용하는 하우징(121), 전지 셀(110)에 밀착된 열 전달 시트(123), 열 전달 시트(123)와 접하거나 열 교환하는 열 분산 부재(125) 및 열 분산 부재(125)와 접하거나 열 교환하는 방열 부재(126)를 포함한다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 열 분산 부재(125)는 열 전달 시트(123)와 결합될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 방열 부재(126)는 열 분산 부재(125)와 결합될 수 있다.
본 제1 실시예에 따른 전지 셀(110)은 리튬 이온 이차 전지로서 각형일 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
전지 셀들(110)은 나란하게 적층 배열될 수 있다. 예를 들면, 전지 셀들(110)들은 제1 방향에서 연장되어 스택으로 배열될 수 있다. 이웃하는 전지 셀들(110)의 양극 단자(113)와 음극 단자(114)가 엇갈리게 배치되는 것이 가능하다. 전지 셀들(110) 중 하나의 양극 단자(113)와 이웃하는 전지 셀(110)의 음극 단자(114)는 버스 바(bus bar)(115)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 전지 셀들(110)은 버스 바(115)에 의하여 직렬로 연결될 수 있고, 버스 바(115)는 너트(116)에 의하여 단자들(113, 114)에 안정적으로 고정될 수 있다.
전지 셀들(110)은 밴드(127)에 의하여 일체로 고정될 수 있고, 밴드(127)는 적층 배열된 전지 셀들(110)을 감쌀 수 있으며, 탄성을 갖는 소재로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 엔드 플레이트와 엔드 플레이트를 고정하는 타이 바(tie bar) 등의 의하여 전지 셀들(110)은 고정될 수도 있다.
열 전달 시트(123)는 전지 셀들(110) 사이에 삽입 배치되어 전지 셀(110)의 넓은 측면에 맞닿아 밀착될 수 있다. 예를 들어, 열 전달 시트(123)는 전지 셀(110)의 넓은 측면과 열 교환이 가능하다. 열 전달 시트(123)는 구리, 알루미늄, 또는 아노다이징 처리된 알루미늄 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열 전달 시트(123)는 실리콘 열 전달 시트로 이루어질 수 있으며, 탄소섬유, 탄소나노튜브를 소재로 한 그라파이트 방열 시트 등으로 이루어질 수도 있다. 그라파이트 방열 시트의 경우에는 열전도성이 매우 우수할 뿐만 아니라 전기적 절연성을 가지도록 할 수 있으므로 열전도성과 전기적인 안전성을 확보할 수 있다.
열 전달 시트(123)의 두께는 0.1mm 내지 1mm로 이루어지므로 전지 모듈(101)의 부피를 증가시키지 않으면서도 전지 셀들(110)에서 발생된 열을 효율적으로 방열 또는 분산 시킬 수 있다. 종래에는 격벽 등을 이용하여 전지 셀들 사이에 공기 유로를 형성하는 방법이 주로 적용되었는 바, 열 전달 시트(123)를 적용하면 격벽이 설치된 구조에 비하여 부피를 현저히 감소시킬 수 있다. 전지 모듈(101)의 부피는 적용되는 장치의 성능과 구조에 큰 영향을 미치는 바, 전지 모듈(101)의 부피를 감소시키는 것은 매우 중요하다.
하우징(121)은 내부 공간을 갖는 육면체 형태로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지 셀들(110)은 하우징(121)에 수용될 수 있다. 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 열 전달 시트(123)는 하우징(121)의 바닥(121a)을 관통하여 설치되고, 각 열 전달 시트(123)는 상응하는 전지 셀(110)과 열 교환하는 흡열부(123a)와 흡열부(123a)로부터 멀어지게 연장하여 굽어지고 바닥(121a)을 관통하는 방열부(123b)를 포함할 수 있다. 흡열부(123a)는 상응하는 전지 셀(110)의 넓은 측면을 전체적으로 덮도록 설치될 수 있고, 방열부(123b)는 절곡되어 하우징의 바닥(121a) 외측에 밀착되거나 열 교환 할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 방열부(123b)는 방열 부재(125)와 열 교환 할 수 있다.
하우징(121)의 바닥(121a)은 알루미늄, 구리 또는 스테인리스 스틸 등의 열전도성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 또한 하우징(121)의 바닥(121a)은 PP(polypropylene), PBT(poly butylene terephthalate), PET(poly ethylene terephthalate), PFA(Perfluoro alkoxy alkane) 등의 합성수지 소재 내에 유리 섬유(glass fiber)가 삽입된 구조를 가질 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이 열 전달 시트(123′)는 흡열부(123′a)와 흡열부(123′a)에서 절곡된 방열부(123′b)를 가질 수 있다. 열 전달 시트(123′)는 흡열부(123′a)에 홀(123′c)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 홀(123′c)은 전지 셀(110)의 높이 방향으로 길게 이어져 형성될 수 있다. 예를 들면, 홀들(123′)의 높이는 홀들의 가로 방향 크기 보다 더 클 수 있다. 이에 따라 흡열부(123′a)로 전달된 열이 열 전달 시트(123′)의 높이 방향으로 이동하므로 열을 신속하게 방열부(123′b)로 이동시킬 수 있다.
또한, 도 3c에 도시된 바와 같이 열 전달 시트(123″)는 흡열부(123″a)와 흡열부(123″a)에서 절곡된 방열부(123″b)를 가질 수 있다. 열 전달 시트(123″)는 열 전달 시트(123″)에 홀들(123″c)이 형성된 메쉬 구조로 이루어질 수 있다. 메쉬 구조를 가진 열 전달 시트(123″)는 열 전달 시트(123″)가 전지 모듈(101)의 무게를 줄이게 하는 것이 가능하게 된다.도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 전지 모듈의 보조 열 전달 시트의 사시도이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 열 분산 부재(135) 및 방열 부재(136)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 하나 이상의 보조 열 전달 시트(128)는 열 전달 시트(123)와 전지 셀(110)의 사이에 포함될 수 있다.
예를 들면, 4 개의 보조 열 전달 시트(128)은 다른 부분에 비하여 상대적으로 많은 열이 발생될 수 있는 전지 모듈(101′)의 중앙 부분에서 전지 셀들(110)의 사이에 포함될 수 있다. 또한, 하나의 보조 열 전달 시트(128)는 중앙 부분에 비하여 상대적으로 열이 적게 발생 할 수 있는 전지 모듈(101′)의 끝 부분에서 전지 셀들(110)의 사이에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 2개 또는 3개의 보조 열 전달 시트(128)는 전지 모듈(101′)의 중앙 부분과 끝 부분 사이의 부분의 전지 셀들(110)의 사이에 포함될 수 있다.
상기에 설명된 바와 같이, 보조 열 전달 시트(128)를 포함하는 것은 대량의 열이 발생하는 부분의 열이 빠르게 분산되는 것을 도울 수 있기 때문에, 전지 셀들(110)의 온도를 균일하게 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 보조 열 전달 시트들(128)은 하우징(121)의 바닥(121a)을 관통하여 설치될 수 있고, 각 열 전달 시트들(128)은 열 전달 시트(123)와 접촉 또는 열 교환을 하고 바닥(121a)을 관통하는 보조 흡열부(128a)를 가질 수 있다.
예를 들면, 보조 흡열부(128a)는 대응하는 흡열부(123a)의 뒷면 및 대응하는 전지 셀(110)의 넓은 측면과 접촉하거나 열 교환을 할 수 있다. 보조 흡열부(128a)의 하단부는 대응하는 열 전달 시트(123)의 방열부(123b)와 접촉하거나 열 교환 할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 보조 열 전달 시트(128′)는 보조 흡열부(128′a)를 가질 수 있고, 보조 흡열부(128′a)에 형성된 홀들(128′b)을 가진 구조를 가질 수 있다. 홀들(128′b) 각각은 전지 셀(110)의 높이 방향에서 길게 형성될 수 있다. 예를 들면, 홀들(128′b)의 높이는 홀들(128′b)의 가로 크기 보다 더 클 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 보조 열 전달 시트(128″)는 보조 흡열부(128″a)를 가질 수 있고, 보조 열 전달 시트(128″)에 형성된 홀들(128″b)을 가진 메쉬 구조를 가질 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 열 분산 부재(125)는 냉각 통로를 제공할 수 있으며, 방열부(123b)의 아래에 위치되어 방열부와 밀착 접촉 또는 열 교환 작용을 할 수 있다. 열 분산 부재(125)의 냉각 통로는 히트 파이프를 포함할 수 있고, 제1 방향(예를 들어, 전지 셀들(110)이 적층된 방향(도 1의 x 축 방향)으로 연장될 수 있으며, 히트 파이프들은 제2 방향(예를 들어, 전지 셀(110)의 폭 방향(도 1의 y축 방향)을 따라 간격을 두고 배열 될 수 있다. 본 실시예의 일 측면에 따르면, 제2 방향은 제1 방향에 대략 수직할 수 있다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 열 분산 부재(125)는 냉매가 이동하는 공간을 형성할 수 있다면 중공형태의 판 등 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 열 분산 부재(125) 내부로는 비열이 큰 유체가 흐르는 바, 유체는 물, 알코올, CFC(chlorofluorocarbon) 등으로 이루어질 수 있다.
방열 부재(126)는 방열핀(126b)을 포함할 수 있고, 열 분산 부재(125)의 아래에 설치 될 수 있다. 방열 부재(126)는 열 분산 부재(125)와 맞닿거나 열 교환하는 지지판(126a)과 지지판(126a)에서 돌출 형성된 방열핀(126b)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 지지판(126a)은 열 분산 부재(125)에 밀착 배치되는 바, 지지판(126a)은 열 분산 부재(125)에 열전도성 접착제 등을 매개로 부착될 수 있다. 열전도성 접착제는 써멀 구리스(thermal grease), 써멀 컴파운드(thermal compound) 등으로 이루어질 수 있다.
방열핀(126b)은 제2 방향(예를 들어, 전지 셀들(110)의 폭 방향(도 1의 y축 방향))으로 연장될 수 있고, 전지 셀들(110)이 적층 되는 방향(도 1의 x축 방향)을 따라 간격을 두고 정열 될 수 있다.
본 실시예와 같이 전지 셀들(110) 사이에 배치된 열 전달 시트(123)가 열 분산 부재(125)와 열 교환하면 전지 셀들(110)에서 발생된 열을 열 분산 부재(125)로 용이하게 배출할 수 있다. 또한, 열 분산 부재(125)와 방열 부재(126)가 연결되어 방열 부재(126)를 통해서도 열을 배출하므로 보다 신속하게 열을 배출할 수 있다. 특히 열 분산 부재(125)는 히트 파이프로 이루어지는 바, 히트 파이프는 높은 열 전도성을 가진 하나 이상의 물질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 열 전달 시트(123)에서 전달된 열을 분산하여 신속하게 방열 부재(126)로 전달하므로 방열 효율이 더욱 향상될 수 있다. 본 실시예와 같이 히트 파이프가 전지 셀들(110)의 적층 방향으로 이어져 형성되면 전지 모듈(101)의 중앙 부분에서 발생된 열이 히트 파이프 전체로 전달되며, 이러한 히트 파이프가 방열 부재(126)에 의하여 냉각되므로 전지 셀들(110)을 균일하게 냉각시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 ⅤII-ⅤII 선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 6 및 도 7를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 열 분산 부재(135) 및 방열 부재(136)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
열 분산 부재(135)는 열 전달 시트(123)와 열적으로 접촉 또는 열 교환하는 히트 파이프를 포함할 수 있다. 열 분산 부재(135)의 히트 파이프들은 제1 방향(예를 들어, 전지 셀들이 적층되는 방향(110)(도 6의 x축 방향))으로 연장 될 수 있다. 본 실시예의 일 측면에 따르면,. 복수 개의 열 분산 부재(135)가 전지 셀(110)의 제2 방향 (예를 들어, 전지 셀들(110)의 폭 방향)으로 이격 배치되는 바, 전지 셀들(110)의 제2 방향을 기준으로 전지 셀들(110)의 중앙 부분의 열 분산 부재(135) 사이의 간격은 가장자리 부분의 열 분산 부재(135) 사이의 간격보다 더 작도록 배치된다. 예를 들어, 각각의 전지 셀(110)의 중앙 부분에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격은 전지 셀들의 외곽 측에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격 보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 보다 더 많은 열 분산 부재(135)의 히트 파이프들이 전지 셀(110)의 중앙 부분에 포함될 수 있다. 즉, 전지 셀들(110)의 중앙부분에는 더 많은 열 분산 부재(135)가 설치되어 열 분산 부재(135) 사이의 간격이 더 작게 된다. 이에 따라 상대적으로 전지 모듈(102)의 중앙 부분에서 많이 발생하는 열을 열 분산 부재(135)를 통해서 신속하게 방열 부재(136)로 전달할 수 있고, 열 분산 부재(135)는 열을 신속하게 전달할 수 있다. 열 분산 부재(135)의 히트 파이프는 제1 방향으로 연장할 수 있다. 따라서, 열 분산 부재(135)가 열을 신속하게 이동시킬 수는 있으나, 전지 셀들(110)의 중앙에서의 온도가 높은 문제를 해결하는 것은 한계가 있다. 그러나 본 실시예와 같이 전지 셀들(110)의 중앙에 보다 더 많은 히트 파이프를 설치하면 전지 모듈(102)의 중앙에서 발생된 열을 더욱 신속하게 배출할 수 있다.
방열 부재(136)는 지지판(136a)과 지지판(136a)에서 돌출된 방열핀(136b)을 포함하는 히트 싱크로 이루어질 수 있다. 방열핀(136b)은 전지 셀들(110)의 제2 방향(전지 셀(110)의 폭 방향)으로 이어져 형성될 수 있으며, 복 수 개의 방열핀(136b)이 전지셀 들(110)의 제1 방향(전지 셀(110)의 적층 방향)을 따라 이격 배열될 수 있다. 전지 모듈(102)의 중앙 부분의 방열핀(136b) 사이의 간격은 가장자리 부분의 방열핀(136b) 사이의 간격보다 더 작도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 전지 셀(110)의 스택의 중앙에 인접한 방열핀들(136b) 사이의 간격은 전지 셀들(110)의 스택의 가장자리에 인접한 방열핀들 사이의 간격 보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 보다 더 많은 방열핀(136b)이 전지 모듈(102)의 중앙 부분에 설치 될 수 있다. 따라서, 방열핀(136b) 사이의 간격이 더 작게 될 수 있다.이에 따라 전지 모듈(102)의 중앙 부분에 위치하는 전지 셀들(110)의 온도가 상대적으로 더 높은 바, 중앙 부분에 위치하는 전지 셀들(110)에서 발생된 열을 더욱 신속하게 방출하여 전지 셀들(110)을 균일하게 냉각할 수 있다. 비록 히트 파이프로 인하여 열을 신속하게 전달할 수는 있으나, 전지 모듈(105)의 중앙부분에 위치하는 전지 셀들(110)의 열이 가장자리에 위치하는 전지 셀로 전달되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 방열 부재(136)의 중앙부분에 더 많은 방열핀(136b)이 설치되므로 방열부재(136) 중앙에서 더 많은 열이 방출되어 전지 모듈(102)의 중앙에서 발생된 열을 신속하게 배출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(103)은 열 분산
부재(145)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동
일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
열 분산 부재(145)는 열 전달 시트(123)와 접촉 또는 열 교환하는 히트 파이프를 포함할 수 있다. 열 분산 부재(145)의 히트 파이프는 제2 방향( 예를 들어, 전지 셀들(110)의 폭 방향(도 8에서 y축 방향))을 따라이격 배치되며, 제1 방향(예를 들어, 전지 셀들(110)의 적층 방향(도 8에서 x축 방향))을 따라 이어져 형성될 수 있다.
열 분산 부재(145)는 전지 셀들(110)의 중앙 부분(도 8에서 y축 방향)을 향하여 만곡된 호형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 히트 파이프는 제1 방향으로 연장하고 전지 셀(110)의 외측을 향하여 열린 오목한 모양의 아크 모양일 수 있다. 이에 따라 가장자리에서 열 분산 부재(145) 사이의 간격이 중앙 부분에서 열 분산 부재(145) 사이의 간격보다 더 크게 될 수 있다.
예를 들어, 열 분산 부재(145)의 히트 파이프는 전지 모듈(103)의 중앙 부분에서 밀집되고, 가장자리에서는 분산될 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(103)의 중앙 부분에서 발생된 열은 열 분산 부재(145)를 통해서 분산되어 방열 부재(146)로 전달되므로 방열 부재(146)를 통해서 열을 신속하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라 전지 셀들(110)을 균일하게 냉각할 수 있다.
방열 부재(146)는 지지판(146a)과 지지판(146a)에서 돌출된 방열핀(146b)을 포함하는 히트 싱크로 이루어 질 수 있다. 방열핀(146b)은 제2 방향(예를 들어, 전지 셀(110)의 폭방향)으로 이어져 형성되며 복수 개의 방열핀(146b)은 제1 방향(전지 셀들(110)의 적층 방향)을 따라 이격 배열될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(104)은 열 분산 부재(155)와 방열 부재(156)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
열 분산 부재(155)는 열 전달 시트(123)와 접촉 또는 열 교환하는 히트 파이프로 이루어질 수 있다. 열 분산 부재(155)의 복 수 개의 히트 파이프는 제2 방향(예를 들어, 전지 셀들(110)의 폭 방향(도 9에서 y축 방향))으로 이격 배치되며, 제1 방향(예를 들어, 전지 셀(110)의 적층 방향(도 9에서 x축 방향))을 따라 이어져 형성될 수 있다. 열 분산 부재(155)의 히트 파이프들은 전지 셀들(110)의 폭 방향 중앙을 향하여 만곡된 호형상으로 이루어진다. 예를 들어, 히트 파이프들은 제1 방향으로 연장되고 전지 셀(110)의 외 측을 향하여 열린 오목한 모양의 아크 모양을 가질 수 있다. 따라서, 전지 셀들(110)의 가장자리 부분의 열 분산 부재(155)의 히트 파이프들 사이의 간격은 전지 셀(110)의 중앙 부분의 열 분산 부재(155)의 히트 파이프들 사이의 간격 보다 더 클 수 있다.
예를 들어, 열 분산 부재(155)의 히트 파이프들은 전지(110)의 중앙 지역에서 밀집될 수 있고, 가장자리에서는 분산될 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(104)의 중앙에서 발생된 열은 열 분산 부재(155)를 통해서 분산되어 방열 부재(156)로 전달되므로 방열 부재(156)를 통해서 열을 신속하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라 전지 셀들(110)을 균일하게 냉각할 수 있다.
방열 부재(156)는 지지판(156a)과 지지판(156a)에서 돌출된 방열핀(156b)을 포함하는 히트 싱크로 이루어질 수 있다. 방열핀(156b)은 제1 방향을 따라 이어져 형성되며, 복수 개의 방열핀(156b)이 제2 방향을 따라 이격 배열된다.
또한, 열 분산 부재(155)의 히트 파이프는 지지판(156a)에 부분적으로 삽입될 수 있고, 일부만 지지판(156a)의 상부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 열 분산 부재(156)의 지지판(156a)은 홈들을 포함할 수 있고, 열 분산 부재(155)의 히트 파이프는 홈들에 위치할 수 있다.
열 분산 부재(145)의 히트 파이프의 노출된 부분은 열 전달 시트(123)와 맞닿거나 열 교환을 하여 열 전달 시트(123)부터 열을 전달 받을 수 있다. 지지판(156a)에 삽입된히트 파이프의 일부분은 열을 방열 부재(156)로 전달할 수 있다. 이와 같이 열 분산 부재(155)의 히트 파이프가 지지판(156a)에 삽입되어 지지판(156a)과 맞닿거나 열 교환을 하면 열을 더욱 신속하게 지지판(156a)으로 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(104)은 열 분산 부재들(155)과 열적으로 연결된 발열체(152)를 더 포함할 수 있다. 발열체(152)는 제2 방향으로 이어져 형성되며, 이격 배열된 각 열 분산 부재(155)의 히트 파이프에 결합될 수 있다. 발열체(152)는 열전소자, 열선 등 열을 발생시키는 다양한 부재를 포함할 수 있다.
이에 따라 열 분산 부재(155)를 통해서 발열체(152)에서 발생된 열을 신속하게 열 전달 시트(123)로 전달할 수 있으며, 이에 따라 저온의 환경 하에서 전지 셀들(110)을 신속하게 균일하게 가열할 수 있다.
낮은 온도에서는 전지 셀(110) 내부의 이온이 제대로 이동하지 못하여 충전과 방전 효율이 낮게 된다. 특히 전지 모듈(103)이 자동차 등에 설치되거나, 외부에 설치된 전력 저장 장치 등으로 이용될 경우에는 겨울철 영하의 온도에서 충방전 효율이 낮아질 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 발열체(152)와 열 분산 부재(155) 및 열 전달 시트(123)를 통해서 전지 셀들(110)을 신속하게 가열할 수 있으므로 충전과 방전 효율이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(105)은 열 분산부
재(165) 및 방열 부재(166)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른
전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
열 분산 부재(165)는 열 전달 시트(123)와 열적으로 접촉하는 히트 파이프를 포함할 수 있다. 또한 열 분산 부재(165)의 히트 파이프는 제 1방향(전지 셀(110)의 적층 방향(도 10에서 x축 방향))을 따라 이격 배치되며, 제2 방향(전지 셀(110)의 폭 방향(도 10에서 y축 방향))으로 이어져 형성될 수 있다.
열 분산 부재(165)는 전지 셀들(110)의 중앙을 향하여 만곡된 호형상으로 일 수 있다 예를 들어, 제2 방향으로 연장되는 히트 파이프는 히트 파이프들은 아크 모양을 가지며, 전지 셀들의 스택의 중앙에 보다 더 가까운 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경은 상기 스택의 중앙에서 보다 더 떨어져 있는 다른 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경보다 더 클 수 있다.
따라서, 전지 셀(110)의 가장자리에 인접한 열 분산 부재(165)의 히트 파이프들 사이의 간격은 스택의 중앙 부분에 열 분산 부재(165)의 히트 파이프들 사이의 간격 보다 더 클 수 있다.
예를 들어, 전지 모듈(105)에서, 열 분산 부재(165)의 히트 파이프들은 전지 셀(110)의 중앙에 집중 될 수 있으며 가장자리에는 분산될 수 있다. 이러한 구조로 전지 모듈(105)의 중앙에서 발생된 열은 열 분산 부재(165)를 통해서 분산되어 방열 부재(166)로 전달될 수 있다.
방열 부재(166)는 지지판(166a)과 지지판(166a)에서 돌출된 방열핀(166b)을 포함하는 히트 싱크로 이루어질 수 있다. 방열핀(166b)은 제1 방향을 따라 이어져 형성되며, 복수 개의 방열핀(166b)은 제2 방향을 따라 이격 배열될 수 있다.
이에 따라 방열 부재(166)를 통해서 열을 신속하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라 전지 셀들(110)을 균일하게 냉각할 수 있다.
또한, 열 분산 부재들(165)에는 발열체(162)가 각각 부착되는 바, 이에 따라 저온의 환경 하에서 발열체(162)가 열 분산 부재들(165)을 가열하여 충전과 방전 효율이 향상될 수 있다. 여기서 발열체(162)는 열전소자, 열선 등으로 이루어질 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102, 103, 104, 105: 전지 모듈
110: 이차 전지 113: 양극 단자
114: 음극 단자 115: 버스 바
116: 너트 121: 하우징
121a: 바닥
123, 123′, 123″ 열 전달 시트 123a, 123′a, 123″a: 흡열부
123b, 123′b, 123″b: 방열부 123′c, 123″c: 홀
125, 135, 145, 155, 165: 열 분산 부재
126, 136, 146, 156, 166: 방열 부재
126a, 136a, 146a, 156a, 166a: 지지판
126b, 136b, 146b, 156b, 166b: 방열핀
127: 밴드 152, 162: 발열체

Claims (20)

  1. 복 수의 인접한 전지 셀들;
    상기의 적어도 몇 개의 전지 셀들 사이에 위치하여 상기 전지 셀들과 열 교환을 하는 열 전달 시트들;
    상기의 열 전달 시트들과 결합하고 상기의 열 전달 시트와 열 교환을 하는 열 분산 부재;
    상기의 열 분산 부재와 결합하고 상기의 열 분산 부재와 열 교환을 하는 방열 부재를 포함하고,
    상기 전지 셀들은 제1 방향으로 연장되어 스택으로 배열되고, 상기 열 분산 부재는 상기 방열 부재와 상기 전지 셀들 사이에 위치하며, 상기 열 분산 부재는 냉매가 이동하는 냉각 통로를 포함하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전달 시트들 중 적어도 하나는 흡열부 및 방열부를 포함하고,
    상기 방열부는 상기 인접하는 전지 셀들 사이에 위치하고 상기 전지 셀들의 넓은 측면과 열 교환을 하며,
    상기 방열부는 상기 방열부로부터 멀어지게 연장되어 굽어지고 상기 전지 셀들과 상기 열 분산 부재 사이에 위치하는 전지 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 부재는 지지판과 방열핀들을 포함하고,
    상기 방열핀들은 상기 지지판으로부터 돌출하고,
    상기 지지판은 상기 방열핀들과 상기 열 분산 부재 사이에 위치하는 전지 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방열핀들은 상기 제 1방향에 수직하는 제2 방향으로 연장하는 전지 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 방열핀들 사이의 간격은 상기 전지 셀들의 스택의 가장 자리에 인접한 방열핀들 사이의 간격 보다 더 작은 전지 모듈.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 방열 부재의 상기 지지판은 홈들을 포함하고,
    상기 열 분산 부재는 상기 홈들에 위치하는 전지 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 통로는 복 수의 히트 파이프들을 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 히트 파이프들은 상기 제1 방향으로 연장하고 상기 제1 방향에 수직하는 방향의 제2 방향을 따라 각각 이격되는 전지 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전지 셀들의 각각의 중앙 축에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격은 상기 전지 셀들의 외곽 측에 인접한 히트 파이프들 사이의 간격 보다 더 작은 전지 모듈.
  12. 제9 항에 있어서,상기 히트 파이프들은 상기 제1 방향으로 연장하고, 상기 전지 셀들의 외곽 측을 향하여 열린 오목한 모양을 가진 전지 모듈.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 히트 파이프들은 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장하고 상기 제1 방향에서 서로 간격을 두는 전지 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 히트 파이프들 사이의 상기 제1 방향에서의 간격은 상기 스택의 끝 단에 인접한 히트 파이프들 사이의 상기 제1 방향에서의 간격 보다 더 작은 전지 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 방향으로 연장하는 상기 히트 파이프들은 아크 모양을 가지며,
    상기 전지 셀들의 스택의 중앙에 보다 더 가까운 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경은 상기 스택의 중앙에서 보다 더 떨어져 있는 다른 아크 모양의 히트 파이프들의 곡률 반경보다 더 큰 전지 모듈.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 방열 부재는 지지판과 방열핀들을 포함하고,
    상기 방열핀들은 상기 지지판으로부터 돌출하며,
    상기 방열핀들은 상기 제1 방향으로 연장하는 전지 모듈.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 전지 셀들의 스택의 중앙에 인접한 방열핀들 사이의 간격은 상기 전지셀들의 스택의 외곽 측에 인접한 방열들 사이의 간격 보다 더 작은 전지 모듈.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전달 시트는 열 전달 시트를 관통하는 홀들을 포함하고,
    상기 홀들의 높이는 상기 홀들의 가로 방향 크기 보다 더 큰 전지 모듈.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전달 시트는 상기 열 전달 시트를 관통하여 메쉬 구조를 이루는 복 수의 홀들을 포함하는 전지 모듈.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 열 분산 부재와 열 교환을 하는 발열체를 더 포함하는 전지 모듈.
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