KR20060086120A

KR20060086120A - Secondary battery module

Info

Publication number: KR20060086120A
Application number: KR1020050007024A
Authority: KR
Inventors: 이건구; 김태용
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-07-31
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: KR100667943B1

Abstract

본 발명은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록, 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지 냉각용 냉각매체가 유통되는 냉각관, 상기 단위 전지 사이에 설치되고 상기 냉각관으로 연장되어 단위 전지에서 발생된 열을 전달하는 격판을 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.The present invention is a battery module composed of a plurality of unit cells, in order to maximize the cooling efficiency, a plurality of unit cells, a cooling tube in which the unit cell cooling cooling medium is circulated, installed between the unit cells and the cooling tube It extends to provide a secondary battery module including a diaphragm to transfer the heat generated in the unit cell.

단위 전지, 격판, 냉각관Module battery cell, plate, cooling tube

Description

Secondary Battery Module {SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 일부 구성을 도시한 평 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a part of a configuration of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 단위 전지의 냉각 효율을 향상시킨 이차 전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery module that improves the cooling efficiency of a unit battery when the unit battery is connected to form a battery module.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다. A secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that cannot be charged. A secondary battery is a low-capacity battery that is used in portable electronic devices such as phones, notebook computers, and camcorders. It is widely used as a power source for driving a motor.

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.The secondary battery may be manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical and rectangular shapes. The secondary battery may include the high output secondary battery so that the secondary battery may be used for driving a motor such as an electric vehicle. A plurality of secondary batteries are connected in series to form a large capacity secondary battery.

이와같이 하나의 대용량 이차 전지(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.As described above, one large capacity secondary battery (hereinafter, referred to as a battery module for convenience of description throughout) is made of a plurality of secondary batteries (hereinafter, referred to as unit cells for convenience of explanation throughout the specification), which are each connected in series. The unit cell of the positive electrode plate and the negative electrode plate with a separator interposed therebetween, a case having a space portion in which the electrode assembly is built, a cap assembly coupled to the case to seal it, protrudes into the cap assembly and the And a positive and negative electrode terminal electrically connected to the current collector of the positive and negative electrode plates provided in the electrode assembly.

그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.In addition, each unit cell is usually arranged at a plurality of intervals are connected in series or parallel between each terminal to form a battery module.

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 정도로 매우 중요하다. Here, the battery module must be able to easily dissipate heat generated in each unit battery by forming one battery module by connecting several to many dozen unit cells. The heat dissipation characteristics of the secondary battery module are very important to influence the performance of the battery.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 각 단위 전지간에 온도 편차가 발생되어 충/방전 효율을 떨어뜨리게 되고, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지내부의 온도가 상승되어 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.If the heat is not released properly, temperature variation occurs between the unit cells, which decreases the charge / discharge efficiency. The heat generated from the unit cells increases the temperature inside the battery, resulting in a decrease in battery performance. It creates the risk of explosion.

특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충,방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.In particular, when the battery module is applied as a large-capacity secondary battery for driving an electric vacuum cleaner, an electric scooter, or a motor vehicle (electric vehicle or hybrid vehicle), the battery module is charged and discharged with a large current. Heat is generated and rises to a significant temperature, which affects battery characteristics and degrades the inherent performance of the battery. Therefore, heat dissipation is most important.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위 전지로 구성된 전지 모듈에 있어서 냉각 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery module capable of maximizing cooling efficiency in a battery module composed of a plurality of unit cells.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 전지 모듈을 구성하는 각 단위 전지가 고르게 냉각될 수 있도록 하여 단위 전지 간 온도 편차를 최소화할 수 있도록 된 이차 전지 모듈을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a secondary battery module that can minimize the temperature variation between the unit cells by allowing each unit cell constituting the battery module to be cooled evenly.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈은 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지를 방열시키기 위한 냉각매체 유통로, 상기 단위 전지 사이에 설치되고 상기 냉각매체 유통로로 연장되어 단위 전지에서 발생된 열을 전달하는 격판을 포함한다.In order to achieve the above object, the battery module of the present invention includes a plurality of unit cells and a cooling medium flow path for dissipating the unit cells, which are installed between the unit cells and extended to the cooling medium flow path to generate the unit cells. Includes a diaphragm to transfer the heat.

여기서 상기 단위 전지는 직사각형태의 각형 이차 전지임이 바람직하다.Here, the unit battery is preferably a rectangular secondary battery of rectangular shape.

상기 격판은 구리 또는 알루미늄 등과 같이 열전도율이 우수한 재질로 이루어짐이 바람직하다.The diaphragm is preferably made of a material having excellent thermal conductivity such as copper or aluminum.

상기 격판은 단위 전지의 측면에 밀착되고 외측으로 연장되어 상기 단위 전 지의 외측에 위치한 냉각매체 유통로에 연결되는 구조로 되어 있다.The diaphragm is in close contact with the side surface of the unit cell and extends to the outside to be connected to a cooling medium flow path located outside the unit cell.

이에 따라 단위 전지에서 발생된 열은 격판을 통해 유통로로 전달되어 유통로를 통해 흐르는 냉각매체로 방열처리된다.As a result, heat generated in the unit cell is transferred to the distribution path through the diaphragm and radiated to the cooling medium flowing through the distribution path.

여기서 상기 격판의 두께에 대해서는 특별히 한정되지 않으며 열전달율과 전지모듈의 부피와의 관계에 따라 최적으로 설계될 수 있다.The thickness of the diaphragm is not particularly limited and may be optimally designed according to the relationship between the heat transfer rate and the volume of the battery module.

또한, 상기 유통로는 적층된 단위 전지의 외측에 위치하고 내부에는 냉각매체가 유통되는 중공부를 갖는 냉각관으로 이루어질 수 있다.In addition, the flow path may be formed of a cooling tube having a hollow portion that is located outside the stacked unit cells and in which a cooling medium flows.

상기 냉각관은 열전달이 우수한 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어짐이 바람직하며, 그 크기에 있어서는 특별히 한정되지 않는다.The cooling tube is preferably made of a copper or aluminum material excellent in heat transfer, and is not particularly limited in size.

상기 격판과 상기 냉각관은 일체로 이루어질 수 있으며 상기 냉각관 측면에 상기 격판을 용접으로 부착 고정할 수 있다.The diaphragm and the cooling tube may be integrally formed, and the diaphragm may be fixed to the side of the cooling tube by welding.

여기서 상기 유통로는 단위 전지의 일측면 또는 양 측면 또는 그 이상의 면에 배치될 수 있다.Here, the flow passage may be disposed on one side or both sides or more of the unit cell.

또한, 상기 격판은 상기 단위 전지의 일측면을 통해 연장되거나 양 측면 또는 단위 전지에서 단자가 설치된 쪽을 상부로 하였을 때 하부 또는 상부쪽으로 연장될 수 있다.In addition, the diaphragm may extend through one side of the unit battery or may extend to the lower side or the upper side when the side at which the terminal is installed at both sides or the unit cell is at the top.

또한, 상기 유통로를 통해 유통되는 냉각매체는 냉각용 공기나 냉각수 등의 모든 기체나 유체가 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.In addition, any gas or fluid, such as cooling air or cooling water, may be applied to the cooling medium distributed through the distribution path, and is not particularly limited.

여기서 상기 전지 모듈은 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기 에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.The battery module may be used as an energy source for driving a motor of the device in a device operated by using a motor such as a hybrid electric vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), a wireless cleaner, an electric bicycle, an electric scooter, and the like. Can be.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하 설명에서는 전지모듈의 냉각방식으로 공기를 이용한 경우를 예로써 설명한다. 물론, 본 발명이 공기에 의한 냉각방식으로 한정되는 것은 아니며 냉각매체로써 냉각수나 기타 유체가 사용될 수 있다.In the following description, a case of using air as a cooling method of the battery module will be described as an example. Of course, the present invention is not limited to the cooling method by air, and cooling water or other fluid may be used as the cooling medium.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 구성을 도시한 개략적인 평 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a rechargeable battery module according to an embodiment of the present invention.

상기한 도면을 참조하여 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11)를 냉각시키기 위한 냉각용 공기가 유통되는 직사각 단면형태의 냉각관(20), 상기 단위 전지 사이에 설치되어 단위 전지와 접하고 상기 냉각관(20)으로 연장되어 냉각관(20) 일측에 연결되어 단위 전지(11)의 열을 전달하는 격판(30)을 포함한다.Referring to the battery module 10 with reference to the drawings, the positive electrode plate and the negative electrode plate having an electrode assembly positioned between the separator between the power generating unit cell 11 and the unit cell 11 to cool Cooling pipe 20 having a rectangular cross-sectional shape through which the air for cooling is distributed, installed between the unit cells and in contact with the unit cells and extending to the cooling tube 20 is connected to one side of the cooling tube 20 unit cell 11 And a diaphragm 30 for transferring heat.

여기서 상기 단위 전지(11)는 각형 구조로 이루어지며, 일측 선단에 돌출설치된 단자(13)가 상부를 향하도록 놓여져 면적이 넓은 전면이 서로 접하도록 적층 배치되어 전지 집합체(12)를 이룬다. Here, the unit cell 11 has a rectangular structure, and the terminals 13 protruding from one side of the unit cell 11 are disposed to face upwards, and the front surfaces having a large area are stacked to be in contact with each other to form a battery assembly 12.

그리고 상기 냉각관(20)은 내부에 중공부가 형성되어 냉각용 공기가 유통되는 관 구조물로, 단위 전지(11)의 양 측단에 배치되고 상기 전지 집합체(12)의 길이방향을 따라 놓여진 구조로 되어 있으며, 일측선단에는 냉각용 공기가 유입되는 유입구(21)가 형성되고 반대쪽 선단에는 냉각관(20)을 거친 공기가 배출되는 유출구(22)가 형성된다.In addition, the cooling pipe 20 is a pipe structure in which a hollow part is formed and flows cooling air, and is disposed at both side ends of the unit cell 11 and is disposed along the longitudinal direction of the battery assembly 12. In one end, an inlet 21 through which the cooling air is introduced is formed, and an outlet 22 through which the air passing through the cooling pipe 20 is discharged is formed at the opposite end.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따르면 상기 격판(30)은 구리 또는 알루미늄 등의 열 전도율이 우수한 재질로 이루어지는 얇은 재질의 판재로, 상기 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에 설치되어 양면에 각 단위 전지의 전면이 밀착된다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the diaphragm 30 is a thin plate made of a material having excellent thermal conductivity, such as copper or aluminum, and the unit cell 11 and the unit cell 11. The front surface of each unit cell is closely attached to both surfaces.

또한, 상기 격판(30)의 양 측단은 상기 전지 집합체(12)의 각 단위 전지(11) 양 측단을 지나 외측으로 소정길이 연장되어 상기 전지 집합체(12)의 양 쪽에 위치하고 있는 냉각관(20)의 측면에 연결설치되는 구조로 되어 있다.In addition, both side ends of the diaphragm 30 extend a predetermined length outward through both side ends of each unit cell 11 of the battery assembly 12 and are located at both sides of the battery assembly 12. The structure is connected to the side of the installation.

여기서 상기 격판(30)은 양 측단이 상기 냉각관(20) 측면에 용접 등으로 고정설치된다.Here, the diaphragm 30 is fixed to both sides of the cooling tube 20 side by welding or the like.

이에 상기 격판(30)은 단위 전지(11)의 측면에 밀착되어 단위 전지(11)에서 발생되는 열을 전달함과 더불어 냉각관(20)에 고정되어 단위 전지(11)의 간격 유지와 단위 전지(11)를 지지하는 역할을 수행할 수 있게 된다.The diaphragm 30 is in close contact with the side surface of the unit cell 11 to transfer heat generated from the unit cell 11 and is fixed to the cooling tube 20 to maintain the gap between the unit cell 11 and the unit cell. (11) can support the role.

상기한 구조로 되어 단위 전지(11)에서 발생된 열은 단위 전지(11)와 단위 전지 사이에 밀착설치된 격판(30)을 통해 냉각관(20)으로 전달되어 냉각관(20)을 따라 흐르는 냉각용 공기로 방열되는 것이다.With the above structure, the heat generated from the unit cell 11 is transferred to the cooling tube 20 through the diaphragm 30 installed between the unit cell 11 and the unit cell and flows along the cooling tube 20. It is radiated by the air.

한편, 본 전지 모듈의 또다른 실시예에 따르면 상기 격판(30)은 히트 파이프로 이루어진다.On the other hand, according to another embodiment of the battery module the partition 30 is made of a heat pipe.

상기 히트 파이프는 열을 효율적으로 전달할 수 있도록, 통상 내부를 진공상 태로 배기하고 벽면에 다공질물질을 붙인 다음 물이나 메탄올·아세톤·나트륨·수은 등을 채운 구조로, 액체의 온도변화에 따른 증발·응축의 숨은열에 의해 열을 이동시킬 수 있도록 되어 있다.The heat pipe has a structure in which the inside of the heat pipe is evacuated in a vacuum state, a porous material is attached to the wall surface, and then filled with water, methanol, acetone, sodium, mercury, etc. The heat is transferred by the hidden heat of condensation.

상기 히트 파이프에 대해서는 이미 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.Since many techniques have already been disclosed for the heat pipe, the description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

본 전지 모듈(10)은 냉각관(20)과 격판(30)이 단위 전지를 고정시키는 하우징 역할을 수행하게 되어 다수개의 단위 전지를 배열 고정함과 더불어 냉각용 공기를 유통시켜 격판(30)을 통해 단위 전지(11)의 열을 방출시켜 단위 전지를 효율적으로 냉각시키게 된다.The battery module 10 serves as a housing in which the cooling tube 20 and the diaphragm 30 fix the unit cell, thereby arranging and fixing a plurality of unit cells and circulating cooling air to distribute the diaphragm 30. By dissipating the heat of the unit cell 11 through this, the unit cell is efficiently cooled.

상기 냉각관(20)은 단위 전지(11)가 이루는 전지 집합체(12)의 양 측면에 위치하고 내부로는 냉각용 공기가 일방향으로 유입되어 흘러나가게 된다.The cooling tube 20 is located on both sides of the battery assembly 12 of the unit cell 11 and the cooling air flows in one direction and flows out therein.

그리고 상기 단위 전지(11) 사이에 설치되어 단위 전지(11)의 전면이 접하는 격판(30)은 단위 전지(11)의 외측으로 연장되어 상기 냉각관(20) 측면에 연결됨으로써 단위 전지(11)는 상호간 격판(30)을 사이에 두고 정위치 할 수 있게 된다.The diaphragm 30, which is installed between the unit cells 11 and is in contact with the front surface of the unit cell 11, extends to the outside of the unit cell 11 and is connected to the side surface of the cooling tube 20 so that the unit cell 11 is connected. Is able to be precisely positioned with the diaphragm 30 therebetween.

이와같이 냉각관(20) 사이에 단위 전지(11)가 배치된 상태에서 단위전지(11)에서 열이 발생하게 되면 발생된 열은 단위 전지 전면이 접하고 있는 격판(30)으로 전달되고 격판(30)을 통해 냉각관(20)으로 전달된다.Thus, when heat is generated in the unit cell 11 in a state in which the unit cells 11 are disposed between the cooling tubes 20, the generated heat is transferred to the diaphragm 30, which is in contact with the front surface of the unit cell, and the diaphragm 30. It is transmitted to the cooling tube 20 through.

이에 따라 냉각관(20)으로 전달된 열은 냉각관(20)을 지나는 냉각용 공기로 방열되어 식혀지게 되고 단위 전지(11)의 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the heat transferred to the cooling tube 20 is cooled by being radiated by the cooling air passing through the cooling tube 20 to cool down the unit cell 11.

여기서 상기 각 단위 전지(11)는 격판(30)을 매개로 상기 냉각관(20)에 고르게 접하고 있는 상태로 전지 집전체(12) 전체에 있어서 단위 전지(11)는 동일한 조건하에서 열교환을 이룰 수 있고 이에 따라 각 단위 전지(11)의 열을 고르게 방열시킬 수 있는 것이다.Here, each unit cell 11 is in contact with the cooling tube 20 evenly through the diaphragm 30, the unit cell 11 in the entire battery collector 12 can heat exchange under the same conditions. As a result, the heat of each unit cell 11 can be evenly dissipated.

따라서 각 단위 전지(11)의 방열 조건이 동일하여 균일한 냉각이 이루어질 수 있는 것이다. Therefore, the heat dissipation conditions of the unit cells 11 are the same, so that uniform cooling can be achieved.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to

이와 같이 본 실시예에 따르면, 전지 모듈의 냉각매체 유로와 각 단위 전지의 배치구조를 개선하여 보다 효율적인 단위 전지 냉각효과를 얻게 된다.As described above, according to the present exemplary embodiment, an arrangement structure of the cooling medium flow path and the unit cells of the battery module may be improved to obtain a more efficient unit cell cooling effect.

또한, 냉각매체가 단위 전지 사이로 고르게 유통되므로 전지 모듈 전체에 있어서 국부적인 열적 불균형을 해소할 수 있게 된다.In addition, since the cooling medium is evenly distributed between the unit cells, it is possible to eliminate local thermal imbalance in the entire battery module.

Claims

With a plurality of unit cells,

A cooling tube through which the cooling medium for unit cell cooling is circulated;

A diaphragm installed between the unit cells and extending to the cooling tube to transfer heat generated from the unit cells.

Secondary battery module comprising a.

The secondary battery module of claim 1, wherein the flow path is located on at least one side surface of at least one side surface of the unit cell.

The rechargeable battery module of claim 1, wherein the diaphragm extends from the unit cell toward the distribution channel.

The secondary battery module of claim 1, wherein the diaphragm is selected from a material having high thermal conductivity such as copper or aluminum.

The secondary battery module of claim 1, wherein the flow path has a hollow portion disposed outside the stacked unit cells and having a cooling medium therein.

The secondary battery module of claim 1, wherein the cooling tube is selected from a material having high thermal conductivity such as copper or aluminum.

The secondary battery module of claim 1, wherein the unit battery has a rectangular shape.

The secondary battery module of claim 1, wherein the diaphragm is integrally formed with the cooling tube.

The secondary battery module of claim 1, wherein the diaphragm is welded to the cooling tube.

The secondary battery module of claim 1, wherein the battery module is for driving a motor.