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KR20060102851A - 이차 전지 모듈 - Google Patents

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KR20060102851A
KR20060102851A KR1020050024864A KR20050024864A KR20060102851A KR 20060102851 A KR20060102851 A KR 20060102851A KR 1020050024864 A KR1020050024864 A KR 1020050024864A KR 20050024864 A KR20050024864 A KR 20050024864A KR 20060102851 A KR20060102851 A KR 20060102851A
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Abstract

본 발명은 간격을 두고 배열되는 다수개의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 단위 전지 사이에 단위 전지에서 발생되는 열을 방열시키는 방열 플레이트가 설치되고, 상기 방열 플레이트 일측에 냉각매체가 유통되는 적어도 하나 이상의 쿨링 채널이 형성된 이차 전지 모듈을 제공한다.
단위 전지, 방열 플레이트, 쿨링 채널, 구멍

Description

이차 전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 방열 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 방열 플레이트를 도시한 측단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 개략적인 측면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지의 온도 제어에 효율적인 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
이와같이 하나의 대용량 이차 전지 어셈블리(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.
그리고 각각의 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 이차 전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도 로 매우 중요하다.
열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 단위 전지에서 발생되는 열은 전지내부의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.
특히, 상기 이차 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 전지 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지의 고유 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지 모듈을 구성하는 단위 전지의 온도 제어에 효율적인 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이차 전지 모듈을 구성하는 단위 전지의 사이에 방열 플레이트가 설치되고, 상기 방열 플레이트는 내측에 냉각매체가 지나가는 쿨링 채널이 형성된 구조로 되어 있다.
이에 본 발명의 이차 전지 모듈은
일정간격으로 배열되는 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지의 사이에 개 재되고 내측에 냉각매체가 지나가는 적어도 하나 이상의 쿨링 채널이 형성된 구조로 되어 있다.
상기 방열 플레이트는 판 구조물로 전면이 단위 전지의 일측면과 접하고, 측단은 단위 전지의 외측을 지나 소정 길이 연장된 구조로 되어 단위 전지에서 발생된 열을 외측으로 방열시키는 구조로 되어 있다.
또한, 상기 방열 플레이트는 단위전지로부터 열을 전달받아 이를 외부로 방열시킬 수 있도록 열전도성이 높은 재질이면 특별히 한정되지 않으며 바람직하게는 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금속복합재가 사용될 수 있다.
여기서 상기 방열 플레이트에 형성되는 상기 쿨링 채널은 일정 간격을 두고 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 전면에 홈형태로 형성되며 상기 방열 플레이트의 일면에만 형성될 수 있거나 양면에 모두 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 채널이 상기 방열 플레이트의 양면에 모두 형성되는 경우 방열 플레이트의 각 면에 형성되는 상기 쿨링 채널이 동일한 방향으로 형성되도록 하거나, 각각 상이한 방향으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 쿨링 채널은 그 단면 형태가 사각형태일 수 있으며, 사각형태 이외에 사다리꼴 형태나 반원형태로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 구조에 따르면 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 내부를 관통하여 구멍 형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 방열 플레이트는 적층되어 있는 다수개의 단위 전지에 있어서 각 단위 전지 사이마다 개재될 수 있으며 적어도 두 개 이상의 단위 전지 사이마다 개재될 수 있다.
여기서 상기 방열 플레이트로 공급되는 냉각매체는 공기로 이루어지거나, 냉각수로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 이차 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로서 설명한다. 물론, 본 발명이 공기에 의한 냉각방식으로 한정되는 것은 아니며 냉각매체로서 냉각수나 기타 유체가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 먼저 대용량의 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)가 간격을 두고 다수개 배치되고 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 단위 전지에서 발생되는 열을 외부로 방열시키기 위한 방열 플레이트(20)가 개재되어 단위 전지(11) 전면에 밀착되는 구조로 되어 있다.
상기 전지 모듈(10)은 외부 케이스를 이루는 별도의 하우징(도시되지 않음) 내에 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 하우징으로 공급된 냉각용 공기는 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 개재된 방열 플레이트(20)를 지나게 되며 이 과정에서 단위 전지에서 발생된 열이 교환되고, 교환된 공기는 하우징 외부로 배출됨으로써 최종적으로 단위 전지에서 발생된 열을 외부로 방출시키게 된다.
상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서 본 실시예에 따른 상기 방열 플레이트(20)는 단위 전지(11)의 전면과 대응되는 크기를 갖는 판 구조물로 전면이 단위 전지(11)의 일측 전면과 접하고, 일 측단은 상기 단위 전지의 외측을 지나 소정길이 연장되며, 일측 전면에는 홈 형태로 가공된 쿨링 채널(21)이 일정간격을 두고 형성된 구조로 되어 있다.
상기 방열 플레이트(20)는 쿨링 채널(21)이 형성된 면이 단위 전지(11)의 일측 전면과 접하면서 하나의 유통로를 이루게 되고 이 유통로를 통해 냉각용 공기가 지나가게 된다.
이에 따라 쿨링 플레이트(20)는 자체의 열 발산과 더불어 쿨링 채널(21)을 통과하는 냉각용 공기에 의한 방열작용으로 단위 전지의 냉각 효과를 높일 수 있게 되는 것이다.
상기 방열 플레이트(20)는 예컨데, 알루미늄재질이나 알루미늄 합금 또는 금속복합재가 사용될 수 있으며, 단위전지로부터 열을 전달받아 이를 외부로 방열시킬 수 있도록 열전도성이 높은 재질이면 특별히 한정되지 않는다.
한편, 도 2는 또다른 실시예에 따른 방열 플레이트를 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면 방열 플레이트(20)는 대향되는 양 측면에 다수개의 쿨 링 채널(21)이 간격을 두고 홈형태로 형성된 구조로 되어 있다.
상기 방열 플레이트(20)의 양 측면에 형성되는 쿨링 채널(21)은 서로 동일한 방향으로 형성될 수 있으며, 도 2에서 도시된 바와 같이 서로 직각으로 배치되어 형성될 수 있다.
여기서 본 실시예에 따르면 상기 쿨링 채널(21)은 측단면이 사각형태로 이루어지며, 이러한 구조 이외에 도 3a에서와 같이 방열 플레이트(20) 상에 형성되는 쿨링 채널(21)이 내측으로 경사진 사다리꼴 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 쿨링 채널(21)은 반원형태로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 도 3c에서와 같이 방열 플레이트 상에 홈 형태의 쿨링 채널이 형성된 구조가 아니라, 상기 방열 플레이트(20)는 내측에 방열 플레이트(20)의 측단을 관통하는 다수개의 구멍(22)이 형성된 구조로 되어 있다.
따라서 냉각용 공기는 상기 구멍(22)을 통해 유통되면서 방열 플레이트(20)로 전달된 열을 외부로 방열시키게 된다.
이러한 구조에서 상기 구멍(22)은 사각형태로 이루어질 수 있으며 사각형태 이외에 다각형태나 원형으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 방열 플레이트(20)의 배열구조에 대해 살펴보면, 도 4a에 도시된 바와 같이 방열 플레이트920)는 전지 모듈을 구성하는 모든 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이마다 설치됨으로써 방열 플레이트(20) 사이에 하나의 단위전지(11)만 이 위치한 구조일 수 있다.
따라서 각 단위 전지(11)는 양 측면에 접하는 방열 플레이트(20)로 열을 전달할 수 있게 되고, 이렇게 전달된 열은 상기 방열 플레이트(20)와 방열 플레이트(20)에 형성된 쿨링 채널(21)을 통해 방열되어 신속하게 단위 전지의 온도를 낮출 수 있게 된다.
또다른 실시예에 따르면, 상기 방열 플레이트(20)는 두 개 또는 그 이상의 단위 전지(11)마다 하나씩 개재시킬 수 있다.
예컨대 도 4b는 두 개의 단위전지(11)마다 하나의 방열 플레이트(20)가 개재된 상태를 잘 예시하고 있다. 이러한 구조는 방열 플레이트(20)와 방열 플레이트(20)에 형성된 쿨링 채널(21)을 통한 방열 특성을 그대로 유지하면서 전지 모듈 전체에 있어서 방열플레이트(20)의 설치 개수를 줄일 수 있게 되어 전지 모듈의 부피를 절감시킬 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 전지 모듈의 냉각이 방열 플레이트 뿐만 아니라 방열 플레이트에 형성된 쿨링 채널을 통해 냉매가 유통됨으로써도 이루어짐에 따라 전지의 방열 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 간격을 두고 배열되는 다수개의 단위 전지를 포함하는 전지 모듈에 있어서,
    상기 단위 전지 사이에 이 단위 전지에서 발생되는 열을 방열시키는 방열 플레이트가 설치되고, 상기 방열 플레이트 일측에 냉각매체가 유통되는 적어도 하나 이상의 쿨링 채널이 형성된 이차 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 플레이트는 판 구조물로 전면이 상기 단위 전지의 일측면과 접하고, 측단은 상기 단위 전지의 외측으로 연장된 구조의 이차 전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방열 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 금속복합재에서 선택되는 이차 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 전면에 홈형태로 형성되는 이차 전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 양면에 형성되는 이차 전지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 양 면에 동일한 방향으로 형성되는 이차 전지 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트의 양 면에 상이한 방향으로 형성되는 이차 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 상기 방열 플레이트 내측에 구멍형태로 관통형성되는 이차 전지 모듈.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 사각형태의 단면구조인 이차 전지 모듈.
  10. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 사다리꼴 단면 구조인 이차 전지 모듈.
  11. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쿨링 채널은 반원형 단면 구조인 이차 전지 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 플레이트는 각 단위 전지 사이마다 개재되는 이차 전지 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 플레이트는 두 개 또는 그 이상의 단위 전지 사이마다 개재되는 이차 전지 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 플레이트로 공급되는 냉각매체는 공기인 이차 전지 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 플레이트로 공급되는 냉각매체는 냉각수인 이차 전지 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈.
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